DE1223247C2 - Verwendung von wasserloeslichen Copolymerisaten zur Papierleimung - Google Patents
Verwendung von wasserloeslichen Copolymerisaten zur PapierleimungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft die Verwendung von wasserlöslichen Copolymerisaten aus Verbindungen vom
Typ des Imidazols, die am Stickstoffatom eine äthylenisch ungesättigte polymerisierbare Gruppe tragen,
und anderen äthylenisch ungesättigten Verbindungen zum Leimen von Papier.
Aus den belgischen Patentschriften 597628, 599540,
610467 ist es bekannt, Dispersionen von Copolymerisaten aus in Wasser schwerlöslichen äthylenisch
ungesättigten Verbindungen und C-vinyl- oder N-vinylsubstituierten
heterocyclischen aromatischen Verbindungen, die im Kern oder in der Seitenkette mindestens ein quartäres Stickstoffatom tragen, zur
Leimung von Papier zu verwenden.
Außerdem wurde vorgeschlagen, Poly-N-vinylimidazol
für die Masse- und Oberflächenleimung von Papier zu verwenden.
In der deutschen Auslegeschrift 1182 826 wurde weiterhin vorgeschlagen, wasserlösliche oder wasserunlösliche
Polymerisate mit stickstoffhaltigen cyclischen Verbindungen wie N-Vinylimidazolin als charakteristischen
Monomeren herzustellen, die unter anderem zur Herstellung von Filmen, Folien, Formkörpern und
Lacken empfohlen werden.
Es wurde nun gefunden, daß sich wasserlösliche Copolymerisate aus 5 bis 95, vorzugsweise 5 bis
80 Gewichtsprozent Verbindungen vom Typ des Imidazols, die am sekundären Ringstickstoffatom
eine äthylenisch ungesättigte polymerisierbare Gruppe tragen, und 95 bis 5, vorzugsweise 95 bis 20 Gewichtsprozent
anderen polymerisierbaren äthylenisch ungesättigten Verbindungen hervorragend zur Leimung
von Papier eignen.
Es wurde weiterhin gefunden, daß sich in vielen Fällen Copolymerisate aus 5 bis 95, vorzugsweise
5 bis 80 Gewichtsprozent der genannten Monomeren vom Typ des Imidazols und 95 bis 5, vorzugsweise
95 bis 20 Gewichtsprozent solcher Monomeren, die im Molekül eine am Stickstoffatom mono- oder disubstituierte
Carbonamidgruppe enthalten, besonders gut zur Leimung von Papier eignen.
Im folgenden werden die erfindungsgemäß zu verwendenden Copolymerisate kurz als Copolymerisate
bezeichnet, die Monomeren vom Typ des Imidazols als Comonomere I, die Monomeren mit der Carbonamidgruppierung
als Comonomere II, weitere Monomere, soweit sie wasserlöslich sind, als Comonomere III
und, soweit sie wasserunlöslich sind, als Comonomere IV.
Die Comonomeren I sind dadurch charakterisiert, daß sie im Molekül die Struktur des Imidazols oder
des Imidazoline enthalten, und daß die polymerisierbare Gruppe an das sekundäre Ringstickstoffatom
gebunden ist. Solche Verbindungen sind z. B. N-Vinylimidazolin, N-Vinylmethylimidazolin, N-Acryloylimidazolin,
4-Methyl-N-vinylimidazol, N-Vinylbenzimidazol,
N-Acryloylimidazol sowie deren Salze und
Quaternierungsprodukte, z. B. das N-Vinyl-N'-methylimidazolium-methylsulfat
oder das N-Vinyl-2-methylimidazoliniumhydrochlorid, -sulfat oder -nitrat. Besondere
Bedeutung kommt dem N-Vinylimidazol und dessen Salzen und Quaternierungsprodukten zu.
Gemeinsames Merkmal für die vorzugsweise als Comonomeren verwendeten Comonomeren II ist eine
mono- oder disubstituierte Carbonamidgruppe. Als wichtigste Vertreter seien beispielsweise N-Vinyllactame
wie N-Vinylpyrrolidon, N-Vinylpiperidon und N-Vinylcaprolactam genannt. Weiterhin kommen als
Monomere II mono- und disubstituierte Amide der Acrylsäure oder der Methacrylsäure wie das Methylamid,
Äthylamid, Isopropylamid, tert.-Butylamid, Cyclohexylamid, Dimethylamid, Diäthylamid, Pyrrolidid,
Piperidid und das Morpholid in Betracht; diese Reste können auch substituiert sein, z.B. durch
Chlor, Hydroxylgruppen, Aminogruppen und quartäre Ammoniumgruppen; eine solche Verbindung ist z.B.
das N', N'-Diäthylaminomethylen-methacrylsäurearnid
sowie dessen Quaternisierungsprodukt.
Als Comonomere III seien in erster Linie wasserlösliche
Monomere genannt, die im Molekül ein Stickstoffatom enthalten, z.B. Acrylnitril, Methacrylnitril,
Acrylsäureamid, Methacrylsäureamid und Maleinsäureimid; daneben eignen sich aber auch
α,/3-ungesättigte Carbonsäuren wie Acrylsäure, Methacrylsäure,
Maleinsäure, Fumarsäure und Itaconsäure und Vinylsulfonsäure sowie die Salze dieser Säuren.
Der Anteil der Comonomeren III soll jedoch 50 Gewichtsprozent, bezogen auf die Gesamtmenge der
Comonomeren, nicht übersteigen.
Zur Modifizierung der Eigenschaften der Copolymerisate kommen schließlich noch bis höchstens
30 Gewichtsprozent der Gesamtmenge der Comonomeren die wasserunlöslichen Comonomeren IV in
Betracht, z.B. Styrol, Vinylchlorid, Vinylidenchlorid, Vinylester, Acrylsäureester und Vinyläther.
Es ist auch möglich, mehrere Verbindungen eines und desselben Monomerentyps (I bis IV) in ein
Mischpolymerisat einzubauen.
Das Monomerenverhältnis in den Copolymerisaten ist so zu wählen, daß die Copolymerisate mit Wasser
bei Raumtemperatur klare oder nur schwach getrübte Lösungen bilden.
Die erfindungsgemäß zu verwendenden Copolymerisate können in an sich bekannter Weise hergestellt
werden, z.B. entsprechend den Vorschriften der deutschen Auslegeschrift 1182 826.
Die Zusammensetzung der für die einzelne Papiersorte und für den jeweils gewünschten Zweck innerhalb
der offenbarten Lehre am besten wirkenden Copolymerisate läßt sich durch einfache Vorversuche
ermitteln.
Man kann die Copolymerisate wie herkömmliche Leimungsmittel bei der Papierherstellung verwenden,
entweder allein oder zusammen mit anderen Leimungsmitteln, insbesondere Harzleim und chemisch modifiziertem
Harzleim. Als weitere Leimungsmittel seien z.B. Paraffindispersionen, Kondensationsprodukte aus
Polyalkylenpolyaniinen und höheren Fettsäuren und Dispersionen kationischer Polymerisate genannt.
Die Copolymerisate werden dem Papierbrei bei der Masseleimung vorzugsweise in Form verdünnter wäßriger
Lösungen zugesetzt, und zwar in solchen Mengen, daß die Konzentration der Copolymerisate im Faserbrei
etwa 0,1 bis 2 Gewichtsprozent, bezogen auf den Faserstoffgehalt des Faserbreis, beträgt.
Die Copolymerisate eignen sich sowohl zur Masseleimung
als auch zur Oberflächenleimung des Papiers; im letztgenannten Fall wird das ungeleimte oder verbesserungsbedürftige
Papier mit einer vorzugsweise 0,1- bis l%igen wäßrigen Lösung des Copolymerisate
behandelt.
Mit den Copolymerisaten lassen sich alle Papierfasersorten leimen, besonders gut jedoch ungebleichte
ligninhaltige Faserstoffe.
Es hat sich in vielen Fällen überraschenderweise gezeigt, daß die Copolymerisate nicht nur hervorragende
Leimungsmittel sind, sondern daß die Eigenschaften des Papiers durch die Behandlung mit den
Copolymerisaten auch noch in anderer Hinsicht verbessert werden. So wird z. B. die Naß- und Trockenfestigkeit
des Papiers erhöht, die Rupffestigkeit nimmt zu, und die Füllstoffretention wird verbessert. Weiterhin
neigen solche unter Verwendung der Copolymerisate als Leimungsmittel hergestellten Papiere weniger
zum Stäuben, sie lassen sich besser anfärben, und zwar vor allem auch mit Pigmenten. Bei der Herstellung
der Papiere wird der Mahlgrad durch den Zusatz der Copolymerisate herabgesetzt, und ein weiterer wesentlicher
Vorteil ist, daß sich das Abwasser der Papiermaschinen infolge der Anwesenheit der Copolymerisate
leichter von den Papierfasern klären läßt.
Obgleich die mit den Copolymerisaten behandelten Papiere eine sehr gute Leimung aufweisen, sind sie
doch gut benetzbar, so daß man sie z. B. gut färben, bedrucken und beschreiben sowie mit wäßrigen
Lösungen und Dispersionen nachbehandeln kann.
In ihrer Wirksamkeit zeichnen sich die Copolymerisate durch eine Reihe hervorragender Merkmale aus,
die bisher in keinem der herkömmlichen Leimungsmittel — vereinigt waren.
So fallen beispielsweise die bei der Harzleimung bekannten Nachteile, etwa die durch das Zweikomponentensystem
bedingte intermittierende Arbeitsweise, Dosierungsschwierigkeiten, Temperaturempfindlichkeit,
saure Reaktion des Papiermaschinenwassers und des fertigen Papiers, welches dadurch
weniger fest, weniger alterungsbeständig und weniger alkaliresistent ist, bei der Verwendung der Copolymerisate
weg. Gegenüber bekannten wasserunlöslichen Leimungsmitteln bieten die Copolymerisate wesentliche
Vorteile.
Abgesehen davon, daß die Copolymerisate sich gut und mühelos im Faserbrei verteilen lassen und man
somit eine sehr gleichmäßige Leimung erzielt, erübrigt sich bei der Verwendung der Copolymerisate, da diese
wasserlöslich sind, die bei wasserunlöslichen Leimungsmitteln erforderliche Mitverwendung von Dispergiermitteln
und ähnlichen Stoffen. Die Copolymerisate zeigen in manchen Fällen ihrerseits eine ausgezeichnete
Dispergierwirkung auf gebräuchliche Papierfüllstoffe.
Die bisher empfohlenen wasserlöslichen Leimungsmittel haben sich nicht bewährt; hier wurden beispielsweise
Kondensationsprodukte aus Polyalkylenpolyaminen und höheren Fettsäuren vorgeschlagen (unter
anderem deutsche Auslegeschrift 1 012 165), jedoch neigen solche Lösungen. stark zum Schäumen, das
Papier muß zur Entwicklung der Leimung länger und höher als sonst üblich erhitzt werden, und häufig läßt
die Festigkeit so geleimter Papiere sehr zu wünschen übrig.
Die Copolymerisate lassen sich leicht dosieren, so daß eine kontinuierliche Arbeitsweise bei stets gleichbleibender
Leimungsstoff konzentration möglich ist. Der Leimungseffekt wird von den bei der Papierherstellung
praktisch vorkommenden pH-Werten nicht beeinflußt; dies ist überaus wichtig für die
Herstellung neutral reagierender hochwertiger Papiere. Weiterhin ist die Leimung nicht an eine bestimmte
Temperaturbehandlung gebunden und wird nicht durch die Anwesenheit weiterer Papierhilfsmittel,
Füllstoffe, Pigmente u. dgl. beeinträchtigt.
Überraschend ist es auch, daß die Copolymerisate — obwohl sie wasserlöslich sind — durchschnittlich
zu über 80% auf den Papierfasern fixiert werden.
Die Copolymerisate verursachen kein Schäumen im Betriebswasser der Papiermaschine, und das fertige
Papier ist geruchlos.
Wie bereits erwähnt, können die Copolymerisate zusammen mit anderen Leimungsmitteln verwendet
werden. Es wurde gefunden, daß man besonders gute Ergebnisse hinsichtlich der Widerstandsfähigkeit der
Papiere gegen Wasser erzielt, wenn man die erfindungsgemäße Leimung mit der Harzleimung kombiniert. .
Die Prozente in den Beispielen sind Gewichtsprozente.
Ein Faserbrei aus 4,2 1 Wasser und 16,8 g gebleicht tem Sulfitzellstoff (Mahlgrad 35° SR) wird mit jeweils
84 ml einer 0,l%igen Lösung (= 84 mg = 0,5%, bezogen auf den Faserstoffgehalt)
a) eines Lösungspolymerisats aus 75% N-Vinylimidazol,
20 % N-Vinylpyrrolidon und 5 % Acrylnitril,
b) eines Lösungspolymerisats aus 70% N-Vinylcaprolactams,
30 % N-Vinylimidazol,
c) eines Lösungspolymerisats aus 50% N-Vinylimidazol und 50% N-Vinylcaprolactam
d) und im Vergleich dazu mit Harzleim (mit Alaunzusatz)
versetzt und wie üblich zu Papieren des Quadratmetergewichtes
80 g/m2 verarbeitet.
Die Tintenresistenz dieser Papiere wurde mit Hilfe der Schwimmprobe bestimmt, bei der diejenige Zeit
gemessen wird, in der die Tinte durch die Hälfte der Fläche eines schwimmenden Stücks Papier durchgetreten
ist. Diese Zeiten betrugen bei a) rund 6 Minuten, bei b) 23 Minuten, bei c) 36 Minuten und
bei d) V2 Minute. .
Ein Faserbrei aus 3 1 Wasser und 12 g eines ungebleichten Natronzellstoffs (Mahlgrad 34° SR) wird
mit jeweils 60 ml einer 0,1% igen Lösung (= 60 g = 0,5%, bezogen auf den Faserstoffgehalt)
a) eines Lösungspolymerisats aus 70% N-Vinylimidazol
und 30 % N-Vinylcaprolactam,
b) eines Lösungspolymerisats aus 30% N-Vinylimidazol
und 70% N-Vinylcaprolactam und
c) im Vergleich dazu mit 120 ml einer 0,l%igen Lösung (= 120 mg = 1%>
bezogen auf den Faserstoffgehalt) von Harzleim (mit Alaunzusatz)
versetzt und in üblicher Weise bei pH 7 zu Papieren des Quadratmetergewichts 75 g/m2 verarbeitet.
Die Tintenschwimmdauer dieser Papiere beträgt bei a) 85 Minuten, bei b) über 120 Minuten und bei c)
trotz doppelter Leimungsstoffkonzentration nur 32 Minuten.
Ein Faserbrei aus 3 1 Wasser und 12 g eines ungebleichten Natronzellstoffes (Mahlgrad 35° SR) wird
mit jeweils 120 ml einer 0,l%igen Lösung (= 120 mg = 1%» bezogen auf den Faserstoffgehalt)
a) eines Lösungspolymerisats aus 70% N-Vinyl- a5
imidazol und 30% Acrylnitril,
b) eines Lösungspolymerisats aus 57% N-Vinylimidazol
und 43% Acrylsäure,
c) eines Lösungspolymerisats aus 80% N-Vinylimidazol
und 20% Acrylnitril,
d) mit 60 ml einer 0,l%igen Lösung (= 60 mg == 0,5%, bezogen auf den Faserstoffgehalt) eines
Lösungspolymerisats aus 60% N-Vinylimidazol, 35% N-Vinylpyrrolidon und 5% Acrylnitril,
e) mit 30 ml einer 0,1% igen Lösung (= 30 mg = 0,25%, bezogen auf den Faserstoffgehalt) eines
Lösungspolymerisats aus 30% N-Vinylimidazol und 70% N-Vinylpyrrolidon und
f) im Vergleich dazu mit 120 ml einer 0,1% igen Lösung" (= 120 mg = 1%>
bezogen auf den Faserstoffgehalt) von Harzleim (mit Alaunsalz)
versetzt und in üblicher Weise bei pH 7 zu Papieren des Quadratmetergewichtes 75 g/m2 verarbeitet.
Die Trockenreißlänge der Papiere (das ist die Länge, bei der ein frei aufgehängtes Papierband unter seinem
eigenen Gewicht reißen würde) betrug bei a) 8050 m, bei b) 8310 m, bei c) 10400 m, bei d) 9610 m, bei
e) 8920 g und bei f) nur 565Om. 1
Ein Faserbrei aus 3 1 Wasser und 12 g eines ungebleichten Natronzellstoffs (Mahlgrad 34° SR) wird
mit jeweils 60 ml einer 0,l%igen Lösung (= 60 mg = 0,5%, bezogen auf Faserstoffgehalt)
a) eines Lösungspolymerisats aus 20% N-Vinylimidazol, 40 % N-Vinylcaprolactam und 40 %
N-Vinylpyrrolidon,
b) eines Lösungspolymerisats aus 30% N-Vinylimidazol und 70% N-Vinylcaprolactam,
c) zum Vergleich dazu mit 60 ml einer 0,1% ige Lösung (= 60 mg = 0,5%, bezogen auf Faserstoffgehalt)
von Harzleim (mit Alaunsalz)
versetzt und in üblicher Weise bei pH 7 zu Papieren mit einem Quadratmetergewicht von 75 g/m2 verarbeitet.
Die Wasserschwimmdauer (analog der Tintenschwimmprobe) dieser Papiere betrug in allen Fällen
über 120 Minuten.
Aus einem Faserbrei analog Beispiel 4 mit einem Zusatz von 0,5%, bezogen auf den Faserstoffgehalt,
eines Lösungspolymerisats aus 67 % N-Vinylimidazol, 20% Acrylnitril und 13% Dimethyla'crylamid wurde
Papier vom Quadratmetergewicht 75 g/m2 hergestellt. Die Naßreißlänge des Papiers betrug nach 2 Stunden
. Wässerung in destilliertem Wasser 1050 m. Die Naßreißlänge eines Papiers, das aus dem gleichen Faserbrei,
aber ohne Zusatz eines Leimmittels hergestellt war, betrug 160 m.
Claims (3)
1. Verwendung von wasserlöslichen Copolymerisaten aus 5 bis 95, vorzugsweise 5 bis 80 Gewichtsprozent
Verbindungen vom Typ des Imidazols, die am sekundären Ringstickstoffatom eine äthylenisch
ungesättigte polymerisierbare Gruppe tragen, und 95 bis 5, vorzugsweise 95 bis 20 Gewichtsprozent
anderen polymerisierbaren äthylenisch ungesättigten Verbindungen zur Leimung von Papier.
2. Verwendung von wasserlöslichen Copolymerisaten aus Monomeren vom Typ des Imidazols
und solcher Monomeren gemäß Anspruch 1, die im Molekül eine am Stickstoffatom mono- oder disubstituierte
Carbonamidgruppe enthalten, und gegebenenfalls weiteren Monomeren, zur Leimung von Papier.
3. Verwendung von wasserlöslichen Copolymerisaten gemäß den Ansprüchen 1 und 2 zusammen
mit der üblichen Harzleimung.
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