DE1964531B2

DE1964531B2 - Verfahren zur Leimung von Papier

Info

Publication number: DE1964531B2
Application number: DE19691964531
Authority: DE
Inventors: Heinz 8000 Muenchen Eggers; Hermann Dipl.-Chem. 2000 Norderstedt Feeser; Gerd Dipl.-Chem.Dr. 2000 Hamburg Graefe; Johannes 4150 Krefeld Harborth
Original assignee: CPC Maizena GmbH
Current assignee: CPC Maizena GmbH
Priority date: 1969-12-23
Filing date: 1969-12-23
Publication date: 1974-03-07
Also published as: DE1964531C3; DE1964531A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Leimung von Papier durch Imprägnieren mit Stärke nach dem Sprühverfahren.

Die Verwendung von Stärke bei der Herstellung von Papier ist seit langem bekannt. Durch ihre gute Bindekraft ist Stärke in der Lage, die Fasern in¹ Papier zu binden und dadurch die Papierfestigkeil zu erhöhen. Die Faserbindung ist die wichtigste Funktion bei der Masseleimung. Dabei erfolgt das Vermischen von Faserstoffen mit Stärke in der Masse vor der Konsolidierung des Vlieses auf dem Sieb. Die Stärke wird an einer beliebigen Stelle auf dem Wege vom Stofflöser zum Stoffauflauf in trockener gelatinierter oder nicht gelatinierter Form oder in Form einer wäßrigen Dispersion bzw. einer kolloiden Lösung zugeführt. Da die meisten Stärken eine schlechte Retention aufweisen, lassen sie sich auf diese Weise nur unter großen Verlusten in das Papierblatt bringen.

Eine Verbesserung der Stärkeretention läßt sich durch ein- oder doppelseitige Oberflächenbehandlung eines an sich fertigen Papiers mit wäßrigen Dispersionen von nativer oder modifizierter Stärke in der Leimpresse od^r auf dem Kalander erreichen,

ίο Dabei wird die Stärke in der Trockenpartie von Papier- oder Kartonmaschinen in oder auf das Papier gebracht

In der deutschen Auslegeschrift 1 221 893 ist bereits ein Verfahren vorgeschlagen worden, bei welchem die Leimung oder das Streichen von Papier mit wäßrigen Suspensionen durchgeführt wird, die gleichzeitig gelatinierte und nicht gelatinierte Stärke enthalten.

Neuerdings sind durch die kanadischen Patent-Schriften 704 036 und 733 296 Verfahren zur Herstellung von Zeitungspapier und Offset-Naturpapier bekanntgeworden, wonach eine wäßrige Suspension von nicht gelatinierter oder modifizierter Stärke, gegebenenfalls zusammen mit einem Trägermaterial, während der Entwässerung auf einem Papiermaschinensieb vor der Trocknung dem Faserstoffvlies durch Aufsprühen zugeführt wird. Diese Arbeitsweise hat den Vorteil, daß sich die Stärkekörner bevorzugt im Bereich der Oberfläche des Vlieses verteilen und nach dem Durchlauf durch die Trokkenpartie der Papiermaschine eine feste Faser-Stärke-Faser-Bindung bilden. Auch werden an der Oberfläche des Papiers lose gebundene Fasern sowie Staub und Pigmentteilchen an den Körper des Papierblattes gebunden. Beim Bedrucken mit zäher Offsetfarbe werden keine Teilchen abgelöst, die beim Papier zu unbedruckten Stellen und an den Druckplatten zu Ablagerungen führen können.

Ferner sind aus H. Hentschel, »Zellstoff- und Papierherstellung« (1967), S. 483 bis 485, Quellstärken bekannt, wobei es sich jedoch um auf einem Walzentrockner oder im Exzenter vollständig verkleisterte und getrocknete Stärken handelt, deren Suspensionen im Sprühverfahren nicht eingesetzt werden können, da dieses Verfahren auch bei hohen Konzentrationen sehr dünnflüssige Suspensionen erfordert.

Ferner wird in der USA.-Patentschrift 2 348 685 die Herstellung und Anwendung einer Stärkeflotte

5" beschrieben, die durch oxidativen Abbau der Stärke bis zu kleineren Molekülbruchstücken oberhalb der Vcrkleisterungstemperatur (93 "C) durchgeführt wurde. Hierbei erhaltene, niedrigviskose Stärkelosungen können daher mit den beim vorliegenden Verfahren verwendeten Lösungen nicht verglichen werden. Die in der USA.-Patentschrift 2 105 052 beschriebene Kaltqucllenstärke ist für die Verwendung im Sprühverfahren nicht geeignet, da sie eine dicke, kohärente Dispersion beim Zusammenrühren mit den normalen Wassermengen ergibt und erst bei Anwendung sehr großer Wassermengen gute stabile Dispersionen liefert. Bei der Durchführung eines Sprühverfahrens soll jedoch eine hohe Stärkefeststoff-Konzentration in der Suspension vorliegen.

Es wurde nun gefunden, daß sich der Anwendungsbereich des Sprühverfahrens wesentlich erweitern und auch an Stelle der Masseleimung bei Papier benutzen läßt, wenn die Faserstoffbahn während der

Siebentwässerung mit einer wäßrigen Dispersion von teilweise gelatinierter bzw. teilweise in kaltem Wasser quellbar gemachter Stärke besprüht wird, die durch thermische und/oder chemische oder mechanische Behandlung von nativer und/oder modifizierter nicht oelatinierter Stärke erhalten wurde.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß die Faserstoffbahn während der Siebentwässerung mit einer wäßrigen Dispersion von teilweise gelatinierter bzw. teilweise in kaltem Wasser quellbar gemachter, aus nativer und/oder modifizierter Stärke hergestellter Stärke, die in wäßriger Suspension bei einem Stärkefeststoffgehalt von 10 bis 40 Gewichtsprozent eine Stein-Hall-Viskosität von 15 bis 50 Sekunden, gemessen bei 2O⁰C. aufweist, besprüht wird.

Die teilweise gelatinierte Stärke kann durch thermische und/oder alkalische Behandlung von nicht gelatinierter Stärke in wäßriger Suspension bei einem Stärkefeststoffgehalt von etwa 10 bis etwa 40 Gewichtsprozent und bei Temperaturen unterhalb etwa 70- C bis zu einer Stein-Ha!l-Viskosität von etwa 15 bis etwa 50 Sekunden bei pH-Werten zwischen etwa 8 und etwa 13 erhalten werden. Es kann aber auch so verfahren werden, daß die teilweise gelatinierte Stärke durch mechanische Behandlung von nicht gelatinierter Trockenstärke bis zu einer Stein-Hall-Viskosität von etwa 15 bis etwa 50 Se künden, gemessen in wäßriger Dispersion bei einem Stärkefeststoffgehalt von etwa 10 bis etwa 40 Gewichtsprozent und bei pH-Werten zwischen etwa 8 und etwa 13, erhalten wird.

Die angegebenen Viskositäten sind vorzugsweise so mit dem Stärkefeststoffgehalt in Beziehung zu setzen, daß eine Stein-Hall-Viskosität von etwa 15 einem Stärkefeststoffgehalt vcn etwa 10 Gewichtsprozent und eine solche von etwa 50 Sekunden einem Stärkefeststoffgehalt von etwa 40 Gewichtsprozent entspricht.

Geeignete Ausgangsstärken für die Herstellung der teilweise gelatinierten Stärke sind nicht gelatinierte native Stärken, wie Mais-, Tapioka-, MiIo-, Wachsmais-, Weizen- und Kartoffelstärke, nicht gelatinierte chemisch oder enzymatisch modifizierte Stärken, wie säuremodifizierte und oxydierte Stärken sowie nicht gelatinierte Stärkederivate, wie Stärkeester und S'iärkeäther, auch in vernetzter Form.

Das Besprühen der Faserstoffbahn während der Siebentwässerung erfolgt erfindungsgemäß vorzugsweise mit einer wäßrigen Stärkedispersion, welche zwischen etwa 2 und etwa 20 Gewichtsprozent Stärkefeststoff enthält. Zweckmäßig werden 0.5 bis 3 ⁿo, insbesondere 1 bis 2°/o Stärke, bezogen auf atro-Faserstoff. aufgebracht. Gegebenenfalls kann es auch vorteilhaft s<?in, daß die wäßrige Stärkedispersion außer der teilweise gelatinierten Stärke auch native und/oder modifizierte nicht gelatinierte oder vollständig gelatinierte Stärke enthält. Zusätzlich können der wäßrigen Stärkedispersion außerdem nicht stärkehaltige Stoffe, wie Borax, Aluminiumsulfat, tierischer Leim, Polyvinylalkohol, Wachs-Paraffin- und/oder Kunstharzdispersionen, wasserlösliche Vorpolymerisate, Carboxymethylcellulose, pflanzliche Bindemittel, Seifen, optische Aufheller, Weißpigmente und Füllstoffe, zugesetzt werden.

Die Messung der Viskosität wird mit einem Standard-Stein-Hall-Becher vorgenommen. Das Viskosimeter wird mit der erfindungsgemäß erhaltenen wäßrigen Dispersion von teilweise gelatinierter Stärke gefüllt, und die Ausiaufzeit in Sekunden von 100 ml Dispersion (Menge zwischen den beiden Stäben) wird gemessen. Die Angabe der Viskosität erfolgt in den ermittelten Sekunden. Die Messung wird bei 20° C durchgeführt, ebenso wie die Eichung dieses Auslaufviskosimeters, welche mit 100 ml H.,O von 2O⁰C eine Auslaufzeit von 15 Sekunden ergeben muß.

Während es bei der üblichen Masseleimung keine gezielte Einsatzmöglichkeit für den Zusatz von Stärke gibt, kann bei der Sprühleimung durch die fakultative Wahl des Einsatzortes für den Spriihauftrag innerhalb des Bereiches der Siebentwässerung die Wirksamkeit wahlweise entsprechend der Masseleimung oder der Oberflächenleimung eingestellt werden. Der Einsatzbereich für das erfindungsgemäße Imprägnieren mit teilweise gelatinierter Stärke nach dem Sprühverfahren liegt zwischen dem Stoffauflauf und der Siebsaugwalze (Gautsche). Er beginnt dort, wo das Vlies einen Feststoffgehalt von mindestens etwa 2°/o erreicht hat. Der jeweils günstigste Einsatzort hängt von der Stoffzusammen- »5 setzung und von dem Grad der Entwässerung der Siebpartie ab. Er kann im ersten Drittel der Siebpartie oder auch am Ende der Registerpartie liegen, wie es beispielsweise für Zeitungspapier typisch ist. Begrenzt wird der Einsatzbereich durch einen maximalen Feststoffgehalt des Vlieses von etwa 7°/o.

Gegenüber dem bisher üblichen Verfahren der Masseleimung von Papier werden beim Arbeiten nach dem Sprühverfahren verschiedene Vorteile erzielt. So können Qualitätsschwankungen bei der Papierherstellung sofort ausgeglichen werden, weil die lange Totzeit zwischen dem Zeitpunkt des Zusatzes der Stärke und der erzielten Wirkung entfällt. Auch wird die Gefahr des Auftretens bakterieller Infektionen sowie von Verschmutzung und Ablagerungen vermieden, weil die Stoffaufbereitung ohne Zusatz von Stärke erfolgt. Während das Abwasser beim Einsatz von Stärke in der Masse nach dem üblichen Verfahren durch nicht retendierte Stärke einer hohen Belastung ausgesetzt ist (BSB₃), treten derartige Probleme beim Sprühverfahren infolge nahezu vollständiger Tetention der Stärke nicht auf. Außerdem sind gegenüber der Oberflächenleimung von Papier mit der Leimpresse für das Sprühverfahren die Investitionskosten wesentlich geringer.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird nicht nur die Anwendungsbreite des Sprühverfahrens wesentlich erweitert, sondern es werden auch verschiedene Vorteile erzielt, die mit dem bisherigen Sprühverfahren nicht zu erreichen sind:
1. Die teilweise Gelatinierung der Slärkekörner bewirkt eine Vergrößerung ihres Volumens. Infolgedessen wird die vollständige Gelatinierung der Stärkekörner beim Durchlauf durch die Trockenpartie dor Papiermaschine leichter und vollständiger erreicht als beim Einsatz von naiiver und/oder modifizierter nicht gelatinierter Stärke. Die Verteilung der Stärke im Vlies, die Faser-Stärke-Faser-Bindung und die Festigkeit des Blattes werden verbessert.
2. Gegenüber der Verwendung von vollständig gelatinierter Stärke ergibt sich der Vorteil, daß höhere Stärkekonzentrationen eingesetzt werden können.

3. Durch die erfindungsgemäße Überführung der Stärke in teilweise gelatinierte Stärke wird die Gefahr beseitigt, daß die Stärke bei niedrigen Trocknungstemperaturen, wie sie bei schonender Papiertrocknung erforderlich sind, oder bei kurzen Trocknungszeiten, beispielsweise 30 Sekunden, nicht vollständig gelatiniert, weil die Temperatur, bei der die Stärke gelatiniert, herabgesetzt ist. Diese Gefahr besteht auch bei der Verwendung von Mischungen aus vollständig gelatinierter Stärke und nicht gelatinierter Stärke für den nicht gelatinierten Anteil.

4. Die gleichzeitige Verwendung von Trägersubstanzen, um die nicht gelatinierte Stärke, in Suspension zu halten, die nach dem bekannten Spinnverfahren obligatorisch ist, kann entfallen.

Die nachstehenden Beispiele sollen das Verfahren näher erläutern.

Beispiel 1

100 kg native ungelatinierte Maisstärke werden in 4151 Wasser suspendiert. Durch Einleiten von Sattdampf oder indirekte Wärmezufuhr wird die Stärkesuspension unter Rühren auf 65° C gebracht und bei dieser Temperatur etwa 21 min behandelt. Der Wert für die Stein-Hall-Viskosität hat sich dann von etwa 15 auf etwa 25 s erhöht. Der Geiatiuic rungsgrad wird durch Hinzufügen von 1 kc Aluminiumsulfat in 9 1 Wasser auf einer Stein-Hall-Viskosität von etwa 25 s konstant gehalten. Die Ansatzkonzentration der Stärkedispersion voa 16 ⁰Zo Stärkefeststoff wird durch Verdünnen mit 300 1 Wasser auf etwa 10 ⁰Zo Stärkefeststoff eingestellt. Die Viskosität beträgt nach dem Verdünnen 15 s, gemessen mit dem Stein-Hall-Viskosimeter, bzw. 35 cP. semessen mit dem Brookfield-Viskosimeter (bei 100 UpM, Sp. 1 und 20').

Eine so zubereitete Stärkedispersion wurde bei der Herstellung von Bankpostpapier 70 g/m² auf einer Langsiebpapiermaschine eingesetzt. DuiJn Aufsprühen von 1,0" 0 Starke, bezogen auf atro-Faserstoff. auf das Vlies während der Siebeniwässerung wurden im Vergleich zum unbehandelten Papier der Dennison-Rupfwert um 3 Punkte und die Offset-Bedruckbarkeit deutlich verbessert.

Beispiel 2

In 415 1 Wasser werden 100 kg native ungelatinierte Maisstärke suspendiert, und durch Hinzufügen von 1.17 kg Ätznatron (in 121 Wassei gelöst) wird das pH der Stärkedispersion auf 11,3 eingestellt. Nach dem Erwärmen auf 55° C des Ansatzes mit direktem Dampf oder durch indirekte Wärmezufuhr steigt die Stein-Hall-Viskosität innerhalb von 26 min von 15 auf 25 s. Durch Hinzufügen von 4,5 kg Aluminiumsulfat (in 161 Wasser gelöst) wird das pH auf 6,7 eingestellt und gleichzeitig die weitere Gelatinierung gestoppt. Die so bereitete Stärkedispersion zeigt bei 16 ⁰Zo Stärkefeststoffgehalt eine Brookficld-Viskosität von 250 cP bei 50" C bzw. 335 cP bei 20" C (100 UpM, Sp. 3). Nach Verdünnen mit 330 1 Wasser ist der Ansatz mit einem Stärkcfeststoifgehalt von 9,8% gebrauchsfähig.

Bei der Herstellung von schwachsatiniertem Natur-Offset-Papier 60 g/m² wurden 1,5% der Stärke, bezogen auf atro-Faserstoff, während der Siebentwässerung auf einer Langsiebpapiermaschine durch Aufsprühen auf das Vlies gleichmäßig verteilt. Im Vergleich zum unbehandelten Papier stieg der Dennison-Rupfwert um 2 Punkte, auch nahm die Staubneigung deutlich ab.

Beispiel 3

In 4141 Wasser wird ein Gemisch folgender Zusammensetzung eingetragen:

Native, unselatinierte Maisstärke 100 kg

Ca(OH)., Γ 0,25 kg

Na₂CO₃" 0,375 kg

Die Mischung, welche ein pH von 9,4 hat. wird auf 65^: C erwärmt und 20 min lang bei dieser Temperatur belassen.

Danach hat sich eine Stein-Hall-Viskosität von etwa 25 s eingestellt. Die Teilgelatinierung wird durch Hinzufügen von 1 kg Aluminiumsulfat (gelöst in 9 I Wasser) unterbrochen und das pH auf 7, J. ein-

gestellt. Dem Ansatz werden weiterhin 2,5 kg Caiciumstearatdispersion (40 Gewichtsprozent) und 3001 Wasser hinzugefügt. Die gebrauchsfertige Mischung ergibt folgende Werte: Stärkefeststoff: 10,4%; Stein-Hall-Viskosität: 16 s.

Durch Aufsprühen dieser Mischung auf das VIi.:- während der Siebentwässerung in einer Langsiebpapiermaschine wurden im Vergleich zum unbehandelten Vlies folgende Eigenschaften bei Bibeldruckpapier 40 g/m² verbessert:

Dennison-Rupfwert: um 3 Punkte: Reißlänge: um 15%. Außerdem wurden Stauben. Offset-Bedruckbarkeit. Glätte, Klang und Steifigkeit verbessert.

Beispiel 4

Native ungeiatinierte trockene Maisstärke wird bei Raumtemperatur so lange in einer Kugel-Schwingmühle behandelt, bis bei einem Ansatz von 180 kg der Stärke in 715 1 Wasser nach Zusatz von 3,4 kg Ätznatron in 85 1 Wasser eine Stein-Hal I-Viskosität von 50 s gemessen wird. Die so erhaltene Stärkedispersion wird mit Aluminiumsulfat auf pH 7 und anschließend mit 800 1 Wasser auf einen Stärkefeststoffgehalt von 9,2% eingestellt.

Durch Aufsprühen einer so erhaltenen Stärkedispersion wurden 2% Stärke, bezogen auf atro-Faserstoff, auf dem Vlies von Wellenpapier 125 g/m² während der Siebentwässcrung in einer Langsiebpapiermaschine gleichmäßig verteilt. Durch das Besprühen erhöhte sich im Vergleich zum unbehandelten Papier der Berstdruck (nach Mullen) um 21% und die Steifigkeit (CMT-Wert) um 16%.

Beispiel 5

180 kg native ungelatinierte trockene Maisstärke weiden in einer Kugel-Schwingmühle so lange behandelt, bis nach dem Dispergieren in 715 1 Wasser und nach Zusatz von 3,4 kg Ätznatron (gelöst in 40 1 Wasser) eine Stein-Hall-Viskosität von 32 s gemessen wird. Anschließend wird mit Aluminiumsulfatlösung neutralisiert, und es werden 3,6 kg Polyvinylalkohol hinzugefügt. Die Mischung wird durch direkte oder indirekte Wärmezufuhr auf 40⁰C erwärmt und anschließend mit 7101 Wasser auf einen Feststoffgehalt von 9,5 % eingestellt.

Zeitungspapier 52 g/m², welches bei der Herstellung auf einer Langsiebpapiermaschine während der Siebentwässerung des Vlieses mit 1,0% Stärke, bezogen auf atro-Faserstoff, durch Aufsprühen behan-

delt wurde, war für den Vierfarben-Rotations-Offsetdruck hervorragend geeignet.

Beispiel 6

90 kg mit Natriumhypochlorit in wäßriger Suspension oxydativ behandelte nicht gelatinierte Maisstärke werden in 4151 Wasser suspendiert. Durch direkte oder indirekte Wärmezufuhr wird die Stärkesuspension unter Rühren auf 65° C gebracht und bei dieser Temperatur 20 Minuten behandelt. Die Stein-Hall-Viskosität hat dann von etwa 15 auf etwa 20 s zugenommen. Nach dem Hinzufügen von 10 kg Quellstärke wird die Stärkedispersion durch Verdünnen mit Wasser auf etwa 10 % Stärkefeststoß eingestellt. Die Viskosität, gemessen mit dem Stein-Hall-Viskosimeter, beträgt dann etwa 18 s.

Diese Stärkedispersion wurde für die Herstellung von holzfreiem Beschichtungsrohpapier 70 g/m² eingesetzt. Das Vlies wurde während der Entwässerung auf einer Langsiebpapiermaschine mit 1,5% Stärke, bezogen auf atro-Faserstoff, besprüht. Die Papieranalyse ergab, daß im Vergleich zum unbehandelten Papier die mittlere Reißlänge um 13%, die Bruchdehnung (längs) um 15% und der Berstdruck (nach Mullen) um 33% angestiegen waren.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Leimung von Papier durch Imprägnieren mit Stärke nach dem Sprühverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserstoffbahn während der Siebentwässerung mit einer wäßrigen Dispersion von teilweise gelatinierter bzw. teilweise in kaltem Wasser quellbar gemachter, aus nativer und/oder modifizierter Stärke hergestellter Stärke, die in wäßriger Suspension bei einem Stärkefeststoffgehalt von 10 bis 40 Gewichtsprozent eine Stein-Hall-Viskosität von 15 bis 50 Sekunden, gemessen bei 20° C, aufweist, besprüht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserstoffbahn während der Siebentwässerung mit einer wäßrigen Stärkedkpersion, welche zwischen 2 und 20 Gewichtsprozent Stärkestoff enthält, besprüht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß eine Stärkemenge von 1 bis 2°o, bezogen auf atro-Faserstoff, aufgebracht wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine wäßrige Stärkedispersion, die außer der teilweise gelatinierten Stärke auch native und/oder modifizierte nicht gelatinierte Stärke enthält, verwendet wird.

5. Mittel zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die teilweise gelatinierte Stärke durch thermische und/oder alkalische Behandlung von nicht gelatinierter Stärke in wäßriger Suspension bei einem Stärkefeststoffgehalt von 10 bis 40 Gewichtsprozent und bei Temperaturen unterhalb 70³C bis zu einer Stein-Hall-Viskosität von 15 bis 50 Sekunden, gemessen bei 20° C, bei pH-Werten zwischen 8 und 13 erhalten worden ist.

6. Mittel zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die teilweise gelatinierte Stärke durch mechanische Behandlung von nicht gelatinierter Trockenstärke bis zu einer Stein-Hall-Viskosität von 15 bis 50 Sekunden, gemessen in wäßriger Dispersion bei einem Stärkefeststoffgehalt von 10 bis 40 Gewichtsprozent bei 20° C, und bei pH-Werten zwischen 8 und 13 erhalten worden ist.