DE2611746B2 - Verfahren zur leimung von cellulosefasern und mittel zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

R, O

\ Il

N—S —Cl

/ Il

R, O

R,

Ν—S-Cl

Il

R, O

IO

IS

worin Ri eine organische hydrophobe Gruppe mit 8 bis 40 Kohlenstoffatomen darstellt und Ri eine Alkylgruppe mit 1 bis 7 Kohlenstoffatomen ist oder die gleiche Bedeutung wie Ri besitzt, verwendet wird.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verbindung, in der Ri eine Alkylgruppe mit 8 bis 40 Kohlenstoffatomen bedeutet und R2 eine Alkylgruppe mit 1 bis 7 Kohlenstoffatomen ist oder die gleiche Bedeutung wie Ri besitzt, verwendet wird.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verbindung, in der R, eine Alkylgruppe mit 12 bis 30 Kohlenstoffatomen bedeutet und R2 eine Alkylgruppe mit 1 bis 7 Kohlenstoffatomen ist oder die gleiche Bedeutung wie Ri besitzt, verwendet wird.

4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leimung in Gegenwart eines Chlorformiats oder eines Isocyanats durchgeführt wird.

5. Mittel zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Wasserdispersion von zumindest einem Emulgiermittel und einer Verbindung der allgemeinen Formel

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so

worin Ri eine organische hydrophobe Gruppe mit 8 bis 40 Kohlenstoffatomen bedeutet und R2 eine Alkylgruppe mit 1 bis 7 Kohlenstoffatomen ist oder die gleiche Bedeutung wie Ri besitzt, umfaßt.

6. Mittel gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dispersion ein Chlorformiat oder ein Isocyanat enthält.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Leimung von fts Cfcllulosefasern enthaltenden Produkten, wobei die Fasern in wäßriger Aufschlämmung oder im fertigen Produkt mit einer Verbindung behandelt werden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Verbindung der allgemeinen Formel

R, O

\ Il

N— S — Cl

/ Il

R₂ O

worin Ri eine organische hydrophobe Gruppe mit 8 bis 40 Kohlenstoffatomen darstellt und R2 eine Alkylgruppe mit 1 bis 7 Kohlenstoffatomen ist oder die gleiche Bedeutung wie Ri besitzt, verwendet wird.

Man leimt Papier, um diesem eine Beständigkeit gegenüber Wasser und anderen fluiden bzw. flüssigen Materialien zu verleihen. Die beiden prinzipiellen Verfahren zur Leimung sind die Innenleimung und die Oberflächenleimung. Die JnnenJeimung umfaßt die Zugabe geeigneter Chemikalien zu der Pulpe bzw. dem Faserbrei, wobei die Chemikalien entweder an den Cellulosefasern absorbiert werden, oder mit de; Cellulose reagieren. Bei der Innenleimung wird ein hydrophober Effekt in der gesampten Papierstruktur erzielt. Der Effekt der Oberflächenleimung ist demgegenüber mehr oder weniger auf die tatsächliche Oberflächenstruktur beschränkt. Die beiden Methoden werden häufig in Kombinationen verwendet.

Die zur Leimung verwendeten Mittel sind überwiegend Kolophoniumarten, Wachse, Asphaltemulsionen und eine Vielzahl an synthetischen Materialien. Die frühen Mittel werden gewöhnlich an den Cellulosefasern durch Ausfällung mit Alaun fixiert. Die Gruppe der synthetischen Leimungsmittel umfaßt ζ. B. Alkylketendimere, die durch Umsetzung mit den Hydroxylgruppen der Cellulose chemisch an die Cellulose gebunden werden. Andere synthetische Leimungsmittel sind Anhydride von Carbonsäuren, wie Stearinsäure und Alkylbernsteinsäure, Isocyanate, Carbamoylchloride usw.

Erfindungsgemäß wurde gefunden, daß eine gute hydrophobe Wirkung erhalten werden kann, indem man die vorstehend genannten Verbindungen als Leimungsmittel verwendet. Die Verbindungen enthalten zumindest eine hydrophobe Gruppe und eine reaktive Gruppe

NSO₂Cl

die mit den Hydroxylgruppen der Cellulose reagieren kann.

Organische hydrophobe Gruppen Ri, die als geeignet für die Leimung von Cellulosefasermaterial befunden wurden, sind solche, in denen die hydrophobe Gruppe eine Kohienwasserstoffgruppe ist, wie ein höherer Alkylrest, mit zumindest ca. 8 Kohlenstoffatomen, ζ. Β. Decyl, Undecyl, Dodecyl, Tridecyl, Tetradecyl, Pentadecyl, Hexadecyl, Heptadecyl, Octadecyl, Tetracosyl und Pentacosyl und ein höherer Alkylrest mit bis zu ca. 40 Kohlenstoffatomen, wenn erwünscht, obgleich diejenigen mit ca. 12 bis 30 Kohlenstoffatomen bevorzugt sind, wobei die entsprechenden Alkenylgruppen zwischen ca. 8 und ca. 40 Kohlenstoffatomen aufweisen, unter denen beispielsweise Decenyl, Tridecenyl, Heptadecenyl, Octadecenyl, Eicosenyl, Tricosenyl usw. genannt werden können, Aralkyl, Alkaryl und Alkyl-substituiertes Cycloalkyl mit zumindest ca. 8 Kohlenstoffatomen, ζ. Β. 4-tert.-Butylphenyl, Octylphenyl, Dinonylphenyl,
Dodecylphenyl, Tridecylphenyl, Pentadecylphenyl,

OctadecylphenyLHeneicosylphenyl,
Nonylclopropyl, Dodecylcylobutyl,
Tridecylcyclopentyl.Tetradecylcylohexyl,
Pentadecycloheptyl, Ostadecylcyclohexy! usw.
und jede dieser Gruppen, die Sauerstoff oder nicht eingreifende inerte Substituenten enthalten. Unter inerten Substituenten können Carboalkoxyl-, Alkyloxy-, Aryloxy-, Arylalkyloxy-, Keto- und tert.-Amidgruppen usw. genannt werden. Als Beispiele für Reste, die nicht in einem beträchtlichen Ausmaß in der hydrophoben Gruppe vorliegen sollten, können Hydroxylgruppen, primäre und sekundäre Aminogruppen, Amidgruppen mit Amidwasserstoff und Carboxylgruppen oder andere Särregruppen bzw. saure Gruppen genannt werden. Für den Fachmann ist es ohne weiteres ersichtlich, welche Gruppen in diesen Verbindungen verwendet werden können, um unerwünschte Nebenreaktionen zu vermeiden. Ri ist geeigneterweise eine geradkettige, verzweigte oder polycylische Alkylgruppe mit 12 bis 30 Kohlenstoffatomen und R₂ ist eine Alkylgruppe mit 1 bis 7 Kohlenstoffatomen oder besitzt die gleiche Bedeutung wie Ri.

Verbindungen dieses Tyas waren zuvor bekannt und können beispielsweise durch Umsetzung des entsprechenden Amins mit Sulfurylchlorid hergestellt werden.

Cellulosefasern, die erfindungsgemäß geleimt werden, können in Form einer Wassersuspension oder in kondensierter Form z. B. als Papier, Pappe oder Kartonmaterial vorliegen. Die Cellulosefasern können auch mit anderen Materialien z. B. Kunststoffen kombiniert sein.

Der hydrophobe Effekt hängt nicht von der Art ab, gemäß der die Verbindungen mit dem Cellulosefasern enthaltenden Produkt in Kontakt gebracht werden. Das Verfahren kann somit durch Zugabe einer Stammcharge der Verbindungen zu einer Wassersuspension der Cellulosefasern durchgerührt werden. Kondensierte Formen der Cellulosefasern können durch Eintauchen in z. B. eine Wasserdispersion oder eine Lösung der Verbindungen geleimt werden. Alternativ können die Verbindungen in geeigneter Formulierung durch Überziehen aufgebracht werden.

Eine geeignete Methode zur Herstellung von Papier mit hydrophoben Eigenschaften besteht in der Zugabe der Verbindungen zu einer Wassersuspension der Fasern vor dem Drahtteil bzw. Siebteil einer herkömmlichen Papierherstellungsmaschine. Nach Entwässerung der Fasersuspension auf dem Sieb wird der feuchte Bogen durch die Presse und den Trocknungsabschnitt geleitet, wobei sich die hydrophobe Wirkung zu entwickeln beginnt. Die hydrophobe Wirkung entwikkelt sich vollständig, teilweise auf der Trommel, teilweise bei der anschließenden Lagerung.

Die Zeit zur vollständigen Entwicklung der hydrophoben Wirkung der erfindungsgemäßen Mittel kann beträchtlich herabgesetzt werden, indem man die Leimung in Gegenwart eines Chlorformiats oder eines Isocyanats mit Alkylgruppen, die geeigneterweise 12 bis 30 Kohlenstoffatome enthalten, durchführt. Diese Verbindungen üben auf die Umsetzung eine beschleunigende Wirkung aus, während die hydrophobe Gesamtwirkung im wesentlichen nicht verändert wird. Das Verhältnis von Leimungsmittel zu Chlorformiat bzw. Isocyanat wird geeigneterweise innerhalb des Bereiches von 1 :0,05 bis 1 : 1, vorzugsweise 1 :0,l bis 1 :0,7, ausgewählt.

Bei der Zugabe einer Stammcharge liegen die Verbindungen geeigneterweise in Form einer Dispersion vor, wobei kationische, anionische oder nicht-ionische Emulgiermittel verwendet werden. Um eine stabile Dispersion zu erhalten, kann eine Kombination der vorstehenden Emulgiermitteltypen verwendet werden, s Vorzugsweise werden katonische Emulgiermittel verwendet, z. B. Polyäthylenamin, Polyamid-harz, kationische Stärke, quaternäre Ammoniumverbindungen usw., geeigneterweise in einer Menge von 0,1 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Verleimungsmittel. Die Dispersion

ίο kann gewünschtenfalls auch Mittel zur Beschleunigung der Umsetzung, insbesondere Retentionsmittel usw. enthalten. Es können auch andere Verleimungsmittel in Kombination mit den erfindungsgemäßen Verleimungsmitteln verwendet werden, die entweder einen Teil der Dispersion bilden, oder getrennt zu der Pulpe bzw. dem Faserbrei zugegeben werden.

Die Erfindung betrifft auch ein Mittel zur Durchführung des Verfahrens. Eine Papierieimungszusammensetzung gemäß der Erfindung umfaßt eine Wasserdispersion des Leimungsmittels zusammen mit zumindest einem an sich bekannten Emulgiermittel, die gegebenenfalls ein Chlorformiat oder ein Isocyanat als Beschleuniger für die Umsetzung zwischen dem Verleimungsmittel und der Cellulose enthält.

Bei der Zugabe einer Stammcharge zu den Cellulosefasern oder bei einer Oberflächenverleimung werden die erfindungsgemäßen Verbindungen in Mengen verwendet, die 0,001 Gew.-% bezogen auf die trockenen Fasern überschreiten. Die obere Grenze ist nicht kritisch, jedoch wird sie von wirtschaftlichen Gesichtspunkten bestimmt. Eine Zugabe innerhalb des Bereiches von 0,005 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 0,005 bis 0,5 Gew.-% bezogen auf die trockenen Fasern ist zweckmäßig. Die Cellulosefasernsuspension oder das kondensierte Cellulosefasern enthaltende Material können bei der Papierherstellung übliche Additiva wie Füllstoffe, Rentionsmittel, Flockungsmittel usw. enthalten.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele näher erläutert. Prozentangaben und Teile sind, wenn nicht anders angegeben, als Gew.-% und Gew.-Teile zu verstehen.

Beispiel 1

Ungeleimte Papierbögen mit einem Oberflächengewicht von 70 g/m² werden in einer Laboratoriumsmaschine zur Bogenherstellung aus einer gebleichten Sulfatpulpe hergestellt. Die Bogen werden durch Eintauchen in Toluollösungen von Sulfamoylchlorid imprägniert. Die Bogen werden getrocknet und 1 Stunde bei 105⁰C gehärtet. Anschließend wurde die Cobb-Zahl bestimmt.

Leimungsmittel

%Sulfamoylchiorid,
bezogen auf
trockene
Fasern

Cobbto-Zahl
g/m²

Didodecylsulf-

amoylchlorid 0,4

Dioctadecyl-

sulfamoylchlorid 0,2

Dioctadecyl-(,<sulfamoylchlorid 0,1

19,5
16,5
21,5

Vergleichsweise absorbiert ungeleimtes Papier mehr als 130 g/m².

Beispiel 2

In diesem Beispiel wurde die Här'ungszeit für Leimungssysteme bestimmt, die Distearylsulfamoylchlorid als Leimungsmittel und Stearylisocyanat bzw. Cetylchlorformiat als Beschleunigungskomponente enthielten.

Es wurden Streifen von ungeleimten Papierbögen in Toluollösungen getaucht, die verschiedene Mengen Sulfamoylchlorid und verschiedene Mengen der jeweiligen katalysierenden Komponenten enthielten. Die Streifen wurden bei Raumtemperatur getrocknet, danach wurden sie in Heizkammern bei 6O⁰C gehärtet und nach verschiedenen Zeiträumen zur Untersuchung der Härtungszeit entnommen. Die Härtungszeit wurde durch den Tinten (Flotations)-Test in der Weise bestimmt, daß die Streifen auf ein Wasserbad mit einem pH von 8, das einen Farbstoff enthielt, gebracht wurden. Die Proben wurden als vollständig verleimt angesehen, wenn nach 10 minütiger Verweilzeit auf der Wasseroberfläche kein Durchschlagen erfolgte. Die Ergebnisse sind in den folgenden Tabellen angegeben.

mg Distearylsulf-	'VbS'.'arylisocya-	Härtungs
amoylchlorid je	nat, bezogen auf	zeil, Min.
100 ml Toluol	Sulfamoylchlorid
60	0	110
60	10	80
80	0	78
80	10	45
100	0	65
100	10	40
mg Distearylsulf-	Vo Cetylchlorfor	Härtungs
amoylchlorid	miat, bezogen auf	zeit, Min.
je 100 ml Toluol	Sulfamoylchlorid

60	0	110
60	15	110
80	0	78
20 80	15	70
100	0	65
100	15	55

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Leimung von Cellulosefasern enthaltenden Produkten, wobei die Fasern in wäßriger Aufschlämmung oder im fertigen Produkt mit einer Verbindung behandelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verbindung der allgemeinen Formel