DE2724699B2 - Verfahren zur Herstellung von p-Phenylphenolharzen und deren Verwendung für kohlefreie Kopierpapiere - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von p-Phenylphenolharzen und deren Verwendung für kohlefreie KopierpapiereInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von p-Phenylphenolharzen durch Umsetzung von p-Phenylphenol oder einem Gemisch aus
100 Gewichtsteilen p-Phenylphenol und bis zu 30 Gewichtsteilen p-Cumylphenol oder eines anderen Halogen- oder Ci-Q-alkyl- oder -cycloalkyl-substituierten
Phenols mit Formaldehyd oder einer Verbindung, die Formaldehyd zu bilden vermag, in Gegenwart eines
sauren Katalysators, sowie auf deren Verwendung für kohlefreie Kopierpapiere.
Ein kohlefreies Kopierpapier setzt sich aus einer Kombination von Blättern zusammen. Eines dieser
Blätter ist mit Mikrokapseln überzogen, deren Inhalt eines Lösung ein unter gewöhnlichen Bedingungen
farbloser, farbbildender basischer Farbstoff in einem Ol ist, und das andere der Blätter ist mit einer sauren
Substanz beschichtet (farbbildendes Blatt). Wird auf die Blätter Druck ausgeübt, zerbricht die Mikrokapsel, und
der Farbstoff gelangt in Berührung mit der sauren Substanz, worauf sich auf dem farbbildenden Blatt je
nach dem aufgewandten Druck eine Farbe bildet. In jüngerer Zeit nimmt die Verwendung dieser Art von
Kopierpapieren zu, insbesondere auf dem Gebiet allgemeiner Kopiererzeugnisse.
Bisher ist als saure Substanz aktivierter Ton verwendet worden. Kürzlich ist jedoch ein synthetisches
Phenolharz dafür entwickelt worden und ersetzt wegen seiner intensiveren Farbe den aktivierten Ton. Phenolharz hat einen weiteren großen Vorteil gegenüber
aktiviertem Ton insofern, als Teilflächenbeschichtungs-Druckfarben durch Lösungen in organischen Lösungsmitteln hergestellt und auf Papier nach einem
Druckverfahren aufgebracht werden können.
Eine Reihe von Phenolharzen sind insoweit untersucht worden, unter denen p-Phenylphenolharz (nachfolgend als PPP-Harz abgekürzt) wegen der hohen
Farbintensität am eingehendsten untersucht wurde. Wenn es auch eine intensive Farbe zu bilden vermag, ist
es in den meisten Lösungsmitteln mäßig löslich. Die für PPP-Harze verwendbaren Lösungsmittel sind auf einige
wenige Arten ketonischer Lösungsmittel beschränkt, wie Methyläthylenketon und Aceton. Wenn es also in
Form einer Lösung in solchen Lösungsmitteln verwendet wird, z. B. im Falle der Verwendung für flexographischen Tiefdruck, ergeben sich durch die Verwendung
ketonischer Lösungsmitlei eine Reihe von Schwierigkeiten. D. h, die so hergestellte Druckfarbe besitzt einen
intensiven Geruch, und Lösungsmittel könnten die die Farbstoffe enthaltenden Kapseln aufbrechen.
Aus der GB-PS 8 00 999 sind in ölen und Fettsäuren
unlösliche Phenol/Formaldehyd-Harze mit einer Viskosität in einer 30%igen Lösung in Dimethylformamid
innerhalb eines bestimmten Bereichs bekannt Sie dienen jedoch nicht dem Ersatz aktivierten Tons als
saurer Substanz in kohlefreien Kopierpapieren und würden sich dafür auch nicht eignen, da sie in dem in
Mikrokapseln vorliegenden öl unlöslich wären.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein PPP-Harz mit verbesserter Löslichkeit zur Verfügung zu stellen. Diese
Verbesserung erlaubt es, ein farbbildendes Blatt zu erhalten, das ausgezeichnete Farbbildungsfähigkeit
entwickelt, wenn es als Bestandteil kohlefreien, druckempfindlichen Kopierpapiers verwendet, wird. Die
Verbesserung ermöglicht auch die Erlangung einer ausgezeichneten Druckfarbe oder Teilflächenbeschichtungs-Druckfarbe hoher Stabilität
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs genannten Art, das sich
dadurch auszeichnet, daß die Umsetzung in Gegenwart einer Menge von !0 bis 200 Gewichtsteilen auf
100 Gewichtsteile p-Phenylphenol eines einwertigen Alkohols mit einem Siedepunkt von 80 bis 170° C bei
einem pH-Wert nicht über 13 durchgeführt wird. Ein so
hergestelltes Harz zeigte verbesserte Löslichkeit in zahlreichen Lösungsmitteln, insbesondere in Äthylacetat, Polyäthylenglycol und Öl, ist als saure Substanz in
kohlefreiem Kopierpapier brauchbar und ergibt schneller eine intensive Farbe, insbesondere in Form einer
Druckfarbe oder Teilflächenbeschichtungs-Druckfarbe
beim Flexodruck.
Beispiele für das andere substituierte Phenol als das p-Phenylphenol, das erfindungsgemäß anwendbar ist,
umfassen Ci-Cj-alkyl- oder -cycloalkyl-substituierte
Phenole, wie p-Kresol, p-tert.-Butylphenol, p-Amylphenol, p-Cyclohexylphenol, p-Heptylphenol, p-Octylphenol, p-Nonylphenol; halogenierte Phenole, wie p-Chlorphenol, p-Bromphenol und p-Cumylphenol. All diese
substituierten Phenole können entweder allein oder in Form eines Gemisches von zwei oder mehr Vertretern
eingesetzt werden. Sie können in Anteilen von 30 Teilen oder weniger auf 100 Teile p-Phenylphenol verwendet
werden. Geht der Anteil des anderen substituierten Phenols als des p-Phenylphenols über den vorstehend
angegebenen Bereich hinaus, zeigt das erhaltene Phenolharz mäßige Farbbildungsfähigfteit und ist als
Bestandteil eines kohlefreien Kopierpapieres ungeeignet.
Als Formaldehydquelle werden eine wäßrige Lösung von Formaldehyd Paraformaldehyd und andere Verbindungen, die Formaldehyd freizusetzen vermögen,
verwendet
Das PPP-Harz gemäß der Erfindung wird nach einer Reaktion hergestellt, die in Gegenwart eines sauren
Katalysators durchgeführt wird. Die verwendbaren Katalysatoren umfassen die üblicherweise verwendeten
sauren Katalysatoren, wie Salzsäure Phosphorsäure. Oxalsäure, p-ToluolsuIfonsäure. Das Molverhältnis von
Formaldehyd zur Phenolverbindung liegt im Bereich von 0,3 bis 1,0MoI pro Mol Phenolverbindung. Zum
Zeitpunkt der Reaktion muß der pH-Wert des Reaktionsgemisches bei 1,9 oder darunter gehalten
werden. Die Reaktion erfolgt in Gegenwart eines einwertigen Alkohols. Erfindungsgemäß verwendbare
einwertige Alkohole sind solche mit einem Siedepunkt
von 80 bis 1700C, und sie werden in einer Menge von 10
bis 200 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteile der Phenolverbindung eingesetzt Konkrete Beispiele für
einwertigen Alkohol sind n-Propylalkohol, i-Propylalkohol, n- und tert-ButyJalkohol, i-Butylalkohol, n- und
i-Amylalkohol oder Hexylalkohol AU diese einwertigen
Alkohole können entweder allein oder in Form eines Gemischs von zwei oder mehreren Vertretern verwendet werden. Methanol und Äthanol können erfindungsgemäß nicht verwendet werden. Die Reaktion wird bei
Siedetemperatur des Systems oder darunter durchgeführt Eine kleine Menge (höchstens 20%) Toluol oder
Xylol kann in die zuvor genannten höheren Alkohole eingebracht werden, um die Reaktionstemperatur zu
steuern oder die Viskosität herabzusetzen.
Der Schmelzpunkt des erhaltenen Harzes hängt von der Reaktionszeit und anderen Reaktionsbedingungen
ab. Unter praktischen Gesichtspunkten weist das Harz vorzugsweise einen Schmwelzpunkt nicht unter 700C
auf, soweit es in Form einer wäßrigen Beschichtungsflüssigkeit verwendet wird. Soll das Harz in einem
Lösungsmittel gelöst und als Druckfarbe verwendet werden, kann es bei gewöhnlicher Temperatur flüssig
sein.
Das erste charakteristische Merkmal des erfindungsgemäß hergestellten Harzes ist, daß vs, wenn es als
Bestandteil eines farbbildenden Blattes kohlefreien Kopierpapiers verwendet wird, im Vergleich mit bisher
offenbarten PPP-Harzen schneller eine Farbe zu bilden vermag. Dies beruht wahrscheinlich aus einer ausgezeichneten Löslichkeit in dem in der Mikrokapsel
vorliegenden ÖL Dar zweite charakteristische Merkmal
des erfindungsgemäß hergestellte Harzes ist, daß es,
wenn in Form einer Druckfarbe, s .sgezeichnete Löslichkeiten in verschiedenen Lösungsmitteln zeigt,
die ausreicht,, um die Stabilität der erhaltenen Druckfarbe zu steigern. Die Erfindung macht die
Herstellung eines in Äthylacetat löslichen PPP-Harzes möglich, und daher können die ketonischen Lösungsmittel, wie Methyläthylketon oder Aceton, die bislang zur
Herstellung von Druckfarben für Flexo-Tiefdruck verwendet worden sind, durch Äthylacetat ersetzt
werden. Der Ersatz ist in erster Linie von Wert, den Geruch der Druckfarbe angenehmer zu machen. Ferner
ist der Ersatz insofern von Wert, als Athylacetat auf Mikrokapseln weniger zerstörend wirkt. Die letztere
Eigenschaft von Äthylacetat beseitigt stark die Gefahr der Kapselzerstörung beim Drucken. Dies ist sein
deutlicher Vorteil gegenüber ketonischen Lösungsmitteln, die auf Mikrokapseln viel stärker zerstörend
wirken und sich zur Verwendung als Bestandteil einer Druckfarbe für kohlefreies Papier nicht eignen. Bei
Verwendung zur Herstellung von Druckfarben sollte das PPP-Harz eine Löslichkeit nicht unter 40% haben.
Das Harz zeigt auch ausgezeichnete Löslichkeit in Polyäthylenglykolen (Äthylenglykoläther), weshalb es
zur Herstellung von Druckfarben hoher Stabilität für den Buchdruck oder die Kopierpresse verwendet
werden kann.
Der Grund, weshalb das effindungsgemäß hergestellte Harz die vorgenannten erwünschten Eigenschaften
zeigt, wird noch nicht voll verstanden. Wahrscheinlich jedoch beruht dies darauf, daß die Molekulargewichtsverteilung des Harzes für eine so hohe Farbbildungsfähigkeit und hohe Löslichkeit geeignet ist und das Harz
teilweise, möglicherweise durch die Ausbildung von Ätherverbindungen mit dem einwertigen Alkohol,
modifiziert ist.
Weitere Vorteile, Merkmale und Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung einzelner Bleispiele,
Ein Gemisch aus 500 g p-Phenylphenol, 115 g
37%iger Formaldehydlösung, 250 g Isobutylalkohol und 1,5 ml Salzsäure wurden in einen 1 1-Vierhalskolb_.n,
ausgestattet mit einem Thermometer, einem Kühler und einem Rührer, gebracht Das Gemisch hatte jetzt einen
pH-Wert von 0,5. Unter Rühren und Rückfluß wurde 5 h
bei 95 bis 1000C umgesetzt, worauf das Reaktionsgemisch eingeengt, wasserfrei gemacht und auf eine
Temperatur von 1500C erhitzt wurde. So wurde ein
farbloses Harz mit einem Schmelzpunkt von 1000C erhalten.
In der gleichen Vorrichtung wie in Beispiel 1 wurde ein Gemisch aus 500 g p-Phenylphenol. 120 g 37%iger
Formaldehydlösung, 5 g Oxalsäure und 200 g n-Butanol mit einem Anfangs-pH-Wert von 1,0 5 h bei 98 bis
100° C umgesetzt Dann wurde das Reaktionsgemisch
eingengt und durch Erhitzen auf 135° C wasserfrei
gemacht Das so erhaltene Harz hatte einen Schmelzpunkt von 110° C und ein durchschnittliches Molekulargewicht von etwa 300.
Durch Wiederholen der Arbeitsweise des Beispiels 1 wurde ein Gemisch aus 450 g p-Phenylphenol, 50 g
p-tert-Butylphenol, 300 g n-Butanol, 170 g Formaldehydlösung und 10 g Oxalsäure mit einem Anfangs-pH-Wert von 1,0 umgesetzt, um ein schwach braun
gefärbtes Harz mit einem Schmelzpunkt von 80° C zu ergeben.
Durch Wiederholen der Arbeitsweise des Beispiels 1 wurde ein Gemisch aus 500 g p-Phenylphenol, 160 g
37%iger Formaldehydlösung, 5 g Oxalsäure und 200 g Isoamylalkohol mit einem Anfangs-pH-Wert von 1,0 5 h
bei 98 bis 1000C umgesetzt, worauf das Reaktionsgemisch auf 135° C erhitzt wurde. Das so erhaltene Harz
hatte einen Schmelzpunkt von '75° C und ein durchschnittliches Molekulargewicht von etwa 400.
Die Arbeitsweise des Beispiels 2 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, daß die 200 g n-Butanol durch ein
Gemisch aus 200 g Methanol und 100 g Wasser ersetzt wurde, und das Reaktionsgemisch wurde 5 h unter
Rückfluß bei 77 bis 81 °C und darauf auf 135° C erhitzt. Das so erhaltene Harz hatte einen Schmelzpunkt von
165° C.
Durch Wiederholen der Arbeitsweise des Beispiels 1 wurde ein Gemisch aus 500 g p-Phenylphenol, 55 g
8O°/oiger Formaldehydlösung, 2,5 g p-Toluolsulfonsäure
und 200 g Xylol umgesetzt, um ein schwach braun gefärbtes transparentes Harz mit einem Schmelzpunkt
von 73°C zu ergeben.
Ein Gemisch aus 100 g des Harzes des Beispiels 1,
200 g Wasser und 0,3 g Natriumsilikat wurde in einer Kugelmühle vermischt, bis die Teilchengröße 5 μπι oder
darunter erreichte. 30 g der so erhaltenen Dispersion wurden mit 200 g Wasser, 30 g Kaolinit, 25 g oxidierter
Stärke (10%ige wäßrige Lösung) und 5 g Styrol/Butadien-Kautschuklatex
gemischt. Das erhaltene Gemisch wurde auf ein Papier hoher Qualität zu einem Beschichtungsgewicht von etwa 5 g aufgebracht. So
wurde ein Aufnahmeblatt für kohlefreies Papier mit ausgezeichneter Farbbildungseigenschaft erhalten.
Vergleichsbeispiel 3
Die Arbeitsweise des Beispiels 5 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, daß das Harz des Beispiels 1 durch
das Reaktionsprodukt des Vergleichsbeispiels 1 ersetzt wurde. Nach dem Beschichten zeigte das Papier kaum
farbbildende Eigenschaften. Auf der Papieroberfläche wurde ein glitzerndes kristallines pulvriges Material
beobachtet. Dies legt nahe, daß der Hauptanteil des Reaktionsproduktes des Vergleichsbeispiels 1 nicht
umgesetzte Ausgangsmaterialien selbst waren.
Eine Teilflächenbeschichtungs-Druckfarbe für flexographischen
Tiefdruck wurde durch Dispergieren und Pulverisieren von 30 Gewichtsteilen Titanoxid in einer
Kugelmühle über 8 h zusammen mit einer Lösung von 40 Gewichtsteilen des Harzes des Beispiels 2 in
60 Gewichtsteilen Äthylacetat und einer Lösung von 5 Gewichtsteilen Maleinsäureharz in 5 Gewichtsteilen
Äthylacetat hergestellt Die Druckfarbe wurde auf ein Transfer- oder Übertragungspapier mit Hilfe einer
Flexo-Tiefdruckmaschine aufgedruckt. So wurde ein teilflächig bedrucktes Zwischenblatt ausgezeichneter
Qualität erhalten.
Vergleichsbeispiel 4
Die Arbeitsweise des Beispiels 6 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, daß das Harz des Beispiels 2 durch
ein handelsübliches p-Phenylphenolharz ersetzt wurde.
Dieses Harz konnte jedoch wegen seiner geringen Löslichkeit in Äthylacetat nicht zu einer Druckfarbe
verarbeitet werden. So wurde eine Teilflächenbeschichtungs-Druckfarbe unter Verwendung von Methyläthylketon
anstelle von Äthylacetat hergestellt. Wurde die so erhaltene Druckfarbe für den gleichen Flexodruck wie
in Beispiel 6 verwendet, trat die Bildung eines bläulichen Nebels anstelle des teilflächig bedruckten Teils auf.
Verglichen mit dem Druckerzeugnis des Beispiels 6 war das Druckerzeugnis dieses Vergleichsbeispiels sowohl
hinsichtlich der Farbbildungsgeschwindigkeit als auch der Intensität der gebildeten Farbe unterlegen.
Eine Buchdruck-Teilflächenbeschichtungs-Druckfarbe wurde durch Lösen von 100 Gewichtsteilen des
Harzes des Beispiels 4 in 100 Gewichtsteilen Polyäthylenglykol 400, Mischen der erhaltenen Lösung mit
100 Gewichtsteilen Titanoxid und Kneten des erhaltenen Gemisches mit einer Dreifachwalzenmühle hergestellt.
Die so erhaltene Druckfarbe wurde auf ein Qualitätspapier nach dem Gummidruckstock-Hochoder
Buchdruckverfahren unter Verwendung einer herkömmlichen Buchdruckpresse gedruckt. So wurde
ein Aufnahmeblatt für kohlefretes Kopierpapier mit ausgezeichneten Eigenschaften erhalten.
Vergleichsbeispiel 5
■?<> Durch Wiederholen der Arbeitsweise des Beispiels 7
wurde eine Druckfarbe hergestellt, mit der Ausnahme, daß das Harz des Beispiels 4 durch das Harz des
Vergleichsbeispiels 2 ersetzt wurde. Es wurie jedoch keine qualitativ gute Druckfarbe erhalten, weil sich das
ve* wendete Harz aufgrund der geringen Löslichkeit in Polyäthylenglykol 400 abschied. Obgleich die Druckfarbe
versuchsweise beim gleichen Druckverfahren wie in Beispiel 7 verwendet wurde, war es nicht möglich,
überhaupt einen guten Druck zu erhalten. Das Druckerzeugnis dieses Vergleichsbeispiels war dem des
Beispiels? sowohl hinsichtlich der Farbbildungsgeschwindigkeit als auch der Intensität der gebildeten
Farbe unterlegen.
Durch Wiederholung der Arbeistweise des Beispiels?, ausgenommen, daß 100 Teile des Harzes des
Beispiels 3 in 100 Teilen Triäthylenglykol gelöst wurden
und die erhaltene 1-ösung mit 90 Teilen Zinkoxid und
10 Teilen Siliciumdioxid gemischt wurde, wurde eine Druckfarbe hergestellt.
Die so erhaltene Druckfarbe wurde auf ein handelsübliches Papier unter Verwendung einer Trockenoffset-Druckerpresse
gedruckt. So wurde ein teilflächig bedrucktes Zwischenblatt mit ausgezeichneten Farbbildungseigenschaften
erhalten.
Claims (2)
1. Verfahren zur Herstellung von p-Phenylphenolharzen durch Umsetzung von p-Phenylphenol oder
einem Gemisch aus 100 Gewichtsteilen p-Phenylphenol und bis zu 30 Gewichtsteilen p-Cumylphenol
oder eines anderen Halogen- oder Ci-Cg-alkyl- oder
-cycloalkyl-substituierten Phenols mit Formaldehyd oder einer Verbindung, die Formaldehyd zu bilden
vermag, in Gegenwart eines sauren Katalysators, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung in Gegenwart einer Menge von 10 bis
200 Gewichtsteilen auf 100 Gewichtsteile p-Phenylphenol eines einwertigen Alkohols mit einem
Siedepunkt von 80 bis 1700C bei einem pH-Wert
nicht über 1,9 durchgeführt wird.
2. Verwendung der nach Anspruch 1 hergestellten p-Phenylphenolharze für kohlefreie Kopierpapiere.
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