DE2818880A1 - Verfahren zur hydrophobierung von papier und pappe unter anwendung von wachsdispersionen - Google Patents
Verfahren zur hydrophobierung von papier und pappe unter anwendung von wachsdispersionenInfo
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Description
i-ATt.tvTANWÄLTe
DR. E. VvIEGAND DiPL-!NiG. Vv. NIEAAANN
DR. M. KÖHLER DIPL-ING. C GERNHARDT
MÖNCHEN ^ HAMBURG 2818880
TELEFON: 555474 800OMONCHEN^
TELEGRAMME.KÄRPATENT MATHILDENSTRASSE
TELEX : 527068 KARPD
W. 43 096/78 7/RS 28. April 1978
Mobil Oil A.G. in Deutschland Hamburg
Verfahren zur Hydrophobierung von Papier und Pappe unter Anwendung von Wachsdispersionen
909845/02 7 5
281888Q
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Hydrophobierung (Leimung) von Papier und Pappe unter Anwendung
von Wachsdispersionen in einer Stoffmasse, die gegebenenfalls
Füllstoffe und andere Zusatzstoffe enthält.
Die Hydrophobierung oder Leimung von Papier unter Anwendung von Wachsdispersionen ist insbesondere bei der Herstellung
von hochwertigem Papier, wie Schreibpapier, Illustrationspapier oder Buchdruckpapier, von Bedeutung, sie ist
jedoch auch bei der Herstellung von Pappe oder Karton von Interesse.
Es ist bekannt, bei der Herstellung von Papier eine Hydrophobierung oder Leimung einer sauren Stoffmasse mittels
Harzen und/oder wäßrigen Wachsdispersionen vorzusehen. Die bekannte saure Masseleimung erfolgt bei pH-Werten von
z. B. 4,4. Die bekannte saure Masseleimung weist zahlreiche Nachteile auf, wie z.B. die Korrosion von Metallsieben und
anderen Metallteilen durch das saure Material, eine geringe Alterungsbeständigkeit der hergestellten Papiere und eine
verhältnismäßig geringe Festigkeit der Papiere. Außerdem ist aufgrund des sauren pH-Wertes der Stoffmasse der Einsatz von
erwünschten Füllstoffen, wie Calciumcarbonat, nicht möglich.
Es ist versucht worden, eine Leimung oder Hydrophobierung von Papier in einer Stoffmasse durchzuführen, welche einen
pH-Wert von 7 oder einen alkalischen pH-liert aufweist, um die
genannten Nachteile nach Möglichkeit zu vermeiden. Ein Arbeiten im alkalischen Bereich hat auch den Vorteil, daß für das
Mahlen der Fasern ein geringerer Energiebedarf erforderlich ist und daß ferner bei Verwendung von optischen Aufhellern
geringere Mengen notwendig sind. Die für eine neutrale bzv/. alkalische Masseleimimg von Papier eingesetzten Leimungsmittel
sollen theoretisch mit den Papierfasexm reagieren, d.h. sich
mit diesen verbindeno
909845/0275
Es ist bekannt, Alkylketendimere als Leimungsmittel für
Papier od.dgl. beim Arbeiten bei einem pH-Wert von etwa 7 zu verwenden. Diese Art der Papierleimung hat jedoch verschiedene
Nachteile, u.a. eine übermäßige Empfindlichkeit bei der Anwendung von Alaun, verhältnismäßig kurze Lebensdauer der
Alkylketendimere und eine verzögerte Leimungswirkung, die je nach Art der Trocknung erst nach mehrtägiger Lagerung des
Papiers eintreten kann. Außerdem läßt sich kein genauer Leimungsgrad einstellen.
Es ist ferner vorgeschlagen worden, Dicarbonsäureanhydride als Leimungsmittel bei der neutralen bzw. alkalischen Masseleimung
von Papier anzuwenden. Die Dicarbonsäureanhydride müssen jedoch aufgrund ihrer begrenzten Lebensdauer unmittelbar
vor dem Einsatz an der Papiermaschine mit aufwendigen Apparaturen hergestellt werden.
Aus den vorgenannten Gründen wurden praktis di Wachsdispersionen
zur Hydrophobierung von Papier oder Pappe in der Stoffmasse nur dann eingesetzt, wenn diese einen pH-Wert
im sauren Bereich hatte.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Hydrophobierung oder Leimung von Papier und Pappe unter
Anwendung von Wachs oder Paraffindispersionen in einer gegebenenfalls Füllstoffe und andere übliche Zusatzstoffe enthaltenden
Stoffmasse, die einen pH-Wert im schwach sauren, neutralen
oder alkalischen Bereich aufweist.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch
ein. Verfahren zur Hydrophobierung von Papier und Pappe unter Anwendung von Wachsdispersionen in einer gegebenenfalls Füllstoffe
und andere Zusatzstoffe enthaltenden Stoffmasse, das
dadurch gekennzeichnet ist, daß man zu der Stoff masse, die
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einen pH-Wert im schwach sauren, neutralen oder alkalischen
Bereich aufweist, eine wäßrige Lösung von Polypiperidiniumhalogenid
als Fixiermittel zugibt.
Bei Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung wurde gefunden, daß die Probleme auf dem Gebiet der schwach sauren,
neutralen bzw. alkalischen Masseleimung von Papier und Pappe unter Verwendung von Wachsdispersionen gut gelöst werden
und daß insbesondere die geschilderten Nachteile hinsichtlich der geringen Lebensdauer des Leimungsmittels, der Alaunempfindlichkeit
und der verzögerten Leimungswirkung beseitigt werden.
Die DT-OS 26 28 571 betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Wirkung von optischen Aufhellern in der Papierindustrie,
bei welchem man übliche, in der Papierindustrie verwendete anionische Aufheller mit einem Polypiperidiniumhalogenid,
das sich in dispergiertem Zustand auf einem feinteiligen Träger adsorbiert befindet, in Berührung bringt.
Als Polypiperidiniumhalogenid können insbesondere Polypiperidiniumchlorid
oder Polydimethyldiallylammoniumchlorid verwendet werden. Als Träger können feinteilige anorganische Stoffe
z.B. Füllstoffe wie Kaolin oder Talk, und Weißpigmente wie Calciumcarbonat od.dgl., oder feinteilige organische Stoffe
wie Stärke od.dgl., Anwendung finden.
Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung handelt es sich demgegenüber um die Verwendung von Polypiperidiniumhalogenid,
insbesondere Polypiperidiniumchlorid oder -bromid, bei der Hydrophobierung von Papier und Pappe unter Anwendung
von Wachsdispersionen in einem neutralen oder alkalischen Medium, das zweckmäßig einen pH-Wert von 6,5 oder höher, insbesondere
einen pH-Wert von 6,5 bis 8,5 aufweist.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung hat insbesondere folgende Vorteile:
(a) Kontrollierte Hydrophobierung (Leimung) und genaue
Leimungsgradeinstellung im pH-Bereich von 6,5 und höher, insbesondere von 6,5 bis 8,5.
(b) Sofortige Hydrophobierungswirkung im Papiermaschinenbereich vor einer Oberflächenveredelung und damit Steuerung
der Oberflächenpräparationsaufnähme.
(c) Leichte Einführung und Dosierung des Hydrophobierungsund
Fixiermittels.
(d) Keine Alaunempfindlichkeit des Hydrophobierungs- und Fixiermittels.
(e) Keine Herabsetzung der Festigkeit des Papiers auch bei erhöhtem Eintrag des Hydrophobierungsmittels.
(f) Bei stark gefüllten Papieren Verbesserung der Biegefestigkeit
(Rückgang der Lappigkeit).
(g) Geringe Staub- und Rupf neigung bei Offsetpapieren.
(h) Verbesserung der Bedruckbarkeit.
Zusätzlich wurde festgestellt, daß durch Zugabe des Polypiperidiniumhalogenids als Fixiermittel neben einer Fixierung
des Hydrophobierungsmittels der positive Effekt einer erhöhten Retention von Füllstoffen im Papier auftritt.
Gewünschtenfalls können Retentionsmittel für Füllstoffe
zur Anwendung gelangen, z.B. kationische Retentionsmittel in einem Konzentrationsbereich von o,o2 bis o,3%. Als Retentionsmittel
ist Polyacrylamid in einem Konzentrationsbereich von o,o2 bis o,o4% geeignet.
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Es können auch andere kationische Papierhilfsmittel,
wie z.B. Naßfestmittel, auf der Basis von Epichlorhydrinharz
eingesetzt werden.
Die Einstellung des pH-Werts kann mittels Natronlauge erfolgen, wenn der pH-Wert zu niedrig ist. Wenn der pH-Wert
bereits durch andere Zusätze mit Basizität in dem gewünschten Bereich liegt, erübrigt sich eine besondere Einstellung.
Das erfindungsgemäß anzuwendende Hydrophobierungssystem besteht insbesondere aus einer anionischen, säurestabilen
Wachsdispersion (z.B. Mobil.cer · RV) als Hydrophobierungsoder Leimungsmittel und einem kationischen Polymer, nämlich
einem Polypiperidiniumhalogenid, insbesondere Polypiperidiniumchlorid, nachstehend kurz das "Polymer" genannt, als Fixiermittel
für die Wachsdispersion.
Gegebenenfalls kann die Reihenfolge der Zugabe der Hydrophobierungs-
und Fixiermittel (beispielsweise zuerst Wachsdispersion, darauf Zugabe des Fixiermittels) auch geändert
werden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Beispielen näher erläutert.
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-β- 3
In dem vorliegenden Zusammenhang sind alle Prozentsätze auf das Gewicht "bezogen, soweit nichts anderes angegeben
ist.
Bei den Beispielen wurde die folgende Papierstoffmasse verwendet:
Stoffzusammensetzung: 5o % halbgebleicht Nadelsulfit
5o % gebleicht Laubsulfat
Mahlgrad: | etwa | 35 | Schopper | Riegler |
Papiergewicht: | 80 | g/m2 | ||
pH-Wert: | 7, | 5. | ||
Zu der Stoff masse, die eine Stoff konzentration von etwa 5$
aufwies, wurde Polypiperidiniumchlorid als Fixiermittel in Form einer im Handel erhältlichen 4o?äigeij wäßrigen Lösung in
Mengen von o,o5 bis 2,o%, bezogen auf atro (absolut trockenen) Stoff, zugegeben. Zuvor wurde die 4o$£ige wäßrige Polypiperidiniumchloridlösung
zur besseren Verteilung in der Stoffmasse mit Wasser verdünnt.
Danach wurde eine im Handel erhältliche anionische wäßrige
Wachsdispersion (5o% Feststoff) als Hydrophobierungsund Leimungsmittel in Mengen von l,o bis k%, bezogen auf atro
Stoff, hinzugefügt.
Bei einigen Beispielen (Beispiele 15 bis 17) erfolgte die Zugabe von Calciumcarbonat in Form einer 25%igen wäßrigen
Aufschlämmung (Füllstoff-Slurry) zu der 5%igen Stoffmasse.
Vor der Blattbildung erfolgte eine Verdünnung mit Wasser der so zusammengesetzten Stoffmassen auf etwa o,5%.
Für die Beispiele wurden die Stoffmassen auf einem Blattbildner, Bauart "Rapid-Köthen" (Hersteller K. Frank, Weinheim)
verarbeitet.
845/027S
Nachdem die gebildeten Papierblätter (in einem Trockner für photographische Materialien) getrocknet und (unter Normbedingungen
DIN 5o ol4) klimatisiert worden waren, wurden die Werte für die Oberflächensaugfähigkeit gegen Wasser
nach Cobb (Cobb^-sec-Werte DIN 53 132), die Reißlänge (nach
DIN 53 112) und der Aschegehalt (nach FAK-Merkblatt IV/4o/67) der Papiere bestimmt.
Die Ergebnisse sind in den Tabellen I bis III wiedergegeben.
Tabelle I
Bei- % Wachsdispersion 0A Polymerlösung Cobb/- see
spiel (5o# Feststoff) (4o% Feststoff) „/«2
/atro Stoff /atro Stoff s/m
12 - 13o
2 2 o,5 85
3 2 1,2 4o
4 3 - 135
5 3 o,2 6o 6-3 o,4 22
7 4 - 13o
8 4 o,3 22 8a +) 4 o,3 24
Aus der Tabelle I ist folgendes zu entnehmen:
(l) Je nach Zugabemenge von Wachsdispersion und Polymer läßt
sich eine volle Hydrophobierung (Volleimung) ^CobbgQ see
22 g/m , Beispiele 6 und 8/ oder eine gewisse Hydrophobierung (Vorleimung) /CobbgQsec = 4o bis 6o g/m , Beispiele
3 und 57 erzielen.
+) pH-Wert =6,5
909845/0275
(2) Ohne Polymer als Fixiermittel erfolgt keine Hydrophobie-
rung /CobbgQsec = 13o g/m , Beispiele 1, 4 und 7J7.
(3) Bei dem Beispiel 8a betrug der pH-Wert 6,5. Dies bedeutet, daß eine Hydrophobierung auch im schwach sauren
pH-Bereich möglich ist. Der pH-Wert hat sich von selbst, d.h. durch die im System vorhandenen Komponenten eingestellt.
Bei- % Wachsdispersion % Polymerlösung Reißlänge spiel (5o % Feststoff) (4o % Feststoff)
/atro Stoff /atro Stoff m
9 3 o,l 52oo
10 3 o,4 56oo
11 3 - 48oo
12 4 o,l - o,2 48oo
13 4 o,3 52oo
14 4 - 47oo
Die Tabelle II zeigt:
(1) Selbst bei Einsatz von 3 bis 4% Wachsdispersion
Feststoff) wird in Gegenwart des Polymers keine Reduktion der Reißlänge beobachtet, die sonst bei Einsatz
von 3 bis h% Wachsdispersion (5o% Feststoff) auftritt.
(2) Eine Erhöhung der Zugabe des Polymers bewirkt eine Erhöhung der Reißlänge (vgl. Beispiele Io und 13).
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Tabelle III
Bei- % Wachsdispersion % Polymerlösung Asche Cobb,- see
spiel (5ο9δ Feststoff) (4o%' Feststoff) CaCO, (SO D°
/atro Stoff /atro Stoff D g/m
15 | 3 |
16 | 3 |
17 | 3 |
o,l 2,5 loo
o,3 2,5 8o
o,4 8,5 6o
Tabelle III veranschaulicht die'Wirkung des Polymers
(in Form einer 4o%igen wäßrigen Lösung) als Fixier- und Retentionsmittel:
(1) Als Fixiermittel für die Wachsdispersion erfolgt mit erhöhter
Zugabe des Polymers eine Senkung des Cobbg sec-Wertes, also steigende Hydrophobierung.
(2) Als Retentionsmittel für den Füllstoff steigert das Polymer
den Aschegehalt im Papier.
Bei den Versuchen 15 bis 17 kann zusätzlich ein Retentionsmittel für den Füllstoff, z.B. ein kationisches Polyacrylamid
(Percol 292) hinzugefügt werden. Die CobbgQ-¥erte bleiben dabei
unverändert, während die Aschenwerte gleichmäßig erhöht werden.
Das Verfahren gemäß der Erfindung kann sowohl unter Anwendung von anionischen als auch kationischen Wachsdispersionen
ausgeführt v/erden.
Im nachstehenden Beispiel 18 wird eine 5o^ige kationische
Wachsdispersion als hydrophobierendes Mittel eingesetzt.
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Bei- % Wachsdispersion % Polymer lösun
(60% Feststoff) (4o% Feststff /atro Stoff /atro Stoff
%
p % y g ^
spiel (60% Feststoff) (4o% Feststoff) Jv;2
/t ff/t Stff s/m
3,5 o,3 2o
909845/0275
Claims (8)
- Patentansprüche! 1* Verfahren zur Hydrophobierung von Papier und Pappe unter Anwendung von Wachsdispersionen in einer gegebenenfalls Füllstoffe und andere Zusatzstoffe enthaltenden Stoffmasse, dadurch gekennzeichnet, daß man zu der Stoffmasse, die einen pH-Wert im schwach sauren, neutralen oder alkalischen Bereich aufweist, eine wäßrige Lösung von Polypiperidiniumhalogenid als Fixiermittel zugibt.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Polypiperidiniumhalogenid Polypiperidiniumchlorid verwendet.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die wäßrige Polypiperidiniumhalogenidlösung in einer Konzentration vono,o5bis 2,o%, bezogen auf das atro Stoffgemisch eingesetzt wird.
- 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugabe der Polypiperidiniumhalogenidlösung zu der Stoffmasse bei einer Stoffkonzentration von ο,ό5 bis 6,596 erfolgt.
- 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine anionische Wachsdispersion in einer Konzentration von o,l bis k,o% auf das atro Stoff gemisch verwendet wird.
- 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein Retentionsmittel für Füllstoffe zugegeben wird.Ö9845/0275ORIGINAL INSPECTED
- 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Retentionsmittel für den Füllstoff eine wäßrige Lösung eines kationischen Polyacrylamide in einer Konzentration von o,o2 bis o,o4$6, bezogen auf das trockene Stoff-Füllstoffgemisch, zugegeben wird.
- 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoffmasse einen pH-Wert von 6,5 und höher aufweist.9« Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoffmasse einen pH-Wert von 6,5 bis 8,5 aufweist.909845/0275
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