DE2818880C3

DE2818880C3 - Verfahren zur Leimung von Papier und Pappe unter Anwendung von Wachsdispersionen

Info

Publication number: DE2818880C3
Application number: DE19782818880
Authority: DE
Inventors: Peter Josef 2080 Pinneberg Reuß
Original assignee: Mobil Oil AG
Current assignee: Mobil Oil AG
Priority date: 1978-04-28
Filing date: 1978-04-28
Publication date: 1982-05-13
Also published as: GB2019917A; DE2818880A1; FR2424358A1; FR2424358B1; DE2818880B2; FI791274A; FI63805C; FI63805B; SE7903680L; AT373314B; ATA319479A; SE430997B; GB2019917B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Leimung von Papier und Pappe unter Anwendung von Wachsdispersionen in einer Stoffmasse, die gegebenenfalls Füllstoffe und andere Zusatzstoffe enthält. Die Leimung von Papier unter Anwendung von jj Wachsdispersionen ist insbesondere bei der Herstellung vcn 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 Leimung einer sauren Stoffmasse mittels Harzen und/oder wäßrigen anionischen oder kationischen Wachsdispersionen vorzusehen. Die bekannte saure Masseleimung erfolgt bei pH-Werten von z. B. 4,4. Der pH-Wert wird durch das bei der sauren Masseleimung eingesetzte Fixiermittel Alaun eingestellt 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. Anßerdem ist aufgrund des sauren pH-Wertes der Stoffmasse der Einsatz von erwünschten Füllstoffen, wie Calciumcarbonat, nicht möglich.

Es ist ferner bekannt (US-PS 35 78 477), die Leimung von Papier durch Kombination einer kationischen Wachsdispersion mit einem anionischen Harzleim durchzuführen. Die Leimung erfolgt unter neutralen Bedingungen ohne das bei der sauren Masseleimung m> eingesetzte Fixiermittel Alaun.

Es ist versucht worden* eine Leimung von Papier in einer Stoffmasse durchzuführen, welche einen pH-Wert von 7 oder einen alkalischen pH-Wert 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 bzw. alkalische Masseleimung von Papier eingesetzten Leimungsmittel sollen theoretisch mit den Papierfasern reagieren, d. h. sich mit diesen verbinden.

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 verden.

Aus den vorgenannten Gründen wurden praktisch anionische Wachsdispersionen zur Leimung 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 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 Leimung 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 Stoffmasse, die einen pH-Wert im schwach sauren, neutralen oder alkalischen Bereich aufweist, eine wäßrige Lösung von Polypiperidjniumhalogenidals 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 DE-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, ia Berührung bringt Als Polypiperidiniumhalogenid können insbesondere Polypiperidiniumchlorid oder Polydimethyldiallylammoniumchlorid verwendet v/erden. 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 Poiypiperidiniumhalogenid, insbesondere Polypiperidiniumchlorid oder -bromid, b<;i der Leimung von Papier und Pappe unter Anwendung von Wachsdispersionen in einem neutralen oder alkalischen Med.jm, das zweckmäßig einen pH-Wert von 6,5 oder höher, insbesondere einen pH-Wert von 6,5 bis 8,5 aufweist

Das Verfahren gemäß der Erfindung hat insbesondere folgende Vorteile:

(a) Kontrollierte Leimung und genaue Leimungsgradeinstellung im pH-Bereich von 6,5 und höher, insbesondere von 6,5 bis 8,5.

(b) Sofortige Leimungswirkung im Papiermaschinenbereich vor einer Oberflächenveredelung und damit Steuerung der Oberflächenpräparationsaufnahme.

(c) Leichte Einführung und Dosierung des Leimungsund Fixiermittels.

(d) Keine Alaunempfindlichkeit des Leimungs- und Fixiermittels.

(e) Keine Herabsetzung der Festigkeit des Papiers 5,1 auch bei erhöhtem Eintrag des Leimungsmittels.

(f) Bei stark gefüllten Papieren Verbesserung der Biegefestigkeit (Rückgang der Lappigkeit).

(g) Geringe Staub- und Rupfneigung bei Offsetpapieren.

(h) Verbesserung der Bedruckbarkeit.

Zusätzlich wurde festgestellt, daß durch Zugabe des Polypiperidiniumhalogenids als Fixiermittel neben einer Fixierung des Leimungsmittels der positive Effekt einer to erhöhten Retention von Füllstoffen im Papier auftritt.

Gewünschtenfalls können Retentionsmittel für Füllstoffe zur Anwendung gelangen, z. B. kationische Retentionsmittel in einem Konzentrattonsbereich von 0,02 bis 03%. Als Retentionsmittel ist Polyacrylamid in einem Konzentrationsbereich von 0,02 bis 0,04% geeignet

Es können tuch 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 Leimungssystem besteht insbesondere aus einer anic nischen, säurestabilen Wachsdispersion als 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 Leimungs- und Fixiermittel (beispielsweise zuerst Wachsdispersion, darauf Zugabe des Fixiermittels) auch geändert werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Beispielen näher erläutert

In dem vorliegenden Zusammenhang sind alle Prozentsätze auf das Gewicht bezogen, soweit nichts anderes angegeben ist

Bei den Beispielen wurde die folgende Papierstoffmasse verwendet:

Stoffzusammensetziing: 50% halbgebleicht

Nadelsulfit ·)
50% gebleicht
Laubsulfat *)

Mahlgrad: 35° Schopper Riegler

Papiergewicht: 80 g/m²

pH-Wert: etwa 7,5.

*) Unter »Nadelsu'fit« versteht man mit schwefliger Säure gebleichten Nadelzellstoff, unter »Laubsulfat« versteht man mit Schwefelsäure gebleichten Laubzellstoff.

Zu der Stoffniasse, die eine Stoffkonzentration von etwa 5% aufweis, wurde Polypipfiridiniumchlorid als Fixiermittel in Form einer im Handel erhältlichen 40%igen wäßrigen Lösung in Mengen von 0,05 bis 2,0%, bezogen auf atro (absolut trockenen) Stoff, zugegeben. Zuvor wurde die 40%ige wäßrige Polypiperidiniumchloridlösung zur besseren Verteilung in der Stoffmasse mit Wasser verdünnt.

Danach wurde eine im Handel erhältliche anionische wäßrige Wachsdispersion (50% Feststoff) als Leimungsmittel in Mengen von 1,0 bis 4%, bezogen auf atro Stoff, hinzugefügt.

Bei einigen Beispielen (Beispiele 15 bis 17) erfolgte die Zugabe von Calciumcarbonat in Form einer 25%igen wäßrigen Aufschlämmung zu der 5%igen Stoffmasse.

Vor der Blattbildung erfolgte eine Verdünnung mit Wasser der so zusammengesetzten Stoffmassen auf etwa 0,5%.

Für die Beispiele wurden die Stoffmassen auf einem Blattbildner, Bauart »Rapid-Köthen« verarbeitet.

Nachdem die gebildeten Papierblätter (in einem Trockner für photographische Materialien) getrocknet und (unter Normbedingungen DIN 50 014) klimatisiert worden waren, wurden die Werte für die Oberflächensaugfähigkeit gegen Wasser nach Cobb (Cobbw-sec-Werte DIN 53 132), die Reißlänge (nach DIN 53 112) und der Aschegehalt (nach FAK-Merkblatt 1 V/40/67) der Papiere bestimmt.

Die Ergebnisse sind in den Tabellen I bis 111 wiedergegeben.

Tabelle I Beispiel

% Wachsdispersion
(50% Feststoff
/atro Stoff

% Polymerlösung (40% Feststoff)
/atro Stoff

*) pH-Wert 6,5.

0,5 1,2

0,2 0,4

0,3 0,3

g/rtr

130 85 40

135 60 22

130 22 24 sauren pH-Bereich möglich ist. Der pH-Bereich hat sich von selbst, d. h. durch die im System vorhandenen Komponenten eingestellt.

Tabelle II

Aus der Tabelle I ist folgendes zu entnehmen:

(1) Je nach Zugabemenge von Wachsdi: persicn und Polymer läßt sich eine Volleimung [Cobbeo see = 22 g/m², Beispiele 6 und 8] oder eine Vorleimung [Cobbw see = 40 bis 60 g/m², Beispiele 3 und 5] erzielen.

(2) Ohne Polymer als Fixiermittel erfolgt keine Leimung [Cobb6o see = 130 g/m². Beispiele 1,4 und

(3) Bei dem Beispiel 8a betrug der pH-Wert 6,5. Dies bedeutet, daß eine Leimung auch im schwach

Beispiel

% Wachsdispersion
(50% Feststoff)
/atro Stoff

% Polymerlösung (40% Feststoff) /atro Sloff

Reißlänge, m

9 3 0,1 5200

10 3 0,4 5600

11 3 - 4800

12 4 0.1-0,2 4800

13 4 0,3 5200

14 4 - 4700

Die Tabelle II zeigt:

2j (1) Selbst bei Einsatz von 3 bis 4% Wachsdispersion (50% Feststoff) wird in Gegenwart des Polymers Keine Reduktion der Reißlänge beobachtet, die sonst bei Einsatz von 3 bis 4% Wachsdispersion (50% Feststoff) auftritt.

(2) Eine Erhöhung der Zugabe des Polymers bewirkt eine Erhöhung der Reißlänge (vgl. Beispiele 10 und 13).

Tabelle III	% Wachsdispersion (50% Feststoff) /atro Stoff	% Polynierlösung (40% Feststoff) /atro Stoff	Asche CaCO₃ r:·)	Cobb_(l\|,sec. g/m*
Beispiel	3 3 3	0,1 0.3 0.4	2.5 2.5 8.5	100 so 60
15 16 17

Tabelle III veranschaulicht die Wirkung des Polymers (in Form einer 40%igen wäßrigen Lösung) als Fixinr- und Retentionsmittel:

(1) Als Fixiermittel für die Wachsdispersion erfolgt mit erhöhter Zugabe des Polymers eine Senkung des Cohbeosec- Wertes, also steigende Leimung.

(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 hinzugefügt werden. Die Cobbw-Werte 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 werden.

Im nachstehenden Beispiel 18 wird eine 50%ige kationische Wachsdispersion als Leimungsmittel eingesetzt:

Bf'sf-iel	% Wachsdi	% Polymer	Coob(,osec.
	spersion	lösung	g/m²
	(60% Fest-	(40% Fest
	storo	stoff)
	/atro Stoff	/atro Sloff

3,5

0,3

20

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Leimung von Papier und Pappe unter Anwendung von Wachsdispersionen in einer gegebenenfalls Füllstoffe und andere Zusatzstoffe enthaltenden Stoffmasse, dadurch gekennzeichnet, daß zu der Stoffmasse, die einen pH-Wert im schwach sauren, neutralen oder alkalischen Bereich aufweist, eine wäßrige Lösung von Polypiperidiniumhalogenid als Fixiermittel zugegeben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoffmasse mit einem pH-Wert von 6,5 und höher eingesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoffmasse mit einem pH-Wert von 6,5 bis 8,5 eingesetzt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Polypiperidiniumchlorid verwendet wird

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die wäßrige Polypiperidiniumhalogenidlösung in einer Konzentration von 0,05 bis 2,0%, bezogen auf das atro (absolut trockenen) Stoffgemisch, eingesetzt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Polypiperidiniumhalogenidlösung zu der Stoffmasse bei einer Stoffkonzentration von 0,05 bis 6,5% zugegeben wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine anionische Wachsdispersion in einer Konzentration von 0,1 bis 4,0%, bezogen auf das atro Stoffgemisch, verwendet wird.

8. Verfahren nach einem der Anspräche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein Retentionsmittel für Füllstoffe zugegeben wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Retentionsmittel für den Füllstoff die wäßrige Lösung eines kaiionischen Pclyacrylamids in einer Konzentration von 0,02 bis 0,04%, bezogen auf das trockene Stoff-Füllstoffgemisch, zugegeben wird.