DE2928878C2 - Wäßrige Lösung eines wärmehärt- oder -fixierbaren Harzes, Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung in einer Papierstreichmasse - Google Patents
Wäßrige Lösung eines wärmehärt- oder -fixierbaren Harzes, Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung in einer PapierstreichmasseInfo
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Description
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Stufe (1) unter Verwendung von 2
Molen Polyalkylenpolyamin pro Mol Harnstoff durchführt
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Polyalkylenpolyamin DiäthyJentriamin,
Triäthylentetramin, Tetraäthylenpentamin, Iminobispropylamin, 3-Azahexan-l,6-diamin und/oder
4,7- Diazadecan-1,10-diamin verwendet
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Stufe (2) unter Verwendung von etwa
0,8 bis 1,2 Mol(en) der zweibasischen Carbonsäure pro Mol des in Stufe (1) erhaltenen Polyamins durchführt.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als zweibasische Carbonsäure Bernstein-,
Glutar-, Adipin-, Sebacin-, Malein-, Fumar-, Isophthal- und/oder Terephthalsäure verwendet.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Stufe (3) unter Verwendung von 0,5
bis 1,5 Mol(en) Harnstoff pro Äquivalent an in dem Polyalkylenpolyamin enthaltener sekundärer Amino-
30 gruppe durchführt.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Stufe (4) unter Verwendung von 0,2
bis 1,0 Mol Formaldehyd pro Mol des in Stufen (1) und (3) insgesamt verwendeten Harnstoffs durchführt.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Stufe (4) bei einem pH-Wert von 3,5
bis 6,5 durchführt.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Stufe (4) zunächst bei einem pH-Wert
von 8 bis 12 und danach bei einem pH-Wert von 3,5 bis 6,5 durchführt.
10. Wäßrige Lösung eines wärmehärt- oder -fixierbaren Harzes, hergestellt nach Anspruch 1 bis 9.
11. Masse zur Herstellung von gestrichenen Papieren, bestehend aus einem Pigment, einem Latex, einem
oberflächen-aktiven Mittel oder Netzmittel, einem Fließhilfsmittel und einem nach einem Verfahren gemäß
40 Anspruch 1 bis 9 hergestellten wärmehärt- oder -fixierbaren Harz.
12. Verfahren zur Herstellung von gestrichenem Papier, dadurch gekennzeichnet, daß man auf Papier eine
Masse gemäß Anspruch 11 appliziert.
Die Erfindung betrifft eine wäßrige Lösung eines neuen wärmehärt- oder -fixierbaren Harzes, ihre Herstellung,
eine dieses Harz enthaltende Papierstreich- oder -beschichtungsmasse und ein Verfahren zur Verbesserung
der Wasserbeständigkeit und Druckfarbeaufnahmefähigkeit von beschichtetem bzw. gestrichenem Papier,
insbesondere eine wäßrige Lösung eines neuen wärmehärt- oder -fixierbaren Harzes, das nicht nur die Wasserbestäiidigkeit
und Druckfarbeaufnahmefähigkeit von gestrichenem bzw. beschichtetem Papier verbessert, sondern
auch bei einer Applikation auf beschichtetes oder gestrichenes Papier einen, wenn überhaupt, höchstens
geringfügigen Formaldehydgeruch entbindet.
Es gibt bereits die verschiedensten, Pigmente, Klebstoffe und sonstige Hilfsmittel enthaltenden Papierstreich- |
massen. Diesen Papierstreichmassen wurden zur Verbesserung der Wasserbeständigkeit des damit gestrichenen |
Papiers bereits die verschiedensten Harze, z. B. Aminoplaste, wie Meiamin/Formaldehyd-Harze, Harnstoff/Formaldehyd-Harze
und dergleichen, einverleibt (vgl. JP-OS 11 667/1969). Diese Harze vermögen zwar die Wasserbeständigkeit
des Papiers zu verbessern, sie kranken jedoch daran, daß aus dem damit beschichteten Papier eine
große Menge Formaldehyd abgegeben wird und daß die damit beschichteten Papiere eine schlechte Druck-
60 farbeaufnahmefähigkeit beim Bedrucken aufweisen.
Erfindungsgemäß wurden nun neue wärmehärt- oder -fixierbare Harze gefunden, die nicht nur die Wasserbeständigkeit
und Druckfarbeaufnahmefähigkeit (beim Bedrucken) von beschichtetem oder gestrichenem Papier
verbessern, sondern auch aus dem beschichteten bzw. gestrichenen Papier, wenn überhaupt, eine höchstens
geringfügige Menge Formaldehyd abgeben.
65 Die Erfindung betrifft den durch die Ansprüche gekennzeichneten Gegenstand.
Aus der US-PS 24 30 950 ist ein Verfahren zur Herstellung eines vornehmlich als Klebstoff für Sperrholz
verwendbaren Polyamids bekannt. Hierbei erfolgen eine Alkoxymethylierung eines synthetischen linearen
Polyamids, z. B. von Polyhexamethylenadipamid (Beispiel 1) und ein Umsetzen des gebildeten Reaktionspro-
dukts mit einem formaldehydreaktiven, harzbildenden Material, ζ. B. Harnstoff, Melamin und dergleichen. Der
mit dem Harnstoff im Rahmen des erfmdungsgemäßen Verfahrens umzusetzende Reaktionsteilnehmer unterscheidet
sich von dem in der genannten US-PS verwendeten N-Alkoxymethylpolyamid. Die erfindungsgemäßen
Reaktionsprodukte eignen sich nicht nur zur Verbesserung der Wasserbeständigkeit und Druckfarbe-Aufnahmefähigkeit
von beschichtetem oder gestrichenen Papier, sie geben vielmehr auch aus dem beschichteten bzw.
gestrichenen Papier, wenn überhaupt, nur eine höchstens geringfügige Menge Formaldehyd ab. Nach dem aus
der US-PS 24 30 950 bekannten Verfahren läßt sich anders als nach dem erfmdungsgemäßen Verfahren keine
wäßrige Lösung eines wärmehärtbaren Harzes herstellen.
Aus der US-PS 24 82 252 ist eine harzartige Beschichtungsmasse bekannt, die man durch Kondensation durch
gleichzeitiges Erwärmen eines Reaktionsprodukts einer Dicarbonsäure mit (A) einem ein lineares Polyamid aus
primärem Diamin und Dicarbonsäure bildenden Salz oder (B) einem durch Polymerisation dieses Salzes, eines
mehrwertigen Alkohols, von Formaldehyd und einem Material wie Harnstoff, gebildeten linearen Polyamids
erhält.
Diese harzartige Beschichtungsmasse dient zur Verbesserung des Leistungsvermögens von Harnstoffharzen
bei der Herstellung dekorativer Oberzüge und von Schutzüberzügen. Die bekannten harzartigen Beschichtungsmassen
sind mit den in vier Stufen unter ganz speziellen Bedingungen herstellbaren wärmehärt- oder
-fixierbaren Harzen zur Verwendung in Papierstreifen- oder -beschichtungsmassen nicht vergleichbar.
Aus der US-PS 26 89 239 ist ein Verfahren zur Herstellung von Methylolderivaten von Polyureidopolyamiden
zur Verwendung als Beschichtungsmittel für Reifencord, Klebstoff für Sperrholz, Beschichtungsmittel zur
Herstellung harter Überzüge oder Appreturmittel bekannt Bei der Herstellung dieser Methylolderivate wird
;ein Alkylenpolyamid, beispielsweise Diethylentriamin, mit -Caprolactam umgesetzt, das erhaltene Reaktionsprodukt
mit Harnstoff zu einem Polyureidopolyamidkondensat reagieren gelassen und das Kondensat mit
Formaldehyd umgesetzt Die im Rahmen des bekannten Verfahrens verwendeten Ausgangsmaterialien unterscheiden
sich von den im Rahmen des erfmdungsgemäßen Verfahrens ganz erheblich. Darüber hinaus erfolgt die
Umsetzung des Kondensats mit Formaldehyd in der letzten Stufe im Gegensatz zu dem sauren pH-Wert beim
erfindungsgemäßen Verfahren bei einem alkalischen pH-Wert von 7 bis 10.
; Aus der US-PS 30 12 986 ist ein Verfahren zur Verbesserung der Eigenschaften eines durch Umsetzen von (a)
Dicarbonsäuren in Form verzweigtkettiger Qo-Säuren und Gemische derselben mit geradkettigen C6- bis
Cio-Säuren und (b) Diaminen erhaltenen Polyamids durch Umsetzen mit einem Harnstoff/Formaldehyd-Kondensat
Die hinsichtlich ihrer Eigenschaften verbesserten Polyamide dienen zur Herstellung von filmbildenden
Massen zu Schutzzwecken und/oder dekorativen Zwecken oder als extrudierbare Massen zur Herstellung von
Rohren oder Formungen der verschiedensten Formen. Zur Verwendung in der Papierindustrie als Papierstreichmassen
eignen sich die bekannten Polyamide im Gegensatz zu den erfindungsgemäß in vier Stufen unter
Spezialbedingungen hergestellten wärmehärt- oder -fixierbaren Harzen nicht.
Die Erfindung umfaßt ferner eine das betreffende wärmehärt- oder -fixierbare Harz enthaltende Papierstreichmasse
sowie ein Verfahren zur Herstellung von gestrichenem oder beschichtetem Papier unter Verwendung
dieser Papierstreichmasse.
Erfindungsgemäß verwendbare Polyalkylenpolyamine sind solche mit zwei primären Aminogruppen und
mindestens einer sekundären Aminogruppe der allgemeinen Formel:
H2N-R1-NH2
worin Ri für eine zweiwertige aliphatische Kette mit mindestens 4 Kohlenstoffatomen und mindestens einer
sekundären Aminogruppe in der Hauptkette steht.
Beispiele für solche Polyalkylenpolyamine sind Diäthylentriamin, Triäthylentetramin, Tetraäthylenpentamin,
Iminobispropylamin, S-Azahexan-l.ö-diamin, 4,7-Diazadecan-l,10-diamin und dergleichen. Diese Polyalkylenpolyamine
können alleine oder in Kombination zum Einsatz gelangen.
Erfindungsgemäß verwendbare zweibasische Carbonsäuren entsprechen der Formel:
HOOC-R2-COOH
worin R2 für einen zweiwertigen C2- bis Cs-aliphatischen oder aromatischen Kohlenwasserstoffrest steht.
Beispiele für verwendbare zweibasische Carbonsäuren sind aliphatische Carbonsäuren, wie Bernstein-, GIutar-,
Adipin-, Sebacin-, Malein- oder Fumarsäure, oder aromatische Carbonsäuren, wie Isophthal- oder Terephthalsäure.
Die genannten zweibasischen Säuren bzw. Dicarbonsäuren können alleine oder in Mischung zum
Einsatz gelangen.
In der ersten Reaktionsstufe des Verfahrens gemäß der Erfindung erhält man bei der Umsetzung zwischen
Harnstoff und dem Polyalkylenpolyamin unter Ammoniakabspaltung ein Polyamin der folgenden Formel I mit
einer Harnstoffbindung im Molekül. Diese Umsetzung erfolgt gemäß dem folgenden Reaktionsschema (1):
O O
Il Il
2H2NR1NH2-I-H2NCNH2 >
H2NR1NHCNHR1NH2 + 2NH3 (1)
I«
In den verschiedenen Formeln besitzt R1 die angegebene Bedeutung. Das Molverhältnis Harnstoff zu Polyalkylenpolyamin
beträgt vorzugsweise etwa 1 :2. Gearbeitet wird bei einer Reaktionstemperatur von 100° bis
200°, vorzugsweise von 120° bis 17O0C. Die Umsetzung erfolgt, während das gebildete Ammoniak aus dem
Reaktionsystem entfernt bzw. ausgetragen wird. Die Umsetzung ist in der Regel in 2 bis 8 h beendet
In der zweiten Reaktionsstufe erhält man durch dehydratisierende Kondensation zwischen dem Polyamin der
Formel I und einer zweibasischen Carbonsäure ein Polyharnstoffpolyamidopolyamin der Formel II. Diese
Reaktion läuft entsprechend dem folgenden Reaktionsschema (2) ab:
[I] + HOOC-R2-COOH
C-R2-CNHR1NHCNHr1NH-
In den Formeln besitzt R2 die angegebene Bedeutung. Die Menge an zweibasischer Carbonsäure beträgt
vorzugsweise 0,8 bis 1,2 Mol(e) pro Mol Polyamin der Formel [I]. Die Umsetzung wird bei einer Reaktionstemperatur
von etwa 120° bis 250°, vorzugsweise von 130° bis 200°C durchgeführt Unter (laufender) Entfernung
des bei der Umsetzung gebildeten Wassers aus dem Reaktionssystem wird die Umsetzung zweckmäßig 2 bis
10 h lang ablaufen gelassen.
In der dritten Reaktionsstufe werden das Polyharnstoffpolyamidopolyamin der Formel II und Harnstoff unter
Ammoniakabspaltung umgesetzt Bei dieser Umsetzung wird der Harnstoff an die sekundäre Aminogruppe in
dem Polyharnstoffpolyamidopolyamin der Formel II, d. h. an die in der durch Ri dargestellten Kette enthaltene
sekundäre Am/nogruppe, gebunden, wobei eine Ammoniakabspaltung erfolgt Wenn die Gruppe Ri der Formel:
in welcher π für eine ganze Zahl von 1 oder mehr steht und / und m jeweils eine ganze Zahl von 2 oder mehr
darstellen, entspricht, erhält man bei der Umsetzung zwischen dem Polyharnstoffpolyamidopolyamin der Formel
II und Harnstoff unter Ammoniakabspaltung entsprechend dem folgenden Reaktionsschema (3) ein PoIyharnstoffporyamid
der Formel III:
[II] + 2 η NH2CNH2
Il H r -. 11
C-R2- CNH-kcH2)„,N+-(CH2),NHCNH—HCH2LN 4—(CH2),NH-
L I J« L I J /1
NH2
C = O
NH2
2nNH3 (3)
45 In den verschiedenen Formeln /, m, η und R2 die angegebene Bedeutung.
Pro Äquivalent an der sekundären Aminogruppe des in der ersten Reaktionsstufe verwendeten Polyalkylen-
polyamins gelangt (gelangen) zweckmäßigerweise 0,5 bis 1,5, vorzugsweise 0,7 bis 1,2 Mol(e) Harnstoff zum
Einsatz. Die Umsetzung kann bei einer Temperatur von 100° bis 180°, vorzugsweise von 120° bis 150°C,
während zweckmäßig 1 bis 5 h unter (laufender) Entfernung des gebildeten Ammoniaks aus dem Reaktionssy-
50 stern durchgeführt werden.
In der vierten Reaktionsstufe wird das erhaltene Polyharnstoffpolyamid der Formel III in Wasser gelöst und in
dieser Form mit Formaldehyd reagieren gelassen. Die Umsetzung wird wie folgt durchgeführt: Das Polyharnstoffpolyamid
der Formel III und Formaldehyd werden in Wasser zu einer 20 bis 70, vorzugsweise 30 bis
60gew.-%igen wäßrigen Lösung gelöst, worauf die erhaltene Lösung mit einer Säure, z. B. Salz-, Schwefel-,
Phosphor-, Ameisen- oder Essigsäure, auf einen pH-Wert von 7 oder weniger, vorzugsweise von 3,5 bis 6,5,
eingestellt wird. Danach wird die Lösung zweckmäßig 1 bis 10 h lang auf eine Temperatur von 40° bis 80° C
erwärmt. Wie beschrieben, wird diese Umsetzung unter sauren Bedingungen durchgeführt.
Das erfindungsgemäß gewünschte Reaktionsprodukt erhält man jedoch auch, wenn man diese Umsetzung
zunächst unter alkalischen Bedingungen, beispielsweise bei einem pH-Wert von 8 bis 12, und danach unter
sauren Bedingungen, beispielsweise bei einem pH-Wert von 7 oder darunter, vorzugsweise von 3,5 bis 6,5,
durchführt. In letzterem Falle kann die Umsetzung zunächst zweckmäßig 0,5 bis 3 h lang bei einer Temperatur
von 40° bis 80°C unter alkalischen Bedingungen und danach zweckmäßig 1 bis 10 h lang bei einer Temperatur
von 40° bis 80° unter sauren Bedingungen durchgeführt werden. Pro MoI des bei der Herstellung des Polyharnstoffpolyamids
der Formel III insgesamt verwendeten Harnstoffs beträgt die Formaldehydmenge 0,2 bis 1,0,
65 vorzugsweise 0,3 bis 0,7 MoI.
Unter den Ausdruck »Formaldehyd« fällt auch Formalin. Formaldehyd erzeugende Verbindungen, wie Paraformaldehyd
und Trioxan können auch verwendet werden.
Nach beendeter Umsetzung wird das Reaktionsgemisch gegebenenfalls mit Natrium- oder Kaliumhvdroxid
auf einen pH-Wert von 6 bis 9 eingestellt, wobei man das erfindungsgemäß angestrebte Produkt in Form einer
wäßrigen Lösung erhält.
Wie bereits ausgeführt, sind die vier beschriebenen Reaktionsstufen für den erfindungsgemäß angestrebten
Erfolg unabdingbar. Wenn beispielsweise die erste Reaktionsstufe weggelassen und eine direkte dehydratisierende
Kondensation zwischen dem Polyalkylenpolyamin und der zweibasischen Carbonsäure durchgeführt und
dann die dritte und vierte Reaktionsstufe des Verfahrens gemäß der Erfindung ausgeführt werden, nimmt die
gesamte Reaktionslösung Gelform an, so daß sich der erfindungsgemäß angestrebte Erfolg nicht einstellt. Wenn
andererseits die vierte Reaktionsstufe lediglich unter alkalischen Bedingungen durchgeführt wird, läßt sich die
gebildete wäßrige Lösung des wärmehärt- oder -fixierbaren Harzes nicht als Papierbeschichtungs- oder -streichmasse
verwenden, da die Menge an aus dem beschichteten oder gestrichenen Papier entweichendem Formaldehyd
trotz (nur) geringen Unterschieds in der Wasserbeständigkeit groß ist. Darüber hinaus verschlechtert sich
auch die Druckfarbeaufnahmefähigkeit.
Da das bei der Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung erhaltene wärmehärt- oder -fixierbare
Harz nach seiner Abtrennung aus dem Reaktionsmedium, d. h. in fester Form, nicht besonders stabil ist, d. h.
einer Gelbildung unterliegt, und eine starke Hygroskopizität aufweist, wird es in Form einer wäßrigen Lösung
eines Feststoffgehaiis von 30 oder 50 Gew.-% und dergleichen in den Handel gebracht. Der Feststoffgehalt läßt
sich nach beendeter Umsetzung beispielsweise unter Heranziehung einer vorherbestimmten Beziehung zwischen
Feststoffgehalt und spezifischem Gewicht steuern. Die derart erhaltene wäßrige Lösung besitzt eine gute
Stabilität und läßt sich ohne jegliche Schwierigkeiten weiter verarbeiten.
Eine erfindungsgemäß erhältliche wäßrige Lösung eines wärmehärt- oder -fixierbaren Harzes läßt sich in
höchst vorteilhafter Weise in bzw. als Papierbeschichtungs- oder -streichmasse verwenden. Die erfindungsgemäßen
Papierbeschichtungs- oder -Streichmassen lassen sich nach den verschiedensten dem Fachmann bekannten
Verfahren herstellen. So kann man beispielsweise Pigmente, z. B. Ton, Calciumcarbonat oder Satinweiß,
Latices, z. B. einen Styrol/Butadien-Latex oder einen Acrylesterlatex, anionische Dispergiermittel, z. B. Natriumpolyacrylat,
Ammoniumacrylat oder Polyphosphorsäure, Fließhilfsmittel, z. B. Stärke oder Kasein, und eine
erfindungsgemäß erhaltene wäßrige Lösung des wärmehärt- oder -fixierbaren Harzes miteinander vermischen.
Eine Papierbeschichtungs- oder -streichmasse gemäß der Erfindung kann zusätzlich mindestens ein übliches
Aminoplastharz zur Verbesserung der Wasserbeständigkeit enthalten. Diese Papierbeschichtungs- oder
-Streichmassen können in üblicher bekannter Weise auf das Papier appliziert werden, wobei man beschichtete
bzw. gestrichene Papiere hervorragender Wasserbeständigkeit und Druckfarbeaufnahmefähigkeit, die schlimmstenfalls
eine geringfügige Menge Formaldehyd abgeben, erhält.
. Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung näher veranschaulichen. Soweit nichts anderes angegeben,
bedeuten sämtliche Angaben »Prozente« — »Gewichtsprozente«.
B e i s ρ i e 1 1
Ein mit einem Thermometer, Rückflußkühler und Rührer ausgestatteter Vierhalskolben wird mit 292 g (2
Molen) Triäthylentetramin und 60 g (1 MoI) Harnstoff beschickt, worauf das Gemisch unter (laufender) Entfernung
des gebildeten Ammoniaks aus dem Reaktionssystem 4 h lang auf eine Temperatur von 145° bis 1500C
erhitzt wird. Nach Zugabe von 146 g (1 Mol) Adipinsäure zu dem Reaktionsgemisch wird 5 h lang bei einer
Temperatur von 150° bis 1550C kondensiert. Danach wird das Reaktionsgemisch auf eine Temperatur von
120° C abgekühlt und mit 240 g (4 Molen) Harnstoff versetzt, worauf 2 h lang bei einer Temperatur von 125° bis
1300C Ammoniak abgespalten bzw. entamminiert wird. Schließlich werden nach und nach in das Reaktionssystem
1350 g Wasser eingetragen, wobei man eine wäßrige Lösung eines Polyharnstoffpolyamids erhält.
Nach Zugabe von 202,5 g (2,5 Moien) 37%igen Formalins zu der wäßrigen Lösung wird diese mit konzentrierter
Salzsäure auf einen pH-Wert von 5 eingestellt und 4 h lang bei einer Temperatur von 65° C gerührt. Danach
wird die Lösung auf 30° C abgekühlt und mit einer 3O°/oigen wäßrigen Natriumhydroxidlösung auf einen
pH-Wert von 8 eingestellt Hierbei erhält man eine erfindungsgemäße wäßrige Lösung eines wärmehärt- oder
-fixierbaren Harzes eines Feststoffgehalts von 30%.
In den Vierhalskolben des Beispiels 1 werden 206 g (2 Mole) Diäthylentriamin und 60 g (1 Mol) Harnstoff
eingetragen, worauf 5 h lang bei einer Temperatur von 140° bis 145°C Ammoniak abgespalten wird. Nach
Zugabe von 146 g (1 Mol) Adipinsäure zu dem Reaktionsgemisch wird dieses während 2 h bei einer Temperatur
von 160° bis 170°C einer dehydratisierenden Kondensation unterworfen. Hierauf wird das Reaktionsgemisch
auf eine Temperatur von 120°C abgekühlt, mit 120 g (2 Molen) Harnstoff versetzt und 1,5 h lang bei einer
Temperatur von 130° bis 140° C Ammoniak abgespalten. Schließlich werden nach und nach 900 g Wasser zu dem
Reaktionssystem zugesetzt, wobei eine wäßrige Polyharnstoffpolyamidlösung erhalten wird.
Die erhaltene wäßrige Polyharnstoffpolyamidlösung wird nun mit 145,8 g (1,8 Molen) 37%igen Formalins
versetzt, mit 20 η-Schwefelsäure auf einen pH-Wert von 4,5 eingestellt und 3 h lang bei einer Temperatur von
60° C gerührt Danach wird die Lösung auf 30° C abgekühlt und mit einer 3O°/oigen wäßrigen Natriumhydroxidlösung
auf einen pH-Wert von 7,5 eingestellt Hierbei erhält man eine erfindungsgemäße wäßrige Lösung eines
wärmehärt- oder -fixierbaren Harzes eines Feststoffgehalts von 30%
Der Vierhalskolben des Beispiels 1 wird mit 292 g (2 Molen) Triäthylentetramin und 60 g (1 Mol) Harnstoff
beschickt, worauf der Kolbeninhait 3 h lang bei einer Temperatur von 150° bis 1530C der Ammoniakabspaltung
unterworfen wird. Nach Zugabe von 146 g (1 Mol) Adipinsäure wird das Ganze 5 h lang bei einer Temperatur
von 155° bis 160° C einer dehydratisierenden Kondensation unterworfen. Nach dem Abkühlen des Reaktionsgemisches
auf 130°C werden 240 g (4 Mole) Harnstoff zugesetzt, worauf erneut 2 h lang bei einer Temperatur von
130° bis 135° C Ammoniak abgespalten wird. Schließlich werden zu dem Reaktionssystem nach und nach 550 g
Wasser zugegeben, wobei man eine wäßrige Polyharnstoffpolyamidlösung erhält.
Nach Zugabe von 121,5 g (1,5 Molen) 37%igen Formalins zu der erhaltenen Polyharnstoffpolyamidlösung
wird deren pH-Wert mit 20 η-Schwefelsäure auf 4 eingestellt, worauf das Ganze 4 h lang bei einer Temperatur
von 70°C gerührt wird. Schließlich wird die Lösung auf 3O0C abgekühlt und mit einer 30%igen wäßrigen
Natriumhydroxidlösung auf einen pH-Wert von 6,5 eingestellt. Hierbei erhält man eine erfindungsgemäße
wäßrige Lösung eines wärmehart- oder -fixierbaren Harzes eines Feststoffgehalts von 50%.
Der Kolben des Beispiels 1 wird mit 206 g (2 Molen) Diäthylentriamin und 60 g (1 Mol) Harnstoff beschickt,
worauf der Kolbeninhalt 3 h lang bei einer Temperatur von 145° bis 1500C der Ammoniakabspaltung unterworfen
wird. Danach werden 118 g (1 MoI) Bernsteinsäure zugesetzt, worauf das Reaktionsgemisch 4 h lang bei
einer Temperatur von 15O0C einer dehydratisierenden Kondensation unterworfen wird. Nach dem Abkühlen
des Reaktionsgemischs auf eine Temperatur von 13O0C werden 96 g (1,6 Mole) Harnstoff zugesetzt, worauf
erneut 3 h lang bei einer Temperatur von 125° bis 13O0C Ammoniak abgespalten-wird. Schließlich werden zu
dem Reaktionssystem nach und nach 540 g Wasser zugesetzt, worauf eine wäßrige Polyharnstoffpolyamidlösung
erhalten wird.
Die erhaltene wäßrige Polyharnstoffpolyamidlösung wird nun mit 105,3 g (1,3 Molen) 37%igen Formalins
versetzt und mit 10 η-wäßriger Natriumhydroxidlösung auf einen pH-Wert von 10 eingestellt. Danach wird das
Ganze 2 h lang bei einer Temperatur von 600C gerührt. Schließlich wird die Lösung mit konzentrierter Salzsäure
auf einen pH-Wert von 5,5 eingestellt und 3 h lang bei einer Temperatur von 600C weiter gerührt Nach dem
Abkühlen auf eine Temperatur von 25" C wird die Lösung mit 3O°/oiger wäßriger Natriumhydroxidlösung auf
einen pH-Wert von 7,5 eingestellt, wobei man eine erfindungsgemäße wäßrige Lösung eines wärmehärt- oder
-fixierbaren Harzes eines Feststoffgehalts von 40% erhält
Durch Vermischen der verschiedenen wäßrigen Lösungen der gemäß den Beispielen 1 bis 4 hergestellten
wärmehärt- oder -fixierbaren Harze (Mitte zum Wasserfestausrüsten) bzw. eines handelsüblichen Melamin/Formaldehyd-Harzes
mit den in der Tabelle I angegebenen Zusätzen (Gewichtsteile, bezogen auf den Feststoffgehalt)
und Zugabe von Wasser zu den erhaltenen Mischungen werden Papierbeschichtungs- oder -Streichmassen
in Form wäßriger Lösungen eines Feststoffgehalts von 50% zubereitet.
Rezeptur
Gewichtsteile
Ton
Calciumcarbonat
Dispergiermittel vom Natriumpolyacrylattyp
Styrol/Butadien-Latex
Stärke
Mittel zum Wasserfestausrüsten
85 15 0,5 14
0,5
Die erhaltenen Papierbeschichtungs- und -Streichmassen werden mittels einer Drahtschiene in Form eines
Stabes mit um diesen gewickelten Klavierdraht auf eine Seite einer Papierunterlage eines Grundgewichts von 80
g/m2 in einer Menge von etwa 20 g/m2 aufgetragen. Unmittelbar nach dem Auftragen wird das beschichtete
oder gestrichene Papier in einem Heißluftrockner 1 min bei einer Tempertur von 100° C getrocknet und danach
zweimal bei einer Temperatur von 500C unter einem Vorwärtsdruck von 80 kg/cm kalandriert, wobei ein
einseitig beschichtetes oder gestrichenes Papier erhalten wird. Das erhaltene beschichtete oder gestrichene
Papier wird 12 h lang bei einer Temperatur von 20°C und einer Feuchtigkeit von 65% konditioniert und danach
auf seine Wasserbeständigkeit und Druckfarbeaufnahmefähigkeit sowie auf die Menge an freigegebenem Formaldehyd
hin untersucht
Bei der Ermittlung der Menge an freigegebenem Formaldehyd wird das beschichtete oder gestrichene Papier
unmittelbar nach dem Heißlufttrocknen in einen Polyäthylenbeutel eingeschlossen, um ein Vermischen des
Formaldehyds mit Formaldehyd aus anderen Quellen zu verhindern.
Die Ergebnisse finden in der Tabelle II.
Die Untersuchungen werden nach folgenden Testverfahren durchgeführt:
Wasserbeständigkeit
(1) Naßrubbelmethode
(1) Naßrubbelmethode
Etwa 0,1 rnl entmineralisierten Wassers werden auf die beschichtete oder gestrichene Papieroberfläche aufgetropft,
worauf die Papieroberfläche (mit dem darauf befindlichen Wassertropfen) 7mal mit der Fingerkuppe
gerubbelt wird. Das von der gerubbelten Oberfläche freigegebene losgelöste Material wird auf schwarzes
Papier übertragen, worauf die Menge des losgelösten Materials mit bloßem Auge nach einer Bewertungsskala
von 1 bis 5 ermittelt wird. Die Wasserbeständigkeit wird entsprechend dem folgenden Bewertungsschema ι ο
bewertet:
';
j Bewertung 1 bis 5
j Bewertung 1 bis 5
Wasserbeständigkeit schlecht bis ausgezeichnet
(2) Werfen infolge Feuchtigkeit
Die beschichtete oder gestrichene Papieroberfläche wird mittels einer Wasserzufuhrwalze benetzt und dann
mit Hilfe eines handelsüblichen Testgeräts bedruckt. Danach wird der Verwerfungszustand mit bloßem Auge
entsprechend einer Bewertungsskala von 1 bis 5 bewertet. Die Wasserbeständigkeit wird aufgrund der folgenden
Bewertungsskala bewertet:
Bewertung 1 bis 5
Wasserbeständigkeit schlecht bis ausgezeichnet
Bestimmung des Formaldehyds
Die Formaldehydbestimmung erfolgt mit Hilfe von 2,5 g beschichteten Papiers entsprechend der japanischen
Industriestandardvorschrift JIS L 1041-1976, Acetylacetonmethode (Methode A) bei der Flüssigphasenextraktionsmethode
(2).
Druckfarbeaufnahmefähigkeit
Die beschichtete oder gestrichene Papieroberfläche wird mit Hilfe einer Wasserzufuhrwalze angefeuchtet
und mit Hilfe des handelsüblichen Testgeräts bedruckt. Die Druckfarbeaufnahmefähigkeit wird mit bloßem
Auge entsprechend einer Bewertungsskala von 1 bis 5 nach folgendem Standard bewertet:
Bewertung 1 bis 5
Druckfarbeaufnahmefähigkeit schlecht bis ausgezeichnet
Vergleichsversuch A
Der Kolben des Beispiels 1 wird mit 60 g Wasser, 150 g (1,03 Molen) Triäthylentetramin und 146 g (1 Mol)
Adipinsäure beschickt, worauf das Gemisch unter Rühren durch Temperaturerhöhung auf 210°C dehydratisiert
wird. Nach 30minütigem Rühren bei der angegebenen Temperatur wird das Gemisch auf eine Temperatur von
12O0C abgekühlt und mit 240 g (4 Molen) Harnstoff versetzt, worauf 2 h lang bei einer Temperatur von 130"C
Ammoniak abgespalten wird. Schließlich werden zu dem Reaktionssystem 960 g Wasser zugesetzt, wobei eine
homogene wäßrige Lösung erhalten wird. Nach Zugabe von 162 g (2 Molen) 37%igen Formalins wird der
pH-Wert der Lösung mit konzentrierter Salzsäure auf 5 eingestellt, worauf die Lösung auf 65° C erwärmt wird.
Sofort mit Beginn des Rührens bei dieser Temperatur steigt die Viskosität der Lösung rasch an, wobei sie in
20 min ein Gel bildet.
Vergleichsversuch B
Der Kolben des Beispiels 1 wird mit 292 g (2 Molen) Triäthylentretamin und 60 g (1 Mol) Harnstoff beschickt 55 ■*
worauf 4 h lang bei einer Temperatur von 145°C Ammoniak abgespalten wird. Nach Zugabe von 146 g (1 Mol)
Adipinsäure zu dem Reaktionsprodukt wird 5 h lang eine dehydratisierende Kondensation bei einer Temperatur |
von 150° C durchgeführt Danach wird das Reaktionsgemisch auf 120° C abgekühlt, mit 240 g (4 Molen) Harnstoff
versetzt und 2 h lang bei einer Temperatur von 125° bis 130°C einer Ammoniakabspaltung unterworfen.
Schließlich werden nach und nach zu dem Reaktionssystem 1350 g Wasser zugegeben, wobei eine wäßrige
Polyharnstoffpolyamidlösung erhalten wird.
Nach Zugabe von 202,5 g (2,5 Molen) 37%igen Formalins zu der erhaltenen Lösung wird deren pH-Wert mit
einer 30°/oigen wäßrigen Natriumhydroxidlösung auf 10 eingestellt, worauf das Ganze 4 h lang bei einer Tempe- j
ratur von 65° C gerührt wird. Nach dem Abkühlen der Lösung auf eine Temperatur von 30° C wird deren
pH-Wert mit konzentrierter Salzsäure auf 8 eingestellt, wobei eine wäßrige Lösung eines wärmehärt- oder
-fixierbaren Harzes eines Feststoffgehalts von 30% erhalten wird.
Vergleichsversuch C
Der Kolben des Beispiels 1 wird mit 60 g Wasser, 150 g (1,03 Molen) Triäthylentetramin und 146 g (1 Mol)
Adipinsäure beschickt, worauf das Reaktionsgemisch durch Temperaturerhöhung auf 210°C unter Rühren
dehydratisiert wird. Nach 30minütigem Rühren bei der angegebenen Temperatur wird das Gemisch auf 120°C
abgekühlt, mit 240 g (4 Molen) Harnstoff versetzt und 2 h lang bei einer Temperatur von 13O0C Ammoniak
abgespalten. Danach wird das Reaktionssystem mit 990 g Wasser versetzt, wobei eine homogene wäßrige
Lösung erhalten wird.
Schließlich wird die erhaltene Lösung mit 324 g(4 Molen) 37%igen Formalins versetzt, mit einer 30%igen
wäßrigen Natriumhydroxidlösung auf einen pH-Wert von 10 eingestellten und 2 h lang bei einer Temperatur
von 650C gerührt. Danach wird die Lösung auf eine Temperatur von 3O0C abgekühlt und mit konzentrierter
Salzsäure auf einen pH-Wert von 8 eingestellt. Hierbei wird eine wäßrige Lösung eines wärmehärt- oder
-fixierbaren Harzes eines Feststoffgehalts von 30% erhalten.
Entsprechend Beispiel 5 werden unter Verwendung der in den Vergleichsversuchen B und C erhaltenen
wäßrigen Lösungen Papierbeschichtungs- oder -Streichmassen zubereitet. Mit diesen werden einseitig beschichtete
oder gestrichene Papiere hergestellt. Diese werden auf ihre Wasserbeständigkeit und Druckfarbeaufnahmefähigkeit
sowie auf die Menge an freigesetztem Formaldehyd hin untersucht.
Die hier erhaltenen Ergebnisse finden sich in der Tabelle II.
Mittel zum Wasserfestausrüsten:
Harz des Harz des Harz des Harz des
Beispiels 1 Beispiels 2 Beispiels 3 Beispiels
Physikalische Eigenschaften der Beschichtungs- oder Streichflüssigkeit
pH-Wert 7,5
Viskosität in Pa · s unmittelbar nach der Behandlung
nach 24 h
Menge an Beschichtungs- oder Streichflüssigkeit (g/m2) Eigenschaften des beschichteten oder
gestrichenen Papiers Menge an freigesetztem Formaldehyd (ppm) Wasserbeständigkeit nach der Naßrubbelmethode
Wasserbeständigkeit nach der Verwerfmethode bei Feuchtigkeitseinwirkung
Druckfarbeaufnahmefähigkeit 4,5
7,4
7,3
4,5
7,6
265 | 257 | 275 | 268 | 236 | 241 |
295 | 288 | 303 | 297 | 281 | 235 |
20,7 | 20,2 | 21,2 | 20,8 | 20,1 | 20,5 |
11 | 13 | 7 | 10 | 1 | 78 |
4 | 4 | 4 | 4 | 1 | 4 |
4 | 4 | 4 | 4 | 1 | 4 |
7,5
2,5
Vergleichsversuche
ohne Zusatz handelsübliches Harz des Harz des
eines Mittels Melamin/Formal- Vergleichs- Vergleichszum
Wasser dehyd-Harz Versuchs B Versuchs C
fest ausrüsten
7,5
257 | 488 |
303 | 435 |
21,4 | 20,8 |
45 | 63 |
3,5 | 4 |
4 | 3,5 |
K5
CO
K)
OO
CX OO
Claims (1)
1. Verfahren zur Herstellung einer wäßrigen Lösung eines wärmehärt- oder -fixierbaren Harzes auf der
Basis von Polyamiden, Harnstoff und Formaldehyd, dadurch gekennzeichnet, daß man
(1) ein Polyalkylenpolyamin mit Harnstoff bei einer Temperatur von 1000C bis 2000C umsetzt und das bei
der Umsetzung gebildete Ammoniak aus dem Reaktionssystem austrägt,
(2) das erhaltene Reaktionsprodukt mit einer zweibasischen Carbonsäure bei einer Temperatur von 12O0C
bis 2500C einer dehydratisierenden Kondensation unterwirft und das bei der Umsetzung gebildete
ie Wasser aus dem Reaktionssystem austrägt,
(3) das hierbei erhaltene Reaktionsprodukt mit Harnstoff bei einer Temperatur von 1000C bis 1800C zu
einem Polyharnstoffpolyamid umsetzt und das bei der Umsetzung gebildete Ammoniak aus dem Reaktionssystem
austrägt und
(4) das erhaltene Polyharnstoffpolyamid in Form einer 20 bis 7Ogew.-°/oigen wäßrigen Lösung in einem
wäßrigen Medium unter sauren Bedingungen bei 40 bis 800C oder unter alkalischen Bedingungen bei 40
bis 800C und danach unter sauren Bedingungen bei 40 bis 800C mit Formaldehyd oder einer Formaldehyd
erzeugenden Verbindung reagieren läßt
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Date | Code | Title | Description |
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8128 | New person/name/address of the agent |
Representative=s name: HENKEL, G., DR.PHIL. FEILER, L., DR.RER.NAT. HAENZ |
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