DE2947175A1 - Verfahren zur masleleimung von papier - Google Patents

Verfahren zur masleleimung von papier

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DE2947175A1
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Dipl.-Chem. Dr. Klaus 6719 Carlsberg Bronstert
Dipl.-Chem. Dr. Hans 6700 Ludwigshafen Hoenl
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BASF SE
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BASF SE
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    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21HPULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H17/00Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its constitution; Paper-impregnating material characterised by its constitution
    • D21H17/20Macromolecular organic compounds
    • D21H17/33Synthetic macromolecular compounds
    • D21H17/34Synthetic macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • D21H17/41Synthetic macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds containing ionic groups
    • D21H17/42Synthetic macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds containing ionic groups anionic
    • D21H17/43Carboxyl groups or derivatives thereof
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
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    • C08F8/46Reaction with unsaturated dicarboxylic acids or anhydrides thereof, e.g. maleinisation

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Description

  • Verfahren zur Masseleimung von Papier
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Masseleimung von Papier unter Verwendung von wäßrigen Emulsionen substituierter Bernsteinsäureanhydride.
  • Um die Eindringgeschwindigkeit von Wasser und anderen Flüssigkeiten in Papier auf ein bestimmtes Maß zu reduzieren, ist es erforderlich, die Papiere zu leimen, d.h.
  • partiell zu hydrophobieren. Das Papier ist erst nach dem Leimen beschreibbar und bedruckbar.
  • Die Leimung von Papieren und Kartons kann mit Hilfe von Leimungsmitteln erfolgen, die entweder dem Papierstoff vor der Blattbildung zugesetzt werden (Masseleimung) oder die auf die fertige Papierbahn mittels geeigneter Auftragsvorrichtungen, wie Leimpressen oder Sprühvorrichtungen, aufgebracht werden (OberRlächenleimung). Das bekannteste Massenleimungsmittel ist der Harzleim auf Kolophoniumbasis.
  • Die hierdurch erzielbare Leimung des Papiers ist als sehr gut anzusprechen, Jedoch ist die Ausbildung einer Leimung an die Anwesenheit einer ziemlich hohen Menge an Aluminiumsulfat gebunden.
  • Aus der US-PS 3 102 064 ist ein Verfahren zur Masseleimung von Papier bekannt, bei dem substituierte cyclische CarbonsSureanhydride, z4 B. substituierte Bernsteinsäureanhydride oder substituierte Glutarsäureanhydride, als Massenleimungsmittel eingesetzt werden Die genannten Caztonsäureanhydride kdnnen als Substituenten Alkyl-, Alkengl-, Aralkyl- oder auch Aralkenylruppen enthalten. Als Beispiel rur die bute Wirksamkeit der genannten Leimmittel wird Isooctadecenylbernsteinsäureanhydrid aufgefllhrt, Aus der DE-OS 28 04 202 ist die Verwendung wäßriger Emulsionen substituierter Bernsteinsäureanhydride als Leimungsmittel bekannt, bei dem die Substituenten Oligomere von Butenen mit 16 bis 40 Kohlenstoffatomen darstellen.
  • Aus der DE-OS 28 28 383 sind Leimungsmittel far Papier bekannt, die durch Umsetzung von Maleinsäureanhydrid mit Butadienpolymeren eines Molekulargewichts von 500 bis 10 000 erhalten werden. Vorzugsweise werden Bernsteinsäureanhydridderivate eingesetzt, deren Molekulargewichte 800 bis 1400 betragen. Die Leimungswirkung der bekannten substituierten Bernsteinsäureanhydride läßt zu wünschen Ubrig.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, Leimungsmittel auf Basis substituierter Bernsteinsäureanhydride zur Verfügung zu stellen, die eine bessere Leimungswirkung aufweisen.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bei dem eingangs beschriebenen Verfahren dadurch gelöst, daß als Leimungsmittel Umsetzungsprodukte von Maleinsäureanhydrid mit 16 bis 24 Kohlenstoffatome enthaltendenCopolymerisaten aus Butadien und Monoolefinen mit 4 Kohlenstoffatomen im Molekül verwendet werden.
  • Niedrigmolekulare Copolymerisate, die 16 bis 24 Kohlenstoffatome enthalten, und aus Butadien-Einheiten und Einheiten von Monoolefinen mit 4 Kohlenstoffatomen im Molekül bestehen, sind bekannt. Sie werden beispielsweise durch Copolymerisieren von Butadien-1,3 mit Isobuten und/oder Buten-1 und/oder Buten-2 nach bekannten Verfahren bei höheren Temperaturen unter Druck hergestellt. Vorzugsweise unterwirft man Fraktionen von ungesättigten und gesättigten Kohlenwasserstoffen mit 4 C-Atomen in Molekül, die z.B. bei der Fraktionierung von Erdöl anfallen, der Co- polymerisation. Diese Fraktionen werden im technischen Sprachgebrauch als C4-Schnitt bezeichnet.Die Copolymerisation kann beispielsweise in dem Temperaturbereich von 25 bis 2500C kontinuierlich oder diskontinuierlich durchgefahrt werden. Bei höheren Temperaturen wählt man kürzere Verweilzeiten in der Polymerisationszone. Zur Initiierung der Polymerisation verwendet man kationische Polymerisationsinitiatoren wie Bortrifluorid, Bortrifluoridätherate, Aluminiumchlorid und anorganische Mineralsäuren wie Phosphorsäure. Außerdem ist es möglich, Trägerkatalysatoren zu verwenden, die kationische Polymerisationskatalysatoren enthalten. Die Copolymerisate enthalten 5 bis 95, vorzugsweise 30 bis 50 Gew.-S Butadien-1,3 und 95 bis 5, vorzugsweise 70 bis 50 Gew.-X mindestens eines Monoolefins mit 4 Kohlenstoffatomen einpolymerisiert. Die Copolymerisate werden vorzugsweise nach der Herstellung einer Destillation unter vermindertem Druck unterworfen. Für die Herstellung substituierter Bernsteinsäureanhydride geeignete Butadiencopolymerisate haben bei einem Druck von 2 mbar einen Siedebereich von 80 bis 2200C. Die Copolymerisate weisen 1,5.bis 2,0, vorzugsweise 1,5 bis 1,7 Doppelbindungen pro Molekül auf.
  • Die Umsetzung der Butadiencopolymerisate mit MaleinsSureanhydrid wird bei Temperaturen von 150 bis 2500C durchgefahrt. Das Butadiencopolymerisat mit 16 bis 24 Kohlenstoffatomen kann dabei im Überschuß eingesetzt werden, z.B. im Gew.-Verhältnis 1,1 : 1 bis 10 : 1. Die Umsetzung mit dem Maleinsäureanhydrid kann in Substanz oder in inerten Lösungsmitteln vorgenommen werden. Bei diesen Lösungsmitteln handelt es sich um aprotische Lösungsmittel, die nicht mit Maleinsãureanhydrid bzw. den substituierten Bernsteinsäureanhydriden reagieren. Solche Lösungsmittel sind beispielsweise aromatische Kohlenwasserstoffe, wie Benzol, Toluol, Xylol und Tetralin sowie Trichlorben- zol, Tetrachloräthylen und Chlorbenzol. Die Umsetzung des Maleinsäureanhydrids mit den Butadiencopolymerisaten wird vorzugsweise unter Ausschluß von Sauerstoff durchgeführt.
  • Man arbeitet in einer Stickstoffatmosphäre und verwendet ggf. noch Antioxidantien, z.B. Phenothiazin oder Hydrochinon. Nach der Umsetzung wird das ggf. anwesende Lösungsmittel abdestilliert und das Reaktionsprodukt im Vakuum destilliert. Die substituierten Bernsteinsäureanhydride, die erfindungsgemäß als Masseleimungsmittel für Papier verwendet werden, haben einen Siedepunkt bei 2 mbar von 200 bis 3000C. Es handelt sich hierbei um Produkte, die auch bei Raumtemperatur flüssig sind.
  • Um die substituierten Bernsteinsäureanhydride als Masseleimungsmittel anzuwenden, ist es unerläßlich, sie in Wasser zu dispergieren. Da es sich bei den erfindungsgemäß zu verwendenden Verbindungen um bei Raumtemperatur flüssige Produkte handelt, bereitet das Dispergieren der Produkte in Wasser keine Schwierigkeiten. Eine Dispergierung gelingt beispielsweise schon rein mechanisch durch kräftiges Rthren. Besonders leicht lassen sich die Leimungsmittel mit Hilfe von kationischer Stärke emulgieren.
  • Als kationische Stärken können handelsübliche Amin-Stärkederivate und andere kationische stickstoffsubstituierte Stärkederivate sowie kationische Sulfonium- und Phosphonium-Stärkederivate verwendet werden. Diese Derivate können aus den üblichen Stärken, wie Weizenstärke, Kartoffelstärke, Maisstärke und Reisstärke hergestellt werden. Zum Emulgieren der substituierten Bernsteinsäureanhydride benötigt man pro Gew.-Teil des substituierten Bernsteinsäureanhydrids 0,2 bis 2,0 Teile der kationischen Stärke.
  • Eine weitere Möglichkeit, die erfindungsgemäß zu verwendenden Leimungsmittel in Wasser zu dispergieren, besteht in der Verwendung von Emulgatoren. Geeignete Emulgatoren sind beispielsweise Anlagerungsprodukte von Athylenoxid an C8-bis C20-Fettalkohole, Fettsäuren oder Fettamine entsprechender Kohlenstoff zahl.
  • FUr die Papierleimung benötigt man, bezogen auf das Gewicht der trockenen Papierfasern, 0,1 bis 0,5 Gew.-% der erfindungsgemäß zu verwendenden substituierten Bernsteinsäureanhydride. Sofern Emulgatoren oder Schutzkolloide zum Emulgieren der erfindungsgemäß zu verwendenden Bernsteinsäureanhydride verwendet werden, setzt man diese Stoffe in einer Menge von 0,2bis 2,0 Teilen pro Teil des Leimungsmittels ein.
  • Die Leimungswirkung der erfindungsgemäß zu verwendenden Leimungsmittel kann noch verbessert werden, wenn man zusätzlich kationische Retentionsmittel bei der Leimung mit verwendet. Geeignete kationische Retentionsmittel sind beispielsweise kationisch modifizierte Polymerisate von Amiden, äthylenisch ungesättigter C3 - bis C5-Carbonsäuren, wie kationisch modifiziertes Polyacrylamid oder Polymethacrylamid sowie Polyäthylenimin und wasserlösliche vernetzte Kondensationsprodukte aus Adipinsäure und Polyalkylenpolyaminen. Die Kondensationsprodukte aus Adipinsäure und Polyalkylenpolyaminen können mit Xhylenimin gepfropft und anschließend mit difunktionellen Vernetzern, wie Epichlorhydrin oder - -Dichlorhydrinäthern von Polyalkylenglykolen vernetzt werden. Produkte der genannten Art sind im Handel erhältlich. Sie werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, bezogen auf trockenen Faserstoff, in einer Menge von 0,01 bis 0,3 Gew.-% eingesetzt.
  • Die in den Beispielen angegebenen Teile sind Oew.-Teile, die Angaben in Prozent beziehen sich auf das Gewicht der Stoffe. Die Wirksamkeit der Leimungsmittel wurde mit Hilfe der Tintenschwimmprobe bis zum 50 %igen Durchschlag beurteilt, wobei eine Prüftinte gemäß DIN 53 126 verwendet wurde.
  • A Herstellung der Leimungsmittel Ein C4-Schnitt, der 38 % Butadien, 27 S Isobuten, 17 S Buten-1, 11 % Buten-2, 5 % n-Butan und 2 % Isobutan enthielt, wurde in Gegenwart von Bortrifluorid bei einer Temperatur von 12500 innerhalb von 0,5 Stunden in einem Autoklav der Copolymerisation unterworfen. Man erhielt ein Butadien-Isobuten-Buten-Copolymerisat, das destillativ getrennt wurde. Folgende Fraktionen wurden isoliert: Fraktion KP2mbar Gehalt an C-Atomen/Molekül Doppelbindungen/ Molekül 1 80-120 16 1,5 2 120-160 20 1,6 3 160-200 24 1,7 und anschließend der Maleinierung unterworfen. Hierzu wurden jeweils die Fraktionen 1 bis 3 mit Maleinsäureanhydrid im Gew.-Verhältnis 2 : 1 bei einer Temperatur von 18500 innerhalb von 10 Stunden zur Reaktion gebracht.
  • Hierbei wurden den Fraktionen 1 bis 3 entsprechende Leimungsmittel 1 bis 3 erhalten, wobei es sich jeweils um substituierte Bernsteinsäureanhydride handelte, bei denen der Substituent des Leimungsmittels 1 16, der des teimungsmittels 2 20 und der des Leimungsmittels 3 24 Kohlenstoffatome aufwies.
  • Zum Vergleich mit dem Stand der Technik wurde als Vergleich 1 Isooctadecenylbernsteinsäureanhydrid (gemäß US-PS 3 102 064) und als Vergleich 2 maleiniertes Tetrabuten (gemäß DE-OS 28 04 202) verwendet.
  • Um die Leimungswirkung der oben angegebenen Stoffe zu prüfen, wurden jeweils 2,5 Teile der Leimungsmittel zu 500 Teilen einer 0,5 %igen wäßrigen Lösung einer handelsüblichen kationischen Stärke gegeben und 3 Minuten der Wirkung eines Emulgiergerätes ausgesetzt. Es resultierten jeweils 0,5 %ige Leimungsmitteldispersionen.
  • Zu einer 0,5 Eigen wäßrigen Faserstoffaufschlämmung (pH--Wert 7,5) aus gebleichtem Sulfitzellstoff mit einem Mahlgrad von 350 S.R., die 0,1 %, bezogen auf trockenen Zellstoff, eines handelsilblichen wasserlöslichen vernetzten Polyamidoamins enthielt (hergestellt durch Kondensation von Adipinsäure und Diäthylentriamin und anschließende Umsetzung des Kondensationsproduktes mit Epichlorhydrin) werden jeweils soviel der einzelnen oben beschriebenen Leimungsmittel-Dispersionen zugegeben, daß der Gehalt an Leimungsmittel 0,4 S, bezogen auf trockenen Faserstoff betrug. Auf einem Laborblattbildner wurden dann jeweils Blätter mit einem Gewicht von 80 g pro m2 gebildet und anschließend in einem Trockenzylinder bei einer Temperatur von 900C getrocknet. Für die einzelnen Leimungsmittel wurden dabei folgende Tintenschwimmzeiten ermittelt: Tintenschwimmzeit (min) Leimmittel 1 10 Leimmittel 2 10 Leimmittel 3 15 Vergleich 1 2 Vergleich 2 8

Claims (3)

  1. Patentansprüche 1. Verfahren zur Masseleimung von Papier unter Verwendung von wäßrigen Emulsionen substituierter Bernsteinsäureanhydride, dadurch gekennzeichnet, daß als Leimungsmittel Umsetzungsprodukte von Maleinsäureanhydrid mit 16 bis 24 Kohlenstoffatome enthaltenden Copolymerisaten aus Butadien und Monoolefinen mit 4 Kohlenstoffatomen im Molekül verwendet werden.
  2. 2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die substituierten Bernsteinsäureanhydride mit kationischer Stärke und/oder kationischen Emulgatoren in Wasser emulgiert werden.
  3. 3. Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich kationische Retentionsmittel zur Leimungsverbesserung eingesetzt werden.
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