DE3009594C2 - - Google Patents
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- DE3009594C2 DE3009594C2 DE3009594A DE3009594A DE3009594C2 DE 3009594 C2 DE3009594 C2 DE 3009594C2 DE 3009594 A DE3009594 A DE 3009594A DE 3009594 A DE3009594 A DE 3009594A DE 3009594 C2 DE3009594 C2 DE 3009594C2
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- D—TEXTILES; PAPER
- D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
- D21H—PULP 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
- D21H17/00—Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its constitution; Paper-impregnating material characterised by its constitution
- D21H17/62—Rosin; Derivatives thereof
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- Paper (AREA)
- Adhesives Or Adhesive Processes (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines
Leimungsmittels, bei dem
- (A) 25 bis 85 Gew.-% einer ersten Komponente aus einer Substanz, die bei Vereinigung mit den anderen Komponenten des Leimungsgemisches Ammoniak und Ammoniumsalz liefert und aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Ammoniak oder dessen Vorprodukt, dem Reaktionsprodukt des Harnstoffs mit wenigstens einer Lewis-Säure, ausgewählt unter Sulfurylchlorid, Chlorsulfonsäure, Thionylchlorid, Benzolsulfonylchlorid, Benzolsulfonsäure, o-Toluolsulfonsäure, p-Toluolsulfonsäure, o-Toluolsulfonylchlorid und p-Toluolsulfonylchlorid sowie Mischungen dieser Substanzen, besteht und
- (B) 75 bis 15 Gew.-% einer zweiten Komponente aus einem verseiften, teilverseiften oder unverseiften Naturharz, das mit einer organischen sauren Substanz, ausgewählt unter α,b-ungesättigten aliphatischen Carbonsäuren mit 3 bis 10 Kohlenstoffatomen, deren Anhydriden und Mischungen dieser Säuren und Anhydride, modifiziert ist,
unter Bildung des Leimungsmittels mit einer Gesamtazidität
von wenigstens 1000 Teilen je Million (ppm) oder seines
Vorprodukts vereinigt werden. Die Erfindung betrifft auch das
nach diesem Verfahren hergestellte Leimungsmittel und die Verwendung
dieses Leimungsmittels.
Zelluloseprodukte, nämlich z. B. Papier, Hartpapier, Pappe oder Preßprodukte,
werden im Prinzip in der Weise hergestellt,
daß man eine verdünnte Suspension oder Lösung von Fasern in
einem wäßrigen Medium auf ein feinmaschiges Sieb aufbringt, durch
das das wäßrige Medium abläuft, wobei ein dünner Faserfilz zurückbleibt.
Der Filz wird von dem Sieb entfernt, es wird weitere
Flüssigkeit ausgedrückt, und die Bahn wird unter Bildung des gewünschten
Produkts getrocknet. Die bei diesem Verfahren eingesetzten
faserigen Rohmaterialien sind im allgemeinen ein oder mehrere
der verschiedenen handelsüblichen Zellstofftypen. Diese Zellstoffe
umfassen mechanische Zellstoffe oder Holzschliffe, gebleicht und
ungebleicht, sowie chemische Zellstoffe, z. B. gebleichte, ungebleichte
und halbgebleichte Sulfat- und Sulfitzellstoffe, wie auch
halbchemische Zellstoffe. Andere zur Papierfaser- und Pappenherstellung
eingesetzte Faserrohstoffe sind wieder der Verwertung zugeführte
Altpapiere, Baumwollfasern, anorganische und synthetische
organische Fasern sowie Gemische dieser Materialien.
Der erste Schritt bei der Herstellung von Papierprodukten ist
die Herstellung des Zellstoffmaterials. Zellstoffe werden am zweckmäßigsten
in Form eines Breis gehandhabt, um ihre mechanische Behandlung,
die Vermischung mit nichtfaserigen Zusätzen und ihre
Zuführung zu der Papiermaschine zu erleichtern. Zellstoffe werden
der Papierfabrik unmittelbar vom Zellstoffaufschluß als Brei zugeführt,
wenn der Zellstoffaufschluß und die Papierherstellung am
gleichen Ort erfolgen. Im anderen Falle erhält man die Zellstoffe
als trockene Bahnen oder Stücke, die vor der Verwendung eingeweicht
werden müssen. Das Einweichen trennt die Fasern und dispergiert
sie bei minimaler schädlicher mechanischer Einwirkung in einem
wäßrigen Medium, so daß ein ständig gleichförmiges Ausgangsmaterial
entsteht. Der Zellstoffschlamm wird vor der Bildung einer
Papierbahn einer mechanischen Einwirkung unterzogen, die als Mahlung
oder Raffination bekannt ist. Bei der Raffination werden
die Fasern kontrolliert gequollen, geschnitten, geschnitzelt und
zerfasert, um kleinere fibrillierte Teilchen zu bilden und dadurch
die physikalischen Eigenschaften des Endprodukts in gewünschter
Weise zu beeinflussen. Ein nicht gemahlener Zellstoff erzeugt ein
leichtes, flockiges, schwaches Papier, während gut gemahlener Zellstoff
ein festeres, dichteres Papier liefert. Während der Mahlung
oder Raffination werden der Zellstofftrübe viele nichtfaserige
Materialien zugesetzt. Hierunter sind Mineralpigmente zur Füllung
und Beschwerung, wie Kaolin, Titandioxid, Calciumcarbonat und
andere bekannte Füllstoffe, färbende Zusätze und Farbstoffe, Leimstoffe
und andere bekannte Mahlzusätze zu verstehen.
Nachdem der Zellstoffbrei gemahlen und raffiniert worden ist
und die Zusätze eingemischt worden sind, wird der Brei der das
kontinuierliche Blatt bildenden Anlage, etwa einer Zylindermaschine
oder einer Langsiebmaschine zugeführt, wo er auf
ein feinmaschiges Sieb aufgegeben wird, durch das der flüssige
Träger bzw. das wäßrige Medium abläuft und auf dem sich ein Faservlies
bildet. Dieses Faservlies oder -blatt enthält beim Verlassen
des Siebes beispielsweise 80% Wasser und wird dann zur weiteren
Wasserentfernung durch eine oder mehrere Drehpressen und anschließend
durch ein Trocknungssystem, z. B. dampfbeheizte Drehzylinder,
geführt, um das Endprodukt zu bilden. Gepreßte Zellstoffprodukte
werden auf einer anderen Maschine durch ein ähnliches Verfahren
hergestellt, das so ausgelegt ist, daß einzelne gepreßte Teile,
wie z. B. Papierplatten, gebildet, getrocknet und
gepreßt werden.
Wie erwähnt werden die Leimungsmittel dem Zellstoffbrei für
das papierbildende Verfahren zugesetzt, um dem Endprodukt Beständigkeit
gegenüber der Eindringung von Flüssigkeit zu verleihen.
Als Alternative können die Leimungsmittel getrennt von Zellstoffzusätzen
auf das Papier aufgebracht werden, nachdem es getrocknet
ist und einen sehr guten Eindringwiderstand zeigt. Bei dieser Arbeitsweise
wird das trockene Blatt durch eine Leimlösung oder
über eine mit einer Leimlösung benetzte Walze geführt. Diese
Blätter sind "büttengeleimt" oder "oberflächengeleimt".
Unter den gegenwärtig als Leimungsmittel eingesetzten Stoffen
sind Naturharz, verschiedene Kohlenwasserstoff- und Naturwachse,
Stärken, Klebstoffe, Kasein, Asphaltemulsionen, synthetische
Harze und Zellulosederivate. Naturharz ist ein am weitesten verbreitetes
und sehr wirksames Leimungsmittel. Extrahiertes Naturharz
wird oft mit Ätznatron verseift und zu einer dicken Paste mit
etwa 70 bis 80% Feststoffgehalt verarbeitet, von denen bis zu
etwa 30 bis 40% freies unverseiftes Harz ist. Trockenes (unverseiftes)
Harz und vollständig verseiftes Harz werden ebenfalls
als Leimungsmittel verwendet. Jedes dieser Harze kann weiter modifiziert
werden, z. B. durch die Addition von Maleinsäureanhydrid
oder anderen Zusätzen. In der Papierfabrik wird die Harzpaste
durch Verdünnen mit heißem Wasser bis auf etwa 15 Gew.-% Feststoffe
gelöst oder emulgiert und dann mit kaltem Wasser unter
kräftiger Rührung auf etwa 5% Feststoffe oder weniger verdünnt.
Diese Lösung oder Dispersion wird entweder zur Oberflächenleimung
verwendet oder z. B. in einer Menge von 0,1 oder 0,5 bis
4,0% Leim, bezogen auf trockene Fasern, dem Papiermaterial gewöhnlich
vor, aber manchmal auch zusammen mit z. B. der 1-
bis 3fachen Menge Aluminiumsulfat zugesetzt.
Man nimmt an, daß das Aluminiumsulfat mit dem Naturharzleim
einen ionisch geladenen Niederschlag bildet, der von der entgegengesetzt
geladenen Faser angezogen wird.
In letzter Zeit wurden neue Leimungsgemische gefunden, die
wirksamer als die bekannten Typen und mit den gegenwärtig eingesetzten
Zellstoffen, Materialien und Zusatzstoffen verträglich
sind. Einige dieser Leimungsgemische sind in der US-PS 40 22 634
beschrieben, auf die hier bezug genommen wird. Diese Leimungsgemische
enthalten ein speziell modifiziertes Naturharz, Ammoniak
und ein Ammoniumsalz. Andere Leimungsgemische mit diesen verbesserten
Eigenschaften sind in der US-PS 41 41 750
und in der DE-OS 28 28 932 beschrieben. Diese Leimungsgemische
enthalten auch ein speziell modifiziertes Naturharz, Ammoniak
und ein Ammoniumsalz sowie zusätzlich das Reaktionsprodukt des Harnstoffs
mit einer Lewis-Säure, wie z. B. Sulfurylchlorid, p-Toluolsulfurylchlorid,
wobei dieses Harnstoff-Reaktionsprodukt einen
Teil des in den Gemischen im wesentlichen anwesenden Ammoniaks
und Ammoniumsalzes verfügbar machen kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das
eingangs genannte Verfahren so zu modifizieren, daß die Reaktionszeit
zwischen der ersten Komponente und der zweiten Komponente
beträchtlich verringert wird. Darüber hinaus sollen die nach dem
Verfahren hergestellten Leimungsmittel wesentlich verbesserte
Leimungseigenschaften aufweisen.
Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren
erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die zweite Komponente bei
der Vereinigung in fein verteilter Form vorliegt und die Zeit
der Reaktion zwischen den beiden Komponenten bis zu 1 Minute beträgt.
Der erste Bestandteil des Gemisches umfaßt eine oder mehrere
Substanzen, die bei Vereinigung mit anderen Bestandteilen des
Leimungsgemisches Ammoniak und Ammoniumsalz liefert. Dieses Ammoniak/Ammoniumsalz-liefernde
Material ist ausgewählt aus der Gruppe
bestehend aus Ammoniak oder dessen Vorprodukt, Ammoniumsalzen
oder deren Vorprodukten sowie Reaktionsprodukten aus Harnstoff
und wenigstens einer Lewis-Säure, die man unter Sulfurylchlorid,
Chlorsulfonsäure, Thionylchlorid, Benzolsulfonylchlorid, Benzolsulfonsäure,
o-Toluolsulfonsäure, p-Toluolsulfonsäure, o-Toluolsulfonylchlorid
und p-Toluolsulfonylchlorid auswählt. Es können
auch Gemische dieser Ammoniak/Ammoniumsalz-liefernden Materialien
eingesetzt werden. Ammoniak, z. B. Ammoniumhydroxid, das eine wäßrige
Ammoniaklösung ist, und Ammoniumsalz können als solche in
dem ersten Bestandteil verwendet werden, oder es können in dem
ersten Bestandteil Vorprodukte eingesetzt werden, die in dem
Leimungsgemisch, z. B. in situ, Ammoniak und/oder Ammoniumsalz
erzeugen. Wie beispielsweise in der US-PS 40 22 634 ausführlicher
beschrieben ist, kann das Ammoniak und Ammoniumsalz als Reaktionsprodukt
aus Harnstoff und einer Säure erzeugt werden, und wahlweise
kann zusätzliches Ammoniak oder Ammoniumsalz dem Harnstoff/Säure-Reaktionsprodukt
zugesetzt werden, Ammoniak kann mit salzbildenden
Bestandteilen, z. B. Säuren des Naturharzes zu Ammoniumsalz
umgesetzt werden, oder Ammoniumsalz kann mit Ammoniak erzeugenden
Bestandteilen des Naturharzes unter Ammoniakbildung umgesetzt werden.
Säuren, die zur Umsetzung mit Harnstoff zu dem Ammoniumsalz
dienen und in dem ersten oder zweiten Bestandteil vorliegen, sind
Amidoschwefelsäure und Phosphorsäure, wie auch Oxalsäure, Methansulfonsäure,
Trichloressigsäure, Salpetersäure, Schwefelsäure,
Chlorwasserstoffsäure, Stearinsäure und Essigsäure.
Der erste Bestandteil kann auch das Reaktionsprodukt aus
Harnstoff und wenigstens einer ausgewählten Lewis-Säure enthalten,
wie ausführlicher in der US-PS 41 41 750 beschrieben ist.
Zur Bildung des Reaktionsprodukts werden Harnstoff und wenigstens
eine Lewis-Säure gemischt und umgesetzt, wobei die Lewis-Säure
aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Sulfurylchlorid, Chlorsulfonsäure,
Thionylchlorid, Benzolsulfonylchlorid, Benzolsulfonsäure,
o- oder p-Toluolsulfonylchlorid und o- oder p-Toluolsulfonsäure
besteht. Die bevorzugten Lewis-Säuren sind Sulfurylchlorid,
Chlorsulfonsäure, Benzolsulfonylchlorid und Benzolsulfonsäure,
und die am meisten bevorzugten Säuren sind o- oder p-Toluolsulfonylchlorid
und o- oder p-Toluolsulfonsäure. Wenn Wasser
zugegen ist, liegt dieses mit Vorteil in Mengen, Gewichtsteilen,
vor, die etwa gleich denen von Harnstoff plus Lewis-Säure sind,
wenngleich Harnstoff mit der Lewis-Säure auch unter Verwendung
von Wassermengen umgesetzt werden kann, die gleiche Teile übersteigen,
oder auch mit wenig Wasser oder ohne Wasser. Wenn die
Lewis-Säure ein Feststoff ist, kann die Umsetzung mit Harnstoff
bei einer Temperatur erfolgen, die etwas oberhalb des Schmelzpunktes
der Säure liegt.
Der Harnstoff wird im allgemeinen mit der Lewis-Säure in solchen
Mengen und bei einer ausreichenden Temperatur umgesetzt, daß
sich der durch ein pH-Meter bestimmte pH-Wert des Gemisches von
einem sauren pH vor Reaktionsbeginn zu einem basischen pH bei Reaktionsende
ändert. Diese Temperatur liegt im allgemeinen in dem
Bereich von 100 bis 215°C und hängt in gewissem Maße von dem
Wassergehalt des Gemisches ab. Sie kann im allgemeinen bei Gemischen
mit einem geringen Wassergehalt höher liegen.
Obgleich der pH-Wechsel ein wichtiger Hinweis darauf ist,
daß die Harnstoff/Säure-Umsetzung beendet ist, stellt die Gesamtazidität
des Reaktionsprodukts des ersten Bestandteils ein noch
wichtigeres Merkmal dar. Diese Gesamtazidität wird gemessen als
die Menge Natriumhydroxid, ausgedrückt als die äquivalenten Gewichtsteile
Calciumcarbonat, die erforderlich sind, um einer Million
Teile einer Phenolphthalein enthaltenden, 50gew.-%igen wäßrigen
Lösung des Reaktionsprodukts eine rosafarbene Färbung zu verleihen;
sie kann bestimmt werden mit dem Hach Chemical Company-Gesamtaziditätstest.
Wenn die Säure mit dem Harnstoff umgesetzt wird, entstehen
Ammoniak und ein Ammoniumsalz; diese Umsetzung erhöht nicht nur den
pH-Wert, sondern beeinflußt auch die Gesamtazidität des Gemisches.
Obgleich dies nicht vollständig geklärt ist, wird angenommen, daß
diese höhere Azidität (höher als reiner Harnstoff) der ersten Komponente
teilweise für das schließlich erhaltene überlegene Leimungsgemisch,
d. h. Leimungsmittel, verantwortlich ist. Demzufolge ist
die Menge von Säure zu Harnstoff ein wichtiges Merkmal; sie wird am
besten ausgedrückt in der Größe der resultierenden Gesamtazidität
(ppm), die sie erzeugt. Die gewünschte Mindest-Gesamtazidität beträgt
wenigstens 1000 Teile je Million (ppm), vorzugsweise wenigstens
4000 ppm. Die tatsächliche mit dem Harnstoff umgesetzte Säuremenge
beträgt im allgemeinen wenigstens etwa 0,1%, vorzugsweise 0,2
bis 8%, bezogen auf das Gewicht des Harnstoffs, wenngleich eine
größere Menge eingesetzt werden kann, z. B. 15 oder 20% Säure, bezogen
auf das Harnstoffgewicht, um die gewünschten Ergebnisse zu
erzielen.
Die Umsetzung des Harnstoffs mit der Säure erfolgt vorzugsweise,
aber nicht zwingend in Abwesenheit des Harzes und des zur Modifizierung
des Naturharzes verwendeten organischen sauren Stoffes.
Gewünschtenfalls kann jedoch der Harnstoff mit der Lewis-Säure im
Gemisch mit dem modifizierten Naturharz umgesetzt werden, wie weiter
unten ausführlicher erläutert wird.
Wahlweise können zusätzliche Ammoniakmengen, z. B. bis zu 6 Gew.-%
des Gesamtgemisches aus Ammoniak, Wasser und Harnstoff/Säure-Reaktionsprodukt,
dem Gemisch aus Harnstoff/Säure-Reaktionsprodukt und Wasser
nach der Abkühlung auf Zimmertemperatur zugesetzt werden, um die nach
Vereinigung mit dem speziell modifizierten Naturharz erzielten Leimungsergebnisse
zu steigern. Beispielsweise können 20 Teile 29%iges,
wäßriges Ammoniak bei Zimmertemperatur mit 80 Teilen des Gemisches
aus Harnstoff/Säure-Reaktionsprodukt und Wasser gemischt werden.
Dieses Gemisch kann dann mit dem modifizierten Naturharz als zweitem
Bestandteil vereinigt werden, wie weiter unten im einzelnen erläutert
wird.
Nach einer anderen Ausführungsform wird zur Bildung der erfindungsgemäßen
Leimungsmittel ein zusätzliches Ammoniumsalz mit Harnstoff
und einer Lewis-Säure vereinigt, wobei die Lewis-Säure aus
der Gruppe ausgewählt wird, die aus Sulfurylchlorid, Chlorsulfonsäure,
Thionylchlorid, Benzolsulfonylchlorid, Benzolsulfonsäure,
p- oder o-Toluolsulfonylchlorid und p- oder o-Toluolsulfonsäure
besteht. Das zusätzliche Ammoniumsalz liegt zusätzlich zu dem
Ammoniumsalz vor, das durch Umsetzung zwischen Harnstoff und der
ausgewählten Lewis-Säure der Erfindung erzeugt wird; wenigstens im
wesentlichen die gesamte Menge, z. B. wenigstens 90 Gew.-% des durch
Umsetzung von Harnstoff mit einer Säure gebildeten Ammoniumsalzes
wird durch Umsetzung mit den ausgewählten Lewis-Säuren der vorliegenden
Erfindung gebildet. Das Gewichtsverhältnis des Harnstoffs zu
dem ggfs. eingesetzten zusätzlichen Ammoniumsalz kann oftmals von
2 : 1 bis 1 : 4, vorzugsweise 1 : 1 bis 1 : 4 reichen. Dieses als erste Komponente
dienende Reaktionsprodukt wird dann anstelle des Harnstoff/Säure-Reaktionsproduktes
alleine mit dem modifizierten Naturharz
unter Bildung eines Leimungsmittels vereinigt.
Das in der ersten Komponente der Erfindung eingesetzte Ammoniumsalz
kann das Salz einer ein Ammoniumsalz bildenden Säure sein, die
sich mit Ammoniak zu einem Ammoniumsalz umsetzt, wie z. B. Amidosulfonsäure,
Chlorsulfonsäure, Phosphorsäure, Oxalsäure, p-Toluolsulfonsäure,
Trichloressigsäure, Chlorwasserstoffsäure, Schwefelsäure,
Methansulfonsäure, Salpetersäure, Stearinsäure, Essigsäure und Sulfurylchlorid.
Es können feste vorgebildete Ammoniumsalze eingesetzt
werden, oder alternativ kann das Salz durch Umsetzung der gewünschten
Säure mit Ammoniak gebildet werden. So werden beispielsweise
trockene Pulver aus Ammoniumsulfat, Harnstoff und Chlorsulfonsäure
zusammen auf 160°C erhitzt; bei dieser Temperatur ändert sich
der saure pH-Wert des Gemisches zu einem alkalischen pH-Wert von 8,
wobei der Ammoniak/Ammoniumsalz-enthaltende erste Bestandteil gebildet
wird.
Die zweite Komponente der vorliegenden Leimungsgemische umfaßt
ein Naturharz, das mit einem organischen, carbonsauren Material modifiziert
ist. Dieses carbonsaure Material kann eine α,b-ungesättigte
organische Säure, ein Anhydrid dieser Säure oder Mischungen
dieser Säuren und Anhydride sein. Die α,β-ungesättigte Säure oder
ihr Derivat kann beispielsweise eine a,β-ungesättigte aliphatische
Säure sein, die im allgemeinen 3 bis 10, vorzugsweise 3 bis 6 Kohlenstoffatome
enthält, z. B. Acrylsäure, wobei Maleinsäure, Maleinsäureanhydrid
und Fumarsäure bevorzugte Verbindungen sind.
Naturharz ist ein Gemisch aus Harzsäuren (einschließlich Abietinsäure,
Pimarsäure und Lävopimarsäure), Kohlenwasserstoffen und
hochmolekularen Alkoholen, das man aus einer von mehreren Quellen
erhält. Balsamharz ist der Rückstand, der nach dem Abdestillieren
von Terpentinöl aus rohem Terpentinölharz von lebenden Koniferen
zurückbleibt; Wurzelharz ist der Rückstand, der nach dem Abdestillieren
der flüchtigen Fraktionen aus dem Solventextrakt (gewöhnlich
unter Verwendung von Naphtha als Lösungsmittel) von Koniferenstubben
zurückbleibt; und Tallharz ist ein Nebenprodukt bei der
Fraktionierung von Tallöl (ein öliges Gemisch aus Harzsäuren, Fettsäuren
und neutralen Stoffen, das man durch Säurebehandlung von
verbrauchter Schwarzlauge aus Papier- und Zellstoff-Verfahren erhält).
Alle drei Typen sind chemisch sehr ähnlich mit der Ausnahme,
daß in dem Tallharz nach der Fraktionierung oft 1 bis 5% Fettsäuren
enthalten sind, während dies beim Balsamharz und Wurzelharz
nicht der Fall ist. Wie oben erwähnt, kann Naturharz in Leimungsmitteln
in "trockener" Form eingesetzt werden, oder es kann teilweise
oder vollständig verseift sein. Bei den Leimungsgemischen
der vorliegenden Erfindung können Balsamharz, Wurzelharz, Tallharz
oder ihre Gemische eingesetzt werden. Tallharz wird jedoch bevorzugt,
da es im allgemeinen die besten Ergebnisse liefert, möglicherweise
auf Grund des Gehaltes an Fettsäuren, obwohl dies nicht vollkommen
verständlich ist.
Wie erwähnt sind die zur Harzmodifizierung verwendbaren, organischen,
sauren Substanzen α,β-ungesättigte organische Säuren und
Anhydride und ihre Gemische. Die zur Erreichung der gewünschten
Ergebnisse eingesetzten Mengen der organischen sauren Substanzen
liegen im allgemeinen in dem Bereich von 5 bis 50% oder mehr, bezogen
auf das Gewicht des Naturharzes, vorzugsweise von 5 bis 30%,
insbesondere bei 15%. Das modifizierte Harz kann nach bekannten
Verfahren verseift werden, z. B. durch Zusatz von Natriumhydroxid,
Kaliumhydroxid oder Ammoniumhydroxid, wobei sich die Alkalimetall-
oder Ammoniumseife der Harzsäuren bildet. Im allgemeinen kann das
Naturharz nach der Modifizierung verseift werden. In jedem Falle
braucht die Verseifung nicht vollständig zu sein; vorzugsweise ist
sie aber ausreichend, um das zum Schluß vorliegende Leimungsgemisch
wasserlöslich zu machen. Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform
mit dem Reaktionsprodukt aus Ammoniak und modifiziertem Harz wird
vorzugsweise Ammoniak als eine der Verseifungsbasen eingesetzt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die oben beschriebene
erste und zweite Gemischkomponente vereinigt, wobei die zweite Komponente
in einem feinverteilten flüssigen oder festen Zustand ist
oder ein feinteiliges Gemisch aus Flüssigkeiten und Feststoffen ist.
Die zweite Komponente kann in verschiedener Weise in fest oder
flüssige Teilchen, d. h. Tröpfchen, überführt werden. Der mittlere
Durchmesser dieser flüssigen oder festen Teilchen liegt mit Vorteil
in dem Bereich von 10 bis 1000 µm, vorzugsweise in dem Bereich von
20 bis 250 µm.
Bei der Vereinigung der beiden Komponenten unter Bildung eines
Leimungsgemisches nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden
ausreichende Mengen beider Bestandteile verwendet, um die Leimungswirkung
zu erzielen, nämlich 25 bis 85%, bezogen
auf das Gesamt-Trockengewicht des Leimungsgemisches, der
ersten Komponente und 75 bis 15% der zweiten Komponente in dem
Leimungsgemisch. Das verfahrensgemäß hergestellte Leimungsgemisch
enthält im allgemeinen wenigstens 25 Gew.-%, oft 40 bis 60% Wasser.
Während die zweite Komponente und wahlweise auch der erste Bestandteil
verfahrensgemäß in feine flüssige oder feste Teilchen
verteilt ist, können die Bestandteile einfach bei Zimmertemperatur
gemischt werden. Die Bestandteile können auch mit weniger Vorteil
gemischt und auf den Siedepunkt des Gemisches erhitzt werden, um
sicherzustellen, daß alle Reaktionen beendet sind.
Wenn die erste und die zweite Komponente bei erhöhter Temperatur
vereinigt werden, kann das modifizierte Harz auf eine Temperatur
erhitzt oder auf einer solchen Temperatur gehalten werden, bei
der die Vereinigung erfolgt. Diese Vereinigung kann darin bestehen,
daß man ein verdünntes Gemisch des Reaktionsprodukts der ersten
Komponente, das erhitzt worden ist, der erhitzten zweiten Komponente
zusetzt, um die chemische und physikalische Durchmischung herbeizuführen.
Das Gemisch aus erster und zweiter Komponente kann zur
Abdampfung von Wasser auf über 100°C erhitzt werden und wird vorzugsweise
auf der Verdampfungstemperatur gehalten, bis die trübe
Lösung im wesentlichen klar wird. Wahlweise können nach beendeter
Vereinigung der Bestandteile sehr kleine Mengen Ammoniumhydroxid
eingesetzt werden, um den pH-Wert des Produkts in den basischen
Bereich, d. h. auf mehr als 7 zurückzustellen, wenn er in den sauren
Bereich, d. h. unter 7 gefallen ist. Ammoniumhydroxidmengen bis
zu 0,05 Gew.-% des Gemisches erhöhen den pH-Wert im allgemeinen um
die gewünschte Spanne. Die Verdünnungskonzentrationen der ersten
und zweiten Komponente vor ihrer Mischung hängt von den gewünschten
relativen Mengen beider Bestandteile und von der gewünschten Konzentration
des zu bildenden Leimungsgemisches ab. Die Wahl der bei
der Vereinigung angewandten Temperaturen hängt von der Verarbeitbarkeit
und dem gewünschten Ausmaß der chemischen und physikalischen
Mischung ab, wenngleich bei einer Ausführungsform des Verfahrens
Temperaturen von wenigstens 26°C eine Ausfällung beim Mischen verhindern.
Nach der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird die zweite Komponente der mit ausreichender Scherung
gerührten ersten Komponente zugesetzt und so in feinteilige
Form gebracht, daß Teilchen der zweiten Komponente mit einem mittleren
Durchmesser von 10 bis 1000 µm gebildet werden. Die Zugabe
des zweiten Bestandteils zu dem gerührten flüssigen ersten Bestandteil
dient dazu, den zweiten Bestandteil bei seiner Berührung mit
der gerührten Flüssigkeit fein zu verteilen. Das Rührelement des
Mischapparats kann mit einer solchen Drehzahl angetrieben werden,
daß die Scherwirkung ausreicht, um die zugesetzte zweite Komponente
zu Teilchen mit einem mittleren Durchmesser in dem Bereich von 10
bis 1000 µm fein zu verteilen. Ein Waring-Mischer mit einer Drehzahl
des Mischelements von 10 000 bis 25 000 UpM kann beispielsweise
zur Rührung des ersten Bestandteils dienen, während die zweite
Komponente mit diesem vereinigt wird.
Vorzugsweise wird während der Vereinigung beider Komponenten
die erste Komponente ebenfalls in feinteilige Form gebracht, so daß
die Teilchen beider Komponenten einen mittleren Durchmesser von
10 bis 200 µm haben. Bei dieser Ausführungsform werden die erste
und die zweite Komponente zweckmäßigerweise durch Sprühdüsen gepreßt
und so zu feinen Tröpfchen zerstäubt und die beiden Sprühströme
in einem Behälter gemischt. Auf diese Weise wird die erste
und die zweite Komponente zu Tröpfchen in dem Aerosol-Größenbereich
fein verteilt. Vorzugsweise erzeugen die eingesetzten Düsen Tröpfchen
einer mittleren Größe von 10 bis 200 µm, vorzugsweise 20 bis
125 µm. Als Beispiel für mit Erfolg eingesetzte Düsen sei erwähnt,
daß der zweite Bestandteil durch Düse Nr. 49 487 650 der Spray Engineering
Company, East Spit Brook Road, Nashua, N. H. 03 060, versprüht
werden kann, während der erste Bestandteil durch eine ähnliche
Vollkegel-Centerstrahldüse geschickt wird, die ebenfalls von Spray
Engineering Co. hergestellt wurde. Wasserdampf unter Druck ist ein
geeignetes Medium, um die zweite Komponente durch eine solche Düse
zu drücken. Der Sprüh des ersten Bestandteils kann mit oder ohne
Verwendung eines komprimierten Treibgases gebildet werden. Die
Ströme aus den beiden Düsen können dann vereinigt werden, wobei sich
beide Bestandteile in einem feinteiligen Zustand vermischen.
Vorzugsweise wird eine Reaktionszeit von 10 bis 30 Sekunden
gewählt. Die Reaktionszeit kann z. B. 15 bis 30 Sekunden und oft
nur 10 Sekunden betragen. Eine besonders wirksame Einhaltung der
Reaktionszeit und geeignete Mischung der ersten und der zweiten
Komponente geschieht in der Weise, daß man ein Gemischsprüh dieser
Stoffe in dem gewünschten Teilchengrößenbereich bildet.
Nach der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens werden die vereinigten ersten und zweiten Komponenten
zur Steuerung der Reaktionszeit mit einer wäßrigen Lösung von
Kalium- und/oder Natriumhydroxid, vorzugsweise zunächst mit einer
wäßrigen Kaliumhydroxid- und dann mit einer wäßrigen Natriumhydroxid-Lösung
in Berührung gebracht. Man erhält auf diese Weise
ein Produkt des gewünschten pH-Wertes. Die Zugabe der wäßrigen
Base dient im wesentlichen dazu, die Umsetzung der ersten und zweiten
Komponente zu beenden. Zweckmäßigerweise werden die gemischten
Sprühströme mit der wäßrigen Kaliumhydroxid- und/oder Natriumhydroxid
in Berührung gebracht.
Wie oben erwähnt können Ammoniak, ein Ammoniumsalz und das
speziell modifizierte Naturharz oder eine Seife des speziell
modifizierten Harzes bei Zimmertemperatur unter Bildung eines
Leimungsmittels vereinigt werden. Die Seife des speziell modifizierten
Harzes kann dargestellt werden, indem man das heiße Gemisch
des Harzes und des harzmodifizierenden organischen Säurematerials
unter langsamer Rührung in eine wäßrige Lösung einer
verseifenden Base, z. B. Natriumhydroxid und/oder Kaliumhydroxid,
gießt und so das modifizierte Harz verseift. Es wird genügend
wäßrige Lösung der Verseifungsbase eingesetzt, um ein wäßriges
Gemisch der modifizierten Harzseife mit 50 bis 70 Gew.-% Feststoffgehalt
zu erzeugen. Bezogen auf das Gesamtgewicht des Ammoniaks, des
Ammoniumsalzes, des Harzes und des modifizierenden organischen Säurematerials
auf Trockenbasis kann das Leimungsmittel 3 bis 30% Ammoniak,
4 bis 72% Ammoniumsalz und 93 bis 25% Harz und modifizierendes organisches
Säurematerial aufweisen, wobei man mit einem Verhältnis von
Ammoniumsalz zu Ammoniak arbeitet, das größer als 1 : 1 ist. Der Ausdruck
"trocken" in der vorliegenden Beschreibung bedeutet unter Ausschluß
von irgendwelchem anwesendem Wasser. Das Ammoniak kann in situ
beispielsweise durch Umsetzung zwischen dem Harz, dem modifizierenden
organischen Säurematerial und dem Ammoniumsalz erzeugt werden, wobei
man 4 bis 75% Harz plus modifizierendes Säurematerial bezogen auf
das Gesamt-Trockengewicht des Ammoniumsalzes, Harzes und modifizierenden
organischen Säurematerials einsetzt.
Die Ammoniakmenge hängt davon ab, ob Ammoniak das einzige Verseifungsmittel
ist. Wenn nur Ammoniak zur Verseifung des speziell
modifizierten Naturharzes dient, werden im allgemeinen 10 bis 75%
Ammoniak und 25 bis 90% Harz und modifizierendes organisches Säurematerial,
bezogen auf das Gesamt-Trockengewicht des Ammoniaks, Harzes
und modifizierenden organischen Säurematerials, zur Herstellung des
Leimungsmittels eingesetzt. Wenn Ammoniak mit einer Seife des speziell
modifizierten Harzes umgesetzt wird, kann das Gemisch im allgemeinen
mit 4 bis 60% Ammoniak und 96 bis 40% Harz und modifizierendes Säurematerial
hergestellt werden, bezogen auf das Gesamt-Trockengewicht
des Ammoniaks und des Harzes und modifizierenden organischen Säurematerials.
Verfahrenseinzelheiten der Herstellung dieser Leimungsgemische,
abgesehen von der Vereinigung der Bestandteile, von denen
der zweite Bestandteil und wahlweise beide Bestandteile in fein verteilter
Form vorliegen, sind in den US-PS 40 22 634 und 41 41 750
beschrieben.
Das Leimungsmittel der Erfindung hat im allgemeinen einen
pH-Wert in dem Bereich von wenigstens 6,6 bis 10 oder 12 und eine
Gesamtazidität von wenigstens 1000 Teile je Million (ppm). Der pH-Wert
ist vorzugsweise wenigstens 8, z. B. 9 bis 11. Diese Gesamtazidität
wird gemessen als die Menge Natriumhydroxid, ausgedrückt als äquivalente
Gewichtsteile Calciumcarbonat, die erforderlich ist, einer Million
Teilen des Phenolphthalein enthaltenden Leimungsgemisches der Erfindung
eine rosa Färbung zu verleihen. Die Gesamtazidität kann bestimmt
werden nach dem Hach Chemical Company Gesamtsäure-Test. Das bevorzugte
Ziel aller Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Leimungsmittels ist
die Erreichung der höchstmöglichen Gesamtazidität, ohne daß sich der
pH-Wert auf einen Wert verringert, der das Leimungsmittel in dem Betriebswasser
der Papierfabrik unlöslich macht. Demzufolge können die
Anteile der Bestandteile der erfindungsgemäßen Leimungsgemische entsprechend
diesem Ziel variieren, und sie werden demzufolge zweckmäßigerweise
in den Größen des pH-Wertes und der Gesamtazidität definiert,
die sie in den Leimungsmitteln erzeugen.
Das erfindungsgemäß hergestellte Leimungsmittel kann zur Leimung
eines Zelluloseprodukts in einer Menge von 0,05 bis 4%, bezogen auf
das Trockengewicht der Zelluloseproduktfasern verwendet werden. Insbesondere
wird das Leimungsmittel für die Papierleimung eingesetzt.
Die Leimungsmittel zeigen bei der Verwendung in gleicher Menge bessere
Leimungseigenschaften als die bekannten Leimungsmittel; und gleichwertige
Eigenschaften erzielt man bei Verwendung kleinerer Mengen als
bei den herkömmlichen Leimungsmitteln, so daß der Anwender die bestehenden
Normen mit weniger Leimungsmittel als bisher erforderlich und
demzufolge mit geringeren Kosten erfüllen kann. Die bei Anwendung der
erfindungsgemäßen Leimungsgemische erhaltenen Produkte sind heller und
kräftiger als die mit den bisher verfügbaren Leimungsmitteln hergestellten
Produkte. Die neuen Leimungsgemische begünstigen auch bei Verwendung
als Zusatzstoff zur Pulpe die Trocknung der Bahn, so daß die Papiermaschine
so weit beschleunigt werden kann, bis man eine Bahn mit wiederum
gleichem Feuchtigkeitsgehalt erzeugt. Alternativ kann dem Papierbrei
mehr Wasser zugesetzt werden, um der Faser auf dem Papiermaschinendraht
eine bessere Ausrichtung zu geben, so daß ein kräftigeres
Papier mit besserer Formation erzeugt wird. Die neuen Leimungsgemische
werden normalerweise alleine als Leimungsmittel mit Aluminiumsulfat
in dem Papierbreimaterial oder bei der Oberflächenleimung eingesetzt;
sie können aber auch mit verschiedenen anderen Leimungsmitteln kombiniert
werden, um einen wesentlichen Teil dieser bekannten Mittel zu
ersetzen.
Das Leimungsmittel der Erfindung kann als Zusatzstoff zur Pulpe
oder als Oberflächenleimungsmittel dienen. Die zur Erzielung optimaler
Ergebnisse einzusetzende genaue Menge kann in Abhängigkeit von dem
Typ der Pulpe und den gewünschten Eigenschaften des Endprodukts variieren.
Im allgemeinen werden geringere Mengen als bei den gegenwärtig
verwendeten bekannten Leimungsmitteln benötigt, um im wesentlichen
gleichwertige oder überlegene Produkte herzustellen. Während beispielsweise
bekannte Naturharz-Leimungsmittel im allgemeinen in Mengen von
0,1 oder 0,5 bis 4 Feststoff-%, bezogen auf das Gewicht der Fasern des
Papierbreis eingesetzt werden, können die Leimungsgemische der Erfindung
in so geringen Mengen wie 0,05% oder 0,25% Verwendung finden.
So können von 0,05 bis 0,25 aufwärts bis zu 4% dieser Leimungsgemische
eingesetzt werden (Trockengewicht), bezogen auf das Gewicht der
Fasern in der Pulpe. Wo normalerweise 1% eines bekannten Naturharz-Leimungsmittels
eingesetzt wird, kann in typischen Fällen mit 0,5%
des neuen erfindungsgemäßen Mittels ein im wesentlichen gleichwertiges
oder sogar überlegenes Ergebnis erzielt werden.
Die Herstellung der Leimungsgemische in der hier beschriebenen
Weise erlaubt auch die Zubereitung von weniger kostspieligen Gemischen.
Dies ist deshalb möglich, weil weniger von den relativ teureren Bestandteilen
(z. B. modifiziertes Naturharz) zur Herstellung der Leimungsgemische
gebraucht wird, die eine im wesentlichen gleichwertige
Leimungswirkung wie die in bekannter Weise hergestellten Gemische
zeigen, die mehr von den relativ teureren Bestandteilen enthalten.
Das erfindungsgemäße Verfahren und das Leimungsmittel werden
durch die folgenden Beispiele näher erläutert.
Der erste Bestandteil eines Leimungsmittels wird in der Weise
hergestellt, daß man 4000 g handelsüblichen Harnstoff, 200 g
Amidosulfonsäure und 4200 g Wasser in einen Kochbehälter gibt
und anschließend den Inhalt unter langsamer Rührung erwärmt,
bis das Reaktionsgemisch unter Atmosphärendruck siedet. Wenn
die Temperatur etwa 103°C erreicht, ist das Sieden zuende,
Wasserverluste hören auf und der durch ein pH-Meter bestimmte
pH-Wert der Lösung steigt auf etwa 8. Das resultierende, den
ersten Bestandteil darstellende Produkt ist eine klare Lösung
mit einer Gesamtazidität von 86 000 ppm, bestimmt mit dem Säureprüfgerät Modell AC-5 der Hach
Chemical Company.
Zur Bildung des die zweite Komponente darstellenden modifizierten
Harzes werden 3000 g handelsübliches Tallharz in einem
Kochbehälter geschmolzen. Dem geschmolzenen Harz werden langsam
unter Rührung die folgenden Bestandteile zugesetzt: 360 g
Fumarsäure und 100 g 37%iges Formaldehyd sowie 3 g p-Toluolsulfonsäure
als Harzkristallisationsinhibitoren. Das Reaktionsgemisch
wird dann unter kontinuierlicher Rührung auf etwa 205°C
erhitzt und 2 bis 10 Stunden auf dieser Temperatur gehalten.
Zur Herstellung des Leimungsmittels werden 600 g des ersten Bestandteils
und 300 g Wasser in einen Hochleistungsmischer, z. B.
in einen Waring-Mischer, gegeben. Dem Inhalt des Mischers werden
300 g der zweiten Komponente in geschmolzener Form oder in
Form fester Teilchen zugesetzt, und es wird 10 bis 60 Sekunden,
vorzugsweise 20 bis 30 Sekunden gerührt. Die Zugabe
des zweiten Bestandteils in dieser Weise gewährleistet,
daß dieser fein verteilt wird, sobald er mit dem gerührten
ersten Bestandteil in Berührung kommt.
Dann werden 60 bis 120 g Kaliumhydroxid in Form einer 50gew.-%igen
wäßrigen Lösung zugesetzt, und es wird 5 bis 10 Sekunden
gemischt. Dann wird der pH-Wert der Lösung mit Natriumhydroxid
auf einen Wert in dem Bereich von 9,0 bis 10,0 eingestellt,
und es wird genügend Wasser zugesetzt, um den Gesamtfeststoffgehalt
der Lösung auf etwa 50 Gew.-% zu bringen.
Die erste Neutralisation kann mit Natriumhydroxid erfolgen;
wenn dies aber geschehen ist, sollte die zweite Neutralisation
mit Kaliumhydroxid durchgeführt werden.
Der erste Bestandteil des Leimungsmittels wird in der gleichen
Weise wie in Beispiel 1 angegeben hergestellt.
Zur Bildung des zweiten Bestandteils werden 3000 g eines handelsüblichen
Tallharzes in einem Kochbehälter geschmolzen. Diesem
Harz werden unter mäßiger Rührung langsam 360 g Fumarsäure
zugesetzt. Dann wird das Reaktionsgemisch unter kontinuierlicher
mäßiger Rührung auf etwa 205°C erhitzt und 2 bis 14 Stunden auf
dieser Temperatur gehalten. Dann wird das heiße Reaktionsprodukt
mit Sorgfalt einer warmen Lösung von 700 g Natriumhydroxid gelöst
in 4032 g Wasser zugesetzt. Der pH-Wert der die zweite Komponente
darstellenden, zum Schluß erhaltenen Lösung ist etwa 10,0.
Zur Herstellung des Leimungsmittels wird der zweite Bestandteil
und zusätzliches Wasser in den folgenden Verhältnissen gemischt:
Zweiter Bestandteil|115 g | |
Zusatzwasser | 115 g |
Insgesamt | 230 g |
Dieses Gemisch wird dann mit 190 g des ersten Bestandteils
unter Bildung von insgesamt 420 g Leimungsmittel vereinigt.
Der erste Bestandteil und der zweite Bestandteil des Leimungsmittels
werden in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 angegeben
hergestellt.
Zur Bildung des Leimungsmittels werden 600 g des ersten Bestandteils
und 300 g Wasser in einen Hochleistungsmischer, z. B. einen
Waring-Mischer, gegeben. 300 g des zweiten Bestandteils werden
entweder geschmolzen und in Form fester Teilchen dem Inhalt
des Mischers zugesetzt, und es wird 10 bis 60 Sekunden,
vorzugsweise 20 bis 30 Sekunden, gerührt.
Dann werden 60 bis 120 g Kaliumhydroxid in Form einer 50gew.-%igen
wäßrigen Lösung zugesetzt, und die Lösung wird einige
Sekunden gerührt. Dann wird der pH-Wert der Lösung mit Natriumhydroxid
auf einen Wert in dem Bereich von 9,0 bis 10,0 eingestellt,
und es wird genügend Wasser zugegeben, um den Gesamtfeststoffgehalt
der Lösung auf etwa 50 Gew.-% zu bringen.
Für die Neutralisation kann Natriumhydroxid benutzt werden;
wenn dies geschehen ist, sollte Kaliumhydroxid zur zweiten
Neutralisation dienen.
In einer Vorrichtung, wie sie in der Zeichnung dargestellt ist,
wird der wie in Beispiel 1 dargestellte zweite Bestandteil in
einer Menge von 1000 Teilen zu einem Sprüh 1 zerstäubt, indem
man ihn durch eine Düse 2 mit einstellbarer Kegelform preßt
(z. B. Düse Nr. 49 487 650, hergestellt von Spray Engineering Co.,
East Spit Brook Road, Nashua, N. H. 03 060). Der Sprüh 1 wird in
ein Rohr 3 eingedüst, in dem er auf einen Sprüh 4 des ersten
Bestandteils trifft, der ebenfalls wie in Beispiel 1 hergestellt
wurde und aus einer Vollkegel-Centerstrahldüse 5 austritt. Die
Temperatur des zweiten Bestandteils ist etwa 182°C, und die Düse
2, die er passiert, wird durch einen Mantel 6 beheizt, der mit
von etwa 1,22 MPa und einer Temperatur von etwa 182°C gefüllt
ist. Die Menge des ersten Bestandteils beträgt 2000 Teile eines
50gew.-%igen Feststoffproduktes. Durch die Öffnungen 8 werden
1000 Teile - weniger die Dampfmenge, die aus den Öffnungen in dem
Mantel 6 um die Düse 2 für den zweiten Bestandteil kommt - Wasser
von Leitung 7 in den Apparat eingeführt, um die Wände des Rohres
3 abzuwaschen und das Ansetzen von Feststoffen zu verhindern.
Das Reaktionsprodukt trifft auf einen Sprüh 9 aus 50gew.-%iger
Kaliumhydroxidlösung, die 200 bis 400 g Kaliumhydroxid enthält
und durch die Öffnung 10 der Leitung 11 in das Rohr 3 eingeführt
wird. Die resultierende Lösung 12 wird dann durch Leitung 13 und
Leitung 14 zu einem nicht dargestellten Vorratstank gepumpt, wo
der pH-Wert mit KOH oder NaOH auf 9,0 bis 10,0 eingestellt
wird.
Die zwei Düsen 2 und 5 sind in der Zeichnung in einer Anordnung
gezeigt, so daß sich die zwei Tröpfchenströme, d. h. die Sprühs
1 und 4 des zweiten und ersten Bestandteils, im Gleichstrom
bewegen. Es können andere Anordnungen der Düsen 2 und 5 gewählt
werden, so eine solche, bei der die Düsen horizontal auf einem
Durchmesser des Rohres 3 angeordnet sind, so daß die Tröpfchenströme
direkt einander gegenüberstehen.
Die Zeichnung bringt zum Ausdruck, daß Wasser auf der Innenseite
des Rohres herabläuft, um das Ansetzen von Feststoffen
zu verhindern. Bei einer anderen Arbeitsweise könnte eine Reihe
von Wassersprühstrahlen um die Innenseite des Rohrumfangs herum
angeordnet sein.
Zur Prüfung der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten
Leimungsmittel wurden Produktproben der Beispiele 1, 2 und
3 wie folgt behandelt. Die Leimungsmittel wurden mit Aluminiumsulfat
in gebleichten Hartholz-Kraftzellstoff eingemischt,
um ihre Eigenschaften zu vergleichen. Es wurden Handbögen unter
Verwendung von 5,7 g Fasern hergestellt, die in Wasser auf eine
1,0gew.-%ige Suspension verdünnt worden waren. Die Fasermasse
und das Wasser werden in einem Waring-Mischer etwa 1 Minute gemischt,
und dann werden die Leimungsmittel in einer Menge von
4,53 kg je Tonne Fasermasse zugesetzt und etwa 45 Sekunden gemischt.
Dann wird das Aluminiumsulfat in einem Verhältnis von 6,8 kg je
Tonne Fasermasse zugegeben.
Die Suspensionen werden dann mit Wasser auf einen Faser-Feststoffgehalt
von etwa 0,1%, bezogen auf das Gewicht der Suspension,
weiter verdünnt. Aus den mit den Leimungsmitteln der
Beispiele hergestellten Suspensionen werden dann mit einem
Williams-Handbogen-Former Bögen hergestellt. Diese Bögen werden
zwischen zwei Löschpapierbögen gelegt und dann in einer Heißpresse
getrocknet, die eine Temperatur von etwa 110°C hat und
einen Druck von etwa 0,355 MPa ausübt. Die Bögen werden dann
bei 50% relativer Feuchtigkeit und 22°C 24 Stunden klimatisiert
und nach der TAPPI Tintenschwimm-Heißprüfung geprüft.
Diese Tintenschwimmprüfung dient zum Vergleich der Wirksamkeit
der verschiedenen Leimungsmittel und benutzt eine saure Tinte
folgender Zusammensetzung:
1000 ml destilliertes Wasser
5 g Gallussäure
7,5 g FeSO₄
1,0 g Weinsäure
1,0 g Natriumbenzoat
3,5 g Anilinblau
50,9 g Ameisensäure
5 g Gallussäure
7,5 g FeSO₄
1,0 g Weinsäure
1,0 g Natriumbenzoat
3,5 g Anilinblau
50,9 g Ameisensäure
Bei dem Tintenschwimmtest werden quadratische Papierstücke gegebener
Größe auf die Oberfläche der flüssigen Tinte gelegt,
und es wird die Zeit in Sekunden ermittelt, in der 50% der
Oberfläche von der Tinte gefärbt ist. Je größer die Anzahl der
bei einem gegebenen Versuch ermittelten Sekunden ist, umso
wirksamer ist im allgemeinen das in diesem Versuch verwendete
Leimungsmittel.
Die erhaltenen Ergebnisse sind in der Tabelle I dargestellt.
Jeder Satz der Versuche wurde an demselben Tag mit der gleichen
Faser und der gleichen Wasserart durchgeführt. Kontrollversuche
können von Tag zu Tag je nach der eingesetzten Faser, der Wasserqualität
und möglicherweise anderen Faktoren variieren.
Die Mittelwerte der Prüfungen von Tabelle I sind wie folgt:
Keine der beiden Komponenten fein verteilt (altes Verfahren): 771 Sekunden;
Zweite Komponente fein verteilt (neues Verfahren): 1206 Sekunden.
Zweite Komponente fein verteilt (neues Verfahren): 1206 Sekunden.
Dies zeigt eine Verbesserung beim neuen Verfahren gegenüber dem
alten von
Die Werte der Tintenschwimmprüfungen an den in Tabelle I mitgeteilten
Kontrollversuchen sind im allgemeinen höher als die Zahlen,
die in früheren Arbeiten erhalten wurden. Dies wird auf die
folgenden Gründe zurückgeführt:
- (a) Die zweite Komponente ist mit KOH anstatt mit NaOH verseift;
- (b) Nach Zugabe der zweiten Komponente ist dem Leimungsmittel eine kleine Menge NaOH zugesetzt worden; und
- (c) Bei der Herstellung des zweiten Bestandteils wird zur Umsetzung mit Fumarsäure eine höhere Tallharzqualität verwendet.
Zur Prüfung der Leimungsmittel, die nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren aus fein verteilter erster und fein verteilter zweiter
Komponente hergestellt wurden, werden Proben von wie in Beispiel 4
hergestellten Produkten mit dem Tintenschwimmtest geprüft. Die
Handbogenherstellung und die Ausführungen der Tintenschwimmtests
sind im wesentlichen identisch mit denen, die in Beispiel 5
beschrieben wurden. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle II
dargestellt. Wie zuvor wurde jede Versuchsgruppe an einem
Tag mit der gleichen Faser und der gleichen Wasserart durchgeführt.
Kontrollergebnisse können von Tag zu Tag variieren je
nach der Handbogengröße, der benutzten Faser, der Wasserqualität
und möglicherweise anderen Faktoren.
Die Mittelwerte der ersten sechs Versuche in Tabelle II sind
wie folgt:
Keine Komponente fein verteilt (altes Verfahren): 372 Sekunden;
Beide Komponenten fein verteilt (neues Verfahren): 547 Sekunden.
Beide Komponenten fein verteilt (neues Verfahren): 547 Sekunden.
Dies zeigt eine Verbesserung durch das neue Verfahren gegenüber
dem alten Verfahren von
Die Versuche 7 und 8 in Tabelle II zeigen, daß das erfindungsgemäß
dargestellte Leimungsgemisch etwa so wirksam als Leimungsmittel
ist wie ein ähnliches Leimungsmittel, das in herkömmlicher
Weise unter Verwendung der doppelten Menge der harzmodifizierenden
Fumarsäure hergestellt worden ist.
Zusammengefaßt betrifft die Erfindung verbesserte Leimungsgemische
für Zelluloseprodukte, z. B. Papier, die geschaffen werden
durch Vereinigung einer ersten mit einer zweiten Gemischkomponente,
wobei wenigstens die zweite Komponente zu feinen flüssigen
oder festen Teilchen verteilt ist, und Überwachung der Zeit
für die Umsetzung dieser Komponenten. Die Vereinigung der Bestandteile
in dieser Weise dient dazu, besonders wirksame Leimgemische
zu schaffen.
Die erste Komponente umfaßt ein Material, das bei Vereinigung
mit anderen Stoffen in dem Gemisch Ammoniak und Ammoniumsalz
liefert. Ein solches Ammoniak/Ammoniumsalz-lieferndes Material
umfaßt wenigstens eine Substanz aus der Gruppe, bestehend aus
Ammoniak oder einem Vorprodukt des Ammoniaks, Ammoniumsalzen
oder einem ihrer Vorprodukte, einem Reaktionsprodukt des Harnstoffs
mit wenigstens einer ausgewählten Lewis-Säure sowie Mischungen
dieser Stoffe.
Der zweite Bestandteil umfaßt ein verseiftes, teilverseiftes
oder unverseiftes Naturharz, das mit einer α,b-ungesättigten
aliphatischen Säure, die im allgemeinen 3 bis 10 Kohlenstoffatome
enthält, einem Anhydrid dieser Säuren oder deren Gemische
modifiziert ist.
Die gebildeten verbesserten Leimungsgemische umfassen Ammoniak,
Ammoniumsalz und modifiziertes Harz, die in leimungswirksamen
oder leimungsverbessernden Mengen vorliegen, so daß die Gesamtazidität
des Gemisches wenigstens etwa 1000 Teile je Million
beträgt.
Claims (11)
1. Verfahren zur Herstellung eines Leimungsmittels, bei dem
- (A) 25 bis 85 Gew.-% einer ersten Komponente aus einer Substanz, die bei Vereinigung mit den anderen Komponenten des Leimungsgemisches Ammoniak und Ammoniumsalz liefert und aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Ammoniak oder dessen Vorprodukt, dem Reaktionsprodukt des Harnstoffs mit wenigstens einer Lewis-Säure, ausgewählt unter Sulfurylchlorid, Chlorsulfonsäure, Thionylchlorid, Benzolsulfonylchlorid, Benzolsulfonsäure, o-Toluolsulfonsäure, p-Toluolsulfonsäure, o-Toluolsulfonylchlorid und p-Toluolsulfonylchlorid sowie Mischungen dieser Substanzen, besteht, und
- (B) 75 bis 15 Gew.-% einer zweiten Komponente aus einem verseiften, teilverseiften oder unverseiften Naturharz, das mit einer organischen sauren Substanz, ausgewählt unter α,β-ungesättigten aliphatischen Carbonsäuren mit 3 bis 10 Kohlenstoffatomen, deren Anhydriden und Mischungen dieser Säuren und Anhydride, modifiziert ist,
unter Bildung des Leimungsmittels mit einer Gesamtazidität von
wenigstens 1000 Teilen je Million (ppm) oder seines Vorproduktes vereinigt
werden,
dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Komponente bei der Vereinigung
in fein verteilter Form vorliegt und die Zeit der Reaktion
zwischen den beiden Komponenten bis zu 1 Minute beträgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
zweite Komponente der mit ausreichender Scherung gerührten ersten Komponente
zugesetzt wird und so in feinteilige Form gebracht wird, daß
Teilchen der zweiten Komponente mit einem mittleren Durchmesser von
10 bis 1000 µm gebildet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
während der Vereinigung beider Komponenten die erste Komponente ebenfalls
in feinteilige Form gebracht wird, so daß die Teilchen beider
Komponenten einen mittleren Durchmesser von 10 bis 200 µm haben.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
erste und die zweite Komponente durch Sprühdüsen gepreßt werden und
so zu feinen Tröpfchen zerstäubt werden und die beiden Sprühströme
in einem Behälter gemischt werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Reaktionszeit von 10 bis 30 Sekunden gewählt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die vereinigten ersten und zweiten Komponenten zur
Steuerung der Reaktionszeit mit einer wäßrigen Lösung von Kalium-
und/oder Natriumhydroxid, vorzugsweise zunächst mit einer wäßrigen
Kaliumhydroxid-Lösung und dann mit einer wäßrigen Natriumhydroxid-Lösung
in Berührung gebracht werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die gemischten Sprühströme mit der wäßrigen Kaliumhydroxid-
und/oder Natriumhydroxidlösung in Berührung gebracht werden.
8. Leimungsmittel, dadurch gekennzeichnet, daß es nach einem
der Ansprüche 1 bis 7 hergestellt ist.
9. Verwendung des Leimungsmittels nach Anspruch 8 zur Leimung
eines Zelluloseprodukts in einer Menge von 0,05 bis 4%, bezogen auf
das Trockengewicht der Zelluloseproduktfasern.
10. Verwendung des Leimungsmittels nach Anspruch 8 für die
Papierleimung.
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