DE3012002A1 - Verfahren zum veredeln von papier, pappe und karton - Google Patents

Verfahren zum veredeln von papier, pappe und karton

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DE3012002A1
DE3012002A1 DE19803012002 DE3012002A DE3012002A1 DE 3012002 A1 DE3012002 A1 DE 3012002A1 DE 19803012002 DE19803012002 DE 19803012002 DE 3012002 A DE3012002 A DE 3012002A DE 3012002 A1 DE3012002 A1 DE 3012002A1
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acrylic acid
copolymers
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Rudolf Behn
Lutz Dr. Hoppe
Helmut Dr. 3030 Walsrode Huhn
Klaus Dipl.-Chem. Dr. Szablikowski
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Dow Produktions und Vertriebs GmbH and Co oHG
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Wolff Walsrode AG
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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
    • D21H17/20—Macromolecular organic compounds
    • D21H17/33—Synthetic macromolecular compounds
    • D21H17/34—Synthetic macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • D21H17/41—Synthetic macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds containing ionic groups
    • D21H17/42—Synthetic macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds containing ionic groups anionic
    • D21H17/43—Carboxyl groups or derivatives thereof

Description

Verfahren zum Veredeln von Papier, Pappe und Karton
Die Erfindung betrifft Verfahren zur Verstärkung von Papier- und Pappmaterialien mit wäßrigen Lösungen von Copolymeren aus Acrylnitril, Acrylamid und Acrylsäure .
5 Bahnen aus Wellpappe, Behälter oder Schachteln aus
Wellpappe, Schachteln aus Pappmaterialien oder anderen Arten von Papier oder Pappmaterialien haben keine genügende Festigkeit insbesondere Wasserfestigkeit, die für viele Einsatzzwecke gefordert wird.
Bei der Herstellung von Verstärkungspappmaterialien ist es bereits bekannt, zur Verbesserung der Wasserfestigkeit das gewellte Pappmaterial in Bahnenform in eine Polycarbonatlösung einzutauchen, um das gewellte Pappmaterial z.B. mit der Polycarbonstlösung zu imprägnieren oder beschichten. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß das Polycarbonat nun schwierig in Methylenchlorid oder Ethylenchlorid als Lösungsmittel aufzulösen ist und ein geeignetes Durchdringungs-
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mittel zur Erzielung der gewünschten Lösung hinzugegeben werden muß.
Nach der US PS 3 479 213 werden zum Verstärken von Papier oder Wellpappe Lösungen von verschiedenen, insbesondere thermoplastischen Harzen wie Polystyrolen in Lösungsmitteln oder in Lösungsmittelgemischen verwendet wie z.B. Xylol und weitere Lösungsmittel, die in ganz bestimmten Verhältnissen eingesetzt werden müssen. Die Rückgewinnung der Lösungsmittel ist schwierig und aufwendig. Außerdem ist Xylol leicht brennbar. Für kontinuierliche Arbeitsweisen eignen sich daher solche Systeme nicht.
In der DAS 2 345 982 werden Polymerisate auf Basis Styrol, Acrylnitril, Butadien und Acrylat in einem
Halogenkohlenwasserstoff gelöst und Papier- oder Pappmaterialien zur Verstärkung mit dieser Lösung behandelt. Ein großer Nachteil des Verfahrens ist, daß die Produkte in organischen Lösungsmitteln gelöst werden müssen, deren physiologische Wirkungen nicht absehbar .
20 sind.
Ein weiterer Nachteil der Verwendung der wasserunlöslichen Substanzen ist, daß das Papiermaterial vor der Behandlung auf einen Wassergehalt von unter 5 % getrocknet werden muß, um ein Diffundieren der organisehen Lösungen in das Papier zu erreichen. Bei dem heutigen Stand der Technik kann diese Nachtrocknung schon aus wirtschaftlichen Gründen nicht mehr durch-
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geführt werden.
Weiter ist aus der DAS 1 182 047 bekannt, daß wasserlösliche Copolymerisate, bestehend aus 55 bis 94 Gew.-% Acrylsäureamid und/oder Methacrylsäureamid und 45 bis 6 Gew.-% Estern ungesättigter Carbonsäuren mit 1-4 Kohlenstoffatomen enthaltenen Alkoholen, zur Verbesserung der Fettundurchlässigkeit und zur Erhöhung der Beständigkeit gegen lösungsmittelhaltige Lacke und Paraffinschmelzen von Papieren eingesetzt werden können. Für viele Einsatzgebiete reicht die Festigkeit des so imprägnierten Papiermaterials aber nicht aus.
Dies gilt auch für das Papier, das gemäß der DOS 2 741 750 mit Alkali- oder Erdalkalisalzen von Copolymerisaten aus (Meth)acrylsäure, Acrylnitril und/oder Acrylamid und gegebenenfalls (Meth)acrylsäureestern imprägniert wird.
überraschenderweise gelingt es nun, die Festigkeit von Papiermaterialien noch entscheidend zu verbessern, wenn
20 man die Oberfläche der Materialien mit wäßrigen
Lösungen von Copolymerisaten aus Acrylnitril, Acrylamid und Acrylsäure behandelt. Da keine Salze, insbesondere Ca- oder Mg Salze der Copolymeren, eingesetzt werden müssen, gelingt es außerdem, die Abwässerprobleme
25 zu beseitigen.
Gegenstand der Erfindung sind daher Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Papier-, Pappe- und
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- jt-5-
Kartonmaterialien mit wäßrigen Lösungen von Copolymerisaten von (Meth)acrylsäurederivaten, dadurch gekennzeichnet, daß man Copolymerisate aus
1) 0/1-10 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 -7 Gew.-% 5 Acrylnitril
2) 30 - 70 Gew.-%, vorzugsweise 35 - 65 Gew.-% Acrylamid und
3) 30-60 Gew.-%, vorzugsweise 35 - 60 Gew.-% Acrylsäure und/oder Meth acryl-
säure, die gegebenenfalls ganz oder teilweise in Form ihres Ammonniumsalzes vorliegen können,
einsetzt und die Summe aus 1) - 3) 1oo Gew.-% ergeben muß.
Die Herstellung der erfindungsgemäß verwendeten Co-polymerisatlösung kann durch bekannte Hydrolyse-Reaktionen des Polyacrylnitrile in Wasser bei erhöhten Temperaturen erfolgen. Die Herstellung dieser wasserlöslichen Co-polymerisate aus wasserunlöslichen Polyacrylnitril durch Hydrolyse, wird in der DTPS 1 207 086 und in der DTPS 20 319 726 beschrieben.
Die erfindungsgemäße wäßrige Lösung soll 0,5 - 40 Gew.-%, vorzugsweise 3-30 Gew.-% des Copolymeren enthalten.
Auch ist es möglich, verschiedene, in der Papierindustrie übliche Additive in die erfindungsgemäß zu verwendende Co-polymerlösung einzuarbeiten.
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-i-Q,-
Zu nennen ist die Zugabe von Stärke und Carboxymethylcellulose Produkten, die eine Verminderung der Staubleistung oder eine verbesserte Filmbildung auf der Oberfläche des Papiers oder des Pappmaterials bewirken können. Weiterhin können auch bei Bedarf Farbstoffe und Pigmente, sowie Füllstoffe, z.B. Kaolin, Kreide und Titandioxid je nach individuellem Verwendungszweck in die Harzlösung eindispergiert werden.
Soll z.B. die Naßfestigkeit eines Papieres oder Pappmaterials erhöht werden, so können ebenfalls kationenaktive Naßfestmittel in die Harzlösung eingebracht werden. Auch kann durch Verwendung von geringen Mengen Vernetzungamittel (z.B. Formaldehyd und
15 Epichlorhydrin) in die Harzlösung vor Verwendung
zur Oberflächenbeschichtung von Papieren und Pappmaterialien eine erhöhte Wasserundurchlässigkeit nach dem Trocknen des Papieres und Pappenmaterials erreicht werden.
20 Schließlich können auch in die Harzlösung geeignete kationenative Verbindungen, die mit den Acrylsäuregruppen der Harzlösung keine Unverträglichkeit hervorrufen, eingebracht werden, um bei z.B. dichteren PapierSorten ein noch besseres Aufziehen auf die
anionenaktiv geladene Faseroberfläche und Bindung an diese zu erreichen. Zu nennen sind quarternäre Ammoniumverbindungen wie z.B. 3-Chlor-2-Hydroxypropyl-Trimethyl-Ammoniumchlorid, modifizierte Polyamidoamine oder auch wasserlösliche Polyacrylamide.
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Für Papierlagen und Wellbahnen, wie Materialien zur Herstellung von Wellpappe und anderen entsprechenden Papier- und Pappmaterialien, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zu behandeln sind, ist eine Vortrocknung unter einem Restfeuchtigkeitsgehalt von 10 % nicht erforderlich.
In der Papierindustrie, z.B. bei der Herstellung von Wellstoffpapieren erfolgt die Oberflächenbehandlung durch Aufsprühung von Lösungen auf die Oberfläche des noch nassen Papiervlieses auf dem Papiermaschinensieb, jedoch in modernen und größeren Papiermaschinen, überwiegend über eine Oberflächenleimpresse in der Trockenpartie.
Die wäßrige Polymerlösung wird vorzugsweise auf beiden Seiten der Papierbahn in Mengen von 0,5 - 25 g/m2 Copolymerisat aufgetragen.
Nach der Oberflächenveredelung der Papierbahn erfolgt eine übliche und umweltfreundliche Trocknung der Papierbahn in der Trockenpartie der Versuchsmaschine auf eine Restfeuchtigkeit von ca. 4 - 8 %.
Es ist auch möglich eine Schaumemulsion, die durch Einarbeiten von Luft (gegebenenfalls nach Zusatz von Schaumstabilisatoren) in die wäßrige Harzlösung erhalten wird, über Auftragsaggregate auf die Papierbahn oberflächlich aufzutragen. Geeignete Aggregate zum Auftragen von Schaum auf Papier-, Pappe und
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Kartonmaterialien sind u.a. die Leimpresse, Sprühdüsen, Walzen mit geeigneten Rakeln. Ein großer Vorteil des Schaumaufträgers im Vergleich zum Lösungsauftrag ist die geringe Steigerung des Feuchtigkeitsgehaltes der Papierbahn, was gleichbedeutend ist einer Steigerung der Maschinengeschwindigkeit. Die Steigerung kann bis zu 30 % betragen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist sowohl auf Wellpapiermaterialien als auch auf anderen Arten von Papier oder Pappmaterialien unterschiedlichster Flächengewichte anwendbar. Die wäßrige Harzlösung dringt in das zu behandelnde Papier oder Pappmaterial ein, ohne daß irgendein Durchdringunsmittel erforderlich wäre, so daß das Material innerhalb einer sehr kurzen Zeit ausreichend mit der wäßrigen Harzlösung behandelt ist und gute festigkeits- und wasserfestigkeitsverbessernde Eigenschaften aufweist.
Das Material eignet sich auch gut für Schachteln und Behälter verschiedener Verwendungsformen. Nach dem erfindunsgemäßen Verfahren können für die Wellpappenherstellung verstärkte Kern- und/oder Decklagen kontinuierlich hergestellt und anschließen gewellt werden.
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Beispiel 1
Auf einer Versuchsmaschine der Firma Jagenberg, Typ: Laboranlage, wurde ein nicht oberlächenbehandelter Wellenstoff mit einem Flächengewicht von 123 g/m2 mit einer Restfeuchte von 5 % und einer Arbeitsbreite von 30 cm und einer Geschwindigkeit von 4m/min durch ein Auftragsbad geführt, in dem ein 7 Gew.-%ige wäßrige Lösung eines Copolymerisats, bestehend aus 3 Gew.-% Acrylnitril, 47 Gew.-% Acrylsäure und 50 Gew.-% Acrylamid enthalten ist.
Nach Abquetschung des beidseitig behandelten Wellenstoffpapieres schließt sich eine Trocknung in einem Trockenkanal bei 1500C an. Das aufgewickelte und oberflächenbehandelte Papier hat eine Restfeuchtigkeit von 5 % und ein Flächengewicht von 131 g/m2, welches einem Auftrag von 7,5 g/m2 beidseitig entspricht.
Beispiel 2
Es wurde eine 7 Gew.-%ige, wäßrige Copolymerisat-Lösung wie in Beispiel 1 beschrieben, mit Hilfe eines Küchenmixers und durch Zusatz einer geringen Menge (1 %) eines üblichen Emulgators in die Schaumform überführt.
Der Schaum, der nach 30 see. Rühren im Küchenmixer erhalten wurde, war über 15 Min. stabil und zeigte
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eine Volumenzunahme von mindestens 20 % im Vergleich 2U der 7 Gew.-%igen Copolymerisat-Lösung.
Dieser Schaum wurde wie in Beispiel 1 auf Wellenstoffpapier beidseitig aufgetragen. Die Restfeuchtigkeit betrug 5 %, das Flächengewicht wurde mit 132 g/m2 und der Auftrag mit 8,4 g/m2 ermittelt.
Vergleichsbeispiel 1
Auf derselben wie im Beispiel 1 beschriebenen Versuchsmaschine wurde eine verdünnte aufgeschlossene und auf 7 Gew.-% eingestellte Maisstärkesuspension für die Oberflächenbeschichtung von Wellenstoffpapier analog Beispiel 1 benutzt. Die Restfeuchtigkeit nach dem Trocknungsvorgang des so mit Maisstärke behandelten Wellenstoffpapiers betrug ebenfalls 5 %, das Flächen-
15 gewicht wurde mit 133 g/m2 ermittelt, welches einem Auftrag von 9,4 g/m2 beidseitig entspricht.
Zur Charakterisierung der Festigkeitseigenschaften wurden folgende physikalische Daten nach angegebenen Standardmethoden ermittelt. Als 0-Probe wurde der nicht behandelte Wellenstoff für die physikalischen Messungen herangezogen.
1. Messung des CMT-Wertes nach DIN 53 143 als wesentliche Meßgröße zur Bestimmung des Flachstauchwiderstandes an labormäßig gewellten Papieren,
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2. Messung der Berstfestigkeit (Mullentest nach DIN 53141) .
3. Die Bestimmung der Wasseraufnähme nach Cobb nach DIN 53132.
In Tabelle I sind die üntersuchungsergebnisse zusammengefaßt. In Tabelle II der Untersuchungen der Steifigkeit gemessen nach DIN 53121 enthalten.
Vergleichsbeispiel 2 (gemäß DAS 1 182 047, Beispiel 1)
Auf derselben wie im Beispiel 1 beschriebenen Versuchs-10 maschine wurde eine 7 Gew.-%ige wässrige Lösung eines Copolymerisats, bestehend aus 80 Teilen Metacrylsäureamid und 20 Teilen Acrylsäureethylester mit einem K-Wert von 45 beidseitig wie im Beispiel 1 beschrieben, auf Wellenstoff aufgetragen. Die Restfeuchtigkeit be-15 trug 5 %, das Flächengewicht wurde mit 132 g/m2 ermittelt. Der beidseitige Auftrag betrug 8,4 g/ma.
In den Tabelle I und II sind wieder die Untersuchungsergebnisse der physikalischen Messungen angegeben.
Vergleichsbeispiel 3 (gemäß DOS 27 274 175)
Es wurde ein Copolymerisat gemäß Beispeil 1 der DT-OS 2 741 753 mit Calciumhydroxid in das entsprechende Salz überführt. Eine 7 Gew.-%ige Copoly-
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- vr-42-
merisat-Salz-Lösung wurde wie im Beispiel 1 auf Wellenstoff (Papier) beidseitig, aufgetragen. Die Restfeuchtigkeit betrug 5 %, das Flächengewicht wurde zu 131 g/m2 und der Auftrag zu 7,5 g/m2 ermittelt.
In den Tabellen I und II sind die physikalischen Werte des so behandelten Papiers eingetragen.
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Tabelle I
σ ο
«π
Beispiel-Nr. Flächengewic
(g/ma)
unbehandelt		 3ht des Papieres
(g/m2)
nach der Ober
flächenbehandlung		 CMT-Wert
(N)		 Berst
festigkeit
(kp/cra2)		 Wasserauf
nahme nach
Cobb 1 min.
(g/m2)
1 123 131 251 4,35 118 - 122
2 123 132 253 4,39 119 - 124
Vergleichsbei
spiel 1		 123 133 190 3,68 140 - 144
Null-Probe
(nicht behandelte«
Papier)		 123 - 159 3,10 188 - 194
Vergleichsbei
spiel 2		 123 132 222 3,98 129 - 133
Vergleichsbei
spiel 3		 123 131 230 4,06 133 - 137
03 '
ο ro
O O
Tabelle II
Beispiel-Nr. Flächengewicht des Papieres nach Oberflächen
behandlung		 131 Steifigkeit (mN * mm)
unbehandelt (g/m2) 132 längs quer
133
1 123 - 1180 495
2 123 132 1187 501
Vergleichsbei
beispiel 1		 123 131 701 473
Nu11-Probe
(nicht behandeltes
Papier)		 123 171 465
Vergleichs
beispiel 2		 123 912 486
Vergleichs
beispiel 3		 123 1014 488

Claims (3)

- wr- Patentansprüche [y Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Papier-, Pappe- und Kartonmaterialien mit wäßrigen Lösungen von Copolymerisaten von (Meth)acrylsäurederivaten, dadurch ge- kennzeichnet, daß man Copolymerisate aus
1) 0,1-10 Gew.-% Acrylnitril
2) 30-70 Gew.-% Acrylamid und
3) 30-60 Gew.-% Acrylsäure und/oder Meth acrylsäure, die gegebenenfalls ganz oder teilweise in Form
ihres Ammoniumsalzes vorliegen können,
einsetzt und die Summe aus 1) - 3) immer 100 Gew.-% ergeben muß.
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DE19803012002 1980-03-28 1980-03-28 Verfahren zum veredeln von papier, pappe und karton Withdrawn DE3012002A1 (de)

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