DE3400019A1

DE3400019A1 - Verbessertes mittel zur neutralleimung von papier, karton und pappen

Info

Publication number: DE3400019A1
Application number: DE19843400019
Authority: DE
Inventors: Istvan Dipl.-Chem. Dr. 6800 Mannheim Potencsik; Ernst Dipl.-Chem. Dr. 6700 Ludwigshafen Urmann
Original assignee: Giulini Chemie GmbH
Current assignee: BK Giulini Chemie GmbH
Priority date: 1984-01-02
Filing date: 1984-01-02
Publication date: 1985-07-11
Also published as: DE3400019C2

Description

Verbessertes Mittel zur Neutralleimung von Papier, Karton und Pappen.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein verbessertes Mittel zur Weutralleimung von Papier, Karton, Pappen und anderen cellulosehaltigen Materialien, das aus einer Leimungskomponente, Alkalialuminat, einer "basisch reagierenden Verbindung, V/asser und Ethanol besteht sowie ein Verfahren zu seiner Herstellaing.

In der deutschen Patentanmeldung P 3? 4-5 390.G - 45 wird bereits ein flüssiges Leimungsmittel vorgeschlagen, das aus Wasser, einem mit Wasser unbegrenzt mischbarem Lösungsmittel, einer basisch reagierenden Verbindung, Alkalialuminat und einer Leimungskomponente besteht. Als organisches Lösungsmittel wird mit besonderem Vorteil Isopropanol eingesetzt, wobei das Gewichtsverhältnis Alkohol : Leimungskomponente zwischen 10 : 1 und 1 : 2, insbesondere jedoch zwischen 5 ^: I.und 1 : 1_rliegt. Die Menge des organischen Lösungsmittels im Leimungsmittel hängt von der Löslichkeit und Menge der organischen •Leimungskomponente ab, die im Leimungsmittel vollständig gelöst sein muß.

Als basisch reagierende Verbindung werden zweckmäßigerweise Natrium- oder Kaliumfrydroxid eingesetzt, und zwar in solchen Mengen, daß der pH-Wert im Leimungsmittel bei etwa 12 liegt, die Ausfällung von Aluminiumhydroxid also vermieden wird. Gegebenenfalls dient die zügesetz- ■ te Alkalimenge auch zur Verseifung der Leimungskomponente, die 100/vig sein sollte, beispielsweise zur Verseifung einer gesättigten oder ungesättigten Foti.fvnire: mit 12 bis 23 C-Atomen.

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Datum: 28.12.1983

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Pat. 391

Die Leimungskomponente kann in dem flüssigen Leimungsmittel Kolophonium- oder Tallharz, eine Harzseife oder ein Trockenharzleim sein. Auch Fettsäuren mit 12 bis 23 C-Atomen sind e inset zb.ar. Die Kolophonium- und Tallharze können selbstverständlich, auch mit Malein- oder Fumarsäure umgesetzt sein.

Gemäß der älteren Patentanmeldung wird das flüssige Leimungsmittel durch Mischung der Komponenten bei Raumtemperatur durchgeführt, zum Bsp. derart, daß in eine Wasservorlage, in der sich enthärtetes oder härtestabilisiertejs Wasser befindet, zunächst festes Alkalialuminat oder eine wäßrige Alkalialuminatesung eingetragen wird. Anschließend wird die alkalisch reagierende Verbindung in fester oder gelöster Form eingetragen und nach Zugabe des Isopropanols die; Leimungskomponente, wobei so lange gerührt wird, bis

die Leimungskomponente vollständig gelöst ist.

Das flüssige Leimungsmittel zeichnet sich vor allem dadurch au.?, daß es die Neutralleimung vereinfacht, verbilligt und damit verbessert. Es kann unmittelbar in die zu leimende Faserstoffsuspension eingetragen werden und nach Vermischung im Pulper oder in einer nachgeschalteten Bütte aktiviert werden.

Es hat sich nunmehr jedoch gezeigt, daß das vorstehende Neutralleimungsmittel noch nicht zufriedenstellend, ist. ■ Vor allem hat sich herausgestellt, daß es sich oftmals bereits bei geringen Temperaturabweichungen von der Raumtemperatur entmischt und damit unbrauchbar wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, ein Mittel

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Datum: 28.12.1983

zur Heutralleimung zu finden, das zwar die Vorteile des vorstehenden Neutralleimungsmittels aufweist, nicht jedoch dessen Nachteile. Es sollte vor allem ein Leimungsmittel gefunden werden, das in einem größeren Temperaturbereich stabil ist, sich also nicht entmischt.

Überraschenderweise kann die gestellte Aufgabe mit einem Mittel gelöst werden, das aus einer Leimungskomponente, Alkalialuminat, einer basisch reagierenden Verbindung, Wasser und Ethanol besteht. Das Gewichtsverhältnis: Ethanol zu Leimungskomponente beträgt zweckmäßigerweise 0,5 ^: 1 bis 3 ^: 1» wobei die Ethanolraenge mindestens so hoch gewählt wird, daß die organische Leimungskomponente vollständig gelöst ist.

Als basisch reagierende Verbindung wird bevorzugt Natriumhydroxid eingesetzt, und zwar in solchen Mengen, daß die Ausfällung von Aluminiumhydroxid auf jeden Fall vermieden

wird. Dies ist bei einem pH-Wert von etwa 12 der Fall. • Gegebenenfalls kann die basisch reagierende Verbindung auch fh Kombination mit einem Stabilisator eingesetzt werden, beispielsweise mit Sorbitol.

Als Leimungskomponenten werden in dem flüssigen Leimungsmittel vorzugsweise Kolophonium- oder Tallharze eingesetzt, die teilweise mit Maleinsäure oder Fumarsäure umgesetzt sein können. Wie in der älteren Anmeldung können jedoch auch Harzseifen, Trockenharzleime oder Fettsäuren mit 12 bis 23 C-Atomen eingesetzt werden. Bezogen auf den gesamten Wirkstoffgehalt,liegt der Gehalt der Leimungskomponente im neuen Leimungsmittel zwischen 50 und 70 Gew.-%, der Alkalihydroxidgehalt zwischen 15 und 25 Gew.-% und der Natriumaluminatgehalt zwischen 15 und 35 Gew.-%.

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Datum: 28.12.1983

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hemie

Pat. 591

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Das Leimungsmittel gemäß vorliegender Erfindung zeichnet sich vor allem dadurch aus, daß es über einen weiten Temperaturbereich beständig ist. Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß Phasentrennungen selbst bei Temperaturen von -20°C und +40⁰G vermeidbar sind, so daß nunmehr auch unter extremen Witterungsbedingungen gute Ergebnisse erzielt werden· können. Daß bei Einsatz von Ethanol anstelle anderer organischer Lösungsmittel, z. B. Isopropanol und Aceton, die thermische Stabilität des Leimungsmittels derart verbessert werden kann, war nicht vorhersehbar und muß als überraschend bezeichnet werden.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Leimungsmittels wird darin gesehen, daß es in höherer Konzentration herstellbar ist und außerdem eine verbesserte Leimungswirkung zeigt. Wie später noch gezeigt wird, ist die Leimungswirkung des neuen Leimungsmittels stark von der AIgO,-Menge abhängig. Das Verfahren zur Herstellung des Leimungsmittels ist dadurch gekennzeichnet, daß man die Leimungskomponente, zunächst in Ethanol löst und nach Vermischung mit der basischen Verbindung und dem Alknlialuminat mit mindestens soviel Wasser versetzt, bis eine homogene Phase entstanden ist, wobei die maximal zugesetzte Wassermenge unterhalb der Menge gehalten wird, bei der Phasentrennung eintritt. ; Die gebildete Mischung wird vorzugsweise mit soviel Wasser versetzt, daß das Leimungsmittel in dem . gewählten Temperaturbereich thermisch stabil ist.

Anhand der nachstehenden Beispiele soll der Gegenstand der Erfindung noch näher erläutert werden. Vor ellem werden die Vorteile, die des neue Leimungsmittel gegenüber dem in der älterem Anmoldi.inp; beschriebenen besitzt, herausgestellt.·

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Datum: 28.12.1983

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Vergleichsbeispiel

Es werden 75 Gewichtsteile-Iaopropanol in einem Rührgefäß · vorgelegt. In diese Vorlage löst man unter Rühren 50 Gewichtsteile zerkleinertes Kolophoniumharz ( Körnung < 10 mm ) und 5 Gewichtsteile mit Maleinsäure umgesetztes Kolophoniumharz vollständig auf. Dann trägt man unter Rühren 30 Gewichtsteile einer 5o%igen Natriumhydroxid-Lösung ein, wobei ein Zweiphasengemisch entsteht.

Mit dieser Grundlösung wurde unter Zugabe weiterer Komponenten eine Serie von Leimungsmitteln hergestellt. Die Menge der Natriumaluminat-Lösung ( 22,0% Na^O. ; 19,8% Al₅O₅) variierte zwischen 0 und 100 Gewichtsteilen. Es wurde jeweils nur soviel enthärtetes Wasser zugegeben bis sich eine homogene rotbraune Lösung gebildet hatte. Die Zusammensetzung der so hergestellten Masseleimungsmittel ist in der Tabelle angegeben.

Mit den Proben 1 bis 9 wurde eine neutrale Masseleimung mit einem Faserstoffansatz ( 50% gebleichter Fichtesulfitzellstoff und 50% angebleichter Holzschliff mit einem Mnhlgrad von etwa 30⁰SR ), bestehend aus 80 Gew.-% Zellstoff und 20 Gew.-% Kreide, durchgeführt.

Die Leimung wurde mit einem 4%igen Faserstoffansatz durchgeführt. In eine Mischbütte, in der sich der 4%ige Stoffansatz befand, wurde ein sbnrk kationisches Retentionsmittel ( Handelsprodukt Polymin SK,sein Polyäthylenimin )in Mengen von 0,2 Gew.-/5, bezogen auf den Fasergehalt, eingetragen und gut durchgemischt. Dann erfolgte langsam ( unter starkem Rühren ) die Zugabe von 1 Gew.-% Harz, bezogen

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auf den Fasergehalt.' Das Harz wurde im Stoffansatz homogen verteilt, wobei der pH-Wert der Suspension auf etwa 8,5 anstieg. Nach pH-Wert-Einstellung auf 6,8 mit verdünnter Schwefelsäure und Verdünnung mit der fünffachen Wassermenge betrug die Auflaufkonzentration der Suspension etwa 0,8 %.

'Nach Blattbildung und Trocknung erhält man ein vollgeleim-' tes Papier. Wie die Tabelle 1 zeigt, erhält man praktisch bereits bei Probe 5? d.h. bei Zugabe von nur 25 g Natriumaluminatlösung, die maximale Leimungswirkung. Bei höherer Mengenzugabe von Natriumaluminat ändert sich die Leimungswirkung kaum.

Tabelle 1	1	50	2	5	4	5	6	7	8	9	IQ
Zusammensetzung	75	0	75	75	75	75	75	75	75	75	Ω.6
der Proben	50	90	50	50	50	50	50	50	50	50	vi ag
( Menge in g )	mit Maleinsäure umgesetztes Kolo phoniumharz 5	149	5	5	5	5	5	5	5	5	I
Isopropanol	50%-ige NaOH		50	50	50	50	50	50	50	50
Kolophoniumharz	Natriumaluminat- lösung - .		12,5	25	57,5	50	62,	5 75	87	,5 1
	Wasser		150	168	196	25^	260	500	550	kei
	CobV^bu;-Wert		98	80	85	80	77	70	81	kl a Lösu
	Beispiel

Es wird eine Grundlösung gemäß Vergleichsbeispiel hergestellt, jedoch mit dem Unterschied, daß man anstelle von Isopropanol Ethanol einsetzt. Es entsteht eine homogene rotbraune Lösung, die wie im Vergleichsbeispiel beschrieben, zur Herstellung

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.Datum: 28.12.1983

von Leimungsiriitteln und zur Blattbildung verwendet wird. Der Leimungsmittelzusatz beträgt auch hier 1 Gew.-% Harz, "bezogen auf den Pasergehalt.

Die Zusammensetzung der einzelnen Leimungsmittel sowie 5' die ermittelten CobV -Werte sind in der Tabelle 2 angegeben.

Tabelle 2 · -

Zusammensetzung

(Menge in g) 1 2 3 4- 5 6 7 - ,8 9

Ethanol 75 75 75 75 75 75 75 75 . 75

Ko 1 opho niiam-

harz 50 50 50 50 50 50 50 " 50 50

mit Maleinsäure umgesetztes Kolophoniumharz 55555555 5'

5090-ige NaOH 30 30 30 30 30 30 30 30 JO

Na t r ium alum i- '-

natlösung 0 12,5 25 37,5 50 62,5 75 87,5 100 j

Wasser 0 40 60 80 92 110 118 136" 152

Wert 14-2 119 98 80 . 66 54- 30 47 · 65

Vergleicht man die Ergebnisse der Tabellen 1 und 2 miteinander, so stellt man fest, daß die Leimungswirkung beim erfindungsgemäßen Leimungsmittel wesentlich stärker vom Al„O₇-Gehalt beeinflußt wird. Bei Probe 7, d.h. Zugabe von 75 g Natriumaluminatlösung, wird optimale Leimungswirkung erreicht. Die mit Ethanol erzielte optimale Leimungswirkung beträgt das Doppelte der mit Isopropanol erzielten optimalen Leimungswirkung.· Außerdem zeigen die Ergebnisse, daß die neuen Leimungsmittel mit wpit höherer Al₀O^-Konzentration herstellbar sind als- Isoprop.-inol oTithrjl berido r,oirrmng;nmittpl . Din Vort;oi]o. der, riemen Leimungsmittels ergeben sich aus diesen Ergebnissen.

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Satt: ^ö
Datum: 28.12.1983

Chemie

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Pat. 391

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Untersuchungen über die thermische Stabilität wurden mit einem Leimungsmittel,, bestehend aus 75 g Ethanol, 50 g Kolophoniumharz, 5 g mit Maleinsäure umgesetztem Kolophoniumharz, 25 g Natriumhydroxid und 50 g Natriumaluminatlösung ( 22,0% Na_p0; 19,8% Al₂O,) ausgeführt. Zu diesem Mittel wurden verschiedene Wassermengen gegeben und die thermische Stabilität der Lösungen geprüft. Die Ergebnisse sind in der

	Tabelle 3	0	Stabilität	der Lösung	bis	l I	- 15⁰C
	10 Zugegebene	101,25			bis	- 10⁰G ^]
	Wassermenge	15 130	2 Phasen		ab	+ 3,5°G ";
	in g	160	klare Lösung	stabil	ab	+ 18⁰C
	190	klare Lösung	stabil	ab	+ 26⁰C
ft	220	klare Lösung	stabil	ab	+ 30⁰G !
	250	klare Lo sung	stabil
t			stabil
			stabil

Die Tabelle zeigt, daß die thermische Stabilität des Leimungsmittels wesentlich von der zugegebenen Wassermenge beeinflußt wird. '

Claims

Patentansprüche

1. Mittel zur Neutralleimung von Papier, Karton, Pappen und anderen cellulosehaltigen Materialien, bestehend aus einer Leimungskomponente, Alkalialuminat, einer basischen Verbindung, Wasser und einem mit Wasser unbegrenzt mischbaren organischen Lösungsmittel, mit erhöhter thermischer Stabilität und verbesserter Leimungswirkung, dadurch gekennzeichnet, daß es als organische Verbindung Ethanol enthält.

2. Mittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

das Gewichtsverhältnis Ethanol zu Leimungskomponente • 0,5 : 1 bis 3 ^: 1 beträgt.

3. Mittel nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß es als basische Verbindung Alkalihydroxid, insbesondere Natriumhydroxid, enthält.

4-, Mittel nach den Ansprüchen 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß es 15 - 25 Gew.-% Alkalihydroxid, 15-35 Gew.-% Natriumaluminat und 50 bis 70 Gew.-% Leimungskomponente enthält.

5· Verfahren zur Herstellung des Leimungsmittels gemäß den Ansprüchen 1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet, daß man die Leimungskomponente zunächst in Ethanol löst und nach Vermischung mit der basischen Verbindung und dem Alkalialuminat mit mindestens' soviel Wasser versetzt, bis eine homogene Phase entstanden ist, wobei die maximal zugesetzte Wassermenge unterhalb ·

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BMt: 2

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• 2.

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der Menge gehalten wird, bei der Phasentrennung eintritt.

Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet,, daß man die gebildete Mischung mit soviel Wasser versetzt, daß das Leimungsmittel in einem gewählten Temperaturbereich thermisch stabil ist.

Verfahren nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß man die gebildete Mischung mit soviel Wasser versetzt, daß das Leimungsmittel bis maximal - 20⁰C thermisch stabil ist.

Verfahren nach den Ansprüchen 5 ^is ?» dadurch gekennzeichnet, daß man die gebildete Mischung mit soviel Wasser versetzt, daß das Leimungsmittel bis maximal 40⁰C stabil ist.

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