DE3400019C2

DE3400019C2 - Verbessertes Mittel zur Neutralleimung von Papier, Karton und Pappen sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE3400019C2
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: 1985-10-31
Also published as: DE3400019A1

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein verbessertes Mittel zur Neutralleimung von Papier, Karton, Pappen und anderen cellulosehaltigen Materialien, das aus einer Leimungskomponente, Alkalialuminat, einer basisch reagierenden Verbindung, Wasser und Ethanol besteht sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.

In der DE-PS 32 45 390 wird bereits ein flüssiges Leimungsmittel vorgeschlagen, das aus Wasser, einem mit Wasser unbegrenzt mischbaren Lösungsmittel, einer basisch reagierenden Verbindung, Alkalialuminat und einer Leimungskomponente besteht. Als organisches Lösungsmittel w.. d mit besonderem Vorteil Isopropanol eingesetzt wobei das Gewichtsverhältnis Alkohol: Leimungskomponente zwischen 10:1 und 1 :2, insbesondere jedoch zwischen 5 :1 und 1:1, liegt 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 Kaliumhydroxid 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 zugesetzte Alkalimenge auch zur Verseifung der Leimungskompcr.ente, die !00%ig sein sollte, beispielsweise zur Verseifung einer gesättigter, oder ungesättigten Fettsäure mit 12 bis 23 C-Atomen.

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

Gemäß der DE-PS 32 45 390 wird das flüssige Leimungsmittel durch Mischung der Komponenten bei Raumtemperatur durchgeführt, z. B. derart, daß in eine Wasservorlage, in der sich enthärtetes oder härtestabilisiertes Wasser befindet, zunächst festes Alkalialuminat oder eine wäßrige Alkalialuminatlösung eingetragen wird. Anschließend wird die alkalisch reagierende Verbindung in fester oder gelöster Form eingetragen und nach Zugabe von Isopropanol und der Leimungskomponente so lange gerührt, bis die Leimungskomponente vollständig gelöst ist.

Das flüssige Leimungsmittel zeichnet sich vor allem dadurch aus, 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 bereit bei geringen Temperaturabweichungen von der Raumtemperatur entmischt und damit unbrauchbar wird.

Ai'fgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, ein Mittel zur Neutralleimung zu finden, das zwar die Vorteile des vorstehenden Neutraileimungsmittels 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 Ethanolmenge 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 in 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 einge

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setzt werden. Bezogen auf den gesamten Wirkstoffgehalt, liegt der Gehalt der Leimungskomponente im neuen Leimungsmittel zwischen 50 und 70 Gew.-°/o, der Alkalihydroxidgehalt zwischen 15 und 25 Gew.-% und der Natriumaluminatgehalt zwischen 15 und 35 Gew.-%.

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 +40°C 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 bzeichnei 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 Leimungsv/irkung des neuen Leimungsmittels stark von der A^Os-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 Alkalialuminat mit mindestens soviel Wasser versetzt bis eine homogene Phase entstanden ist wc-bei 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 allem werden die Vorteile, die das neue Leimungsmittel gegenüber dem in der DE-PS 32 45 390 beschriebenen besitzt herausgestellt

ν ergieicnsDeispiei

Es werden 75 Gewichtsteile Isopropanol 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 50%igen Natriumhydroxid-Lösung fin, wobei ein Zweiphasengemisch entsteht

Mit dieser Grundlösung wurde unter Zugabe weiterer Komponenten einer Serie von Leimungsmitteln hergestellt Die Menge der Natriumaluminat-Lösung (22,0% NajO; 19,8% AI2O3) 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 Massenleinuitigsmittel ist in der Tabelle 1 angegeben.

Mit den Proben 1 bis 9 wurde <?^!ne neutrale Masseleimung mit einem Faserstoffansatz (50% gebleichter Fichtesulfitzellstoff und 50% angebleichter Holzschliff mit einem Mahlgrad von etwa 30° SR), bestehend aus 80 Gew.-% Zellstoff und 20 Gew.-% Kre^: je, durchgeführt.

Die Leimung wurde mit einem 4%igen Faserstoffansatz durchgeführt. In eine Mischbütte, in der sich der 4%ige Stcffansaiz befand, wurde als stark kationisches Retentior.srnitte! ein Poiyäthyienimin in Mengen vor. 0,2 Gew.-%, bezogen auf den Fasergehalt, eingetragen und gut durchgemischt Dann erfolgte langsam (unter starkem Rühren) die Zugabe von 1 Gew.-% Harz, bezogen auf den Fasergehalt Das Harz wurde im Stoffansatz homogen verteilt, wobei der pH-Wert der Suspension auf etwa 8,3 anstieg. Nach pH-Wert Einstufung 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 vollgeleimtes Papier. Wie die Tabelle 1 zeigt, erhält man praktisch bereits bei Probe 3, d. h. bei Zugabe von nur 25 g Natriumaluminatlösung, die maximale Leimungswirkung. Bei höherer Mengenzugabe von Natriumaluminat ändert sich die Leimungswirkung kaum.

Tabelle 1

Zusammensetzung der Proben (Menge in g)
123456789

Isopropanol Kolophoniumharz mit Maleinsäure umgesetztes Kolophoniumharz 50%ige NaOH Natriumaluminatlösung Wasser

Cobb<60)-Wert

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 von Leimungsmitteln und zur Blattbildung verwendet wird. Der Leimungsmittelzüsatz beträgt auch hier 1 Gew.-% Harz, bezogen auf den Fasergehalt.

Die Zusammensetzung der einzelnen Leimungsmittel sowie die ermittelten CobW⁶⁰*-Werte sind in der

75	75	75	75	75	75	75	75	75	55
50	50	50	50	50	50	50	50	50
5	5	5	5	5	5	5	5	5

30	30	30	30	30	30	30	30	30
0	12,5	25	37,5	50	62,5	75	87,5	100	60
90	130	168	196	234	260	300	350	keine
149	98	80	85	80	77	70	81	klare
								Lösung

Tabelle 2 angegeben. Tabelle 2

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Zusammensetzung (Menge in g)
12 3 4 5

75	75	75	75	75	75	75	75	75
50	50	50	50	50	50	50	50	50
5	5	5	5	5	5	5	5	5
30	30	30	30	30	30	30	30	30
0	12,5	25	37,5	50	62,5	75	87,5	100
0	40	60	80	92	110	118	136	152
142	119	98	80	66	54	30	47	65

Ethanol

Kolophoniumharz ίο mit Maleinsäure umgesetztes Kolophoniumharz 50%igeNaOH Natriumaluminatlösung

Wasser 15 Cobb(60)-Wert

Vergleicht man die Ergebnisse der Tabellen 1 und 2 miteinander, so stellt man fest, daß die Leimungswirkung beim erfindungsgemäßen Leimungsmittel wesentlich stärker vom A^C^-Gehalt beeinflußt wird- Bei Probe 7, & 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 weit höherer ΑΙ2Ο3-ΚΟΠ -sntration herstellbar sind als Isopropanol enthaltende Leimungsroittei. Die Vorteile des neuen Leimungsmittels· ergeben sich aus diesen Ergebnissen.
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% Na2Ü; 19,8% AI2O3) ausgeführt Zu diesem Mittel wurden verschiedene Wassermengen gegeben und die thermische Stabilität der Lösungen geprüft Die Ergebnisse sind in der Tabelle 3 wiedergegeben.

30 Tabelle 3

Zugegebene Wassermenge in g

0 35 101,25 130 160 190

220 40 250

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

,

Stabilität der Lösung	stabil bis	-15°C
2 Phasen	stabil bis	-10⁰C
klare Lösung	stabil ab	-i- 3,5° C
klare Lösung	stabil ab	+ 18"C
klare Lösung	stabil ab	+26⁰C
klare Lösung	stabil ab	+30° C

Claims

34 OO 019 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, dadurch gekennzeichnet, daß es als organisches Lösungsmittel 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.-°/o Alkalihydroxid, 15—35 Gew.-% Natriumaluminat und 50 bis 70 Gev.'.-% 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 Aikalialuminat 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

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man die gebildete Mischung mit sovid Wasser versetzt, daß das Leimungsmittel in einem Temperaturbereich von —20" bis 40⁰C thermisch stabil ist