DE3922251A1

DE3922251A1 - Papierleimung

Info

Publication number: DE3922251A1
Application number: DE3922251A
Authority: DE
Inventors: Jerome Mckinley Floyd
Original assignee: International Paper Co
Current assignee: International Paper Co
Priority date: 1988-07-06
Filing date: 1989-07-06
Publication date: 1990-02-15
Also published as: FI893294A; FI893294A0; SE8902436D0; FR2634777A1; SE502115C2; FI95163C; KR900001928A; US4859244A; FR2634777B1; SE8902436L; FI95163B; JPH0280695A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Leimungszusammensetzungen zur Ausbildung einer Widerstandsfähigkeit gegenüber Flüssig keitspenetration in Papier und ein verbessertes geleimtes Papierprodukt. Insbesondere betrifft die Erfindung ein kationisches Leimungsmittel, das eine Hauptmenge eines Papierleimungs-Fettsäureanhydrids und eine kleinere Menge an Papierleimungs-Alkylketendimer enthält.

Hentrich et al (US-Patent 24 11 860) beschreiben, daß Papier wasserbeständig wird, wenn es mit höheren Ketendimeren be handelt wird. Kulick und Strazdins (US-Patent 34 45 330) beschreiben die Ausbildung von Wasserbeständigkeit mit katio nischen Emulsionen hydrophober organischer Fettsäureanhydride. Kulick, Savina und Strazdins (US-Patent 33 11 532) beschrei ben die Verwendung von geradkettigen Acylverbindungen in Verbindung mit Papierleimungs-Ketendimeren, um die Wirkung des Dimeren zu verstärken. Die angegebenen Acylverbindungen sind höhere Fettsäuren (d.h., sie enthalten 12 Kohlenstoff atome oder mehr), und die entsprechenden Anhydride, Amide, Säurechloride und Aldehyde. Das Patent lehrt, daß, wenn die Menge einer Acylverbindung in der Mischung die Menge des Dimeren überschreitet, die Qualität der Leimung unter die mit dem Dimeren allein erhaltene abfällt.

Tests haben gezeigt, daß, wenn Pappe mit einer Mischung aus Ketendimer und Stearinsäure geleimt wird, die Penetrometer- Ablesungen (Penescope readings) jäh von über ca. 18 000 Sekunden auf ca. 1000 Sekunden abfallen, wenn die Menge an Stearinsäure in der Leimungsmischung ca. 50% überschreitet (20%ige Milchsäurelösung bei 37,8°C/100°F, bei einer Höhe von 30,48 cm/12 inch). Wenn hingegen eine erfindungsgemäße Leimungsmischung einen Hauptanteil an Stearinsäureanhydrid und einen kleineren Anteil an Ketendimer (z.B. 1.5 : 1, oder größer) enthält, bleiben die Penetrometer-Ablesungen bei einem Wert von über ca. 18 000 Sekunden.

Es wurde gefunden, daß eine Papierleimungs-Zusammensetzung, die ein Papierleimungs-Fettsäureanhydrid und ein Papier leimungs-Alkylketendimer enthält, wobei das Gewichtsverhält nis von Fettsäureanhydrid zu Alkylketendimer größer als 1,0 zu 1,0 ist, und 4,0 zu 1 nicht übersteigt, in Emulsions form verwendet werden kann, um Papierprodukte wirksam zu leimen. Vorzugsweise ist das Gewichtsverhältnis größer als 1,5 zu 1,0, und übersteigt nicht 4,0 zu 1. Die Wirtschaft lichkeit der Leimung und die erfindungsgemäße hervorragende Leimungsqualität sind mit der Verwendung von wesentlichen Mengen des Fettsäureanhydrids in Kombination mit geringeren Mengen des Alkylketendimers verbunden. Die Leimung kann unter Verwendung üblicher Papierherstellungsverfahren durchgeführt werden. Die Verwendung der erfindungsgemäß verbesserten Leimungszusammensetzung ergibt auch ein ver bessertes Papierprodukt, das eine Widerstandsfähigkeit gegenüber übermäßiger Vibrationsbeanspruchung von Containern besitzt. Es wurde gefunden, daß Container, die aus der ver besserten geleimten Pappe hergestellt sind, unter Bedingun gen wie z.B. einem Lastwagentransport und dergleichen gegenüber Leckage widerstandsfähiger sind.

Zweckmäßige Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Papier leimungs-Zusammensetzung nach Anspruch 1 sind Gegenstand der Ansprüche 2 und 3.

Die erfindungsgemäß verwendeten Papier-Fettsäureanhydride sind die höheren Fettsäureanhydride (mit mehr als 12 Kohlen stoffatomen). Geeignete Anhydride sind z.B. Arachin-, Behen- und Stearinsäureanhydrid. Sie sind hydrophob und im wesentlichen wasserunlöslich.

Die Papierleimungs-Alkylketendimeren leiten sich von im wesentlichen geradkettigen höheren Fettsäuren ab, wie z.B. von Stearin- und/oder Palmitinsäure.

Sowohl die Fettsäureanhydride als auch die Alkylketendimeren werden in die Fasern zur Papierherstellung als kationische Emulsionen, getrennt oder als Mischung, eingebracht. Die Emulgierung der hydrophoben Leimungsmittel wird in Gegen wart eines kationischen Mittels, wie z.B. einer kationischen Mais- oder Kartoffelstärke durchgeführt, das zur Ausbildung einer positiven Ladung an den emulgierten Teilchen geeignet ist. Die Herstellung der Emulsion erfolgt gemäß üblicher Verfahren, wie sie z.B. im US-Patent 33 11 532 beschrieben sind.

Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung werden zur Veranschaulichung spezifischerer Einzelheiten Beispiele angegeben, ohne die Erfindung darauf zu beschränken.

Beispiele Beispiel 1

Der Vorteil der vorliegenden Erfindung gegenüber der Lehre des US-Patents 33 11 532 wird durch einen direkten Vergleich der Leimungsqualität von Mischungen von Alkylketendimer (AKD) mit Stearinsäureanhydrid und Stearinsäure gezeigt. Die Emulsionen wurden ähnlich wie im US-Patent 33 11 532 beschrieben wie folgt hergestellt:

Zu 100 g einer 3 Gew.-%igen heißen wäßrigen Lösung einer wasserlöslichen kationischen Stärke in einer vorerhitzten Cenco-Schale, die an einem Waring-Mischer (Waring Blendor), der mit maximaler Geschwindigkeit lief, angebracht war, wurden langsam 0,15 g Natriumlignosulfat zugegeben. Flocken von AKD oder AKD mit den Acylverbindungen wurden bei 82,2°C (180°F) zusammengeschmolzen, um verschiedene Mischungen bereitzustellen. 10 g der geschmolzenen Leimungsmischung wurden dann zu der Stärkelösung, die sich bei 82,2°C (180°F) befand, zugegeben und das Mischen 60 Sekunden lang fortgesetzt. Die Emulsion wurde dann rasch durch Verdünnen auf 1% mit kaltem destillierten Wasser abgekühlt. Die Leimungsendkonzentration betrug 0,76%.

Durch Zugabe der verschiedenen Emulsionen bei einer Konzen tration, die 1,814 kg (4 pounds) pro Tonne entspricht, zu einer Papierstoffsuspension aus gebleichtem Kraftzellstoff bei einer Konsistenz von 0,6%, und nachfolgender Zugabe einer handelsüblichen kationischen Kartoffelstärke in einer Menge, die 3,628 kg (8 pounds) pro Tonne entspricht, wurden Handbögen hergestellt. Der pH-Wert der Aufschlämmung wurde mit Schwefelsäure auf 6,3 eingestellt, und der Papierstoff zu Handbögen von 140 g/m² verarbeitet.

Die geleimten, getrockneten Bögen wurden einem Penescope- Test unterworfen, unter Verwendung einer 20%igen Milch säure bei 34,8°C (100°F) als Flüssigkeit, und bei einer Höhe von 30,48 cm (12 inches). Jeder Test wurde nach 18 000 Sekunden abgebrochen, wenn dann keine beobachtbare Pene tration vorhanden war.

Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt:

Wenn die Menge an Stearinsäure in der Leimungsmischung ca. 50% übersteigt, fallen die Penescope-Ablesungen jäh von über ca. 18 000 Sekunden auf ca. 900 Sekunden. Im Gegensatz dazu verbleiben die Penescope-Ablesungen bei Papier, das mit einer Leimungsmischung behandelt ist, die einen Haupt anteil an Stearinsäureanhydrid besitzt, bei einem Niveau von über ca. 18 000 Sekunden. Dieser Vergleich zeigt die signifikante Verbesserung in der Widerstandsfähigkeit gegen über Flüssigkeitspenetration, wenn in der Leimungsmischung ein Fettsäureanhydrid (FAA) mit einem Alkylketendimer kombiniert ist.

Eine weitere Testung der Handbögen zeigt die verbesserte Widerstandsfähigkeit gegenüber Randpenetration. Rechteckige Platten der Handbögen werden an beiden Seiten mit Poly ethylenfilm laminiert und 30 Minuten lang vollständig in eine Lösung von 20%iger Milchsäure von 82.2°C (180°F) , die mit 5 g/l Methylenblau gefärbt ist, eingetaucht. Der Rand jeder Platte ist der Flüssigkeit ausgesetzt, und die Gewichtszunahme wird bestimmt. Die Leimungsqualität ist umgekehrt proportional zum Gewichtsanstieg. Die Ergebnisse werden in der nachfolgenden Tabelle zusammengestellt:

Wenn die Menge Stearinsäure in der Leimungsmischung ca. 50% übersteigt, stieg die Menge an von der Platte absorbierter Flüssigkeit beträchtlich an. Im Gegensatz dazu absorbieren die Platten, die mit einer Leimungsmischung behandelt sind, die einen Hauptanteil an Stearinsäureanhydrid enthält, eine nahezu konstante Menge an Flüssigkeit. Dies zeigt die be deutende Verbesserung in der Widerstandsfähigkeit gegenüber einer Dochtwirkung bei erfindungsgemäß hergestellter Pappe.

Beispiel 2

Eine handelsüblich hergestellte Ketendimer-Emulsion (Hercon®-kationisches Ketendimer, Hercules Incorporated) wurde mit im Laboratorium hergestellten Stearinsäureanhydrid- Emulsionen auf eine ähnliche Weise, wie im Beispiel 1 be schrieben, gemischt. Die Dosierung der kombinierten Leimung betrug 1,360 kg (3 pounds) oder 2,268 kg (5 pounds)/Tonne, und die Leimungszusammensetzung bestand aus 60/40 oder 40/60 AKD/FAA, reinem AKD, oder reinem FAA.

Wie in Beispiel 1 wurden Handbögen hergestellt und mit vier verschiedenen Flüssigkeiten Dochtwirkungs-Tests unterworfen. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt:

Die überragende Widerstandsfähigkeit gegenüber eine Docht wirkung wird erhalten, wenn FAA eine Hauptkomponente ist. Die Leimungsmischung mit 40% AKD und 60% FAA ergibt eine wesentlich bessere Widerstandsfähigkeit gegenüber einer Dochtwirkung als entweder die alleinige Verwendung von AKD oder FAA. Erfindungsgemäß wird auch eine wesentlich ver besserte Widerstandsfähigkeit gegenüber einer Dochtwirkung im Vergleich zum Stand der Technik erhalten, der durch die Leimungsmischung aus 60% AKD und 40% FAA dargestellt wird.

Beispiel 3

Auf einer kleinen Fourdrinier-Papiermaschine, die so aus gestaltet war, daß sie eine maßstabgetreue kommerzielle Durchführung simulierte, wurde Walzpapierstoff hergestellt. Die Leimungszusammensetzung wurde durch Vormischung einer handelsüblichen Hercon®-Ketendimer-Emulsion und einer Stearin säureanhydrid-Emulsion, hergestellt auf ähnliche Weise wie in Beispiel 1, hergestellt. Die Leimungszusammensetzung wurde der gebleichten Kraftzellstoff-Aufschlämmung vor dem Verarbeiten zu Bögen in einer Weise zugefügt, wie sie normalerweise bei einer Fourdrinier-Maschine im kommerziellen Maßstab üblich ist. Die hergestellte Pappe wurde dann einem Dochtwirkungs-Test unterworfen. Es ist bekannt, daß die Effizienz von Alkylketendimeren durch Alaun und einen hohen Alkalinitätsgrad, der durch Zugabe von Natrium bicarbonat erhalten wird, nachteilig beeinflußt wird. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengestellt:

Das mit einer Leimungsmischung aus 60% FAA und 40% AKD her gestellte Papier zeigt eine verbesserte Widerstandsfähigkeit gegenüber einer Dochtwirkung im Vergleich zu Papier, das mit einer reinen AKD-Leimung hergestellt wurde. Zusätzlich wird die Leimungsqualität durch die Gegenwart von Alaun oder einer hohen Alkalinität im wesentlichen nicht beeinträchtigt. Dies steht im Gegensatz zu der Leimungs qualität von Papier, das mit reiner AKD-Leimung in Gegen wart von Alaun oder einer hohen Alkalinität her gestellt wurde.

Beispiel 4

Die Verbesserung in der Widerstandsfähigkeit gegenüber Flüs sigkeitspenetration bei Pappe, die die FAA/AKD-Mischung ent hält, schafft eine verbesserte Widerstandsfähigkeit gegenüber Leckage (Auslecken) während einer übermäßigen Vibrations beanspruchung von daraus hergestellten gefüllten Containern. Walzpapierstoff wurde wie vorstehend in Beispiel 3 beschrie ben mit 2,131 kg (4,7 pounds)/Tonne der Leimungsmischung hergestellt. Es wurde kein Natriumbicarbonat oder Calcium carbonat verwendet. Die erhaltenen Container wurden mit handelsüblicher entrahmter Milch, einem handelsüblichen Traubengetränk (grape drink beverage), das ein Antioxidan s enthält, und einer 5%igen wäßrigen Ethanollösung gefüllt. Die Container wurden einer übermäßigen Vibrationsbeanspruchung unterworfen, die so ausgestaltet war, daß sie eine Verteilung mit einem Motorlastkraftwagen simuliert. Nachfolgend ist die Qualität der Leimungsmischung im Vergleich zusammen gestellt (AKD-Typ 1 ist Hercon®-kationisches Alkylketendimer, Hercules Incorporated; AKD-Typ 2 ist Keydime®-kationisches Alkylketendimer, Albright and Wilson Americas, Inc.):

Die mit einer Leimungsmischung mit einer Hauptmenge von FAA und einer kleineren Menge von AKD hergestellte Pappe zeigt eine beträchtliche Verbesserung in der Widerstandsfähigkeit gegenüber Leckage, im Vergleich zu Pappe, die nur mit einer AKD-Leimung allein hergestellt wurde. Das Auslecken wird um einen Wert von zwischen ca. 10% und ca. 60% verringert.

Die vorstehenden Ausführungen zeigen, daß mit der Erfindung eine Verbesserung in der Wirtschaftlichkeit der Leimung von Papier mit Fettsäureanhydriden oder Alkylketendimeren be reitgestellt wird. Zusätzlich ist erfindungsgemäß eine ver besserte Widerstandsfähigkeit gegenüber Flüssigkeitspene tration und einer Dochtwirkung in erfindungsgemäß hergestell ter Pappe zu erzielen. Container, die aus der Pappe herge stellt sind, zeigen eine verbesserte Widerstandsfähigkeit gegenüber Leckage unter Vibrationsbeanspruchung. Mit der Erfindung wird auch eine Leimung bereitgestellt, die gegen über einer Penetration von Alkohol enthaltenden Flüssig keiten eine hohe Widerstandsfähigkeit zeigt.

Claims

1. Papierleimungs-Zusammensetzung zur Anwendung für Papier, um dem geleimten Papier eine verbesserte Wider standsfähigkeit gegenüber Flüssigkeitspenetration und eine verbesserte Widerstandsfähigkeit gegenüber Leckage zu ver leihen, wenn das geleimte Papier einer übermäßigen Vibra tionsbeanspruchung unterworfen wird, dadurch ge kennzeichnet, daß die Zusammensetzung eine Mischung aus einem Papierleimungs-Fettsäureanhydrid und einem Papierleimungs-Alkylketendimer enthält, wobei das Gewichtsverhältnis von Fettsäureanhydrid zu Alkylketendimer größer als 1,0 zu 1,0, vorzugsweise ca. 1,5 zu 1,0, ist und 4,0 zu 1,0 nicht übersteigt.

2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß das Papierleimungs-Fett säureanhydrid Stearinsäureanhydrid ist.

3. Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß das Alkylketendimer von einer Mischung aus Palmitinsäure und Stearinsäure abge leitet ist.