DE4090740C2 - Keten-Dimer-Leimungsmittel für die Papierherstellung - Google Patents
Keten-Dimer-Leimungsmittel für die PapierherstellungInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Keten-Dimer-Leimungs
mittel für die Papierherstellung, sie betrifft insbesondere
ein Keten-Dimer-Leimungsmittel für die Papierherstellung, das
einen ausgezeichneten Leimungseffekt und eine ausgezeichnete
Lagerungsbeständigkeit aufweist.
Produkte aus Cellulosefasern, wie Papier, Pappkarton und Holz
faserplatten, wurden bisher im allgemeinen hergestellt durch
Zugabe eines Leimungsmittels zu einer wäßrigen Dispersion von
Cellulosefasern. Als Leimungsmittel wurden bisher im allgemei
nen in großem Umfange Rosinleimungsmittel, bei denen es sich
um Chemikalien für die Papierherstellung handelt, die den er
haltenen Produkten Eigenschaften wie Wasserbeständigkeit, Druckfarbenbe
ständigkeit und Penetrationsbeständigkeit verleihen können, ver
wendet. Der Effekt des Leimungsmittels kann zuerst einmal dar
in bestehen, daß das Leimungsmittel an den Fasern zusammen mit
Aluminiumsulfat fixiert wird. Dabei hat sich der nachteilige
Einfluß gezeigt, der auf die Verwendung des Aluminiumsulfats
zurückzuführen ist. Das heißt, da Papier zwangsläufig unter
sauren Bedingungen hergestellt wird, treten einige Probleme
auf, wie z. B. eine Verschlechterung der Eigenschaften des
hergestellten Papiers mit dem Ablauf der Zeit, eine umständli
che Behandlung des Abwassers und eine Korrosion der Papierher
stellungsvorrichtungen. Wenn Calciumcarbonat, das ein billiger
Füllstoff ist, verwendet wird, hat dies den Nachteil, daß sich
das Calciumcarbonat zersetzt unter Bildung von Kohlendioxidgas,
da Papier unter sauren Bedingungen hergestellt wird. Deshalb
kann dieser Füllstoff nicht verwendet werden.
Als eine Möglichkeit, die obengenannten Probleme zu lösen,
wurde ein Papierherstellungsverfahren unter neutralen Bedin
gungen entwickelt, bei dem im wesentlichen kein Aluminiumsul
fat verwendet wird, und Keten-Dimer-Leimungsmittel sind als
eines der neutralen Leimungsmittel, die bei diesem Verfahren
verwendet werden, bekannt.
Da das Keten-Dimer-Leimungsmittel im allgemeinen im Zustand
einer wäßrigen Dispersion gelagert und verwendet wird, ist es
erforderlich, daß das Keten-Dimer-Leimungsmittel eine gute
Stabilität aufweist. Die konventionellen Keten-Dimer-Lei
mungsmittel haben jedoch den erheblichen Mangel, daß die Lei
mungsmittel eine schlechtere Lagerungsbeständigkeit aufweisen
aufgrund der kristallinen Eigenschaft der Keten-Dimer-Komponen
te, die eine dispergierte Phase derselben darstellt. Es wurde
bereits ein Verfahren zur Zugabe von verschiedenen Arten von
nicht-kristallinen Komponenten vorgeschlagen, um die Stabili
tät zu verbessern. Das Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß
der Leimungseffekt schlechter wird.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung waren nun eifrig be
müht, die obengenannten Probleme zu lösen unter Anstrebung
eines Materials, das als Agens zur Verbesserung der Stabilität
wirken kann. Als Ergebnis wurde die überraschende Tatsache ge
funden, daß eine spezifische polymere Aluminiumverbindung die
Lagerungsbeständigkeit der wäßrigen Dispersion des Keten-Dimer-
Leimungsmittels bemerkenswert verbessern kann und die Original-
Leimungseigenschaften des Keten-Dimers nicht beeinträchtigt
(verschlechtert). Die vorliegende Erfindung wurde zum ersten
Mal auf der Basis dieser Tatbestände gefunden.
Die EP-A-0275851 beschreibt wäßrige Dispersionen von Terpentinharzen und
synthetischen Leimungsmitteln, worin die Partikel in der dispergierten Phase eine
Mischung des Terpentinharzes und des synthetischen Leimungsmittels enthalten, und
worin die Dispersion eine Polyaluminiumverbindung enthält.
Die EP-A-0285487 beschreibt ein Verfahren zur Papierherstellung, worin ein basisches
Polyaluminiumchlorsulfat verwendet wird.
Die EP-A-0285486 beschreibt ein Verfahren zur Papierherstellung, worin ein
Polyaluminiumchlorid verwendet wird.
Die JP-A-59-199900 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Neutralpapier, bei dem
mit einer kationischen wäßrigen Dispersion eines organischen Keten-Dimers, eines
wasserlöslichen Aluminiumsalzes und eines tert.-Amin-Stärkederivates beschichtet wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Keten-Dimer-Leimungs
mittel für die Papierherstellung, das umfaßt eine ein Keten-
Dimer enthaltende dispergierte Phase und eine ein Dispergier
mittel enthaltende wäßrige kontinuierliche Phase, das dadurch
gekennzeichnet ist, daß es polymeres Aluminiumhydroxid
und/oder polymeres Aluminiumchlorid enthält, wie im Anspruch
1 definiert.
Erfindungsgemäß ist ein polymeres Aluminiumhydroxid und/oder
ein polymeres Aluminiumchlorid als Agens darin enthalten, um
ihm eine Lagerbeständigkeit zu verleihen. Als polymeres Alu
miniumhydroxid wird eine Verbindung der allgemeinen Formel (I)
(Al(OH3)l . AlCl3 (I)
worin l für die Zahl 5 bis 25 steht, verwendet.
Als polymeres Aluminiumchlorid wird eine Verbindung der allgemeinen
Formel (II):
(Al2(OH)nCl6-n)m (II)
worin n für die Zahl 1 bis 4, m für die Zahl 1 bis 10 stehen,
verwendet.
Ein polymeres Aluminiumchlorid, das erfindungsgemäß verwendet
wird, wird in der Regel hergestellt durch Auflösen von Alumi
niumhydroxid in Chlorwasserstoffsäure und Filtrieren der Lö
sung. Das dabei erhaltene Produkt ist bei Normaltemperatur ei
ne farblose oder schwachgelblich-braune Flüssigkeit. Als poly
meres Aluminiumchlorid können beispielsweise solche, wie sie
standardisiert sind von der Japan Water Works Association (JWWA)
unter den Code K114 verwendet werden.
Erfindungsgemäß können sowohl polymeres Aluminiumhydroxid als
auch polymeres Aluminiumchlorid verwendet werden.
Vom Standpunkt
der Verbesserung des Effekts der Lagerbeständigkeit aus betrach
tet ist jedoch polymeres Aluminiumhydroxid besonders bevor
zugt. Unter ihnen ist das polymere Aluminiumhydroxid der all
gemeinen Formel (I), worin l für eine ganze Zahl von 19 bis
21 steht, bevorzugt. Beispiele für das polymere Aluminium
hydroxid sind solche mit dem Handelsnamen Paho #2S, herge
stellt von der Firma Asada Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha.
In dem erfindungsgemäßen Leimungsmittel beträgt die verwen
dete Menge des obengenannten polymeren Aluminiumhydroxids
und/oder polymeren Aluminiumchlorids
0,1 bis 10 Gew.-%, insbe
sondere 0,3 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Keten-Dimer, das ei
ne dispergierte Schicht bildet. Wenn die verwendete Menge we
niger als 0,1 Gew.-% beträgt, kann die Stabilität nicht aus
reichend verbessert sein, und wenn die verwendete Menge 10 Gew.-%
übersteigt, besteht die Neigung, daß der Leimungseffekt
schlechter wird.
Als Keten-Dimer, das die dispergierte Schicht des erfindungs
gemäßen Leimungsmittels bildet, können verschiedene Arten von
bekannten Keten-Dimeren in beliebiger Weise ausgewählt und ver
wendet werden. Zu Beispielen für geeignete Keten-Dimere gehören
beispielsweise ein Keten-Dimer der allgemeinen Formel (III):
worin R1 und R2 jeweils für einen Kohlenwasserstoffrest mit 8
bis 30 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise 10 bis 25 Kohlenstoff
atomen stehen. In der allgemeinen Formel (III) kann
es sich bei dem Kohlenwasserstoffrest beispielsweise handeln
um eine Alkylgruppe, wie eine Decyl-, Undecyl-, Dodecyl-, Tri
decyl-, Tetradecyl-, Pentadecyl-, Hexadexyl-, Heptadecyl-,
Octadecyl- oder Eicosylgruppe; eins Alkenylgruppe, wie z. B.
eine Decenyl-, Tridecenyl-, Hexadecenyl-, Octadecenyl- oder
Eicosenylgruppe. Diese Keten-Dimeren können allein
oder in Form einer Mischung derselben verwendet werden. Außer
dem können diese Keten-Dimeren aus natürlichen Fettsäuren,
Rindertalgöl oder gehärtetem Rindertalgöl synthetisiert werden.
Als Dispergiermittel kann erfindungsgemäß ein kationisches
Dispergiermittel verwendet werden. Das kationische Dispergier
mittel hat auch die Funktion, das erhaltene Leimungsmittel an
den Cellulosefasern zu fixieren. Als obengenanntes kationisches
Dispergiermittel wird in der Regel vorzugsweise eine kationi
sche Stärke, die mindestens eine Art von primären, sekundären
und tertiären Aminogruppen und quaternären Ammoniumsalzen auf
weist, als Dispergiermittel erfindungsgemäß verwendet. Als
kationisches Dispergiermittel, wie es erfindungsgemäß verwendet
wird, können auch andere als die obengenannten verwendet wer
den, wie z. B. Polyethylenimin, ein Polyethylenimin-Epichlor
hydrin-Kondensat, ein Polyamidpolyamin-Epichlorhydrin-Harz,
Polyvinylpyridin, ein Styrol-Dimethylaminoethylacrylat-Copoly
mer, ein kationisches Polyurethanharz, ein Dicyandiamid-Formal
dehyd-Harz, ein Harnstoff-Formaldehyd-Harz, ein Melamin-Formal
dehyd-Harz, oder ein Dimethylamin-Epichlorhydrin-Harz. Die
verwendete Menge dieser kationischen Dispergiermittel beträgt
in der Regel 0,5 bis 100 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis
30 Gew.-%, bezogen auf das Keten-Dimer.
Außerdem können erfindungsgemäß neben dem obengenannten kat
ionischen Dispergiermittel ein nicht-ionisches Dispergiermit
tel, wie Polyvinylalkohol oder oxidierte Stärke, ein übliches
nicht-ionisches oder anionisches oberflächenaktives Agens
je nach Bedarf verwendet werden.
Erfindungsgemäß können verschiedene Arten von Zusätzen, wie
sie allgemein in einem Keten-Dimer-Leimungsmittel verwendet
werden, wie z. B. ein aromatisches Kohlenwasserstoffharz, ein
alicyclisches Kohlenwasserstoffharz, ein hydriertes Petrole
umharz und Rosinester, verwendet werden.
Eine wäßrige Dispersion des erfindungsgemäßen Keten-Dimer-Lei
mungsmittels für die Papierherstellung kann erhalten werden
durch jeweilige Zugabe der obengenannten verschiedenen Kompo
nenten in einer vorgeschriebenen Menge. Die Konzentration der
nicht-flüchtigen Komponenten in der obengenannten Dispersion
unterliegt keinen speziellen Beschränkungen und kann in be
liebiger Weise festgelegt werden, die Konzentration beträgt
jedoch in der Regel 5 bis 40 Gew.-%. Beim Mischen
der Komponenten unterliegt die Reihenfolge der Zugabe und/oder die Me
thode der Zugabe keinen speziellen Beschränkungen.
Das erfindungsgemäße Leimungsmittel kann hergestellt werden
durch geeignete Auswahl der Art der verschiedenen bekannten
Methoden, wie z. B. der sogenannten Methode für die Inversions
emulgierung, der Methode für die Lösungsmittelemulgierung und
der Methode für die erzwungene Emulgierung.
Das erfindungsgemäße Leimungsmittel wird in der Regel als Masse
leimungsmittel verwendet und es wird im allgemeinen mit
Cellulosefasern in einer Menge von 0,005 bis 3 Gew.-%,
vorzugsweise 0,01 bis 2 Gew.-%, bezogen auf die Cellu
losefasern, berechnet als Trockengewicht, verwendet. Während
der Papierherstellung können bekannte Chemikalien, wie z. B.
Papierverstärkungsmittel oder ein Entwässerungsmittel, in geeigne
ter Weise zugegeben werden und die Papierherstellung kann
durchgeführt werden innerhalb eines pH-Wertbereiches von neu
tral oder schwach alkalisch. Deshalb Herden die obengenannten
verschiedenen Probleme, die bei der sauren Papierherstellung
auftreten, erfindungsgemäß vollständig gelöst. Das erfindungsgemäße
Leimungsmittel kann auch in einigen Fällen als Ober
flächenleimungsmittel verwendet werden. Die Beschichtungsmen
ge beträgt in diesem Falle in der Regel 0,001 bis 5 g/m2
als Feststoffgehalt.
Das erfindungsgemäße Leimungsmittel wird in den folgenden
Beispielen und Vergleichsbeispielen näher beschrieben und er
läutert.
In den Beispielen sind alle "Teile"
und "Prozent-Angaben" auf das Gewicht bezogen, wenn nichts
anderes angegeben ist.
Nacheinander wurden 240 Teilen eines Keten-Dimers, hergestellt
aus gehärtetem Rindertalgöl (in der allgemeinen Formel (I)
stehen R1 und R2 jeweils für eine gemischte Alkylgruppe mit
14 bis 16 Kohlenstoffatomen) (nachstehend als "AKD(a)" be
zeichnet), 570 Teile einer 10%-igen wäßrigen Lösung, herge
stellt durch Aufkochen einer kationischen Stärke (Stickstoff
gehalt mindestens 0,5%), 20 Teile einer 15%-igen wäßrigen
Lösung von polymerem Aluminiumhydroxid (in der allgemeinen
Formel (I) steht 1 für 19 bis 21) (hergestellt von der Firma
Asada Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha unter dem Handelsnamen
Paho#2S) und 670 Teile entionisiertes Was
ser eingeführt und auf 70 bis 80°C erhitzt und das Vordisper
gieren wurde mit einem Homomischer durchgeführt, danach wurden
sie dispergiert durch zweimaliges Hindurchführen durch einen
Homogenisator bei der gleichen Temperatur unter der Bedingung
30 MPa. Dann wurde die erhaltene Dispersion sofort abge
kühlt, wobei man eine wäßrige Dispersion erhielt. Der Gehalt
an nicht-flüchtigen Komponenten und die Viskosität (25°C)die
ser wäßrigen Dispersion (nachstehend als "Leimungsmittel (1)"
bezeichnet) sind in der Tabelle 1 angegeben.
Eine wäßrige Dispersion wurde auf die gleiche Weise wie in
Beispiel 1 hergestellt, wobei diesmal 240 Teile eines Keten-
Dimers, hergestellt aus Stearinsäure (in der allgemeinen
Formel (III) stehen R1 und R2 jeweils für eine Alkylgruppe
mit 16 Kohlenstoffatomen) (nachstehend abgekürzt als "AKD(b)"
bezeichnet), anstelle von AKD(a) verwendet wurden. Der Gehalt
an nicht-flüchtigen Komponenten und die Viskosität (25°C)
dieser wäßrigen Dispersion (nachstehend als "Leimungsmittel
(2)" bezeichnet) sind in der Tabelle 1 angegeben.
Es wurde eine wäßrige Dispersion auf die gleiche Weise wie in
Beispiel 1 hergestellt, wobei 240 Teile eines Keten-Dimers,
hergestellt aus Behensäure (in der allgemeinen Formel (III)
stehen R1 und R2 jeweils für eine Alkylgruppe mit 20 Kohlen
stoffatomen) (nachstehend als "AKD(c)" bezeichnet), anstelle
von AKD(a) verwendet wurden. Der Gehalt an nicht-flüchtigen
Komponenten und die Viskosität (25°C) dieser wäßrigen Disper
sion (nachstehend als "Leimungsmittel (3)" bezeichnet) sind in
der Tabelle 1 angegeben.
In den Beispielen 4 bis 6 wurden wäßrige Dispersionen (nach
stehend als "Leimungsmittel (4) bis (6)" in der jeweiligen
Reihenfolge bezeichnet) hergestellt auf die gleiche Weise wie
in den Beispielen 1 bis 3, wobei diesmal polymeres Aluminium
chlorid (in der allgemeinen Formel (II) steht n für 3 und m
steht für 1) jeweils anstelle von polymerem Aluminiumhydroxid
verwendet wurde. Der Gehalt an nicht-flüchtigen Komponenten und
die Viskosität (25°C) dieser Leimungsmittel sind in der Tabelle
1 angegeben.
In den Beispielen 7 bis 9 wurden verschiedene Arten von wässrigen Dispersio
nen auf die gleiche Weise wie in Beispiel 2 hergestellt, wobei
diesmal die verwendete Menge an polymerem Aluminiumhydroxid ge
ändert wurde. Der Gehalt an nicht-flüchtigen Komponenten und
die Viskosität (25°C) der erhaltenen wäßrigen Dispersionen
(nachstehend jeweils als "Leimungsmittel (7) bis (9)" in der
genannten Reihenfolge bezeichnet) sind in der Tabelle 1 angegeben.
In den Beispielen 10 bis 12 wurden verschiedene Arten von wässrigen Dispersio
nen auf die gleiche Weise wie in Beispiel 5 hergestellt, wo
bei diesmal jedoch die verwendete Menge an polymerem Aluminium
chlorid geändert wurde. Der Gehalt an nicht-flüchtigen Kompo
nenten und die Viskosität (25°C) der erhaltenen wäßrigen Dis
persionen (nachstehend jeweils als "Leimungsmittel (10) bis
(12)" in der genannten Reihenfolge bezeichnet) sind in der
Tabelle 1 angegeben.
Im Vergleichsbeispiel 1 wurde eine wässrige Dispersion, auf die
gleiche Weise wie in Beispiel 2 hergestellt, wobei diesmal
kein polymeres Aluminiumhydroxid verwendet wurde. Der Gehalt
an nicht-flüchtigen Komponenten und die Viskosität (25°C) der
erhaltenen wäßrigen Dispersion (nachstehend als "Vergleichs-
Leimungsmittel (1)" bezeichnet) sind in der, Tabelle 1 angegeben.
Im Vergleichsbeispiel 2 wurde eine wässrige Dispersion, auf die
gleiche Weise wie in Beispiel 2 hergestellt, wobei diesmal
3 g Aluminiumsulfat anstelle von polymerem Aluminiumhydroxid
verwendet wurden. Der Gehalt an nicht-flüchtigen Komponenten
und die Viskosität (25°C) der erhaltenen wäßrigen Dispersion
(nachstehend als "Vergleichs-Leimungsmittel (2)" bezeichnet)
sind in der Tabelle 1 angegeben.
Im Vergleichsbeispiel 3 wurde eine wässrige Dispersion, auf die
gleiche Weise wie in Beispiel 2 hergestellt, wobei diesmal 3 g
Magnesiumchlorid anstelle von polymerem Aluminiumhydroxid ver
wendet wurden. Der Gehalt an nicht-flüchtigen Komponenten und
die Viskosität (25°C) der erhaltenen wäßrigen Dispersion
(nachstehend als "Vergleichs-Leimungsmittel (3)" bezeichnet)
sind in der Tabelle 1 angegeben.
Es wurden Bewertungen der Eigenschaften der obengenannten
verschiedenen Leimungsmittel nach den folgenden Methoden
durchgeführt. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 2 angegeben.
Die Zustandsänderung jeder Dispersion wurde geprüft, nachdem
die Dispersion einen Monat lang an der Luft bei einer Tempera
tur von 30°C stehengelassen worden war.
Die Zustandsänderung jeder Dispersion wurde geprüft, nachdem
die Dispersion eine Woche lang an der Luft bei einer Temperatur
von 30°C in Vibration versetzt worden war (80 Zyklen/min).
Zu einer 1%-igen wäßrigen Pulpenaufschlämmung mit einem Mah
lungsgrad (Canadian Standard Freeness) von 435 ml (L-BKP) wur
de jedes der obengenannten verschiedenen Leimungsmittel in ei
nem Mengenverhältnis von 0,3% (als Feststoffgehalt), bezogen
auf die Pulpe, zugegeben. Danach wurde die Papierherstellung
durchgeführt mittels einer TAPPI-Standard-Blattformungsmaschine,
so daß das Basisgewicht 60 ± 1 g/m2 betrug. Nachdem die erhalte
ne nasse Bahn 5 Minuten lang bei 300 kPa entwässert
worden war und eine Minute lang bei 100°C getrocknet worden
war mittels eines Rotationstrockners, wurde das erhaltene
Papierausgangsmaterial unter den Bedingungen 20°C, 65% RH
24 Stunden lang konditioniert.
Der Stöckigt-Leimungsgrad (JIS P 8122) des Papierausgangsmate
rials wurde bestimmt.
Wie aus den Ergebnissen der Tabelle 2 hervorgeht, sind die in
den Beispielen 1 bis 8 sowie 10 und 11 erhaltenen erfindungsgemäßen Keten-Di
mer-Leimungsmittel ausgezeichnet sowohl in bezug auf die La
gerungsbeständigkeit als auch in bezug auf den Leimungseffekt.
Das erfindungsgemäße Keten-Dimer-Leimungsmittel für die Papier
herstellung kann vorzugsweise bei der Neutralpapier-Herstel
lung verwendet werden, bei der eine Verbesserung angestrebt
wurde, da das erfindungsgemäße Keten-Dimer-Leimungsmittel eine
deutlich verbesserte Lagerbeständigkeit aufweist, die ein Man
gel der konventionellen Keten-Dimeren war, ohne daß der Lei
mungseffekt des Original-Keten-Dimers beeinträchtigt wird.
Claims (3)
1. Keten-Dimer-Leimungsmittel für die Papierherstellung, in Form einer
wässrigen Dispersion, die als wesentliche Bestandteile ein Keten-Dimer, ein
Dispergiermittel und polymeres Aluminiumhydroxid der allgemeinen Formel (I)
(Al(OH3)l . AlCl3 (I)
mit 1 = 5 bis 25
und/oder polymeres Aluminiumchlorid der allgemeinen Formel (II)
(Al2(OH)nCl6-n)m (II)
mit n = 1 bis 4 und m = 1 bis 10, enthält, wobei die verwendete Menge an polymerem Aluminiumhydroxid und/oder polymerem Aluminiumchlorid 0,1 bis 10 Gew.-% bezogen auf das Keten-Dimer beträgt.
(Al(OH3)l . AlCl3 (I)
mit 1 = 5 bis 25
und/oder polymeres Aluminiumchlorid der allgemeinen Formel (II)
(Al2(OH)nCl6-n)m (II)
mit n = 1 bis 4 und m = 1 bis 10, enthält, wobei die verwendete Menge an polymerem Aluminiumhydroxid und/oder polymerem Aluminiumchlorid 0,1 bis 10 Gew.-% bezogen auf das Keten-Dimer beträgt.
2. Keten-Dimer-Leimungsmittel nach Anspruch 1, das ein polymeres
Aluminiumhydroxid der Formel (I) mit 1 = 19 bis 21 enthält.
3. Keten-Dimer-Leimungsmittel nach Anspruch 1, das ein polymeres
Aluminiumchlorid der Formel (II) mit n = 3 und m = 1 bis 10 enthält.
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