DE4133123A1 - Verwendung von copolymerisaten aus langkettigen olefinen und maleinsaeureanhydrid in form der halbamide mit morpholin als leimungsmittel fuer papier - Google Patents
Verwendung von copolymerisaten aus langkettigen olefinen und maleinsaeureanhydrid in form der halbamide mit morpholin als leimungsmittel fuer papierInfo
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Description
Die Erfindung betrifft die Verwendung von Copolymerisaten aus
langkettigen Olefinen und Maleinsäureanhydrid oder Itaconsäure
anhydrid in Form der Halbamide mit Morpholin als Leimungsmittel
für Papier.
Aus der DE-B-25 44 948 ist ein Verfahren zur Herstellung von
kationischen Leimungsmitteln für Papier bekannt. Bei diesem Ver
fahren setzt man Copolymerisate aus Maleinsäureanhydrid und 10
bis 26 Kohlenstoffatome enthaltenden α-Olefinen in einem organi
schen Lösemittel mit aliphatischen Diaminen um, die primäre und
tertiäre Aminogruppen enthalten. Bis zu 70 Mol-% der genannten
Amine können durch ein aliphatisches Monoamin ersetzt sein. Nach
den Angaben in der Patentschrift ist die Struktur der entstehen
den Umsetzungsprodukte nicht genau geklärt und es dürfte sich um
Amide sowie in gewissem Umfang auch um Imide handeln. Diese Um
setzungsprodukte werden durch Zugabe einer Säure oder eines Alky
lierungsmittels in ein Salz überführt und stellen das eigentliche
Leimungsmittel für Papier dar. Aus der DE-A-33 19 014 sind
Maleinsäureanhydridcopolymerisate bekannt, die durch Copolymeri
sieren von Maleinsäureanhydrid mit Olefinen oder Styrol und Um
setzung der Anhydridgruppen der Copolymerisate zu Halbester- oder
Halbamidgruppen und anschließende Reaktion noch nicht umgesetzter
Anhydridgruppen mit langkettigen primären Monoaminen zu Imid
gruppen hergestellt werden. Die so erhältlichen Copolymerisate
sind Masse- und Oberflächenleimungsmittel für Papier.
Aus der DD-B 2 87 070 sind kationische Papierleimungsmittel be
kannt, bei denen es sich um eine wäßrige Lösung von Umsetzungs
produkten hochmolekularer Arylvinyl-maleinsäureanhydrid-copoly
merer mit äquimolaren Mengen substituierter Diamine oder von Ge
mischen aus substituierten Aminen mit Ammoniak und/oder primären
Aminen und flüchtigen Säuren, wie Ameisensäure oder Essigsäure
handelt.
Aus der EP-A-04 12 389 ist die Verwendung von Copolymerisaten aus
langkettigen Olefinen und ethylenisch ungesättigten Dicarbon
säureanhydriden als Mittel zum Hydrophobieren von Leder und Pelz
fellen bekannt. Die Präparationslösungen sind dadurch erhältlich,
daß man
- a) C8- bis C40-Monoolefine mit,
- b) ethylenisch ungesättigte C4- bis C8-Dicarbonsäureanhydriden,
nach Art einer Substanzpolymerisation bei Temperaturen von 80 bis
300°C zu Copolymerisaten mit Molmassen von 500 bis 20 000 g pro
Mol polymerisiert, anschließend die Anhydridgruppen der Copoly
merisate solvolysiert, z. B. durch Zugabe von Alkoholen oder pri
mären und/oder sekundären Aminen und die bei der Solvolyse ent
stehenden Carboxylgruppen der Copolymerisate in wäßrigem Medium
mit Basen partiell neutralisiert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Leimungsmittel für
Papier zur Verfügung zu stellen, die eine bessere Leimungswirkung
besitzen als bekannte Papierleimungsmittel auf Basis von Malein
säureanhydridcopolymerisaten.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch Verwendung von
Copolymerisaten aus
- a) C12- bis C40-Monoolefinen und
- b) Maleinsäureanhydrid oder Itaconsäureanhydrid,
mit Molmassen von 800 bis 100 000 g/Mol in Form der zumindest
partiell mit Alkalimetallbasen, Erdalkalimetallbasen, Ammoniak
oder Aminen neutralisierten Halbamide mit Morpholin in wäßriger
Lösung oder Dispersion als Leimungsmittel für Papier.
Die erfindungsgemäß zu verwendenden Copolymerisate können bei
spielsweise nach bekannten Verfahren der Lösungs- und Fällungs
polymerisation gemäß der Lehre der US-A-49 59 077 sowie der Sub
stanzpolymerisation gemäß der Lehre der oben angegebenen
EP-A-04 12 389 durch Copolymerisieren der Monomeren (a) mit den
Monomeren (b) unter Einwirkung von Radikale bildenden Polymerisa
tionsinitiatoren hergestellt werden.
Als Monomere der Gruppe (a) kommen C12- bis C40, vorzugsweise
C16- bis C30-Monoolefine in Betracht. Beispiele für solche Ole
fine sind Dodecen-1, Tetradecen-T, Hexadecen-1, Octadecen-1,
C20-Olefin-1, C22-Olefin-1, C24-Olefin-1, C20- bis C24-Olefin-1,
C24- bis C28-Olefin-1, C30-Olefin-1, C35-Olefin-1 und C40-Ole
fin-1. Die Olefine bzw. Mischungen von Olefinen sind Handelspro
dukte, die vorzugsweise aus α-Olefinen bestehen. Die Olefine
können von der Herstellung her geringe Mengen an inerten organi
schen Kohlenwasserstoffen enthalten, z. B. bis etwa 5 Gew.-%. Sie
werden bei der Copolymerisation üblicherweise der im Handel er
hältlichen Qualität eingesetzt. Sie brauchen keiner besonderen
Reinigung unterworfen zu werden.
Als Komponente (b) kommen Maleinsäureanhydrid und Ttaconsäure
anhydrid sowie Mischungen dieser Anhydride in Betracht. Vorzugs
weise wird Maleinsäureanhydrid bei der Copolymerisation einge
setzt. Die bei der Copolymerisation anfallenden Copolymerisate
haben Molmassen von 800 bis 100 000, vorzugsweise 1000 bis
20 000 g/Mol. Sie sind dadurch erhältlich, daß man die Monomeren
(a) und (b) im Molverhältnis 1,1:1 bis 1:1 polymerisiert. Vor
zugsweise polymerisiert man die Monomeren (a) und (b) im Molver
hältnis 1:1 oder verwendet lediglich einen 1-gew.-%igen Überschuß
an Monomeren der Komponente (a). Die Monomeren der Gruppe (a) und
(b) bilden bekanntlich alternierende Copolymerisate, die bei
hohen Molekulargewichten die Monomeren (a) und (b) zu jeweils
50 Mol-% einpolymerisiert enthalten. Bei sehr niedrigen Moleku
largewichten der Copolymerisate kann je nach Art der Endgruppen
eine Abweichung vom molaren Verhältnis in den oben angegebenen
Rahmen vorliegen, wenn beispielsweise die Copolymerisatkette mit
dem Monomeren (a) startet und auch mit dem Monomeren (a) ab
bricht.
Vorzugsweise werden die Copolymerisate nach dem Verfahren der
Substanzpolymerisation bei Temperaturen von 80 bis 300°C herge
stellt. Dieses Verfahren ist ausführlich in der EP-A-04 12 382
beschrieben. Die Herstellung der zumindest partiell neutralisier
ten Halbamide der Copolymerisate erfolgt somit vorzugsweise durch
radikalische Copolymerisation von
- a) C12- bis C40-Monoolefinen und
- b) Maleinsäureanhydrid oder Ttaconsäureanhydrid,
nach Art einer Substanzpolymerisation bei Temperaturen von 80 bis
300°C zu Copolymerisaten mit Molmassen von 800 bis 100 000 g/Mol,
anschließende Amidierung der Anhydridgruppen der Copolymerisate
mit Morpholin zu Halbamiden und zumindest partielle Neutralisa
tion der Halbamide im wäßrigen Medium mit Alkalimetall, Erd
alkalimetallbasen, Ammoniak oder Aminen sowie vorzugsweise mit
Morpholin. Die Amidierung der Anhydridgruppen enthaltenden Copo
lymerisate wird vorzugsweise durch Zugabe von Morpholin zu einer
Schmelze der bei der Substanzpolymerisation erhältlichen Copoly
merisate so durchgeführt, daß 10 bis 50 Mol-% der aus den
einpolymerisierten Monomeren (b) insgesamt entstehenden Carboxyl
gruppen mit Morpholin amidiert sind.
Die oben beschriebenen Copolymerisate, die in Form von zumindest
partiell neutralisierten Halbamiden mit Morpholin in wäßriger
Lösung oder Dispersion vorliegen, werden als Oberflächenleimungs
mittel und Masseleimungsmittel für Papier verwendet. Die Konzen
tration der mindestens partiell neutralisierten und mit Morpholin
amidierten Copolymerisatdispersion oder Lösung beträgt vorzugs
weise 10 bis 55 Gew.-%. Der pH-Wert liegt üblicherweise in dem
Bereich von 4 bis 9. Bei der Oberflächenleimung von Papier wird
die zumindest partiell neutralisierte und mit Morpholin zu 10 bis
50% in das Halbamid überführte Copolymerisatlösung bzw. Disper
sion durch Zugabe von Wasser auf eine Gesamtpolymerkonzentration
eingestellt, die für Präparationslösungen zum Leimen von Papier
allgemein üblich ist, z. B. auf einen Polymerisatgehalt von 0,05
bis 3,0 Gew.-%. Die Menge an Copolymerisat, die für Leimungs
zwecke auf das Papier aufgebracht wird, liegt in der Regel
zwischen 0,02 und 1,5, vorzugsweise zwischen 0,l und 0,8 Gew.-%,
bezogen auf trockenen Faserstoff. Zur Herstellung der Präpara
tionslösung werden die Dispersionen durch Zugabe von Wasser ver
dünnt. Die Präparationslösungen können außer den erfindungsgemäß
zu verwendenden zumindest partiell neutralisierten mit Morpholin
amidierten Copolymerisate außerdem weitere Hilfsstoffe enthalten,
z. B. Stärke zur Erhöhung der Festigkeit des Papiers, Naß- und
Trockenverfestigungsmittel auf Basis synthetischer Produkte,
Stoffe und Wachsemulsionen.
Bei der Oberflächenleimung werden die Präparationslösungen in der
Regel mit Hilfe einer Leimpresse aufgebracht. Es ist selbstver
ständlich auch möglich, die Präparationslösungen durch Sprühen
oder Tauchen oder z. B. mit Hilfe eines Wasserschabers auf die
Papierbahn aufzutragen. Das mit der Präparationslösung behandelte
Papier wird anschließend auf einem dampfbeheizten Zylinder, Ober
flächentemperatur 90°C, getrocknet. Die Leimung ist nach dem
Trocknen bereits voll ausgebildet.
Die zumindest partiell neutralisierten und mit Morpholin amidier
ten Copolymerisate aus langkettigen Olefinen und Maleinsäurean
hydrid und/oder Ttaconsäureanhydrid sind außerdem als Masselei
mungsmitel einsetzbar. Die hierfür anwendbaren Mengen liegen in
der gleichen Größenordnung wie bei der Oberflächenleimung. Beim
Einsatz als Masseleimungsmittel arbeitet man vorzugsweise in
Gegenwart von Fixiermitteln und/oder Alaun.
Die erfindungsgemäß zu verwendenden Copolymerisate können außer
dem in Kombination mit den üblicherweise als Leimungsmittel ein
gesetzten Fettalkyldiketenemulsionen verwendet werden. Hierbei
kann man so vorgehen, daß man die erfindungsgemäß zu verwendenden
Copolymerisatlösungen oder Dispersionen mit der Diketenemulsion
mischt und die Mischung zum Papierstoff zusetzt. Eine andere Aus
führungsform der Masseleimung von Papier besteht darin, daß man
dem Papierstoff zunächst die erfindungsgemäß zu verwendende Copo
lymerisatlösung oder Dispersion zusetzt und danach die Diketen
emulsion hinzufügt, den Papierstoff durchmischt und das Blatt
bildet. Bei einer anderen Verfahrensvariante dosiert man zunächst
die Diketenemulsion zum Papierstoff und anschließend die erfin
dungsgemäß zu verwendende Leimungsmittelpräparation hinzu. Beim
Einsätz von Mischungen aus Diketen und den erfindungsgemäß zu
verwendenden Leimungsmitteln beträgt der Anteil an erfindungsge
mäß einzusetzendem Leimungsmittel 5 bis 50, vorzugsweise 15 bis
30 Gew.-%. Die gleichen Mengen werden auch bei einer getrennten
Dosierung von Diketen und erfindungsgemäß zu verwendender Lei
mungsmittelpräparation angewendet. Alle gebräuchlichen Fettalkyl
diketenemulsionen können Bestandteil der Leimungsmittelkombi
nation sein, z. B. Palmityl-, Stearyl- und Behenyldiketen oder
Mischungen der genannten Diketene.
Falls nicht anders angegeben, bedeuten die in den Beispielen an
gegebenen Teile Gewichtsteile, die Angaben in Prozent sind Ge
wichtsprozent. Der Leimungsgrad der Papiere wurde mit Hilfe des
Cobb-Wertes nach DTN 5 3132 bestimmt. Die Wirksamkeit der erfin
dungsgemäß zu verwendenden Copolymerisatdispersionen als Lei
mungsmittel wurde mit Hilfe eines Papiers ermittelt, das folgende
Zusammensetzung hatte:
50% gebleichter Sulfitzellstoff,
50% gebleichter Sulfatzellstoff,
30% Chinaclay, bezogen auf trockenen Zellstoff und
1% Alaun, bezogen auf trockenes Papier.
50% gebleichter Sulfitzellstoff,
50% gebleichter Sulfatzellstoff,
30% Chinaclay, bezogen auf trockenen Zellstoff und
1% Alaun, bezogen auf trockenes Papier.
Dieses Papier wird im folgenden mit Prüfpapier A bezeichnet. Es
war in der Masse ungeleimt und hatte ein Flächengewicht von
70 g/m2. Der Mahlgrad betrug 25°SR (Schopper-Riegler), der Asche
gehalt 18%. Die Präparationslösungen enthielten jeweils 2,5 g/l
bzw. 4 g/l des erfindungsgemäß zu verwendenden Copolymerisates,
bezogen auf den Feststoffgehalt der Dispersionen und 60 g/l einer
oxidativ abgebauten Stärke mit einer Viskosität ηi von 0,36 dl/g.
Der Neutralisationsgrad der Leimungsmittel betrug in allen Fällen
100%. Die Flottenaufnahme betrug in allen Fällen 90%, bezogen
auf trockenes Papier.
Nach der in der EP-A-04 12 389 gegebenen Herstellvorschrift für
die Dispersion T wird ein alternierendes Copolymerisat aus einem
C20- bis C24-Olefin-l-gemisch und Maleinsäureanhydrid herge
stellt. 406 Teile des so erhältlichen Maleinsäureanhydridcopoly
merisats mit einer Molmasse von 4500 g/Mol werden in dem Tempera
turbereich von 120 bis 145°C langsam mit 87 Teilen Morpholin ver
setzt. Nach Zugabe des Morpholins wird das Reaktionsgemisch noch
eine Stunde bei 140°C gerührt und danach auf Raumtemperatur abge
kühlt. 50 Mol-% der einpolymerisierten Maleinsäureanhydrideinhei
ten waren mit Morpholin amidiert.
59,2 Teile des mit Morpholin amidierten Copolymerisats wurden in
einer Mischung aus 8,2 Teilen konzentrierter Ammoniaklösung und
2,39 Teilen Wasser in einer Emulgiervorrichtung (Turrax) emul
giert. Man erhielt eine 19,5%ige dünnflüssige Dispersion.
54,2 Teile des für die Herstellung des Leimungsmittels 1 be
schriebenen amidierten Copolymerisates werden in einer wäßrigen
Lösung von 9,6 Teilen Morpholin in 255 Teilen Wasser mit Hilfe
eines Emulgiergerätes emulgiert. Man erhält eine wäßrige Disper
sion mit einem Feststoffgehalt von 18,1%.
49,3 Teile des für die Herstellung des Leimungsmittels 1 verwen
deten mit Morpholin amidierten Copolymerisates werden in einer
wäßrigen Lösung von 14,9 Teilen Triethanolamin und 257 Teilen
Wasser emulgiert. Man erhält eine dünnflüssige Dispersion mit
einem Feststoffgehalt von 17,5%.
Das bei der Herstellung des Leimungsmittels l beschriebene mit
Morpholin amidierte Copolymerisat aus einem C20- bis C24-Olefin
und Maleinsäureanhydrid wird in einer Mischung aus Ethylendiamin
und Wasser zu 100% neutralisiert. Der Feststoffgehalt der so an
fallenden Dispersion beträgt 18,5%.
Das bei der Herstellung von Leimungsmittel l beschriebene mit
Morpholin amidierte Maleinsäureanhydridcopolymerisat wird mit
einer Lösung von Diethylentriamin in Wasser neutralisiert, so daß
die Carboxylgruppen der Morpholinhalbamide der Copolymerisate zu
100% mit Diethylentriamin neutralisiert sind.
Das bei der Herstellung von Leimungsmittel 1 beschriebene Malein
säurecopolymerisat, das mit Morpholin amidiert ist, wird in einer
wäßrigen Lösung von N-Ethylpiperazin emulgiert. Dabei erfolgt
gleichzeitig eine 100%ige Neutralisation der Carboxylgruppen der
Morpholinhalbamide der Copolymerisate mit N-Ethylpiperazin.
Aus den oben beschriebenen Leimungsmitteln 1 bis 6 wurden dann
jeweils Präparationslösungen hergestellt, die 2,5 g/l und 4 g/l
des erfindungsgemäß zu verwendenden Copolymerisats in amidierter
neutralisierter Form und 60 g/l einer oxidativ abgebauten Stärke
enthielten. Die mit dem oben angegebenen Prüfpapier A erhaltenen
Leimungswerte sind in der folgenden Tabelle angegeben.
Nach den Angaben in Beispiel 5 der DE-B-25 44 948 wurde ein
α-Olefingemisch von C20- bis C24-Olefinen zunächst mit Malein
säureanhydrid copolymerisiert und dann wie dort angegeben mit
N,N-Dimethylpropandiamin-(1,3), anschließend mit Benzylchlorid,
dann mit Ethanolamin und Diethylentriamin umgesetzt und mit
Essigsäure versetzt. Man stellte dann Präparationslösungen her,
die 2,5 g/l bzw. 4,0 g/l des Copolymerisates und 60 g/l der
oxidativ abgebauten Stärke enthielten. Mit beiden Lösungen wurde
das Prüfpapier A geleimt. Bei einer Konzentration von 2,5 g/l der
Präparationslösung hatte das Prüfpapier A einen Cobb-Wert von
55 g/m2 und einer Konzentration von 4 g/l der Präparationslösung
einen Cobb-Wert von 43 g/m2.
Claims (6)
1. Verwendung von Copolymerisaten aus,
- a) C12- bis C40-Monoolefinen und
- b) Maleinsäureanhydrid oder Ttaconsäureanhydrid,
mit Molmassen von 800 bis 100 000 g/Mol in Form der zumin
dest partiell mit Alkalimetallbasen, Erdalkalimetallbasen,
Ammoniak oder Aminen neutralisierten Halbamide mit Morpholin
in wäßriger Lösung oder Dispersion als Leimungsmittel für
Papier.
2. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
zumindest partiell neutralisierten Halbamide der Copolymeri
sate durch radikalische Copolymerisation von
- a) C12- bis C40-Monoolefinen und
- b) Maleinsäureanhydrid oder Ttaconsäureanhydrid,
nach Art einer Substanzpolymerisation bei Temperaturen von
80 bis 300°C zu Copolymerisaten mit Molmassen von 800 bis
100 000 g/Mol, anschließende Amidierung der Anhydridgruppen
der Copolymerisate mit Morpholin zu Halbamiden und zumindest
partielle Neutralisation der Halbamide in wäßrigem Medium
mit Basen erhältlich sind.
3. Verwendung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man
die Amidierung durch Zugabe von Morpholin zu einer Schmelze
der bei der Substanzpolymerisation erhältlichen Copolymeri
sate so durchführt, daß 10 bis 50 Mol-% der aus den einpoly
merisierten Monomeren (b) insgesamt entstehenden Carboxyl
gruppen mit Morpholin amidiert sind.
4. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Carboxylgruppen der Morpholinhalbamide der Copolymerisate zu
mindestens 10 Mol-% mit Morpholin neutralisiert sind.
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