DE4323560A1 - Verbesserung der Naßfestigkeit von Papier mit gegenüber Cellulose reaktivem Leim und Polyvinylalkohol mit Aminfunktionalität - Google Patents
Verbesserung der Naßfestigkeit von Papier mit gegenüber Cellulose reaktivem Leim und Polyvinylalkohol mit AminfunktionalitätInfo
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Description
Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur
Verbesserung der Naßfestigkeitseigenschaften von
Cellulosepapier bzw. Zellstoffpapier (nachfolgend als
Cellulosepapier bezeichnet). Nach einem weiteren Aspekt
bezieht sie sich auf Papier, das die Kombination aus
gegenüber Cellulose reaktivem Leim und Polyvinylalkohol mit
Aminfunktionalität enthält.
Um die Eigenschaften von Papier zu verbessern und die
Fertigungskosten bei der Papierherstellung zu verringern,
werden der Stoffsuspension bzw. Papierbreiaufschlämmung vor
der Herstellung der Bögen oder nach dem anfänglichen Trocknen
des Papiers verschiedene Zusätze zugeführt. Diese Zusätze,
die dem Papierbrei in der wäßrigen Aufschlämmung zugeführt
werden, sind als Naßpartie-Zusätze bekannt und umfassen
Retentionshilfsmittel um Feinstoffe und Füllstoffe
zurückzuhalten, z. B. Alaun, Polyethylenimin, kationische
Stärken und ähnliche; Entwässerungshilfsmittel, wie
Polyethylenimin; Schaumverhütungsmittel; und Harz- oder
Leimzusätze, wie Mikrofasern und Adsorptionsmittel-
Füllstoffe. Andere Naßpartie-Zusätze umfassend Polymere, wie
kationische Polyarylamide und Poly(amid/amin/epichlorhydrin),
die zugesetzt werden, um sowohl die Naßfestigkeit als auch
die Trockenfestigkeit des Papiers zu verbessern. Es werden
auch Stärke, Guaran und Polyacrylamide zugesetzt, um
Verbesserungen der Trockenfestigkeit zu erreichen.
Gelegentlich werden Beleimungsmittel zugesetzt, um den
hydrophilen Cellulosederivatfasern einen hydrophoben
Charakter zu verleihen. Diese Mittel werden bei der
Herstellung von Papier für Flüssigkeitsbehälter, z. B. Milch
oder Saft, für Papierbecher und Oberflächen verwendet, die
mit wäßrigen Druckfarben bedruckt werden, bei denen es
erwünscht ist, daß das Verlaufen der Druckfarbe verhindert
wird. Diese Beleimungsmittel umfassen Harzleim, der von
Kiefern gewonnen wird, Wachsemulsionen und seit kurzem
gegenüber Cellulose reaktiven Leim.
Die Anwendung von Zusätzen für Papier nach dem anfänglichen
Trocknen des Blattes durch Sprühen, Kapillarsorption,
Eintauchen, Walzbeschichtung u.ä. wird oft als Trockenpartie
zusatz bezeichnet. Polyvinylalkohol, Acryl- oder Vinylacetat-
Emulsionen, Stärken, Beleimungsmittel, Polyurethane und SBR-
Latex (Styrol-Butadien-Kautschuklatex) werden üblicherweise
der Trockenpartie zugesetzt.
Es wird ständig nach Verbesserungen bei Naßfestigkeit-
Zusätzen für Papier gesucht. Es ist eine größere
Geschwindigkeit der Entwicklung der Naßfestigkeit
erforderlich, und viele Naßfestigkeits-Zusätze benötigen
sowohl Zeit als auch eine gewisse Temperatur, um ihre
Naßfestigkeitseigenschaften zu entwickeln. Eine anfängliche
Naßfestigkeit ist notwendig, um die Festigkeit der feuchten
Bahn während der Papierherstellung zu verbessern. G.G.
Spence, Encyclopedia of Polymer Science and Technology, 2.
Ausgabe, Wiley-Interscience, Bd. 10, Seiten 761-786, New York
(1987) gibt einen Überblick der Anwendbarkeit von
Papierzusätzen.
Die Verwendung von funktionellen Polymeren verschiedener
Arten ist seit Jahren als Maßnahme zur Verbesserung der
Papierherstellungsverfahren und der Papiereigenschaften
bekannt. Einige dieser Harze zur Verbesserung der
Naßfestigkeit von Papier beinhalteten Produkte, die von
Epihalogenhydrin abgeleitet sind. US-A-3 535 288 von Lipowski
et al. (1970) beschreibt ein verbessertes wärmehärtendes,
kationisches Polyamid-Epichlorhydrin-Harz, das bei der
Herstellung von naßfestem Papier vorteilhaft ist. US-A-3 715 336
von Nowak et al. (1973) beschreibt
Vinylalkohol/Vinylamin-Copolymere als vorteilhafte
Flockungsmittel bei der Klärung wäßriger Suspensionen und,
wenn diese mit Epichlorhydrin kombiniert werden, als
vorteilhafte, feuchtigkeitsbeständige Harze für Papier. Diese
Copolymere werden durch Hydrolyse von
Vinylcarbamat/Vinylacetat-Copolymeren hergestellt, die durch
Copolymerisation von Vinylacetat und Vinylisocyanat und
anschließende Umwandlung der Isocyanatfunktionalität mit
einem Alkanol in eine Carbamatfunktionalität hergestellt
werden. Außerdem beschreibt das Kanadische Patent Nr. 1 155 597
(1983) feuchtigkeitsbeständige Harze, die bei der
Papierherstellung verwendet werden, die Polymere von
Diallylamin, das mit Epihalogenhydrin zur Reaktion gebracht
wurde, und einem Vinylpolymer umfassen, das mit
Epihalogenhydrin zur Reaktion gebracht wurde, wobei das
Vinylpolymer aus einem Monomer gebildet wird, das durch
Reaktion eines aromatischen Vinylalkylhalogenids mit einem
Amin, z. B. Dimethylamin, hergestellt wurde.
Von Amiden abgeleitete funktionelle Polymere wurden ebenfalls
zur Verbesserung von Papierverfahren verwendet. US-A-3 597 314
von Lanbe et al. (1971) beschreibt, daß die Entwässerung
von Cellulosefasersuspensionen verbessert werden kann, indem
ein vollständig oder teilweise hydrolysiertes Polymer von N-
Vinyl-N-methylcarbonsäureamid zugesetzt wird. US-A-4 311 805
von Moritani et al. (1982) beschreibt Papierfestigkeits-
Zusätze, die durch Copolymerisation von Vinylester, z. B.
Vinylacetat, und einem Acrylamid-Derivat und anschließende
Hydrolyse der Estergruppen zu Hydroxygruppen hergestellt
werden. Das Vorhandensein der restlichen kationischen Gruppen
ermöglicht es, daß das Polymer auf den Papierbreifasern
adsorbiert wird. Die Anwendbarkeit dieser Polymere als
Beleimungsmittel, Entwässerungshilfsmittel, Hilfsmittel zur
Retention von Leim und als Bindemittel für Pigmente wird
beschrieben, jedoch nicht nachgewiesen. US-A-4 421 602 von
Brunnmueller, et al. (1983) beschreibt teilweise
hydrolysierte Homopolymere von N-Vinylformamid als
vorteilhafte Retentionsmittel, Entwässerungshilfsmittel und
Flockungsmittel bei der Papierherstellung. EP-A-0 331 047
(1989) nennt die Anwendbarkeit von Polyvinylamin mit hohem
Molekulargewicht als Naßpartie-Zusatz bei der
Papierherstellung zur Verbesserung der Trockenfestigkeit und
als Retentionshilfsmittel für Füllstoffe.
Kürzlich wurden Vinylamid-Copolymere beschrieben, die bei der
Papierherstellung vorteilhaft sind, um die Eigenschaften des
Produktes zu verbessern. US-A-4 774 285 von Pfohl et al.
(1988) beschreibt Polymere mit Aminfunktionalität, die durch
Copolymerisation von Vinylacetat oder Vinylpropionat mit N-
Vinylformamid (NVF) und anschließende 30 bis 100%ige
Hydrolyse hergestellt wurden, um die Formylgruppen und die
Acetyl- oder Propionylgruppen zu beseitigen. Dieses Copolymer
enthält 10 bis 95 Mol-% NVF und 5 bis 90 Mol-% Vinylacetate
oder Vinylpropionat. Diese hydrolysierten Copolymere sind bei
der Papierherstellung vorteilhaft, um die Trockenfestigkeit
und die Naßfestigkeit zu verbessern, wenn sie auf der Basis
der Trockenfaser in einer Menge von 0,1 bis 5 Gew.-%
zugesetzt werden. Dieses Polymer kann dem Papierbrei
zugesetzt oder auf das gebildete Blatt aufgebracht werden. Es
wird aufgeführt, daß die beiden verwendeten Polymere, um die
Trocken- und die Naßfestigkeit zu verbessern, vor der
Hydrolyse 40% und 60% N-Vinylformamid enthalten sollen.
Geringere Werte der Aminfunktionalität im Polyvinylalkohol
werden nicht als effektiv nachgewiesen.
US-A-4 808 983 von Itagaki, et al (1989) beschreibt ein
Vinylamin-Copolymer, z. B. ein Copolymer von N-Vinylformamid
und einem N-substituierten Acrylamid, von dem behauptet wird,
daß es als Mittel zur Versteifung bzw. Verfestigung von
Papier vorteilhaft ist, und EP-A-0 251 182 (1988) beschreibt
ein Vinylamin-Copolymer, das durch Hydrolyse eines Copolymers
von N-Vinylformamid und Acrylnitril oder Methacrylnitril
hergestellt wird. Es wird aufgeführt, daß dieses Produkt als
Entwässerungshilfsmittel, Retentionshilfsmittel und Mittel
zur Verbesserung der Festigkeit bei der Papierherstellung
vorteilhaft ist. Die aufgeführten Beispiele, um die
Versteifungswirkung des Polymers für Papier nachzuweisen,
verwendeten eine Stoffsuspension, die kationische Stärke, ein
Alkylketen-Dimer als Beleimungsmittel und ein Mittel zur
Verbesserung der Retention der Füllstoffe enthielt, es gibt
jedoch keinerlei Hinweis auf eine Wechselwirkung zwischen dem
Polymer und dem Beleimungsmittel.
Andererseits haben sich bestimmte Kombinationen von Zusätzen
als vorteilhafte Papierzusätze erwiesen. US-A-4 772 359 von
Linhart et al. (1988) beschreibt die Verwendbarkeit von
Homopolymeren oder Copolymeren von N-Vinylamiden, z. B. N-
Vinylformamid (NVF), in Kombination mit Phenolharz als
Entwässerungshilfsmittel in Stoffsuspensionen für die
Herstellung von Papier. Bei dieser Anwendung wird aufgeführt,
daß nicht hydrolysiertes Poly-NVF in Wechselwirkung mit dem
Phenolharz wirkt, während dies ein teilweise hydrolisiertes
Poly-NVF nicht tut (siehe Beispiel 6).
EP-A-0 337 310 (1989) beschreibt die Verbesserung der
Naßdruckfestigkeit bzw. Naßstauchfestigkeit von
Papierprodukten, wobei eine Kombination aus hydrolysiertem
Poly(vinylacetat-vinylamid) und einem anionischen Polymer
verwendet wird, z. B. CarboxymethylCellulose oder anionische
Stärke. Das hydrolysierte Polymer kann 1 bis 50 Mol.-%
Vinylamineinheiten enthalten, und es werden Beispiele von
Polymeren aufgeführt, die eine Aminfunktionalität von 3 bis
30% aufweisen.
Der oben genannte Beitrag von Spence für Encyclopedia of
Polymer Science and Engeneering, liefert einen umfassenden
Überblick über Papierzusätze, wobei die Funktionen und
Vorteile verschiedener Zusätze und Harze beschrieben werden,
die bei der Herstellung von Papier verwendet werden.
Naßpartie-Zusätze werden ausführlich beschrieben. Harze, die
Amingruppen enthalten, die eine kationische Funktionalität
liefern, und ein geringes Molekulargewicht aufweisen (103 bis
105), z. B. Polyethylenimin, werden verwendet, um zur
Zurückhaltung der Feinstoffe im Papier beizutragen. Auf
Acrylamid basierende wasserlösliche Polymere werden als
Zusätze verwendet um die Trockenfestigkeit von Papier zu
verbessern, während eine Vielzahl von Harzen, z. B. Melamin-
Formaldehyd-Harze, die Naßfestigkeit verbessert. Es wird
jedoch aufgeführt, daß Polyethylenimin keine kommerzielle
Bedeutung als feuchtigkeitsbeständiges Harz hat.
Beleimungsmittel werden verwendet, um das Eindringen von
Flüssigkeiten, insbesondere Wasser, in das Papier zu
verringern, das sehr hydrophil ist, wenn es ein
Cellulosederivat ist. Die beschriebenen Beleimungsmittel sind
auf Harz basierende Mittel, synthetische gegenüber Cellulose
reaktive Materialien, wie ein Alkylketen-Dimer (AKD),
Alkenylsuccinsäureanhydride (ASA) und Anhydride von
langkettigen Fettsäuren, z. B. Stearinsäureanhydrid, Wachs-
bzw. Paraffinemulsionen und Fluorchemikalien-Leim.
Kationische Retentionshilfsmittel, z .B. Alaun, kationische
Stärke oder ein feuchtigkeitsbeständiges Aminopolyamid-
Epichlorhydrin-Harz werden verwendet, um die Leimpartikel im
Blatt zurückzuhalten.
Marton, TAPPI J., Seiten 139 bis 43 (Nov. 1990) beschreibt
Reaktionen des Alkylketen-Dimers und betont, daß die
Hydrolyse eine Konkurrenzreaktion zur Veresterungsreaktion
zwischen AKD und Cellulose ist, wobei die Effektivität des
Leims verringert wird. Diese AKD-Leimemulsionen wurden mit
kationischer Stärke oder einem Poly(amin-amid
epichlorhydrin)-Harz stabilisiert, wobei das letztere viel
höhere Hydrolysegeschwindigkeiten zeigt. Sowohl AKD als auch
ASA bilden kovalente Esterbindungen mit den OH-Gruppen der
Cellulose, reagieren jedoch auch in Abhängigkeit von den
Bedingungen mit anderen OH-Gruppen im umgebenden Medium - zu
allererst durch die Hydrolyse mit Wasser.
Zhou, Paper Technology, Seiten 19 bis 22 (Juli 1991)
erläutert Untersuchungen der Beleimung mit AKD und legt nahe,
daß die AKD-Beleimung innerhalb eines Zeitraumes nach der
Anwendung zunimmt, insbesondere bei erhöhten Temperaturen.
Nunmehr wurde bei der Herstellung von Cellulosepapier mit
verbesserten Naßfestigkeitseigenschaften eine unerwartete
synergistische Wechselwirkung zwischen Polyvinylalkohol-
Polymeren mit Aminfunktionalität und gegenüber Cellulose
reaktivem Leim gefunden. Dieser gegenüber Cellulose reaktive
Leim ist eine Verbindung, die ein 4- oder 5gliedriger
cyclischer Ester oder ein Anhydrid mit Alkyl- oder
Alkenylsubstituenten ist, die jeweils mindestens acht
Kohlenstoffatome enthalten. Diese Polymere werden vorzugs
weise durch Copolymerisation von Vinylacetat und N-
Vinylformamid und anschließende Hydrolyse hergestellt, um ein
Copolymer mit relativ geringer Aminfunktionalität in der
Größenordnung von 1-25 Mol-% auf der Basis des eingearbei
teten Monomers herzustellen. Die bevorzugten Beleimungsmittel
sind Alkylketen-Dimere oder Alkylsuccin-säureanhydride.
Durch diese Erfindung wird ein Cellulosepapierprodukt mit
verbesserter Naßfestigkeit geschaffen, das Produkte enthält,
die gebildet werden, indem dem Papier während der Herstellung
eine Kombination von Polyvinylalkohol-Harz mit Aminfunktio
nalität und einem gegenüber Cellulose reaktiven Leim
zugesetzt wird, der ein 4- oder 5gliedriger cyclischer Ester
oder ein Anhydrid mit 1 oder mehr Alkyl- oder Alkenylsub
stituenten ist, die mindestens 8 Kohlenstoffatome enthalten.
Die beigefügte einzige Figur ist eine grafische Darstellung,
die die Eigenschaften der Naßreißfestigkeit von Papierproduk
ten dieser Erfindung, die verschiedene Kombinationswerte des
Alkylketen-Dimers (AKD) und des Polyvinylalkohol/Vinylamin-
Copolymers (PVOH/VAm · HCI) enthalten, mit den erwarteten
Zusatzstoffergebnissen vergleicht, die auf den Werten
basieren, die durch Verwendung des Polyvinylalkohols mit
Aminfunktionalität allein und des Alkylketen-Dimers allein
erhalten wurden.
Es hat sich gezeigt, daß der Polyvinylalkohol mit Aminfunk
tionalität, insbesondere Poly(vinylalkohol/vinylamin)-
Copolymere, in Kombination mit einem gegenüber Cellulose
reaktiven Leim, zum Beispiel ein Aklylketen-Dimer oder ein
Alkenylsuccinsäureanhydrid synergistische Naßfestigkeits
eigenschaften zeigen, wenn sie in Papier eingearbeitet
werden. Die Naßfestigkeit der Mischung (bei konstanten
Feststoffen) ist größer als die, die aus den addierten
Effekten des Copolymers und des Leims zu erwarten ist, wenn
diese allein verwendet werden. Diese enge Mischung zeigt eine
höhere Naßfestigkeit als jeder der Bestandteile, selbst beim
gleichen Gesamtwert des Zusatzes. Diese verbesserte Naßfe
stigkeit, die durch Kombination des feuchtigkeitsbeständigen
Polymers mit dem Beleimungsmittel erhalten wurde, war nicht
zu erwarten.
Polyvinylalkohol ist als Naßfestigkeits-Zusatz oder als
Zusatz in der Naßpartie des Papierverfahrens nicht effektiv,
da er für Papier nicht wesentlich ist und beim Vorhandensein
von Wasser entfernt wird. Überraschenderweise zeigen geringe
Werte der Aminfunktionalität im Polyvinylalkohol, vorzugs
weise 1 bis 25 Mol-% auf der Basis der eingearbeiteten
Monomere, wesentliche Merkmale bei der Retention in Gegenwart
von Wasser, dies führt sowohl beim Naßpartie- als auch beim
Trockenpartie-Zusatz zum Papier zu verbesserten physikali
schen Eigenschaften. Bei höheren Werten der Aminfunktiona
lität im Polyvinylalkohol ist die Ökonomie im allgemeinen
weniger günstig, und in einigen Fällen lassen sich statisti
sche Copolymere unter Anwendung von Verfahren schwer
synthetisieren, die den Verfahren ähnlich sind, die für die
Herstellung von Polyvinylacetat angewendet werden. Die
Einarbeitung von mehr als etwa 10 Mol-% N-Vinylformamid in
Polyvinylacetat ist tatsächlich schwierig, da die Veränderung
der Zusammensetzung zur Bildung von nichthomogenen Produkten
führt. Dies kann durch eine geeignete verzögerte Beschickung
des reaktiveren Monomers (NVF) gemindert werden.
Die bevorzugten Wege für Polyvinylalkohol mit Aminfunktio
nalität bestehen in der Synthese von Copolymeren von
Vinylacetat/N-Vinylamiden (zum Beispiel N-Vinylformamid, N-
Vinylacetamid), gefolgt von der Hydrolyse sowohl des
Vinylacetat (zu Vinylalkohol) als auch des Vinylamid (zu
Vinylamin). Auf der Basis der Reaktivitätsverhältnisse und
der Wirtschaftlichkeit ist die Einarbeitung von 5 bis
20 Mol-% des N-Vinylamid erwünscht. Ein weiterer bevorzugter
Weg besteht in der Reaktion von Polyvinylalkohol mit einem
Aminoaldehyd oder Aminoacetal. Dieses Aldehyd (oder Acetal)
reagiert mit den Hydroxylen von PVOH, was zu den entsprechen
den Amingruppen führt. Auf diesem Weg können bis zu 25 Mol-%
des Aldehyd eingearbeitet werden.
Polyvinylalkohol wird aus der Hydrolyse von Polyvinylacetat
hergestellt. Die Herstellung von Polyvinylacetat und die
Hydrolyse zu Polyvinylalkohol sind dem Fachmann allgemein
bekannt und werden detailliert in den Büchern
"Poly(vinylalcohol): Properties and Applications", heraus
gegeben von C.A. Finch, John Wiley & Sons, New York, 1973 und
"Poly(vinylalcohol) Fibers", herausgegeben von I. Sakurada,
Marcel Dekker, Inc., New York, 1985 beschrieben. In
Encyclopedia of Polymer Science and Engineering, 2. Ausgabe,
Bd. 17, S. 167, John Wiley & Sons, New York, 1989 gibt von
F.L. Marten einen neuen Überblick über Polyvinylalkohol.
Polyvinylacetat kann durch in der Technik allgemein bekannte
Verfahren hergestellt werden, diese umfassen Emulsions-,
Suspensions-, Lösungs- oder Blockpolymerisationsverfahren.
Rodriguez beschreibt in "Principles of Polymer Systems", S.
98-101, 403, 405 (McGraw-Hill, NY, 1970) Block- und
Lösungspolymerisationsverfahren und die Besonderheiten der
Emulsionspolymerisation. Polyvinylalkohol mit Aminfunk
tionalität kann durch Copolymerisation von N-Vinylamiden (zum
Beispiel N-Vinylformamid oder N-Vinylacetamid), N-Allylamiden
(zum Beispiel N-Alkyl-formamid), oder Allylamin (einschließ
lich sauren Salzen) mit Vinylacetat hergestellt werden, wobei
Verfahren angewendet werden, die für die Polymerisationen von
Polyvinylacetat eingesetzt werden. Eine Einarbeitung von N-
Vinylamiden von mehr als 10% (Mol) führt zu Produktverän
derungen, wenn keine verzögerte Zufuhr der N-Vinyalmide
angewendet wird. Bei Allylamin führen etwa 10 Mol-% zu einem
geringeren Molekulargewicht, als es erwünscht ist, folglich
enthalten die gewünschten Vinylalkoholpolymere bis zu
10 Mol-% Allylamin.
Wenn Polyvinylacetat durch Suspensionspolymerisation
hergestellt wird, wird das Monomer typischerweise in Wasser
dispergiert, das ein Suspensionsmittel enthält, zum Beispiel
Polyvinylalkohol, und danach wird ein Initiator zugesetzt,
wie zum Beispiel Peroxid. Das unreagierte Monomer wird als
flüchtiger Bestandteil entfernt, nachdem die Polymerisation
abgeschlossen ist, und das Polymer wird filtriert und
getrocknet. Dieses Verfahren zur Herstellung Polyvinylacetat
kann auch für die Vinylacetat-Copolymere dieser Erfindung
(als Vorstufen für Polyvinylalkohol mit Aminfunktionalität)
verwendet werden.
Polyvinylacetat kann auch durch Lösungspolymerisation
hergestellt werden, wobei das Vinylacetat in Gegenwart eines
Polymerisationsinitiators in einem Lösungsmittel gelöst wird.
Nach Abschluß der Polymerisation wird das Polymer durch
Koagulation gewonnen, und das Lösungsmittel wird durch
Entfernung der flüchtigen Bestandteile entfernt. Die
Vinylacetat-Copolymere (als Vorstufen für Polyvinylalkohol
mit Aminfunktionalität) können durch dieses Verfahren
hergestellt werden.
Bei der kommerziellen Herstellung von Polyvinylacetat oder
Vinylacetat-Copolymeren wird die Blockpolymerisation
normalerweise nicht durchgeführt, sie kann jedoch angewendet
werden, wenn geeignete Maßnahmen getroffen werden, um die
Polymerisationswärme abzuführen.
Die Hydrolyse der Vinylacetat/N-Vinylamid-Copolymere dieser
Erfindung kann unter Anwendung von Verfahren durchgeführt
werden, die typischerweise für Polyvinylalkohol angewendet
werden, wie sie in der oben genannten Entgegenhaltung genannt
sind. Es kann entweder eine Säure- oder Basenhydrolyse
durchgeführt werden, um den gewünschten Polyvinylalkohol mit
Aminfunktionalität zu erhalten. Im Falle der Säurehydrolyse
wird die Amingruppe protoniert, um eine positive Ladung zu
erzielen, die mit einer anionischen Gruppe neutralisiert wird
(zum Beispiel Cl⁻, Br⁻, HSO4⁻ , H2PO4⁻ u. a.). In dieser
Erfindung sind sowohl die Amin(-NH2)- oder die protonierten
Versionen (NH3⁺X⁻) geeignet.
Der gegenüber Cellulose reaktive Leim, der für diese
Erfindung von größtem Interesse ist, ist ein Alkylketen-Dimer
(AKD) und ein Alkenylsuccinsäureanhydrid (ASA). Das
Alkylketen-Dimer kann durch die Struktur dargestellt werden:
worin R und R1 unabhängig voneinander geradkettige oder
verzweigte Kohlenwasserstoffe sind, die 4 bis 20 Kohlen
stoffatome enthalten. Vorzugsweise ist R=R1. Zusätzlich zu den
Entgegenhaltungen, die im Abschnitt über den Stand der
Technik angegeben sind, wird die ACD-Technologie von Gess und
Lund, TAPPI J., S. 111 (Jan. 1991) und Cates et al. "The
Sizing of Paper", herausgegeben von W.F. Reynolds, TAPPI
Press, Atlanta (1989) erläutert. Es ist bekannt, daß diese
Materialien eine Mischung von Vinyl-B-lactonen und 2,4-
substituierten Cyclobutan-1,3-dionen umfassen, die im
Gleichgewicht gehalten werden können.
Alkenylsuccinsäureanhydrid (oder -säure) (ASA) hat die
Struktur:
worin R, R1 und R2 unabhängig voneinander H, CH3 oder C2-C18-
Alkyl sind und R+R1+R2 5-30 Kohlenstoffatome aufweisen. ASA
wird im allgemeinen durch Reaktion eines Isoalken mit
Maleinsäureanhydrid hergestellt. Die ASA-Beleimung von Papier
wird zusätzlich zu G.G. Spence (oben zitiert) von Hatanaka et
al. TAPPI J., S. 177 (Feb. 1991) und von Farley und Wasser,
"The Sizing of Paper", herausgegeben von W.F. Reynolds, TAPPI
Press, Atlanta (1989) beschrieben.
Diese Zusätze werden im allgemeinen als wäßrige Suspensionen
miteinander vermischt und können in das Papier eingearbeitet
werden, indem sie entweder der Naßpartie des Verfahrens
zugesetzt werden, diese Suspensionen der Papierbreiauf
schlämmung zugesetzt werden oder diese Zusätze auf das
Papierblatt in der Trockenpartie der Papierherstellung
angewendet werden. Die Gesamtmenge der Zusätze, die sowohl
das Polymer als auch den Leim umfassen, liegt normalerweise
im Bereich von 0,05 bis 4,0 Gew.-% auf der Basis des
trockenen Papierbreis.
Weitere Vorteile dieser Erfindung werden aus den folgenden
Beispielen deutlich.
Die Polymerisation von Poly(vinylacetat-co-N-vinylformamid)
(VAc-NVF) wurde durch Bildung des Tensids von NVF-co-VAc in
der Vormischungslösung durchgeführt, das die Emulsion/
Suspension für die Polymerisation des gewünschten
Poly(vinylacetat-co-N-vinylformamid) stabilisierte.
Die Anfangsbeschickung für diese Vormischungslösung bestand
aus 330 g entionisiertem Wasser, 20 g NVF (von Air Products
and Chemicals), 15 g VAc (von Hoechst-Celanese) und 1,0 g
tert.-Butylperoxyneodecanoat (Triganox® 23 von Noury
Chemicals). Die verzögerte Zufuhr betrug 340 g destilliertes
VAc und 27 g NVF.
Die Anfangsbeschickung wurde in einen ummantelten 5 l
Harzkessel gegeben, der mit einem mechanischen Rührer, einem
Kondensator, einem Stickstoffeinlaß, einem Thermoelement und
einem Tropftrichter ausgestattet war. Unter Rühren und bei
Abdeckung mit einem schwachen Stickstoffstrom wurde die
Mischung durch ein zirkulierendes Bad auf 60°C erwärmt, und
diese Temperatur wurde 30 Minuten lang aufrechterhalten. Die
verzögerte Zufuhr wurde anschließend innerhalb von einer
Stunde durch den Tropftrichter zugesetzt. Während der Zugabe
dieser verzögerten Zufuhr wurde die Lösung immer trüber und
die Polimerisationswärme erhöhte die Temperatur auf 66-68,
zu diesem Zeitpunkt begann der Rückfluß. Die Polimerisation
wurde weitere zwei Stunden lang durchgeführt, um einen Latex
mit 51% Feststoffen und einer Viskosität von 22.000 cPs
(mPa·s) zu erhalten. Das restliche Monomer betrug 1,6%, dies
wurde durch Bromat/Bromid-Titration bestimmt.
Nach der Filtration wurde der feuchte Kuchen des Polymers in
500 ml Methanol suspendiert. Eine Lösung aus 45 ml
konzentrierter HCl (36-38%) in 100 ml Methanol wurde der
Suspension zugesetzt, die eine Stunde lang im Rückfluß
erwärmt wurde. Das Trocknen im Vakuum bei 30°C ergab etwa 180
g eines hellgelben Materials in Pulverform, das sich leicht
in Wasser löste. Das Produkt war Polyvinylalkohol mit
Aminfunktionalität, PVOH/VAm·HCl, mit etwa 12 Mol-% VAm·HCl.
Rohfasermasse aus Kiefer vom Typ "Virgin Southern" wurde von
Herty erhalten (kanadischer Entwässerungsgrad ≈ 475).
Handbögen wurden wie folgt hergestellt und geprüft:
Das Protokoll für die Herstellung der Labor-Handbögen
basierte auf dem Verfahren, das von TAPPI 205 abgeleitet ist.
Ausreichend feuchter Papierbrei, so daß 24 g Papierbrei auf
der Trockenbasis enthalten waren, wurde mindestens drei
Stunden lang in etwa 1800 ml Leitungswasser eingeweicht.
Diese Aufschlämmung wurde dann in einen britischen Standard-
Disintegrator bzw. -Rechenwolf für Zellstoff gegeben, alle zu
verwendenden Naßpartie-Zusätze (z . B. Allaun, anionische
Stärke und Polyvinylalkohol mit Aminfunktionalität) wurden
zugesetzt; das Endvolumen wurde auf 2000 ml gebracht, und die
Mischung wurde mit 50.000 Umdrehungen gerührt. Nach dem
Mischen wurde der Inhalt in einen 10 l Kunststoffbehälter
gegeben und auf ein Endvolumen von 7,2 l verdünnt (etwa 0,33%
Konsistenz, wobei das nachfolgend beschriebene Verfahren
angewendet wurde). Der pH-Wert wurde unter Verwendung von
0,1 m Schwefelsäure oder 0,1 m Natriumhydroxid auf den
gewünschten Wert eingestellt. Diese Aufschlämmung wurde mit
einem Labormischer 30 Minuten lang bei geringer Geschwin
digkeit gerührt.
12-16 aliquote Mengen von 400 ml wurden aus dem Behälter
entnommen und in 600 ml Bechergläser gegeben. Diese Stoffsus
pensionen lassen sich schwer gießen, wenn gleichzeitig eine
einheitliche Faserkonzentration aufrechterhalten werden soll,
so daß das folgende Verfahren verwendet wurde, um die aliquo
ten Mengen mit ziemlich einheitlichen Faserkonzentrationen zu
erhalten. Die Stoffsuspension wurde mit einem großen Spatel
gerührt, ein 400 ml Becherglas wurde unter die Oberfläche
getaucht, und das Rühren wurde unterbrochen. Der Becher wurde
bis zum Rand voll direkt aus dem Behälter entnommen, und
danach wurde der gesamte Inhalt in ein 600 ml Becherglas
gegeben. Es wurde eine britische Standard-Handbogenmaschine
verwendet, um aus jedem Becherglas dieser Aufschlämmung
Handbögen zu machen, wie es im Verfahren TAPPI Method 205
beschrieben ist. Nachdem die Bögen wie beschrieben gepreßt
worden waren, wurden sie über Nacht in einer Kammer mit
konstanter Temperatur/Feuchtigkeit konditioniert, die mit
23°C und 50% relativer Feuchtigkeit (RH) betrieben wurde. Die
Handbögen wurden von Trockenplatten mit einer Spiegelober
fläche entnommen, konnten 15-30 Minuten lang bei Raumtem
peratur (RT) ins Gleichgewicht kommen, wurden gewogen und
wurden bis zur Prüfung in Polyethylenbeuteln mit Reißver
schluß aufbewahrt.
Das für die Bestimmung der Konsistenz des Papierbreis verwen
dete Verfahren war dem Verfahren TAPPI Method 240 ähnlich.
Filterpapierbeutel von Whatman #1 wurden bei 105°C 15 Minuten
lang im Ofen getrocknet, bei RT 5 Minuten lang ins Gleichge
wicht gebracht und gewogen, um das Trockenbasisgewicht zu
bestimmen. Etwa 2 g des feuchten Papierbreis wurden exakt in
ein 600 ml Becherglas eingewogen und mit 300 ml Wasser
aufgeschlämmt. Diese Aufschlämmung wurde in einen kleinen
Mischer vom Typ "Waring Blendor" gegeben und 30 Sekunden lang
bei geringer Geschwindigkeit gerührt. Diese dispergierte
Aufschlämmung wurde unter Verwendung eines vorgewogenen
Filterpapiers filtriert, und diese feuchte Matte wurde 15
Minuten lang bei 105°C auf einem Schnelltrockner von Emerson
getrocknet. Die getrocknete Matte wurde 15 Minuten lang bei
Raumtemperatur ins Gleichgewicht gebracht und gewogen. Somit
wurde die Menge des trockenen Papierbreis in der
ursprünglichen Probe bestimmt.
Bei jedem neuen Behälter oder jeder Papierbreiprobe, die für
die Handbogenherstellung verwendet wurde, wurden drei Proben
von verschiedenen Stellen in der Probe entnommen und die
Konsistenz wurde wie oben beschrieben bestimmt. Die so
bestimmte durchschnittliche Konsistenz wurde bei allen
folgenden Ansätzen für Handbögen verwendet, wobei dieses
Material angewendet wurde.
Das in diesen Beispielen verwendete grundsätzliche Aus
wertungsverfahren war die Zugbruchfestigkeit von Papier
streifen, die mit einer "Instron"-Maschine gemessen wurde
(siehe TAPPI Method 495). Zehn Streifen mit einer Breite von
0,5 inch (1,27 cm) wurden von diesem Satz der auszuwertenden
Handbögen abgeschnitten, wobei eine für diesen Zweck
gestaltete Schnittvorrichtung für Papierstreifen verwendet
wurde. Von jedem Satz wurden fünf Streifen nach dem
Trockenmodus geprüft, um die Zerreißfestigkeit in Einheiten
lbs/in Breite (kg/cm) zu bestimmen. Die anderen fünf Streifen
wurden 30 Minuten lang in Leitungswasser eingeweicht, mit
einer Papierserviette leicht abgetupft und danach sofort mit
dem gleichen Verfahren geprüft, dies ergab folglich die
Naßreißfestigkeit. Unabhängige Versuche zeigten, daß eine
Einweichzeit von 30 Minuten ausreichend war, um das Papier
vollständig zu sättigen. Einige Versuche umfaßten unter
schiedliche Einweichzeiten in Wasser, dies ist in den
Beispielen aufgeführt.
Es wurden zwei Konditionierserien angewendet: (a) sieben Tage
lang bei Raumtemperatur und (b) sieben Tage lang bei
Raumtemperatur plus eine Stunde bei 100°C. Es wurden Hand
bögen hergestellt, bei denen keine Additive (Kontrollbeispiel
2) und das Polymer des Beispiels 1 Alkylketen-Dimer (AKD)
oder beide verwendet wurden, dies ist in Tabelle 1 gezeigt,
die auch die Werte für den Index der Naßreißfestigkeit und
der Trockenreißfestigkeit angibt, die wie oben beschrieben
bestimmt wurden.
Die in Tabelle 1 aufgeführten Ergebnisse sind in der Figur
dargestellt, die das synergistische Verhalten graphisch
zeigt. Diese Werte zeigen die Naßfestigkeitswerte für Papier,
das sowohl AKD als auch PVOH/VAm·HCl enthält, die deutlich
höher als die addierten Effekte sind, die aus der Anwendung
jedes Materials allein zu erwarten wären. In der Figur zeigen
die Kurven (a) und (a′) die tatsächlichen bzw. die erwarteten
Werte für den Index der Naßreißfestigkeit von Proben, die
sieben Tage lang bei Raumtemperatur konditioniert wurden. Die
Kurven (b) und (b′) zeigen die tatsächlichen bzw. die
erwarteten Werte für den Index der Naßreißfestigkeit von
Proben, die sieben Tage lang bei Raumtemperatur und eine
Stunde lang bei 100°C konditioniert worden waren.
Die Eigenschaften (naß und trocken) der Proben von diesen
Handbögen sind in Tabelle 2 aufgeführt.
PVOH/VAm·HCl wurde in Wasser gelöst und vor der Herstellung
der Handbögen der Stoffsuspension im Rechenwolf für Zellstoff
zugesetzt. Das verwendete AKD war Hercon® 70 (Hercules). Es
ist ein auf Wasser basierendes System, von dem angenommen
wird, daß es auch etwas kationische Stärke enthält, um die
Wasserdispersion (Emulsion) zu stabilisieren. Wenn beide
zusammen verwendet wurden, wurden PVOH/VAm·HCl und AKD vor
der Zugabe zur Stoffsuspension im Rechenwolf für Zellstoff im
Wasser gelöst. Das AKD ist als Emulsion erhältlich und es
wurde das Trockengewicht bestimmt, um den verwendeten
Prozentsatz festzustellen. Wenn AKD allein verwendet wurde,
wurde es vor der Zugabe zur Stoffsuspension im Rechenwolf für
Zellstoff in Wasser verdünnt.
Proben der Beispiele 2, 3, 5 und 7 wurden geprüft, wobei der
Berstfestigkeits-Standardversuch verwendet wurde. Die
Versuche wurden trocken und naß durchgeführt. Der Trocken
versuch umfaßte jeweils fünf Proben, die vor der Prüfung
jeweils getrocknet und bei 50% RH und Raumtemperatur
konditioniert wurden. Beim Naßberstversuch wurden zwei
Bedingungen angewendet. Die gewählten Bedingungen bestanden
in einer sofortigen Befeuchtungszeit (etwa 2 Sekunden lang
eintauchen) und einem fünf Minuten langen Eintauchen in
Wasser, danach folgte das Abtupfen auf Adsorptionspapier, um
das überschüssige Wasser zu entfernen. Die Berstversuche
wurden danach sofort durchgeführt. Die Werte sind in Tabelle
3 aufgeführt. Die Kombination von AKD und PVOH/VAm·HCl ergab
eine bessere Naßberstfestigkeit als AKD oder PVOH/VAm·HCl
allein beim gleichen Gesamtwert des Zusatzes.
Eine Probe von nassem Papierbrei (kanadischer Entwässerungs
grad ∼700) (unbehandelt bzw. ungebleicht) wurde von James
River erhalten. Nach dem in den Beispielen 2-10 verwendeten
Verfahren wurden Handbögen hergestellt und geprüft, abgesehen
vom Polymer- und Leimzusatz, die in Tabelle 4 als Gewichts
prozent auf der Basis des Gewichtes des trockenen Papierbreis
angegeben sind. Das Polymer war PVOH/VAm·HCl von Beispiel 1
und die Beleimungsmittel waren Alkenylsuccinsäureanhydride
(ASA), und zwar Dodecenylsuccinsäureanhydrid (DDSA),
Octenylsuccinsäureanhydride (OSA) oder n-Octadecenylsuccin
säureanhydrid (n-ODSA). DDSA und n-ODSA wurden von Humphrey
Chemical Company erhalten und OSA von Milliken Chemical
Company. Tabelle 4 führt auch die Werte für den Naßreiß
festigkeitsindex und den Trockenreißfestigkeitsindex auf.
Der Vergleich des Index der Naßreißfestigkeit und des Index der
Trockenreißfestigkeit für die Mischungen ASA-PVOH/VAm·HCl mit
dem erwarteten Ergebnis unter Annahme der Addierbarkeit ist in
Tabelle 5 angegeben. Die erwartete Addition wurde aus dem
Durchschnitt der unvermischten ASA- und PVOH/VAm·HCl-Kontroll
proben berechnet. In allen Fällen war der Index der Naßreiß
festigkeit gleich oder größer als die Additionsberechnung, dies
zeigt das synergistische Verhalten, das auch bei AKD-
PVOH/VAm·HCl-Mischungen beobachtet wurde, obwohl es dort nicht
so ausgeprägt ist. In den meisten Fällen zeigte der Index der
Trockenreißfestigkeit bei dieser Mischung im Vergleich mit der
Additionsberechnung im allgemeinen höhere Werte.
Unter Anwendung des in den vorangegangenen Beispielen
beschriebenen Verfahrens wurden aus gebleichtem Kraftzellstoff
Handbögen hergestellt, der von der State University in New York
erhalten wurde, wobei das PVOH/VAm·HCl-Polymer von Beispiel 1
und AKD als Zusätze verwendet wurden. Bei den konditionierten
Proben wurden Prüfungen der Naß- und Trockenreißfestigkeit
durchgeführt, die Ergebnisse sind in Tabelle 6 gezeigt.
Obwohl das Papier aus gebleichtem Papierbrei eine geringe oder
keine Verbesserung der Trockenreißfestigkeit gegenüber der
Additionskombination aufwies, bestand deutlich ein synergi
stisches Verhalten zwischen AKD und dem PVOH/VAm·HCl bei der
Verbesserung der Naßreißfestigkeit. Das Polymer allein ergab
eine unbedeutende Verbesserung der Naßreißfestigkeit für den
gebleichten Papierbrei im Gegensatz zu deutlicheren Zunahmen,
die für den ungebleichten Papierbrei beobachtet wurden, wie es
durch die Beispiele 2 und 3 gezeigt wird. Wenn mit AKD
kombiniert wurde, waren die Ergebnisse für den ungebleichten
Papierbrei trotzdem besser, als sie aus den Additionseffekten
von AKD und dem Polymer allein in diesem Produkt erwartet
worden waren.
Bei verschiedenen Handbögen aus ungebleichtem Papierbrei (James
River Pine), die mit Mischungen aus AKD-kationischer Stärke
hergestellt wurden, die in der Papierindustrie üblicherweise
verwendet werden, wurden Auswertungen der Eigenschaften der
Naß- und Trockenreißfestigkeit vorgenommen. Die Herstellung,
die Konditionierung und die Prüfverfahren waren wie in den
vorangegangenen Beispielen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 7
gezeigt.
Die Werte der Tabelle 7 zeigen, daß es zwischen AKD und der
kationischen Stärke im Hinblick auf eine Verbesserung der
Reißfestigkeit keine Synergese gibt. Die Verwendung von AKD
allein mit 0,5 Gew.-% scheint die Naßreißfestigkeit gegenüber
der Kontrolle (Beispiel 25) nicht zu verbessern, und die Ver
wendung mittlerer Werte von AKD (0,25 Gew.%) lieferte Werte,
die proportional oder darunter waren. Für die Werte der
Trockenreißfestigkeit wurde kein konsequenter Trend fest
gestellt.
Polyvinylalkohol (PVOH) wurde anstelle kationischer Stärke, wie
es in den Beispielen 27 bis 30 gezeigt ist, mit AKD verwendet.
Der PVOH war Vinol 205 von Air Products and Chemicals. Inc.
PVOH zeigte allein oder mit AKD keine Verbesserung der
Zerreißfestigkeit.
Es wurden Sorptionsprüfungen für Wasser bei Handbögen
vorgenommen, die von Papierbrei von "James River Pine" und von
ungebleichtem Papierbrei von Herty hergestellt worden waren,
die mit AKD und PVOH/VAm·HCl allein oder zusammen in ver
schiedenen Verhältnissen bei einem gesamten Zusatz von
0,5 Gew.-% modifiziert worden waren. Die Ergebnisse mit dem
Polymer allein zeigten, daß die Wassersorption nur etwas
geringer als die Kontrolle war, wobei die Sättigung nahezu
sofort beim Eintauchen beobachtet wurde. Die Modifizierung mit
AKD zeigte eine viel geringere Sorption, diese nahm mit der
Zeit zu. Diese verringerte Sorptionswirkung für Wasser wurde
auch für die Mischung AKD-PVOH/VAm·HCl beobachtet, wobei der
größte Vorteil der reduzierten Sorption bei 0,1 Gew.-% AKD
(0,4 Gew.-% Polymer) und ein im wesentlichen vollständiger
Vorteil bei Werten von 0,2, 0,3 und 0,4 Gew.-% AKD (entspre
chend 0,3, 0,2 und 0,1 Gew.-% Polymer) erreicht wurden. Aus
dieser Untersuchung wird deutlich, daß AKD, wenn es mit AKD-
PVOH/VAm·HCL verwendet wird, zusätzlich zur synergistischen
Verbesserung der Naßreißfestigkeit von Papier (in Wechsel
wirkung mit dem Polymer) auch weiterhin als Beleimungsmittel
dient.
Bei dieser Erfindung sind weitere Polyvinylalkohole vorteil
haft, die ein primäres Amin enthalten. Die Reaktion von
Polyvinylalkohol mit 4-Aminobutyraldehyddimethylacetal (ABAA)
H2N-CH2-CH2-CH2-CH(OMe)2 ermöglicht einen weiteren einfachen
Weg für die Einarbeitung eines primären Amins. Eine Probe von
Polyvinylalkohol, Airvol 325LA wurde mit 10 Mol-% ABAA in einer
Wasserlösung zur Reaktion gebracht (siehe Synthesebeispiel 35).
Das resultierende Produkt wurde nach dem aufgestellten Versuchs
protokoll ausgewertet, das bei den anderen Beispielen aufge
führt wurde. Bei Verwendung des Papierbreis "James River"
(Kanadischer Entwässerungsgrad ∼700) sind die Werte für den
Naß- und Trockenreißfestigkeitsindex für den Zusatz von 0,5%
PVOH/ABAA, 0,5% AKD, 0,25% PVOH/ABAA/0,25% AKD gezeigt. Die
Ergebnisse zeigen, daß die Mischung höhere Werte erzielt, als
es aus der Addition zu erwarten ist.
Polyvinylalkohol (Airvol 325LA, 20,00 g, 0,454 Mol) wurde unter
Stickstoff in Wasser (100 ml) mit 80°C gelöst. Nach dem
Auflösen wurden der Reaktion gleichzeitig mit weiterem Wasser
(30 ml) konzentrierte Chlorwasserstoffsäure (6,53 g, 0,0681 Mol)
und 4-Aminobutyraldehyddimethylacetal (6,05 g, 0,454 Mol)
zugesetzt. Die Reaktion wurde 4,5 Stunden lang unter Stickstoff
bei 80°C fortgesetzt. Die Reaktion wurde nicht neutralisiert.
Das Wasser wurde auf einem Rotationsverdampfer entfernt und das
Produkt wurde in einem Vakuumofen weiter getrocknet (50°C/1
Torr (1,3×102 Pa)) um 27,68 g des Produktes zu erhalten.
Claims (12)
1. Verfahren zur Verbesserung der Naßfestigkeit von
Cellulosepapier, dadurch gekennzeichnet, daß dem Papier
während des Papierherstellungsverfahrens ein Polyvinyl
alkohol mit Aminfunktionalität und ein 4- oder 5-
gliedriger cyclischer Ester oder ein Anhydrid mit Alkyl-
oder Alkenylsubstituenten zugesetzt wird, die jeweils
mindestens 4 Kohlenstoffatome enthalten.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Copolymer oder der cyclische Ester oder das
Anhydrid der Aufschlämmung des Papierbreis zugesetzt
werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Copolymer und der cyclische Ester oder das
Anhydrid dem Papierbogen zugesetzt werden.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der cyclische Ester oder das
Anhydrid ein gegenüber Cellulose reaktives Beleimungs
mittel ist und der Polyvinylalkohol mit Aminfunktionalität
ein feuchtigkeitsbeständiges Poly(vinylalkohol/vinylamin)-
Harz ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß das Beleimungsmittel ein Alkylketen-Dimer ist, das die
Strukturformel aufweist:
worin R und R1 unabhängig voneinander geradkettige oder
verzweigte Kohlenwasserstoffe sind, die 4 bis 20 Kohlen
stoffatome enthalten.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch
gekennzeichnet, daß das Beleimungsmittel ein Aklenyl
succinsäureanhydrid ist, das die Strukturformel aufweist:
worin jedes R, R1 und R2 unabhängig voneinander H, CH3
oder C2-C18-Aklyl sind und R+R1+R2 5 bis 30 Kohlenstoff
atome aufweisen.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß das Copolymer ein hydrolysiertes
Copolymer aus Vinylacetat und auf der Basis des eingear
beiteten Monomers 1 bis 25 Mol-% N-Vinylformamid ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß das Copolymer vor der Hydrolyse 5 bis
20 Mol-% des eingearbeiteten N-Vinylformamid enthält.
9. Cellulosepapierprodukt mit verbesserter Naßfestig
keit, dadurch gekennzeichnet, daß es Produkte enthält, die
gebildet werden, indem dem Papier während der Herstellung
eine Kombination aus einem Polyvinylalkohol-Harz mit
Aminfunktionalität und einem gegenüber Cellulose reaktiven
Leim zugesetzt wird, der ein 4- oder 5-gliedriger cycli
scher Ester oder ein Anhydrid mit 1 oder mehreren Alkyl-
oder Alkenylsubstituenten ist, die jeweils mindestens 8
Kohlenstoffatome enthalten.
10. Produkt nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
das Harz ein hydrolisiertes Copolymer von Vinylacetat und
auf der Basis des eingearbeiteten Monomers 1 bis 25 Mol-%
N-Vinylformamid ist und der Leim ein Alkylketen-Dimer oder
Alkenylsuccinsäureanhydrid ist.
11. Produkt nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch
gekennzeichnet, daß das Harz und der Leim auf der Basis
des trockenen Papierbreis jeweils in einer Menge von 0,05
bis 4,0 Gew.-% zugegeben wurden.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß der Polyvinylalkohol mit Aminfunktio
nalität das Reaktionsprodukt von 4-Aminobutyraldehyd und
einem Polyvinylalkohol-Homopolymer oder -Copolymer ist.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US91466192A | 1992-07-15 | 1992-07-15 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4323560A1 true DE4323560A1 (de) | 1994-01-20 |
DE4323560C2 DE4323560C2 (de) | 2002-07-18 |
Family
ID=25434624
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE4323560A Expired - Fee Related DE4323560C2 (de) | 1992-07-15 | 1993-07-14 | Verwendung eines Polyvinylalkohols mit Aminfunktionalität und eines gegenüber Cellulose reaktiven Leims während des Papierherstellungsverfahrens zur Verbesserung der Naßfestigkeit von Cellulosepapier |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5397436A (de) |
JP (1) | JP3010592B2 (de) |
CA (1) | CA2100117C (de) |
DE (1) | DE4323560C2 (de) |
GB (1) | GB2268758B (de) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6379499B1 (en) | 1999-09-28 | 2002-04-30 | University Of Georgia Research Foundation, Inc. | Polymer-aldehyde additives to improve paper properties |
WO2005095710A1 (de) * | 2004-03-31 | 2005-10-13 | Dresden Papier Gmbh | Papiere mit hohem durchdringungswiderstand gegen fette und öle und verfahren zu deren herstellung |
DE102009001382A1 (de) | 2009-03-06 | 2010-09-09 | Kuraray Europe Gmbh | Hydrophob modifizierte Polyvinylalkohole und Polyvinylacetale |
Families Citing this family (30)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19520092A1 (de) * | 1995-06-01 | 1996-12-05 | Bayer Ag | Verfahren zur Papierveredlung unter Verwendung von Polyisocyanaten mit anionischen Gruppen |
AU6597996A (en) * | 1995-07-27 | 1997-02-26 | Cytec Technology Corp. | Synthetic cationic polymers as promoters for ASA sizing |
US6494990B2 (en) | 1995-08-25 | 2002-12-17 | Bayer Corporation | Paper or board with surface of carboxylated surface size and polyacrylamide |
US6034181A (en) * | 1995-08-25 | 2000-03-07 | Cytec Technology Corp. | Paper or board treating composition of carboxylated surface size and polyacrylamide |
US6027611A (en) * | 1996-04-26 | 2000-02-22 | Kimberly-Clark Worldwide, Inc. | Facial tissue with reduced moisture penetration |
US6426383B1 (en) * | 1997-05-28 | 2002-07-30 | Nalco Chemical Company | Preparation of water soluble polymer dispersions from vinylamide monomers |
US6162328A (en) * | 1997-09-30 | 2000-12-19 | Hercules Incorporated | Method for surface sizing paper with cellulose reactive and cellulose non-reactive sizes, and paper prepared thereby |
US6107401A (en) * | 1998-03-26 | 2000-08-22 | Air Products And Chemicals, Inc. | Process for producing amine functional derivatives of poly (vinyl alcohol) |
US6510949B1 (en) * | 1998-04-09 | 2003-01-28 | Papcel - Papier Und Cellulose, Technologie, Und Handels-Gmbh | Filter material having adjustable wettability and method for its manufacture |
CA2277131A1 (en) | 1998-08-14 | 2000-02-14 | Schweitzer-Mauduit International, Inc. | Process for increasing the wet strength of porous plug wraps for use in smoking articles |
US6296696B1 (en) | 1998-12-15 | 2001-10-02 | National Starch & Chemical Investment Holding Corporation | One-pass method for preparing paper size emulsions |
US6414055B1 (en) | 2000-04-25 | 2002-07-02 | Hercules Incorporated | Method for preparing aqueous size composition |
JP4876320B2 (ja) * | 2001-03-26 | 2012-02-15 | 王子製紙株式会社 | マルチパック用紙 |
US7090745B2 (en) * | 2002-09-13 | 2006-08-15 | University Of Pittsburgh | Method for increasing the strength of a cellulosic product |
US7494566B2 (en) * | 2002-09-13 | 2009-02-24 | University Of Pittsburgh - Of The Commonwealth System Of Higher Education | Composition for increasing cellulosic product strength and method of increasing cellulosic product strength |
WO2004037930A2 (en) * | 2002-10-24 | 2004-05-06 | Spectra-Kote Corporation | Coating compositions comprising alkyl ketene dimers and alkyl succinic anhydrides for use in paper making |
US7144946B2 (en) | 2002-12-19 | 2006-12-05 | Hugh McIntyre Smith | Cationic polyvinyl alcohol-containing compositions |
US20040118540A1 (en) * | 2002-12-20 | 2004-06-24 | Kimberly-Clark Worlwide, Inc. | Bicomponent strengtheninig system for paper |
US6936136B2 (en) * | 2002-12-31 | 2005-08-30 | Kimberly-Clark Worldwide, Inc. | Amino-functionalized pulp fibers |
JP2005171410A (ja) * | 2003-12-10 | 2005-06-30 | Seiko Pmc Corp | 紙及び製造方法 |
US7347263B2 (en) * | 2004-02-27 | 2008-03-25 | University of Pittsburgh - of the Commonwealth of Higher Education | Networked polymeric gels and use of such polymeric gels in hydrocarbon recovery |
UA100673C2 (uk) | 2006-07-21 | 2013-01-25 | Ксилеко, Инк. | Спосіб переробки целюлозної або лігноцелюлозної біомаси (варіанти) |
EP2152779B1 (de) * | 2007-05-11 | 2018-10-24 | Aeris Therapeutics, LLC | Lungenvolumenverringerungstherapie unter verwendung von vernetzten nicht-natürlichen polymeren |
US8647471B2 (en) * | 2010-12-22 | 2014-02-11 | Bayer Materialscience Llc | Process for the production of sized and/or wet-strength papers, paperboards and cardboards |
FI123717B (fi) * | 2011-10-10 | 2013-10-15 | Stora Enso Oyj | Pakkauskartonki, sen käyttö ja siitä tehdyt tuotteet |
WO2014132175A1 (en) * | 2013-03-01 | 2014-09-04 | Basf Se | Aqueous emulsion of a sizing agent |
US9562326B2 (en) * | 2013-03-14 | 2017-02-07 | Kemira Oyj | Compositions and methods of making paper products |
TWI703936B (zh) * | 2015-03-27 | 2020-09-11 | 瑞士商菲利浦莫里斯製品股份有限公司 | 用於電熱式氣溶膠產生物件之紙質包覆材料 |
US11345807B2 (en) | 2018-11-02 | 2022-05-31 | Buckman Laboratories International, Inc. | Synthesis of re-pulpable temporary wet strength polymer for tissue application |
CN113303496A (zh) * | 2021-06-11 | 2021-08-27 | 河南中烟工业有限责任公司 | 一种保润沟槽滤棒和沟槽纸的制备方法及保润沟槽滤棒 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3203189A1 (de) * | 1982-01-30 | 1983-08-04 | Bayer Ag, 5090 Leverkusen | Leimungsmittel und seine verwendung |
DE3534273A1 (de) * | 1985-09-26 | 1987-04-02 | Basf Ag | Verfahren zur herstellung von vinylamin-einheiten enthaltenden wasserloeslichen copolymerisaten und deren verwendung als nass- und trockenverfestigungsmittel fuer papier |
Family Cites Families (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2961366A (en) * | 1957-02-27 | 1960-11-22 | Hercules Powder Co Ltd | Sized paper and method of making same |
DE1692854A1 (de) * | 1967-11-29 | 1971-10-21 | Hoechst Ag | Verfahren zur Entwaesserung von Cellulosefaser-Suspensionen |
US3535288A (en) * | 1968-04-30 | 1970-10-20 | Diamond Shamrock Corp | Cationic polyamide-epichlorohydrin resins |
US3715336A (en) * | 1971-01-07 | 1973-02-06 | Dow Chemical Co | Copolymers of vinyl amine and vinyl alcohol as flocculants |
AU529801B2 (en) * | 1978-06-19 | 1983-06-23 | Monsanto Company | Paper additives |
GB2056997B (en) * | 1979-07-12 | 1983-04-07 | Kuraray Co | Copolymers containing cationic groups |
DE3128478A1 (de) * | 1981-07-18 | 1983-02-03 | Basf Ag, 6700 Ludwigshafen | Verfahren zur herstellung von linearen, basischen polymerisaten |
JPS60246896A (ja) * | 1984-05-22 | 1985-12-06 | 電気化学工業株式会社 | 製紙用サイズ剤組成物 |
DE3620065A1 (de) * | 1986-06-14 | 1987-12-17 | Basf Ag | Verfahren zur herstellung von papier, pappe und karton |
DE3720194C2 (de) * | 1986-06-19 | 1997-07-10 | Mitsubishi Chem Corp | Vinylamincopolymere, Verwendung als Ausflockungsmittel und Verfahren zu ihrer Herstellung |
CA1283748C (en) * | 1986-06-25 | 1991-04-30 | Takaharu Itagaki | Vinylamine copolymer, flocculating agent and paper strength increasingagent using the same, as well as process for producing the same |
JPS63145500A (ja) * | 1986-07-18 | 1988-06-17 | 住友化学工業株式会社 | 中性紙の製造方法 |
EP0331047A1 (de) * | 1988-03-04 | 1989-09-06 | Air Products And Chemicals, Inc. | Papierherstellungsverfahren, das die Zugabe von Poly(vinylaminen) mit hohem Molekulargewicht zum Cellulosefaserbrei in der Nasspartie umfasst |
EP0337310A1 (de) * | 1988-04-15 | 1989-10-18 | Air Products And Chemicals, Inc. | Poly(Vinylalkohol-Vinylamin)-Copolymere für verbesserte Druckfestigkeit von Papierprodukten im nassen Zustand |
IT1220715B (it) * | 1988-06-21 | 1990-06-15 | Francesco Malatesta | Procedimento per il collaggio della carta o prodotti similari |
-
1993
- 1993-07-08 CA CA002100117A patent/CA2100117C/en not_active Expired - Fee Related
- 1993-07-13 GB GB9314449A patent/GB2268758B/en not_active Expired - Fee Related
- 1993-07-14 DE DE4323560A patent/DE4323560C2/de not_active Expired - Fee Related
- 1993-07-14 JP JP5174008A patent/JP3010592B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1994
- 1994-03-07 US US08/207,460 patent/US5397436A/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3203189A1 (de) * | 1982-01-30 | 1983-08-04 | Bayer Ag, 5090 Leverkusen | Leimungsmittel und seine verwendung |
DE3534273A1 (de) * | 1985-09-26 | 1987-04-02 | Basf Ag | Verfahren zur herstellung von vinylamin-einheiten enthaltenden wasserloeslichen copolymerisaten und deren verwendung als nass- und trockenverfestigungsmittel fuer papier |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6379499B1 (en) | 1999-09-28 | 2002-04-30 | University Of Georgia Research Foundation, Inc. | Polymer-aldehyde additives to improve paper properties |
WO2005095710A1 (de) * | 2004-03-31 | 2005-10-13 | Dresden Papier Gmbh | Papiere mit hohem durchdringungswiderstand gegen fette und öle und verfahren zu deren herstellung |
US8110071B2 (en) | 2004-03-31 | 2012-02-07 | Kuraray Europe Gmbh | Papers providing great fat and oil penetration resistance, and method for the production thereof |
DE102009001382A1 (de) | 2009-03-06 | 2010-09-09 | Kuraray Europe Gmbh | Hydrophob modifizierte Polyvinylalkohole und Polyvinylacetale |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH06200497A (ja) | 1994-07-19 |
DE4323560C2 (de) | 2002-07-18 |
GB9314449D0 (en) | 1993-08-25 |
GB2268758B (en) | 1996-05-15 |
CA2100117C (en) | 1997-10-07 |
JP3010592B2 (ja) | 2000-02-21 |
GB2268758A (en) | 1994-01-19 |
CA2100117A1 (en) | 1994-01-16 |
US5397436A (en) | 1995-03-14 |
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