DE60002341T2

DE60002341T2 - Leimungsemulsion

Info

Publication number: DE60002341T2
Application number: DE60002341T
Authority: DE
Inventors: E. Hans JOHANSSON-VESTIN; Erik Lindgren; Kristina Mohlin
Original assignee: Akzo Nobel NV; Eka Chemicals AB
Current assignee: Akzo Nobel NV; Nouryon Pulp and Performance Chemicals AB
Priority date: 1999-06-24
Filing date: 2000-06-16
Publication date: 2004-01-22
Anticipated expiration: 2020-06-17
Also published as: WO2001000927A1; RU2223355C2; AU6032800A; AU758182B2; EP1203122A1; DE60002341D1; ES2195920T3; EP1099795A1; EP1203122B1; ATE238451T1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine wässrige Leimungsemulsion und insbesondere Emulsionen, die ein substituiertes Bernsteinsäure-Anhydrid als Leim, üblicherweise als ASA bezeichnet, und positiv-geladene kationische Partikel von kolloidalem Siliciumdioxid, positiv-geladene Partikel von kolloidalem Aluminiumoxid oder positiv-geladene Partikel von kolloidalem Zirkoniumdioxid enthalten.
Wässrige Emulsionen von substituierten Bernsteinsäure-Anhydriden werden zum Leimen von neutralen bis schwach alkalischen Papierrohstoffen verwendet, wobei in diesem pH-Wertbereich Calciumcarbonat wirksam als Füllstoffmaterial verwendet werden kann. Da substituierte Bernsteinsäure-Anhydride hydrophob sind, muss der Leim gleichmäßig in einer wässrigen Phase verteilt sein, bevor er zum Cellulosepapierrohstoff zugegeben wird. Üblicherweise werden die Leimungsemulsionen in der Nähe des Endverbrauchers, d. h. in der Papiermühle, in Gegenwart von Netzmitteln und/oder Polyelektrolyten, wie Stärken, hergestellt.
Substituierte Bernsteinsäure-Anhydride sorgen im Allgemeinen für eine zufrieden stellende Leimung des Papiers. Doch verschlechtern sich die Leimungseigenschaften von substituierten Bernsteinsäure-Anhydriden häufig bei Cellulosepapierrohstoffen mit einer hohen Leitfähigkeit auf Grund einer hohen Menge an geladenen Partikeln und/oder bei Papierrohstoffen mit einer beträchtlichen Menge an gelösten organischen Substanzen, d. h. lipophile Holzextraktstoffe, wie Harzsäuren, Fettsäuren, Fettsäureestern usw. Papierrohstoffe mit hoher Leitfähigkeit und/oder Papierrohstoffe, die gelöste organische Substanzen enthalten, sind in Papiermühlen noch stärker ausgeprägt, wo das Kreidewasser extensiv im Kreislauf geführt wird, wobei lediglich eine geringere Menge an Frischwasser in den Prozess eingeführt wird, wodurch das Ausmaß der Leitfähigkeit und die Ansammlung organischer Substanzen/lipophiler Extraktstoffe und nicht zurück gehaltener Leime im Kreidewasser und dem zu entwässernden Papierrohstoff zunimmt.
Darüber hinaus sind mit der hohen Reaktivität von Leimen auf Bernsteinsäure-Anhydrid-Basis eng Probleme mit Ablagerungen in der Maschine zur Papierherstellung auf Grund von hydrolysiertem Leimungsmaterial verknüpft. Probleme, die betont werden, wenn das Kreidewasser im Kreislauf geführt wird.
Außerdem ist es wünschenswert, die Leimungseigenschaften von substituierten Bernsteinsäure-Anhydrid-Leimemulsionen weiter zu verbessern.
WO-A1-9731152 betrifft Leimungsemulsionen, umfassend einen reaktiven Leim und ein anionisches mikropartikuläres Material, das die Emulsion anionisch macht. Weiterhin wird angegeben, dass der Einschluss kationischer Verbindungen unerwünscht ist, also sind die Leimdispersionen im Wesentlichen frei von kationischen Verbindungen.
Aus EP-A1-564994 ist bekannt, dass Leimmassen verwendet werden, umfassend ein Ketendimer und positiv-geladene Verbindungen. Wenn Ketendimere als Leim eingesetzt werden, erhöht sich die Schlüpfrigkeit des hergestellten Papiers. Die Aufgabe der Zusammensetzungen aus EP-A1-564994 ist es, den Reibungskoeffizienten der Papieroberfläche zu erhöhen. Wenn jedoch ein substituiertes Bernsteinsäure-Anhydrid verwendet wird, wird das Problem der Schlüpfrigkeit auf Grund der Tatsache umgangen, dass Leime aus substituiertem Bernsteinsäure-Anhydrid der Papieroberfläche keine Schlüpfrigkeit verleihen. Weiterhin sind Ketendimerleime langsam reagierende Leime im Vergleich zu Leimen auf Basis substituierter Bernsteinsäure-Anhydride, was es unmöglich macht, auf der Papiermaschine die volle Leimung zu erzielen. Demgemäß muss Papier, das mit Ketendimer geleimt wurde, bei Zimmertemperatur nachgehärtet werden, bevor es in Druckverfahren eingesetzt wird.
WO-A-9617127 betrifft eine anionische Leimungsdispersion, umfassend einen mit Cellulose reaktiven Leim und anionische Aluminium-modifizierte Partikel von kolloidalem Siliciumdioxid, jedoch werden keine positiv-geladenen Siliciumdioxid-Partikel offenbart.
WO-A-9833979 offenbart eine Leimungsdispersion aus einem mit Cellulose reaktiven Leim und ein dispergierendes System, das eine kationische organische Verbindung und ein anionisches kolloidales Partikel enthält.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wurde gefunden, dass verbesserte Leimungseigenschaften mit wässrigen Emulsionen gemäß den Ansprüchen erhalten werden können. Genauer gesagt stellt die Endung eine wässrige Leimungsemulsion bereit, umfassend substituiertes Bernsteinsäure-Anhydrid und positiv-geladene Partikel von kolloidalem Siliciumdioxid, positiv-geladene Partikel von kolloidalem Aluminiumoxid oder positiv-geladene Partikel von kolloidalem Zirkoniumdioxid. Außerdem stellt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Produkten auf Cellulose-Basis bereit, wobei eine wässrige Leimungsemulsion zu einer Cellulose-Suspension oder einer entwässerten Cellulose-Suspension gegeben wird.
Die erfindungsgemäße Leimemulsion ermöglicht es, Papier mit verbesserter Leimung gegenüber herkömmlichen Leimemulsionen bei entsprechender Dosierung herzustellen und eine niedrigere Dosierung von Leim aus substituiertem Bernsteinsäure-Anhydrid zu verwenden, um ein entsprechendes Niveau der Leimung zu erzielen. Die Möglichkeit, geringere Mengen an Leim einzusetzen, um eine spezifische Leimung zu erzielen, verringert das Risiko der Ansammlung von nicht adsorbierten Leimen im Kreidewasser, das im Prozess im Kreislauf geführt wird, wodurch das Risiko der Aggregation und Abscheidung des Leims auf der Papiermaschine verringert wird.
Stärke kann in Emulsionen nicht verwendet werden, ohne durch Kochen vorbehandelt zu werden, eine Behandlung, die die Eigenschaften von Stärke stark beeinflusst. Demgemäß ist es wichtig, wie das Kochen durchgeführt wird, damit eine Stärke mit passenden Eigenschaften erhalten wird. Weiterhin besteht immer die Möglichkeit, dass das Ausmaß bakterieller Aktivität in gekochter Stärke zunehmen kann, was die Eigenschaften beeinträchtigt. Es ist deshalb erwünscht, die Menge an Stärke in Leimungsemulsionen aus ASA zu verringern oder sogar Stärke weg zu lassen.
Es ist auch erwünscht, die Emulsionsbildung des Leims durch Herstellung der Emulsion in Gegenwart einer Verbindung, die sowohl als Dispergiermittel als auch als Stabilisator wirkt, zu erleichtern, was eine vereinfachte Herstellung beim Endverbraucher ermöglicht.
Der Leim, der in der erfindungsgemäßen Emulsion enthalten ist, ist ein substituiertes Bernsteinsäure-Anhydrid, das üblicherweise als ASA bezeichnet wird. Geeignete Säureanhydride werden durch die nachstehende allgemeine Formel (I) wiedergegeben, in der R¹ und R² identisch oder verschieden sein können und für gesättigte oder ungesättigte Kohlenwasserstoffreste stehen, die geeigneterweise 8 bis 30 Kohlenstoffatome enthalten, oder R¹ und R² zusammen mit der-C-O-C--Einheit einen 5- bis 6-gliedrigen Ring bilden können, der gegebenenfalls weiter mit Kohlenwasserstoffresten substituiert ist, die bis zu 30 Kohlenstoffatome enthalten. Beispiele für Säureanhydride, die kommerziell eingesetzt werden, schließen Alkyl- und Alkenylbernsteinsäure-Anhydride ein, wie Isooctadecenylbernsteinsäure-Anhydrid. Weitere Beispiele schließen iso-Octadecylbernsteinsäure-Anhydrid, n-Hexadecenylbernsteinsäure-Anhydrid, Dodecenylbernsteinsäure-Anhydrid, Decenylbernsteinsäure-Anhydrid, Octenylbernsteinsäure-Anhydrid, Trüsobutenylbernsteinsäure-Anhydrid, 1-Octyl-2-decenylbernsteinsäure-Anhydrid und 1-Hexyl-2-octenylbernsteinsäure-Anhydrid ein.
Geeignete Säureanhydride schließen die Verbindungen ein, die in US-A-3102064, US-A-3821069, US-A-3968005, US-A-4040900 und Re 29960 offenbart werden. Die Emulsion kann ein oder ein Gemisch verschiedener substituierter Bernsteinsäure-Anhydrid(e) enthalten.
Die erfindungsgemäße Leimungsemulsion umfasst ferner positiv-geladene Partikel von kolloidalem Siliciumdioxid, positiv-geladene Partikel von kolloidalem Aluminiumoxid oder positiv-geladene. Partikel von kolloidalem Zirkoniumdioxid. Stabile kationische Aquasole von kolloidalem Siliciumdioxid, Aluminiumoxid oder Zirkoniumdioxid sind im Fachgebiet bekannt, beispielsweise aus US-A-3007878, US-A-3620978, US-A-3719607 und US-A-3956171. Geeigneterweise enthalten diese Sole kolloidale, dichte, fein verteilte Partikel.
Vorzugsweise sind positiv-geladene Partikel von kolloidalem Siliciumdioxid, die auch als kationische Partikel von kolloidalem Siliciumdioxid bezeichnet werden, in der Emulsion enthalten. Üblicherweise werden die kolloidalen Partikel von Siliciumdioxid als Aquasole bereitgestellt. Typische bekannte Sole sind diejenigen, die positiv-geladene Partikel enthalten, die geeigneterweise einen dichten Siliciumdioxidkern haben, der mit der gleichen oder verschiedenen mehrwertigen Metall-Sauerstoff-Verbindungen, einschließlich Metalloxiden, Metallhydroxiden und hydratisierten Metalloxiden, beschichtet/modifiziert ist. Vorzugsweise sind die Partikel von Siliciumdioxid mit einer mehrwertigen Metall-Sauerstoff-Verbindung beschichtet, geeigneterweise mit einer drei- und vierwertigen Metall-Sauerstoff-Verbindung, wie Aluminium, Chrom, Gallium, Titan und Zirkonium, wobei Aluminium besonders bevorzugt wird. Geeignete anionische Gegenionen schließen Halogenide, wie Chlorid, Acetat oder Nitrat ein. Geeigneterweise sind die positiv-geladenen Partikel von kolloidalem Siliciumdioxid anorganische Siliciumdioxidpartikel, die Oberflächen-modifiziert sein können, vorzugsweise mit Aluminium, wie verschiedene Oxide und Hydroxide von Aluminium.
Die positiv-geladenen Partikel von Siliciumdioxid können eine Partikelgröße von weniger als etwa 500 nm und üblicherweise mehr als 1,0 nm aufweisen. Vorzugsweise weist das positivgeladene Siliciumdioxid vorzugsweise eine mittlere Partikelgröße unter 100 nm und im Allgemeinen im Bereich von 2 nm bis zu 100 nm, geeigneterweise im Bereich von 2 nm bis zu 80 nm, und vorzugsweise im Bereich von 2,5 nm bis zu 50 nm auf. Die spezifische Oberfläche der Siliciumdioxidpartikel kann im Bereich von etwa 5 bis. etwa 1800 m²/g, geeigneterweise im Bereich von etwa 30 bis etwa 1200 m²/g und stärker bevorzugt von 50 bis 1000 m²/g liegen. Die spezifische Oberfläche kann nach der Entfernung des mehrwertigen Metalls in herkömmlicher Weise mittels Titration mit NaOH gemessen werden, beispielsweise gemäß dem von Sears in Analytical Chemistry 28 : 12 (1956), 1981-1983, beschriebenen Verfahren.
Die positiv-geladenen Aluminium-modifizierten Partikel von kolloidalem Siliciumdioxid weisen vorzugsweise ein Gewichtsverhältnis von Al₂O₃ zu SiO₂ im Bereich von 1 : 20 bis zu 4 : 1, geeigneterweise 1 : 10 bis zu 2 : 1 und am stärksten bevorzugt im Bereich von 1 : 5 bis 1 : 1 auf.
Das allgemeine Verfahren zur Herstellung positiv-geladener kationischer Siliciumdioxidsole geht geeigneterweise von wässrigen Solen von Siliciumdioxid aus, die mit einem basischen Salz eines mehrwertigen Metalls, um den Solpartikeln eine positive Oberflächenladung zu verleihen, und Stabilisatoren, wie Borsäure, Alkalimetallbasen, Erdalkalimetallbasen, Ammoniak usw., umgesetzt werden. Das mehrwertige Metallsalz ist üblicherweise ein Aluminiumsalz, jedoch ist es auch möglich, basische Salze anderer mehrwertiger Metalle zur Herstellung kationischer Sole auf Siliciumdioxid-Basis zu verwenden, wie die vorstehend erwähnten. Geeigneterweise kann jedes basische Salz, das wasserlöslich ist und die gewünschte positiv-geladene Oberfläche ergibt, verwendet werden und typischerweise wird das kationische Siliciumdioxid unter Verwendung von Chloriden, Nitraten oder Acetaten des Metalls hergestellt. Vorzugsweise wird Polyaluminiumchlorid als basisches Salz verwendet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die wässrige Emulsion ein substituiertes Bernsteinsäure-Anhydrid und positiv-geladene Partikel von kolloidalem Siliciumdioxid, die vorstehend definiert sind.
Gemäß noch einer anderen bevorzugten Ausführungsform besteht die Emulsion im Wesentlichen aus einem substituierten Bernsteinsäure-Anhydrid und positiv-geladenen Partikeln von kolloidalem Siliciumdioxid, positiv-geladenen Partikeln von kolloidalem Aluminiumoxid oder positiv-geladenen Partikeln von kolloidalem Zirkoniumdioxid. Geeigneterweise besteht die Emulsion im Wesentlichen aus substituiertem Bernsteinsäure-Anhydrid und positiv-geladenen Partikeln von kolloidalem Siliciumdioxid. Mit den Worten „besteht im Wesentlichen aus" ist gemeint, dass die Emulsion kleine Mengen anderer Verbindungen, wie Emulgiermittel und Stabilisatoren, enthalten kann, geeigneterweise weniger als 5 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 1 Gew.-%, bezogen auf die gesamte wässrige Emulsion.
Die erfindungsgemäßen Emulsionen können Gehalte an Leimen aus substituiertem Bernsteinsäure-Anhydrid von etwa 0,1 Gew.-% bis zu etwa 50 Gew.-% aufweisen, bezogen auf die gesamte Emulsion. Der Gehalt an Leim aus substituierten Bernsteinsäure-Anhydriden liegt geeigneterweise im Bereich von 1 bis 40 Gew.-% und vorzugsweise von 2 bis zu 30 Gew.-%.
In den erfindungsgemäßen Emulsionen kann das Gewichtsverhältnis von Leim aus substituiertem Bernsteinsäure-Anhydrid zur Gesamtmenge an positiv-geladenen kolloidalen Partikeln, vorzugsweise positiv-geladenen Partikeln von kolloidalem Siliciumdioxid, im Bereich von 1 : 1 bis zu 100 : 1 liegen. Das Gewichtsverhältnis liegt geeigneterweise im Bereich von 1,5 : 1 bis zu 30 : 1 und vorzugsweise im Bereich von 2 : 1 bis zu 20 : 1. Der Feststoffgehalt der Emulsionen übersteigt vorzugsweise 1 Gew.-% und kann 50 Gew.-% erreichen. Der Feststoffgehalt übersteigt geeigneterweise 5 Gew.-%. Die Obergrenze beträgt geeigneterweise 40 Gew.-% und vorzugsweise 30 Gew.-%.
Vorzugsweise ist die Gesamtladung der erfindungsgemäßen wässrigen Emulsion, umfassend kolloidale Partikel und optionale Schutzkolloide und/oder Emulgiermittel, kationisch.
Falls gewünscht können nicht-ionische, anionische, amphotere oder kationische Schutzkolloide und nicht-ionische, amphotere oder kationische Dispergiermittel in den Emulsionen enthalten sein, vorzugsweise in geringen Mengen und mit der Maßgabe, dass die Gesamtladung der Gesamtmenge an Partikeln von kolloidalem Siliciumdioxid und/oder optionalen Schutzkolloiden und/oder Dispergiermitteln, die in den Dispersionen vorliegen, positiv oder kationisch ist. Diese Verbindungen, d. h. Dispergiermittel, können vorteilhafterweise in Emulsionen mit höheren trockenen Gehalten enthalten sein. Als Beispiele für geeignete Schutzkolloide können wasserlösliche Cellulose-Derivate, wie Hydroxyethyl- und Hydroxypropyl-, Methylhydroxypropyl- und Ethylhydroxyethylcellulose, Methyl- und Carboxymethylcellulose, Gelatine, Stärke, Guargummi, Xanthangummi, Polyvinylalkohol usw. erwähnt werden. Nicht-ionische Dispergiermittel können beispielsweise aus ethoxylierten Fettalkoholen, Fettsäuren, Alkylphenolen oder Fettsäureamiden, ethoxylierten oder nicht-ethoxylierten Glycerinestern, Sorbitanestern von Fettsäuren usw. gewählt werden. Geeignete kationische Dispergiermittel und Schutzkolloide können beispielsweise aus Stickstoff-haltigen Verbindungen, wie quaternäre Ammoniumverbindungen, Salzen tertiärer Amine, wasserlöslichen Stickstoff-haltigen Epichlorhydrinharzen und kationischen Stärken usw. gewählt werden. Die Emulsion kann auch weitere Zusatzstoffe enthalten, wie Konservierungsmittel.
Die erfindungsgemäßen Emulsionen können vorzugsweise hergestellt werden, indem einfach ein Leim aus substituiertem Bernsteinsäure-Anhydrid mit einem vorstehend beschriebenen Sol aus positiv-geladenen kolloidalen Partikeln gemischt wird.
Die erfindungsgemäßen Emulsionen können in herkömmlicher Weise bei der Herstellung von Produkten auf Cellulose-Basis verwendet werden, einschließlich Papier, Karton und Pappe. Sie können sowohl zur Oberflächen-Leimung als auch zur internen oder Papierrohstoff-Leimung verwendet werden. Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung von Produkten auf Cellulose-Basis, wobei eine wässrige Emulsion, die einen Leim aus einem substituierten Bernsteinsäure-Anhydrid und kolloidale kationische Partikel enthält, wie die vorstehend definierten, zu einer Cellulose-Suspension oder einer entwässerten Cellulose-Suspension gegeben wird. Der Papierrohstoff/die Suspension enthält Cellulosefasern, gegebenenfalls in Kombination mit mineralischen Füllstoffen, und üblicherweise beträgt der Gehalt an Cellulosefäsern mindestens 50 Gew.-%, bezogen auf trockenen Papierrohstoff. Beispiele für Füllstoffe herkömmlicher Typen schließen Kaolin, Porzellanerde, Titandioxid, Gips, Talkum und natürliche und synthetische Calciumcarbonate ein, wie Kalk, gemahlenen Marmor und ausgefälltes Calciumcarbonat. Das Verfahren ist für den Papiermacher natürlich dahin gehend vorteilhaft, dass die Leimungsdispersion eine hohe Leimungseffektivität aufweist, was die Tendenz des Leims verringert, Ablagerungen zu bilden, und also Arbeitsschritte mit hohen Scherkräften vereinfacht, wie Pumpen und Dosieren. Geeigneterweise beträgt die Menge an Leim, die entweder dem Papierrohstoff, welcher Cellulosefasern und optionale Füllstoffe enthält, zugegeben wird oder auf das Produkt auf Cellulose-Basis als Oberflächen-Leim aufgetragen wird, üblicherweise an der Leimpresse, von 0,01 bis 1,0 Gew.-%, bezogen auf das trockene Gewicht der Cellulosefasern und optionalen Füllstoffe, vorzugsweise von 0,05 bis 0,5 Gew.%, wobei die Dosierung hauptsächlich von der Qualität des zu leimenden Zellstoffs oder Produkts auf Cellulose-Basis, dem verwendeten Leim aus substituiertem Bernsteinsäure-Anhydrid und dem gewünschten Ausmaß an Leimung abhängt.
Chemikalien, die herkömmlicherweise dem Papierrohstoff beim Papiermachen zugegeben werden, wie Retentionshilfsmittel, Aluminiumverbindungen, Farbstoffe, Nassfestleime, optische Aufheller usw., können selbstverständlich in Verbindung mit den erfindungsgemäßen Emulsionen verwendet werden. Beispiele für Aluminiumverbindungen schließen Alaun, Aluminate und Polyaluminiumverbindungen, z. B. Polyaluminiumchloride und -sulfate, ein. Beispiele für geeignete Retentionshilfsmittel schließen kationische Polymere, anionische anorganische Materialien in Kombination mit organischen Polymeren, z. B. Bentonit in Kombination mit kationischen Polymeren, Sole auf Siliciumdioxid-Basis in Kombination mit kationischen Polymeren oder kationischen und anionischen Polymeren, ein.
Besonders gute Papierrohstoff Leimung kann erhalten werden, wenn erfindungsgemäße Dispersionen in Kombination mit Retentionshilfsmitteln, umfassend kationische Polymere, eingesetzt werden. Geeignete kationische Polymere schließen kationische Stärke, Guargummi, Polymere auf Acrylat-Basis und Acrylamid-Basis, Polyethylenimin, Dicyandiamid-Formaldehyd-Harze, Polyamine, Polyamidoamine und Poly(diallyldimethylammoniumchlorid) und Kombinationen davon ein. Kationische Stärke und kationische Polymere auf Acrylamid-Basis werden vorzugsweise eingesetzt, entweder allein oder in Kombination miteinander oder mit anderen Materialien. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Emulsionen in Kombination mit einem Retentionssystem eingesetzt, umfassend mindestens ein kationisches Polymer und anionische Partikel auf Siliciumdioxid-Basis, wie Retentionssysteme, die unter dem Namen COMPOZIL® verkauft werden. Die erfindungsgemäßen Emulsionen können . bevor, zwischen, nach . oder gleichzeitig mit der Zugabe des kationischen Polymers oder der kationischen Polymere zugegeben werden. Es ist auch möglich, die Leimemulsion mit einem Retentionshilfsmittel, z. B. einem kationischen Polymer, wie kationische Stärke oder einem kationischen Polymer auf Acrylamid-Basis, vorzumischen, bevor das so erhaltene Gemisch. in den Papierrohstoff eingebracht wird.
Die Erfindung wird weiter in den folgenden Beispielen veranschaulicht. Teile bzw. % bedeuten Gewichtsteile bzw. Gew.-%, sofern nicht anders angegeben.
In den folgenden Beispielen wurden der cobb₆₀-Test und der Hercules-Leimungstest (Hercules Sizing Test: HST) verwendet, um die Leimungsleistung zu bewerten. Wenn der HST-Test verwendet wurde, bedeutet ein höherer Wert bessere Leimung, während, wenn der cobb₆₀-Test verwendet wurde, ein niedriger Wert verbesserte Leimung anzeigt.
Beispiel 1
Die Leimungseffektivität der neuen Emulsion wurde in diesem Beispiel unter Verwendung eines Standard-HST-Tests an Papier mit einer Flächenmasse von 78 g/m² bewertet. Zu einem Stoffeintrag aus Birken- und Kiefer-Kraftzellstoff (60 : 40 Gew.-%) mit einer Konsistenz von 0,5%, die 20 Gew.-% Calciumcarbonat enthielt, bezogen auf die trockenen Fasern, die eine Leitfähigkeit von 520 μS/cm und einen COD-Wert von 15 mg/l aufwies, wurde die neue Emulsion, umfassend Alkenylbernsteinsäure-Anhydrid zu positiv-geladenen Aluminiummodifizierten kolloidalen Partikeln. von Siliciumdioxid in einem Gewichtsverhältnis von 15 : 1, in einer Menge von 2 kg/t trockener Zellstoff gegeben, bezogen auf ASA (Test 1 und 2). Das eingesetzte Retentionssystem enthielt kationische Stärke mit einem D. S.-Wert von 0,035 und anionisches Siliciumdioxidsol. Zum Vergleich wurde die Leimungseffektivität von Emulsionen nach dem Stand der Technik, umfassend Alkenylbernsteinsäure-Anhydrid (ASA) und eine kationische Stärke, bewertet (Test 3 und 4), die ein Gewichtsverhältnis ASA zu Stärke von ungefähr 2,7 : 1 aufwiesen. Die Emulsionen nach dem Stand der Technik wurden in einer Menge von 2 kg/t trockener Feststoffe, bezogen auf ASA, zugegeben.
Tabelle 1
Offensichtlich zeigt eine erfindungsgemäße Emulsion deutlich höhere Leimungswerte als die Emulsionen nach dem Stand der Technik.
Beispiel 2
In diesem Beispiel wurde die Leimungseffektivität (Cobb₆₀-Test) der neuen Emulsion unter Verwendung des gleichen Stoffeintrags wie in Beispiel 1, jedoch mit einer Leitfähigkeit von 508 μS/cm, bewertet. Das verwendete Retentionssystem enthielt ein kationisches Polyacrylamid von mittlerem Molekulargewicht mit 10% Ladung und einen anionischen Bentonit. Alle Emulsionen enthielten Alkenylbernsteinsäure-Anhydrid als Leim und die Menge an zugegebenem Leim betrug 2 kg/t trockenem Zellstoff, bezogen auf ASA. Die in Test 1 eingesetzte Emulsion war eine erfindungsgemäße, umfassend kationische Aluminiummodifizierte Partikel von kolloidalem Siliciumdioxid und ASA in einem Gewichtsverhältnis von 1 : 10. Die Emulsion in Test 2 war eine nach dem Stand der Technik, umfassend anionische Siliciumdioxidpartikel und ASA in einem Gewichtsverhältnis von 1 : 10. Die Emulsion in Test 3 umfasste anionischen Bentonit und ASA in einem Gewichtsverhältnis von 1 : 10.
Tabelle 2
Tabelle 2 zeigt, dass eine Emulsion, die positiv-geladene Partikel von kolloidalem Siliciumdioxid enthält, im Vergleich zu Emulsionen, die anionische Partikel enthalten, ausgezeichnete Leimungseigenschaften hat.
Beispiel 3
In diesem Beispiel wurde die Leimungseffektivität der neuen Emulsion unter Verwendung des Cobb₆₀-Tests bewertet. Der Stoffeintrag war ein gebleichter mechanischer Zellstoff mit größeren Mengen an gelösten organischen Substanzen (organischer Abfall) und mit einer Konzentration von 0,5%, bezogen auf die trockenen Fasern, einer Leitfähigkeit von 503 μS/cm und einem COD-Wert von 65 mg/l. Das Retentionssystem enthielt kationische Stärke und anionisches Siliciumdioxidsol. Die erfindungsgemäße Emulsion in Test 1 enthielt ASA und positiv-geladene Aluminium-modifizierte Partikel von kolloidalem Siliciumdioxid in einem Gewichtsverhältnis von 6,7 : 1. Die Emulsion nach dem Stand der Technik in Test 2 enthielt ASA und kationische Stärke in einem Gewichtsverhältnis von 2,7 : 1. Alle Emulsionen wurden mit dem gleichen ASA-Leim hergestellt und dem Stoffeintrag in einer Menge von 2,0 kg/t trockenem Zellstoff, bezogen auf ASA, zugegeben.
Tabelle 3
Tabelle 3 zeigt überraschenderweise, dass gute Leimungsergebnisse erhalten werden, wenn die erfindungsgemäße Emulsion bei einem Stoffeintrag mit größeren Mengen an gelösten organischen Substanzen eingesetzt wird.

Claims

Wässrige Leimungsemulsion, dadurch gekennzeichnet, dass die Emulsion substituiertes Bernsteinsäure-Anhydrid und positiv-geladene Partikel von kolloidalem Siliciumdioxid oder positiv-geladene Partikel von kolloidalem Aluminiumoxid oder positiv-geladene Partikel von kolloidalem Zirkoniumdioxid umfasst.
Wässrige Leimungsemulsion, dadurch gekennzeichnet, dass die Emulsion substituiertes Bernsteinsäure-Anhydrid und positiv-geladene Partikel von kolloidalem Siliciumdioxid umfasst.
Leimungsemulsion gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Siliciumdioxid-Partikel mit mindestens einem mehrwertigen Metall modifiziert sind.
Leimungsemulsion gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Siliciumdioxid-Partikel Aluminium-modifiziert sind.
Leimungsemulsion gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewichtsverhältnis von Al₂O₃ zu SiO₂ der Siliciumdioxid-Partikel im Bereich von 1 : 20 bis zu 4 : 1 liegt.
Leimungsemulsion gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewichtsverhältnis von substituiertem Bernsteinsäure-Anhydrid zu der Gesamtmenge an positiv-geladenen kolloidalen Partikeln im Bereich von 1 : 1 bis 100 : 1 liegt.
Leimungsemulsion gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel von kolloidalem Siliciumdioxid eine Größe von weniger als 500 nm aufweisen.
Leimungsemulsion gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Siliciumdioxid-Partikel eine spezifische Oberfläche im Bereich von 5 bis 1800 m²/g aufweisen.
Leimungsemulsion gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das substituierte Bernsteinsäure-Anhydrid in einer Menge von 0,1 Gew.-% bis 50 Gew.-%, basierend auf der gesamten Emulsion, vorliegt.
Leimungsemulsion gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das substituierte Bernsteinsäure-Anhydrid Alkenylbernsteinsäure-Anhydrid ist.
Verwendung einer wässrigen Leimungsemulsion gemäß einem der vorstehenden Ansprüche zur Papierrohstoff-Leimung oder Oberflächen-Leimung von Produkten auf Cellulosebasis.
Verfahren zur Herstellung von Produkten auf Cellulosebasis, wobei eine wässrige Emulsion gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 zu einer Cellulose-Suspension oder einer entwässerten Cellulose-Suspension gegeben wird.