DE69005302T2

DE69005302T2 - Papierleimungszusammensetzungen.

Info

Publication number: DE69005302T2
Application number: DE69005302T
Authority: DE
Inventors: Edwin Dowthwaite
Original assignee: Roe Lee Paper Chemicals Co Ltd
Current assignee: Ciba Specialty Chemicals RC GB Ltd
Priority date: 1989-04-25
Filing date: 1990-04-25
Publication date: 1994-06-30
Anticipated expiration: 2010-04-26
Also published as: GB8909421D0; EP0470123A1; EP0470123B1; JPH04505779A; BR9007318A; FI914966A0; FI914966A7; WO1990012921A1; ES2049031T3; AU5525990A; DE69005302D1; CA2051635A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Papierleimungs-Zusammensetzungen.
Die Anwendung von LeimungszusammensetZungen zur Verleihung einer gewissen Wasserbeständigkeit an Papier ist weithin bekannt. Eine solche Leimungszusammensetzung umfaßt eine wäßrige Dispersion eines Alkylketen-Dimers (AKD), das besondere Verwendung bei der Herstellung von Papier mit Kreide als Füllstoff findet. Das geschieht deswegen, weil die AKD-Leime in der Lage sind, im Gegensatz zu den von Kolophoniumemulsionen benötigten allgemeinen sauren Bedingungen (gewöhnlich pH = 4 - 5,5) eine Leimung unter alkalischen Bedingungen herbeizuführen.
AKD-Leime besitzen jedoch den Nachteil, daß sie aufgrund der Kosten des AKD selbst verhältnismäßig teuer in der Anwendung sind.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, dem vorstehenden Nachteil entgegenzuwirken oder ihn zu vermindern.
Es ist erfindungsgemäß eine Papierleimungszusammensetzung vorgesehen, die eine wäßrige Dispersion eines Alkylketen- Dimers aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Dispersion Harnstoff, Thioharnstoff oder Derivate davon enthält.
Die Erfindung sieht darüber hinaus ein Verfahren zur Herstellung eines geleimten Papiers vor, welches folgendes umfaßt: die Behandlung des Papiers bzw. des Faserstoffes (z.B. Zellulosefasern), aus dem es hergestellt wird, mit einer Dispersion eines Alkylketen-Dimers und mit Harnstoff, Thioharnstoff oder Derivaten davon. Dieses Verfahren wird bevorzugt mittels Dispersion des AKD durchgeführt, die auch den Harnstoff, Thioharnstoff (oder Derivate) einschließt. Es liegt jedoch im Umfang der Erfindung, die AKD-Dispersion und den Harnstoff (oder den Thioharnstoff oder Derivate) als zwei getrennte Komponenten in den Leimungsprozeß einzuführen.
Die Erfindung sieht auch Papier vor, das mit einer erfindungsgemäßen Zusammensetzung geleimt wurde.
Bei den Harnstoff- und Thioharnstoffderivaten, die gemäß der Erfindung angewendet werden können, handelt es sich um diejenigen, die ein Molekulargewicht bis zu 1000 besitzen, einschließlich Salze des Harnstoffs und Thioharnstoffs.
Die erfindungsgemäßen Leimungszusammensetzungen können leicht durch Beimischen einer Dispersion von AKD (deren Herstellung in der Technik üblich ist) zu einer Lösung aus Harnstoff (oder Thioharnstoff oder Derivat) hergestellt werden. Das resultierende Produkt kann 1 bis 30 Gewichtsteile (bevorzugter 1 bis 18 Gewichtsteile, am bevorzugtesten 1 bis 12 Gewichtsteile, zum Beispiel 4 bis 8 Gewichtsteile) Alkylketen-Dimer pro 100 Gewichtsteile Dispersion zusammen mit einer Menge an Harnstoff (oder Thioharnstoff oder Derivat) enthalten, die ein bis zu zweimal so großes Gewicht wie das des AKD aufweist. Die Dispersion enthält noch typischer eine Menge an Harnstoff, Thioharnstoff oder Derivat davon, die 5 bis 20 Gew.-% (bevorzugter 5 - 15 Gew.-%, am bevorzugtesten circa 10 Gew.-%) des Gesamtgewichts des AKD und Harnstoffes, Thioharnstoffes oder Derivates davon beträgt.
Harnstoff ist aufgrund seiner geringen Kosten die bevorzugte Verbindung für die erfindungsgemäße Anwendung.
Es wurde festgestellt, daß die Zusammensetzungen bei Lagerung stabil sind, und die mikroskopische Untersuchung der Zusammensetzung (nach Lagerung) ließ keine Hinweise auf Ausflockung oder Abscheidungen erkennen.
Die erfindungsgemäßen Leimungszusammensetzungen können auch zusätzliche Komponenten, wie sie in üblichen AKD-Emulsionen verwendet werden, enthalten. Diese zusätzlichen Komponenten schließen kationische Stärke ein, die in einer Menge von 1 - 3% verwendet werden kann. Darüber hinaus handelt es sich bei den Komponenten um Tenside, wie zum Beispiel Natriumlignosulfat.
Die Erfindung basiert auf der Entdeckung der Anmelderin, daß Harnstoff, Thioharnstoff und Derivate davon als teilweiser Ersatz des AKD in der Dispersion ohne Nachteil für die Leimungseigenschaften verwendet werden können. Da Harnstoff, Thioharnstoff und ihre Derivate im allgemeinen erheblich billiger sind als AKD selbst, bedeutet das offensichtlich, daß dies zu einer Kostendämpfung bei einer AKD-Dispersion, in der das AKD teilweise durch Harnstoff, Thioharnstoff oder ein Derivat davon ersetzt ist, gegenüber einer ohne eine derartige Substitution beiträgt, ohne daß es zu einer geringeren Leimungsleistung kommt. Es wird am meisten bevorzugt, daß Harnstoff als teilweiser Ersatz des AKD verwendet wird.
Darüber hinaus haben über eine Zeitspanne von mehreren Monaten durchgeführte Versuche zu erkennen gegeben, daß die Menge einer zum Leimen einer Tonne einer gegebenen Papierart erforderlichen AKD-Dispersion mit einem bestimmten Feststoffgehalt (Trockenmasse) größer sein kann als für eine ähnliche Dispersion benötigt wird, in der jedoch das AKD teilweise durch Harnstoff ersetzt wurde, wobei natürlich vorausgesetzt wird, daß die Leimungsqualität in beiden Fällen die gleiche ist. Der Grund für diesen Effekt ist nicht klar, aber er kann darauf zurückzuführen sein, daß der Harnstoff als Promotor für die Härtung der AKD-Leime wirkt. Tatsächlich sind in einigen Fällen (vgl. Tabellen 2 und 3 hierin) die Cobb-Werte des Papiers 'im Herstellungszustand' in dem Fall signifikant höher, wenn, im Leim Harnstoff enthalten ist, als dann, wenn keine Substitution vorliegt. Dies deutet darauf hin, daß Harnstoff das Härten fördert. Dieser Effekt wurde jedoch nicht bei allen Leimungsvorgängen angetroffen, aber dort, wo er vorliegt, hilft er einen Nachteil von AKD-Leimen zu überwinden, nämlich daß die Leimungseigenschaften eine verhältnismäßig lange Zeit brauchen, um sich in dem Fertigpapier zu entwickeln. Folglich können sich diese Eigenschaften erst nach dreitägiger Lagerung in der Rolle voll entwickeln. Diese langsame Entwicklung von Leimungseigenschaften ist besonders problematisch bei Papierherstellungsverfahren, welche die Anwendung einer Leimpresse umfassen. Die verhältnismäßig geringe Leimung des Papiers zu der Zeit, wenn es die Presse erreicht, führt zu einer übermäßigen Aufnahme der Stärke lösung an der Presse, und es ist dann notwendig, daß das Papier für eine verhältnismäßig lange Zeit auf dem Trockenzylinder bleibt. Folglich müssen die Produktionsgeschwindigkeiten herabgesetzt werden, um der längeren Trockenzeit gerecht zu werden.
Die Erfindung wird darüber hinaus durch die folgenden nichteinschränkenden Beispiele beschrieben.

Beispiel 1

Eine wäßrige AKD-Dispersion, die 5,4 Gew.-% AKD und 0,6 Gew.-% gelösten Harnstoff zusammen mit circa 1,5 Gew.-% Stärke und circa 0,3 Gew.-% Tensid enthält, wurde über eine Zeitspanne von drei Honaten zum Leimen von qualitativ hochwertigem Druck- und Schreibpapier angewendet.
Die durchschnittliche Henge der verwendeten Dispersion (ausgedrückt als ein prozentualer Anteil) pro Tonne Papier über diesen Zeitraum wird in der mittleren Spalte von Tabelle 1 nachstehend gezeigt. Für Vergleichszwecke zeigt die rechte Spalte von Tabelle 1 die entsprechenden Zahlen für die gleichen drei Monate des vorigen Jahres, während denen das Leimen mit einer Dispersion herbeigeführt wurde, die 6 Gew.-% AKD, circa 1,5 Gew.-% kationische Stärke und 0,3 Gew.-% Tensid umfaßte. TABELLE 1 Verwendete Leimmenge Monat Erfindung Vergleich
Die durch Verwendung der erfindungsgemäßen Zusammensetzung erhaltene Leimungsqualität war so gut wie die mit der Vergleichszusammensetzung erzielte. Darüber hinaus ist aus Tabelle 1 zu entnehmen, daß die durchschnittliche Menge der verwendeten Leimungszusammensetzung, über die dreimonatige Zeitspanne gesehen, für die erfindungsgemäße Zusammensetzung geringer war als für die Vergleichszusaminensetzung. Dies verbessert offensichtlich die durch die Substitution eines Teils des AKD durch Harnstoff erzielte Kostendämpfung.

Beispiel 2

Eine AKD-Dispersion der folgenden Zusammensetzung wurde mittels üblichen Techniken hergestellt.
30 6% AKD
1,5% Kationische Stärke (ca 20% Feuchtigkeitsgehalt)
0,3% Tensid
Rest Wasser
90 Teile dieser Dispersion wurden mit 10 Teilen einer 7,5%- igen Harnstofflösung vermischt.
Das resultierende Produkt wurde zum Leimen bei der Herstellung von dem in englischer Sprache 'Caseliner' genannten Papier mit 200 g/m² verwendet.
Die Cobb-Werte des Papiers 'im Herstellungszustand' wurden durch Standardtechniken gemessen und sind nachstehend in der ersten Spalte von Tabelle 2 gezeigt. Außerdem wurden Proben des Papiers 'im Herstellungszustand' 10 Minuten lang bei 105ºC erhitzt und die Cobb-Werte gemessen. Die Ergebnisse sind wiederum in der zweiten Spalte von Tabelle 1 aufgelistet. Dieser letztere Test entspricht dem bei der Herstellung von Papier unter Verwendung von AKD-Leim ohne ein Härtungsmittel angewendeten, bei dein die 10-minütige Erhitzung zur Simulation der Lagerung des Papiers auf der Rolle für eine Zeitspanne von 3 Tagen eingesetzt wird und folglich einen Hinweis auf die Qualität der Leimung zuläßt. Schließlich wurden die Cobb-Werte des Papiers von der Rolle nach mehreren Tagen erneut gemessen und sind in der dritten Spalte der Tabelle aufgelistet. TABELLE 2 Cobb-Werte Im Herstellungszustand 10 Minute gehärtetn Mehrere Tage gelagert Rolle (1) Nicht gemessen
Es wird zu sehen sein, daß das Papier 'im Herstellungszustand' einen Cobb-Wert im 'hochgeleimten' Bereich besitzt. Die Werte verbessern sich bei Lagerung geringgradig (Spalte 3). Obwohl die Werte 'im Herstellungszustand' den überhärteten Werten (Spalte 2) überlegen zu sein scheinen, ist dies nicht besonders signifikant und kann sich durch den Feuchtigkeitsmangel in den überhärteten Proben erklären lassen.
Tabelle 3 gibt auf dem Wege des Vergleichs Daten für mit dem AKD-Leim ohne Harnstoffzusatz hergestelltes Caseliner. TABELLE 3 Cobb-Werte Im Herstellungzustand 10 Minuten gehärtet Mehrere Tage gelagert Rolle
Es kann sofort gesehen werden, daß Papier, das ohne Harnstoff im AKD-Leim hergestellt wird, 'im Herstellungszustand' schlechte Leimungseigenschaften besitzt.
Es sollte jedoch darauf hingewiesen werden, daß ein hoher Leimungsgrad im Papier 'im Herstellungszustand', wie zum Beispiel in Tabelle 2 oben aufgelistet, nicht für die Leimung aller Papiere mit dem AKD/Harnstoff-Leim erzielt wird.

Claims

1. Papierleimungszusammensetzung, die eine wäßrige Dispersion eines Alkylketen-Dimers umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Dispersion Harnstoff, Thioharnstoff oder ein Derivat davon enthält.

2. Leimungszusammensetzung gemäß Anspruch 1, die 1 bis 30 Gewichtsprozent des Alkylketen-Dimers der Dispersion umfaßt.

3. Leimungszusammensetzung geinäß Anspruch 2, die 1 bis 12 Gewichtsprozent des Alkylketen-Dimers der Dispersion umfaßt.

4. Leimungszusammensetzung gemäß Anspruch 3, die 4 bis 8 Gewichtsprozent des Alkylketen-Dimers der Dispersion umfaßt.

5. Leimungszusammensetzung gemäß Anspruch 4, die, bezogen auf das Gesamtgewicht des AKD und des Harnstoffes, 5 bis 15 Gewichtsprozent Harnstoff umfaßt.

6. Leimungszusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Menge an Harnstoff, Thioharnstoff bzw. des Derivates davon ein bis zu zweimal so großes Gewicht aufweist wie das des AKD.

7. Leimungszusammensetzung gemäß Anspruch 6, bei der die Menge an Harnstoff, Thioharnstoff bzw. des Derivates davon 5 bis 15 Gewichtsprozent des Gesamtgewichts des AKD und des Harnstoffes, des Thioharnstoffes bzw. des Derivates davon umfaßt.

8. Verfahren zur Herstellung eines geleimten Papiers, welches folgendes umfaßt: die Behandlung des Papiers bzw. des Faserstoffes, aus dem es hergestellt wird, mit einer wäßrigen Dispersion eines Alkylketen-Dimers und mit Harnstoff, Thioharnstoff oder einem Derivat davon.