DE69303649T2 - Stabiles Gemisch von Leimungsmittel aus Ketendimer und kolloidale Silika - Google Patents
Stabiles Gemisch von Leimungsmittel aus Ketendimer und kolloidale SilikaInfo
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Description
- Die Erfindung bezieht sich auf das Leimen von Papier mit Ketendimerleimen unter alkalischen Papierherstellungsbedingungen.
- Die Verwendung von Ketendimeren als Leimungsmittel bei der Papierherstellung, gewöhnlich bei alkalischen pH-Niveaus, ist wohlbekannt. Ketendimerleime wirken, indem sie zur Verleihung richtiger Orientierung und zur Verankerung der hydrophoben Ketten kovalente Bindungen mit Cellulose bilden. Ketendimere und ihre Hydrolyseprodukte (Stearone) sind wachsartige Feststoffe, die den Reibungskoeffizienten (RK) der Papieroberfläche vermindern können, und tragen somit zum Rutschvermögen bei, insbesondere wenn sie innerlich in hohen Anteilen (größer als 0,15 Gew.-%) beigegeben werden oder wenn sie als Oberflächenleim verwendet werden.
- Ein verminderter RK trägt zu Problemen bei der Papierhandhabung und -veredlung einschließlich dem Ineinanderschieben von Papierrollen sowie dem Verschieben gestapelter, flachgedrückter Pappkartons bei. Ein niedriger RK kann auch mögliche Veredlungsprobleme bei feinen Papierqualitäten, wie z.B. Banknoten- und Reprographiepapierqualitäten verursachen.
- Um den RK von Alkylketendimer-geleimtem Papier steuern zu helfen, wurde bisher eine Lösung von kolloidalem Siliciumdioxid am Ende des Herstellungsprozeßes auf herkömmliche Weise direkt auf die Oberfläche von Papierbögen und Kartons aufgebracht. Dies erfordert einen zusätzlichen Schritt beim Papierherstellungsverfahren, was die Produktivität mindert und die Kosten erhöht.
- Die US-A-2,865,743 von C. A. Weisgerber offenbart ein Verfahren zur innerlichen Leimung von Papier durch Dispergierung eines Ketendimers auf einem Träger, der feinverteiltes amorphes Siliciumdioxid umfaßt, zur Bildung eines freiströmenden Pulvers, in dem die Siliciumdioxidpartikel einen hohen Ölabsorptionsgrad haben und eine Abscheidung oder einen Überzug des Ketendimers enthalten. In dem Patent wird beansprucht, daß das Pulver ohne die Notwendigkeit eines Dispersionsmittels leicht dispergierbar ist.
- Die GB-A-804,504 von C. A. Weisgerber offenbart ein Verfahren zur Papierleimung, das die Zugabe von aktivierter Tonerde und einem Leimungsmaterial umfaßt, das chemisch mit den Hydroxylgruppen von Cellulose reagiert, wie beispielsweise Ketendimere, Anhydride oder organische Isocyanate.
- Die EP-A-0 261 820 beschreibt eine für die Verwendung bei der Herstellung von Papier geeignete Füllstoffzusammensetzung, die kolloidales Siliciumdioxid einschließen kann. Die EP-A-0 445 953 offenbart ein kationisches, Polymermodifiziertes Füllmaterial wie beispielsweise modifiziertes Calciumcarbonat und seine Verwendung zur Verbesserung der Papierverarbeitung mit reduziertem Leimungsmittelanteil.
- Erfindungsgemäß ist eine Zusammensetzung, die ein Ketendimer zur Papierleimung enthält, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein stabiles Aquasol eines positiv geladenen kolloidalen Siliciumdioxids, eines positiv geladenen kolloidalen Aluminiumoxids oder eines positiv geladenen kolloidalen Zirkoniumdioxids ist und auch das Ketendimer enthält.
- Ebenfalls erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur Leimung eines Papierprodukts aus zu Bahnen verarbeiteten Cellulosefasern, das die Behandlung der Fasern mit einem Ketendimerleim umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern mit einem stabilen Aquasol behandelt werden, das den Ketendimerleim und positiv geladenes kolloidales Siliciumdioxid, positiv geladenes kolloidales Aluminiumoxid oder positiv geladenes kolloidales Zirkoniumdioxid enthält.
- Die Zusammensetzung kann auf herkömmliche Weise innerlich eingearbeitet werden, indem sie zu dem Papierherstellungseintrag hinzugegeben wird, oder als Oberflächenleim aufgebracht werden, um den erwünschten Leimanteil zu erzielen und trotzdem den RK zu erhöhen.
- Ebenfalls erfindungsgemäß umfaßt ein Papierprodukt aus zu Bahnen verarbeitete Cellulosefasern, die mit der erfindungsgemäßen Zusammensetzung oder dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt werden.
- Stabile kationische Aquasole von kolloidalem Siliciumdioxid, Aluminiumoxid und Zirkoniumdioxid sind wohlbekannt, beispielsweise aus der US-A-3,007,878, der US-A-3,620,978, der US-A-3,719,607, der US-A-3,745,126 und der US-A-3,956,171. Typischerweise enthalten solche Sole kolloidale, dichte, feinverteilte Partikel, z.B. Siliciumdioxid, mit einer Oberfläche von etwa 20-600 Quadratmetern pro Gramm und einem Durchmesser von etwa 5-150 µm. Sie sind im allgemeinen mit einer kleinen Menge einer Lauge wie beispielsweise Natriumhydroxid stabilisiert. Typische bekannte Aquasole sind diejenigen, die positiv geladene Partikel mit einem dichten Siliciumdioxidkern enthalten, der mit einer Hydroxyl- oder anderen Sauerstoffverbindung eines mehrwertigen Metalls wie Aluminium zusammen mit einem anionischen Gegenion wie z.B. einem Nitration überzogen ist. Bevorzugte kationische Siliciumdioxiddispersionen sind von Nalco Chemical unter dem Namen NALCO-1SJ612 oder von E. I. du Pont de Nemours & Co. unter dem Namen LUDOX CL erhältlich. Beispiele stabiler Aquasole von kolloidalem Zirkoniumdioxid, die sich für die Verwendung in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung und dem erfindungsgemäßen Verfahren eignen, schließen stabilisiertes Zirkoniumdioxidnitrat, das unter dem Namen NYACOL Zr-50-20 oder Zr-100-20 von Nyacol Products Inc., Ashland, MA erhältlich ist, ein, und ein geeignetes Beispiel stabiler Aquasole von kolloidalem Aluminiumoxid ist eine kolloidale Aluminiumoxiddispersion, die unter dem Namen NYACOL Al-20 von Nyacol Products Inc. erhältlich ist.
- Gemäß der vorliegenden Erfindung nützliche Ketendimerleime sind wohlbekannte cellulosereaktive Leimungsmaterialien. Sie schließen kationische, anionische und nichtionische Materialien wie Alkyl- (einschließlich C¹¹&supmin;²²) und Cycloalkylketendimere, Aryl- und Aralkylketendimere und Mischungen davon ein. Die vorliegende Erfindung zieht auch die Verwendung bekannter Stabilisatoren, wie z.B. kationischer Stärke und kationischer Polymere, und anderer Zusatzstoffe in Verbindung mit dem Ketendimerleim in Betracht. Typische Ketendimerleime sowie Stabilisatoren und andere Zusatzstoffe sind in vielen US-Patenten einschließlich der US-A-4,240,935, der US-A-4,522,686, der US-A-4,861,376, der US-A-4,919,724 und der US-A-4,927,496 offenbart.
- Die Menge an gemäß der vorliegenden Erfindung auf Papier aufgebrachtem Ketendimer wird herkömmlicherweise abhängig von der Art des zu leimenden Papiers oder Papierbreis, des verwendeten Ketendimerleims und der erwünschten Leimmenge variieren. Vorzugsweise beträgt die Menge an entweder innerlich oder als Oberflächenleim eingesetztem Ketendimer etwa 0,01 bis etwa 1,0 Gew.-%, basierend auf dem Fasertrockengewicht, bevorzugter etwa 0,05 bis etwa 0,2 Gew.-%.
- Das Stabilitätskriterium für das Sol, das den Ketendimerleim enthält, ist, daß der Viskositätswert des Materials nach vierwöchiger Lagerung bei 32ºC vorzugsweise weniger als 100 mPa s (100 cps) beträgt.
- Die verwendete Siliciumdioxidmenge variiert abhängig von der Menge des eingesetzten Ketendimers. Vorzugsweise werden bis zu 33 Gewichtsanteile partikelförmiges Siliciumdioxid pro 100 Gewichtsanteile Ketendimer verwendet.
- Wahlweise ist Alaun als Stabilisierungshilfe in dem Aquasol enthalten, vorzugsweise bei höheren Siliciumdioxidkonzentrationen. Vorzugsweise variiert die Alaunmenge von 0,1 bis 2,5 Gew.-% der Zusammensetzung. Als Alternative zu Alaun kann Polyaluminiumchlorid in ähnlichen Mengen verwendet werden. Dispersionen negativ geladenen kolloidalen Siliciumdioxids, z.B. von Du Pont Company unter den Bezeichnungen LUDOX HS-30 und HS-40 erhältlich, können ebenfalls mit dem Aquasol gemischt werden, mit genügend kationischem Material, um die Gesamtmischung der kolloidalen Bestandteile in eine positive Ladung umzuwandeln.
- In den folgenden Beispielen sind alle Anteile und Prozentsätze in Gewicht, außer wenn anders angegeben.
- Die Materialien werden folgendermaßen hergestellt. Eine gerührte Mischung in 92,17 Anteilen Wasser von 1,5 Anteilen kationischer Stärke mit einem Aschegehalt von 3-6%, maximaler Feuchtigkeit von 12%, einem pH von 3,5-5,5, maximal 10% gewöhnlicher Stärke, maximal 2,5% Amylose, maximal 5% Eosinfarbe, mindestens 1,5% Protein, mindestens 0,24% Stickstoff und einer Viskosität (Kalttrichterverhältnis 1-2,5, 190/75 ºC) von 45-60 (erhältlich unter dem Namen AMAIZO 2187 von American Maize-Products Company, Hammond, IN) und 0,25 Anteilen Natriumligninsulfonat-Dispersionsmittel (erhältlich von Ligno Tech, Greenwich, CT unter dem Namen LIGNISOL XD) wird bei etwa 95ºC für etwa 30 Minuten bei neutralem pH erwärmt. Durch Verdunstung verlorengegangenes Wasser wird ersetzt, während man die Lösung auf etwa 65ºC abkühlen läßt. Der Mischung werden 6 Anteile eines gemischten Hexadecylhexadecanylketendimerleims zugegeben, hergestellt aus einer Mischung von 45% Stearinsäure und 55% Palmitinsäure durch Bildung von deren Säurechloriden und nachfolgendes Umsetzen der Säurechloride mit einem tertiären Amin und 0,06 Anteilen eines Biozids (Biocide N521 erhältlich von Stauffer Chemical), und die Mischung wird bis zur Homogenität gemischt. Die resultierende Vormischung wird homogenisiert (etwa 211 kg/cm² bei 65ºC, wobei das gesammelte Homogenisat in einem Kaltwasserbad auf etwa 21ºC abgekühlt wird). Dann wird Alaun (0,02 Anteile) hinzugegeben. Der Leim ist von Hercules Incorporated unter dem Namen Aquapel 360XC (US- Patent 4,927,496) erhältlich.
- Zu der vorhergehenden Mischung, die bei Raumtemperatur (etwa 25ºC) in einem Behälter weitergerührt wird, wird langsam eine kationische Siliciumdioxidsoldispersion zugegeben. Die kationischen Siliciumdioxidsole und ihre Mengen sind in der folgenden Tabelle 1 aufgeführt. Tabelle 1
- ¹ Solmenge basierend auf dem Gewicht des Ketendimerleims.
- ² Kationische Siliciumdioxiddispersion erhältlich von Nalco Chemical unter dem Namen NALCO-1SJ612.
- ³ Kationische Siliciumdioxiddispersion erhältlich von E. I. du Pont de Nemours & Co. unter dem Namen LUDOX CL.
Claims (8)
1. Zusammensetzung enthaltend einen Ketendimerleim zum Leimen
von Papier, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein stabiles
Aquasol positiv geladenen kolloidalen Siliciumdioxids,
positiv geladenen kolloidalen Aluminiumoxids oder positiv
geladenen kolloidalen Zirkoniumdioxids ist und auch das
Ketendimer enthält.
2. Zusammensetzung enthaltend einen Ketendimerleim zum Leimen
von Papier gemäß Anspruch 1, weiterhin dadurch
gekennzeichnet, daß sie ein stabiles Aquasol dichter, fein
verteilter Siliciumdioxid-, Aluminiumoxid- oder
Zirkoniumdioxidpartikel ist, die eine Oberfläche von etwa
20-600 Quadratmetern pro Gramm und einen Durchmesser von etwa
5-150 µm haben.
3. Zusammensetzung enthaltend einen Ketendimerleim zum Leimen
von Papier gemäß Anspruch 1 oder 2, weiterhin dadurch
gekennzeichnet, daß die fein verteilten Partikel mit einer
Lauge stabilisiert sind.
4. Zusammensetzung enthaltend einen Ketendimerleim zum Leimen
von Papier gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, weiterhin dadurch
gekennzeichnet, daß die fein verteilten Partikel mit einer
Sauerstoffverbindung eines mehrwertigen Metalls und einem
anionischen Gegenion überzogen sind.
5. Verfahren zum Leimen eines Papierproduktes aus zu Bahnen
verarbeiteten Cellulosefasern, das die Behandlung der Fasern
mit einem Ketendimerleim umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß
die Fasern innerlich oder äußerlich mit einem stabilen
Aquasol positiv geladenen kolloidalen Siliciumdioxids,
positiv geladenen kolloidalen Aluminiumoxids oder positiv
geladenen kolloidalen Zirkoniumdioxids behandelt werden, das
auch das Ketendimer enthält.
6. Verfahren zum Leimen eines Papierprodukts aus zu Bahnen
verarbeiteten Cellulosefasern gemäß Anspruch 5, weiterhin
dadurch gekennzeichnet, daß das Aquasol eine
Sauerstoffverbindung eines mehrwertigen Metalls und ein
anionisches Gegenion enthält.
7. Verfahren zum Leimen eines Papierprodukts aus zu Bahnen
verarbeiteten Cellulosefasern gemäß Anspruch 6, weiterhin
dadurch gekennzeichnet, daß das Aquasol weiterhin Alaun
enthält.
8. Papierprodukt umfassend aus zu Bahnen verarbeitete
Cellulosefasern, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern mit
der Zusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 oder
mit dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7 behandelt
werden.
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