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Technisches
Gebiet
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Diese Erfindung betrifft die Verwendung
einer Ester-Verbindung
als Mittel zur Förderung
des Volumens von Papier, wodurch Papierblätter, erhalten von einer Pulpenzufuhr,
voluminös
sein können,
ohne daß die
Wirkung eines Schlichtemittels vermindert wird. Die Erfindung betrifft
ebenfalls ein Verfahren zur Erzeugung eines hochvoluminösen Papierblattes
und ebenfalls das sehr voluminöse
Papierblatt, das durch das Verfahren erhältlich ist.
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Stand der
Technik
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Seit einiger Zeit gibt es ein Bedürfnis für ein hochqualitatives
Papier, z. B. ein Papier mit ausgezeichneter Druckfähigkeit
und Volumen. Weil die Druckfähigkeit
und das Volumen des Papiers eng mit der Masse davon zusammenhängen, wurden
verschiedene Versuche durchgeführt,
um die Masse zu erhöhen.
Jedoch wird das Recyclen von Papier unmöglich gemacht und die Glätte des
Papier wird beeinträchtigt.
Obwohl ein Mittel zur Förderung
der Papiermasse mit einem bestimmten Alkohol und/oder einem Polyoxyalkylen-Addukt davon
ebenfalls in (WO-A-98/03730) offenbart ist, ist dies mit einer unzureichenden
Ausübung
der Wirkung eines Schlichtemittels verbunden, das im allgemeinen
in Kombination verwendet wird. Weiterhin ist ein Massenförderer,
der ein Fettsäurepolyamidpolyamin
ist, kommerziell erhältlich,
hat aber nur eine begrenzte Leistung.
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DE-4202703 A betrifft ein Verfahren
zur Quellvergütung
von Papier und papierartigen Materialien unter Verwendung von alkoxylierten
Produkten und Papiere und papierartige Materialien, die solche alkoxylierten Produkte
umfassen. Bevorzugt sind alkoxylierte Produkte von natürlichen Ölen, z.
B. Ester von ungesättigten Fettsäuren mit
Glycerin und/oder langkettigen Fettalkoholen mit einem Kristallisierungspunkt
von weniger als +30°C.
Die Fettsäure
kann durch Oleinsäure,
Erucasäure,
Ricinsäure
und Linolsäure
dargestellt werden. Die alkoxylierten Produkte werden von den relevanten Ölen und
Fettsäureestern
durch Reaktion mit Alkylenoxid erhalten, wobei bevorzugt C1-10-Alkylenoxide verwendet werden. Die alkoxylierten
Produkte werden zu dem Papiermaterial gegeben, bevor dieses Material
in der Papiermaschine behandelt wird.
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US-5716692 A betrifft ein Lotion-Seidenpapier,
worin eine Lotion zumindest auf die Oberfläche davon in einer Menge von
etwa 2 bis etwa 20 Gew.-% des getrockneten Seidenpapiers aufgetragen
ist, eine Lotionzusammensetzung zum Behandeln von Seidenpapier,
die bei 20°C
halbfest oder fest ist und ein im wesentlichen wasserfreies Petrolatum-Emolliens
mit einer plastischen oder Fluidkonsistenz bei 20°C, ein Mittel,
das das Petrolatum-Emolliens auf der Oberfläche des Seidenpapiers immobilisieren
kann, wobei das Immobilisiermittel einen Schmelzpunkt von wenigstens
etwa 35°C
hat und ein Mitglied umfaßt,
ausgewählt
aus der Gruppe, bestehend aus C14-22-Fettalkoholen, C12-22-Fettsäuren und Mischungen davon;
ein nichtionisches hydrophiles Tensid mit einem HLB-Wert von wenigstens
etwa 4, wobei das hydrophile Tensid ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend
aus ethoxylierten Alkoholen mit einer Alkyl-Kette von 8 bis etwa
22 Kohlenstoffatomen und mit einem Ethoxylierungsgrad im Bereich
von etwa 1 bis etwa 54 und ethoxylierten Sorbitanestern von C12-18-Fettsäuren mit einem durchschnittlichen
Ethoxylierungsgrad von etwa 2 bis etwa 20, und ein zusätzliches
hydrophiles Tensid ausgewählt
aus der Gruppe, bestehend aus einem Diethylester von Natriumsulfonsäure, Silicon, Polyester-Copolymer
und Mischungen davon umfaßt.
Das im wesentlichen wasserfreie Petrolatum kann ebenfalls durch
Fettsäureester-Emollientien
ebenso wie Fettsäureethoxylaten
dargestellt werden. Die Lotionzusammensetzung verleiht nach Auftragung
auf Seidenpapier dem Papier ein weiches, glänzendes lotionsartiges Gefühl.
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GB-2268941 A betrifft ein Verfahren
zur Erzeugung von zwei Kolophonium-Schlichtemitteln, die beim Schlichten
von Papier und anderen faserigen Materialien verwendet werden. Bei
diesem Verfahren wird ein Kolophonium mit zumindest einer anderen
Komponente im dem Ausmaß vermischt,
daß der
Schmelzpunkt der Mischung unterhalb des Schmelzpunktes des Kolophoniums
liegt, und eine Emulsion aus dieser Mischung in Wasser wird hergestellt.
Die andere Komponente kann Fettsäureester
oder ein anderer Säureester
von Glycerin oder Polyethylenglykol oder Ethylenglykol sein. Diese
Mischung wird als Schlichtemittel verwendet.
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WO-A-98/03730 (entsprechend EP-A-0
930 394) betrifft eine Papierquellförderzusammensetzung, umfassend
eine Verbindung der Formel RO(EO)m(PO)nH, worin R eine lineare oder verzweigte
Alkyl- oder Alkenyl-Gruppe mit 6 bis 22 Kohlenstoffatomen oder Alkylaryl-Gruppe
ist, worin die Aryl-Gruppe
4 bis 20 Kohlenstoffatome hat, E eine Ethylen-Gruppe ist, P eine
Propylen-Gruppe ist und m bzw. n die durchschnittliche Zahl der
zugegebenen Mole im Bereich von 0 ≤ m ≤ 20 bzw. 0 ≤ n ≤ 50 sind;
und zumindest ein nichtionisches Tensid, basierend auf einem mehrwertigen
Alkohol. Dieses nichtionische Tensid kann durch Fettsäureester durch
Zuckeralkoholen oder Zuckern dargestellt sein. Die Fettsäure, die
in Fettsäureestern
von Zuckeralkoholen verwendet wird, kann eine gesättigte oder
ungesättigte
Fettsäure
mit jeweils 1 bis 24, bevorzugt 12 bis 18 Kohlenstoffatomen sein.
Die gleiche bevorzugt Fettsäure wird
in den Fettsäureestern
von Zuckern verwendet. Der Quellförderer wird bei einem Punkt
zugegeben, bei dem er gleichmäßig mit
einem Pulpenzufuhrmaterial vermischt werden kann. Der Quellförderer verbleibt
im Papier, und der Papierquellförderer
wird in einer Menge von 0,01 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 0,1 bis 5
Gew.-%, bezogen auf die Pulpe zugegeben.
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WO-A-94/05856 betrifft ein massiges
Seidenpapier, worin ein Erweichungsmittel mit bestimmten Sorbitanestern
zu dem trockenen Tissue bei dem Papierherstellungsverfahren gegeben
wird.
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Offenbarung
der Erfindung
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Ein Ziel dieser Erfindung liegt darin,
einen Papierquellförderer
anzugeben, wodurch eine ausreichende Quellwirkung erhalten werden
kann, selbst wenn der Quellförderer
in einer kleinen Menge zugegeben wird, wobei dieser die Leistung
eines Schlichtemittels, das bei einem Papierherstellungsverfahren
zugegeben ist, nicht weiter vermindert.
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Somit gibt diese Erfindung die Verwendung
einer Ester-Verbindung
aus einem mehrwertigen Alkohol und einer linearen, gesättigten
C10-22-Fettsäure an, worin die Ester-Verbindung
keine Oxyalkylen-Gruppen aufweist und einen Schmelzpunkt von nicht
mehr als 100°C
hat, als Mittel zur Förderung
des Volumens von Papier. Diese Erfindung betrifft ebenfalls ein
Verfahren gemäß Anspruch
4 ebenso wie ein hochvoluminöses
Papierblatt, erhältlich
durch das Verfahren.
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Industrielle
Anwendbarkeit
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Gemäß dieser Erfindung kann eine
ausgezeichnete Quellwirkung erhalten werden, selbst wenn der Papierquellförderer in
einer kleinen Menge zugegeben wird, und ein massiges Papier kann
erhalten werden, ohne daß die
Wirkung eines Schlichtemittels beeinträchtigt wird.
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Beste Art
zur Durchführung
der Erfindung
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Eine Ester-Verbindung des Papierquellförderers
in dieser Erfindung ist eine Ester-Verbindung aus einem mehrwertigen
Alkohol und einer linearen, gesättigten
C10-22-Fettsäure (Ester-Gruppe oder OA-Gruppe)
mit einem Schmelzpunkt von nicht mehr als 100°C.
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Der mehrwertige Alkohol als Bestandteil
der Ester-Verbindung in dieser Erfindung ist bevorzugt ein 2- bis
14-wertiger Alkohol mit 2 bis 24 Kohlenstoffatomen insgesamt, der
eine Ether-Gruppe enthalten kann. Ein zweiwertiger Alkohol kann
einer mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen insgesamt sein, der eine Ether-Gruppe
enthalten kann, wie Propylenglykol, Dipropylenglykol, Butylenglykol,
Dibutylenglykol, Ethylenglykol, Diethylenglykol und Polyethylenglykol.
Ein 3- oder mehrwertiger
Alkohol kann einer mit insgesamt 3 bis 24 Kohlenstoffatomen sein,
der eine Ether-Gruppe enthalten kann und worin die Gesamtzahl der
Hydroxy-Gruppe/Gesamtzahl der Kohlenstoffatome 0,4 bis 1 in einem
Molekül
ist, wie Glycerin, Poly(n = 2 bis 5)glycerin, Pentaerythrit, Dipentaerythrit,
Arabit, Sorbit, Stachyose, Erythrit, Arabit, Mannit, Glucose und
Sucrose. Bevorzugt sind dies Ethylenglykol, Diethylenglykol, Propylenglykol
und ein Alkohol mit 3 bis 12 Kohlenstoffatomen insgesamt, der eine Ether-Gruppe
enthalten kann, worin die Gesamtzahl der Hydroxy-Gruppen/Gesamtzahl
der Kohlenstoffatome in einem Molekül 0,5 bis 1 ist und der ein
3- oder mehrwertiger Alkohol ist. Mehr bevorzugt sind dies Glycerin, Poly(n
= 2 bis 4)glycerin und Pentaerythrit.
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Weiterhin ist die Fettsäure, die
die Ester-Verbindung dieser Erfindung ausmacht, eine lineare gesättigte Fettsäure mit
10 bis 22 Kohlenstoffatomen. Mehr bevorzugt sind diese Laurinsäure, Stearinsäure, Palmitinsäure, Myristinsäure und
Behensäure.
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Die Ester-Verbindung dieser Erfindung
kann durch Durchführen
einer konventionell bekannten Veresterung erhalten werden. Z. B.
wird eine Mischung aus einer Fettsäure und einem mehrwertigen
Alkohol falls erforderlich mit einem Veresterungskatalysator vermischt
und bei 150 bis 250°C
reagiert, unter Erhalt der Ester-Verbindung.
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Der durchschnittliche Veresterungsgrad
der Verbindung in dieser Erfindung ist mehr als 0. Bevorzugt sind
pro 1 mol eines mehrwertigen Alkohols die OH-Gruppen in dem Alkohol
in einer Menge von 10 bis 95 Äquivalentprozenten
verestert. Ein Alkohol hat insbesondere bevorzugt 1 bis 2 mol einer
Fettsäure-Gruppe
pro 1 mol eines mehrwertigen Alkohols.
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Die Ester-Verbindung dieser Erfindung
hat einen HLB von bevorzugt 1 bis 14, mehr bevorzugt 1,5 bis 10,
weiter bevorzugt 2 bis 8. HLB ist ein Index für die Hydrophilizität eines
Tensides. Je größer der
HLB-Wert ist, um so höher
wird die Hydrophilizität.
Erfindungsgemäß wird der
HLB-Wert einer jeden Verbindung durch die folgende Formel entsprechend
dem Griffin's-Verfahren
berechnet.
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Erfindungsgemäß bedeutet eine hydrophile
Gruppe die folgende Gruppe in einer Ester-Verbindung.
- (1) Eine Gruppe, die von einem Alkohol stammt, der eine Ether-Gruppe
aufweisen kann, der ein zwei- oder mehrwertiger Alkohol mit 3 bis
24 Kohlenstoffatomen insgesamt ist, worin die Gesamtzahl der Hydroxy-Gruppe/Gesamtzahl
der Kohlenstoffatome in einem Molekül 0,4 bis 1 ist.
- (2) Ein Sauerstoffatom neben einer Carbonyl-Gruppe.
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Eine Ester-Verbindung dieser Erfindung
hat einen Schmelzpunkt von 100°C
oder weniger, bevorzugt –15°C oder mehr
und 80°C
oder weniger, mehr bevorzugt 20°C
oder mehr und 70°C
oder weniger angesichts der Handhabbarkeit und der Leistung als
Schlichtemittel. Der Schmelzpunkt ist eine Temperatur eines Peakbeginns,
wenn eine feste, vorgekühlte
Ester-Verbindung durch ein Differentialkalorimeter (DSC) gemessen wird
(Temperaturerhöhungsverhältnis von
2°C/Minute).
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Eine Ester-Verbindung dieser Erfindung
ist bevorzugt eine mit einem HLB von 2 bis 8 und einem Schmelzpunkt
von 10 bis 70°C
und mehr bevorzugt eine mit einem HLB von 2 bis 7 und einem Schmelzpunkt von
45 bis 70°C.
Innerhalb eines solchen Bereiches können bevorzugtere Ergebnisse
der Quellförderwirkung und
Schlichtewirkung (Aufrechterhaltungswirkung eines Schlichtemittels)
erhalten werden.
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Der Papierquellförderer dieser Erfindung wird
zu der Papierzufuhr bei dem Papierherstellungsverfahren gegeben.
Wenn er ein festes Produkt ist, kann er nach Pulverisierung, Verschmelzen
durch Wärme
oder Verdünnen
mit Wasser, etc. zugegeben werden. Gegebenenfalls kann ein nichtionisches,
anionisches, kationisches und polymeres Tensid und bevorzugt ein
nichtionisches Tensid als Emulgator oder Dispersionsmittel verwendet
werden. In einem solchen Fall ist das Verhältnis eines Papierquellförderers
in dieser Erfindung und eines Tensides: [Papierquellförderer dieser
Erfindung]/Tensid = 95,5/0,5 bis 70/30 (bezogen auf das Gewicht) bevorzugt
98/2 bis 80/20.
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Der Quellförderer dieser Erfindung ist
für eine
Vielzahl von normalen Papierzufuhren von unbehandelten Pulpen wie
mechanischen Pulpen, einschließlich
TMP (thermomechanische Pulpe) und chemischen Pulpen, einschließlich LBKP
(gebleichte Hartholzpulpe) bis zu Pulpen, die aus verschiedenen
Abfallpapieren hergestellt sind, anwendbar. Der Zeitpunkt, zu dem
der Quellförderer
dieser Erfindung zu der Papierzufuhr gegeben wird, ist nicht besonders
beschränkt,
so lange dieser innerhalb des Papiererzeugungsschrittes liegt. Der Papierherstellungsschritt
besteht in der Bildung von Papierschichten durch Ablaufenlassen
von Wasser von einer verdünnten
Flüssigkeit
aus einer Pulpenzufuhr während
des Vorlaufes davon auf einem Drahtgeflecht. In der Fabrik wird
beispielsweise der Quellförderer
wünschenswert
zu einem Zeitpunkt zugegeben, so daß er gleichmäßig mit
einer Pulpenzufuhr wie Refiner, Maschinenkasten oder Maschinenbütte vermischt
werden kann. Nach Zugabe des Quellförderers dieser Erfindung zu
einer Pulpenzufuhr wird die resultierende Mischung so wie sie ist
einer Blattbildung unterworfen. Der Quellförderer verbleibt im Papier.
Der Papierquellförderer
dieser Erfindung wird in einer Menge von 0,01 bis 10 Gew.-%, bevorzugt
0,1 bis 5 Gew.-%, bezogen auf die Pulpenzufuhr zugegeben. Bei einigen
Systemen kann eine ausgezeichnete Quellwirkung durch Zugabe einer
kleinen Menge von 0,1 bis 1 Gew.-% erhalten werden.
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Das durch Verwendung des Papierquellförderers
dieser Erfindung erhaltene Papierblatt hat eine Massendichte (das
Meßverfahren
wird unten in den Beispielen angegeben), die bevorzugt um wenigstens
5%, mehr bevorzugt wenigstens 7% niedriger ist als das Produkt,
das keinen Papierquellförderer
enthält.
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Bei der Papiererzeugung ist es möglich, ein
Schlichtemittel wie Kolophonium, ein Alkylketendimer, Gelatine,
Stärke
und Latex, darüber
hinaus einen Füllstoff,
Ausbeuteverbesserer, Trocknungsverbesserer und Papierstärkenverbesserer
hinzugegeben. Ein Schlichtemittel füllt Löcher auf der Oberfläche oder
der Masse des Papiers mit einem wasserresistenten Material, zur
Unterdrückung
der Permeierung von Wasser oder Tinten, und kann zur Papierbehandlung
durch Zugabe zu einer Pulpenaufschlämmung (innere Schlichtemittel) oder
Beschichtung auf einem resultierenden Papier (Oberflächenbeschichtung)
verwendet werden. Ein Schlichtemittel wird üblicherweise in einer Menge
von 0,01 bis 1,0 Gew.-%, bezogen auf eine Pulpenzufuhr zugegeben,
obwohl die Menge in Abhängigkeit
von den Arten des Papiers variieren kann. Weil ein Papierquellförderer dieser
Erfindung ebenfalls ausgezeichnet ist beim Konservieren einer Schlichteleistung,
wird er bevorzugt bei einem Verfahren zur Erzeugung eines erhältlichen
hochmassigen Papierblattes unter Verwendung eines Schlichtemittels
in Kombination verwendet.
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Beispiele
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Beispiele 1 bis 14 und
Vergleichsbeispiele 1 bis 9
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[Pulpenzufuhr]
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Eine Deinking-Pulpe und eine unbehandelte
Pulpe, die unten gezeigt sind, wurden als Pulpenzufuhren verwendet.
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<Deinking-Pulpe>
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Eine Deinking-Pulpe wurde wie folgt
erhalten. Zu Abfallpapierzufuhren, die in der Stadt gesammelt waren
(Zeitung/Broschüre
= 70/30%) wurden warmes Wasser, 1% (bezogen auf die Zufuhr) Natriumhydroxid
(bezogen auf das Gewicht, gleiches gilt nachfolgend), 3% (bezogen
auf die Zufuhr) Natriumsilicat, 3% (bezogen auf die Zufuhr) einer
30%igen wäßrigen Wasserstoffperoxid-Lösung und
0,3% (bezogen auf die Zufuhr) EO/PO-Blockaddukt von Rindertalg/Glycerin
(1 : 1) als Deinking-Mittel gegeben, worin die Mengen an EO und PO
70 bzw. 10 (durchschnittliche Zahl der zugegebenen Mole) waren.
Die Zufuhr wurde ausgestrichen und flotiert. Die resultierende Aufschlämmung wurde
mit Wasser gewaschen und bis zu einer Konzentration von 1% reguliert,
zur Herstellung einer Deinking-Pulpenaufschlämmung. Diese hatte einen Mahlgrad
von 220 ml.
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<Unbehandelte Pulpe>
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Eine unbehandelte Pulpe wurde durch
Ausbürsten
und Schlagen einer LBKP (gebleichte Hartholzpulpe) mit einem Schlaggerät bei Raumtemperatur
hergestellt, zur Erzeugung einer 1%gen LBKP-Aufschlämmung. Diese
hatte einen Mahlgrad von 420 ml.
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[Papiererzeugungsverfahren]
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Jede der obigen 1%gen Pulpenaufschlämmungen
wurden in einer solchen Menge ausgewogen, daß ein Papierblatt mit einem
Basisgewicht von 60 g/m2 erhalten wurde.
Der pH davon wurde auf 4,5 mit Aluminiumsulfat eingestellt. Anschließend wurden
verschiedene Quellförderer,
die in den Tabellen 1 und 2 gezeigt sind, in einer Menge von 0,8
g, bezogen auf die Pulpe, zugegeben, darüber hinaus wurden Kolophonium-Schlichtemittel in
einer Menge von 0,5%, bezogen auf die Pulpe zugegeben. Jede resultierende
Mischung wurde gerührt
und daraus wurde ein Blatt mit einer rechteckigen TAPPI-Papiermaschine unter
Verwendung eines 0,177 mm-Drahtes (80 mesh-Draht) gebildet. Das
erhaltene Blatt wurde mit einer Presse bei 3,4 × 105 Pa
(3,5 kg/cm2) 2 Minuten lang gepreßt und mit
einem Trommeltrockner bei 105°C
1 Minute lang getrocknet. Nachdem jedes getrocknete Blatt bei 20°C und einer
Feuchtigkeit von 65% einen Tag zum Regulieren des Feuchtigkeitsgehaltes
gehalten wurde, wurde es bezüglich
der Massendichte und des Schlichtegrades durch folgende Verfahren
ausgewertet. Der gefundene Wert war ein Durchschnitt von 10 Messungen.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 gezeigt.
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<Auswertungspunkte und Verfahren>
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Massigkeit (Massendichte)
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Das Basisgewicht (g/m2)
und die Dicke (mm) eines jeden Blattes mit einem regulierten Feuchtigkeitsgehalt
wurden gemessen und dessen Massendichte (g/cm3)
wurde durch die folgende Berechnung bestimmt.
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Berechnungsgleichung:
Massigkeit(Massendichte) = (Basisgewicht)/(Dicke) × 0,001
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Je kleiner der Absolutwert der Massendichte
ist, um so größer ist
die Massigkeit. Ein Unterschied von 0,02 bei der Massendichte wird
als signifikanter Unterschied erkannt.
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Schlichtefähigkeit
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Die Schlichteleistung wurde gemäß JIS P
8122-54 unter Verwendung eines Stöckigt-Schlichtegrad-Bestimmungsverfahrens
ausgewertet. Somit wurde ein 2 cm × 2 cm Teststück eines
Papiers, erhalten nach dem Papierbildungsverfahren, auf einer 2%igen
Lösung
Ammoniumthiocyanat bei 20 ± 1°C, die in
einer Petrischale enthalten war, flotiert und durch tropfenweise
Zugabe einer 1%igen Lösung
Ferrichlorid bei der gleichen Temperatur unter Verwendung einer
Pipette behandelt, und die Zeitperiode, bis drei rote Punkte auf dem
Teststück
erschienen, wurde als Zahl der Sekunden bestimmt, was den Schlichtegrad
darstellt. Es ist industriell vorteilhaft, den Schlichtegrad von
80% im Vergleich zu einer Blankoprobe (Vergleich 1) oder mehr zu halten.
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(Bemerkung) Die Zusammensetzung von
Beispiel 14 bedeutet eine 10%ige Emulsion von Beispiel 3
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Die Anzahl der zugegebenen AO (Alkyloxid)-Mole
ist eine Durchschnittszahl von zugegebenen Molen pro 1 mol Monoester.
Bei der Blockaddition wird die Addition mit EO und dann mit PO durchgeführt.
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