DE69931946T2

DE69931946T2 - Zusammensetzungen und verfahren zur zubereitung von dispersionen und verfahren zur verwendung der dispersionen

Info

Publication number: DE69931946T2
Application number: DE69931946T
Authority: DE
Inventors: Felix Daniel Wilmington VARNELL
Original assignee: Hercules LLC
Current assignee: Hercules LLC
Priority date: 1998-10-28
Filing date: 1999-10-26
Publication date: 2007-01-25
Anticipated expiration: 2019-10-27
Also published as: ES2262365T3; AR021013A1; AU1231500A; PL347497A1; DE69931946D1; BR9914843A; RU2223986C2; JP2002528658A; CA2346946A1; PL191424B1; KR20010080915A; ID28963A; KR100593338B1; PT1123441E; EP1123441B1; US6123760A; ATE330064T1; NO20012095L; CN1325471A; WO2000024966A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Zusammensetzungen und Verfahren zur Herstellung von Dispersionen.
Neue Druckverfahren wie der Tintenstrahldruck haben zu einer Nachfrage nach Papier mit spezifischen Eigenschaften geführt, während es für vielfache Zwecke wie das reprographische Kopieren, den Laserdruck, den Tintenstrahldruck und dgl. verwendbar ist. Spezialpapiere wurden für jeden Anwendungstyp entwickelt, aber praktischerweise ist ein Mehrzweckpapier, das für all diese Verwendungen geeignet ist, erwünscht. Insbesondere verlangt der Tintenstrahldruck, daß sich sowohl die Tinte als auch das Papier in einer solchen Weise verhalten, daß ein akzeptables Bild durch den Naßdruck und akzeptabel schnelles Trocknen der Tinte bereitgestellt werden. Additive und Mittel, die Leimungsmittel einschließen, werden herkömmlich verwendet, um dem Papier einige der Eigenschaften zu verleihen, die für Anwendungen wie den Tintenstrahldruck erforderlich sind.
Papier wird mit Leimungsmittel hergestellt und/oder damit oberflächenbehandelt, um primär eine übermäßige Durchdringung, Dochtwirkung oder die Ausbreitung von Wasser oder Tinte zu verhindern. Viele unterschiedliche Typen von nicht-reaktiven und reaktiven Leimungsmitteln sind in der Papierherstellungsindustrie wohlbekannt.
Leimungsmittel für Papier werden häufig in Form wäßriger Dispersionen bereitgestellt. Solche Dispersionen können ein oder mehrere Leimungsmittel, ein oder mehrere Salze und eine oder mehrere Verarbeitungshilfen enthalten.
Während der Verwendung oder während der kurzfristigen Lagerung können sich Dispersionen, die Leimungsmittel und Salze enthalten, aufschichten, was zu einer oberen Schicht, die eine höher als durchschnittliche Konzentration des Leimungsmittels enthält, und zu einer unteren Schicht führt, die eine höher als durchschnittliche Konzentration an Salzen enthält. Dies ist ein signifikanter Nachteil, weil häufiges oder kontinuierliches Rühren erforderlich sein kann, um eine im wesentlichen gleichförmige Dispersion zu bewahren.
Die Aufschichtung von flüssigen Harzleimen wurde in US-PS 2,873,203 angesprochen, deren Offenbarungen hierin durch Verweis in ihrer Gesamtheit eingeführt werden. Das offenbarte Verfahren zur Verhinderung der Aufschichtung schließt die Zugabe einer kleinen Menge Natriumchlorid, zum Beispiel bis zu ca. 5 % auf Basis des Feststoffgehalts im Leim, zum Harzleim ein. Jedoch zeigen die Daten, daß, obwohl eine Aufschichtung für 2 Tage bei der Zugabe von bis zu 5 % Natriumchlorid verhindert werden kann, die Zugabe von weiterem Natriumchlorid zum Aussalzen des Natriumchlorids anstelle der Verlängerung des Zeitraums führen kann, während dessen die Aufschichtung verhindert wird.
Die vorliegende Erfindung stellt Zusammensetzungen und Verfahren zur Bildung von Dispersionen bereit, die im wesentlichen gleichförmig während der Verwendung und/oder Lagerung bleiben können. Die Zusammensetzungen und Verfahren sind nützlich in Dispersionen von Materialien wie Leimungsmitteln für Papier.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Zusammensetzung, die ein Papierleimungsmittel und wenigstens ein hydrophob modifiziertes, wasserlösliches Polymer mit einem Viskositätsmittelwert des Molekulargewichts von 200 000 oder weniger umfaßt. In bevorzugten Ausführungsformen hat das hydrophob modifizierte, wasserlösliche Polymer einen Viskositätsmittelwert des Molekulargewichts von 100 000 oder weniger, besonders bevorzugt 50 000 oder weniger. Ebenfalls bevorzugt hat das hydrophob modifizierte, wasserlösliche Polymer einen Viskositätsmittelwert des Molekulargewichts von wenigstens 20 000, besonders bevorzugt wenigstens 30 000. In bestimmten, hoch bevorzugten Ausführungsformen hat das hydrophob modifizierte, wasserlösliche Polymer einen Viskositätsmittelwert des Molekulargewichts von 30 000 bis 50 0000
In der Erfindung ist das hydrophob modifizierte, wasserlösliche Polymer hydrophob modifizierter Celluloseether. In bevorzugten Ausführungsformen ist der Celluloseether im wesentlichen nichtionisch. Bevorzugte Celluloseether schließen Methylcellulose, Hydroxypropylcellulose, Hydroxypropylmethylcellulose, Hydroxyethylcellulose und Ethylhydroxyethylcellulose ein.
Die hydrophobe Modifikation kann einem wasserlöslichen Polymer in den Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung zum Beispiel in Form von Seitenketten verliehen werden. Bevorzugt schließt die hydrophobe Modifikation des wasserlöslichen Polymers wenigstens eine Alkyl-Seitenkette mit wenigstens 8 Kohlenstoffatomen ein, noch mehr bevorzugt wenigstens eine Alkyl-Seitenkette mit wenigstens 10 Kohlenstoffatomen, noch mehr bevorzugt wenigstens eine Alkyl-Seitenkette mit wenigstens 12 Kohlenstoffatomen. In bestimmten hoch bevorzugten Ausführungsformen wird die hydrophobe Modifikation des wasserlöslichen Polymers durch wenigstens eine Alkyl-Seitenkette mit wenigstens 14 Kohlenstoffatomen, 15 Kohlenstoffatomen oder 16 Kohlenstoffatomen bereitgestellt. Es ist allgemein bevorzugt, daß die hydrophobe Modifikation des Polymers Alkyl-Seitenketten mit nicht mehr als 24 Kohlenstoffatomen, besonders bevorzugt nicht mehr als 22 Kohlenstoffatomen, noch mehr bevorzugt nicht mehr als 20 Kohlenstoffatomen und noch mehr bevorzugt nicht mehr als 18 Kohlenstoffatomen einschließt.
In einigen Ausführungsformen der Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung ist das hydrophob modifizierte, wasserlösliche Polymer ein Celluloseether mit einem Substitutionsgrad von wenigstens 2,0. In bevorzugten Ausführungsformen hat der Celluloseether einen Substitutionsgrad von wenigstens 3,0. In bestimmten hoch bevorzugten Ausführungsformen hat der Celluloseether einen Substitutionsgrad von 3,5 bis 3,6.
Erfindungsgemäß nützliche Leimungsmittel schließen reaktive Leimungsmittel und nicht-reaktive Leimungsmittel ein. Bevorzugte reaktive Leimungsmittel schließen Alkylketendimere, Alkenylbernsteinsäureanhydride, Alkenylketendimere und Alkyl- oder Alkenylketenmultimere ein. In bevorzugten Ausführungsformen sind reaktive Leimungsmittel flüssig bei Raumtemperatur, und in hoch bevorzugten Ausführungsformen sind die reaktiven Leimungsmittel Alkenylketendimere. Bevorzugte nicht-reaktive Leimungsmittel schließen zum Beispiel Polymeremulsion-Leimungsmittel und Harzleimungsmittel ein.
Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine im wesentlichen gleichförmige Dispersion, die ein Papierleimungsmittel und wenigstens ein hydrophob modifiziertes, wasserlösliches Polymer mit einem Viskositätsmittelwert des Molekulargewichts von 200 000 oder weniger enthält. Das Leimungsmittel kann zum Beispiel ein reaktives Leimungsmittel oder ein nicht-reaktives Leimungsmittel oder eine Kombination daraus sein. Erfindungsgemäß schließen bevorzugte reaktive Leimungsmittel Alkylketendimere, Alkenylbernsteinsäureanhydride, Alkenylketendimere und Alkyl- oder Alkenylketenmultimere ein. In bevorzugten Ausführungsformen sind die reaktiven Leimungsmittel flüssig bei Raumtemperatur, und in hoch bevorzugten Ausführungsformen sind die reaktiven Leimungsmittel Alkenyl ketendimere. Bevorzugte nicht-reaktive Leimungsmittel sind zum Beispiel Polymeremulsion-Leimungsmittel und Harzleimungsmittel.
Ein weiterer Aspekt der vorliegende Erfindung ist eine Dispersion, die ein Papierleimungsmittel, ein hydrophob modifiziertes wasserlösliches Polymer und ein Salz enthält. Exemplarische Salze schließen Halogenide von Calcium, Magnesium und Barium ein. In bevorzugten Ausführungsformen schließen die Salze ein oder mehrere Salze ein, die aus Calciumchlorid, Magnesiumchlorid, Magnesiumbromid, Calciumbromid, Calciumnitrat, Magnesiumnitrat, Calciumacetat und Magnesiumacetat ausgewählt sind.
Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Behandeln von Papier, das das Zugeben einer Zusammensetzung, die ein Papierleimungsmittel und ein hydrophob modifiziertes, wasserlösliches Polymer enthält, zum Papier an oder nahe der Leimpresse einschließt. In bevorzugten Ausführungsformen enthält die Zusammensetzung auch ein Salz. Bevorzugte Salze schließen Calciumchlorid, Magnesiumchlorid, Magnesiumbromid, Calciumbromid, Calciumnitrat, Magnesiumnitrat, Calciumacetat und Magnesiumacetat ein. Zur erfindungsgemäßen Behandlung von Papier hat das hydrophob modifizierte, wasserlösliche Polymer bevorzugt einen Viskositätsmittelwert des Molekulargewichts von 100 000 oder weniger, besonders bevorzugt 50 000 oder weniger. Auch ist der Viskositätsmittelwert des Molekulargewichts des hydrophob modifizierten, wasserlöslichen Polymers bevorzugt wenigstens 20 000, besonders bevorzugt wenigstens 30 000. In bestimmten hoch bevorzugten Ausführungsformen hat das hydrophob modifizierte, wasserlösliche Polymer einen Viskositätsmittelwert des Molekulargewichts von 30 000 bis 50 000.
Im erfindungsgemäßen Verfahren zur Behandlung von Papier ist das wasserlösliche Polymer ein Celluloseether. Bevorzugt hat der Celluloseether einen Substitutionsgrad von wenigstens 2,0, besonders bevorzugt wenigstens 3,0. In bestimmten hoch bevorzugten Ausführungsformen hat der Celluloseether einen Substitutionsgrad von 3,5 bis 3,6. Auch ist der hydrophob modifizierte Celluloseether bevorzugt im wesentlichen nichtionisch. Bevorzugte im wesentlichen nichtionische, hydrophob modifizierte, wasserlösliche Polymere schließen Methylcellulose, Hydroxypropylcellulose, Hydroxypropylmethylcellulose, Hydroxyethylcellulose und Ethylhydroxyethylcellulose ein.
In bevorzugten Ausführungsformen zur erfindungsgemäßen Behandlung von Papier wird die hydrophobe Modifikation dem wasserlöslichen Polymer durch die Gegenwart im Polymer von wenigstens einer Alkyl-Seitenkette mit wenigstens 8 Kohlenstoffatomen verliehen. Bevorzugt hat das wasserlösliche Polymer wenigstens eine Alkyl-Seitenkette mit wenigstens 10 Kohlenstoffatomen, noch mehr bevorzugt wenigstens 12 Kohlenstoffatomen, noch mehr bevorzugt wenigstens 14 Kohlenstoffatomen. In bestimmten hoch bevorzugten Ausführungsformen schließt die hydrophobe Modifikation des wasserlöslichen Polymers eine Alkyl-Seitenkette mit wenigstens 15 oder 16 Kohlenstoffatomen ein. Es ist jedoch bevorzugt, daß die Alkyl-Seitenkette nicht mehr als 24 Kohlenstoffatome, besonders bevorzugt nicht mehr als 22 Kohlenstoffatome, noch mehr bevorzugt nicht mehr als 20 Kohlenstoffatome und noch mehr bevorzugt nicht mehr als 18 Kohlenstoffatome hat.
Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Papier, das ein hydrophob modifiziertes, wasserlösliches Polymer und ein Papierleimungsmittel enthält. Bevorzugt hat das hydrophob modifizierte, wasserlösliche Polymer einen Viskositätsmittelwert des Molekulargewichts von 100 000 oder weniger, besonders bevorzugt 50 000 oder weniger. Es ist auch bevorzugt, daß das hydrophob modifizierte, wasserlösliche Polymer einen Viskositätsmittelwert des Molekulargewichts von wenigstens 20 000, mehr bevorzugt von wenigstens 30 000 hat. In bestimmten hoch bevorzugten Ausführungsformen hat das hydrophob modifizierte wasserlösliche Polymer einen Viskositätsmittelwert des Molekulargewichts von 30 000 bis 50 000.
Im erfindungsgemäßen Papier ist das hydrophobe modifizierte, wasserlösliche Polymer ein hydrophob modifizierter Celluloseether, und besonders bevorzugt ist der Celluloseether im wesentlichen nichtionisch. Bevorzugte Celluloseether schließen Methylcellulose, Hydroxypropylcellulose, Hydroxypropylmethylcellulose, Hydroxyethylcellulose und Ethylhydroxyethylcellulose ein.
In bevorzugten Ausführungsformen im Papier wird die hydrophobe Modifikation dem wasserlöslichen Polymer durch die Gegenwart wenigstens einer Alkyl-Seitenkette mit wenigstens 8 Kohlenstoffatomen im Polymer verliehen. Bevorzugt hat das wasserlösliche Polymer wenigstens eine Alkyl-Seitenkette mit wenigstens 10 Kohlenstoffatomen, noch mehr bevorzugt wenigstens 12 Kohlenstoffatomen, noch mehr bevorzugt wenigstens 14 Kohlenstoffatomen. In bestimmten hoch bevorzugten Ausführungsformen schließt die hydrophobe Modifikation des wasserlöslichen Polymers eine Alkyl-Seitenkette mit wenigstens 15 oder 16 Kohlenstoffatomen ein. Es ist jedoch bevorzugt, daß die Alkyl-Seitenkette nicht mehr als 24 Kohlenstoffatome, besonders bevorzugt nicht mehr als 22 Kohlenstoffatome, noch mehr bevorzugt nicht mehr als 20 Kohlenstoffatome und noch mehr bevorzugt nicht mehr als 18 Kohlenstoffatome hat.
Diese und andere Aspekte der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann angesichts der folgenden Offenbarung und den anhängenden Ansprüchen ersichtlich werden.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Es wurde überraschend und unerwartet festgestellt, daß die Gleichförmigkeit und Lagerstabilität von Dispersionen durch Aufnehmen eines oder mehrerer polymerer Materialien mit besonderen Eigenschaften in die Dispersionen verbessert werden können.
Die Verbesserung von Dispersionen gemäß der vorliegenden Erfindung schließt die Bewahrung einer substantiellen Gleichförmigkeit einer Dispersion ein. Der Begriff "im wesentlichen gleichförmig" wie hier verwendet bedeutet, daß eine Zusammensetzung eine minimale oder nicht detektierbare Variation der Verteilung von Komponenten im Volumen der Zusammensetzung aufweist. Zum Beispiel hat eine im wesentlichen gleichförmige Dispersion eine minimale Variation der Konzentration ihrer Komponenten im Volumen der Dispersion. Bevorzugt hat eine im wesentlichen gleichförmige Zusammensetzung weniger als 5 % Variation der Konzentration für jede Komponente in der Dispersion und keine Variationen sind bei visueller Inspektion detektierbar. So könnte zum Beispiel in bestimmten bevorzugten Ausführungsformen die Konzentration einer besonderen Komponente in einer im wesentlichen gleichförmigen Dispersion von 10,0 bis 10,5 % an unterschiedlichen Orten innerhalb des Gesamtvolumens der Zusammensetzung variieren, und eine solche Variation wird bei visueller Inspektion nicht detektierbar sein.
Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen und Verfahren können auch die Lagerstabilität von Dispersionen verbessern. Die Verbesserung der Lagerstabilität einer Dispersion, für die Zwecke der vorliegenden Offenbarung, schließt die Erhöhung der Lager- und/oder Verwendungszeit ein, während der die Dispersion im wesentlichen gleichförmig bleibt. Die Verbesserung der Stabilität einer Dispersion schließt auch die Zunahme der Lager- und/oder Verwendungszeit ein, während der im wesentlichen keine Aufschichtung bei visueller Untersuchung beobachtet wird.
Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen und Verfahren sind besonders nützlich zur Verbesserung oder Bewahrung der Gleichförmigkeit von vorgemischten Additiven für Papier, die typischerweise für einige Zeit von der Anwendung mit dem Papier gelagert werden. So sind die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen und Verfahren besonders einsetzbar für Dispersionen von Leimungsmitteln. Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen können auch Pigmente, Entschäumer, optische Aufheller und andere Additive enthalten, die für die Behandlung von Papier nützlich sind.
"Verbesserte Lagerstabilität" wie hier verwendet bedeutet, daß die Aufschichtung einer Dispersion während der Lagerung oder Verwendung verzögert, reduziert oder eliminiert ist. Deshalb kann eine verbesserte Lagerstabilität durch Messung der vor dem Einsetzen einer Aufschichtung in einer Dispersion während der Lagerung vergangenen Zeit bestimmt werden. Gemäß der Verwendung der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen und Verfahren wird erwartet, daß im wesentlichen keine Aufschichtung in einer Dispersion bei visueller Untersuchung nach Lagerung für wenigstens 7 Tage, besonders bevorzugt wenigstens 14 Tage, besonders bevorzugt wenigstens 21 Tage und noch mehr bevorzugt wenigstens 28 Tage detektiert werden wird. Die Abwesenheit von sichtbar beobachtbarer Aufschichtung in Dispersionen wird typischerweise für die angegebenen Zeiträume bei Umgebungstemperaturen anhalten, wie zum Beispiel bei einer Temperatur von wenigstens 25°C, bevorzugt wenigstens 28°C, besonders bevorzugt wenigstens 30°C und noch mehr bevorzugt wenigstens 32°C.
Der Zeitraum, während dessen kein Einsetzen von Aufschichtung beobachtet wird, wird allgemein mit zunehmender Konzentration des hydrophob modifizierten Polymers zunehmen. Eine Obergrenze der Konzentration des hydrophob modifizierten Polymers wird zum Teil durch die Wirkungen des Polymers auf bestimmte Eigenschaften der Dispersion und die Bedeutung jeder Eigenschaft für die beabsichtigte Anwendung bestimmt. Spezifische Eigenschaften, die durch das Polymer beeinflußt werden, schließen die Viskosität und Hydrophobie ein. Die Viskosität kann eine signifikante Wirkung auf die Handhabung der Dispersion haben. Als allgemeine Richtlinie ist die praktische Obergrenze der Polymermenge typischerweise erreicht, wenn das hydrophob modifizierte Polymer 10 Gew.% des Feststoffgehalts der Dispersion bildet. Zum Beispiel kann die Polymermenge 1 bis 10 % auf Basis des Gesamtgewichts der Feststoffe sein, besonders typisch 1 bis 5 %. Als Prozentanteil des Gesamtgewichts der Dispersion ist die Menge an hydrophob modifiziertem Polymer bevorzugt wenigstens 0,2 %, besonders bevorzugt wenigstens 0,4 % und noch mehr bevorzugt wenigstens 0,5 %. Die Menge an hydrophob modifiziertem Polymer ist bevorzugt 3 % oder weniger, besonders bevorzugt 2 % oder weniger und mehr bevorzugt 1,5 % oder weniger. Die praktische Obergrenze der Menge des hydrophob modifizierten Polymers wird zum Teil durch die akzeptable Obergrenze der Viskosität der Dispersion für ihre beabsichtigte Verwendung bestimmt. Andere Faktoren, die die praktische Obergrenze des Polymergehalts beeinflussen können, schließen die Wirkung des erhöhten Polymergehalts auf Eigenschaften ein, die für eine besondere Endverwendung wünschenswert ein, wie zum Beispiel die Druckqualität von Papier.
Bestimmte Polymere mit den hier offenbarten Eigenschaften, die sie geeignet zur Verwendung in den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen und Verfahren machen, sind den Fachleuten als "assoziative Verdicker" bekannt. Assoziative Verdicker enthalten allgemein ein hydrophiles Gerüst und hydrophobe Gruppen, die allgemein als Seitengruppen vorhanden sind. Die hydrophoben Einheiten können entlang des Gerüsts lokalisiert oder dispergiert sein. Beispiele für hydrophobe Einheiten sind langkettige Alkyl-Gruppen wie Dodecyl, Hexadecyl und Octadecyl und Alkylaryl-Gruppen wie Octylphenyl und Nonylphenyl. Beispiele für assoziative Verdicker werden in US-PS 5,425,806 offenbart. Obwohl assoziative Verdicker physikalische Eigenschaften haben, die sie nützlich in den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen und Verfahren machen, wird ein Fachmann angesichts der vorliegenden Offenbarung einsehen, daß Polymere, die eine verbesserte Gleichförmigkeit und/oder Stabilität von erfindungsgemäßen Dispersionen liefern, nicht erforderlich sind, um die Viskositätseigenschaften von Dispersionen zu beeinflussen.
In den erfindungsgemäßen Verfahren und Zusammensetzungen verwendete Polymere sind hydrophob modifizierte, wasserlösliche Celluloseether.
Die hydrophobe Modifikation von wasserlöslichen Polymeren kann durch die Gegenwart von hydrophoben Einheiten auf den Polymeren verliehen werden. Die hydrophoben Einheiten sind bevorzugt Alkyl-Gruppen, die als Alkyl-Seitenketten auf dem Gerüst des Polymers vorhanden sind. Bevorzugte Alkyl-Seitenketten sind Alkyl-Gruppen mit einer Kohlenwasserstoffkette von wenigstens 8 Kohlenstoffatomen, hier jeweils als C₈-Alkyl-Gruppen bezeichnet. Besonders bevorzugt sind Alkyl-Gruppen mit wenigstens 12 Kohlenstoffatomen in einer Kette, und noch mehr bevorzugt sind Alkyl-Gruppen mit wenigstens 14 Kohlenstoffatomen. Bevorzugt haben die Alkyl-Gruppen 24 Kohlenstoffatome oder weniger, besonders bevorzugt 20 Kohlenstoffatome oder weniger, noch mehr bevorzugt 18 Kohlenstoffatome oder weniger. C₁₅- und C₁₆-Alkyl-Gruppen sind besonders bevorzugt.
Die hydrophoben Einheiten sind bevorzugt in den Polymeren mit 1 bis 2 Gew.%, besonders bevorzugt 1,3 bis 1,8 Gew.%, noch mehr bevorzugt 1,4 bis 1,7 Gew.% und noch mehr bevorzugt 1,5 bis 1,6 Gew.% auf Basis des Gesamtgewichts des Polymers vorhanden. Wenn die hydrophobe Einheit eine C₁₆-Alkyl-Gruppe ist, sind 1,6 Gew.% Alkyl-Gruppe auf Basis des Gesamtgewichts des Polymers hoch bevorzugt. Bevorzugt sind die hydrophob modifizierten Polymere nach einer solchen hydrophoben Modifikation zu wenigstens 1 Gew.% löslich in Wasser.
Geeignete Polymere schließen hydrophob modifizierte Celluloseether wie die US-PS 4,228,277 beschriebenen ein. Bevorzugte hydrophob modifizierte Polymere sind Celluloseether, die im wesentlichen nichtionisch sind. Der Begriff "nichtionisch" wie hier im Zusammenhang mit Celluloseethern verwendet bezeichnet die Abwesenheit von ionischer Nettoladung in der Polymerstruktureinheit, auch wenn eine oder mehrere ionische Gruppen im Polymer vorhanden sein können. Der nichtionische Charakter eines Celluloseethers stammt zum Teil aus der Natur der Substituentengruppen auf den Anhydroglucoseringen der Cellulose. Nichtionische Substituenten, die einem Cellulose-Polymer im wesentlichen nichtionischen Charakter verleihen, schließen Alkyl-Gruppen wie zum Beispiel Methyl, Ethyl, Hydroxyethyl und Hydroxypropyl ein. Es ist bevorzugt, daß Celluloseether zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung einen nichtionischen Substitutionsgrad von wenigstens 2,0, besonders bevorzugt wenigstens 3,0 mit einer Obergrenze am Substitutionsgrad haben, bei dem die Wasserlöslichkeit des Polymers wenigstens 1 % ist. Der Substitutionsgrad bezeichnet die Anzahl von substituierten Zentren am Anhydroglucosering. Eine solche nichtionische Substitution ist bevorzugt in Form einer Gruppe, die aus Methyl, Hydroxyethyl und Hydroxypropyl ausgewählt ist. Bevorzugt ist der nichtionische Substitutionsgrad, wie zum Beispiel die Hydroxyethylsubstitution, 3,5 bis 3,6. Hydrophob modifizierte Hydroxyalkylcellulose-Polymere wie hydrophob modifizierte Methylcellulose, hydrophob modifizierte Hydroxypropylcellulose, hydrophob modifizierte Hydroxypropylmethylcellulose, hydrophob modifizierte Hydroxyethylcellulose und hydrophob modifizierte Ethylhydroxyethylcellulose und andere, in US-PS 4,228,277 offenbarte sind hoch bevorzugt, wobei hydrophob modifizierte Hydroxyethylcellulose besonders bevorzugt ist.
Bevorzugt haben die hydrophob modifizierten, wasserlöslichen Polymere zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung einen Viskositätsmittelwert des Molekulargewichts von 200 000 oder weniger, besonders bevorzugt 100 000 oder weniger, noch mehr bevorzugt 50 000 oder weniger. Die hydrophob modifizierten wasserlöslichen Polymere haben bevorzugt einen Viskositäts mittelwert des Molekulargewichts von wenigstens 20 000, besonders bevorzugt wenigstens 30 000. In bestimmten hoch bevorzugten Ausführungsformen haben die hydrophob modifizierten, wasserlöslichen Polymere einen Viskositätsmittelwert des Molekulargewichts von 30 000 bis 50 000.
Die Menge des Polymers, die zum Erreichen der gewünschten Verbesserung an Gleichförmigkeit erforderlich ist, wie sie durch die Reduzierung der Aufschichtung oder die Verzögerung des Einsetzens der Aufschichtung angegeben wird, in erfindungsgemäß hergestellten Dispersionen wird zum Teil durch die Zusammensetzung der Dispersion bestimmt. Typischerweise ist die Menge an hydrophob modifiziertem Polymer in einer Dispersion, die 30 % Feststoffe enthält, von denen 12 % Feststoffe auf dem Leimungsmittel und 18 % auf dem Salz beruhen, wenigstens 0,3 Gew.%.
Bevorzugt ist die Polymermenge wenigstens 0,5 Gew.% und besonders bevorzugt wenigstens 0,7 Gew.%. Auch ist die Polymermenge bevorzugt 2,0 Gew.% oder weniger, besonders bevorzugt 1,5 Gew.% oder weniger, noch mehr bevorzugt 1,3 Gew.% oder weniger. In bestimmten hoch bevorzugten Ausführungsformen ist die Polymermenge 0,7 bis 1,3 Gew.%.
Die erfindungsgemäßen Verfahren sind nützlich zur Bildung von Dispersionen einer großen Vielzahl von Stoffen in wäßrigen Medien. Die erfindungsgemäßen Verfahren sind besonders nützlich zur Bildung von Dispersionen von Mitteln, die zur Behandlung von Cellulosefasern nützlich sind. Solche Mittel schließen diejenigen ein, die in der Behandlung von Textilien, Teppichfasern und Papier nützlich sind. "Papier" wie hier verwendet schließt Bögen oder Bahnen aus Faserstoffen ein, die hauptsächlich aus Cellulosefasern bestehen. Solche Bögen oder Bahnen können relativ dünn sein oder können dickere brettartige Materialien wie Pappe, Karton und dgl. sein. Cellulosefasern, aus denen das Papier hergestellt wird, können aus einer Vielzahl von Quellen entstammen, die Nadelholz, Laubholz, Stroh, Papyrus, Flachs, Jute und andere einschließen. Obwohl synthetische Fasern auch vorhanden sein können, ist das mit dispergierten Mitteln zu behandelnde Papier für die Zwecke der vorliegenden Erfindung bevorzugt im wesentlichen vollständig aus nicht-synthetischen Cellulosefasern hergestellt.
Insbesondere sind die erfindungsgemäßen Verfahren und Zusammensetzungen nützlich für Dispersionen, die Leimungsmittel enthalten. Dispersionen, die Leimungsmittel enthalten, enthalten für die erfindungsgemäße Verwendung bevorzugt wenigstens 5 % eines oder mehrerer Leimungsmittel, besonders bevorzugt wenigstens 8 % und noch mehr bevorzugt wenigstens 10 %. Die maximale Menge an Leimungsmittel ist bevorzugt 20 % oder weniger und besonders bevorzugt 15 % oder weniger. Alle als Prozentwerte in dieser Offenbarung ausgedrückten Mengen sind gewichtsbezogen auf Basis des Gesamtgewichts der Lösung, Mischung, Zusammensetzung oder des Papiers, wie jeweils anwendbar, wenn nichts anderes angegeben ist.
Unterschiedliche Typen von Leimungsmitteln können für Papier verwendet werden, zum Teil durch die Bedingungen bestimmt, unter denen das Papier hergestellt wird. So können Zusammensetzungen, die zur Behandlung von Papier verwendet werden, nicht-reaktive Leimungsmittel, die dispergierte Harzleimungsmittel einschließen, reaktive Leimungsmittel und Kombinationen oder Mischungen von Leimungsmitteln enthalten. Für die Papierherstellung, die unter Herstellungsbedingungen mit alkalischem pH durchgeführt wird, sind Leimungsmittel auf Basis von Alkylketendimeren (AKDs), Alkenylbernsteinsäureanhydrid-(ASA)-Leimungsmittel und Leimungsmittel auf Basis von Alkenylketendimeren oder -multimeren bevorzugt. Geeignete reaktive und nicht-reaktive Leimungsmittel sind den Fachleuten bekannt und werden in US-Patentanmeldung Nr. 09/126,643 offenbart, deren Offenbarungen hier durch Verweis in ihrer Gesamtheit eingeführt werden.
Beispiele für nicht-reaktive Leimungsmittel schließen polymere Emulsionsleimungsmittel wie zum Beispiel BASOPLAST^® 335D nicht-reaktive polymere Oberflächenleimemulsion von BASF Corporation (Mt. Olive, NJ), FLEXBOND^® 325-Emulsion aus einem Copolymer aus Vinylacetat und Butylacrylat von Air Products and Chemicals, Inc. (Trexlertown, PA) und PENTAPRINT^® nicht-reaktive Leimungsmittel von Hercules Incorporated (Wilmington, DE) ein.
Reaktive Leimungsmittel schließen Ketendimere und -multimere ein, die bei Raumtemperatur flüssig sind, wie zum Beispiel Alkenylketendimere und -multimere. Reaktive Leimungsmittel haben eine reaktive funktionelle Gruppe, die kovalent an Cellulosefaser im Papier binden kann, und hydrophobe Schwänze, die dazu neigen, sich von der Faser weg zu orientieren, was der Faser Wasserabstoßung verleiht. In den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen und Verfahren sind reaktive Leimungsmittel bevorzugt in flüssiger Form; das heißt die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen können flüssige reaktive Leimungsmittel innerhalb einer Dispersion umfassen.
Ketendimere sind zur Verwendung als Papierleimungsmittel wohlbekannt. AKDs, die einen β-Lacton-Ring enthalten, werden typischerweise durch die Dimerisierung von Alkylketenen hergestellt, die aus zwei Fettsäurechloriden hergestellt werden. Handelsübliche Alkylketendimer-Leimungsmittel, die aus Palmitin- und/oder Stearinfettsäuren hergestellt werden, schließen zum Beispiel Hercon^®- und Aquapel^®-Leimungsmittel ein (beide von Hercules Incorporated, Wilmington, DE). AKD-Leimungsmittel und ihre Verwendung werden zum Beispiel in US-PS 4,017,431 offenbart. Verwendungen von Papier, das unter alkalischen Bedingungen hergestellt wird, werden in US-PS 5,766,417 beschrieben.
Handelsübliche Alkenylketendimer-Leimungsmittel schließen z.B. Precis^®-Leimungsmittel (Hercules Incorporated, Wilmington, DE) ein. In ähnlicher Weise können Ketenmultimere, die mehr als einen R-Lacton-Ring enthalten, als Papierleimungsmittel eingesetzt werden. Keten-Multimere, die aus einer Mischung aus Mono- und Dicarbonsäuren hergestellt werden, werden als Leimungsmittel für Papier in US-PS 5,725,731, US-Patentanmeldungen Nrn. 08/601,113 und 08/996,855 und PCT-Patentanmeldung Nr. 96/12172 offenbart. Alkylketendimer- und -multimermischungen als Leimungsmittel zur Verwendung in Hochgeschwindigkeits-Verarbeitungs- und -Reprographiemaschinen werden in EP 0 629 741 A1 offenbart. Die offenbarten Alkylketenmultimere werden aus der Reaktion eines molaren Überschusses von Monocarbonsäure, typischerweise einer Fettsäure, mit einer Dicarbonsäure hergestellt und sind Feststoffe bei 25°C. Andere alkalische Leimungsmittel werden in US-PS 5,685,815 offenbart.
Papier, das typischerweise unter sauren Papierherstellungsbedingungen hergestellt wird, als saures Papier bezeichnet, wird gewöhnlich mit wohlbekannten aus Harz stammenden Leimungsmitteln (hier auch als "dispergierte Harzleimungsmittel" bezeichnet), die nichtreaktive Leimungsmittel sind, geleimt. Einige Papiere, die unter neutralen und alkalischen Papierherstellungsbedingungen hergestellt werden, können mit dispergierten Harzleimungsmitteln geleimt werden. Dispergierte Harzleimungsmittel sind den Fachleuten in der Papierherstellungsindustrie wohlbekannt. Harze, die als dispergierte Harzleimungsmittel nützlich sind, schließen ungestärktes Harz, gestärktes Harz und gestrecktes Harz sowie Harzester und Mischungen und Blends daraus ein. So wird der Begriff "Harz" hier verwendet, um alle Formen von dispergiertem Harz einzuschließen, die in einem Leimungsmittel nützlich sind. Geeignete Harzleimungsmittel schließen die in US-PSen 3,966,654 und 4,263,182 offenbarten ein. Gestärkte Harze schließen Adduktreaktionsprodukte aus einem Harz und einer sauren Verbindung, die eine α,β-ungesättigte Carbonyl-Gruppe enthält, ein. Verfahren zur Herstellung von gestärktem Harz sind den Fachleuten wohlbekannt und werden zum Beispiel in US-PSen 2,628,918 und 2,684,300, US-Patentanmeldung Nr. 09/046,019 und PCT-Patentanmeldung Nr. 97/01274 offenbart. Andere geeignete Harze, die in den erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden können, schließen Harzester ein. Beispiele für geeignete Harzester schließen die in US-PSen 4,540,635 und 5,201,944 offenbarten ein. Harzleimungsmittel können nach Wunsch durch bekannte Streckmittel dafür gestreckt werden, wie zum Beispiel Wachse (insbesondere Paraffinwachs und mikrokristallines Wachs); Kohlenwasserstoffharze, die aus Petroleumkohlenwasserstoffen und Terpenen stammende einschließen; und dgl.
Hydrophobe Säureanhydride, die als Leimungsmittel für Papier nützlich sind, schließen die zum Beispiel in US-PS 3,582,464 offenbarten ein. Andere geeignete Papierleimungsmittel schließen hydrophobe organische Isocyanate, wie zum Beispiel alkylierte Isocyanate, Alkylcarbamoylchloride, alkylierte Melamine wie stearylierte Melamine und Styrolacrylate ein. Nach Wunsch können Kombinationen aus Papierleimungsmittel eingesetzt werden.
Salze, die in der Bildung von Dispersionen von Leimungsmitteln nützlich sind, schließen zweiwertige Metallsalze ein, die in wäßrigen Medien löslich sind, in Mengen, die typischerweise in einem wäßrigen Leimungsmedium verwendet werden. Geeignete Metallsalze sind bevorzugt in wäßrigen Medien mit einem pH von 7 bis 9 löslich, was den pH eines wäßrigen Leimungsmediums einschließt, das allgemein in einer Leimpresse verwendet wird. Exemplarische Metallsalze schließen Halogenide von Calcium, Magnesium, Barium oder dgl. ein. Bevorzugte Metallsalze sind Salze zweiwertiger kationischer Metallionen von Mineral- oder organischen Säuren. Geeignete zweiwertige Metallsalze sind Calciumchlorid, Magnesiumchlorid, Magnesiumbromid, Calciumbromid, Bariumchlorid, Calciumnitrat, Magnesiumnitrat, Calciumacetat und Magnesiumacetat. Calcium- und Magnesiumchloride sind bevorzugt. Die Verwendung von zweiwertigen Metallsalzen in der Bildung von Dispersionen von Papierleimungsmitteln wird in US-Patentanmeldung Nr. 09/126,643 offenbart. Verfahren zur Herstellung von Dispersionen von Leimungsmitteln, Kompatibilität von Additiven und andere Bedingungen und Ausrüstungen können gemäß herkömmlicher Praxis der Fachleute im Hinblick auf die Anforderungen von Kompatibilität und Leistung für eine besondere Anwendung ausgewählt werden. Wie die Fachleute erkennen werden, sind Mischungen, die eine Koagulation und/oder Ausfällung erzeugen, die mit der Papierherstellung wechselwirken kann, allgemein nicht geeignet.
Die Verwendung von Additiven, die den Fachleuten bekannt sind, zur Verbesserung des Tintenstrahldrucks ist im Umfang der vorliegenden Erfindung. Additive, die gegebenenfalls in den Dispersionen vorhanden sein können, schließen Polyvinylalkohol, Polyvinylpyrrolidon und Polyethylenimin ein. Oberflächenbehandlungsadditive können gegebenenfalls verwendet werden, einschließlich Latexemulsionen, die herkömmlich als Papieradditive verwendet werden. Die Menge der Additive in der Leimungszusammensetzung kann zum Beispiel 0,01 bis 3 % sein und variiert mit dem Typ des Additivs und der Menge der Lösung, die durch das Papier während der Leimpressenbehandlung aufgenommen wird.
Erfindungsgemäß können Dispersionen allgemein unter Verwendung von den Fachleuten bekannten Verfahren hergestellt werden. Jedoch ist es bevorzugt, daß alle Komponenten der Dispersion, ausgenommen die hydrophob modifizierten Polymere der Erfindung, kombiniert werden, bevor ein hydrophob modifiziertes Polymer hinzugegeben wird. Es ist auch bevorzugt, daß eine Lösung des hydrophob modifizierten Polymers hergestellt wird und die Lösung dann zu den anderen Komponenten der Dispersion hinzugegeben wird. Eine solche Lösung kann in jedem geeigneten Medium hergestellt werden, wie zum Beispiel Wasser oder einer verdünnten wäßrigen Salzlösung wie verdünnte Calciumchlorid-Lösung. Die Zugabe der Lösung zu den verbleibenden kombinierten Komponenten der Dispersion wird bevorzugt unter Rühren erreicht.
Erfindungsgemäße Zusammensetzungen, die Leimungsmittel enthalten, die die hier offenbarten Leimungsmittel einschließen, sind nützlich in der Behandlung von Cellulosefasern und Substraten, die Cellulosefasern enthalten. Beispiele für Substrate, für die die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen, einschließlich derjenigen, die Leimungsmittel enthalten, nützlich sind, schließen Papier, Holz, Holzspäne, Karton, Vliesstoffe, die Cellulosefasern enthalten, und Substrate, die verarbeitete Cellulose enthalten, wie Faserplatte, ein.
Papierleimungszusammensetzungen, die Zusammensetzungen dieser Erfindung enthalten, können auf die Oberfläche des Papiers oder anderen Substrats durch jedes aus verschiedenen unterschiedlichen herkömmlichen Mitteln, die auf dem Gebiet der Papierherstellung wohlbekannt sind, aufgetragen werden. Alternativ können die Leimungsmittel als interne Leimungsmittel eingesetzt und der Papierzellstoffaufschlämmung vor der Bahnbildung zugegeben werden. In Oberflächenleimungsbehandlungen wird eine Leimungszusammensetzung allgemein als Oberflächenbehandlung auf beide Seiten des behandelten Papiers aufgetragen, aber nach Wunsch könnte die Oberflächenanwendung auf nur eine Seite der Papierbahn erfolgen.
Ein bevorzugtes Anwendungsverfahren verwendet eine herkömmliche dosierte oder nicht-dosierte Leimpresse in einem herkömmlichen Papierherstellungsprozeß. Wenn diese Technik verwendet wird, ist die Anwendungstemperatur wenigstens 50°C und nicht mehr als 80°C, typischerweise 60°C, und die Zusammensetzung, die ein Leimungsmittel umfaßt, wird an oder nahe der Leimpresse eingesetzt. Jedoch ist die Erfindung nicht auf die Behandlung des Papiers oder anderen Substrats über die Leimpressenbehandlung oder bei der Temperatur, die typischerweise an der Leimpresse verwendet wird, beschränkt, da das Substrat auch mit der Zusammensetzung durch andere, den Fachleuten bekannte Verfahren behandelt werden kann.
Verschiedene Modifikationen der Erfindung zusätzlich zu den hier beschriebenen werden den Fachleuten aus der vorhergehenden Beschreibung ersichtlich werden.
Beispiele
Die folgenden Beispiele sind bloß illustrativ für die vorliegende Erfindung und sollten nicht als Beschränkung des Umfangs der Erfindung in irgendeiner Weise betrachtet werden. Diese Beispiele und Äquivalente davon werden den Fachleuten angesichts der vorliegenden Offenbarung und den begleitenden Ansprüchen einsichtiger werden.
Alle in den folgenden Beispielen verwendeten Prozentwerte sind gewichtsbezogen, wenn nicht anders angegeben.
In den nachfolgend beschriebenen Beispielen wurde das Papier, wenn Papier untersucht wurde, durch eine Puddle-Laborleimpresse geleitet und die gewünschte Behandlung angewendet. Das behandelte Papier wurde dann unmittelbar auf einem Trommeltrockner getrocknet. Das Papier wurde für mindestens 24 Stunden vor dem Tintenstrahltest konditioniert. In allen nachfolgenden Beispielen wurde der Tintenstrahldruck mit dem Hewlett-Packard DeskJet 660C Tintenstrahldrucker durchgeführt. Die Druckeinstellungen waren in der Hewlett-Packard-Software, die mit dem Drucker geliefert wurde, auf "bestens" und "einfaches Papier" eingestellt. Die Druckeigenschaften auf dem Papier wurden wenigstens 1 Stunde nach dem Druck gemessen. Optische Dichteauslesungen wurden mit einem Cosar Modell 202 Densitometer vorgenommen. Druckeigenschaften wurden unter Verwendung eines Testmusters mit ausgefüllten Farbflächen, schwarzem Textdruck und gedruckten Flächen mit Schwarz auf Gelb und Gelb auf Schwarz ausgewertet. Ein Auswertungsverfahren wird in den Hewlett-Packard-Testkriterien beschrieben. Die auf einer Skala mit gut, ausreichend und schlecht aufgeführten Bewertungen beruhen auf den Hewlett-Packard-Bewertungen von gut, akzeptabel und inakzeptabel. Siehe z.B. Hewlett Packard Paper Acceptance Criteria for HP Desk Jet 5000, 550C und 560C Printer, Hewlett-Packard Company, 1. Juli 1994.
In einigen Beispielen wurde die Leimung des Papiers durch den Hercules Sizing Test (HST) gemessen. Der Hercules Sizing Test ist ein allgemein anerkannter Test zur Messung der Leimungsleistung und wird beschrieben in TAPPI Standard T530, dessen Offenbarungen hier durch Verweis in ihrer Gesamtheit eingeführt werden. Eine höhere HST-Zahl wird als Darstellung einer besseren Leimungsfähigkeit (weniger Wasserdurchdringung) betrachtet.
Stärkelösungen wurden durch Kochen der Stärke in Wasser bei ca. 95°C für 30 bis 60 Minuten und anschließendes Einstellen des pH auf ca. 8 hergestellt. Die in den Beispielen angegebenen Komponenten wurden in die Stärke eingemischt. Die Mischungen wurden gerührt und der pH wie in den nachfolgenden Beispielen angegeben eingestellt. Innerhalb von ca. 10 Minuten nach der Zugabe der Materialien zu den Stärkemischungen wurden die Mischungen auf das wie oben beschrieben hergestellte Papier aufgetragen. Das Flächengewicht des verwendeten Papiers war in allen Fällen etwa das von normalem Kopierpapier oder 75 g/m².
Beispiel 1
Zu 46,2 g Hercules Precis 2000 Leimungsmittel (P 2000; 26 % Feststoffe) wurden langsam 23,4 g Dow Flake Calciumchloriddihydrat (77 % Feststoffe) von Dow Chemical unter Rühren gegeben. Eine 4%ige Lösung von hydrophob modifizierter Hydroxyethylcellulose wurde durch langsames Zugeben des Polymers zu Wasser und Rühren für 2 Stunden hergestellt. Die hydrophob modifizierte Hydroxyethylcellulose hat einen Viskositätsmittelwert des Molekulargewichts von 30 000-50 000, einen Hydroxyethyl-Substitutionsgrad von 3,5-3,6 und 1,6 Gew.% C₁₆-Seitenketten. Die Lösung wurde dann für ca. 1 Tag stehengelassen und dann gerührt, um das Polymer weiter in Lösung zu bringen.
Die Calciumchlorid/P2000-Mischung, die Lösung aus hydrophob modifizierter Hydroxyethylcellulose und Wasser wurden in separaten Gläsern mit 120 ml (4 Unzen) in den in Tabelle 2 aufgeführten Verhältnissen kombiniert. Die Höhe der kombinierten Lösung in jedem Glas betrug 53 mm. Die Gläser mit der Lösung wurden für 4 Wochen in ein Bad mit 32°C gestellt. Die Lösungen wurden visuell auf Aufschichtung zu verschiedenen Zeiten während der 4 Wochen untersucht. Eine Aufschichtung wurde durch Messung der Höhe des klaren Gebiets am Boden jedes Glases quantifiziert. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 aufgezeichnet.
Tabelle 2 In Beispiel 1 verwendete Lösungen
Tabelle 3 Aufschichtung von Lösungen gemäß Angabe durch die Höhe des klaren Gebiets am Boden des Glases
Die Ergebnisse zeigen, daß die Zugabe der modifizierten Hydroxyethylcellulose die Rate der Aufschichtung der Lösungen verlangsamte. Bei einer Menge von 1,2 % Polymer in den Proben (Probe C) gab es im wesentlichen keine Aufschichtung nach 4 Wochen bei 32°C.
Beispiel 2 (Vergleichsbeispiel)
In diesem Beispiel wurden Polymere, die nicht hydrophob modifiziert waren, zu Lösungen aus Leimungsmittel gegeben, und die Aufschichtung wurde gemessen.
Zu einer Mischung mit 30 % Feststoffen (18 % Feststoffe aufgrund von CaCl₂ und 12 % Feststoffe aufgrund von P2000-Leimungsmittel) wurden die in Tabelle 4 aufgeführten Materialien unter Verwendung des Verfahrens aus Beispiel 1 gegeben. Die Form, in der die Materialien hinzugegeben wurden, und die hinzugegebene Menge sind in Tabelle 4 aufgeführt. Proben von 100 g jeder Mischung wurden jeweils in ein Glas mit 120 ml (4 Unzen) gegeben. Die Höhe der Proben in jedem Glas betrug 53 mm. Die Gläser wurden für 4 Wochen in ein Bad mit 32°C gestellt. Die Proben wurden visuell auf Aufschichtung über einen Zeitraum von 4 Wochen untersucht. Die Höhe des klaren Gebiets am Boden jedes Glases wurde zur Bestimmung des Einsetzens der Aufschichtung gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 5 aufgezeichnet. Tabelle 4 In Beispiel 2 verwendete Additive

CMHEC = CMHEC 420H Carboxymethylhydroxyethylcellulose von Hercules Inc.
HMHEC = Natrosol Plus 330 Hydroxymethylhydroxyethylcellulose von Hercules Inc.
PVA = Airvol 5405 Polyvinylalkohol von Air Products

Tabelle 5 (Beispiel 2) Aufschichtung gemäß Angabe durch Höhe des klaren Gebiets am Boden des Glases
Die Ergebnisse zeigen, daß keines der in Tabelle 4 aufgeführten polymeren Additive signifikant das Einsetzen der Aufschichtung der Lösungen verzögerte und daß bei CMHEC und Polyvinylalkohol eine Zunahme der Aufschichtung beobachtet wurde.
Beispiel 3
Eine 3%ige Lösung aus Hydroxyethylcellulose mit einem Viskositätsmittelwert des Molekulargewichts von 30 000-50 000, einem Hydroxyethyl-Substitutionsgrad von 3,5-3,6 und 1,6 Gew.% C₁₆-Seitenketten wurde durch langsame Zugabe des Polymers zum Wasser und Rühren für 2 Stunden hergestellt. Die Lösung wurde für ca. 1 Tag stehengelassen. Calciumchloriddihydrat und Wasser wurden zur Bildung von Lösungen wie in Beispiel 1 hinzugegeben. Vier separate Proben wurden durch Zugabe von P2000-Leimungsmittel in den in Tabelle 6 angegebenen Mengen hergestellt. Die Proben wurden jeweils in ein Glas mit 120 ml (4 Unzen) gegeben. Die Höhe der Probe in jedem Glas betrug 53 mm. Die Proben wurden für 4 Wochen in ein Bad mit 32°C gegeben und visuell auf Aufschichtung zu verschiedenen Zeiten während der vier Wochen untersucht. Die Höhe des klaren Gebiets am Boden der Gläser wurde zur Bestimmung der Aufschichtung gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 7 gezeigt.
Tabelle 6
Tabelle 7 Aufschichtung gemäß Angabe durch Höhe des klaren Gebiets am Boden des Glases
Die Ergebnisse zeigen, daß die Zugabe des hydrophob modifizierten Cellulosepolymers die Aufschichtung verlangsamte, und die Menge der Aufschichtung wurde mit zunehmenden Polymermengen reduziert.
Beispiel 4
Dieses Beispiel veranschaulicht die Wirkung der Erhöhung der Menge von hydrophob modifiziertem Cellulosepolymer auf die Aufschichtung einer Dispersion von Leimungsmittel mit 20 % Feststoffen.
Eine 3 %ige Polymerlösung wurde wie in Beispiel 3 hergestellt. Die Lösung wurde für ca. 1 Tag stehengelassen. Calciumchloriddihydrat und P2000-Leimungsmittel wurden in den in Tabelle 8 angegebenen Mengen hinzugegeben. Die resultierenden Probenlösungen wurden jeweils in ein Glas mit 120 ml (4 Unzen) gegeben. Die Höhe der Proben in jedem Glas betrug 53 mm. Die Gläser wurden für 4 Wochen in ein Bad mit 32°C gegeben und visuell auf Aufschichtung während der 4 Wochen untersucht. Die Höhe des klaren Gebiets am Boden der Gläser wurde gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 9 aufgezeichnet. Tabelle 8 In Beispiel 4 verwendete Lösungen

¹ HMP = hydrophob modifiziertes Polymer
² Polymermenge als Gew.% einer Dispersion mit 20 % Feststoffen, bezogen auf das Gesamtgewicht der Dispersion

Tabelle 9 Aufschichtung gemäß Angabe durch Höhe in mm des klaren Gebiets am Boden des Glases
Die Ergebnisse zeigen, daß die Erhöhung der Menge des Polymers in der Dispersion die Aufschichtung verlangsamte.
Beispiel 5
Die in Beispiel 1 hergestellten Dispersionen wurden zur Behandlung von Papier wie oben beschrieben und in US-Patentanmeldung Nr. 09/126,643 offenbart verwendet. Jede Dispersion wurde mit zwei Mengen von trockenem Oberflächenadditiv behandelt: 1,36 kg (3 Pfund (#)) und 2,27 kg (5 Pfund) von Additiv (P2000 + CaCl₂ + HMP) pro 907 kg (Tonne) von Papier in seinem fertigen, gedruckten Zustand. Stärke wurde als Träger für die Oberflächenadditive verwendet.
Die Leimung wurde mit dem standardmäßigen Hercules Sizing Test (HST) in der gleichen Weise wie in US-Patentanmeldung Nr. 09/126,643 beschrieben ausgewertet. Eine höhere HST-Zahl zeigt eine bessere Leimung (weniger Wasserdurchdringung) an.
Das behandelte Basisblatt wurde intern mit einem dispergierten Harzleimungsmittel von Hercules geleimt. Die resultierenden Leimungsdaten sind in Tabelle 10 aufgeführt. Tabelle 10 Wirkung des Cellulosepolymers auf die Oberflächenleimung eines sauren Basisblattes

# = Pfund = 0,45 kg

Die Daten zeigen, daß die Zugabe von 1 % von hydrophob modifizierten Cellulosepolymer keine detektierbare Wirkung auf die Leimung über dem sauren Basisblatt hatte. Die Zugabe von 1,2 % von hydrophob modifiziertem Cellulosepolymer (Probe C) verbesserte die Leimung signifikant.
Beispiel 6
Dieses Beispiel veranschaulicht die Wirkung von hydrophob modifiziertem Cellulosepolymer auf die Leimung und die Tintenstrahldruckqualität von Papier.
Die gleichen Materialien und Verfahren, die in Beispiel 5 verwendet wurden, wurden auch in diesem Beispiel verwendet. Die Probenbuchstaben A, B und C bezeichnen die in Beispiel 1 beschriebenen Lösungen. Ein unterschiedliches Basisblatt wurde behandelt. Das Basisblatt wurde unter alkalischen Bedingungen hergestellt und enthielt Alkylbernsteinsäureanhydrid als internes Leimungsmittel. Die Leimungs- und Tintenstrahldaten wurden erhalten.
Der Druck erfolgte mit einem Hewlett Packard^TM Desk Jet 660C-Drucker. Die Druckeinstellungen waren "bestens" und "einfaches Papier", wie von der Hewlett-Packard-Software bereitgestellt, die mit dem Drucker geliefert wurde. Die Druckeigenschaften des Papiers wurden wenigstens 1 Stunde nach dem Druck bestimmt. Optische Dichteauslesungen erfolgten mit einem Cosar Modell 202 Densitometer. Die Druckeigenschaften unter Verwendung eines Druckmusters mit ausgefüllten Farbflächen, schwarzem Textdruck und gedruckten Flächen mit Schwarz auf Gelb und Gelb auf Schwarz ausgewertet. Ein Verfahren zur Auswertung wird in den Hewlett-Packard-Testkriterien beschrieben. Die auf einer Skala von gut, ausreichend und schlecht aufgeführten Bewertungen entsprechen den Hewlett-Packard-Bewertungen von gut, akzeptabel und inakzeptabel. Siehe z.B. Hewlett Packard Paper Acceptance Criteria for HP Desk Jet 5000, 550C und 560C Printers, Hewlett-Packard Company, 1. Juli 1994. Tabelle 11 Wirkung von Cellulosepolymer auf die Oberflächenleimung eines alkalischen Basisblattes

# = Pfund = 0,45 kg
Tonne = 907 kg
#/Tonne = 0,0005 kg/kg

*: "f" bedeutet "ausreichende"; "g" bedeutet "gute" Druckqualität
#/Tonne = Pfund/Tonne = 0,0005 kg/kg

#/Tonne = Pfund/Tonne = 0,0005 kg/kg

Wie in Beispiel 1 angegeben, ist die Menge an hydrophob modifiziertem Polymer in Probe C größer als diejenige in Probe B, und Probe A enthält keine hydrophob modifiziertes Polymer. Die Ergebnisse in Tabelle 11 zeigen, daß die Leimungseffizienz geringfügig abnimmt, wenn der Gehalt an hydrophob modifiziertem Polymer erhöht wird, und die Abnahme ist stärker ersichtlich bei der Oberflächenbehandlungsmenge mit 0,0025 kg/kg (5#/Tonne). Daher zeigen die Ergebnisse, wie die angemessene Obergrenze des hydrophob modifizierten Polymers für eine gegebene Anwendung von ihrer Wirkung auf andere wünschenswerte Eigenschaften abhängen kann.
Die Ergebnisse zeigen auch, daß die Oberflächenbehandlungen die Qualität des Tintenstrahldrucks im Vergleich mit der Verwendung von nur Stärke verbesserten, mit der Ausnahme der Wirkung von 0,0025 kg/kg (5#/Tonne) von Probe C auf die schwarze/gelbe Eckenrauhigkeit.
Verschiedene Modifikationen der Erfindung zusätzlich zu den hier beschriebenen werden den Fachleuten aus der vorhergehenden Beschreibung ersichtlich werden.

Claims

Papierleimungszusammensetzung, die ein Papierleimungsmittel und wenigstens ein hydrophob modifiziertes, wasserlösliches Polymer mit einem Viskositätsmittelwert des Molekulargewichts von 200.000 oder weniger umfasst, worin das hydrophob modifizierte, wasserlösliche Polymer ein hydrophob modifizierter Celluloseether ist.
Zusammensetzung gemäss Anspruch 1, worin das hydrophob modifizierte, wasserlösliche Polymer einen Viskositätsmittelwert des Molekulargewichts von 100.000 oder weniger hat.
Zusammensetzung gemäss Anspruch 1, worin das hydrophob modifizierte, wasserlösliche Polymer einen Viskositätsmittelwert des Molekulargewichts von 50.000 oder weniger hat.
Zusammensetzung gemäss Anspruch 1, worin das hydrophob modifizierte, wasserlösliche Polymer einen Viskositätsmittelwert des Molekulargewichts von wenigstens 20.000 hat.
Zusammensetzung gemäss Anspruch 1, worin das hydrophob modifizierte, wasserlösliche Polymer einen Viskositätsmittelwert des Molekulargewichts von wenigstens 30.000 hat.
Zusammensetzung gemäss Anspruch 5, worin das hydrophob modifizierte, wasserlösliche Polymer einen Viskositätsmittelwert des Molekulargewichts von 30.000 bis 50.000 hat.
Zusammensetzung gemäss Anspruch 1, worin der Celluloseether im wesentlichen nicht-ionisch ist.
Zusammensetzung gemäss Anspruch 1, worin der Celluloseether aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Methylcellulose, Hydroxypropylcellulose, Hydroxypropylmethylcellulose, Hydroxyethylcellulose und Ethylhydroxyethylcellulose besteht.
Zusammensetzung gemäss Anspruch 7, worin der Celluloseether Hydroxyethylcellulose ist.
Zusammensetzung gemäss Anspruch 1, worin die hydrophobe Modifikation des wasserlöslichen Polymers wenigstens eine Alkyl-Seitenkette mit wenigstens 8 Kohlenstoffatomen umfasst.
Zusammensetzung gemäss Anspruch 1, worin die hydrophobe Modifikation des wasserlöslichen Polymers wenigstens eine Alkyl-Seitenkette mit wenigstens 10 Kohlenstoffatomen umfasst.
Zusammensetzung gemäss Anspruch 1, worin die hydrophobe Modifikation des wasserlöslichen Polymers wenigstens eine Alkyl-Seitenkette mit wenigstens 12 Kohlenstoffatomen umfasst.
Zusammensetzung gemäss Anspruch 1, worin die hydrophobe Modifikation des wasserlöslichen Polymers wenigstens eine Alkyl-Seitenkette mit wenigstens 14 Kohlenstoffatomen umfasst.
Zusammensetzung gemäss Anspruch 1, worin die hydrophobe Modifikation des wasserlöslichen Polymers wenigstens eine Alkyl-Seitenkette mit wenigstens 15 Kohlenstoffatomen umfasst.
Zusammensetzung gemäss Anspruch 1, worin die hydrophobe Modifikation des wasserlöslichen Polymers wenigstens eine Alkyl-Seitenkette mit 15 oder 16 Kohlenstoffatomen umfasst.
Zusammensetzung gemäss Anspruch 1, worin die hydrophobe Modifikation des wasserlöslichen Polymers wenigstens eine Alkyl-Seitenkette mit nicht mehr als 24 Kohlenstoffatomen umfasst.
Zusammensetzung gemäss Anspruch 1, worin die hydrophobe Modifikation des wasserlöslichen Polymers wenigstens eine Alkyl-Seitenkette mit nicht mehr als 22 Kohlenstoffatomen umfasst.
Zusammensetzung gemäss Anspruch 1, worin die hydrophobe Modifikation des wasserlöslichen Polymers wenigstens eine Alkyl-Seitenkette mit nicht mehr als 20 Kohlenstoffatomen umfasst.
Zusammensetzung gemäss Anspruch 1, worin die hydrophobe Modifikation des wasserlöslichen Polymers wenigstens eine Alkyl-Seitenkette mit nicht mehr als 18 Kohlenstoffatomen umfasst.
Zusammensetzung gemäss Anspruch 1, worin der Celluloseether einen Substitutionsgrad von wenigstens 2,0 hat.
Zusammensetzung gemäss Anspruch 1, worin der Celluloseether einen Substitutionsgrad von wenigstens 3,0 hat.
Zusammensetzung gemäss Anspruch 1, worin der Celluloseether einen Substitutionsgrad von wenigstens 3,5 bis 3,6 hat.
Zusammensetzung gemäss Anspruch 1, worin die Zusammensetzung in Form einer im wesentlichen gleichförmigen Dispersion ist.
Zusammensetzung gemäss Anspruch 1, worin das Leimungsmittel ein reaktives Leimungsmittel ist.
Zusammensetzung gemäss Anspruch 24, worin das reaktive Leimungsmittel aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Alkylketendimeren, Alkenylbernsteinsäureanhydriden, Alkenylketendimeren und Alkenylketenmultimeren besteht.
Zusammensetzung gemäss Anspruch 1, worin das Leimungsmittel eine Flüssigkeit ist.
Zusammensetzung gemäss Anspruch 25, worin das reaktive Leimungsmittel ein Alkenylketendimer ist.
Zusammensetzung gemäss Anspruch 1, worin das Leimungsmittel ein nicht-reaktives Leimungsmittel ist.
Zusammensetzung gemäss Anspruch 1, die wenigstens ein reaktives Leimungsmittel und wenigstens ein nicht-reaktives Leimungsmittel umfasst.
Zusammensetzung gemäss Anspruch 28, worin das Leimungsmittel aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Polymeremulsion-Leimungsmitteln und Harzleimungsmitteln besteht.
Zusammensetzung gemäss Anspruch 1, die ferner ein Salz umfasst.
Zusammensetzung gemäss Anspruch 31, worin das Salz aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Halogeniden von Calcium, Magnesium und Barium besteht.
Zusammensetzung gemäss Anspruch 32, worin das Salz aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Calciumchlorid, Magnesiumchlorid, Magnesiumbromid, Calciumbromid, Calciumnitrat, Magnesiumnitrat, Calciumacetat und Magnesiumacetat besteht.
Verfahren zur Behandlung von Papier, das das Zugeben der Zusammensetzung gemäss einem der Ansprüche 1 bis 33 zum Papier an der Leimpresse umfasst.
Papier, das die Zusammensetzung gemäss einem der Ansprüche 1 bis 33 umfasst.
Papier gemäss Anspruch 35, worin das Leimungsmittel ein reaktives Leimungsmittel ist.
Papier gemäss Anspruch 36, worin das reaktive Leimungsmittel aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Alkylketendimeren, Alkenylbernsteinsäureanhydriden, Alkenylketendimeren und Alkenylketenmultimeren besteht.
Papier gemäss Anspruch 37, worin das reaktive Leimungsmittel ein Alkenylketendimer ist.
Papier gemäss Anspruch 35, worin das Leimungsmittel eine Flüssigkeit ist.
Papier gemäss Anspruch 35, worin das Leimungsmittel ein nichtreaktives Leimungsmittel ist.
Papier gemäss Anspruch 40, worin das Leimungsmittel aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Polymeremulsion-Leimungsmitteln und Harzleimungsmitteln besteht.
Papier gemäss Anspruch 35, worin die Zusammensetzung wenigstens ein reaktives Leimungsmittel und wenigstens ein nicht-reaktives Leimungsmittel umfasst.