EP1943385A1 - Reducing the water and water vapour absorbence and enhancing the dimensional stability of paper and paper products and use of coated paper products - Google Patents

Reducing the water and water vapour absorbence and enhancing the dimensional stability of paper and paper products and use of coated paper products

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EP1943385A1
EP1943385A1 EP06807172A EP06807172A EP1943385A1 EP 1943385 A1 EP1943385 A1 EP 1943385A1 EP 06807172 A EP06807172 A EP 06807172A EP 06807172 A EP06807172 A EP 06807172A EP 1943385 A1 EP1943385 A1 EP 1943385A1
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EP
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aqueous solution
dispersion
paper
reactive material
water
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP06807172A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Simon Champ
Roland Ettl
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BASF SE
Original Assignee
BASF SE
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • D21H17/57Polyureas; Polyurethanes

Definitions

  • the invention relates to processes for reducing the absorption of water and water vapor and for increasing the dimensional stability of paper and paper products by treatment with an aqueous solution and / or dispersion of at least one reactive material which reacts with itself and / or the cellulose fibers with crosslinking, and Heating the treated materials to a temperature at which drying and crosslinking takes place; and using coated paper products and / or the coated cellulosic fibers made therefrom by pulping as an additive to thermoplastics and as an additive to thermosetting plastics.
  • the added amount of catalyst is 20% based on the DMDHEU.
  • the impregnation takes place under vacuum.
  • the DMDHEU reacts with itself and the wood. This reaction proceeds for one hour in a drying oven at temperatures of 80 ° C or 100 ° C.
  • the treated wood samples show an improvement in shrinkage and swelling properties of up to 75% at concentrations of DMDHEU of 20%. In this way, wooden bodies with dimensions of 20 mm x 20 mm x 10 mm were examined. The method described can only be used with small dimensions of the wood body, because they tend to crack formation at larger dimensions.
  • SE-C 500 039 a method for the hardening of wood under compaction is described in which untreated wood impregnated with various aminoplast monomers based on melamine and formaldehyde by vacuum pressure impregnation, then dried and cured in a press under compression at elevated temperature.
  • Crosslinkers mentioned include DMDHEU, dimethylolurea, dimethoxymethylurea, dimethylolethyleneurea, dimethylolpropyleneurea and dimethoxymethyluron. This method has the disadvantage that the natural wood structure is lost due to the compaction and the formaldehyde emission of the finished wood body is relatively high depending on the crosslinker used.
  • A) impregnating agent consisting of a modified with a Ci-5-alcohol, a polyol or mixtures thereof, 1, 3-bis (hydroxymethyl) -4,5-dihydroxyimidazolidinon-2, and B) a catalyst from the group of ammonium or Metal salts, organic or inorganic acids or mixtures thereof,
  • the durability, dimensional stability and surface hardness of a wood body is improved by mixing a wood body with a 1 to 50 wt .-% aqueous solution of an impregnating agent of a group A material and / or at least one Substance of group B and at least one substance of group C impregnated as a catalyst, the impregnating agent then brings under moist conditions while avoiding drying to react with itself and the wood.
  • Suitable impregnating agents are, for example, dimethyloldihydroxyethyleneurea (DMDHEU), urea-glyoxal adducts and urea-formaldehyde adducts.
  • Suitable catalysts are, for example, magnesium chloride, zinc chloride, ammonium chloride or acids such as formic acid, maleic acid, hydrochloric acid or sulfuric acid.
  • WO 2004/025019 discloses a method and a device for exchanging a liquid contained in fibers with another liquid. This is done by squeezing a fiber cake to such an extent that a considerable amount of the liquid present in the fibers passes into the space between the fibers, during the compression step the other liquid, the first one To replace liquid, dosed in the compressed fiber cake, so that the first liquid is removed from the space between the fibers, and then with further action of the other liquid to replace the first liquid, the fiber cake relaxed, with more replacement liquid absorbed becomes.
  • Cellulose fibers and paper products made from them such as paper, cardboard and cardboard, easily absorb water and also water vapor from the air.
  • this undesirably lowers the dimensional stability and mechanical stability of the cellulosic fibers and the paper products.
  • a wet strength agent is, for example, urea-formaldehyde resins which, in addition to the wet strength, also increase the dry strength of the paper (cf ..
  • the invention has for its object to provide a method for reducing the absorption of water and water vapor and to increase the dimensional stability of paper and paper products such as cardboard and cardboard available.
  • the object of the invention is achieved according to the invention by a process for reducing the absorption of water and water vapor and increasing the dimensional stability of paper and paper products by treatment with an aqueous solution and / or dispersion of at least one reactive material which is self-reactive and / or cellulose fibers with crosslinking, and heating the treated materials to a temperature at which drying and crosslinking occurs by first compressing cellulose fibers or a paper product obtained therefrom by dewatering on a wire, then compressing the compressed paper product with an aqueous solution / or dispersion of the reactive material brings into contact, under further action of the aqueous solution and / or dispersion, the compression is canceled and the paper product is dried and crosslinked.
  • the crosslinking of the reactive materials takes place, for example, at temperatures above 30 ° C., for example in the temperature range from 35 to 200 ° C.
  • the process can be carried out continuously and also batchwise.
  • the aqueous solution and / or dispersion contains, for example, as a reactive material at least one thermally curable binder from the group of urea-formaldehyde adducts, urea-glyoxal adducts, melamine-formaldehyde adducts, phenol-formaldehyde adducts, one- and two-component systems Base of epoxy resins, polyurethanes or isocyanates, polyacrylates, polymethacrylates, styrene- (meth) acrylate copolymer dispersions and / or styrene-butadiene- (meth) acrylic acid copolymer dispersions.
  • the use of mixtures of at least two reactive materials of interest e.g. Mixtures of methylamine / urea-formaldehyde condensates.
  • the reactive materials may be present as an aqueous solution or as an aqueous dispersion. In this case, transitions between solution and dispersion are possible.
  • dispersions for example, the average particle diameter of the polymer particles dispersed in water is below 1 ⁇ m, preferably below 500 nm and most in the range of 10 to 100 nm.
  • the aqueous solution and / or dispersion thus contains, for example, a group of a reactive, crosslinkable material which consists of
  • a reactive substance which forms a polymer examples include urea-glyoxal adducts and their derivatives, eg, 1,3-bis (hydroxymethyl) -4,5-dihydroxyimidazolidinone-2 (hereinafter called "DMDHEU"). In impregnation, it may be used either alone or together with (ii) at least one C 1-5 alcohol, a polyol or mixtures thereof.
  • DMDHEU 1,3-bis (hydroxymethyl) -4,5-dihydroxyimidazolidinone-2
  • 1, 3-bis (hydroxymethyl) -4,5-dihydroxyimidazolidinon-2 is used together with an alcohol and / or a polyol as impregnating agent, correspondingly modified 1,3-bis (hydroxymethyl) -4,5-dihydroxyimidazolidinone-2 are formed (hereinafter referred to as "mDMDHEU").
  • mDMDHEU 1,3-bis (hydroxymethyl) -4,5-dihydroxyimidazolidinone-2
  • Such compounds are known, for example, from US 4,396,391 and WO 98/29393.
  • These are reaction products of 1, 3-bis (hydroxymethyl) -4,5-dihydroxyimidazolidinone-2 with at least one Ci-5-alcohol, at least one polyol or mixtures thereof.
  • the compounds of group (ii) include C 1-5 -alcohols, for example methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, isobutanol, tert-butanol and n-pentanol, preferably methanol, and also polyols, such as ethylene glycol , Diethylene glycol, 1, 2 and 1, 3-propylene glycol, 1, 2, 1, 3, and 1, 4-butylene glycol, glycerol, trimethylolpropane and polyalkylene glycols such as polyethylene glycol, polypropylene glycol, block copolymers of ethylene glycol and propylene glycol. Preference is given to polyethylene glycols of the formula HO (CH 2 CH 2 O) n H where n is from 3 to 20 and diethylene glycol.
  • DMDHEU modified 1,3-bis (hydroxymethyl) -4,5-dihydroxyimidazolidinone-2
  • DMDHEU and the monohydric alcohol and / or the polyol are mixed, the monohydric alcohol and / or the polyol being in an amount of each 0.1 to 2.0 molar equivalents, based on DMDHEU, are used.
  • the mixture of DMDHEU, monohydric alcohol and / or polyol is reacted, for example, at temperatures of 20 to 70 ° C and a pH of 1 to 2.5, wherein the pH after the reaction is adjusted to 4 to 8.
  • the following compounds may be mentioned by way of example: dimethylolurea, bis (methoxymethyl) urea, tetramethylolacetylenediurea, methylolmethylurea and 1,3-dimethyl-4,5-dihydroxyimidazolidinone-2, 1, 3-bis (hydroxymethyl) imidazolidinone-2 or mixtures thereof ,
  • These compounds of group (i) may also be used in the presence of (ii) at least one C1-5 alcohol, at least one polyol or mixtures thereof as impregnating agent. Suitable alcohols and polyols have already been mentioned above. Preference is given to methanol, diethylene glycol or mixtures thereof.
  • the aqueous impregnating agent solution contains the reactive compounds of group (i) and the compounds of group (ii), for example, in a concentration of 1 to 70 wt .-%, preferably 10 to 60 wt .-% and in particular 20 to 60 wt .-%.
  • the impregnating agent preferably contains 1, 3-bis (hydroxymethyl) -4,5-dihydroxyimidazolidinone-2 (DMDHEU) as a compound of group (i).
  • the impregnating agent always contains, in addition to (i) and optionally (ii), a catalyst (iii).
  • Suitable catalysts (iii) are, for example, metal salts from the group of metal halides, metal sulfates, metal nitrates, metal tetrafluoroborates, metal phosphates or mixtures thereof.
  • Specific examples of (iii) are magnesium chloride, magnesium sulfate, zinc chloride, lithium chloride, lithium bromide, boron trifluoride, aluminum chloride, aluminum sulfate, zinc nitrate and sodium tetrafluoroborate.
  • the compounds mentioned can be used either alone or in admixture as a catalyst.
  • catalysts (iii) are ammonium salts such as ammonium chloride, ammonium sulfate, ammonium oxalate, diammonium phosphate or mixtures thereof.
  • organic and / or inorganic acids can be used as a catalyst. Examples of these are maleic acid, formic acid, acetic acid, propionic acid, citric acid, tartaric acid, oxalic acid, p-toluenesulfonic acid, hydrochloric acid, sulfuric acid, boric acid or mixtures thereof.
  • the compounds of group (iii) used are preferably magnesium chloride, zinc chloride, magnesium sulfate, aluminum sulfate or mixtures of these compounds. Particularly preferred is magnesium chloride.
  • the catalyst (iii) is, for example, in a concentration of 0.1 to 10 wt .-%, preferably 0.2 to 8 wt .-%, particularly preferably 0.3 to 5 wt .-%, based on the components (i ) - (iii) of the reactive material.
  • binders are e.g. in the following references, which are hereby incorporated by reference into the disclosure of the present invention, namely US 4 076 917, EP-A 0 445 578, EP-A 0 583 086, EP-A 0 651 088,
  • thermosetting binders are all curable binders which are described, for example, for solidifying fibrous webs in the literature and / or which are used for this purpose in practice, such as thermally curable resins based on phenol and formaldehyde, the abovementioned melamine-formaldehyde and urea-formaldehyde resins, urea-glyoxal resins, and in particular formaldehyde-free one and two-component systems based on epoxy resins or polyurethanes, polyacrylates, polymethacrylates, polyvinyl acetates, Sty - Role-acrylate copolymer dispersions, styrene-methacrylate copolymer dispersions, styrene-butadiene- (meth) acrylic acid copolymer dispersions and mixtures of said dispersions with a mixture of a polycarboxylic acid and
  • thermally curable binders examples are mixtures of
  • Such mixtures are aqueous solutions containing about 40 to 60% by weight of solids and / or dispersions of a copolymer of 80% by weight of acrylic acid and 20% by weight of maleic acid having a molecular weight M w of 15,000 to 900,000 ⁇ m Combination with triethanolamine or aqueous solutions of a copolymer of 55% by weight of acrylic acid and 45% by weight of maleic acid in combination with triethanolamine.
  • These binders may optionally contain an esterification catalyst and / or a bound phosphorus-containing compound such as hypophosphorous acid as a reaction accelerator.
  • copolymer (a) described above may, for example, also be composed of
  • ethylenically unsaturated compound from the group of esters of ethylenically unsaturated monocarboxylic acids and the Monoesters and the diesters of ethylenically unsaturated dicarboxylic acids having an amine having at least one hydroxyl group and up to 20 wt .-% of another monomer.
  • Thermally curable, aqueous compositions containing at least one copolymer (a) and at least one alkanolamine or higher-functionality .beta.-hydroxyalkylamine and / or at least one polyhydric alcohol may optionally additionally contain at least one surfactant.
  • thermally curable binders are based on aqueous mixtures of
  • Polycarboxylic acids such as polyacrylic acid, polymethacrylic acid, copolymers of acrylic acid and maleic acid, copolymers of methacrylic acid and maleic acid, copolymers of ethylene and maleic acid, styrene and maleic acid, or copolymers of acrylic acid or methacrylic acid and esters of acrylic or methacrylic acid with preferably monohydric 1 to 24 carbon atoms containing alcohols, wherein the polycarboxylic acids have a K value of 50 to 100 (measured in unneutralized form of the polycarboxylic acids according to H.
  • Fikentscher in dimethylformamide at 25 ° C and a polymer concentration of 0.1 wt .-%) and polyhydric alcohols such as trimethylolpropane , Glycerol, 2-hydroxymethylbutanediol-1, 4 or polyvinyl alcohol and / or polyhydric amines and / or alkanolamines.
  • Polycarboxylic acids, polyhydric alcohols, alkanolamines and polyhydric amines are preferably used in amounts such that the number of acid function of the total number of alcoholic hydroxyl and amine functions is equivalent, see. EP-A 0 445 578.
  • crosslinkable materials which consist of an aqueous solution of a polycarboxylic acid (homopolymer or copolymer) preferably having a molecular weight M w of 10,000 or lower and a polyol such as triethanolamine and in which the ratio of Equivalents of hydroxyl groups to equivalents of carboxyl groups in the range of 0.4: 1 to 1, 0: 1, cf. EP-A 0 990 727.
  • binders are used with particular advantage as reactive materials, which are sold under the trademark Aerodur® by BASF Aktiengesellschaft.
  • Aerodur® aqueous styrene-acrylate polymer dispersion modified with a polycarboxylic acid and a polyhydric alcohol crosslinking component. It already crosslinks at a tem- perature of 130 ° C. However, in order to achieve high production rates, the crosslinking is preferably carried out at temperatures of 180 to 200 ° C.
  • Another formaldehyde-free binder is, for example, as a colorless to slightly yellowish, clear, aqueous solution of a modified polycarboxylic acid with a polyhydric alcohol as a crosslinking component commercially available. It cross-links eg at drying temperatures of approx. 160 to 180 ° C.
  • formaldehyde-free reactive materials containing at least one polycarboxylic acid and at least one polyhydric alcohol and / or alkanolamine or polyhydric amine.
  • Compositions containing these reactive agents may optionally contain other formaldehyde-free polymers, e.g. Polyacrylates sold under the trademark Acronal® by BASF Aktiengesellschaft.
  • the aqueous solutions and / or dispersions of a reactive material used for impregnation contain the reactive material, for example, in an amount of 1 to 70 wt .-%, preferably 10 to 60 wt .-% and usually 30 to 50 wt .-%.
  • paper products are to be understood as meaning, for example, paper itself as well as cardboard and paperboard.
  • Fresh fibers or fresh fibers are to be understood as meaning cellulose fibers which have hitherto not yet been processed into a paper product or which have not yet been dried.
  • the amount of virgin fibers is for example at least 50 wt .-%, preferably at least 70 wt .-%.
  • Wood pulp includes, for example, groundwood, thermomechanical pulp (TMP), chemo-thermo-mechanical pulp (CTMP), pressure groundwood, semi-pulp, high yield pulp, and refiner mechanical pulp (RMP).
  • TMP thermomechanical pulp
  • CMP chemo-thermo-mechanical pulp
  • RMP refiner mechanical pulp
  • pulp for example, sulphate, sulphite and soda pulps come into consideration.
  • unbleached pulp also referred to as unbleached kraft pulp
  • Suitable annual plants for the production of pulps are, for example, rice, wheat, sugar cane and kenaf.
  • the water is found both between the individual cellulose fibers and inside the cellulosic fibers.
  • An aqueous slurry of cellulosic fibers is pressed on the wire of a paper machine during dewatering so that the sheets formed therefrom contain between 0.7 and 1.0 g of water per g of dry cellulose fiber. contain, see. GV Laivins and AM Scallan, TAPPI Proceedings, Engineering Conference, Book 2, 741-747 (1993).
  • the action of a pressing pressure on the fiber structure and the treatment of the fiber structure with an aqueous solution of a reactive material can be continuous or discontinuous.
  • a continuous procedure is known from the prior art WO 2004/025019, page 5, line 3 to page 8, line 8, known.
  • a fiber cake is guided on a wire or a belt through a gap formed by two compression rollers and compressed therein. As a result, part of the water contained in the cellulose fibers is forced from the inside of the cellulose fibers into the fiber space of the compressed fiber cake and partly from the fiber cake.
  • the compressed cellulose fiber structure is brought under pressure into contact with an aqueous solution of the reactive material.
  • the water originating from the interior of the cellulose fibers, which is located in the fiber interspace is replaced by the aqueous solution of the reactive material.
  • the compressed cellulose fiber structure is passed through a gusset filled with an aqueous solution of a reactive material. In this case, a relaxation of the compressed cellulose fibers occurs. In doing so, they absorb aqueous solution of the reactive material, comparable to a compressed sponge that is relieved of pressure.
  • the solution penetrates not only in the interstices of the paper product, but also in the interior of the cellulose fibers. In this way, not only is a coating of the individual cellulose fibers of the paper product with a reactive material achieved, but also at least a partial coating of the fiber interior.
  • the paper product After treatment with an aqueous solution of a reactive material, the paper product is dried and heated to a temperature of, for example, 70 to 200 ° C to crosslink the reactive material.
  • a discontinuous embodiment of the process according to the invention for example, it is possible to insert in a press equipped with a sieve plate first a paper machine sieve having a mesh size of, for example, 80 to 150 .mu.m and then a sheet produced from a predominant fraction of fresh fibers, which has a weight per unit area of for example 50 to 500 g / m 2 , usually 75 to 250 g / m 2 , and has a water content of, for example, 50 to 80 wt .-%.
  • a papermaking felt which has been impregnated with an aqueous solution of at least one reactive material, and subsequently a sheet of a plastic, for example polymethylmethacrylate, polystyrene or polypropylene, is placed on the paper sheet in succession.
  • a pressure of at least 2.1 MPa is exerted on the layers of the materials mentioned in the press. From the sieve bottom, water originating from the cellulose fiber structure and the interior of the cellulose fibers is pressed together with excess aqueous solution of the reactive material.
  • the duration of the action of the compacting pressure in the case of discontinuous performance of the process according to the invention is, for example, 0.1 to 120 seconds, preferably 0.5 to 20 seconds.
  • the duration of the pressing pressure is, for example, 0.01 to 20 seconds, preferably 0.02 to 1 second.
  • cellulose fibers from which in turn cellulose fibers coated by removal of water can be obtained which at least partly contain the coating agent in the interior.
  • These cellulose fibers may be in the form of a powder, for example.
  • the process according to the invention can be used to produce writing and printing papers as well as packaging papers, corrugated cardboard, wallpapers, cardboard, laminates of, for example, a composite of cardboard or paper and at least one sheet or sheet of a thermoplastic, and components.
  • packaging papers corrugated cardboard
  • wallpapers cardboard
  • laminates of, for example, a composite of cardboard or paper and at least one sheet or sheet of a thermoplastic, and components.
  • thermoplastics thermoplastics or thermally curable plastics. Moldings of any desired shape can be produced from such mixtures.
  • Another object of the invention is therefore the use of the obtainable by the novel coated papers, paper products and / or produced therefrom by pulping coated cellulose fibers as an additive to thermoplastics and as an additive thermally curable plastics.
  • Such mixtures contain, for example, 0.1 to 90 wt .-%, preferably 1 to 70 wt .-% and usually 2 to 50 wt .-% of at least one component (i).
  • the composite materials are prepared, for example, by mixing at least one of the coated materials with at least one thermoplastic or a thermally curable material. The mixing can be carried out, for example, in an extruder, wherein, for example, at least one product coated according to the invention and a thermoplastic material are heated to a temperature which lies in the respective softening range of the thermoplastic or above and extrudes the mixture.
  • Suitable thermoplastics include, for example, polyolefins such as polyethylenes which are obtainable by the high or low pressure polymerization process, polypropylene, polybutene-2 or polybutene-1, polyisobutylene, polystyrene, polyamides such as polycaprolactam or condensation products of hexamethylenediamine and adipic acid, polyesters such as Polyethylene terephthalate, polymethyl methacrylate, polycarbonate and polyvinyl chloride.
  • polyolefins such as polyethylenes which are obtainable by the high or low pressure polymerization process, polypropylene, polybutene-2 or polybutene-1, polyisobutylene, polystyrene, polyamides such as polycaprolactam or condensation products of hexamethylenediamine and adipic acid
  • polyesters such as Polyethylene terephthalate, polymethyl methacrylate, polycarbonate and polyvinyl chloride.
  • thermosetting plastics are all reactive materials already described above for the coating of paper and paper products, e.g. Urea-formaldehyde resins, melamine-formaldehyde resins, one- and two-component systems based on epoxy resins, polyurethanes or isocyanates, crosslinkable polyacrylates and crosslinkable polymethacrylates.
  • the mixtures of the components (i) and (ii) are suitable for the production of moldings, in particular for the production of components such as composites for the insulation of walls, as a water vapor barrier, in the form of panels for cladding facades or indoors for the production of Doors and cladding, as a material for the manufacture of furniture used both outdoors and indoors, as housings for electrical appliances such as vacuum cleaners, kitchen machines, televisions, radios, stereos and computers, as a material for car parts, eg door fittings coverings, dashboards and seats for seats, as material for flower boxes, flower pots, watering cans, planters, walls and structural parts for garden sheds and for toys and packaging materials.
  • Paper samples measuring 4 cm x 4 cm were weighed, then stored for 30 minutes in distilled water at a temperature of 20 ° C, then removed, dried with an absorbent cloth and weighed. The weight gain is calculated in%.
  • Paper samples measuring 4 cm x 4 cm were stored for one week in a dessicator over silica gel at a temperature of 20 ° C. After that they were weighed. In addition, one determined the paper thickness (Di). Then the samples were stored over water for one week in a dessicator so that the paper was saturated with water vapor. The samples were then weighed and the thickness (D2) of the samples determined.
  • the dimensional stability was determined as follows:
  • Di is the thickness of the dry paper and D2 is the thickness of the wet paper
  • a pulp was dewatered consisting of a blend of 70% bleached pine sulfate pulp and 30% birch sulphate pulp and had a freeness of 35 ° SR (Schopper-Riegler).
  • the leaves had a basis weight of 80 g / m 2 .
  • the sheet was dried at a temperature of 130 ° C for 4 hours. Under these conditions, the resin crosslinked in the fibers and deposited thereon crosslinked. Thereafter, rigidity, dimensional stability and water absorption of the sheet thus obtained were examined. The results are given in the table.
  • Example 1 was repeated with the sole exception that instead of the aqueous solution of Kaurit® 210, in each case an aqueous solution and / or dispersion of the thermally curable binders specified in Table 1 was used. The results obtained are shown in Table 2. Comparative Example 1
  • Example 1 was repeated with the sole exception that the papermaking felt was now soaked with distilled water instead of the aqueous solution of Kaurit® 210. The results are shown in Table 2.

Abstract

The invention concerns a process for reducing the water and water vapour absorbence and enhancing the dimensional stability of paper and paper products by treatment with an aqueous solution and/or dispersion of at least one reactive material capable of reacting with itself and/or with cellulose fibres by crosslinking, which comprises compressing cellulose fibres or a paper product obtained therefrom by dewatering on a wire, then contacting the compressed paper product with an aqueous solution and/or dispersion of the reactive material, decompressing under continued contact with the aqueous solution and/or dispersion, and drying and crosslinking the paper product; and also the use of the coated paper products thus obtainable and/or of the coated cellulose fibres obtainable therefrom by fibrization, in thermoplastics and thermosets.

Description

Verfahren zur Verminderung der Absorption von Wasser und Wasserdampf und zur Erhöhung der Dimensionsstabilität von Papier und Papierprodukten und Verwendung von beschichteten PapierproduktenProcess for reducing the absorption of water and water vapor and for increasing the dimensional stability of paper and paper products and use of coated paper products
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft Verfahren zur Verminderung der Absorption von Wasser und Wasserdampf und zur Erhöhung der Dimensionsstabilität von Papier und Papierprodukten durch Behandlung mit einer wässrigen Lösung und/oder Dispersion mindestens eines reaktiven Materials, das mit sich selbst und/oder den Cellulosefasern unter Vernetzung reagiert, und Erhitzen der behandelten Materialien auf eine Temperatur, bei der eine Trocknung und Vernetzung erfolgt sowie die Verwendung beschichteten Papierprodukte und/oder der daraus durch Zerfasern herstellbaren beschichteten Cellulosefasern als Zusatz zu thermoplastischen Kunststoffen und als Zusatz zu thermisch härtbaren Kunststoffen.The invention relates to processes for reducing the absorption of water and water vapor and for increasing the dimensional stability of paper and paper products by treatment with an aqueous solution and / or dispersion of at least one reactive material which reacts with itself and / or the cellulose fibers with crosslinking, and Heating the treated materials to a temperature at which drying and crosslinking takes place; and using coated paper products and / or the coated cellulosic fibers made therefrom by pulping as an additive to thermoplastics and as an additive to thermosetting plastics.
Aus der Veröffentlichung "Treatment of timber with water soluble dimethylol resins to improve the dimensional stability and durability", erschienen in Wood Science and Technology 1993, Seiten 347-355, ist es bekannt, zur Verbesserung der Schwind- und Quelleigenschaften von Holz sowie des Widerstandes gegen Pilze und Insekten dieses mit einem Imprägniermittel zu behandeln, das aus einer wässrigen Lösung von Di- methyloldihydroxyethylenharnstoff (DMDHEU oder 1 ,3- Bis(hydroxymethyl)-4,5- dihydroxyimidazolidinon-2) und einem Katalysator besteht. Als Katalysatoren werden dabei Metallsalze, Zitronensäure und Aminsalze, einzeln oder in Kombination einge- setzt. Das DMDHEU wird in der wässriger Lösung in Konzentrationen zwischen 5 % bis 20 % eingesetzt. Die hinzugefügte Katalysatormenge beträgt 20 %, bezogen auf das DMDHEU. Die Imprägnierung geschieht unter Vakuum. Bei erhöhter Temperatur findet eine Reaktion des DMDHEU mit sich selbst und dem Holz statt. Diese Reaktion läuft während einer Stunde in einem Trockenofen bei Temperaturen von 80 °C oder 100 °C ab. Die so behandelten Holzproben weisen eine Verbesserung der Schwind- und Quelleigenschaften bis zu 75 % auf, und zwar bei Konzentrationen des DMDHEU von 20 %. Auf diese Weise wurden Holzkörper mit Abmessungen von 20 mm x 20 mm x 10 mm untersucht. Das beschriebene Verfahren lässt sich nur bei kleinen Abmessungen der Holzkörper anwenden, weil diese bei größeren Abmessungen zu Rissbil- düng neigen.It is known from the publication "Treatment of timber with water soluble dimethylol resins to improve the dimensional stability and durability", published in Wood Science and Technology 1993, pages 347-355, to improve the shrinkage and swelling properties of wood as well as the resistance against fungi and insects to treat this with an impregnating agent, which consists of an aqueous solution of dimethyloldihydroxyethylenurea (DMDHEU or 1, 3-bis (hydroxymethyl) -4,5-dihydroxyimidazolidinon-2) and a catalyst. The catalysts used are metal salts, citric acid and amine salts, individually or in combination. The DMDHEU is used in the aqueous solution in concentrations between 5% to 20%. The added amount of catalyst is 20% based on the DMDHEU. The impregnation takes place under vacuum. At elevated temperature, the DMDHEU reacts with itself and the wood. This reaction proceeds for one hour in a drying oven at temperatures of 80 ° C or 100 ° C. The treated wood samples show an improvement in shrinkage and swelling properties of up to 75% at concentrations of DMDHEU of 20%. In this way, wooden bodies with dimensions of 20 mm x 20 mm x 10 mm were examined. The method described can only be used with small dimensions of the wood body, because they tend to crack formation at larger dimensions.
Aus der EP-B 0 891 244 ist es bekannt, Holzkörper aus Vollholz mit einem biologisch abbaubaren Polymer, einem Naturharz und/oder einem Fettsäureester - gegebenenfalls unter Anwendung von Vakuum und/oder Druck - zu imprägnieren. Die Imprägnie- rung geschieht unter erhöhten Temperaturen. Dabei werden die Poren im Holz zumindest weitgehend gefüllt und es entsteht ein Formkörper, der sowohl Holz wie auch biologisch abbaubares Polymer enthält. Eine Reaktion des Polymers mit dem Holz findet nicht statt. Mit dieser Behandlung gehen die charakteristischen Eigenschaften von Holz, die Bioabbaubarkeit sowie die mechanischen Eigenschaften nicht verloren. Die Thermoplastizität kann gesteigert werden. Je nach dem eingebrachten Polymeranteil ergibt sich eine Erhöhung der Oberflächenhärte durch die Einlagerung des Polymers in die Holzmatrix, so dass von Natur aus weiche Hölzer auch für hochwertige Fußböden geeignet sind.From EP-B 0 891 244 it is known to impregnate wood body made of solid wood with a biodegradable polymer, a natural resin and / or a fatty acid ester - optionally with the use of vacuum and / or pressure. The impregnation takes place under elevated temperatures. The pores in the wood are at least largely filled and there is a molded body containing both wood and biodegradable polymer. There is no reaction of the polymer with the wood. With this treatment go the characteristic properties of Wood, biodegradability and mechanical properties are not lost. The thermoplasticity can be increased. Depending on the incorporated polymer content, there is an increase in the surface hardness due to the incorporation of the polymer into the wood matrix, so that naturally soft woods are also suitable for high-quality floors.
Aus der SE-C 500 039 ist ein Verfahren zur Härtung von Holz unter Verdichtung beschrieben, bei dem unbehandeltes Holz mit verschiedenen Aminoplastmonomeren auf Basis von Melamin und Formaldehyd mittels Vakuumdruckimprägnierung getränkt, anschließend getrocknet und in einer Presse unter Verdichtung bei erhöhter Temperatur ausgehärtet werden. Als Vernetzer werden unter anderem DMDHEU, Dimethylol- harnstoff, Dimethoxymethylharnstoff, Dimethylolethylenharnstoff, Dimethylolpropylen- harnstoff sowie Dimethoxymethyluron genannt. Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass die natürliche Holzstruktur durch die Verdichtung verlorengeht sowie die Formal- dehydemission des fertigen Holzkörpers je nach verwendetem Vernetzer relativ hoch ist.From SE-C 500 039 a method for the hardening of wood under compaction is described in which untreated wood impregnated with various aminoplast monomers based on melamine and formaldehyde by vacuum pressure impregnation, then dried and cured in a press under compression at elevated temperature. Crosslinkers mentioned include DMDHEU, dimethylolurea, dimethoxymethylurea, dimethylolethyleneurea, dimethylolpropyleneurea and dimethoxymethyluron. This method has the disadvantage that the natural wood structure is lost due to the compaction and the formaldehyde emission of the finished wood body is relatively high depending on the crosslinker used.
Aus der WO 04/033171 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Holzkörpers mit erhöhter Oberflächenhärte und niedriger Formaldehydemission bekannt, wobei man einen unbehandelten Holzkörper mit einer wässrigen Lösung einesFrom WO 04/033171 a method for producing a wood body with increased surface hardness and low formaldehyde emission is known, wherein an untreated wood body with an aqueous solution of a
A) Imprägniermittels bestehend aus einem mit einem Ci-5-Alkohol, einem Polyol oder deren Gemischen, modifizierten 1 ,3- Bis(hydroxymethyl)-4,5- dihydroxyimidazolidinon-2, und B) eines Katalysators aus der Gruppe der Ammonium- oder Metallsalze, organischen oder anorganischen Säuren oder deren Gemische,A) impregnating agent consisting of a modified with a Ci-5-alcohol, a polyol or mixtures thereof, 1, 3-bis (hydroxymethyl) -4,5-dihydroxyimidazolidinon-2, and B) a catalyst from the group of ammonium or Metal salts, organic or inorganic acids or mixtures thereof,
imprägniert, trocknet und anschließend bei erhöhter Temperatur aushärtet.impregnated, dried and then cured at elevated temperature.
Nach dem aus der WO 04/033170 bekannten Verfahren wird die Dauerhaftigkeit, Dimensionsstabilität und Oberflächenhärte eines Holzkörpers verbessert, indem man einen Holzkörper mit einer 1 bis 50 gew.-%igen wässrigen Lösung eines Imprägniermittels aus einem Stoff der Gruppe A und/oder mindestens einem Stoff der Gruppe B und mindestens einem Stoff der Gruppe C als Katalysator imprägniert, das Impräg- niermittel anschließend unter feuchten Bedingungen unter Vermeidung einer Trocknung zur Reaktion mit sich selbst und dem Holz bringt. Als Imprägniermittel kommen beispielsweise Dimethyloldihydroxyethylenharnstoff (DMDHEU), Harnstoff-Glyoxal- Addukte und Harnstoff-Formaldehyd-Addukte in Betracht. Geeignete Katalysatoren sind z.B. Magnesiumchlorid, Zinkchlorid, Ammoniumchlorid oder Säuren wie Ameisen- säure, Maleinsäure, Salzsäure oder Schwefelsäure. Aus der WO 2004/025019 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Austausch einer in Fasern enthaltenen Flüssigkeit durch eine andere Flüssigkeit bekannt. Hierbei geht man in der Weise vor, dass man einen Faserkuchen so weit auspresst, dass eine beträchtliche Menge der Flüssigkeit, die in den Fasern vorhanden ist, in den Raum zwi- sehen den Fasern übergeht, während des Kompressionsschritts die andere Flüssigkeit, die die erste Flüssigkeit ersetzen soll, in den komprimierten Faserkuchen dosiert, so dass die erste Flüssigkeit aus dem Raum zwischen den Fasern entfernt wird, und anschließend unter weiterer Einwirkung der anderen Flüssigkeit, die die erste Flüssigkeit ersetzen soll, den Faserkuchen entspannt, wobei weitere Ersatzflüssigkeit aufgenom- men wird. Als Ersatzflüssigkeit werden Flüssigreiniger, chemische Behandlungsmittel, flüssige Säuren oder Basen, Bleichmittel, Delignifizierungsmittel, Katalysatoren, Komplexbildner, Fluoreszenzindikatoren, Metallionen, kationische oder anionische Polymere, Farbmittel und anorganische Substanzen genannt. Mit Hilfe des bekannten Verfahrens ist es beispielsweise möglich, Ligninbestandteile aus Cellulosefasern zumindest teilweise zu entfernen und so eine Pulpe mit einer besseren und einheitlicheren Qualität herzustellen.According to the method known from WO 04/033170, the durability, dimensional stability and surface hardness of a wood body is improved by mixing a wood body with a 1 to 50 wt .-% aqueous solution of an impregnating agent of a group A material and / or at least one Substance of group B and at least one substance of group C impregnated as a catalyst, the impregnating agent then brings under moist conditions while avoiding drying to react with itself and the wood. Suitable impregnating agents are, for example, dimethyloldihydroxyethyleneurea (DMDHEU), urea-glyoxal adducts and urea-formaldehyde adducts. Suitable catalysts are, for example, magnesium chloride, zinc chloride, ammonium chloride or acids such as formic acid, maleic acid, hydrochloric acid or sulfuric acid. WO 2004/025019 discloses a method and a device for exchanging a liquid contained in fibers with another liquid. This is done by squeezing a fiber cake to such an extent that a considerable amount of the liquid present in the fibers passes into the space between the fibers, during the compression step the other liquid, the first one To replace liquid, dosed in the compressed fiber cake, so that the first liquid is removed from the space between the fibers, and then with further action of the other liquid to replace the first liquid, the fiber cake relaxed, with more replacement liquid absorbed becomes. As a replacement liquid liquid cleaners, chemical treatment agents, liquid acids or bases, bleach, delignification, catalysts, complexing agents, fluorescence indicators, metal ions, cationic or anionic polymers, colorants and inorganic substances may be mentioned. With the aid of the known method it is possible, for example, to at least partially remove lignin constituents from cellulose fibers and thus to produce a pulp with a better and more uniform quality.
Cellulosefasern sowie daraus hergestellte Papierprodukte wie Papier, Pappe und Karton nehmen leicht Wasser und auch Wasserdampf aus der Luft auf. Dadurch werden jedoch die Dimensionsstabilität und die mechanische Stabilität der Cellulosefasern und der Papierprodukte in unerwünschtem Maße erniedrigt. Um die Wasseraufnahme von Papierprodukten zu erniedrigen, kann man beispielsweise bei ihrer Herstellung dem Papierstoff ein Nassfestmittel zusetzen. Bekannte Nassfestmittel sind beispielsweise Harnstoff-Formaldehyd-Harze, die neben der Naßfestigkeit auch die Trockenfestigkeit des Papiers erhöhen (vgl. EP-A 0 123 196 und US 3,275,605), Melamin-Formaldehyd- Harze (DE-B 10 90 078) oder andere handelsübliche Produkte z.B. mit Epichlorhydrin vernetzte Kondensationsprodukte aus Polyamidoaminen wie die Marken Luresin® (BASF Aktiengesellschaft).Cellulose fibers and paper products made from them, such as paper, cardboard and cardboard, easily absorb water and also water vapor from the air. However, this undesirably lowers the dimensional stability and mechanical stability of the cellulosic fibers and the paper products. In order to lower the water absorption of paper products, it is possible, for example, to add a wet strength agent to the paper stock during its production. Known wet strength agents are, for example, urea-formaldehyde resins which, in addition to the wet strength, also increase the dry strength of the paper (cf .. EP-A 0 123 196 and US 3,275,605), melamine-formaldehyde resins (DE-B 10 90 078) or other commercially available Products eg Epichlorohydrin-crosslinked condensation products of polyamidoamines such as the Luresin® (BASF Aktiengesellschaft) brands.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verminderung der Absorption von Wasser und Wasserdampf und zur Erhöhung der Dimensionsstabilität von Papier und Papierprodukten wie Pappe und Karton zur Verfügung zu stellen.The invention has for its object to provide a method for reducing the absorption of water and water vapor and to increase the dimensional stability of paper and paper products such as cardboard and cardboard available.
Die Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß gelöst mit einem Verfahren zur Ver- minderung der Absorption von Wasser und Wasserdampf und zur Erhöhung der Dimensionsstabilität von Papier und Papierprodukten durch Behandlung mit einer wäss- rigen Lösung und/oder Dispersion mindestens eines reaktiven Materials, das mit sich selbst und/oder Cellulosefasern unter Vernetzung reagiert, und Erhitzen der behandelten Materialien auf eine Temperatur, bei der eine Trocknung und Vernetzung erfolgt, wenn man Cellulosefasern oder ein daraus durch Entwässern auf einem Sieb erhaltenes Papierprodukt zunächst komprimiert, das komprimierte Papierprodukt dann mit einer wässrigen Lösung und/oder Dispersion des reaktiven Materials in Kontakt bringt, unter weiterer Einwirkung der wässrigen Lösung und/oder Dispersion die Kompression aufhebt und das Papierprodukt trocknet und vernetzt. Die Vernetzung der reaktiven Materialien erfolgt beispielsweise bei Temperaturen oberhalb von 30°C, beispielsweise in dem Temperaturbereich von 35 bis 200°C. Das Verfahren kann kontinuierlich und auch diskontinuierlich durchgeführt werden.The object of the invention is achieved according to the invention by a process for reducing the absorption of water and water vapor and increasing the dimensional stability of paper and paper products by treatment with an aqueous solution and / or dispersion of at least one reactive material which is self-reactive and / or cellulose fibers with crosslinking, and heating the treated materials to a temperature at which drying and crosslinking occurs by first compressing cellulose fibers or a paper product obtained therefrom by dewatering on a wire, then compressing the compressed paper product with an aqueous solution / or dispersion of the reactive material brings into contact, under further action of the aqueous solution and / or dispersion, the compression is canceled and the paper product is dried and crosslinked. The crosslinking of the reactive materials takes place, for example, at temperatures above 30 ° C., for example in the temperature range from 35 to 200 ° C. The process can be carried out continuously and also batchwise.
Bevorzugt ist eine Arbeitsweise, wobei man Cellulosefasern, die mindestens 50 Gew.-% an Frischfasern enthalten oder ein daraus durch Entwässern auf einem Sieb erhaltenes Papierprodukt mit einem Wassergehalt von jeweils mindestens 0,7 g Was- ser pro g trockene Cellulosefasern zunächst unter einem Druck von mindestensPreference is given to a procedure in which cellulose fibers containing at least 50% by weight of virgin fibers or a paper product obtained therefrom by dewatering on a wire having a water content of at least 0.7 g of water per g of dry cellulose fibers are first under one pressure of at least
2,1 MPa komprimiert, das komprimierte Papierprodukt dann mit einer wässrigen Lösung und/oder Dispersion des reaktiven Materials in Kontakt bringt, unter weiterer Einwirkung der wässrigen Lösung und/oder Dispersion die Kompression aufhebt, das Papierprodukt trocknet und zur Vernetzung auf eine Temperatur in dem Bereich von 70 bis 2000C erhitzt.2.1 MPa, which then compresses the compressed paper product with an aqueous solution and / or dispersion of the reactive material, further depressurizes the further action of the aqueous solution and / or dispersion, dries the paper product, and crosslinks to a temperature in the Range of 70 to 200 0 C heated.
Die wässrige Lösung und/oder Dispersion enthält beispielsweise als reaktives Material mindestens ein thermisch härtbares Bindemittel aus der Gruppe der Harnstoff- Formaldehyd-Addukte, Harnstoff-Glyoxal-Addukte, Melamin-Formaldehyd-Addukte, Phenol-Formaldehyd-Addukte, Ein- und Zweikomponentensysteme auf Basis von Epoxidharzen, Polyurethanen oder Isocyanaten, Polyacrylate, Polymethacrylate, Styrol- (Meth)Acrylat-Copolymerisat-Dispersionen und/oder Styrol-Butadien-(Meth)Acrylsäure- Copolymerisat-Dispersionen. In manchen Fällen ist der Einsatz von Mischungen aus mindestens zwei reaktiven Materialien von Interesse z.B. Mischungen von MeI- amin/Harnstoff-Formaldehyd-Kondensaten. Die reaktiven Materialien können als wässrige Lösung oder als wässrige Dispersion vorliegen. Hierbei sind Übergänge zwischen Lösung und Dispersion möglich. Wenn man Dispersionen einsetzt, so liegt beispielsweise der mittlere Teilchendurchmesser der in Wasser dispergierten Polymerteilchen unterhalb von 1 μm, vorzugsweise unterhalb von 500 nm und meisten in dem Bereich von 10 bis 100 nm.The aqueous solution and / or dispersion contains, for example, as a reactive material at least one thermally curable binder from the group of urea-formaldehyde adducts, urea-glyoxal adducts, melamine-formaldehyde adducts, phenol-formaldehyde adducts, one- and two-component systems Base of epoxy resins, polyurethanes or isocyanates, polyacrylates, polymethacrylates, styrene- (meth) acrylate copolymer dispersions and / or styrene-butadiene- (meth) acrylic acid copolymer dispersions. In some cases, the use of mixtures of at least two reactive materials of interest e.g. Mixtures of methylamine / urea-formaldehyde condensates. The reactive materials may be present as an aqueous solution or as an aqueous dispersion. In this case, transitions between solution and dispersion are possible. When using dispersions, for example, the average particle diameter of the polymer particles dispersed in water is below 1 μm, preferably below 500 nm and most in the range of 10 to 100 nm.
Die wässrige Lösung und/oder Dispersion enthält somit beispielsweise eine Gruppe eines reaktiven, vernetzbaren Materials, das ausThe aqueous solution and / or dispersion thus contains, for example, a group of a reactive, crosslinkable material which consists of
(i) mindestens einer reaktiven Substanz, die ein Polymer bildet,(i) at least one reactive substance which forms a polymer,
(ii) gegebenenfalls mindestens einem Ci-5-Alkohol, mindestens einem Polyol oder deren Gemischen und (iii) mindestens einem Katalysator(ii) optionally at least one Ci-5-alcohol, at least one polyol or mixtures thereof and (iii) at least one catalyst
bestehen kann. Beispiele für (i) eine reaktive Substanz, die ein Polymer bildet, sind Harnstoff-Glyoxal- Addukte und deren Derivate, z.B. 1 ,3- Bis(hydroxymethyl)-4,5-dihydroxyimidazolidinon- 2 (nachstehend "DMDHEU" genannt). Beim Imprägnieren kann es entweder allein oder zusammen mit (ii) mindestens einem Ci-5-Alkohol, einem Polyol oder deren Gemischen eingesetzt werden. Falls man 1 ,3- Bis(hydroxymethyl)-4,5-dihydroxyimidazolidinon-2 zusammen mit einem Alkohol und/oder einem Polyol als Imprägniermittel einsetzt, entstehen entsprechend modifizierte 1 ,3- Bis(hydroxymethyl)-4,5- dihydroxyimidazolidinone-2 (nachstehend "mDMDHEU" genannt). Solche Verbindungen sind beispielsweise aus der US 4,396,391 und der WO 98/29393 bekannt. Dabei handelt es sich um Umsetzungsprodukte von 1 ,3-Bis(hydroxymethyl)-4,5- dihydroxyimidazolidinon-2 mit mindestens einem Ci-5-Alkohol, mindestens einem Polyol oder deren Gemischen.can exist. Examples of (i) a reactive substance which forms a polymer are urea-glyoxal adducts and their derivatives, eg, 1,3-bis (hydroxymethyl) -4,5-dihydroxyimidazolidinone-2 (hereinafter called "DMDHEU"). In impregnation, it may be used either alone or together with (ii) at least one C 1-5 alcohol, a polyol or mixtures thereof. If 1, 3-bis (hydroxymethyl) -4,5-dihydroxyimidazolidinon-2 is used together with an alcohol and / or a polyol as impregnating agent, correspondingly modified 1,3-bis (hydroxymethyl) -4,5-dihydroxyimidazolidinone-2 are formed (hereinafter referred to as "mDMDHEU"). Such compounds are known, for example, from US 4,396,391 and WO 98/29393. These are reaction products of 1, 3-bis (hydroxymethyl) -4,5-dihydroxyimidazolidinone-2 with at least one Ci-5-alcohol, at least one polyol or mixtures thereof.
Zu den Verbindungen der Gruppe (ii) gehören Ci-5-Alkohole beispielsweise Methanol, Ethanol, n-Propanol, iso-Propanol, n-Butanol, Isobutanol, tert.-Butanol und n-Pentanol, bevorzugt ist Methanol, sowie Polyole wie Ethylenglykol, Diethylenglykol, 1 ,2- und 1 ,3- Propylenglykol, 1 ,2-, 1 ,3-, und 1 ,4-Butylenglykol, Glycerin, Trimethylolpropan und Po- lyalkylenglykole wie Polyethylenglykol, Polypropylenglykol, Blockcopolymerisate aus Ethylenglykol und Propylenglykol. Bevorzugt sind Polyethylenglykole der Formel HO(CH2CH2O)nH mit n von 3 bis 20 und Diethylenglykol.The compounds of group (ii) include C 1-5 -alcohols, for example methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, isobutanol, tert-butanol and n-pentanol, preferably methanol, and also polyols, such as ethylene glycol , Diethylene glycol, 1, 2 and 1, 3-propylene glycol, 1, 2, 1, 3, and 1, 4-butylene glycol, glycerol, trimethylolpropane and polyalkylene glycols such as polyethylene glycol, polypropylene glycol, block copolymers of ethylene glycol and propylene glycol. Preference is given to polyethylene glycols of the formula HO (CH 2 CH 2 O) n H where n is from 3 to 20 and diethylene glycol.
Um modifiziertes 1 ,3-Bis(hydroxymethyl)-4,5-dihydroxyimidazolidinon-2 (mDMDHEU) herzustellen, werden DMDHEU und der einwertige Alkohol und/oder das Polyol gemischt, wobei der einwertige Alkohol und/oder das Polyol in einer Menge von je 0,1 bis 2,0 Moläquivalenten, bezogen auf DMDHEU, eingesetzt werden. Die Mischung aus DMDHEU, einwertigem Alkohol und/oder Polyol wird beispielsweise bei Temperaturen von 20 bis 70°C und einem pH-Wert von 1 bis 2,5 umgesetzt, wobei der pH-Wert nach der Umsetzung auf 4 bis 8 eingestellt wird.To prepare modified 1,3-bis (hydroxymethyl) -4,5-dihydroxyimidazolidinone-2 (mDMDHEU), DMDHEU and the monohydric alcohol and / or the polyol are mixed, the monohydric alcohol and / or the polyol being in an amount of each 0.1 to 2.0 molar equivalents, based on DMDHEU, are used. The mixture of DMDHEU, monohydric alcohol and / or polyol is reacted, for example, at temperatures of 20 to 70 ° C and a pH of 1 to 2.5, wherein the pH after the reaction is adjusted to 4 to 8.
Unter (i) einer reaktiven Substanz, die ein Polymer bildet, sind sowohl Harnstoff-Under (i) a reactive substance which forms a polymer, both urea
Formaldehyd-Addukte als auch Harnstoff-Glyoxal-Addukte sowie jeweils deren Derivate zu verstehen. Folgende Verbindungen seien beispielhaft genannt: Dimethylol- harnstoff, Bis(methoxymethyl)harnstoff, Tetramethylolacetylendiharnstoff, Methylol- methylharnstoff sowie 1 ,3-Dimethyl-4,5-dihydroxyimidazolidinon-2, 1 ,3- Bis(hydroxymethyl)imidazolidinon-2 oder deren Gemische. Auch diese Verbindungen der Gruppe (i) können gegebenenfalls in Gegenwart von (ii) mindestens einem C1-5- Alkohol, mindestens einem Polyol oder deren Gemischen als Imprägniermittel eingesetzt werden. Geeignete Alkohole und Polyole wurden oben bereits genannt. Bevorzugt sind Methanol, Diethylenglykol oder deren Gemische.Formaldehyde adducts and urea-glyoxal adducts and their derivatives to understand. The following compounds may be mentioned by way of example: dimethylolurea, bis (methoxymethyl) urea, tetramethylolacetylenediurea, methylolmethylurea and 1,3-dimethyl-4,5-dihydroxyimidazolidinone-2, 1, 3-bis (hydroxymethyl) imidazolidinone-2 or mixtures thereof , These compounds of group (i) may also be used in the presence of (ii) at least one C1-5 alcohol, at least one polyol or mixtures thereof as impregnating agent. Suitable alcohols and polyols have already been mentioned above. Preference is given to methanol, diethylene glycol or mixtures thereof.
Die wässrige Imprägniermittellösung enthält die reaktiven Verbindungen der Gruppe (i) und die Verbindungen der Gruppe (ii) beispielsweise in einer Konzentration von 1 bis 70 Gew.-%, vorzugsweise 10 bis 60 Gew.-% und insbesondere 20 bis 60 Gew.-%. Das Imprägniermittel enthält vorzugsweise 1 ,3- Bis(hydroxymethyl)-4,5- dihydroxyimidazolidinon-2 (DMDHEU) als Verbindung der Gruppe (i).The aqueous impregnating agent solution contains the reactive compounds of group (i) and the compounds of group (ii), for example, in a concentration of 1 to 70 wt .-%, preferably 10 to 60 wt .-% and in particular 20 to 60 wt .-%. The impregnating agent preferably contains 1, 3-bis (hydroxymethyl) -4,5-dihydroxyimidazolidinone-2 (DMDHEU) as a compound of group (i).
Das Imprägniermittel enthält außer (i) und gegebenenfalls (ii) immer einen Katalysator (iii). Geeignete Katalysatoren (iii) sind beispielsweise Metallsalze aus der Gruppe Metallhalogenide, Metallsulfate, Metallnitrate, Metalltetrafluoroborate, Metallphosphate oder deren Gemische. Einzelne Beispiele für (iii) sind Magnesiumchlorid, Magnesiumsulfat, Zinkchlorid, Lithiumchlorid, Lithiumbromid, Bortrifluorid, Aluminiumchlorid, AIu- miniumsulfat, Zinknitrat und Natriumtetrafluoroborat. Die genannten Verbindungen können entweder allein oder in Mischung als Katalysator eingesetzt werden.The impregnating agent always contains, in addition to (i) and optionally (ii), a catalyst (iii). Suitable catalysts (iii) are, for example, metal salts from the group of metal halides, metal sulfates, metal nitrates, metal tetrafluoroborates, metal phosphates or mixtures thereof. Specific examples of (iii) are magnesium chloride, magnesium sulfate, zinc chloride, lithium chloride, lithium bromide, boron trifluoride, aluminum chloride, aluminum sulfate, zinc nitrate and sodium tetrafluoroborate. The compounds mentioned can be used either alone or in admixture as a catalyst.
Weitere geeignete Katalysatoren (iii) sind Ammoniumsalze wie Ammoniumchlorid, Ammoniumsulfat, Ammoniumoxalat, Diammoniumphosphat oder deren Gemische. Außerdem können als Katalysator organische und/oder anorganische Säuren eingesetzt werden. Beispiele hierfür sind Maleinsäure, Ameisensäure, Essigsäure, Propionsäure, Zitronensäure, Weinsäure, Oxalsäure, p-Toluolsulfonsäure, Salzsäure, Schwefelsäure, Borsäure oder deren Gemische.Further suitable catalysts (iii) are ammonium salts such as ammonium chloride, ammonium sulfate, ammonium oxalate, diammonium phosphate or mixtures thereof. In addition, as a catalyst organic and / or inorganic acids can be used. Examples of these are maleic acid, formic acid, acetic acid, propionic acid, citric acid, tartaric acid, oxalic acid, p-toluenesulfonic acid, hydrochloric acid, sulfuric acid, boric acid or mixtures thereof.
Bevorzugt werden als Verbindungen der Gruppe (iii) Magnesiumchlorid, Zinkchlorid, Magnesiumsulfat, Aluminiumsulfat oder Mischungen dieser Verbindungen verwendet. Besonders bevorzugt ist Magnesiumchlorid.The compounds of group (iii) used are preferably magnesium chloride, zinc chloride, magnesium sulfate, aluminum sulfate or mixtures of these compounds. Particularly preferred is magnesium chloride.
Der Katalysator (iii) ist beispielsweise in einer Konzentration von 0,1 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 0,2 bis 8 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,3 bis 5 Gew.-% , bezogen auf die Komponenten (i) - (iii) des reaktiven Materials, enthalten.The catalyst (iii) is, for example, in a concentration of 0.1 to 10 wt .-%, preferably 0.2 to 8 wt .-%, particularly preferably 0.3 to 5 wt .-%, based on the components (i ) - (iii) of the reactive material.
Von den oben beschriebenen Produkten, die Formaldehyd einkondensiert enthalten, werden insbesondere formaldehydarme Kondensationsprodukte eingesetzt. Unter for- maldehydarm soll im vorliegenden Zusammenhang verstanden werden, dass die reaktiven Materialien keine wesentlichen Mengen an freiem Formaldehyd enthalten und dass auch beim Trocknen bzw. Härten der damit behandelten Cellulosefasern oder Papierprodukte keine wesentlichen Mengen an Formaldehyd freigesetzt werden. Im Allgemeinen enthalten solche reaktiven Materialien < 100 ppm Formaldehyd.Of the products described above, which contain condensed formaldehyde, in particular low-formaldehyde condensation products are used. In terms of formaldehyde, it should be understood in the present context that the reactive materials do not contain significant amounts of free formaldehyde and that no substantial amounts of formaldehyde are released during drying or curing of the cellulose fibers or paper products treated therewith. In general, such reactive materials contain <100 ppm formaldehyde.
Weitere reaktive Materialien, die mit sich selbst und/oder Cellulosefasern unter Vernetzung reagieren, sind formaldehydfreie, thermisch härtbare Bindemittel. Solche Bindemittel werden z.B. in den folgenden Druckschriften beschrieben, die hiermit durch Bezugnahme zum Offenbarungsgehalt der vorliegenden Erfindung gemacht werden, nämlich US 4 076 917, EP-A 0 445 578, EP-A 0 583 086, EP-A 0 651 088,Other reactive materials that react with themselves and / or cellulose fibers to crosslink are formaldehyde-free, thermally curable binder. Such binders are e.g. in the following references, which are hereby incorporated by reference into the disclosure of the present invention, namely US 4 076 917, EP-A 0 445 578, EP-A 0 583 086, EP-A 0 651 088,
WO 97/31036, Seite 4, Zeile 12 bis Seite 12, Zeile 14, WO 97/31059, Seite 2, Zeile 22 bis Seite 12, Zeile 5, WO-A-97/31060, Seite 3, Zeile 8 bis Seite 12, Zeile 36, DE-A-199 49 591 , Seite 3, Zeile 5 bis Seite 7, Zeile 38, WO 01/27163, Seite 5, Zeile 34 bis Seite 22, Zeile 2 sowie die aus DE-A 199 17 965 bekannten strahlungshärtbaren Bindemittel.WO 97/31036, page 4, line 12 to page 12, line 14, WO 97/31059, page 2, line 22 to page 12, line 5, WO-A-97/31060, page 3, line 8 to page 12 , Line 36, DE-A-199 49 591, page 3, line 5 to page 7, line 38, WO 01/27163, page 5, line 34 to page 22, line 2 and the radiation-curable binder known from DE-A 199 17 965.
Als thermisch härtbare Bindemittel kommen außer den Bindemitteln, die in den oben- genannten Druckschriften beschrieben sind, sämtliche härtbaren Bindemittel in Betracht, die beispielsweise zur Verfestigung von Faservliesen in der Literatur beschrieben sind und/oder die für diesen Zweck in der Praxis verwendet werden wie thermisch härtbare Harze auf Basis von Phenol und Formaldehyd, die obengenannten Melamin- Formaldehyd- und Harnstoff-Formaldehyd-Harze, Harnstoff-Glyoxal-Harze sowie ins- besondere formaldehydfreie Ein- und Zweikomponentensysteme auf Basis von Epoxidharzen oder Polyurethanen, Polyacrylate, Polymethacrylate, Polyvinylacetate, Sty- rol-Acrylat-Copolymerisat-Dispersionen, Styrol-Methacrylat-Copolymerisat- Dispersionen, Styrol-Butadien-(Meth)Acrylsäure-Copolymerisat-Dispersionen sowie Mischungen aus den genannten Dispersionen mit einer Mischung aus einer Polycar- bonsäure und einem mehrwertigen Alkohol als Vernetzungskomponente.In addition to the binders described in the abovementioned publications, suitable thermosetting binders are all curable binders which are described, for example, for solidifying fibrous webs in the literature and / or which are used for this purpose in practice, such as thermally curable resins based on phenol and formaldehyde, the abovementioned melamine-formaldehyde and urea-formaldehyde resins, urea-glyoxal resins, and in particular formaldehyde-free one and two-component systems based on epoxy resins or polyurethanes, polyacrylates, polymethacrylates, polyvinyl acetates, Sty - Role-acrylate copolymer dispersions, styrene-methacrylate copolymer dispersions, styrene-butadiene- (meth) acrylic acid copolymer dispersions and mixtures of said dispersions with a mixture of a polycarboxylic acid and a polyhydric alcohol as a crosslinking component.
Beispiele für bevorzugt in Betracht kommende thermisch härtbare Bindemittel sind Mischungen ausExamples of preferably suitable thermally curable binders are mixtures of
(a) einem Polymerisat, das durch radikalische Polymerisation erhältlich ist und das zu 5 bis 100 Gew.-% eines ethylenisch ungesättigten Carbonsäureanhydrids o- der einer ethylenisch ungesättigten Dicarbonsäure, deren Carbonsäuregruppen eine Anhydridgruppe bilden können, einpolymerisiert enthält und (b) mindestens einem Alkanolamin, das mindestens zwei Hydroxylgruppen im MoIe- kül und/oder mindestens einem mehrwertigen Alkohol enthält.(a) a polymer obtainable by free-radical polymerization and containing from 5 to 100% by weight of an ethylenically unsaturated carboxylic anhydride or of an ethylenically unsaturated dicarboxylic acid whose carboxylic acid groups may form an anhydride group, and (b) at least one alkanolamine containing at least two hydroxyl groups in the molecule and / or at least one polyhydric alcohol.
Spezifische Beispiele für solche Mischungen sind ca. 40 bis 60 Gew.-% Feststoffe enthaltende wässrige Lösungen und/oder Dispersionen eines Copolymerisates aus 80 Gew.-% Acrylsäure und 20 Gew.-% Maleinsäure einer Molmasse Mw von 15 000 bis 900 000 in Kombination mit Triethanolamin oder wässrige Lösungen eines Copolymerisates aus 55 Gew.-% Acrylsäure und 45 Gew.-% Maleinsäure in Kombination mit Triethanolamin. Diese Bindemittel können gegebenenfalls einen Veresterungskatalysator und/oder eine gebundenen Phosphor enthaltende Verbindung wie hypophosphorige Säure als Reaktionsbeschleuniger enthalten.Specific examples of such mixtures are aqueous solutions containing about 40 to 60% by weight of solids and / or dispersions of a copolymer of 80% by weight of acrylic acid and 20% by weight of maleic acid having a molecular weight M w of 15,000 to 900,000 μm Combination with triethanolamine or aqueous solutions of a copolymer of 55% by weight of acrylic acid and 45% by weight of maleic acid in combination with triethanolamine. These binders may optionally contain an esterification catalyst and / or a bound phosphorus-containing compound such as hypophosphorous acid as a reaction accelerator.
Das oben beschriebene Copolymerisat (a) kann beispielsweise auch aufgebaut sein ausThe copolymer (a) described above may, for example, also be composed of
50 bis 99,5 Gew.-% mindestens einer ethylenisch ungesättigten Mono- oder Di- carbonsäure,From 50 to 99.5% by weight of at least one ethylenically unsaturated mono- or dicarboxylic acid,
0,5 bis 50 Gew.-% wenigstens einer ethylenisch ungesättigten Verbindung aus der Gruppe der Ester von ethylenisch ungesättigten Monocarbonsäuren und den Monoestern und den Diestern ethylenisch ungesättigter Dicarbonsäuren mit einem mindestens eine Hydroxylgruppe aufweisenden Amin und bis zu 20 Gew.-% eines anderen Monomeren.0.5 to 50 wt .-% of at least one ethylenically unsaturated compound from the group of esters of ethylenically unsaturated monocarboxylic acids and the Monoesters and the diesters of ethylenically unsaturated dicarboxylic acids having an amine having at least one hydroxyl group and up to 20 wt .-% of another monomer.
Thermisch härtbare, wässrige Zusammensetzungen, die mindestens ein Copolymerisat (a) und mindestens ein Alkanolamin bzw. höherfunktionelles ß-Hydroxyalkylamin und/oder mindestens einen mehrwertigen Alkohol enthalten, können gegebenenfalls noch zusätzlich mindestens ein Tensid enthalten.Thermally curable, aqueous compositions containing at least one copolymer (a) and at least one alkanolamine or higher-functionality .beta.-hydroxyalkylamine and / or at least one polyhydric alcohol may optionally additionally contain at least one surfactant.
Weitere thermisch härtbare Bindemittel basieren auf wässrigen Mischungen vonOther thermally curable binders are based on aqueous mixtures of
Polycarbonsäuren wie Polyacrylsäure, Polymethacrylsäure, Copolymerisaten aus Acrylsäure und Maleinsäure, Copolymerisaten aus Methacrylsäure und Maleinsäure, Copolymerisaten aus Ethylen und Maleinsäure, Styrol und Maleinsäure, oder Copolymerisaten aus Acrylsäure oder Methacrylsäure und Estern von Acryl- oder Methacrylsäure mit vorzugsweise einwertigen 1 bis 24 C-Atome enthaltenden Alkoholen, wobei die Polycarbonsäuren einen K-Wert von 50 bis 100 (gemessen in nicht neutralisierter Form der Polycarbonsäuren nach H. Fikentscher in Dimethylformamid bei 25°C und einer Polymerkonzentration von 0,1 Gew.-%) aufweisen und mehrwertigen Alkoholen wie Trimethylolpropan, Glycerin, 2- Hydroxymethylbutandiol-1 ,4 oder Polyvinylalkohol und/oder mehrwertigen Aminen und/oder Alkanolaminen.Polycarboxylic acids such as polyacrylic acid, polymethacrylic acid, copolymers of acrylic acid and maleic acid, copolymers of methacrylic acid and maleic acid, copolymers of ethylene and maleic acid, styrene and maleic acid, or copolymers of acrylic acid or methacrylic acid and esters of acrylic or methacrylic acid with preferably monohydric 1 to 24 carbon atoms containing alcohols, wherein the polycarboxylic acids have a K value of 50 to 100 (measured in unneutralized form of the polycarboxylic acids according to H. Fikentscher in dimethylformamide at 25 ° C and a polymer concentration of 0.1 wt .-%) and polyhydric alcohols such as trimethylolpropane , Glycerol, 2-hydroxymethylbutanediol-1, 4 or polyvinyl alcohol and / or polyhydric amines and / or alkanolamines.
Polycarbonsäuren, mehrwertige Alkohole, Alkanolamine und mehrwertige Amine werden bevorzugt in solchen Mengen eingesetzt, dass die Anzahl der Säurefunktion der Gesamtzahl aus alkoholischen Hydroxyl- und Aminfunktionen äquivalent ist, vgl. EP-A 0 445 578. Außerdem eignen sich vernetzbare Materialien, die aus einer wässrigen Lösung einer Polycarbonsäure (Homo- oder Copolymerisat) vorzugsweise mit ei- ner Molmasse Mw von 10000 oder darunter und einem Polyol wie Triethanolamin bestehen und bei denen das Verhältnis der Äquivalente von Hydroxylgruppen zu Äquivalenten von Carboxylgruppen in dem Bereich von 0,4 : 1 bis 1 ,0 : 1 beträgt, vgl. EP-A 0 990 727.Polycarboxylic acids, polyhydric alcohols, alkanolamines and polyhydric amines are preferably used in amounts such that the number of acid function of the total number of alcoholic hydroxyl and amine functions is equivalent, see. EP-A 0 445 578. Also suitable are crosslinkable materials which consist of an aqueous solution of a polycarboxylic acid (homopolymer or copolymer) preferably having a molecular weight M w of 10,000 or lower and a polyol such as triethanolamine and in which the ratio of Equivalents of hydroxyl groups to equivalents of carboxyl groups in the range of 0.4: 1 to 1, 0: 1, cf. EP-A 0 990 727.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden mit besonderem Vorteil als reaktive Materialien Bindemittel eingesetzt, die unter dem Warenzeichen Aerodur® von BASF Aktiengesellschaft vertrieben werden. Ein Beispiel hierfür ist eine wässrige Styrol- Acrylat-Polymerdispersion, die mit einer Polycarbonsäure und einem mehrwertigen Alkohol als Vernetzungskomponente modifiziert ist. Es vernetzt bereits bei einer Tem- peratur von 130°C. Um jedoch hohe Produktionsgeschwindigkeiten zu erzielen, führt man die Vernetzung bevorzugt bei Temperaturen von 180 bis 200°C durch. Ein weiteres formaldehydfreies Bindemittel ist beispielsweise als farblose bis leicht gelbliche, klare, wässrige Lösung einer modifizierten Polycarbonsäure mit einem mehrwertigen Alkohol als Vernetzungskomponente im Handel erhältlich. Es vernetzt z.B. bei Trocknungstemperaturen von ca. 160 bis 180°C.In the method according to the invention binders are used with particular advantage as reactive materials, which are sold under the trademark Aerodur® by BASF Aktiengesellschaft. An example of this is an aqueous styrene-acrylate polymer dispersion modified with a polycarboxylic acid and a polyhydric alcohol crosslinking component. It already crosslinks at a tem- perature of 130 ° C. However, in order to achieve high production rates, the crosslinking is preferably carried out at temperatures of 180 to 200 ° C. Another formaldehyde-free binder is, for example, as a colorless to slightly yellowish, clear, aqueous solution of a modified polycarboxylic acid with a polyhydric alcohol as a crosslinking component commercially available. It cross-links eg at drying temperatures of approx. 160 to 180 ° C.
Besonders bevorzugt sind formaldehydfreie reaktive Materialien, die mindestens eine Polycarbonsäure und mindestens einen mehrwertigen Alkohol und/oder Alkanolamin oder mehrwertiges Amin enthalten. Zusammensetzungen, die diese reaktiven Mittel enthalten, können gegebenenfalls noch weitere formaldehydfreie Polymere enthalten, z.B. Polyacrylate, die unter dem Warenzeichen Acronal® von BASF Aktiengesellschaft vertrieben werden. Die zum Imprägnieren eingesetzten wässrigen Lösungen und/oder Dispersionen eines reaktiven Materials enthalten das reaktive Material beispielsweise in einer Menge von 1 bis 70 Gew.-%, vorzugsweise 10 bis 60 Gew.-% und meistens 30 bis 50 Gew.-%.Particularly preferred are formaldehyde-free reactive materials containing at least one polycarboxylic acid and at least one polyhydric alcohol and / or alkanolamine or polyhydric amine. Compositions containing these reactive agents may optionally contain other formaldehyde-free polymers, e.g. Polyacrylates sold under the trademark Acronal® by BASF Aktiengesellschaft. The aqueous solutions and / or dispersions of a reactive material used for impregnation contain the reactive material, for example, in an amount of 1 to 70 wt .-%, preferably 10 to 60 wt .-% and usually 30 to 50 wt .-%.
Unter Papierprodukten sollen im Rahmen der Erfindung beispielsweise Papier selbst sowie Pappe und Karton verstanden werden. Für das erfindungsgemäße Verfahren kann man von Cellulosefasern aller Art ausgehen, sowohl von natürlichen wie auch von zurückgewonnenen Fasern, insbesondere von Fasern aus Altpapier, die jedoch nur in Mischung mit frischen Fasern (virgin fibers) eingesetzt werden. Unter frischen Fasern bzw. Frischfasern sollen Cellulosefasern verstanden werden, die bisher noch nicht zu einem Papierprodukt verarbeitet worden sind oder die noch nicht getrocknet wurden. In Fasermischungen aus Frischfasern und Altpapierfasern beträgt die Menge an Frischfasern beispielsweise mindestens 50 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 70 Gew.-%. In der besonders bevorzugten Verfahrensvariante geht man von einer PuI- pe aus, die 100% Frischfasern enthält. Als Faserstoffe zur Herstellung der Pulpen kommen sämtliche dafür gebräuchlichen Qualitäten in Betracht, z.B. Holzstoff, gebleichter und ungebleichter Zellstoff sowie Papierstoffe aus allen Einjahrespflanzen. Zu Holzstoff gehören beispielsweise Holzschliff, thermomechanischer Stoff (TMP), chemo-thermomechanischer Stoff (CTMP), Druckschliff, Halbzellstoff, Hochausbeute- Zellstoff und Refiner Mechanical PuIp (RMP). Als Zellstoff kommen beispielsweise Sulfat-, Sulfit- und Natronzellstoffe in Betracht. Vorzugsweise verwendet man ungebleichten Zellstoff, der auch als ungebleichter Kraftzellstoff bezeichnet wird. Geeignete Einjahrespflanzen zur Herstellung von Papierstoffen sind beispielsweise Reis, Weizen, Zuckerrohr und Kenaf.For the purposes of the invention, paper products are to be understood as meaning, for example, paper itself as well as cardboard and paperboard. For the process according to the invention, it is possible to start from cellulose fibers of all kinds, both natural and recovered fibers, in particular fibers from waste paper, which, however, are used only in admixture with virgin fibers. Fresh fibers or fresh fibers are to be understood as meaning cellulose fibers which have hitherto not yet been processed into a paper product or which have not yet been dried. In fiber blends of virgin fibers and waste paper fibers, the amount of virgin fibers is for example at least 50 wt .-%, preferably at least 70 wt .-%. In the particularly preferred process variant, one starts from a pulp containing 100% virgin fibers. As pulps for the production of the pulps, all qualities which are customary for this purpose can be considered, e.g. Pulp, bleached and unbleached pulp and pulps from all annual plants. Wood pulp includes, for example, groundwood, thermomechanical pulp (TMP), chemo-thermo-mechanical pulp (CTMP), pressure groundwood, semi-pulp, high yield pulp, and refiner mechanical pulp (RMP). As pulp, for example, sulphate, sulphite and soda pulps come into consideration. Preferably, unbleached pulp, also referred to as unbleached kraft pulp, is used. Suitable annual plants for the production of pulps are, for example, rice, wheat, sugar cane and kenaf.
Frischfasern weisen im Gegensatz zu getrockneten Cellulosefasern eine hohe Porosität auf, vgl. W. Gindl, F. Zargar-Yaghubi und R. Wimmer, Bioresource Technology 87, 325-330 (2003). Betrachtet man eine Ansammlung von feuchten Cellulosefasern, so findet man das Wasser sowohl zwischen den einzelnen Cellulosefasern als auch im Inneren der Cellulosefasern. Eine wässrige Aufschlämmung von Cellulosefasern wird bei der Entwässerung auf dem Sieb einer Papiermaschine so weit gepresst, dass die daraus gebildeten Blätter zwischen 0,7 und 1 ,0 g Wasser pro g trockene Cellulosefa- sern enthalten, vgl. G.V. Laivins und A.M. Scallan, TAPPI Proceedings, Engineering Conference, Book 2, 741-747 (1993). Auch nach dem Pressen z.B. mit Hilfe einer Leimpresse, befindet sich Wasser in den Faserzwischenräumen und im Inneren der Cellulosefasern. Solange die Fasern eine ausreichende Porosität aufweisen, kann man durch Pressen eines Fasergebildes auch aus dem Faserinneren Wasser entfernen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird auf das auf einem Sieb entwässerte Papierprodukt ein solcher Druck ausgeübt, dass Wasser aus dem Inneren der Cellulosefasern ausgepresst wird. Dieser Druck beträgt mindestens 2,1 MPa und kann beispielsweise bis zu 50 MPa betragen. Vorzugsweise liegt er in dem Bereich von 2,5 bis 10 MPa. Infolge der Einwirkung eines Druckes von mindestens 2,1 MPa auf das feuchte Faserprodukt aus einem überwiegenden Anteil an Frischfasern wird der Wassergehalt des Papierproduktes auf Werte unterhalb von 0,7 g Wasser pro g trockene Fasern erniedrigt. Er beträgt beispielsweise 0,3 bis 0,5 g Wasser pro g trockene Cellulosefasern und liegt meistens in dem Bereich von 0,3 bis 0,4 g Wasser pro g trockene Cellulose- fasern.Fresh fibers, in contrast to dried cellulose fibers have a high porosity, cf. W. Gindl, F. Zargar-Yaghubi and R. Wimmer, Bioresource Technology 87, 325-330 (2003). Considering an accumulation of wet cellulosic fibers, the water is found both between the individual cellulose fibers and inside the cellulosic fibers. An aqueous slurry of cellulosic fibers is pressed on the wire of a paper machine during dewatering so that the sheets formed therefrom contain between 0.7 and 1.0 g of water per g of dry cellulose fiber. contain, see. GV Laivins and AM Scallan, TAPPI Proceedings, Engineering Conference, Book 2, 741-747 (1993). Even after pressing, for example with the help of a size press, water is in the fiber spaces and inside the cellulose fibers. As long as the fibers have sufficient porosity, one can also remove water from the fiber interior by pressing a fiber structure. In the method according to the invention, such a pressure is exerted on the paper product dewatered on a wire that water is pressed out of the interior of the cellulose fibers. This pressure is at least 2.1 MPa and may for example be up to 50 MPa. It is preferably in the range of 2.5 to 10 MPa. Due to the effect of a pressure of at least 2.1 MPa on the wet fiber product from a predominant proportion of virgin fibers, the water content of the paper product is reduced to values below 0.7 g of water per g of dry fibers. It is, for example, 0.3 to 0.5 g of water per g of dry cellulose fibers and is usually in the range of 0.3 to 0.4 g of water per g of dry cellulose fibers.
Die Einwirkung eines Pressdrucks auf das Fasergebilde und die Behandlung des Fasergebildes mit einer wässrigen Lösung eines reaktiven Materials kann kontinuierlich oder diskontinuierlich erfolgen. Eine kontinuierliche Arbeitsweise ist aus der zum Stand der Technik genannten WO 2004/025019, Seite 5, Zeile 3 bis Seite 8, Zeile 8, bekannt. Wie dort näher erläutert ist, wird ein Faserkuchen auf einem Sieb oder einem Band durch einen von zwei Kompressionswalzen gebildeten Spalt geführt und darin komprimiert. Dadurch wird ein Teil des Wassers, das sich in den Cellulosefasern befindet, aus dem Inneren der Cellulosefasern in den Faserzwischenraum des komprimierten Faser- kuchens und teilweise aus dem Faserkuchen gedrückt. Mit Hilfe eines komprimierbaren Bandes, das über eine Walze umläuft, die zusammen mit der anderen Walze den Spalt für die Kompression des Cellulosefaserkuchens bildet, wird das komprimierte Cellulosefasergebilde unter Druck mit einer wässrigen Lösung des reaktiven Materials in Kontakt gebracht. Dadurch wird das aus dem Inneren der Cellulosefasern stammen- de Wasser, das sich im Faserzwischenraum befindet, durch die wässrige Lösung des reaktiven Materials ersetzt. Nach dem Verlassen des Walzenspalts wird das komprimierte Cellulosefasergebilde durch einen Zwickel geführt, der mit einer wässrigen Lösung eines reaktiven Materials gefüllt ist. Dabei tritt eine Entspannung der komprimierten Cellulosefasern ein. Sie nehmen dabei - vergleichbar mit einem zusammenge- drückten Schwamm, der entlastet wird - wässrige Lösung des reaktiven Materials auf. Die Lösung dringt dabei nicht nur in die Zwischenräume des Papierprodukts, sondern auch in das Innere der Cellulosefasern. Man erzielt auf diese Weise nicht nur eine Be- schichtung der einzelnen Cellulosefasern des Papierprodukts mit einem reaktiven Material, sondern auch eine zumindest teilweise eine Beschichtung des Faserinneren. Nach der Behandlung mit einer wässrigen Lösung eines reaktiven Materials wird das Papierprodukt getrocknet und zur Vernetzung des reaktiven Materials auf eine Temperatur von beispielsweise 70 bis zu 200°C erhitzt. Bei einer diskontinuierlichen Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann man beispielsweise so vorgehen, dass man in einer mit einem Siebboden ausgestatteten Presse zunächst ein Papiermaschinensieb mit einer Maschenweite von beispielsweise 80 bis 150 μm und dann ein aus einem überwiegenden Anteil aus Frischfasern hergestelltes Blatt einlegt, das ein Flächengewicht von beispielweise 50 bis 500 g/m2, meistens 75 bis 250 g/m2, und einen Wassergehalt von beispielsweise 50 bis 80 Gew.-% aufweist. Auf das Papierblatt legt man dann nacheinander einen Papiermacherfilz, der mit einer wässrigen Lösung mindestens eines reaktiven Materials getränkt ist und anschließend eine Platte aus einem Kunststoff z.B. Polymethylmethacrylat, Po- lystyrol oder Polypropylen. Dann übt man mit Hilfe eines in die Presse geschobenen Kolbens einen Druck von mindestens 2,1 MPa auf die in der Presse befindlichen Schichten aus den genannten Materialien aus. Aus dem Siebboden wird Wasser, das aus dem Cellulosefasergebilde und dem Inneren der Cellulosefasern stammt, zusammen mit überschüssiger wässriger Lösung des reaktiven Materials gepresst. Die Dauer der Einwirkung des Pressdrucks beträgt bei diskontinuierlicher Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beispielsweise 0,1 bis 120 Sekunden, vorzugsweise 0,5 bis 20 Sekunden. Bei kontinuierlicher Arbeitsweise beträgt die Dauer des Pressdrucks beispielsweise 0,01 bis 20 Sekunden, vorzugsweise 0,02 bis 1 Sekunde. Nach Beendigung der Kompression nimmt das Blatt beim Entspannen weitere wässrige Lösung des reaktiven Materials auf. Es wird danach der Presse entnommen, getrocknet und zur Vernetzung des reaktiven Materials auf eine Temperatur von beispielsweise 70 bis 200°C, vorzugsweise 120 bis 170°C erhitzt.The action of a pressing pressure on the fiber structure and the treatment of the fiber structure with an aqueous solution of a reactive material can be continuous or discontinuous. A continuous procedure is known from the prior art WO 2004/025019, page 5, line 3 to page 8, line 8, known. As explained in more detail there, a fiber cake is guided on a wire or a belt through a gap formed by two compression rollers and compressed therein. As a result, part of the water contained in the cellulose fibers is forced from the inside of the cellulose fibers into the fiber space of the compressed fiber cake and partly from the fiber cake. By means of a compressible belt which circulates over a roller forming, together with the other roller, the nip for the compression of the cellulose fiber cake, the compressed cellulose fiber structure is brought under pressure into contact with an aqueous solution of the reactive material. As a result, the water originating from the interior of the cellulose fibers, which is located in the fiber interspace, is replaced by the aqueous solution of the reactive material. After leaving the nip, the compressed cellulose fiber structure is passed through a gusset filled with an aqueous solution of a reactive material. In this case, a relaxation of the compressed cellulose fibers occurs. In doing so, they absorb aqueous solution of the reactive material, comparable to a compressed sponge that is relieved of pressure. The solution penetrates not only in the interstices of the paper product, but also in the interior of the cellulose fibers. In this way, not only is a coating of the individual cellulose fibers of the paper product with a reactive material achieved, but also at least a partial coating of the fiber interior. After treatment with an aqueous solution of a reactive material, the paper product is dried and heated to a temperature of, for example, 70 to 200 ° C to crosslink the reactive material. In a discontinuous embodiment of the process according to the invention, for example, it is possible to insert in a press equipped with a sieve plate first a paper machine sieve having a mesh size of, for example, 80 to 150 .mu.m and then a sheet produced from a predominant fraction of fresh fibers, which has a weight per unit area of for example 50 to 500 g / m 2 , usually 75 to 250 g / m 2 , and has a water content of, for example, 50 to 80 wt .-%. Then, a papermaking felt, which has been impregnated with an aqueous solution of at least one reactive material, and subsequently a sheet of a plastic, for example polymethylmethacrylate, polystyrene or polypropylene, is placed on the paper sheet in succession. Then, with the aid of a piston pushed into the press, a pressure of at least 2.1 MPa is exerted on the layers of the materials mentioned in the press. From the sieve bottom, water originating from the cellulose fiber structure and the interior of the cellulose fibers is pressed together with excess aqueous solution of the reactive material. The duration of the action of the compacting pressure in the case of discontinuous performance of the process according to the invention is, for example, 0.1 to 120 seconds, preferably 0.5 to 20 seconds. In a continuous operation, the duration of the pressing pressure is, for example, 0.01 to 20 seconds, preferably 0.02 to 1 second. Upon completion of compression, the sheet absorbs further aqueous solution of the reactive material upon release. It is then removed from the press, dried and heated to crosslink the reactive material to a temperature of for example 70 to 200 ° C, preferably 120 to 170 ° C.
Während man bei einem Auftrag einer wässrigen Polymerlösung mit Hilfe einer Leim- presse üblicherweise einen Polymerauftrag von < 5 g/m2, meistens 1 bis 3 g/m2 erreicht, beträgt der Polymerauftrag bei dem erfindungsgemäßen Verfahren beispielsweise > 5 g/m2, z.B. 5,5 bis 8 g/m2. Man erhält daher im Vergleich zu bekannten Auftragsverfahren nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Papier und Papierprodukte, die eine verminderte Absorption von Wasser und Wasserdampf sowie eine höhere Dimensionsstabilität aufweisen.While in the case of an application of an aqueous polymer solution with the aid of a size press usually reaches a polymer coverage of <5 g / m 2 , usually 1 to 3 g / m 2 , the polymer application in the inventive method, for example> 5 g / m 2 , eg 5.5 to 8 g / m 2 . Therefore, in comparison to known application methods according to the process of the invention, paper and paper products are obtained which have a reduced absorption of water and steam and a higher dimensional stability.
Aus den nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Papierprodukten kann man beispielsweise durch Aufschlagen des Papiers oder der Papierprodukte in Wasser Suspensionen von Cellulosefasern herstellen, aus denen wiederum durch Entfernen von Wasser beschichtete Cellulosefasern gewonnen werden können, die das Be- schichtungsmittel zumindest teilweise im Inneren enthalten. Diese Cellulosefasern können beispielsweise in Form eines Pulvers vorliegen.From the paper products obtained by the process according to the invention, it is possible, for example, by suspending the paper or paper products in water to prepare suspensions of cellulose fibers, from which in turn cellulose fibers coated by removal of water can be obtained which at least partly contain the coating agent in the interior. These cellulose fibers may be in the form of a powder, for example.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann man sowohl Schreib- und Druckpapiere als auch Verpackungspapiere, Wellpappe, Tapeten, Karton, Schichtstoffe aus beispielsweise einem Verbund aus Pappe oder Papier und mindestens einer Folie oder Platte aus einem thermoplastischen Kunststoff, und Bauelemente herstellen. Von be- sonderem Interesse sind Mischungen aus (i) den nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen Papierprodukten und/oder den daraus durch Zerfasern herstellbaren beschichteten Cellulosefasern und (ii) thermoplastischen Kunststoffen oder thermisch härtbaren Kunststoffen. Aus solchen Mischungen können Formkörper beliebiger Gestalt hergestellt werden.The process according to the invention can be used to produce writing and printing papers as well as packaging papers, corrugated cardboard, wallpapers, cardboard, laminates of, for example, a composite of cardboard or paper and at least one sheet or sheet of a thermoplastic, and components. Of Of particular interest are mixtures of (i) the paper products obtainable by the process according to the invention and / or the coated cellulose fibers obtainable therefrom by pulping and (ii) thermoplastics or thermally curable plastics. Moldings of any desired shape can be produced from such mixtures.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist daher die Verwendung der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen beschichteten Papiere, Papierprodukte und/oder der daraus durch Zerfasern herstellbaren beschichteten Cellulosefasern als Zusatz zu thermoplastischen Kunststoffen und als Zusatz thermisch härtbaren Kunststoffen.Another object of the invention is therefore the use of the obtainable by the novel coated papers, paper products and / or produced therefrom by pulping coated cellulose fibers as an additive to thermoplastics and as an additive thermally curable plastics.
Solche Mischungen enthalten beispielsweise 0,1 bis 90 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 70 Gew.-% und meistens 2 bis 50 Gew.-% mindestens einer Komponente (i). Die Kompositmaterialien werden beispielsweise hergestellt, indem man mindestens eines der beschichteten Materialien mit mindestens einem thermoplastischen Kunststoff oder einem thermisch härtbaren Material mischt. Das Mischen kann beispielsweise in einem Extruder erfolgen, wobei man beispielsweise mindestens ein erfindungsgemäß beschichtetes Produkt und einen thermoplastischen Kunststoff auf eine Temperatur er- hitzt, die im jeweiligen Erweichungsbereich des thermoplastischen Kunststoffs oder darüber liegt und die Mischung extrudiert.Such mixtures contain, for example, 0.1 to 90 wt .-%, preferably 1 to 70 wt .-% and usually 2 to 50 wt .-% of at least one component (i). The composite materials are prepared, for example, by mixing at least one of the coated materials with at least one thermoplastic or a thermally curable material. The mixing can be carried out, for example, in an extruder, wherein, for example, at least one product coated according to the invention and a thermoplastic material are heated to a temperature which lies in the respective softening range of the thermoplastic or above and extrudes the mixture.
Als thermoplastische Kunststoffe eignen sich beispielsweise Polyolefine wie Polyethy- lene, die nach dem Hoch- oder Niederdruckpolymerisationsverfahren erhältlich sind, Polypropylen, Polybuten-2 oder Polybuten-1 , Polyisobutylen, Polystyrol, Polyamide wie Polycaprolactam oder Kondensationsprodukte aus Hexamethylendiamin und Adipin- säure, Polyester wie Polyethylenterephthalat, Polymethylmethacrylat, Polycarbonat und Polyvinylchlorid.Suitable thermoplastics include, for example, polyolefins such as polyethylenes which are obtainable by the high or low pressure polymerization process, polypropylene, polybutene-2 or polybutene-1, polyisobutylene, polystyrene, polyamides such as polycaprolactam or condensation products of hexamethylenediamine and adipic acid, polyesters such as Polyethylene terephthalate, polymethyl methacrylate, polycarbonate and polyvinyl chloride.
Beispiele für thermisch härtbare Kunststoffe sind alle reaktiven Materialien, die oben bereits für die Beschichtung von Papier und Papierprodukten beschrieben sind z.B. Harnstoff-Formaldehyd-Harze, Melamin-Formaldehyd-Harze, Ein- und Zweikomponentensysteme auf Basis von Epoxiharzen, Polyurethanen oder Isocyanaten, vernetzbare Polyacrylate und vernetzbare Polymethacrylate.Examples of thermosetting plastics are all reactive materials already described above for the coating of paper and paper products, e.g. Urea-formaldehyde resins, melamine-formaldehyde resins, one- and two-component systems based on epoxy resins, polyurethanes or isocyanates, crosslinkable polyacrylates and crosslinkable polymethacrylates.
Die Mischungen aus den Komponenten (i) und (ii) eignen sich zur Herstellung von Formkörpern, insbesondere für die Herstellung von Bauelementen wie Komposits zur Isolierung von Wänden, als Wasserdampfsperre, in Form von Platten zur Verkleidung von Fassaden oder im Innenbereich für die Herstellung von Türen und Verkleidungen, als Material für die Herstellung von Möbeln, die im Außen- und Innenbereich Verwendung finden, als Gehäuse für elektrische Geräte wie Staubsauger, Küchemaschinen, Fernseher, Radios, Stereoanlagen und Computer, als Material für Autoteile z.B. Türin- nenverkleidungen, Armaturenbretter und Schalen für Sitze, als Material für Blumenkästen, Blumentöpfe, Gießkannen, Pflanzkübel, Wände und tragende Teile für Gartenhäuser und für Spielzeug und als Verpackungsmaterial.The mixtures of the components (i) and (ii) are suitable for the production of moldings, in particular for the production of components such as composites for the insulation of walls, as a water vapor barrier, in the form of panels for cladding facades or indoors for the production of Doors and cladding, as a material for the manufacture of furniture used both outdoors and indoors, as housings for electrical appliances such as vacuum cleaners, kitchen machines, televisions, radios, stereos and computers, as a material for car parts, eg door fittings coverings, dashboards and seats for seats, as material for flower boxes, flower pots, watering cans, planters, walls and structural parts for garden sheds and for toys and packaging materials.
Sofern aus dem Zusammenhang nichts anderes hervorgeht, bedeuten die Prozentangaben in den Beispielen Gewichtsprozent.Unless otherwise indicated in the context, the percentages in the examples mean percent by weight.
BeispieleExamples
Bestimmung der WasserabsorptionDetermination of water absorption
Papierproben mit den Abmessungen 4 cm x 4 cm wurden gewogen, danach 30 Minuten in destilliertem Wasser bei einer Temperatur von 20°C gelagert, dann entnommen, mit einem absorbierenden Tuch getrocknet und gewogen. Die Gewichtszunahme wird in % berechnet.Paper samples measuring 4 cm x 4 cm were weighed, then stored for 30 minutes in distilled water at a temperature of 20 ° C, then removed, dried with an absorbent cloth and weighed. The weight gain is calculated in%.
Bestimmung der DimensionsstabilitätDetermination of dimensional stability
Papierproben mit den Abmessungen 4 cm x 4 cm wurden eine Woche in einem Dessi- cator über Silicagel bei einer Temperatur von 20°C gelagert. Danach wurden sie gewogen. Außerdem bestimmte man die Papierdicke (Di). Dann wurden die Proben eine Woche in einem Dessicator über Wasser gelagert, so dass das Papier mit Wasserdampf gesättigt war. Die Proben wurden dann gewogen und die Dicke (D2) der Proben bestimmt. Die Dimensionsstabilität wurde folgendermaßen bestimmt:Paper samples measuring 4 cm x 4 cm were stored for one week in a dessicator over silica gel at a temperature of 20 ° C. After that they were weighed. In addition, one determined the paper thickness (Di). Then the samples were stored over water for one week in a dessicator so that the paper was saturated with water vapor. The samples were then weighed and the thickness (D2) of the samples determined. The dimensional stability was determined as follows:
Dimensionsstabilität = » 100 [%]Dimensional stability = » 100 [%]
In der Formel bedeuten Di: Dicke des trockenen Papiers und D2: Dicke des feuchten PapiersIn the formula, Di is the thickness of the dry paper and D2 is the thickness of the wet paper
Bestimmung der FeuchtigkeitsabsorptionDetermination of moisture absorption
Papierproben mit den Abmessungen 4 cm x 4 cm wurden eine Woche in einem Dessicator über Silicagel bei einer Temperatur von 20°C gelagert. Danach wurden sie ge- wogen (Wi) und eine Woche in einem Dessicator über Wasser gelagert, so dass das Papier mit Wasserdampf gesättigt war. Die Proben wurden dann gewogen (W2). Die Feuchtigkeitsabsorption wurde folgendermaßen bestimmt:Paper samples measuring 4 cm x 4 cm were stored for one week in a dessicator over silica gel at a temperature of 20 ° C. They were then weighed (Wi) and stored in a dessicator over water for one week so that the paper was saturated with water vapor. The samples were then weighed (W2). Moisture absorption was determined as follows:
Feuchtigkeitsabsorption = • 100 [%] Bestimmung der Steifigkeit Moisture absorption = • 100 [%] Determination of rigidity
Die Steifigkeit wurde nach der Balkenmethode gemäß DIN 53 121 bestimmt. Hierfür wurden aus den zu prüfenden Papieren Proben einer Größe von 100 x 25,4 mm aus- geschnitten, eingespannt und unter folgenden Bedingungen gemessen: Meßlänge I = 100 mm, Probenbreite b = 25,4 mm, Biegewinkel α =20°. Es wurde darauf geachtet, dass bei maximaler Auslenkung eine Kraft Fmaχ von mindestens 15 mN erreicht wurde. Je Probe wurde 5mal vermessen.The rigidity was determined by the beam method according to DIN 53 121. For this purpose, samples of a size of 100 × 25.4 mm were cut out of the papers to be tested, clamped and measured under the following conditions: measuring length I = 100 mm, sample width b = 25.4 mm, bending angle α = 20 °. Care was taken that at maximum deflection a force F ma χ of at least 15 mN was achieved. Each sample was measured 5 times.
Beispiel 1example 1
In einem Rapid-Köthen-Blattbildner wurde ein Papierstoff entwässert, der aus einer Mischung von 70 % gebleichtem Kiefernsulfatzellstoff und 30 % Birkensulfatzellstoff bestand und einen Mahlgrad von 35°SR (Schopper-Riegler) hatte. Die Blätter hatten ein Flächengewicht von 80 g/m2. Sie wurden jeweils zwischen Filterpapier auf einen Wassergehalt von 50 % abgepresst und in der Weise imprägniert, dass man zunächst ein Blatt in eine Presse legte, deren Boden aus einem Papiermaschinensieb einer Maschenweite von 100 μm bestand, auf das Blatt dann nacheinander einen Papiermacherfilz legte, der mit einer 50%igen wässrigen Lösung von Kaurit® 210 (Harnstoff- Formaldehyd-Harz) getränkt war, und anschließend mit einer Platte aus Polymethyl- methacrylat abdeckte. Auf den Inhalt der Presse wurde dann für einen Zeitraum von 5 Sekunden ein Druck von 2,1 MPa ausgeübt. Aus dem Boden der Presse wurde Wasser, das aus dem Papier stammte und wässrige Lösung des Beschichtungsmittels aus dem Papiermacherfilz gepresst. Danach wurde der Druck aufgehoben und das auf diese Weise imprägnierte Blatt der Presse entnommen. Das Blatt wurde 4 Stunden bei einer Temperatur von 130°C getrocknet. Unter diesen Bedingungen vernetzte das Harz, das in den Fasern und darauf abgeschieden war. Danach wurden Steifigkeit, Dimensionsstabilität und Wasserabsorption des so erhaltenen Blatts geprüft. Die Ergebnisse sind in der Tabelle angegeben.In a Rapid-Köthen sheet former, a pulp was dewatered consisting of a blend of 70% bleached pine sulfate pulp and 30% birch sulphate pulp and had a freeness of 35 ° SR (Schopper-Riegler). The leaves had a basis weight of 80 g / m 2 . They were each pressed between filter paper to a water content of 50% and impregnated in such a way that you first put a sheet in a press, the bottom of a paper machine screen mesh of 100 microns, on the sheet then put a papermaker felt, the with a 50% aqueous solution of Kaurit® 210 (urea-formaldehyde resin), and then covered with a plate of polymethyl methacrylate. The contents of the press were then subjected to a pressure of 2.1 MPa for a period of 5 seconds. From the bottom of the press, water that came from the paper and aqueous solution of the coating agent was pressed out of the papermaking felt. Thereafter, the pressure was released and the thus impregnated sheet removed from the press. The sheet was dried at a temperature of 130 ° C for 4 hours. Under these conditions, the resin crosslinked in the fibers and deposited thereon crosslinked. Thereafter, rigidity, dimensional stability and water absorption of the sheet thus obtained were examined. The results are given in the table.
Beispiele 2 - 6Examples 2 - 6
Beispiel 1 wurde mit der einzigen Ausnahme wiederholt, dass man anstelle der wässrigen Lösung von Kaurit® 210 jeweils eine wässrige Lösung und/oder Dispersion der in Tabelle 1 angegebenen thermisch härtbaren Bindemittel einsetzte. Die dabei erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 2 angegeben. Vergleichsbeispiel 1Example 1 was repeated with the sole exception that instead of the aqueous solution of Kaurit® 210, in each case an aqueous solution and / or dispersion of the thermally curable binders specified in Table 1 was used. The results obtained are shown in Table 2. Comparative Example 1
Beispiel 1 wurde mit der einzigen Ausnahme wiederholt, dass der Papiermacherfilz anstelle der wässrigen Lösung von Kaurit® 210 jetzt mit destilliertem Wasser getränkt war. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 angegeben.Example 1 was repeated with the sole exception that the papermaking felt was now soaked with distilled water instead of the aqueous solution of Kaurit® 210. The results are shown in Table 2.
Tabelle 1Table 1
Tabelle 2 Table 2

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Verminderung der Absorption von Wasser und Wasserdampf und zur Erhöhung der Dimensionsstabilität von Papier und Papierprodukten durch Behandlung mit einer wässrigen Lösung und/oder Dispersion mindestens eines reaktiven Materials, das mit sich selbst und/oder Cellulosefasern unter Vernetzung reagiert, und Erhitzen der behandelten Materialien auf eine Temperatur, bei der eine Trocknung und Vernetzung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass man Cellulosefasern oder ein daraus durch Entwässern auf einem Sieb erhaltenes Papierprodukt zunächst komprimiert, das komprimierte Papierprodukt dann mit einer wässrigen Lösung und/oder Dispersion des reaktiven Materials in Kontakt bringt, unter weiterer Einwirkung der wässrigen Lösung und/oder Dispersion die Kompression aufhebt und das Papierprodukt trocknet und vernetzt.A process for reducing the absorption of water and water vapor and increasing the dimensional stability of paper and paper products by treatment with an aqueous solution and / or dispersion of at least one reactive material which reacts with itself and / or cellulose fibers with crosslinking, and heating the treated materials to a temperature at which drying and crosslinking, characterized in that one first compresses cellulose fibers or a paper product obtained therefrom by dewatering on a screen, the compressed paper product then in contact with an aqueous solution and / or dispersion of the reactive material brings under further action of the aqueous solution and / or dispersion, the compression cancels and the paper product is dried and crosslinked.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass man Cellulosefasern, die mindestens 50 Gew.-% Frischfasern enthalten oder ein daraus durch Entwässern auf einem Sieb erhaltenes Papierprodukt mit einem Wassergehalt von jeweils mindestens 0,7 g Wasser pro g trockene Cellulosefasern zunächst unter einem Druck von mindestens 2,1 MPa komprimiert, das komprimierte Pa- pierprodukt dann mit einer wässrigen Lösung und/oder Dispersion des reaktiven2. The method according to claim 1, characterized in that cellulose fibers containing at least 50 wt .-% virgin fibers or a dehydrated on a sieve obtained paper product with a water content of at least 0.7 g of water per g of dry cellulose fibers initially below compressed at a pressure of at least 2.1 MPa, then the compressed paper product with an aqueous solution and / or dispersion of the reactive
Materials in Kontakt bringt, unter weiterer Einwirkung der wässrigen Lösung und/oder Dispersion die Kompression aufhebt, das Papierprodukt trocknet und zur Vernetzung auf eine Temperatur in dem Bereich von 70 bis 200°C erhitzt.Material brings under further action of the aqueous solution and / or dispersion, the compression canceled, the paper product dried and heated to crosslinking to a temperature in the range of 70 to 200 ° C.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder2, dadurch gekennzeichnet, dass die wässrige Lösung und/oder Dispersion als reaktives Material mindestens ein thermisch härtbares Bindemittel aus der Gruppe der Harnstoff-Formaldehyd-Addukte, Harnstoff-Glyoxal-Addukte, Melamin-Formaldehyd-Addukte, Phenol- Formaldehyd-Addukte, Ein- und Zweikomponentensysteme auf Basis von Epo- xidharzen, Polyurethanen oder Isocyanaten, Polyacrylate, Polymethacrylate, Sty- rol-(Meth)Acrylat-Copolymerisat-Dispersionen und/oder Styrol-Butadien- (Meth)Acrylsäure-Copolymerisat-Dispersionen enthält.3. The method according to claim 1 or2, characterized in that the aqueous solution and / or dispersion as a reactive material at least one thermally curable binder from the group of urea-formaldehyde adducts, urea-glyoxal adducts, melamine-formaldehyde adducts, phenol Formaldehyde adducts, one- and two-component systems based on epoxide resins, polyurethanes or isocyanates, polyacrylates, polymethacrylates, styrene-acrylate copolymer dispersions and / or styrene-butadiene- (meth) acrylic acid copolymerizate Contains dispersions.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die wässrige Lösung und/oder Dispersion als reaktives Material4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the aqueous solution and / or dispersion as a reactive material
(i) mindestens eine reaktive Substanz, die ein Polymer bildet,(i) at least one reactive substance forming a polymer,
(ii) gegebenenfalls mindestens einen Ci-5-Alkohol, mindestens ein Polyol oder deren Gemische und (iii) mindestens einen Katalysator.(ii) optionally at least one Ci-5-alcohol, at least one polyol or mixtures thereof and (iii) at least one catalyst.
enthält. contains.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die wässrige Lösung und/oder Dispersion als reaktives Material5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the aqueous solution and / or dispersion as a reactive material
(i) mindestens ein Harnstoff-Formaldehyd-Addukt, ein Harnstoff-Glyoxal- Addukt und/oder mindestens ein Melamin-Formaldehyd-Addukt,(i) at least one urea-formaldehyde adduct, a urea-glyoxal adduct and / or at least one melamine-formaldehyde adduct,
(ii) gegebenenfalls mindestens einen Ci-5-Alkohol, mindestens ein Polyol oder deren Gemische und (iii) mindestens einen Katalysator(ii) optionally at least one Ci-5-alcohol, at least one polyol or mixtures thereof and (iii) at least one catalyst
enthält.contains.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die wässrige Lösung als reaktives Material6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the aqueous solution as a reactive material
(i) 1 ,3- Bis(hydroxymethyl)-4,5-dihydroxyimidazolidinon-2(i) 1,3-bis (hydroxymethyl) -4,5-dihydroxyimidazolidinone-2
enthält.contains.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die wässrige Lösung und/oder Dispersion als reaktives Material7. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the aqueous solution and / or dispersion as a reactive material
(i) Dimethylolharnstoff, Bis(methoxymethyl)harnstoff, Tetramethylolacetylendi- harnstoff, Methylolmethylharnstoff sowie 1 ,3-Dimethyl-4,5- dihydroxyimidazolidinon-2, 1 ,3-Bis(hydroxymethyl)imidazolidinon-2 oder deren Gemische,(i) dimethylolurea, bis (methoxymethyl) urea, tetramethylolacetylenediurea, methylolmethylurea and 1,3-dimethyl-4,5-dihydroxyimidazolidinone-2, 1,3-bis (hydroxymethyl) imidazolidinone-2 or mixtures thereof,
(ii) gegebenenfalls mindestens einen Ci-5-Alkohol, mindestens ein Polyol oder deren Gemische und(ii) optionally at least one Ci-5-alcohol, at least one polyol or mixtures thereof and
(iii) mindestens einen Katalysator(iii) at least one catalyst
enthält.contains.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die wässrige Lösung und/oder Dispersion eines reaktiven Materials mindestens einen Katalysator (iii) enthält, der ausgewählt ist aus der Gruppe Metallhalogenide, Metallsulfate, Metallnitrate, Metalltetrafluoroborate und Metallphosphate.8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the aqueous solution and / or dispersion of a reactive material contains at least one catalyst (iii) which is selected from the group of metal halides, metal sulfates, metal nitrates, Metalltetrafluoroborate and metal phosphates.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass man als Katalysator Magnesiumchlorid einsetzt. 9. The method according to any one of claims 4 to 7, characterized in that one uses as the catalyst magnesium chloride.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man als reaktives Material eine Mischung aus10. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the reactive material is a mixture of
(a) einem Polymerisat, das durch radikalische Polymerisation erhältlich ist und das zu 5 bis 100 Gew.-% eines ethylenisch ungesättigten Carbonsäureanhydrids oder einer ethylenisch ungesättigten Dicarbonsäure, deren Carbonsäuregruppen eine Anhydridgruppe bilden können, einpolymerisiert enthält und(A) a polymer which is obtainable by free-radical polymerization and which contains from 5 to 100 wt .-% of an ethylenically unsaturated carboxylic acid anhydride or an ethylenically unsaturated dicarboxylic acid whose carboxylic acid groups can form an anhydride group, in copolymerized form, and
(b) mindestens einem Alkanolamin, das mindestens zwei Hydroxylgruppen im Molekül enthält und/oder mindestens einem mehrwertigen Alkohol, einsetzt.(b) at least one alkanolamine containing at least two hydroxyl groups in the molecule and / or at least one polyhydric alcohol.
1 1. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass man als reaktives Material wässrige Mischungen von1 1. A method according to claim 10, characterized in that as a reactive material aqueous mixtures of
Polycarbonsäuren und mehrwertigen Alkoholen und/oder mehrwertigen Aminen und/oder Alkano- laminenPolycarboxylic acids and polyhydric alcohols and / or polyhydric amines and / or alkanolamines
in solchen Mengen einsetzt, dass die Anzahl der Säurefunktionen der Gesamtzahl aus alkoholischen Hydroxyl- und Aminfunktionen äquivalent ist.in amounts such that the number of acid functions is equivalent to the total of alcoholic hydroxyl and amine functions.
12. Verwendung der nach dem Verfahren der Ansprüche 1 bis 1 1 erhältlichen beschichteten Papiere, Papierprodukte und/oder der daraus durch Zerfasern her- stellbaren beschichteten Cellulosefasern als Zusatz zu thermoplastischen Kunststoffen und als Zusatz zu thermisch härtbaren Kunststoffen. 12. Use of the obtainable by the process of claims 1 to 1 1 coated papers, paper products and / or the producible thereof by pulping settable coated cellulose fibers as an additive to thermoplastics and as an additive to thermally curable plastics.
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