FI57279C - Aemne och foerfarande foer neutrallimning av kritfyllt papper papp och andra cellulosahaltiga material - Google Patents

Description

RSF^I [B] (11)KUULUTUSjgUCA.SU r797o ffiTp l J ^ 'utlAggningsskrift b/Zfy C (45) Fatentti -sySr.n: tty 10 07 1900 (51) Ky.lk.*/lnt.CI.· D 21 D 3/00 D 21 H 3/08 SUOMI —FINLAND (21) fw«ittlh«k.imi.-p««nt*n^knln| 2568/73 (22) Hukumhpilvt — Ameknlngidag l6.08.73 ^ ' (23) Alkupilvft—GUtighKadif l6.08.73 (41) Tullut JulkMal — Blfvlt offantllg 18.02.7^ p»t«nttl- I» rekirterlhellltus (+4) Nlhtivftiulptnon |* kuuLjulkateun pvm. — -

Patent- oeh ragiatarttyralaan ' ' AmMom utltgd oeh utUkrft«n puWicend 31.03.80 (32)(33)(31) Pyydetty etuoikeus-Β««Μ prlorltet 17.08.72

Saksan Liittotasavalta-Förbundsrepubliken Tyskland(DE) P 22^0396.9-^5 (71) Oiulini Chemie GmbH, Postfach 123, 67 Ludwigshafen/Rhein 15, Saksan Liitto-tasavalta-Förbundsrepubliken Tyskland(DE) (72) Ervin Hechler, Mannheim, Otto Helmboldt, Ludvigshafen/Rhein, Saksan Liittotasavalta- Förbundsrepubliken Tyskland(DE) (7*0 Oy Kolster Ab (5*0 Aine ja menetelmä liitutäytteisen paperin, pahvin ja muiden selluloosapitois-ten materiaalien neutraaliin liimaami Been - Ämne och förfarande för neutral-limning av kritfyllt papper, papp och andra cellulosahaltiga material

Liimattaessa paperia, kartonkia tai pahvia niiden kosteudenimemis- tai läpäisykyky alenee tunnetusti. Täten paperi saadaan kirjoitettavaksi ja vältytään värin liian nopealta sisääntunkeutumiseita. Liimauksella on tärkeä osuus edelleen paperin käytössä painoalustana, erikoisesti offsetpainossa.

Liimauksessa käytetään useissa tapauksissa heikosti tai voimakkaasti saippuoituja kolofonihartseja. Hartsien saostus ja kiinnitys selluloosakuiduille tapahtuu tavallisesti alumiinisulfaatin avulla pH-alueella 1+,0-5,0. Tästä johtuu, että muodostuneet paperit ja selluloosapitoiset suspensiot sisältävät vapaita happoja ja reagoivat happamesti. Tästä syystä liimauksessa ei voida käyttää taloudellisesti erikoisen mielenkiintoista ainetta, liitua, täyteaineena, koska se hajoaa. pH-arvon 6,5 alapuolella.

Happamalla linmaustavalla kolofonihartseja käyttäen on vielä muitakin epäkohtia. Happopitoiauuden vuoksi paperin vanhentumiskestävyys ja mekaaninen lujuus pienenevät. Myös painovärien vastaanottavuus hidastuu useissa tapauksissa. Lisäksi esiintyy happanen käyttötavan vuoksi voimistuneena syöpymisilmiöitä seuloissa ja koneenosissa.

2 57279 Tästä syystä on yritetty löytää aineita ja menetelmiä, joiden avulla selluloosa-pitoiset materiaalit voitaisiin liimata neutraalilla alueella. On esitetty esimerkiksi maleiinihappo-kopolymerisaatteihin tai styreeni-kopolymerisaatteihin perustuvia muoveja tähän tarkoitukseen. On myös esitetty liimausaineina käytettäviksi keteenidimeerejä, jotka vasta kuituratojen kuivauksessa aktivoidaan ja tehdään siten vaikutuskykyisiksi. Kaikilla näillä tunnetuilla menetelmillä on tosin määrättyjä etuja, mutta niitä voidaan käyttää vain rajoitetusti. Siten ei esimerkiksi voida käsitellä voimakkaasti puupitoisia papereita eikä jätepaperia keteeni-dimeereillä. Lisäksi metallisuolat, kuten alunat, vaikuttavat erittäin haitallisesti niiden tehoon.

Täten tarkoituksena on löytää aine, jolla voidaan liimata neutraalisti liitutäytteisiä papereita ja muita selluloosapitoisia materiaaleja, esim. kuitu-valmisteita, ja jonka avulla voidaan välttyä edellamainituilta epäkohdilta.

Asetetun tehtävän ratkaisu perustuu siihen, että liimausaine muodostuu vesidispersiosta, joka sisältää 50-95 paino-# 12-21* hiiliatomia sisältävää kokonaan tai vähintään 50-#:isesti saippuoitua öljyrasvahappoa ja 50-5 paino-# polymeeristä karboksyyliryhmiä sisältävää yhdistettä. Keksinnön mukaisesti käytetyt rasvahapot voivat olla joko suoraketjuisia tai myös haaroittuneita. Ne voivat myös olla aina 20 paino-#:iin asti, rasvahapoista laskettuna, luonteeltaan tyydytettyjä. Keksinnön kohteen·3 kannalta ei ole merkitystä sillä, käytetäänkö luonnossa esiintyviä tai synteettisesti valmistettuja rasvahappoja. Täten voi esimerkiksi olla erittäin edullista käyttää taloudellisista syistä luonnossa esiintyviä nestemäisiä öljyhappoja, kuten rypsiöljyrasvahappoa.

Osittain saippuoitujen tyydyttämättömien rasvahappojen käyttö liimausainei-siin tunnetaan tosin jo saksalaisesta hakemusjulkaisusta 2 0£L9 655» kuitenkin on osoittautunut, että edellä esitetty aine ole ole sopiva liimaukseen neutraali-alueella. Kuten on havaittu, voidaan tämäntapaisia liimausaineita neutraalialueel-la vasta sitten saostaa tyydyttävällä tavalla ja kiinnittää selluloosakuituihin, kun niillä on korkeampi saippuoituna saste ja lisättäessä niitä sekoitettuna polymeerisiin karboksyyliryhmiä sisältäviin yhdisteisiin. Käytettäessä karboksyyliryhmiä sisältäviin polymeereihin sekoitettuna paranee yllättävästi niiden liittyminen kuituihin huomattavasti, erikoisesti silloin, kun ne saostetaan kationises-ti vaikuttavilla aineilla, esimerkiksi alumiinisulfaatilla.

Polymeeriset karboksyyliryhmiä sisältävät yhdisteet voivat rasvahappojen tapaan olla peräisin luonnosta tai ne voivat olla myös synteettisiä. Erikoisen soveliaita ovat voimakkaasti eetteröityjen karboksimetyyliselluloosien vesiliukoiset suolat. Muitakin yhdisteitä voidaan käyttää, esimerkiksi algiinihapon nat-riumsuolaa. Erään keksinnön erikoisen edullisen toteutusmuodon mukaan dispersio sisältää polymeerisiä karboksyyliryhmiä sisältävää yhdistettä 10-35 paino-#.

3 57279

Kuten on jo mainittu, hyvän neutraaliliimaustehokkuuden saavuttamiseksi öljyrasvahappojen saippuoitunasaste täytyy olla melko suuri. Keksinnön mukaan se on vähintään 50 % ja edullisesti 70-90 %. Rasvahappojen saippuointi suoritetaan aLkalihydroksideilla tai ammoniumhydroksidilla. Se voi tapahtua sekä huoneenlämpötilassa esimerkiksi ammoniumhydroksidi11a että myös T0-80°C:n välillä olevissa lämpötiloissa esimerkiksi alkalimetallihydroksideilla. Kuten edellä on todettu, öljyhapot saippuoidaan edullisesti kalilipeällä, koska tällöin saadaan liimadis-persiolle erittäin hyvä virtausominaisuus. Tarvittaessa voidaan virtausominaisuutta parantaa myös sinänsä tunnetulla tavalla lisäämällä viskositeettia alentavia aineita, kuten virtsa-ainetta tai disyaanidiamidia.

On myös mainittava, että saippuoituja rasvahappoja voidaan itsestään selvästi käyttää myös seoksina, esimerkiksi 16-20 hiiliatomia sisältävien öljyrasvahappojen seoksina. Myös osa rasvahapoista voidaan korvata muilla hydrofobisesti vaikuttavilla aineilla, esimerkiksi parafiinilla tai vahoilla. Vesidispersio voi sisältää myös muita paperiteollisuudessa tavanomaisesti käytettyjä apuaineita, esimerkiksi tärkkelystä, metyyliselluloosaa, väriaineita, fungisideja jne.

Seuraavien esimerkkin avulla kuvataan keksintöä tarkemmin. Esimerkkien mää-räsuhteet tarkoittavat, ellei toisin ole mainittu, painosuhteita.

Esimerkki 1

Valmistetaan panos, joka sisältää 1U5 osaa tislattua rypsiöljyrasvahappoa 35 osaa kaupallista karboksimetyyliselluloosaa (lyiose CBS 30 ) 20 osaa kaliumhydroksidia 800 osaa kuumaa noin 80°:sta vettä

Sekoitetaan voimakkaasti 70-80°C:ssa tunnin ajan. Tällöin karboksimetyyli-selluloosa liukenee natriumsuolanaan, ja tapahtuu rasvahapon saippuoituminen.

Tämän jälkeen dispersio sijoitetaan astioihin ja sen annetaan jäähtyä.

Esimerkki 2

Sekoitetaan seuraavat aineosat: 150 osaa tislattua rypsiöljyrasvahappoa 20 osaa alginaattia (Erotacell ) 22 osaa kaliumhydroksidia 8 osaa virtsa-ainetta 800 osaa 80°C:sta kuumaa vettä

Sekoitus, liuotus ja saippuointi tapahtuvat jälleen 70-80°C:ssa noin tunnin aikana. Tämän jälkeen dispersio sijoitetaan varastoastiaan ja sen annetaan jäähtyä.

11 57279

Esimerkki 3

Valmistetaan seuraava panos: 100 osaa tislattua rypsiöljyrasvahappoa 35 osaa kaupallista karboksimetyyliselluloosaa U5 osaa parafiinia (pehmentymispiste 5U/56°C) 15 osaa kaliumhydroksidia 5 osaa virtsa-ainetta 100 osaa noin 80°C:sta kuumaa vettä Dispergointi tapahtuu kuten edellä.

Esimerkki U

Sekoitetaan keskenään lUO osaa tislattua rypsiöljyr asvahappoa n 30 osaa kaupallista karboksimetyyliselluloosaa (Tylose CBS 70 ) 15 osaa kaliumhydroksidia 10 osaa trietanoliamiinia 5 osaa disyaanidiamidia 800 osaa noin 80°C:sta kuumaa vettä Käsittely tapahtuu, kuten edellä on esitetty.

Esimerkkien mukaan valmistetut liimausaineet ovat virtauskykyisiä ja sopivat erinomaisesti liitutäytteisten paperien valmistukseen, erikoisesti silloin, kun paperimassa sisältää paljon puupitoisia aineosia ja tarvitaan suuri täyteaineen sitomiskyky.

Esimerkki 5 Lähtöaineet: 150 osaa rypsiöljyrasvahappoa 35 osaa kaupallista karboksimetyyliselluloosaa (Tylose CBS 30 ) 5 osaa virtsa-ainetta sekoitetaan 775 osaan kylmää vettä. Huolellisen sekoittamisen jälkeen lisätään annoksittain 35 osaa ammoniakkia (25~/i:ista) ja sekoitusta jatketaan, kunnes muodostuu helposti virtaava dispersio.

Esimerkki 6

Koelaboratoriossa valmistettiin puupitoista liitutyäytteistä paperia paperikoneella. Kuituaines sisälsi 50 osaa valkaistua kuusipuusulfIittiselluloosaa (35 S.R.) 50 osaa valkaistua puuhioketta (käsitelty tahrattomaksi).

Täyteaineiksi lisättiin 20 osaa kaupallista liitua.

Huolellisen sekoittamisen jälkeen lisättiin 1,5 osaa esimerkin 1 mukaista neutraaliliimaa U,0 osaa alumiinisulfaattia, molemmat lO-fcisena vesiliuoksena.

5 57279

Aineiden lisäämisen jälkeen pH asettui arvoon 6,9· Kiinteiden aineiden pitoisuus liimaussammiossa oli 2,5 % ja. aineiden lisäyksen jälkeen noin 1 %.

Neutraaliliimattu paperi kulki häiriöttä paperikoneen lävitse. Saatiin paperia, jonka pinta-alapaino oli 8U,6 g/m ja joka liimausasteen koestuksessa antoi seuraavat arvot: (koe suoritettiin normien mukaisesti koemusteella, jonka pH-arvon asetus oli 1,8-0,1).

Upotusaika __ S (min)

Yläpinta Alapinta 32,15 25,06 Tästä laskettiin liimausaste Zellcheming-Merkblatt V/15/60 mukaan, jolloin tarkoitetaan arvolla f = 1-10 heikkoa liimausta f = 10-20 keskivahvaa liimausta f = > 20 vahvaa liimausta Kokeesta saatiin seuraavat arvot:

Liimausaste f

Yläpinta Alapinta 35,0 30,95 Näin ollen saavutettiin erittäin vahva liimaus.

Esimerkki 7 Käyttäen liimausasteenkoestinta PLG, jota myy Fa.K. Kchröder KG, Weinheim, koestettiin liimauksen vastustuskyky happamuuden mukaan erilaisiksi säädettyjä koemusteita vastaan DIN 53 126 mukaisesti. Tällöin käytettiin esimerkin 6 mukaan valmistettua paperia. Optisesti määrätyistä mustevaikutuksen tunkeutumisarvoista ajan suhteen erilaisilla pH-arvoilla saatiin seuraavat tulokset:

Koemusteelle säädetty Tunkeutumisaika puoli- Liimausaste pH-arvo väliin asti f (min) (sek) 0,5 - Ui 0,1 1,0 2 30 1* ,8 1.5 6 11 11,9 2.0 >30 >50 2.5 >30 >50 3.0 >30 >50 U,0 >30 >50 5.0 >30 >50 6.0 >30 >50 7,0 >30 >50 6 57279

Taulukosta käy selville, että liimaus kosketettaessa laajan pH-alueen omaavilla nesteillä on stabiili.

Esimerkki 8

Eri pH-arvoja omaaviin musteisiin ripustettiin koeliuskoja 30 minuutiksi, ja mitattiin nousukorkeus. Esimerkin 5 mukaan valmistetulle paperille saatiin seu-raavat mittaustulokset;

Koemusteen säädetty Nousukorkeus liuskassa pH-arvo 30 minuutin kuluttua (min) 2.0 4,7 3.0 4,5 4.0 4,0 5.0 3,0 6.0 2,0

Liimaamattoman paperin nousukorkeus vertailukokeessa oli 50,0 mm.

Esimerkki 9

Pintakostuminen ja -tunkeutuminen mitattiin Cobb-testin mukaan (Handbuch der papier- und Pappenfabrikation (Papierlexikon), Sändig-Verlag KG Wiesbaden 1962, s. 234 ja seuraavat sivut). Tavallisesti testissä käytettiin tislattua vettä, mutta esimerkkien 7 ja 8 koemenettelyn mukaisesti modifioitiin tässä jälleen pH-ase-tusta.

Veden pH-säätö Cobb-arvo 60 sekunnin kuluttua 0,5 132 1.0 111 1.5 66 2.0 23,5 2.5 22 3.0 20 ^,0 19,5 5.0 19 6.0 18,5 7.0 18

Vielä huomattavampi kuin edellä saadut tulokset on suuri alkalin kestävyys. Cobb-testiä jatkettaessa mittauksia suoritettiin emäksiseksiisäädetyllä vedellä. Tulokset on esitetty seuraavassa;

Veden pH-säätö Cobb-arvo 60 sekunnin kuluttua 8.0 19 9,0 19,5 10.0 23,5 11.0 30 12,0 42 12,5 6l 7 57279

Emäksisyyden kasvaessa havaitaan arvojen nousevan, mutta vieläpä pH-arvol-la 11,0 arvo vastaa suuruusluokkaa, jolloin voidaan puhua vielä puoliintumisesta. Täten voidaan tällä liimaustavalla saavuttaa määrätty alkalistabiilisuus, jolla on merkitystä erikoisesti liituraakapaperia käytettäessä.

Claims (6)

8 57279

1. Aine liitutäytteisen paperin, pahvin ja muiden selluloosapitoisten materiaalien neutraaliliimaukseen, tunnettu siitä, että se muodostuu vesi-dispersiosta, joka sisältää 50-95 paino-Ji kokonaan tai vähintäin 50-$: isesti saippuoitua 12-2^ hiiliatomia sisältävää öljymasvahappoa ja 50-5 paino-jS voimakkaasti eetteröidyn karboksimetyyliselluloosan alkalimetallisuolaa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen aine, tunnettu siitä, että se sisältää rasvahapposeoksen, erikoisesti ΐβ-20 hiiliatomia sisältävien rasvahappojen seoksen.

3. Patenttivaatimusten 1 ja 2 mukainen aine, tunnettu siitä, että saippuoitua rasvahappoa käytetään kokonaan tai osittain alkalimetallisuolanaan, varsinkin kalium- tai ammoniumsuolanaan.

4. Menetelmä patenttivaatimusten 1-3 mukaisen liima-aineen valmistamiseksi, tunnettu siitä, että öljyrasvahapot dispergoidaan alkalimetallihydroksidin tai ammoniumhydroksidin liuokseen ja sekoitetaan polymeeriseen vesiliuokseen karboksyyliryhmiä sisältävään yhdisteeseen.

5. Patenttivaatimuksen ^ mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että rasvahappojen saippuointi suoritetaan alkalimetallihydroksidilla, erikoisesti kaliumhydroksidilla, 70-80°C:n lämpötilassa.

6. Patenttivaatimuksen 1+ mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että rasvahappojen saippuointi suoritetaan ammoniumhydroksidilla huoneen lämpötilassa.