FI62127B - Foerfarande foer framstaellning av en stabil vattendispersion anvaendbar vid framstaellning av limmande pappersprodukter - Google Patents

Description

Γνδτ^Ι [Β] (11)KUUÄLUTUSJULKA,SU *0-10^ fjgfljft 1 J 1 ' UTLÄGGN INGSSKRIFT θΖ\2Ί (45) ^c Patentti ^työnnetty 10 11 1932 y (S1) K».«eV«aeddea®8 L 93/04, D 21 H 3/34 SUOMI—FINLAND (21) f·*·"**'·»1»·»'»" — p*t«nt«*ekmnf 2329/T1* (22) Hakamltpilvf — Amöknlnpd·* 05.08.7^ ^ (23) AlkupUvt — Glhlgh«ti4*g 05-08.7^ (41) Tullut Julkliaksl — Bllvlt off«ntll| 07.02.75

Patentti- ja rekiifrih.ll itu, NihtivUCp*™ j. kuul|ulk..«,n pvm. - 30.07.82

Patent· och registcrstyralsan Ansökui utltfd och utl.ikrlfton publlcartd (32)(33)(31) Pyydetty atuolkau* — Bagird prloritat 06.08.73 USA (US) 38621+2 (71) Monsanto Company, 800 North Lindbergh Boulevard, St. Louis, Missouri 63166, USA(US) (72) John Thomas Daust, St. Louis, Missouri, Edgar Dale Clemons, St. Louis, Missouri, USA(US) (T4) Oy Kolster Ab (5I+) Menetelmä liimattujen paperituotteiden valmistuksessa käyttökelpoisen stabiilin vesidispersion valmistamiseksi - Förfarande för framställning av en stabil vattendispersion, användbar vid framställning av limmande pappersprodukter Tämä keksintö koskee menetelmää liimattujen paperituotteiden valmistuksessa käyttökelpoisen stabiilin vesidispersion valmistamiseksi.

Saippuoitua hartsia käytetään yleisesti paperin liimaukseen. Hartsihappojen tiedetään olevan tehokkaampia. Koska ne ovat veteen liukenemattomia, niitä ei yleensä voida suoraan käyttää paperin liimaukseen, vaan ne on ensin muutettava vesiliukoisiksi.

US-patentti 3 565 755 koskee hartsihappojen vesidispersiota, joka sisältää pienehkön määrän saippuoitua hartsia dispergointiai-neena. Se levitetään vettä käyttäen. Kuitenkin se valmistetaan käyttäen liuotinta. Tällainen menetelmä on epäedullinen lukuisista syistä; 2 62127 mainittakoon esimerkiksi palovaara ja liuottimen talteenotto.

Yllättäen havaittiin, että hienojakoisen hartsimateriaalin stabiileja vesidispersioita voidaan valmistaa liuotinta käyttämättä.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista, että (1) emulgoidaan sekoittumaton seos, joka koostuu a) sulasta hartsista, jonka määrä on noin 1-60 paino-%, laskettuna emulsion määrästä, b) alkalimetallialkyylibentseenisulfonaatista, jota on läsnä stabiloiva määrä, ja c) vedestä, jonka määrä on noin 99 - 40 paino-%, laskettuna emulsion määrästä, lämpötilassa noin 165 - 190°C ja (2) saatu emulsio jäähdytetään.

Kuten mainittiin, eräs näiden uusien vesidispersioiden komponenteista on hartsimateriaali. Sanonta "hartsimateriaali" käsittää tässä käytettynä abietiinihapon oleellisesti puhtaassa muodossa ja kaikki hartsin tavalliset tyypit, kuten puuhartsin, kolofinihartsin ja mäntyöljyhartsin, epäpuhtaassa tai puhdistetussa tilassa. Se käsittää myös dehydratun hartsin, osittain tai oleellisesti täysin hyd-ratun hartsin, polymeroidun hartsin, modifioidun ja/tai vahvistetun hartsin.

Mäntyöljyhartsia suositellaan ja vielä mieluummin modifioitua ja/tai vahvistettua mäntyöljyhartsia, joka on valmistettu antamalla hartsin reagoida tai sekoittamalla sitä eri määrien kanssa maleiini-happoanhydridiä, maleiinihappoa, fumaarihappoa ja/tai formaldehydiä sulfonihappokatalyytin läsnäollessa. Maleiinihappoa, maleiinihappo-anhydridiä tai fumaarihappoa lisätään yleensä 1 - 20 %:n ja mieluimmin 4 - 12 %:n määrä, laskettuna hartsin painosta. Formaldehydiä käytetään 1-3 %:n määrä, laskettuna hartsin painosta. Esimerkiksi formaldehydillä modifioitu ja fumaarihapolla vahvistettu mäntyöljy-hartsi sisältää n. 70 % mäntyöljyhartsia ja 30 % fumaarihapon ja mäntyöljyhartsin adduktia. Yksityiskohtaisempi kuvaus modifioidun ja vahvistetun hartsin valmistuksesta on löydettävissä US-patentista 2 994 635. Hartsimateriaalia on läsnä 1 - 60 %:n ja mieluummin 30 -45 %:n määrä, laskettuna dispersion kokonaispainosta.

Alkyylibentseenisulfonaatteja, joiden alkyyliketjun pituus on 8-20 hiiliatomia, voidaan käyttää. Alkyyliketju voi olla suora tai haarautunut. Tavallisesti käytetään seoksia, koska niitä on yleisesti saatavissa kaupallisesti. Tavallisesti niiden alkyyliketjun pituus on keskimäärin Cg - C^. On suositeltavaa käyttää seoksia, joi- 3 62127 den lineaarisen alkyyliketjun pituus on keskimäärin “ C.^ yli 70 %:n seoksesta ollessa ^ “ C^-alkyylibentseenisulfonaattia.

Tätä seosta käytettäessä saavutetaan erinomainen liimausteho.

Alkalimetallisulfonaattia on läsnä riittävä määrä hartsimate-riaalin stabiloimiseksi. Vaikka sitä voidaan käyttää enemmän kuin stabiloivat määrät tämä yleensä vähentää liimaustehoa. Yleensä sitä on läsnä 1 - 6 %:n ja mieluummin 1 - 3 %:n määrä, hartsimateriaalin painosta laskettuna.

Jatkuva faasi on vesi. On suositeltavaa, että vesi on ionivaih-dettua, ts. ioneja poistetaan riittävästi alle 10 pmho/cm:n johto-kyvyn saavuttamiseksi.

Vettä on läsnä 99 - 40 %:n ja mieluummin 70 - 55 %:n määrä, laskettuna dispersioiden painosta.

Tämän keksinnön mukaisesti saadut dispersiot ovat stabiileja pitkiä ajanjaksoja, so. vähintään 6 kuukautta. Dispersioissa olevan hartsimateriaalin hiukkaskoko on n. 0,03 - 4 pm. On suositeltavaa, että keskimääräinen hiukkaskoko on n. 0,15 - 0,2 pm. Dispersioiden pH on n. 2 - 4.

Kuten mainittiin, uusi menetelmä käsittää sulatettua hartsi-materiaalia sisältävän sekoittumattoman seoksen emulgoinnin. Tavallisesti lämpötila pidetään niin korkeana, että pumppaus on mahdollista, lämpötila ei kuitenkaan saa olla niin korkea, että se aiheuttaa termistä hajoamista. Sopiva lämpötila on n. 160 - 180°C, ja edullisesti lämpötila on välillä n. 165 - 175°C. Samoin seoksen lämpötilan on oltava emulgoinnin aikana sellainen, että hartsimateriaali on vapaasti juokseva. Tällainen lämpötila on n. 165 - 190°C ja mieluummin n. 175 - 185°C.

Tavanomaisia emulgointilaitteita voidaan käyttää, esimerkiksi homogenisaattoreita. Seoksen johtaminen homogenisaattorin läpi n.

70 - 315 kp/cm :n paineessa saa aikaan erittäin tyydyttävät tulokset.

Tämän jälkeen vesiemulsio jäähdytetään. Jäähdytys voidaan suorittaa käyttäen mitä tahansa normaalilaitteita, mutta on suositeltavaa, että emulsio syötetään jäähdytyssilmukkaan ja jäähdytetään nopeasti. Tämä silmukka koostuu jäähdytetystä emulgoidusta tuotteesta, jota pumpataan lämmönvaihtimen läpi. Silmukan paine pidetään riittävän korkeana tuotteen leimahtamisen estämiseksi.

Vaikka tämän keksinnön mukaisesti saatuja vesidispersioita voidaan käyttää selluloosasubstraattien pintaliimaukseen, ne ovat 4 62127 erityisen edullisia sisäisinä liimausaineina käytettäessä. Koska kaupallisen paperin valtaosa liimataan sisäisesti, on tämän seikan merkitys ilmeinen.

Esimerkkejä liimatuista selluloosasubstraateista ovat paperi ja kartonki. Paperilla tarkoitetaan tällöin kaikkia materiaaleja, jotka sisältyvät sanan tavanomaiseen ja tavalliseen merkitykseen. Yleisesti sanoen paperia ovat selluloosa- ja muista kasvikuiduista muodostetut ohuet huovat tai non-woven-arkit.

Käytettäessä näitä vesidispersioita sisäiseen liimaukseen, niitä lisätään paperinvalmistuskuitujen vesisuspensioon missä tahansa kohdassa ennen paperiradan muodostamista. On suositeltavaa lisätä ne mahdollisimman lähellä paperiradan muodostuskohtaa. Paperikoneella tämä olisi kohdassa, joka on keskipakopumpun syöttöpuolen ja paine-laatikon välillä, mainitut kohdat mukaanluettuna. Nämä dispersiot voidaan lisätä suspensioon minä tahansa sopivana väkevyytenä. Väkevyyden sanelee paperin tuotantonopeus ja dispersiovalmisteen annos-telumenetelmä ja -väkevyys.

Käytettäessä niitä paperin pintaliimaukseen ne levitetään vesi-liuoksessa tavanomaisella tavalla, kuten ruiskuttamalla tai kastamalla, esimuodostettuun paperirataan. Tämän jälkeen paperirata kuivataan. Selluloosasubstraattien liimaukseen käytettyjen vesidispersioi-den määrän tulee olla sellainen, että selluloosakuidut absorboivat itsensä pinnalle n. 0,05 - 2 % hartsimateriaalia kuidun kuivapainosta laskettuna.

Vesidispersioita käytetään yleensä kationisten pidätysapuai-neiden ja/tai alunan kanssa, ja niiden pH-arvo on n. 4,0 - 9.

Seuraavat esimerkit kuvaavat tarkemmin tätä keksintöä. Kaikki osat ja prosenttimäärät on laskettu painon mukaan ellei toisin esitetä.

Esimerkki 1

Vesidispersion valmistuksessa käytetty hartsimateriaali valmistetaan antamalla mäntyöljyhartsin reagoida formaldehydin ja fu-macirihapon kanssa korotetuissa lämpötiloissa. Reaktiotuote (jäljen-pänä "hartsituote") sisältää n. 70 % vapaata mäntyöljyhartsia ja n. 30 % adduktin muodostanutta hartsia. Happoluku on n. 235. Hartsi-adduktia pidetään sitten n. 170°C:n lämpötilassa viskositeetin pitämiseksi tasolla, joka sallii pumppauksen; lämpötila ei saa olla 5 62127 niin korkea, että se voi aiheuttaa termistä hajoamista.

Valmistetaan natriumalkyylibentseenisulfonaatin ionivaihdettu vesiliuos, joka sisältää 0,9 % natriumalkyylibentseenisulfonaattia. Alkyyliryhmän ketjun pituus on keskimäärin n. 13 hiiliatomia ja se sisältää hyvin vähän 2-fenyyli-isomeeria. Addukti pumpataan saippua-liuokseen sekoittumattoman seoksen muodostamiseksi. Seoksen lämpötila pidetään n. 180°C:ssa. Seos syötetään sitten yksivaiheiseen 2 mäntähomogenisaattoriin ja se homogenisoidaan n. 189 - 259 kp/cm :n paineessa. Kuuma emulgoitu tuote syötetään sitten nopeasti jäähdytettyyn jäähdystyssilmukkaan. Tämä silmukka koostuu jäähdytetystä emul-goidusta tuotteesta, jota pumpataan lämmönvaihtimen läpi. Silmukan paine on riittävä estääkseen tuotteen leimahtamisen sen tullessa ulos homogenisaattorista. Jäähdytetty tuote poistetaan silmukasta silmukka-paineen säätämän päästöventtiilin avulla.

Noudattaen yllä olevaa menettelyä saatiin hartsin dispersio, ja sisälsi n. 35 % kuiva-ainetta, josta n. 98 % oli hartsia ja hart-siadduktia ja 1,7 % oli natriumalkyylibentseenisulfonaattia. Loput dispersiosta oli vettä. Vesidispersion keskimääräinen hiukkaskoko oli n. 0,2 pm ja pH n. 3.

Esimerkki 2

Liimausta arvosteltiin valmistamalla 2,5 g:n arkkeja Noble & Wood-käsiarkkipaperikoneella. Paperin raaka-aineena oli valkaistun kovapuumassan ja valkaistun Gatinean-sulfiitti-massan seos, suhteessa 50:50. Puumassat oli jauhettu Mead-laboratorioraffinöörissä kanadalaisen standardin mukaiseen jauhatusasteeseen, joka oli n. 450 yksikköä. Raaka-aine laimennettiin sitten 2 %:n massakonsistenssiin. Jokaista seuraavista aineista lisättiin massaan hyvin sekoittaen siten, että massaan saatiin 2 % alumiinisulfaattia (alunaa), 0,05 % kationista pidätysapuainetta ja 0,4 % esimerkin 1 vesidispersiota. pH säädettiin arvoon 4,5 ja sekoitettiin n. 10 minuuttia. Tämän jälkeen valmistettiin käsiarkit.

Noudatettiin yllä olevaa menettelyä ja arkit koestettiin liimauksen suhteen käyttäen tavanomaisia liimauskokeita. Arkit, jotka oli liimattu kaupallisesti saatavalla pastahartsiliimalla, koestettiin myös. Tulokset esitetään seuraavassa taulukossa.

6 62127

Taulukko 1

Liima Levitys- Mustepisaran Pintaenergia Vedenimu- taso (%) Läpitunkeutuminen (dyn/cm) kyky (mg/g) _(sekuntia)_

Kaupallisesti saatava pasta- 0,4 44 41 408 hartsiliima

Esim. 1 vesi- dispersio 0,4 117 37 330

Kuten taulukosta 1 ilmenee, keksinnön mukaisesti aikaansaadaan uusia hartsimateriaalin vesisuspensioita, jota soveltuvat erityisesti käytettäväksi paperin valmistukseen sisäisellä liimaustekniikalla.

Tämän keksinnön vesidispersiot ovat stabiileja pitkiä ajanjaksoja.

Claims (5)

7 62127

1. Menetelmä liimattujen paperituotteiden valmistuksessa käyttökelpoisen stabiilin vesidispersion valmistamiseksi, tunnettu siitä, että (1) emulgoidaan sekoittumaton seos, joka koostuu a) sulasta hartsista, jonka määrä on noin 1 - 60 paino-%, laskettuna emulsion määrästä, b) alkalimetallialkyylibentseenisulfonaatista, jota on läsnä stabiloiva määrä, ja c) vedestä, jonka määrä on noin 99 - 40 paino-%, laskettuna emulsion määrästä, lämpötilassa noin 165 - 190°C, ja (2) saatu emulsio jäähdytetään.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vettä on läsnä 70 - 55 %:n määrä ja hartsimateriaalia on läsnä 30 - 45 %:n määrä laskettuna emulsion kokonaispainosta.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että alkalimetallialkyylibentseenisulfonaatin alkyyliryhmän ketjun pituus on noin 8-20 hiiliatomia.

4. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että alkalimetallialkyylibentseenisulfonaatti on natriumsuola ja sitä on läsnä noin 1-6 paino-%, edullisesti 1-3 paino-%,hartsin määrästä laskettuna.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hartsi on vahvistettua ja modifioitua hartsia, alkalimetal-lialkyylibentseenisulfonaatti on natriumsuola ja sen määrä on noin 1 - 3 paino-r%, hartsin määrästä laskettuna, ja että yli 70 % koko alkyyliketjun pituudesta on 12 - 14 hiiliatomia.