FI71802B - Papper innehaollande kemiskt substituerad cellulosa - Google Patents

Description

71802

Kemiallisesti substituoltua selluloosaa sisä] tävä paperi

Keksintö koskee kemiallisesti substituoitua selluloosaa sisältävää paperia. Keksinnön mukai sei la paperi 1-5 la on erityisen hyvät lahonkesto- ja märkä 1 u j uus omi. naisuudet . öitä voidaan käyttää esimerkiksi taimenkasvatusken-nostojen raaka-aineena.

Lahonkestäviä papereita käytetään varsin moniin tarkoituksiin. Maa- ja metsätaloudessa niitä käytetään 10 muun muassa taimenkasvatuskennostojen valmistusmateriaalina .

Nykyiset tuotantomenetelmät perustuvat siihen, että paperiin sekoitetaan vaihtelevia määriä PVA-kuituja, joilla saadaan paperille haluttu lahoamiskestävyys. Tässä 15 menetelmässä on haittana ko. kuitujen suhteellisen korkea hinta. Suotavaa olisi käyttää sellaista lahonkestävää paperia, joka perustuu yksinomaan luonnonkuituihin.

Lisäämällä lahonestoaineita paperiin voidaan aikaansaada tietty, mutta ei riittävä lahonkestävyys 20 Lahonestoaineiden mahdolliset myrkkyvaikutukset rajoittavat myös niiden laajempaa käyttöä.

Kirjallisuudesta löytyy useita viitteitä siitä, että muuttamalla selluloosan kemiallista rakennetta on mahdollista saada pitkäaikainen lahonkestävyys. Esimerkiksi 25 "Microbial decomposition of cellulose, Siu, R.G.H.,

Reinhold Publishing Corporation, New York (1951)» antaa teoreettisen pohjan tähän menetelmään. Korvaamalla selluloosan hydroksyyliryhmien vetyryhmät muilla ryhmillä saadaan yhdisteitä

30 (C6H702(0H)3_y(0R)y)x I

jossa R = haluttu modifikaatio, x = DP; molekyyliketjun pituus (glukoosiyksikköjen lukumäärä ) 35 y = DS; substituutioaste 71802

Riittävän lahonk«*nUivyyden aikaansaamiseksi on välttämätöntä että O-R sidos on mahdollisimman stabiili, jolloin mahdollinen hydrolyysi tapahtuu erittäin hitaasti.

5 Paperin lujuusominaisuuksia ajatellen on suotavaa, että reaktio-olosuhteet ovat mahdollisimman lievät näitä johdannaisia valmistettaessa.

Nyt on keksitty, että paperilla, joka sisältää dimetylolidihydroksietyleeniurealla (DMDHEU) kemiallisesti 10 substituoitua havupuuselluloosakuitua, on erinomainen lahon-kestävyys ja märkälujuus. Ilmauksella paperi tarkoitetaan tässä yhteydessä myös kartonkia, pahvia ja muita sen tapaisia tuotteita. Dimetylolidihydroksietyleeniurean on havaittu muodostavan stabiileja sidoksia selluloosan kanssa. Keksintö 15 on yksityiskohtaisemmin määritelty patenttivaatimuksissa.

Aikaisemmin on julkaisusta US 3 858 273 tunnettua käsitellä puolikemiallisesta lehtipuuselluloosasta valmistettua aallotuskartonkia dimetylolidihydroksietyleeniuralla märkälujuuden saavuttamiseksi. Suositeltu pitoisuus on 20 5-6 %. Julkaisusta Melliand Textilchemie 1/1965, 12-18 taas on tunnettua lisätä 0,3-0,4 % dimetylolidihydroksietyleeni-ureaa puuvillaan sienten ja bakteerien vaikutuksen vastustamiseksi .

Keks-innön mukaista paperia valmistetaan parhaiten ^ Pintakäsittelemällä tavanomaista paperia.

Kun käytetään korkeita lämpötiloja tai erityisesti pitkää reaktioaikaa, on suositeltavaa käyttää pintakäsittelyä, joka tapahtuu-paperikoneesta erillisessä yksikössä. Periaatteessa on myös mahdollista lisätä aineet jo paperi-30 koneen liimapuristimessa ja suorittaa pelkkä kondensointi erillisessä- -yksikössä.

Reaktion aikaansaamiseksi vaaditaan korotettua lämpötilaa sekä reaktiossa syntyneen veden haihduttamista.

7180 2

Lisäksi tarvitaan katalyyttiä. Katalyyttinä voivat toimia latentit tai potentiaaliset hapot. Tyypillinen katalyytti on M^ci · sopiva katalvyttipitoisuus on esim. 20 γ>-% reaktiivisesta yhdisteestä laskettuna.

5 Lämpötila voi olla esim. 130°C ja 200°C välillä, edullisesti 1^0 C ja 180°C välillä. Tarvittava konderisoi tumis-aika on lämpötilasta riippuvainen. Mikäli käytetään voimakkaasti hapanta katalyyttiä ja korkeaa lämpötilaa, voidaan saavuttaa hyvin lyhyt kondensoitumisaikä.

10 Vaihtelemalla liuoksen tai dispersion reaktiivi- ainepitoisuuksia voidaan yksinkertaisesti säätää paneriin imeytyvän reaktiiviaineen määrää ja siten vaikuttaa paperin lahonkestävyyden tasoon.

Keksinnön mukaiset paperit ovat raaka-aineiltaan 15 suhteellisen halpoja, niitä voijaan valmistaa varsin lievissä olosuhteissa ja, koska valmistuksessa käytetään vain veteen liukenevia tai dispergoituvia reagensseja, on valmistus myös työhygienisesti helppoa.

Keksinnön mukaisilla papereilla on hyvä lahon-20 kestävyys ja märkälujuus, joiden tasoa voidaan myös helposti säädellä selluloosan substituutio- tai silloitus-astetta muuttamalla. Dimetylolidihydroksietyleeniurea lisää myös paperituotteiden mittapvsyvyyttä ja jäykkyyttä, mikä on eduksi esim. aaltopahvin valmistuksessa ja käytössä.

25 Papereita voidaan käyttää periaatteessa kaikkiin sovellutuksiin, joissa tarvitaan hyvää lahonkestävyyttä tai märkälujuutta. Esimerkkeinä mainittakoon pakkaus- ' materiaalit, kuten säkit, aaltopahvit, laatikot ja tynnyrit, paperinarut ja erityisesti taimenkasvatuskennot 30 ja -alustat.

71802

Panerisäkkien, -narujen, -tynnyreiden ja muiden tuotteiden valmistuksessa voidaan joko käsitellä paperia josta ko. tuote valmistetaan tai muovata ko. tuote valmiiksi ja käsitellä valmista tuotetta. Käsittely on kuitenkin aina 5 sama. Paperi kyllästetään dimetylolidihydroksietyleeniureaa sisältävällä liuoksella tai dispersiolla, minkä jälkeen tapahtuu kuivaus ja lämpöä vaativa kondensaatio. Välimuotona voidaan pitää valmistusta, jossa paperi kyllästetään, kuivataan, muovataan ko. tuote ja käsitellään valmista tuotetta läm-10 möllä.

Tähdellistä kaikkien näiden tuotteiden valmistuksessa on, että paperin liimausaste on alhainen ja että vältetään hartsiliimoja. Näin ei vaadita suuria pitoisuuksia dimetylolidihydroksi-15 etyleeniureaa riittävän lahonkestävyydon aikaansaamiseksi. Toisaalta vältytään paperi n haurastumiselta ja muiden paperit ekni st.en ominaisuuksien heikkenemiseltä .

Koska lehtipuuse]1uloosa sisältää runsaasti karboksyy- p η ....

liryhmiä, muodostuu st ä modifioitaessa myös ester: s i doks : a, jotka eivät ole yhtä stabiileja kuin eetterisidokset. Kun havupuusellupohjaiseen paperiin tehdään lebtipuusellua sisältäviä kohtia, saadaan paperia, joka lahoaa reikiä muodostaen rungon kuitenkin säilyessä vielä tukevana. Tätä ^5 voidaan käyttää hyväksi taimenkasvatuskennostoissa.

Tällaista paperia voidaan tehdä esim. sekoittamalla valkaistuun mäntysulfaattimassaan happamissa olosuhteissa hartsiliimattua, 50 - 100 p-% koivukuitua sisältävää hylkyä kevyesti sulputettuna. Näin valmistetusta massasta saadaan paperia, jossa on lehtipuukuituflokkeja havupuu-kuitumatriisissa, kunhan vain pidetään huolta siitä, etteivät flokit pääse hajoamaan pumpuissa tai sekoittimissa.

Paperia, joka hajoaa reikiä muodostaen, voidaan myös valmistaa annostelemalla karboksyyliryhmiä sisältävää ai- 35 ...

netta tiettyihin kohtiin paperia. Näissä kohdissa dimetyloli- 5 71 802 dihydroksietyleeniurea reagoi vain tämän "suoja-aineen" kanssa, ja selluloosa jää substituoimattomaksi. Sopiva aine on esim. kar-boksimetyyliselluloosa (CMC). Soveliasta on käyttää matala-viskoosista vesiliuosta, jotta aineen imeytyminen saadaan 5 riittäväksi. Sopiva CMC-pitoisuus on esim. 7 %.

Karboksyyliryhmiä sisältävä aine voidaan lisätä paperiin esim. rasteritelalla. Kun vesiliuos on lisätty, vesi poistetaan kuivaamalla. Näin aine tarttuu kuituihin, ja aineen leviäminen haluttujen kohtien ulkopuolelle estyy, lo Rasterisylinterimenetelmässä kohtien koko ja määrä ovat helpommin säädettävissä kuin flokkinenetelmessä.

Lahonkestävän aaltopahvin valmistuksessa on suotavaa, että sekä aallotuskartonki (^luting) että laineri käsitellään dimetylolidihydroksietyleeniurealla ennen aallottamista ja kerrosten yhteen-15 liittämistä. Täten saavutetaan riittävä kyllästys myös aaltopahvin keskikerroksessa. Aaltopahvi 1liman on oltava vettä kestävää. Sellaista on esimerkiksi tärkkelysliisteri, johon on lisätty synteettistä hartsia, kuten urea-formaldehydiä tai resorsinoli-forrnaldehydiä. Dimetylolidiijydreksietyleeniurean 20 kondensoituminen tapahtuu sopivasti aallottamisen jälkeen.

Aaltopahvin raaka-aineina voidaan käyttää nykyisiä saatavissa olevia lainer- ja aallotuskartonkilaatuja. Tärkeätä on kuitenkin että lainerin liimausaste on mahdollisimman alhainen mikä helpottaa kyllästymistä. On myös vaa-^5 rana että syntyy sivureaktioita karboksyylipitoisten hartsi liimojen ja dimetylolidihydroksietyleeniurean välillä. Nykyinen aallotuskartonki on usein puolikemiallista 1ehtipuuselluloo-saa. Tällainen laatu sisältää kuitenkin runsaasti karboksyyliryhmiä, mistä johtuen on suotavaa, että käytetään 50 myös aallotuskartonkina esimerkiksi havupuukuiduista (tai ehkä keräyskuiduista) valmistettua kartonkia.

Keksinnön mukaisten paperien kestävyyttä testattiin fermentoimalla niitä 3 vrk liuoksessa, jossa oli 2,5 1 pjuskuriliuosta 55 25 g "Meicelase"-pulveria (seilulaasientsvymi) 0,7 g "Tritonia" (vaahdonor.toa i ne ) 31 g sitruunah.-mooa ^0 g Na^HPO + :\hL0 έ L| c- a 6 71802

I-I

•H

> :rd 4-5 I—f :cd to •h cj CO to

CO

cd ..

cd O

<UiO ____________________________ ^ O I KD - p vo c c c'" S|·

Ί) C e.^ E

m .,-1 .,-) r—I P OO rH LTV CM VO VO

M £ *g:aJ CD ΝΛ vo I—I

+5 0^ <D rH 2 •H ' -· CO p * VT "----------------------- arf ·Η 3

Ο ·Η zS

P -P

Ό -P ^ r .

> CÖ -H C

X > O ID f "P .5 x c h c\j co) LP, C\J -H c)

rr* -4 (U c CD VO ΚΛ N-VQ VO LO

•H* ______ _ O «3 I—I *r"3 C ^ >v ™ φ -p a) ; p 15 P h p Op Lnrp vovo .5.. ^ :cd (D N- rH OO vo son OS O ^ ° 2 •Η ^ m w P OJ ~ to ---- 0) CO 3 ζ: , CO p CO I >r_ p< o p P ·

CVJ r-| <D E

0 n C P ^ro r— lt\ r^vcrv 40 c a c d σνσν oo o ovco •H ‘H '—' m Cl) O) I—! Ο ·Η OJ x-, P -PH --1--

WHO CO

Cl) O br >j I

p c ε ;m t: p. bC co cd cd E (1):(¾ ·Η p to

H P P *—I O. CO

1 CVH P E -H NOLO f— CM CO vo

CD E -P ο ·Η P O VO CX\ N— LOVO

Cd ·Η 4-> PE r, r, " *

CP >3 ·Η ^ ·Η CM O CM O NO O

Q Cd >3 ti^O

S P H CP ^ P

fO) -H Cd---------------------- CD 4-5

P Cd I

tD ax; -p pi ci Q,W Cd O P O 45

Π) Cd 4P d) 4P -H

H CD d) 3 P cd Cd d? Ή axSr—I P H EC*h £Ch

ax! I—I to P LP, CD I—I LT\ CD rH O

P ·Η H BCD 10 P CM (D D P

CD tO -H cd >3 -H CO -H CO

ε ax; p ax; 45 κ γρ>,κ=ρ·ηγτγ •h o as h pw ax: 45 co aa to co co p CD cd :cd r—ip t—ip [£1 ·Η cd > E ·Η cd :Ρ ·η cd P -h rH jp________4-5___> ε -p > ax: 45_____

Claims (5)

1. Kemiallisesti substituoitua havupuuselluloosaa sisältävä paperi, tunnettu siitä, että selluloosaa on substituoitu dimetylolidihydroksietyleeniurealla ja että di- 5 metylolidihydroksietyleeniureaa on 1-3 % paperin painosta.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen paperi, tunnet-t u siitä, että paperi sisältää substituoimatonta selluloosaa sisältäviä kohtia.

3. Menetelmä havupuuselluloosaa sisältävän paperin sello luloosan substituoimiseksi, tunnettu siitä, että paperia käsitellään dimetylolidihydroksietyleeniurean vesi-liuoksella tai -dispersiolla ja kuivataan 130-200 öC:ssa ja että dimetylolidihydroksietyleeniureaa käytetään 1-3 % paperin painosta.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tun nettu siitä, että ennen käsittelyä dimetylolidihydrok-sietyleeniurealla paperiin lisätään tiettyihin kohtiin kar-boksyyliryhmiä sisältävää ainetta.

5. Menetelmä paperituotteiden valmistamiseksi kemialli-20 sesti substituoitua havupuuselluloosaa sisältävästä paperista, tunnettu siitä, että käytetään paperia, joka sisältää dimetylolidihydroksietyleeniurealla substituoitua selluloosaa, jossa dimetylolidihydroksietyleeniureaa on 1-3 % paperin painosta.