FI74980B - Som belaeggningsmedel och bindemedel anvaendbar modifierad latexkomposition med fosforhaltiga ytgrupper. - Google Patents

Description

! 74980 Päällysteaineena ja sideaineena käyttökelpoinen modifioitu lateksiyhdistelmä, jossa on fosforipitoisia pintaryhmiä Tämä keksintö koskee modifioitua lateksia, jossa 5 on fosforia sisältäviä pintaryhmiä. Tämä modifioitu lateksi on hyödyllinen substraattien päällystykseen ja sitojana vesipitoisissa systeemeissä, jotka sisältävät epäorgaanisia täyteaineita joita käytetään tavallisesti paperinpääl-lysteissä, mattojen taustoissa, seinälevyissä ja muissa 10 substraateissa.

Yleensä mineraalipäällysteet tai täyteaineet levitetään paperin päälle paperin yksittäisten kuitujen peittämiseksi ja kuitujen välissä olevien rakojen täyttämiseksi, ja näin annetaan paperin pinnalle enemmän tasaisuut-15 ta ja yhtenäisyyttä rakenteeseen. Mineraalipäällysteitä tai täyteaineita käytetään myös kuitujen vesidispersioissa komposiittiarkin muodostamiseksi. Tätä menetelmää on kuvattu US-patentissa 4 225 383.

Jotta sidottaisiin sopivasti mineraalipäällysteet 20 tai täyteaineet substraatille, käytetään latekseja. Latek-sit sitovat täyteaineen siten, että se ei lähde pois paino-musteen vetävän voiman vaikutuksesta. Painettavuuden lisäksi lateksit vaikuttavat positiivisesti myös moniin muihin paperin ominaisuuksiin, kuten ulkonäköön ja lujuuteen. 25 Lateksin kyky toimia sitojana on hyvin tärkeää vii meistellyn pinnan lopulliselle laadulle, kuten kuiva- ja märkänukkautumiselle paperinpäällysteissä. Yleensä paperin-päällystysalalla lateksikomponentti sekoitetaan täyteaineen kanssa vesisuspensiossa ja levitetään mekaanisesti päällys-30 tettävälle pinnalle. Vaihtoehtoisesti komposiittilevymuo-dostuksen alalla lateksi lisätään kuidun ja epäorgaanisen fillerin vesidispersioon, joka destabilisoidaan kuituagglo-meraatin muodostamiseksi, joka sijoitetaan seulalle tai muulle huokoiselle välineelle arkin muodostamiseksi siitä. 35 Erilaisista syistä on toivottavaa maksimoida epäor- ___ - τ~ 2 74980 gaanisten täyteaineiden retentiotaso päällystettävällä substraatilla. Yksi tapa saavuttaa tämä on käyttää lateksia, joka sopii hyvin yhteen täyteaineen kanssa. Parantunut vuorovaikutus kasvattaa täyteaineen retentiota, jonka 5 etuina on vähennys flokkulointiaineen (flokkulantin) määrässä, joka vaaditaan täyteaineen destabilisoimiseksi liuoksesta, ja täyteaineen ja lateksin kiinitarttumisen vähentyminen laitteisiin, mitä tapahtuu, kun käytetään suuria flokkulanttimääriä. Tämä vuorostaan vätentää kompo-10 siittilevyjen valmistuksessa tarvittavaa huoltoa. Jälkimmäinen etu ymmärretään myös suhteessa jäännösfillerin puhdistukseen, joka filleri jää vesiliuokseen lateksin ansiosta saostuksen jälkeen. Toinen etu fillerin retention kasvattamisessa ja näin ollen fillerin pitoisuudessa on 15 tietysti taloudellinen, koska korkeampi filleripitoisuus johtaa tavallisesti halvempiin lopputuotteisiin.

Alalla tiedetään kuitenkin hyvin, että vaikka tietty fillerimäärä voi parantaa päällystetyn tuotteen tai komposiittiarkin ominaisuuksia, korkeammat määrät voivat 20 aiheuttaa heikentyneestä rakenteellisesta yhtenäisyydestä johtuvaa lujuuden laskua. Siksi olisi toivottavaa kehittää menetelmä, joka lisää täyteaineen retentiota heikentämättä fysikaalisia ominaisuuksia tai ihanteellisesti lisätä substraattien lujuutta korkeammilla fillerimäärillä. Sen mu-25 kaisesti olisi toivottavaa kehittää lateksi, jolla olisi parempi vuorovaikutus epäorgaanisten fillereiden kanssa fillerien paremman retention mahdollistamiseksi.

Keksinnön mukainen lateksiyhdistelmä käsittää (a) ainakin yhden etyleenisesti tyydyttämättömän monomee-30 rin, joka emulsiopolymeroidaan lateksipolymeerin muodostamiseksi, jolloin mainittu etyleenisesti tyydyttämätön monomeeri on yleiseltä kaavaltaan muotoa CH2=CHR,, jossa R on H, alkyyli, aryyli, nitriili, esteri, happo tai halogeeni, ja 35 (b) fosforia sisältävän yhdisteen, joka käsittää -P0(0)2~ ryhmän, joka on tiiviisti sitoutunut lateksin pintaan, 3 74980 jolloin mainittu fosforia sisältävä yhdiste on fosfonaat-ti- ja/tai fosfaattiyhdiste.

Keksinnön kohteena on edelleen menetelmä komposiit-tiarkin valmistamiseksi, joka menetelmä käsittää vaiheet, 5 jossa lisätään 2-30 prosenttia modifioitua lateksiyhdis-telmää vesidispersioon, joka käsittää epäorgaanista fille-riä ja veteen dispergoituvaa kuitua, ja saatu seos desta-bilisoidaan kolloidisesti kuituisen agglomeraatin muodostamiseksi vesisuspensioon, ja vesisuspensio levitetään ja 10 kuivataan huokoisella alustalla, jolloin muodostuu märkä levy, ja levy kuivataan arkiksi.

Edelleen keksinnön kohteena on paperinpäällystys-menetelmä, joka käsittää vaiheet, joissa lisätään 2-30 prosenttia modifioitua lateksiyhdistelmää vesidispersioon, 15 jossa on ainakin yhtä epäorgaanista täyteainetta, ja päällystetään paperi lateksia sisältävällä yhdistelmällä.

Tämän keksinnön mukaista modifioitua lateksia voidaan käyttää komposiittilevyjen valmistukseen tai lateksi-komponenttina lateksi-päällystysyhdistelmässä. Yleisesti 20 modifioitu lateksi muodostetaan käyttämällä tyypillisiä lateksimuodostelmia ja menetelmiä, jotka ovat alalla tunnettuja sillä poikkeuksella, että fosforia sisältävä yhdiste emulsio-kopolymeroidaan tavanomaisten lateksimono-meerien kanssa, siten, että -PO(O)2~ryhmät sitoutuvat 25 läheisesti lateksipartikkelien pinnalle.

Edullisia monomeerejä komponenttina (a) ovat styreeni, butadieeni, butyyliakrylaatti ja muut akryylieste-rit, vinylideenikloridi, vinyylikloridi, vinyyliasetaatti ja näiden kombinaatiot. Poly (streenibutadieeni) on edul-30 linen lateksipolymeeri.

Keksinnön toteutuksessa käytetyt fosforia sisältävät yhdisteet käsittävät yleisesti sellaisia yhdisteitä, 74980 jotka sisältävät -PO(O)2-ryhmän. Edullisia fosforia sisältäviä yhdisteitä ovat yleisen rakennekaavan

O

R-P-o” (I) 5 cf mukaiset, joissa R voi olla radikaali, kuten alkyyli, alk-yylifenyyli, alkyyliamiini, rasva-alkoholi, rasvahappo, glykoli, polyglykoli. Pääasiallinen aineosa on kuitenkin fosforia sisältävän yhdisteen -PO(O)2-ryhmä. Siksi fosforia 10 sisältävien, käyttöön soveltuvien yhdisteiden joukko on laaja.

Niiden lateksiyhdistelmien, joissa on -PO(O)2-ryhmä kiinteästi sitoutunut lateksin pinnalle (so lateksipartik-kelin pinnalle), katsotaan kuuluvan keksinnön suojapiiriin 15 "Läheisesti sitoutunut" lateksin pinnalle tarkoittaa kemiallisesti tai fysikaalisesti , kuten kovalenttisella sidoksella tai adsorptiolla sitoutunutta, siten, että -PO(O)2-ryhmä ei desorboidu vesipitoiseen väliaineeseen lateksia laimennettaessa tai formuloitaessa muiden kompo-20 nenttien kanssa. Edullisesti fosforia sisältävä ryhmä on sitoutunut palautumattomasti lateksin pinnalle.

Esimerkkejä fosforia sisältävistä yhdisteistä ovat fosforihappojohdannaiset; fosforihappoesterien suolat, kuten alkyylifosfaatit ja alkyylifenyylifosfaatit; fosforia 25 sisältävät kvaternaariset ammoniumpinta-aktiiviset aineet; fosforia sisältävät fluorialkoholiperustaiset pinta-aktii-viset aineet; polyfosforihappojohdannaiset, kuten Na^R^(P^ °10^2' j°ssa R on joko 2-etyyliheksyyli tai kapryyli; po-lymeroituva fosfonihappo ja fosforihappomonomeerit ja/tai 30 niiden polymeroituvat monomeeriset johdannaiset, kuten PO(OH)2CH2N(CH2CHCH2)2» vapaaradikaali-initiaattorit, kuten K4R2°8 (kaliumperoksidifosfaatti), jotka voivat olla alkuna PO(OH)2-ryhmille lateksipartikkelien pinnalla; ja fosfatoidut polyeteenioksidiesterit.

Il 74980

Yleisesti voidaan käyttää pinta-aktiivista fosfaat-tiesteri-yhdsitettä, joka on mono-, di- tai tri-esteri, joilla on seuraavat yleiset rakennekaavat: 5 ° R(OC2H4)nO-P-OH (II)

OH

O

R(0C2H4)n0-P-0(C2H40)nR (III)

10 OH

O

R(0C2H4)n°"?_O(C2H4O)nR (IV)

°(C2H40)nR

15 joissa R on alkyyli, alkyylifenoli, alkyyliamiini, rasvahappo, rasva-alkoholi, glykoli tai polyglykoli, ja n on suurempi kuin 3. Yksi tällainen fosfaattiesteri ryhmä olisi fosfatoitu nonyylifenolialkoksylaatti, erityisesti nonyyli-fenolietoksylaatti. Sopiva pinta-aktiivinen fosfaattiesteri-2o yhdiste on kaupallisesti saatavissa toiminimeltä GAF Corpo- n

ration kauppanimellä GAFAC

GAFAC^)-pinta-aktiiviset aineet ovat eteenioksidi-adduktityyppisiä ei-ionisten pinta-aktiivisten aineiden kompleksisia fosfaattiestereitä. Nämä anioniset tuotteet 25 ovat mono- ja diestereiden seoksia. Ne ovat liukoisia ja yhteensopivia elektrolyyttiliuoksissa ja säilyttävät emul-goimisominaisuutensa laajalla pH-alueella.

Tämän keksinnön mukainen modifioitu lateksi valmistetaan siten, että lateksipartikkelilla on -P0(0)2-ryh-30 miä kopolymeroituneena tai sitoutuneena pinnalleen. Yksi etu kopolymeroituneista ryhmistä, lateksin stabiilisuuden ilmeisen lisääntymisen lisäksi, on se, että ne ovat kiinnittyneet palautumattomasta lateksipartikkelin pinnalle ja sellaisenaan ne eivät desorboidu vesiväliaineeseen laimen-35 nettaessa tai formuloitaessa lateksia muilla komponenteilla.

6 74980 Tämä jälkimmäinen ominaisuus on erityisen tärkeä, koska juuri tämä kopolymeroitu tai sitoutunut -PO(O)2~pintaryhmä on se, joka aiheuttaa toivotun vuorovaikutuksen lateksin ja täyteaineiden kanssa ja saa multivalentteja ioneja syn-5 tymään.

Tämän keksinnön mukaisen fosfaatti-modifioidun lateksin emulsiopolymerointi voidaan suorittaa käyttäen alalla jo yleisesti tunnettuja tekniikoita. Vapaaradikaali polymerointi-initiaattoreita voidaan käyttää, kuten persul-10 faatteja ja peroksidifosfaatteja. Jälkimmäinen initiaattori on erityisen hyödyllinen, koska sen avulla saadaan kopo-lymeroituja tai sitoutuneita -PO(O)2~pintaryhmiä tämän keksinnön mukaan. Ketjunsiirtoaineita, kuten hiilitetraklori-dia ja t-dodekyylimerkaptaania, ja siemenlatekseja, kuten 15 styreeni/akryylihappoa, voidaan myös käyttää. Siemenlatek-sin mukaanotto on havaittu toivottavaksi partikkelikoon ja pinta-alan kontrolloimiseksi, jolloin saadaan liitetyksi toivottu määrä fosforia sisältävää yhdistettä.

Yleisesti emulsiopolymerointi voidaan suorittaa li-20 säämällä lateksimonomeeri(e)n ja fosforia sisältävän yhdisteen seosta sopivissa suhteissa vesiliuokseen, joka sisältää siementä, initiaattoria ja ketjunsiirtoainetta. Erityisesti fosforia sisältävä yhdiste käsittää 2-15 osaa sataa osaa valmistettua lateksipolymeeriä kohti {phr) koko-25 naisseoksessa, edullisemmin 3-8 phr.

On mahdollista, ja joissakin tapauksissa toivottavaa, käyttää kahta fosforia sisältävien yhdisteiden tyyppiä, joista toinen on polymeroituva yhdiste, kuten komonomeeri, joka sitoutuu kovalenttisesti lateksipolymeeriin, ja toinen 30 on yhdiste, joka sitoutuu fysikaalisesti lateksipolymeeriin, kuten pinta-aktiivinen fosfaattiesteriyhdiste. On erityisesti havaittu toivottavaksi, että paperinpäällystysyhdis-telmät tämän keksinnön mukaan, jotka yhdistelmät käsittävät pinta-aktiivisia fosfaattiestereitä, jotka ovat fysi-35 kaalisesti sitoutuneet lateksiin, sisältävät myös jonkin-

II

7 74980 verran polymeroituvaa monomeeriä, joka on polymeroitu lateksipolymeeriin, joka monomeeri antaa pinnan -PO(0)2“ ryhmän. Tällainen kombinaatio antaa paremmat, yhtenäisemmät päällysteet joissakin päällystysmenetelmissä.

5 etyleenisesti tyydyttymätöntä karboksyylihappoa voidaan myös käyttää polymeroituvan, fosforia sisältävän monomee-rin paikalla valmistettaessa päällystysyhdistelmiä käyttämällä pinta-aktiivisia fosfaattiesteriyhdisteitä.

Edullisesti, kun fosforia sisältävä yhdiste on komo-10 nomeeri, joka on polymeroitu lateksipolymeeriin ja käytetään yhdessä pinta-aktiivisen fosfaattiesteriyhdisteen kanssa, lateksipolymeeri sisältää 0,5-5,0 prosenttia kokonaispainosta fosforia sisältävää komonomeerin polymeeriä, edullisemmin 1,0-3,0 painoprosenttia. Kun , /^-etyleenisesti tyy-15 dyttymätön karboksyylihappo-komonomeeri polymeroidaan lateksipolymeeriin, tulisi käyttää samanlaisia määriä.

Seuraavat esimerkit on annettu kuvaamaan selkeämmin tämän keksinnön mukaisen fosfaatti-modifioidun lateksin valmistusta alan asiantuntijoille eikä niiden ole tarkoitus 20 rajoittaa. Osat ovat polymeerin kokonaispainoa kohti.

Esimerkki I

Valmistettiin fosfaatti-modifioitu lateksi seuraa-vista aineosista:

Osia 25 Vettä 118,00

Hiilitetrakloridia 4,00

Natriumhydroksidia (10 %) 0,15

Natriumpersulfaattia 1,00

Siemenlateksia (styreeni/akryylihappo) 1,56 30 Styreeniä 60,00

Butadieeniä 40,00

Fosfatoitua alkyylifenolietoksylaattia 3,00

Kun aineosat oli pantu polymerointiastiaan, saatua vesipitoista yhdistelmää lämmitettiin 90°C:een 45 minuut-35 tia sekoittaen ja polymeroitiin 4 tuntia. Näin saatiin ___ τ~. - - 8 74980 stabiili fosfatoitu lateksi, joka sisälsi 43,93 % kiinteitä aineita.

Esimerkki II

Valmistettiin fosfaatti-modifioitu lateksi lisää-5 mällä fosfonaattijohdannaisesta muodostuvaa komonomeeriä, ja aineosat olivat seuraavat:

Osia

Vettä 118,00

Hiilitetrakloridia 4,00 10 Natriumhydroksidia (10 %) 0,15

Natriumpersulfaattia 1,00

Siemenlateksia (styreeni/akryylihappo) 0,66

Styreeniä 56,72

Butadieeniä 40,00 15 Fosfatoitua alkyylifenolietoksylaattia 2,00

Fosfonaatti-komonomeeriä PO(OH)2CH2N(CH2CHC =CH2) 2 3,28

Aineosat pantiin polymerointiastiaan ja lämmitettiin 90°C:seen 45 minuuttia sekoittaen, ja polymeroitiin 4 tuntia. Näin saatiin stabiili lateksi, joka sisälsi 45,95 % kiinteitä aineita.

Esimerkki III

Valmistettiin fosforilla modifioitu lateksi, joka sisälsi pinta-aktiivista fosfaattiesteriyhdistettä, lisäämällä akryylihappo-komonomeeriä, ja aineosat olivat seu-9 5 raavat:

Osia

Vettä 118,00

Hiilitetrakloridia 4,00

Natriumhydroksidia (10 %) 0,15 30 Natriumpersulfaattia 1,00

Siemenlateksia (styreeni/akryylihappo) 0,66

Styreeniä 58,75

Butadieeniä 40,00

Fosfatoitua alkyylifenolietoksylaattia 2,00 35 Akryylihappoa 1,25 74980

Kun aineosat oli pantu polymerointiastiaan, saatua vesipitoista yhdistettä lämmitettiin 95°C:seen 45 minuuttia sekoittaen ja polymeroitiin 4 tuntia. Näin saatiin stabiili fosfatoitu lateksiyhdistelmä.

5 Yllä valmistettuja fosfaatti-modifioituja latekseja voidaan käyttää helposti paperinpäällystyksessä ja kompo-siittiarkkien muodostuksessa. Erityisesti fosfaatti-modifioidut lateksit ovat hyödyllisiä sidottaessa epäorgaanisia fillereitä, joita käytetään tavallisesti paperin valmistuk-10 sessa.

Erityisesti näille latekseille on löydetty käyttöä sitojina kahdenarvoisille ja kolmenarvoisille metalli-ioneille, joita on läsnä epäorgaanisissa täyteaineissa. Epäorgaanisia täyteaineita on läsnä vesidispersioissa 40-85 15 painoprosenttia. Edullisia ovat epäorgaaniset täyteaineet, joissa on monenarvoisia ioneja. Epäorgaaniset täyteaineet voidaan valita paperinpäällystysalalla hyvin tunnetuista. Erityisen käyttökelpoisia ovat sellaiset täyteaineet, kuten savi, kalsiumkarbonaatti, talkki, kiille, magnesium-20 hydroksidi tai -oksidi, sinkkioksidi, kipsi, dolomiittinen kalkki, sinkiitti, wollastoniitti, kiiltovalkoinen, baryy-tit, titaanidioksidi ja alumiinitrioksidi.

Käyttämällä täyteainetta ja fosfaatti-modifioitua lateksia sideaineena paperinvalmistuksessa on havaittu 25 saatavanerinomainen, tasainen kalvopäällystys, so. pigmentin ja lateksin tasainen jakauminen kuiduille, merkittävästi alempi flokkulanttitarve, ja korkeampi märän ja kuivan arkin lujuus.

Vaihtoehtoisesti fosfaatti-modifioitua lateksia voi-30 daan käyttää ei-huokoisten alustojen, kuten säilyketölkkien päällystykseen, korroosion ehkäisemiseksi.

Paperinvalmistuksen suhteen fosfaatti-modifioitu lateksi on erityisen soveltuvaa käytettäväksi lateksikom-ponentteja valmistuksen komposiittiarkkimenetelmässä. Tätä 35 tuotetta ja menetelmää kuvataan US-patentissa 4 225 383.

______ -- rr ίο 74980 Tällaisessa menetelmässä käytetään veteen dispergoituvaa kuitua, tämän keksinnön kalvoa muodostavaa, veteen liukenematonta orgaanista polymeerilateksia 2-30 paino-%, edullisemmin 3-15 paino-%; ja hienojakoista, oleellisesti veteen 5 liukenematonta ei-kuituista, epäorgaanista täyteainetta, arkin muodostamiseksi niistä. US-patentti 4 225 383 vaatii lisäksi edullisessa menetelmässä flokkulaatioaineen. Fosfaatti-modifioidun lateksin luontaisen flokkulointiominai-suuden takia vaaditaan kuitenkin paljon alhaisempi flokku-10 lointiaineen määrä, kun käytetään tämän keksinnön mukaista lateksia. Tämä ominaisuus johtuu sidotuista -PO(O)2-ryhmis-tä, jotka sallivat modifioidun lateksipartikkelin destabi-lisoitumisen paljon helpommin kuin tavanomaiset lateksipar-tikkelit multivalentteja ioneja sisältävien täyteaineiden 15 läsnäollessa. Edelleen, kun tätä lateksia käytetään, saadaan paljon korkeampia fillerimääriä komposiittilevyyn -PO(0)2~ryhmän ja fillerin vuorovaikutuksesen takia.

Spesifisemmin, kun käytetään epäorgaanista filleriä, joka sisältää kahden- tai kolmenarvoisia metalli-ioneja, 20 -PO (O)2~ryhmien on havaittu vuorovaikuttavan niiden kanssa. Tätä vuorovaikutusta on esitetty mittaamalla epäorgaanisen fillerin sedimentaatiotilavuutta vedessä. Esimerkiksi 20 g CaCO-j lisättiin kalibroituun sylinteriin ja laimennettiin 100 ml:ksi vedellä. Kun oli tasapainotettu 2 tuntia, sylin-25 terin pohjalle kerääntyneen sedimentin määrä oli noin 17,5 ml. Toisessa kalibroidussa sylinterissä laimennettiin 20 g CaCO^ 100 ml:ksi vedellä, ja lisättiin 1 g -PO(O)^-ryhmää sisältävää lateksia. Jälleen, kun oli tasapainotettu 2 tuntia, sedimenttitilavuus mitattiin. Tällä kertaa sedimentti-30 tilavuus oli noin 42 ml. Tämä kasvanut tilavuus voidaan laskea CaCO^sn ja fosfaatilla modifioidun lateksin vuorovaikutuksen ansioksi.

Valmistettiin komposiittiarkkeja käyttäen kontrolli-lateksia, joka käsitti 70 osaa lateksia, jossa oli 54 paino-% 74980 styreeniä/45 paino-% butadieeniä/1 paino-% fumaarihappoa, ja 30 osaa lateksia, jossa oli 75,5 painoprosenttia sty-reeniä/19,5 paino-% butadieeniä/4 paino-% hydroksyylietyy-liakrylaattia/1 paino-% fumaarihappoa, ja käyttäen tämän 5 keksinnön modifioitua lateksia. Täyteaineen prosentuaalinen retentio laskettiin kummallekin lateksille. Käytettiin myös erilaisia kuituja, jotta voitiin määrittää -PCKC^)-ryhmällä modifioidun lateksin vaikutusta fillerin retention suhteen. Kaikki testit suoritettiin peruskaavalla, 10 jossa oli 45 prosenttia kuitua, 50 prosenttia filleriä (CaCO^), ja 5 prosenttia lateksia. Käytetty modifioitu lateksimuodostelma oli esimerkistä II, joka on esitetty yllä.

Saadut tulokset on taulukoitu taulukkoon I.

Taulukko I

Prosentuaalinen täyteaineen retentio

Kontrolli- Fosfaatti-modi-

Kuitu lateksi1 fioitu lateksi2

Valkaistu sulfaattipaperi 20 50 % havupuuta/50 % lehtipuuta 82* 93

Valkaistu sulfaattipaperi, lehtipuu 88* 95

Valkaistu sulfaattipaperi, havupuu 84x 94 25 Valkaistu sulfiittipaperi, havupuu 9 Ist 9 4

Valkaisematon sulfaatti- paperi, havupuu 88* 96 χ ) Eivät tämän keksinnön esimerkkejä 30 ^ Lateksisekoitus, joka sisältää 70 osaa (54 styreeniä/- 45 butadieeniä/1 fumaarihappoa) ja 30 osaa (75,5 sty-reeniä/19,5 butadieeniä/4 hydroksyylietyyliakrylaat-tia/1 fumaarihappoa).

2)

Lateksi, jossa on 56,72 styreeniä/40 butadieeniä/3,28 35 komonomeeriä, joka sisältää -PO(0)2-ryhmän, kuten on kuvattu esimerkissä II.

74980

Taulukossa I on välittömästi havaittavissa, että tämän keksinnön mukainen modifioitu lateksi osoitti korkeampaa fillerin retentiotasoa kuin kontrollilateksi ja se osoitti myös yhdenmukaisempaa fillerin retentioprosent-5 tia riippumatta käytetystä erityisestä kuidusta.

Lisätestausta suoritettiin modifioiduilla latekseilla niiden itse-flokkulointiominaisuuksien määrittämiseksi. Edullisessa menetelmässä komposiittiarkin muodostamiseksi käytetään tavallisesti flokkulanttia, jolla on vastakkainen 10 varaus lateksin ionistabilisointiin nähden jotta saataisiin lateksi kolloidisesti destahilisoiduksi. Tämän keksinnön modifioidun lateksin on kuitenkin osoitettu vaativan vähemmän flokkulanttia, ja kuitenkin se osoittaa erinomaista fillerin retentiota. Erityisesti taulukko II osoittaa tu-15 lokset, jotka saatiin, kun standardilateksiyhdistelmää verrattiin kolmeen tämän keksinnön mukaiseen modifioituun lateksiin erilaisilla °(,/3-etyleenisesti tyydyttymättömän happokomonomeerin tasoilla, kasvavilla flokkulanttimääril-lä. Käytetyt tietyt flokkulantit on kuvattu taulukossa II. 20 Yleinen resepti, jota käytettiin neljällä vesidispersiolla oli 45 prosenttia kuitua (50/50 lehtipuu/havupuu), 50 prosenttia savea ja 5 prosenttia lateksia. Flokkulanttia lisättiin kuhunkin reseptiin siten, kuin on esitetty taulukossa II. Lateksiyhdistelmät ovat sellaisia kuin on esitet-25 ty taulukossa III. Taulukko IV sisältää epäorgaanisen fillerin retentioprosentit kullakin lateksilla erilaisilla flokkulanttitasoilla.

Taulukko II

Flokkulanttityyppi ia -määrä 1 2 30 A Q,9 kg/tonni polymeeristä PC +0,2 kg/tonni Betz 1260 1 2 B 1,8 kg/tonni polymeeristä PC +0,2 kg/tonni Betz 1260 1 2 C 1,8 kg/tonni polymeeristä PC +0,45 kg/tonni Betz 1260 ^polymeerinen PC on akryyliamidin kationinen kopolymeeri 2 35 Betz 1260 on korkean molekyylipainon kationinen polyakryy-liamidi.

749 80

Taulukko III

Lateksi W 58,5 styreeniä/40 butadieeniä/1,5 itakonihappoa X 59 styreeniä/40 butadieeniä/1 fumaarihappoa/2 fosfa-5 toitua alkyylifenolietoksylaattia Y 59,5 styreeniä/40 butadieeniä/0,5 fumaarihappoa/2 fos-fatoitua alkyylifenolietoksylaattia Z 58,75 styreeniä/40 butadieeniä/1,25 akryylihappoa/2 fos-fatoitua alkyylifenolietoksylaattia

10 Taulukko IV

Epäorgaanisen täyteaineen prosentuaalinen retentio kasvavilla flokkulanttimäärillä (A-C)

Lateksi_A_B_C

15 W* 68,5 78,5 82,5 X 72,0 84,0 88,5 Y 78,0 89,5 93,0 Z 79,0 90,5 95,5 X)

Ei tämän keksinnön esimerkki 20 Täyteaineen prosentuaalinen retentio flokkulantti-määrään nähden osoittaa, että modifioitu lateksi osoitti kaikilla happokoraonomeeritasoilla (lateksit X, Y ja Z) kasvavaa täyteaineen retentiota. Osoitetaan edelleen, että näitä latekseja (X, Y ja Z) voidaan käyttää alhaisemmilla 25 flokkulanttimäärillä (A—»C kasvavat tasot), jolloin saadaan kuitenkin retentio, joka on ekvivalentista suuresti parantuneeseen standardilateksiin (W) nähden kasvanneella flokkulanttikuormalla.

Vaikka modifioidun lateksin flokkulointiominaisuus on 30 erityisen edullinen komposiittiarkin valmistuksessa, tämä luontainen destabilointipyrkimys ei ole kokonaan edullinen paperinpäällystyslateksissa. Paperinpäällystyslateksin tiedetään sen sijaan yleisesti alalla tarvitsevan tietynasteista stabilisointia epäorgaanisten fillerien läsnäollessa, jot- ____τ~. . — 14 74980 ta niitä voitaisiin käyttää tehokkaasti paperinpäällys-tysoperaatioissa.

Kuten hyvin tiedetään, paperinpäällystysyhdistelmät käsittävät pigmenttejä, jotka ovat epäorgaanisia täyteai-5 neita, ja liimamateriaalia, joka koostuu synteettisestä lateksista. Tätä lateksiyhdistelmää levitetään paperille tavanomaisilla keinoilla, kuten kohopainotelapäällystäjäl-lä, offset-telapäällystimellä, liimapuristimella, ilmakaa-pimella ja teräpäällystimellä. Levityksen jälkeen lateksi-10 yhdistelmä kuivataan millä tahansa tavanomaisella menetelmällä, kuten ilmavirralla, ja tavallisemmin lämmitetyllä ilmalla. Käytettävällä lateksilla on oltava tietynasteinen stabiilisuus, jotta saataisiin homogeeninen vesidispersio, kun sitä pidetään tietyssä päällystyslaitteessa.

15 On havaittu, että kun käytetään vain fosfaattieste- ri-tyyppistä pinta-aktiivista yhdistettä keksinnön lateksin valmistuksessa, saatava vesidispersio voi olla liian desta-biloitunutta tavanomaiseen käyttöön paperinpäällystyssito-jana. Kuitenkin, kun pinta-aktiivista fosfaattiesteriyh-20 distettä käytetään yhdessä lateksin kanssa, joka sisältää tiettyjä etyleenisesti tyydyttymättömiä komonomeerejä siihen polymeroituina, kuten on kuvattu yllä, saatu lateksi-dispersio stabilisoituu riittävästi käytettäväksi paperin-päällystysyhdistelmänä. Edulliset etyleenisesti tyydytty-25 mättömät komonomeerit ovat c(, /S -etyleenisesti tyydyttymä-tön karboksyylihappo tai kopolymeroituva fosfonihappojoh-dannainen. Edullisempia β-etyleenisesti tyydy ttymättömiä karboksyylihappoja ovat fumaarihappo ja akryylihappo. Akryy-lihappo on edullisin.

30 Lisähavainto lateksin suhteen, joka sisältää sekä fosfaattiesteripinta-aktiivisia yhdisteitä että kopolyme-roituja monomeerejä, joissa on -PO(O)2-ryhmiä, on, että kasvanut stabilisoituminen antaa erinomaisen arkin lujuuden huolimatta kasvaneesta täyteaineen retentiosta. Tämä il-35 miö lasketaan optimaalisen flokkulaatioasteen ansioksi, jo- 15 74980 ka aste on riittävän lateksin epäorgaanisten filleriyk-siköiden tasaisemman järjestelyn sallimiseksi. Näinollen symmetrisemmällä pakkaamisella olisi suurempi rakenteellinen yhtenäisyys kuin sattumanvaraisemmalla tai huokoi-5 sella pakkaamisella, joka olisi tuloksena nopeasta flokku-lointisysteemistä.

Seuraava taulukko V osoittaa, kuinka paperikompo-siitit, jotka on muotoiltu kopolymeerilatekseista, joissa on sitoutuneita -PO(O)2-pintaryhmiä, osoittavat kasvanutta 10 epäorgaanisen filierin retentiota ja vähäistä häviötä pa-perinäytteiden sisäisissä sidoslujuuksissa. Tämä ei olisi odotettavissa läsnäoleviin kasvaneihin filleritasoihin nähden. Tyypillisillä lateksiyhdistelmillä, riippuen täy-teainetyypistä, voidaan saada parannusta lujuudessa alhai-15 silla filleritasoilla, kun fillerisisältö kasvaa. Kuitenkin, kun fillerin optimimäärä ylitetään, tapahtuu lujuudessa hyvin äärimmäinen pieneneminen.

Testaus suoritettiin Scott Model B Intra-fiber Bond Tester*illä, jota valmistaa Scott Testers, Inc. Provi-20 dence, Rhode Island. Testimenetelmä, jota noudatettiin, oli Technical Association of the Pulp and Paper Industry'n (TAPPI) rutiinikontrollimetodin RC-308 mukainen. Tämä menetelmä on suunniteltu määrittämään keskimääräistä voimaa millijouleina (mJ) ja jalkanaulan tuhannesosina, joka voima 25 vaaditaan paperinäytteen erottamiseen paperinäytteen sisäisen sidoslujuuden määrittämiseksi.

Tätä osoittamista varten valmistettiin paperikompo-siitteja käyttäen yhdistelmää , jossa on 45 prosenttia kuitua (50 prosenttia lehtipuuta/50 prosenttia havupuuta), 30 50 prosenttia savea ja 5 prosenttia lateksia. Käytetyt la- teksiyhdistelmät olivat taulukosta III. Sisäinen sidoslujuus mitattiin erilaisilla täyteaineen retentiotasoilla, ja piirrettiin graafisesti neljän lateksiyhdistelmän vertailemiseksi kasvavilla retentiotasoilla. Tulokset ovat seuraavat: ___ jr: 74980

Taulukko 5

MU

Paperilajien sisäiset sidoslujuudet Täyteaineen retentiotasot

Lateksi 75 %_80 %_85 %_ 90 %_ 5 W* 151,1 (111,5) 176,2 (130,0) - X 126,0 (93,0) 150,4 (111,0) 168,7 (124,5) 174,1 (128,5) Y 111,5 (82,3) 135,5 (100,0) 154,5 (114,0) 169,4 (125,0) Z 126,0 (93,0) 149,1 (110,0) 166,7 (123,0) 176,2 (130,0) X) 10 Ei tämän keksinnön esimerkki XX)

Sisäiset sidoslujuudet mitattuina millijouleina ja jalkanaulan tuhannesosina, jotka voimat vaadittiin erottamaan paperinäytettä. Jalkanaulan tuhannesosat on annettu suluissa.

^ Standardilateksin W maksimaalinen filleriretentio oli 80 prosenttia, ja siksi sisäisiä sidosarvoja ei ole raportoitu 85 ja 90 prosentin filleriretentiotasoilla. Kohteena olevat lateksit X, Y ja Z saivat merkittävästi parempia, yli 90 prosentin retentiotasoja. Kuitenkin vertailutarkoi-20 tukeissa taulukko V raportoi vain arvoja 90 prosentin tasolle asti. Nähdään helposti, että 90 prosentin retentio-tasolla näillä latekseilla on suurempi sisäinen sidoslu-juus kuin standardilateksilla W alhaisemmalla 75 prosentin retentiotasolla, ja oleellisesti yhtäläinen sidoslu-25 juus standardilateksiin nähden 80 prosentin tasolla. Tämä on yllättävää ja ainutlaatuista. Tavallisesti odotettaisiin alhaisempia lujuusarvoja kasvaville täyteaineen retentio-arvoille alhaisemman sitoja:filieri-suhteen takia.

Yhtäläisillä retentiotasoilla standardilateksi osoit-30 ti parempaa lujuutta, mutta tämä tapahtui alhaisemmilla re-sentiotasoilla, joissa ei käytetty hyväksi esillä olevan keksinnön mukaista korkeampaa fillerin retentiota. On kuitenkin huomattava, että keksinnön mukainen sisäinen sidos-lujuus alhaisilla täyteaineen retentiotasoilla on hyväksyt-35 tävä ja siksi keksintöä voidaan menestyksellisesti käyttää näillä tasoilla.

17 74 98 0

Edullinen operointimalli olisi kuitenkin korkeammilla retentiotasoilla, koska tällä alueella tämän keksinnön edut toteutuvat parhaiten.

Claims (10)

1. Modifioitu lateksiyhdistelmä, joka sisältää fosforipitoisen pintaryhmän, ja joka on käyttökelpoinen pääl- 5 lysteaineena sekä sideaineena epäorgaanisia täyteaineita sisältävissä vesipitoisissa järjestelmissä, tunnet-t u siitä, että lateksiyhdistelmä käsittää (a) ainakin yhden etyleenisesti tyydyttämättömän monomee-rin, joka emulsiopolymeroidaan lateksipolymeerien muodosta- 10 miseksi, jolloin mainittu etyleenisesti tyydyttymätön mono-meeri on yleiseltä kaavaltaan muotoa CH2=CHR, jossa R on H, alkyyli, aryyli, nitriili, esteri, happo tai halogeeni, (b) fosforia sisältävän yhdisteen, joka käsittää -P0(0)2“ ryhmän, joka on tiiviisti sitoutunut lateksin pintaan, 15 jolloin mainittu fosforia sisältävä yhdiste on fosfonaatti-ja/tai fosfaattiyhdiste.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen yhdistelmä, tunnettu siitä, että lateksipolymeeri on kopoly-meeri. 20

3.Patenttivaatimuksen 2 mukainen yhdistelmä, tunnettu siitä, että kopolymeeri on poly(styreeni-butadieeni).

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen yhdistelmä, tunnettu siitä, että fosforipitoinen yhdiste on 25 pinta-aktiivinen fosfaattiesteri.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen yhdistelmä, tunnettu siitä, että fosforipitoinen yhdiste on polymeroitu fosfonihappo- tai fosforihappomonomeeri ja/tai polymeroitu fosfoni- tai fosforihappojohdannainen.

6. Menetelmä komposiittiarkin valmistamiseksi, tunnettu siitä, että (a) lisätään 2-30 prosenttia patenttivaatimuksen 1 mukaista modifioitua lateksiyhdistelmää vesidispersioon, joka käsittää veteen dispergoituvaa kuitua ja epäorgaanista 35 täyteainetta; II 74980 (b) destabilisoidaan saatu seos kolloidisesti kuituisen agglomeraatin muodostamiseksi vesisuspensiossa; (c) levitetään ja valutetaan mainittu vesisuspensio huokoisella alustalla märän levyn muodostamiseksi; ja 5 (d) kuivataan mainittu levy arkin muodostamiseksi.

7. Menetelmä paperin päällystämiseksi, tunnet-t u siitä, että (a) lisätään 2-30 prosenttia patenttivaatimuksen 1 mukaista modifioitua lateksiyhdistelmää vesidispersioon, jossa 10 on ainakin yhtä epäorgaanista täyteainetta, ja monomeeria, joka emulsiopolymeroidaan lateksin muodostamiseksi, ja seosta, joka käsittää: (1) pinta-aktiivisen aineen, joka sisältää -POIO^-ryhmän, j a 15 (2) etyleenisesti tyydyttymättömän komonomeerin; (b) päällystetään paperi lateksia sisältävällä yhdistelmällä.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että fosforipitoinen yhdiste on 20 polymeroituva fosfonihappo- tai fosforihappomonomeeri ja/tai polymeroituva fosfoni- tai fosforihappojohdannainen.

9. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että modifioitu lateksiyhdistelmä käsittää pinta-aktiivista fosfaattiesteriyhdistettä ja 25 polymeroidun fosfonihappomonomeerin ja/tai fosfoni- tai fosforihapon polymeroidun johdannaisen.

10. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että modifioitu lateksiyhdistelmä käsittää pinta-aktiivista fosfaattiesteriyhdistettä ja 30 polymeroitua ¢(. , Cb -etyleenisesti tyydyttymätöntä karbok-syylihappomonomeeriä. _ - τζ __ 74980