FI95163C - Paperinliimauskoostumuksia - Google Patents

Description

, 95163 *

Paperiniiimauskoostumuks1a Käsiteltävänä oleva keksintö koskee liimauskoostu-muksia, jotka estävät nesteen tunkeutumisen paperiin ja 5 parannettua liimattua paperituotetta. Tarkemmin ottaen keksintö koskee kationista liimausainetta, joka suurimmaksi osaksi muodostuu paperia liimaavasta rasvahappoanhydri-distä ja pieneksi osaksi paperia liimaavasta alkyyliketee-nidimeeristä.

10 Hentrich ja muut (US-patentti nro 2 411 860) esit tävät, että paperi voidaan tehdä vettä läpäisemättömäksi käsittelemällä se korkeampi keteenidimeereillä. Kulick ja Strazdina (US-patentti 3 445 330) esittävät, että veden läpäisy voidaan estää hydrofobisten orgaanisten rasvahap-15 poanhydridien kationisilla emulsioilla. Kulick, Savina ja Strazdina (US-patentti nro 3 311 532) kuvaavat suoraket-juisten asyyliyhdisteiden käytön yhdistelmänä paperia lii-maavan keteenidimeerin kanssa dimeerin aktiivisuuden parantamiseksi. Kuvatut asyyliyhdisteet ovat korkeampi ras-20 vahappoja (eli ne sisältävät 12 hiiliatomia tai enemmän) ja vastaavia anhydridejä, amideja, happoklorideja ja alde-hydejä. Patentissa selitetään, että jos asyyliyhdisteen määrä seoksessa ylittää dimeerin määrän, liimauksen laatu laskee olennaisesti pelkällä dimeerillä saavutettavan laa-25 dun alapuolelle.

Kokeet ovat osoittaneet, että kun kartonki liimataan keteenidimeerin ja steariinihapon seoksella, Penes-cope-lukemat laskevat jyrkästi arvosta yli n. 18 000 sekuntia arvoon n. 1000 sekuntia, kun steariinihapon määrä 30 liimaseoksessa ylittää n. 50 prosenttia [20-prosenttinen maitohappoliuos 38 °C:ssa (100 °F), nestepatsaan korkeus 30,5 cm (12 tuumaa)]. Tähän verrattuna, kun keksinnön mukainen liimaseos muodostuu suurimmaksi osaksi steariini-happoanhydridistä ja pieneksi osaksi keteenidimeeristä 35 (suhde esim. 1,5:1 tai suurempi). Penescope-lukemat pysyvät tasolla, joka on yli 18 000 sekuntia.

2 95163

On havaittu, että paperin liimauskoostumusta, Joka muodostuu paperia liimaavasta rasvahappoanhydridistä ja paperia liimaavasta alkyyliketeenidimeeristä siten, että rasvahappoanhydridin ja alkyyliketeenidimeerin painosuhde 5 on suurempi kuin 1,0:1,0 ja pienempi kuin 4,0:1,0, voidaan käyttää emulsion muodossa paperituotteiden liimaamiseksi tehokkaasti. Painosuhde on edullisesti suurempi kuin 1,5:1,0 ja pienempi kuin 4,0:1. Käsiteltävänä olevan keksinnön liimaustaloudellisuus ja erinomainen liimauskyky 10 liittyvät rasvahappoanhydridin olennaisten määrien käyttöön yhdistelmänä alkyyliketeenidimeerin pienehköjen määrien käytön kanssa. Liimaus voi tapahtua tavanomaisten paperinliimaustekniikkojen avulla. Käyttämällä parannettua liimauskoostumusta saadaan myös parempi paperituote siten, 15 että siitä valmistetut säiliöt kestävät tärinärasitusta. On havaittu, että parannetusta liimatusta kartongista valmistetut säiliöt vuotavat vähemmän trukkikuljetuksen ja vastaavan aikana.

Käsiteltävänä olevassa keksinnössä paperiin käyte-20 tyt rasvahappoanhydridit ovat korkeampi rasvahappoanhydri-dejä (yli 12 hiiliatomia). Sopivia anhydridejä ovat esim. arakidiini-, beheenihappo- ja steariinihappoanhydridi. Ne ovat hydrofobisia ja olennaisesti veteen liukenemattomia.

Paperia liimaavat alkyylidiketeenidimeerit on joh-:* 25 dettu olennaisesti suoraketjuisista korkeampi rasvahapois ta kuten steariini- ja/tai palmitiinihaposta.

Sekä rasvahappoanhydridit että alkyyliketeenidimee-rit lisätään paperinvalmistuskuituihln kationisina emulsioina, erikseen tai seoksena. Hydrofobinen liima emulgoi-30 daan kationisen aineen kuten kationisen maissi- tai peru-*. natärkkelyksen läsnä ollessa, joka varaa emulsion hiukka- set positiivisiksi. Emulsio valmistetaan tavalliseen tapaan esim. US-patentissa nro 3 311 532 kuvatulla tavalla.

Keksinnön ymmärtämisen helpottamiseksi seuraavat 35 esimerkit valaisevat keksinnön valikoituja yksityiskohtia.

3 95163

Esimerkki 1 Käsiteltävänä olevan keksinnön edut verrattuna US-patentin nro 3 311 532 etuihin osoitetaan vertaamalla suoraan alkyyliketeenidimeerin (AKO) ja steariinihappoanhyd-5 ridin seosten ja steariinihapon liimauskykyä. Emulsiot valmistettiin US-patentissa nro 3 311 532 kuvatulla tavalla seuraavasti:

Lisättiin hitaasti 0,15 g natriumlignosulfaattia 100 g:aan vesiliukoisen, kationisen tärkkelyksen 3-paino-10 prosenttista, kuumaa vesiliuosta esikuumennetussa Cenco-astiassa asennettuna Waring-sekoittimeen, joka pyöri maksiminopeudella. AKD-hiutaleita tai AKD-hiutaleita ja asyy-liyhdisteitä sulatettiin yhdessä 82 °C:ssa (180 °F) ja saatiin erilaisia seoksia. Kun tärkkelysliuos oli 15 82 1C:ssa, siihen lisättiin sitten 10 g sulaa liimaa ja sekoitusta jatkettiin 60 sekuntia. Sitten emulsio jäähdytettiin nopeasti laimentamalla 1-prosenttiseksi kylmällä tislatulla vedellä. Liiman lopullinen konsentraatio oli 0,76 %.

20 Valmistettiin laboratorioarkkeja lisäämällä erilai set emulsiot vastaamaan konsentraatiota 1,8 kg per tonni (4 naulaa per tonni) valkaistun kraftmassan sulppuun, jonka sakeus oli 0,6 %, jonka jälkeen lisättiin kaupallista kationista perunatärkkelystä vastaamaan konsentraatiota 25 3,6 kg per tonni (8 naulaa per tonni). Lietteen pH säädet tiin arvoon 6,3 rikkihapolla ja sulpusta valmistettiin laboratorioarkkeja, joiden neliöpaino oli 140 g/m2.

Liimatut, kuivatut arkit testattiin Penescopella käyttäen nesteenä 20-prosenttista maitohappoa 38 °C:ssa 30 (100 °F), nestepatsaan korkeus 30,5 cm (12 tuumaa). Jokai nen koe lopetettiin 18 000 sekunnin kuluttua, mikäli siihen saakka ei havaittu tunkeutumista.

Tulokset ilmenevät seuraavasta taulukosta: 4 95163

Painoprosenttia Penescope-lukema (sek.), kun asyylina oli AKD Asyyli Steariinihappo Steariinihappoanhydridi 100 0 18 000 90 10 15 000 18 000 5 75 25 18 000 18 000 50 50 18 000 18 000 40 60 900 18 000 30 70 noin 0 18 000 20 80 - 18 000 10 Penescope-lukemat laskivat jyrkästi arvosta yli 18 000 sekuntia arvoon n. 900 sekuntia, kun steariinihapon määrä liimausseoksessa ylittää n. 50 %. Tähän verrattuna Penescope-lukemat, kun paperi käsiteltiin liimausseoksel-la, jonka pääosa muodostui steariinihappoanhydridistä, 15 pysyi tasolla yli n. 18 000 sekuntia. Tämä vertailu osoittaa merkitsevän parannuksen kyvyssä estää nesteen tunkeutuminen, kun liimausseoksessa yhdistyvät rasvahappoanhyd-ridi (FAA) ja alkyyliketeenidimeeri.

Laboratorioarkeilla suoritetut lisäkokeet osoitta-20 vat parantuneen reuna tunkeutumisen estokyvyn. Laboratorio-arkeista leikatut suorakaiteen muotoiset kortit laminoi-tiin molemmilta puolilta polyeteenikalvolla ja upotettiin kokonaan 30 minuutiksi 82 °C:een lämpötilassa olevaan maitohapon 20-prosenttiseen liuokseen, joka oli värjätty :·. 25 5 g/1 metyleenisineä. Jokaisen kortin reuna työnnettiin liuokseen ja määritettiin painon kasvu. Liimauksen hyvyys on kääntäen verrannollinen painon kasvuun.

Tulokset ilmenevät seuraavasta taulukosta: 1 < 5 95163

Painoprosenttia Imeytyneen nesteen määrä (g/100 cm) kun asyylinä on AKD Asyyli Steariinihappo Steariinihappoanhydridi 100 0 0,87 5 90 10 0,79 1,7 75 25 0,75 0,91 50 50 0,71 0,71 40 60 1,0 0,79 30 70 1,3 1,1 10 20 80 2,1 0,94 0 100 3,0 0,83

Korttiin imeytyneen nesteen määrä kasvoi merkitsevästi, kun steariinihapon määrä liimausseoksessa ylitti n. 50 %. Tähän verrattuna kortit, jotka oli käsitelty seok-15 sella, joka muodostui suurimmaksi osaksi steariinihappoan-hydridistä, imivät lähes vakiomäärän nestettä. Tämä osoittaa imeytymisen estokyvyn parantuneen merkitsevästi kartongissa, joka oli valmistettu keksinnön mukaisesti. Esimerkki 2 20 Kaupallisesti valmistettu keteenidimeeriemulsio p (Hercon , kationinen keteenidimeeri, Hercules Incorporated) ja laboratoriossa valmistettuja steariinihappoanhyd-ridiemulsioita sekoitettiin samalla tavoin kuin esimerkissä 1. Liimausyhdistelmän annos oli 1,4 tai 2,3 kg/tonni j' 25 (3 tai 5 naulaa/tonni) ja liiman koostumus oli 60/40 tai 40/60 AKD/FAA:ta, puhdas AKD tai puhdas FAA.

Laboratorioarkit valmistettiin kuten esimerkissä 1 ja niillä suoritettiin imeytymiskokeita neljässä eri nesteessä.

30 Tulokset ilmenevät alla olevasta taulukosta: Λ 95163 o

AKD/FAA

(palno-%) kg/tonni Imeytyneen nesteen määrä (g/100 cm)

A B C D

100/0 2,3 0,917 0,37 0,30 0,33 5 60/40 2,3 0,571 0,33 0,657 0,34 40/60 2,3 0,32 0,29 0,11 0,29 40/60 1,4 0,16 0,29 0,11 0,28 60/40 1,4 0,594 0,33 0,24 0,33 0/100 1,4 0,449 0,38 0,15 0,35 10 A - 50 % vesi-etanoli, 30 sekuntia 24 °C:ssa B - 1 % maitohappo, 24 tuntia 4,4 °C:ssa C - 20 % maitohappo, 30 minuuttia 38 °C:ssa D - tislattu vesi, 24 tuntia 41 eC:ssa 15 Imeytymisen erinomainen kestokyky saavutetaan käyt tämällä pääkomponenttina FAA:ta. Liimauskoostumuksella, jossa 40 % AKD:tä ja 60 % FAA:ta, saadaan olennaisesti parempi imeytymisen estokyky kuin pelkällä AKD:llä tai pelkällä FAA:lla. Keksinnöllä saavutetaan myös merkitse-20 västi parantunut imeytymisen kestokyky tekniikan tasoon verrattuna, liimausseoksella, jossa on 60 % AKD:tä ja 40 % FAA:ta.

Esimerkki 3

Valmistettiin kartonkisulppu pienessä tasoviirapa-25 perikoneessa simuloimaan täysmittaista kaupallista käyttöä. Liimauskoostumus valmistettiin esisekoittamalla kau- <R> pallinen Hercon** -keteenidimeeriemulsio ja steariinihap-poanhydridiemulsio, joka oli valmistettu samalla tavoin kuin esimerkissä 1. Liimauskoostumus lisättiin valkaistun 30 kraftmassan lietteeseen kuten normaalisti on tapana kaupallisen mittakaavan tasoviirapaperikoneessa. Sitten tuotetulla kartongilla suoritettiin imeytymiskoe. Tiedetään, että aluna ja lisätyn natriumbikarbonaatin synnyttämä suuri alkaalisuus haittaavat alkyyliketeenidimeerien tehok-35 kuutta.

Tulokset ilmenevät alla olevasta taulukosta.

!l lll.t Hill M t «I < 7 95163

Liima 100 % AKD 60/40 FAA/AKD

Liima-annos kg/t 2,09 2,18 2,13 2,13 2,13 2,13 2,13

Alunan kokonaismäärä kg/t 3,22 0,0 0,0 3,18 0,0 0,0 9,31 5 Natriumbikarbonaatti kg/t 0,0 18,5 0,0 0,0 18,5 0,0 0,0

Kalsiumkarbo- naatti kg/t 0,0 0,0 34,5 0,0 0,0 34,5 0,0

Imeytyminen 10 g/100 cm 20 % mai tohappo, 30 min.

38 eC:ssa 1,8 3,9 0,54 0,23 0,28 0,23 0,20 50 % vesi-EtOH, 30 S, 23 °C:ssa 1,7 1,7 1,7 0,55 0,63 0,55 0,79 15 Paperin, joka on valmistettu käyttäen liimausseos- ta, jossa on 60 % PAArta ja 40 % AKD:tä, imeytymisen es-tokyky on parantunut verrattuna paperiin, joka on valmistettu käyttäen puhdasta AKD:tä. Lisäksi alunan tai suuren alkaalisuuden läsnäolo ei olennaisesti vaikuta liimauksen 20 hyvyyteen. Tämä eroaa liimauksen hyvyydestä, joka aikaansaadaan paperilla, joka on valmistettu käyttäen pelkkää AKD-liimaa alunan tai suuren alkaalisuuden läsnä ollessa. Esimerkki 4

Parannus kyvyssä estää nesteen tunkeutuminen kar-j' 25 tonkiin, joka sisältää FAA/AKD-seosta, tarjoaa parantuneen vuodonestokyvyn, kun kartongista valmistettuihin säiliöihin kohdistuu tärinärasitus. Kartonkisulppu valmistettiin yllä esimerkissä 3 kuvatulla tavalla käyttäen 2,1 kg/tonni liimausseosta. Ei käytetty natriumbikarbonaattia eikä kal-30 siumkarbonaattia. Muodostuneet säiliöt täytettiin kaupallisella rasvattomalla maidolla, kaupallisella greippijuomalla, joka sisälsi hapettumisen estoainetta, ja 5-pro-senttisella etanolin vesiliuoksella. Säiliöihin kohdistettiin tärinärasitus simuloimaan trukkijakelua. Liimausseok-35 sen suorituskyvyn vertailu on esitetty alla. (AKD tyyppi 95163 8 t 1 on Hereon® kationinen alkyyliketeenidimeeri, Hercules β>

Incorporated; AKD tyyppi 2 on Keydime kationinen alkyyliketeenidimeeri, Albright and Wilson Americas, Inc.)·

5 Liimaus1 är.1 estelmä AKD 60/40 FAA/AKD

AKD-tyyppi 1 122

Alunan kokonaismäärä kg/tonni 0,45 9,5 9,5 0,45

Vuotoja/10 säiliötä 10 Rasvaton maito, 75 min. rasitus 12,0 10,5 10,5 11,0

Greippijuoma 30 minuuttia 17,2 9,2 9,0 11,2 60 minuuttia 25,5 17,0 18,8 20,8 15 90 minuuttia 27,5 22,5 22,0 24,5 5 % etanolin vesiliuos 30 minuuttia 16,7 8,0 9,0 9,2 60 minuuttia 25,0 12,8 14,5 10,2 90 minuuttia 27,5 19,5 20,5 21,5 20 Paperin, joka on valmistettu käyttäen liimaseosta, jonka pääosa muodostuu FAA:sta ja pieni osa AKD:stä, vuo-donestokyky on parantunut merkittävästi verrattuna kartonkiin, joka on valmistettu käyttäen pelkästään AKD-liimaa. Vuodot ovat vähentyneet n. 10 - n. 60 %. j* 25 Yllä olevasta ilmenee, että keksintö tarjoaa paran nuksen paperin liimaustaloudellisuudessa käytettäessä ras-vahappoanhydridejä ja alkyyliketeenidimeerejä. Keksintö tarjoaa lisäksi nesteiden tunkeutumisen ja imeytymisen parantuneen kestokyvyn keksinnön mukaisesti valmistetussa 30 kartongissa. Kartongista valmistettujen säiliöiden vuodon-*. estokyky on parantunut tärinärasituksessa. Keksintö tar joaa myös liiman, joka kestää erittäin hyvin alkoholia sisältävien nesteiden tunkeutumista.

Keksinnön erilaiset tunnusmerkit, joiden uskotaan 35 olevan uusia, ilmenevät oheisista patenttivaatimuksista.

: . ia.* 4.it. i . 4 »I t

Claims (3)

1. Paperinliimauskoostumus lisättäväksi paperiin parantamaan liimatun paperin nesteen tunkeutumisen estoky- 5 kyä ja parantamaan vuodonestokykyä, kun liimattuun paperiin kohdistuu tärinärasitus, tunnettu siitä, että koostumus muodostuu paperia liimaavan rasvahappoanhydridin ja paperia liimaavan alkyyliketeenidimeerin seoksesta siten, että rasvahappoanhydridin ja alkyyliketeenidimeerin 10 painosuhde on suurempi kuin n. 1,5:1,0 ja pienempi kuin 4,0:1,0.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen koostumus, tunnettu siitä, että paperia liimaava rasvahappoanhyd-ridi on steariinihappoanhydridi. 15

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen koostumus, tun nettu siitä, että alkyyliketeenidimeeri on johdettu palmitiinihapon ja steariinihapon seoksesta. $ 10 95163