NO783741L - Fremgangsmaate ved overflatebelegning av et substrat - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører overflatebehandling av ikke-

vevet cellulosefibermateriale, så som papir og kartong.

Ved fremstilling av papir og kartong fra cellulosematerialer

er det vanlig å påføre et limningsmiddel, enten ved våtenden eller tørrenden av- papirmaskinen, i den hensikt å forøke papirels eller kartongens motstandsevne mot fukting og inntrenging av væsker, særlig vandige væsker, og således tilveiebringe det cellulose-holdige materialet en viss grad av vannavstøtende egenskaper. Påføring av et limningsmiddel ved maskinens tørrende betegnes

normalt som overflate limning (eller ekstern limning) av papirarket eller kartongen. Forskjellige hydrofobe materialer anvendes som eksterne limningsmidler, eksempelvis naturharpiks

eller derivater derav, parafinvokser, syntetiske harpikser og kjemisk reaktive limningsmidler, eksempelvis alkylketendimerer. Eksterne limningsmidler påføres vanligvis ved hjelp av valse-påføring i limpressen ved tørrenden av papirmaskinen.

I britisk patent nr. 1.039.540 er det foreslått å påføre et

i det vesentlige tørt papirark eller kartong en flytende belegningsblanding i form av et skum, og deretter disintegrere skummet mekanisk til å gi et kontinuerlig overflate-belegg på papirarket eller kartongen, for på denne måte å redusere fukte-effekten av det tilstedeværende væskemedium i belegnings blandingen og følge-

lig nedsette mengden av den nødvendige tørking for å bringe papirarket eller kartongen til en tørr tilstand. Belegningsblandingen kan inneholde konvensjonelle belegningsmaterialer,

så som china clay, stivelse, titandioksydpigment eller kar.boksy-metylcellulose. For å fremstille skummet må belegningsblandingen inneholde et skumbart. bindemiddel, eksempelvis polyvinylidenklorid-emulsjon, og/eller et syntetisk overflateaktivt middel så som |

I !

natriumlaurylsulfat. Det er imidlertid kjent at til og med re-lativt små tilsetningsnivåer av syntetiske overflateaktive

midler, så som natriumlaurylsulfat har en ødeleggende effekt . på limningsgraden, og dette er den sannsynlige grunn til at be-legningsmetoden foreslått i det nevnte patent har blitt generelt akseptert innen papirindustrien, spesielt fordi i papirfremstillings-systemer hvor resirkulering av papir og behandlingsmaterialer finner sted, vii et syntetisk overflateaktivt middel som er tilstede .

systemet ha en tendens til å bygge seg opp i våtenden av papirmaskinen og følgelig påvirke både den indre og den eksterne limning og forårsake oppbygning av skum.

Det er velkjent innen papirindustrien at tilstedeværelse av skum

i våtenden av systemet generelt bør unngås særlig hvor resirkulering av papir og behandlingsmaterialer finner sted, fordi skum påvirker utseende og kvaliteten av det ferdige papir. Skumopp-bygning kan reduseres ved tilsetning av avskumningsmidler, men dette løser ikke problemet og forøker fremstillingsomkostningene.

Konsentrasjonen av et syntetisk overflateaktivt middel må derfor senkes ved å slippe ut noe av det resirkulerte vann til avløp og

erstatte dette med nytt vann, noe som fører til forurensnings-

. problemer.

Det er nå funnet at konvensjonelle limningsmidler, når disse er tilstede i en vandig bærer, kan oppskummes med en gass eller damp, fortrinnsvis luft, uten at det er nødvendig å anvende et syntetisk overflateaktivt middel for å danne skummet. Det er overaskende at ved å anvende et limningsmiddel, om ønsket sammen med andre papir-tilsetningskjemikalier, i form av et skum er det mulig å oppnå fordelene ved skumpåføring uten at man samtidig er belemret med de tidligere nevnte ulemper som oppstår når det anvendes et syntetisk overflateaktivt middel som skumdanningsmiddel.

Således i henhold til foreliggende oppfinnelse er det tilveiebrakt

en fremgangsmåte for ekstern limning av et papirark eller kartong

og som omfatter å påføre et overflateareal av papirarket eller

kartongen med i det minste ét limningsmiddel i form av et skum erholdtved oppskumning av en vandig oppløsning, dispersjon eller emulsjon av limningsmiddelet eller limningsmidlene med en gass eller damp, hvoretter en vesentlig del av det påførte skum ned-'

I

brytes mekanisk til å tilveiebringe en i det vesentlige jevn fordeling av limningsmiddelet eller midlene over overflaten.

Da limningsmiddelet i seg selv virker som skumningmiddel vil den

normale fiksering, presipitering eller retensjon av limningsmiddelet under fremstilling s betingelsene som hersker i papirfremstillingssystemet sikre at det ikke skjer noen uheldig oppbygning av skum-ningsmiddelet i prosessen eller i det tilhørende avløpssystem.

Det oppskummede limningsmiddel kan også virke som en bærer for tilsetningskjemikalier til papirarket eller kartongen, og følgelig er det ved hjelp av foreliggende oppfinnelse mulig å påføre samtidig et eksterntlimningsmiddel og et tilsetningskjemikalium, eksempelvis stivelse i et enkelt trinn uten noen ødeleggende inn-virkning på papirets eller kartongens limningsgrad og uten en uheldig oppbygning av et syntetisk skumningsmiddel.

Oppfinnelsen muliggjør også å forsterke limningsgraden for papir eller kartong ved passende valg av midler og betingelser.

Limningsmiddelet som kan påføres som et vandig skum, i henhold til

. oppfinnelsen, omfatter konvensjonelt anvendte limningsmidler, nemlig: 1) Lim basert på naturlig harpiks eller derivater derav.

Harpiksen kan foreligge i form av en såpe (dvs. et salt eller resinat) erholdt ved delvis eller fullstendig nøy-tralisering av harpiksen med et alkalimetall-hydroksyd

eller salt, eksempelvis natriumhydroksyd eller-karbonat.

Nøytraliseringen kan også utføres ved hjelp av en forflyktigetuorganisk eller organisk base, eksempelvis ammoniakk eller trietanolamin. Om ønsket kan harpiksen før nøytralisasjcn modifiseres ved isomerisering, dis-proposjonering, hydrogenering eller polymerisering og/ eller ved omsetning eksempelvis med formaldehyd og/eller en Diels-Alder reaktant-type, eksempelvis maleinsyreanhydrid eller fumarsyreanhydrid til å gi et addukt. Modifikasjonsprosessene kan utføres i en hvilken som helst ønsket rekkefølge. Såper av slike addukter om-tales som forsterket harpikslim og kan anvendes alene ieller i forbindelse med vanlige harpikssåper. Alterna-tivt kan harpiksen foreligge i form av en ester av

harpiksen eller ester av en modifisert harpiks. En del av den harpiksbaserte komponent av limningsmiddelet kan også erstattes av naturlig eller syntetisk voks.

Før oppskumning vil det harpiksbaserte limningsmiddel normalt foreligge i form av en vandig oppløsning, dispersjon eller emulsjon.

2) Limningsmidler basert på vokser.

Voksen kan være en naturvoks, eksempelvis parafinvoks, eller en halogenert voks eller en syntetisk voks og vil normalt foreligge i form av en vandig dispersjon eller emulsjon før oppskumning.

3) Kjemisk reaktive syntetiske limningsmidler.

Disse innbefatter ketendimerer, fettsyreanhydrider så som

distearinanhydrid, sykliske dikarboksylsyreanhydrider så som ravsyreanhydrid, styrenderivater, polyuretaner, halogenerte hydrokarboner og N,N-alkyl—substituerte aspartin-syreimider. Disse limningsmidler vil generelt foreligge i form av en vandig oppløsning, dispersjon eller emulsjon før oppskumning.

4) Overflatelimningsmidler.

Disse innbefatter stivelse, naturlige og syntetiske gummier, natriumkarboksymetylcellulose, kasein og algenater. Disse overflatelimningsmidler vil generelt foreligge i form av en vandig oppløsning, dispersjon eller emulsjon før oppskumning.

De ovenfornevnte limningsmidler kan oppskummes ved å føre en gass eller damp, fortrinnsvis luft, gjennom den vandige oppløsning, dispersjon eller emulsjon.

Om ønsket kan fremstillingen av skummet av limningsmidlene for-sterkes ved å anvende et naturlig eller syntetisk overflateaktivt middel valgt blant de som ikke har noen ødeleggende effekt på papiretseller kartongens limningsgrad. Egnede overflateaktive midler for dette formål er naturlige materialer innbefattende hydrofilie gummier avledet fra dyriske, plante- eller mikrobiele kilder, samt svartluter dannet ved oppslutning av ved. -

Som tidligere nevnt kan de oppskummede limningsmidler om ønsket virke som bærere for tilsetningskjemikalier for papirarket eller kartongen. Eksempler på tilsetningsmidler som kan påføres på denne måte innbefatter tørrstyrke-harpikser, våtstyrke-harpikser, polysakarider og derivater'derav, halogenerte hydrokarboner, farge-stoffer. Tilsetnigsmidlene kan også være et limningsmiddel som er forskjellig fra det som anvendes i skummet, hvilket muliggjør at et antall forskjellige limningsmidler kan påføres samtidig i skummet.

Den mekaniske nedbrytning av skummet etter påføring på papirarket eller kartongen kan utføres på hvilken som helst måte. F.eks.

når skummet påføres arket mens dette fremdeles er på viren eller en tilsvarende anordning kan den mekaniske nedbrytning skje ved

virkningen av sugeboksene som er anordnet tilstøtende viren eller tilsvarende anordning. Når skummet påføres papirbanen kan den

mekaniske nedbrytning utføres ved hjelp av en kniv eller et blad som utstrekker seg over hele bredden av banen, eller ved hjelp

av valser, staver eller en luftkniv. For bedre å forstå oppfinnelsen skal denne illustreres ved de etterfølgende eksempler.

Eksempel 1

Et skumdannende limningsmiddel i form av en vandig emulsjon ble fremstilt på følgende måte. En harpiksblanding på basis

av tallolje-harpiks og gummiharpiks, hvorav halvparten var behandlet med en formaldehydoppløsning i en mengde tilstrekkelig til å redusere dets krystaliserings-tendens ble omsatt med fumarsyre i en mengde tilsvarende ca. 6 vekt-% regnet på harpiksblandingen under slike betingelser at Diels-Alder reaksjonen forløp fullstendig. Denne behandlede harpiks ble smeltet og en liten mengde av et vandig, stabilisert og forsterket harpikslim (70 % tørrstoffinnhold) ble tilsatt blandingen. En natriumkaseinat-oppløsning ble fremstilt fra saltsyreharpiks (dvs. kasein pre-sipitert ved hjelp av saltsyre), og natriumhydroksyd med tilsetning av natriumlignosulfonat som emulgeringsmiddel ble tilsatt harpiksblandingen. Smeltet mineralvoks(smp. 13 0-13 5°C) ble tilsatt langsomt i et forhold tilsvarende ca. 4 deler behandlet harpiks til en del voks. Varmt fortynningsmiddel og biocidet

"N521"(0,15%, på tørr basis av 3,5-dimetyltetrahydro-l,3,5,2H-

t i adiasin-2-tion) ble deretter tilsatt til å gi et skumbart limningsmiddel inneholdende 40.2 vekt-% tørrstoff og med en partikkelstørrelse mindre enn ly m.

For å bestemme effektiviteten av dette limningsmiddel som eksternt lim, når påført i form av et skum, ble det anvendt en konvensjonell Fourdrinier papirmaskin ved fremstilling av det limede ark.

Forlimet papir ble fremstilt på konvensjonell måte på maskinen under anvendelse av den vanlige sekvens av mekaniske operasjoner. For dette formål ble papirmassen fremstilt fra 60 vekt-% nåle-tre og 30 % løvved og 10 vekt-% resirkulert avfall og ble raffin-ert til å gi en tykk masse med 3 % konsistens. Det eneste tilstedeværende fyllstoff i denne masse stammet fra det resirkulerte avfall. Til denne masse ble som våtmasselimningsmiddel tilsatt en vandig ketendimeremulsjon fremstilt fra en blandet tetradesyl/hek-sadecyl.ketendimer (fremstilt fra en blanding av palmitinsyre og stearinsyre) og dimetylaminoetylpotetstivelse,og emulsjonen inneholdt i 6 vekt-% av dimeren og 1,5 vekt-% av den kationiske aminmodifiserte stivelse. Ketendimeremulsjonen var blandet i volumforholdet 80:20, med et dicyandiamidformaldehydkondensat (konversielt

tilgjengelig produkt under handelsnavnet "Perminal FC-P"). ~ Dette masselimningsmiddel ble tilsatt tykkmassen i en mengde på 0,15 %, regnet som ketendimer basert på cellulosens tørr-vekt. Et konvensjonelt polyakrylamidretensjonshjelpemiddel ble også innarbeidet i en mengde på 0,02 vekt-% i massen som ble fortynnet til en konsistens på under 1 vekt-% og deretter formet

- til.ark på viren, presset og tørket. Etter ytteligere tørkning ble papirarket kalandrert og opprullet på konvensjonell måte. Papirarket ble umidelbart etter maskinen bestemt med hensyn til limninggrad og ytterligere undersøkt med hensyn til dets innhold av ketendimer. Papirets askeinnhold ble bestemt til ca. 3 vekt-

Etter tilstrekkelige bestemmelser hadde vist at systemet var i likevekt ble det ovenfornevnte harpiks—baserte limningsmiddel oppskummet i et skumgenereringsapparat (fremstilt av Cellier

av Aix-les-Bains, Frankrike) under de følgende betingelser:

Det erholdte skum ble påført på papirets vireside ved glitten^, hvilket forårsaket mekanisk nedbrytning av skummet etter påfø-ring. Arket ble behandlet som tidligere angitt, opprullet og undersøkt. En forbedret limningsgrad ble oppnådd sammenlignet med det opprinnelig fremstilte papir uten skumlimningsmidlet, hvilket fremgår av resultatene vist i den etterfølgende tabell:

I den viste tabell betyr OS og VS henholdsvis papirets overside og vireside.<1>som det kan sees av det viste eksempel kan det harpiksbaserte lim ningsmiddel med hell påføres som eksternt lim i form av et skum for å forbedre limningsgraden av papirarket uten at det er nødvendig å tilsette ytterligere skumningsmiddel og følgelig uten behovet for anvendelse av avskumningsmidler i papirfremstillingssystemet.

Eksempel 2

Fremgangsmåten ifølge eksempel 1 ble gjentatt bortsett fra at en oksydert stivelse ble tilsatt det skumbare limningsmiddel, slik at emulsjonen inneholdt 5 vekts% av den modifiserte harpiks/voksblan-ding og 7 vekts% av den oksyderte stivelse, og at det skummede limningsmiddel ble påført papirets overside i stedet for på viresiden.

Resultatene er som vist i den etterfølgende tabell:

Dette eksempel viser den forbedrete utlimningseffekt som opp-nåes ved hjelp av det oppskummete limningsmiddel og dets evne til å overføre et tilsetningsmiddel, såsom stivelse i skummet og således tilveiebringer en måte for simultan overflatepåfø-ring av et limningsmiddel og stivelse.

Eksempel 3

Et vandig limningsmiddel fremstilt ved forsåpning av tre og gummiharpikser med kaliumhydroksyd ble undersøkt i en laborato-riumskumcelle ved en konsentrasjon på 3 vekts%. Skum ble lett fremstilt som var tilstrekkeligt stabilt for anvendelse i henhold til foreliggende oppfinnelse.

Laboratorieskumcellen anvendt for fremstilling av skummet besto av en 3-halset 1-liters flaske med en lufttilførsel med et over-trykk på ca.1,0 kp/cm 2 i den ene halsen, kontrollert ved en ven-til og ble ført gjennom et glassrør som munnet ut nesten ved bunnen av flasken. Et kortere glassrør for oppsamling av skummet ble ført ut gjennom en annen hals og forbundet med en gummi-slange.

! I

' I flasken ble innført 500 ml av det vandige limningsmiddel for<1>oppskumning,og skumoppsamlingsrøret ble justert slik at det sto

like over væskenivå. Luften ble tilført og dannet skum ført ut gjennom oppsamlingsrøret og ført inn i en stor boks for oppsamling og eksaminasjon. Hvis det dannete skum var stabilt i 30 s ble det antatt tilfredsstillende ved dette stadium. En til-feldig standard, nemlig barberskum, ble anvendt som en indika-sjon på skumkvaliteten.

Dette forsåpede lim ble ytterligere undersøkt i formgenererings-apparatet.omtalt i eksempel 1 under de følgende betingelser:

Det ble erholdt et tilfredsstillende skum for utøvelse av opp-t finnelsen.

Eksempel 4

Et vandig limningsmiddel ble fremstilt ved forsåpning med natriumhydroksyd av en blanding av gummi og talloljeharpiks som på forhånd var behandlet med formaldehyd og omsatt med fumarsyre som forsterkningsmiddel, og deretter undersøkt i laboratorieskumcellen. Et tilfredsstillende skum ble erholdt ved en konsentrasjon på 4 vekts%.

Eksemepel 5

Et vandig limningsmiddel fremstilt ved forsåpning og stabilise-ring av natriummetasilikat av en gummiharpiks som på forhånd var forsterket under anvendelse av maleinsyreanhydrid, ble undersøkt ved hjelp av laboratorieskumcellen ved en konsentrasjon på 5 vekts%. Et tilfredsstillende skum ble erholdt. Dette lim ble ytterligere undersøkt i det tidligere omtalte skumgenereringsapparat under de følgende betingelser:.

Dette skum var stabilt og tilfredsstillende for foreliggende fremgangsmåte.

Eksempel 6

Et limningsmiddel av emulsjonstypen ble fremstilt ved å omsette den modifiserte harpiks beskrevet i eksempel 4 med tilstrekkelig ammoniakk til å forsåpe kun en del av den modifiserte harpiks og den erholdte blanding ble homogenisert til en stabil, vandig emulsjon under anvendelse av oppløseliggjort kasein som stabiliseringsmiddel. Denne emulsjon ble tilsatt 0,1 vekts% av biocidet "N521" som preserveringsmiddel, hvilket ga et tilfredsstillende skum når emulsjonen ble undersøkt i konsentrasjonsområdet 12-40 vekts%.

Eksempel 7

Et limningsmiddel av emulsjonstypen ble fremstilt ved å omsette den modifiserte harpiks beskrevet i eksempel 4 med tilstrekkelig trietanolamin til å forsåpe kun en del av den modifiserte harpiks og den erholdte blanding ble homogenisert til en stabil vandig emulsjon under anvendelse av oppløselig kasein som stabiliseringsmiddel. Denne emulsjon ble tilsatt 0,1 vekts% av biocidet "N521" som preserveringsmiddel og ga et tilfredsstillende skum ved bestemmelse i laboratorieskumcellen i et konsentrasjonsområde 12-40 vekts%.

Eksempel 8

Et limningsmiddel av emulsjonstypen ble fremstilt ved å emulgere en hydrogenert harpiks i en kaseinoppløsning. Til den erholdte emulsjon ble tilsatt natriumpentaklorfenat i en mengde på 1,7 vekts%, tørrtenkt, som preserveringsmiddel, og ved undersøkelse i skumgenereringsapparatet omtalt i eksempel 1 ble det erholdt et tilfredsstillende skum i konsentrasjonsområdet 10-40 vekts%.

i Eksempel 9 ! Et limningsmiddel av emulsjonstypen ble fremstilt fra en blanding av gummiharpiks og talloljeharpiks, som på forhånd var omsatt med formaldehyd og deretter forsterket med fumarsyre. Emulgerin-gen ble utført under anvendelse av oppløselig kasein som stabiliseringsmiddel. Til emulsjonen ble tilsatt 0,16 vekts%, regnet på tørrbasis, av biocidet "N521" som preserveringsmiddel og 0,3 vekts%, regnet på tørrbasis, natriumlignosulfonat som emulgeringsmiddel, og blandingen ga et tilfredsstilende skum i laboratorieskumcellen over et konsentrasjonsområdet på 10-40 vekts% . Skummet viste.seg også tilfresstillende når det ble oppskummet

i skumgenereringsapparatet omtalt i eksempel 1 under de følgende betingelser:

. Eksempel 10

A. En emulsjon av et ketendimerlimningsmiddel ble fremstilt ved homogenisering av ketendimeren fremstilt som beskrevet i eksempel 1 med natriumlignosulfonat som emulgeringsmiddel, og som stabiliseringsmiddel ble anvendt kasein gjort oppløselig i natriumhydroksyd. Denne emulsjon inneholdt 6 vekts% ketendimer og 1,5 vekts% oppløselig kasein. 0,3 % natriumpentaklorfenat ble tilsatt som preserveringsmiddel. Denne emulsjonen ga et tilfredsstillende skum når den ble fortynnet 2,5 ganger med vann og un-dersøkt i laboratorieskumcellen. Et tilfredsstillende skum ble også erholdt når emulsjonen ble ytterligere undersøkt i det skum-genererende apparat omtalt i eksempel 1.

B. En tilsvarende emulsjon inneholdende 6 vekts% av ketendimeren og 3 vekts% oppløselig kasein, men hvor natriumpentaklor-fenatet var erstattet med 0,06 % av biocidet anvendt i henhold til eksempel 1, ble fremstilt på tilsvarende måte. Denne emulsjon skummet tilfredsstillende under de følgende betingelser i en kom-mersielt tilgjengelig skumgenerator (E.T. Oakes Ltd.,Macclesfield, 'cheshre, England): Når denne emulsjon ble fortynnet med et tilsvarende volum vann skummet den tilfredsstillende i den ovenfor nevnte Oakes generator under de ovenfor nevnte beskrevne betingelser.

En blanding av 2 deler av denne 1:1 fortynnete 6%'ige dimer/3% oppløselig kaseinemulsjon med 1 del 5%'ig natriumkarboksymetyl-cellulose--(Hercules "Cellulose Gum PC2C") oppløsning skummet tilfredsstillende i den anvendte generator under de ovenfor gitte betingelser. Falltiden for skummet var 10% fall i løpet av 25 minutter.

Claims (8)

1. Fremgangsmåte ved påføring av et overflatebelegg på et papirark eller kartong, hvor en oppskummet belegningsblanding påføres et overflateareal av papirarket eller kartongen, hvoretter minst en vesentlig andel av det påførte skum nedbrytes mekanisk til å gi en i det vesentlige jevn fordeling av belegningsblandingen på overflatearealet, karakterisert ved at en ekstern limblanding påføres i form av et skum dannet ved oppskumning av en vandig oppløsning, dispersjon eller emulsjon av limningsmidlet ved hjelp av gass eller damp, idet limningsmidlet virker som skumningsmiddel for limblandingen.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ! i ! v e d at det som limningsmiddel anvendes naturharpiks eller I1 et derivat derav.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at naturharpiksen eller derivatet derav anvendes sammen med en naturlig eller syntetisk voks.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det som limningsmiddel anvendes en naturlig eller syntetisk voks.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at limningsmidlet er et kjemisk reaktivt syntetisk middel.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at det som limningsmiddel anvendes en ketendimer.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det som limningsmiddel anvendes et overflatelimnings-middel.

8 . Fremgangsmåte ifølge kravene 1-7, karakterisert ved at det til den skummete blanding også til-settes tilsetningskjemikalier for behandlingen av papirark eller kartong.