SE446754B - Sett att behandla cellulosamassafiber for att nedbringa bindningskraften mellan fibrerna - Google Patents

Description

10 40 446 754 2 finfördelningsbenäget trämassaark. Vissa fördelar beträffande underlättad finfördelning och egenskaperna hos den resulteran- de luftlagda produkten uppnås visserligen med användning av dessa katjonaktiva ämnen men dessa, t.ex. dimety1(dihydrogenerad talg) kvaternär ammoniumklorid, ger en underlättad finfördel- ning av ett trämassaark på bekostnad av avsevärda nackdelar beträffande såväl absorptionshastigheten och den totala absorptionskapaciteten hos resulterande luftlagda produkter. Även om ett trämassaark utan impregnering med ytaktivt ämne är svårt att finfördela eller fibrisera vid framställningen av luftburna fibermassor för avsättning på perforerade element under den luftlagda processen, är egenskaperna beträffande såväl absorptionshastighet som absorptionskapacitet hos den luftlagda mattan framställd av sådana material faktiskt över- lägsna egenskaperna hos mattor framställda av trämassaark impregnerade med ett katjoniskt bindningshämmande medel.

I US patentskriften 3 55N 862 beskrives ett sätt att göra ett träfibermassaark lätt fibriserbart genom att partíellt bind- ningshämma de normalt självbindande fibrerna i arket genom impregnering av en våt uppslamning av trämassa med ett kat- jonaktivt ämne med lång kolkedja, forma uppslamningen till ett _ ark och torka arket. Vid efterföljande mekaniska fibrisering av detta torra massaark erhålles en mjuk fluff med ett mini- mum av oönskade kvarvarande partiklar och minimalt skadade fibrer. Denna fluff luftläggs för bildning av mattor med bra höjd, fuktabsorption och styrka. De ytaktiva ämnen, som uppges användbara som bindningshämmande medel är katjoniska ämnen med lång kolkedja med minst 12 kolatomer i minst en alkylkedja och belysande specifika exempel på dessa är fettdialkyl-kvaternära ammoniumsalter, monofettalkyl-tertiära aminsalter, primära aminsalter och omättade fettalkylaminsalter.

När ett katjoniskt ämne sättes till en massauppslamning attraheras den till de negativt laddade cellulosafibrerna.

Genom adsorptionen av den katjoniska föreningen på ytan fri- läggs kolvätekedjorna och den tunna hydrofoba beläggningen förhindrar någon omfattande utveckling av fiber-fiberbind- ningar. Den mekaniska fibriseringen av den torkade massan un- derlättas sålunda. Denna hydrofoba film på fiberytan nedbringar H0 446 754 emellertid även vattenabsorptionsförmågan hos den normalt höghydrofila cellulosan. Denna minskade absorptionsförmâga är ej önskvärd när fluff som framställts av denna massa skall användas i produkter, som man önskar vara högabsorberande, såsom bindor och andra sanitetsprodukter. Även om vätbarheten hos fibrerna i denna fluff kan förbättras genom en efter- följande behandling med ett vätmedel krävs dock för detta ett extra behandlingssteg.

Ett huvudsyfte med föreliggande uppfinning var därför att ta fram en komposition och ett sätt, som kan utnyttjas för att hämma bindningen mellan fibrerna i cellulosafluffmassa,_varige- nom nackdelarna med känd teknik undanröjes. Ett annat syfte är att tillhandahålla en komposition och ett sätt för att hämma bindningen mellan fibrer i cellulosafluffmassa, som fungerar inom ett brett område av koncentrationer och fysikaliska miljöer. Dessa och andra syften och fördelar med uppfinningen framgår av den efterföljande beskrivningen.

För att uppfylla nämnda syften innefattar uppfinningen de sär- drag, som närmare beskrives nedan och i efterföljande patent- krav, varvid efterföljande beskrivning anger i detalj vissa illustrativa utföringsformer av uppfinningen, vilka dock en- dast antyder några få av de olika sätt, på vilka uppfinningens principer kan utnyttjas.

Uppfinningen bygger i korthet på upptäckten att tillsatsen av en relativt liten mängd av en komposition innefattande en N,N-dimetylamid av en rak karboxylsyra och ett katjonaktivt ämne till våta cellulosamassafibrer är mycket effektiv som fiberbindningshämmande medel och att en sådan komposition har ringa eller ingen menlig effekt på fibrernas hydrofila egen- skaper.

Innan uppfinningen illustreras med specifika utföringsexempel kan det vara på sin plats att allmänt informera om de material, som erfordras vid förfarandet.

Lämpliga N,N-dimetylamider av karboxylsyror framställas av raka karboxylsyror-innehållande 12-18 kolatomer. Även om H0 446 754 Å vilken som helst karboxylsyra innehållande 12-18 kolatomer är -lämplig vid förfarandet, föredras sådana som innehåller 18 kolatomer, eftersom dessa syror är lätt tillgängliga 1 stora kvantiteter till låga priser. Dessa föredragna syror känne- tecknas vidare av att de uppvisar minst en kol-koldubbelbind~ ning. Som exempel på syror inom denna kategori må nämnas olje- _syra, linolsyra, linolensyra, ricinolsyra och blandningar där- av. Lämpliga är även de blandade syror som finns i tallolja, ericinolja, majsolja, bomullsfröolja, linolja, olivolja, jord- nötsolja, rapsfröolja, safflorolja, sesamolja och sojaolja.

En för användning enligt uppfinningen särskilt lämpad bland- ning av karboxylsyror är den, som är tillgänglig på marknaden som talloljefettsyror under varubeteckningen "Unitol ACD Special". En typisk analys av denna produkt återges nedan: Typisk analys.

Fettsyror, procent 97,5 Hartssyror, procent 1,0 Oförtvâlbara ämnen, procent 1,5 Linolsyra, procent 45,1 Oljesyra, procent U9,5 Mättad syra, procent 1,6 Syratal 195,0 Förtvålningstal 197,0 Färg, Gardner 3,0 specifik vikt,.25° c/25° c ' 0,902 Titer, °c 2,0 Flampunkt, °c 193 Brinnpunkt, °c 217 N,N-dimetylamiderna i dessa talloljefettsyror benämnes nedan DMA.

Lämpliga katjoniska ytaktiva ämnen för användning enligt upp- finningen inkluderar sådana med alifatisk, karbocyklisk eller heterocyklisk karaktär. Inkluderade är även baserna eller deras salter.

Specifika exempel på katjoniska ämnen, som visat sig vara sär-- skilt lämpliga för användning i samband med uppfinningen, är 40 446 754 följande: Monosojatrimetylammoniumklorid Monokokostrimetylammoniumklorid .

Monobomullsfröoljatrimetylammoniumklorid Monostearyltrimetylammoniumklorid Monooleyltrímetylammoniumklorid Di(hydrogenerad talg)dimetylammoniumklorid Dilauryldímetylammoniumklorid Monopalmityltrimetylammoniumkloríd Distearyldimetylammoniumklorid Dikokosdimetylammoniumklorid Myristyldimetylbensylammoniumklorid Disojametylbensylammoniumklorid Dioleylmetylbensylammoniumklorid Mono(hydrogenerad'talg)trimety1ammoniumklórid Metylbis(2-hydroxietyl)kokoammoniumklorid Metylpolyoxietylen(15)kokoammoniumklorid Alkyl(C12-C18)dimetylbensylammoniumklorid Alkyl(C12-C18)trimetylammoniumklorid Hexadecylaminacetat Oktadecylaminacetat Kokosaminacetat Talgaminacetat' Di(hydrogenerad talg)aminacetat Vad beträffar mängdenaav de två komponenterna ingående i kompositionen, kanëæ variera enligt följande: 10-90 vikt! av det katjoniska ämnet och 90-10 víktí av dimetylamíden av karboxylsyran. Det har allmänt visat sig att utmärkta bind- ningshämmande resultat uppnås när kompositionen användes i en mängd varierande mellan 0,1-2,0 delar per 100 delar cellu- losamassafiber, räknat på den torra vikten av fibern. Själv- fallet kan större kvantiteter användas men detta är i allmän- het ej önskvärt eftersom kostnaderna stiger utan att man sam- tidigt får några förbättrade resultat.

För att ytterligare belysa uppfínningens natur återges nedan ett antal utföringsexempel. Uppfínningen skall dock ej anses begränsad till dessa specifika betingelser eller villkor som _10 åqåuttrycktes som en procentfaktor framtagen på fölfiande sätt: _Ä0 446 754 _ 6 är angivna i dessa exempel utan uppfinningen begränsas endast 4 *av vad som anges 1 efterföljande patentkrav.

Tillsatserna enligt uppfinningen användes vid behandling av våtblekt tallvedskraftmassa i form av en vattenuppslamning med en cellulosamassakonsistens av 0,5%. Handark formades av pappersmassan på en arkläggningsmaskin för laboratoriebruk för framställning av ark med måtten 20 x 20 cm och vikten 120 g/m2.

Sedan arken formats, pressats och torkats enligt standard- metoder utvärderades den bindningshämmande effekten genom att bestämma den inre bindningsstyrkan hos dessa ark med hjälp av en Scott Internal Bond Tester beskriven i TAPPI UM-N03.- Effekten på fibermassans hydrofilicitet utvärderades genom att mäta vattenabsorptionen hos dessa ark med Klemm's metod beskriven i SCAN P-13:6U. Den bindningshämmande effekteni (Inre bindning hos behandlat massaark) x 100 Inre bindningsfaktor = Inre bindning hos obehandlat massaark Den obehandlade massan skulle sålunda ha en inre bindningsfak~ tor 100 och bindningshämmad massa skulle ha inre bíndningsfak- torer under 100. Ju lägre denna faktor är ju större är graden av bindningshämmande effekt. Effekten av tíllsatserna på den vattenupptagande förmågan uppmättes med Klemm's metod uttryckt som den höjd (mm) som vatten uppnår i en vertikal remsa av massaarket vid en bestämd tid (10 min) efter det att remsan doppats 10 mm i vattenf Av värdena från denna Klemm's test framräknades en procentfaktor enligt följande: (mm vattenabsorption hos behandlat massaark) x 100 mm vattenabsorption hos obehandlat massaark ' - Hydrofiiicifietsfaktor Å Obehandlad massa uppvisar sålunda en hydrofilitetsfaktor 100.

Hydrofilitetsfaktorer under 100 indikerar en reduktion av vat- tenupptagníngsförmågan och ju lägre denna faktor är desto större är reduktionen i vattenupptagande förmåga.

Exempel 1 _ _ Tillsats A framställdes genom att blanda 50 viktí DMA med 55 U0 7 446 754 50 vikt% av en 80 vikt;-ig lösning av n-alkyl (501 Cia, 40% C12 och 10% C16) dimetylbensylammoniumklorid, Tillsats A in- nehöll sålunda 50% DMA och Ä0% katjoniskt ytaktivt ämne. I jämförande syfte testades komponenterna i tillsatsen A var för sig som bindningshämmande tillsatser..

Tillsats B bestod enbart av DMA och tillsats C bestod enbart av den 80%-iga lösningen av n-alkyldimetylbensylammonium- kloriden.

Av nedanstående tabell 1 framgår de resultat som uppnåddes med dessa tre tillsatser när de utvärderades enligt ovan angivna testmetoder. Behandlingsmängden är angiven i víkt%, räknat på den torra vikten av massan.

Eabell I Behandlings- Inre bindnings- Hydrofilicitets- Tillsats mängd (%) faktor faktor ingen - 100 100 A 0,5 53 98 B 0,5 100 95 C 0,5 100' 80 Dessa resultat visar att tillsatsen A är ett utmärkt bind- ningshämmande medel, som reducerar den inre bindningsstyrkan hos den behandlade cellulosamassan till 53% av värdet hos den ursprungliga obehandlade massan. Komponenterna i tillsatsen A, dvs. tillsatserna B och C, uppvisade emellertid vid använd- ning var för sig för behandling av denna massa ingen bindnings- hämmande effekt. En verklig synergism är sålunda demonstrerad mellan de två huvudsakliga komponenterna i tíllsatsen använd enligt uppfinningen.

Exempel 2 Tillsats D framställdes genom att blanda 50 viktß DMA med 50 vikt% av en 75%-ig aktiv lösning av di(hydrogenerad talg)- -dimetylammoniumkloríd. Den senare är en kommersiellt till- gänglig produkt försåld under varubenämningen "Arquad 2HT75" beskriven i US patentskriften 3 395 708 och använd som bind- ningshämmande medel vid framställning av cellulosafluffmassa. 50 446 754 _ 8 Tillsatsen D innehöll sålunda 50% dimetylamíder och 37,51 katjonaktivt ämne. I jämförande syfte användes "Arquad 2HT75“ separat vid testerna under beteckningen tillsats E.

Nedanstående tabell II visar resultaten som uppnåddes med dessa tvâ tillsatser. Tillsatsen B beskriven i exempel 1 ut- gjorde den andra komponenten i tillsatsen D och de uppnådda resultaten därav är upprepade i tabell II i jämförande syfte.

Tabell II Behandlings- Inre bindnings- Hydrofilicitets- Tillsats mängd (Z) faktor " faktor . ingen - 100 100 D 0,5 42 _ 80 E 0,5 49 šü B 0,5 100 . è5 Dessa resultat visar att kombinationen av en kommersiellt an- vänd kvaternär ammoniumklorid som bíndningshämmande medel tillsammans med DMA enligt föreliggande uppfinning ger en för- bättrad bindningshämmande effekt. Den vattenabsorberande för- mågan hos massan behandlad med den nya kombinationen är också mycket bättre än hos massa, som behandlats med enbart den kommersiella produkten.

Exempel 3-15 En serie tillsatser framställdes enligt uppfinningen med N,N- -dimetylamider av olika fettsyror och med användning av olika katjoniska ämnen. Proportionerna mellan N,N-dimetylamiderna och de katjonaktiva ämnena varierades också. Resultaten av dessa tester på samtliga tillsatser återges i nedanstående tabell III. Sammansättningen på tillsatserna anges nedan.

Tillsats F=' 50% DMA % monostearyltrimetylammoniumklorid % lösningsmedel 50% DMA % monosojatrimetylammoniumklorid % lösningsmedel Tillsats G: Tíllsats Tillsats Tillsats Tillsats Tillsats Tillsats Tillsats Tillsats Tillsats Tillsats Tillsats 50% 38% 12% 50% 27% 23% 33% 54% 13% % ßuz 16% 67% 27% 6% 80% 16% Uß 50% ü0% % 50% H01 1ø% 50% uo% % 50% 50% 50% _ 50% 9 446 754 DMA díkokosdimetylammoníumklorid lösningsmedel 1 DMA a1ky1(c16)aimecylóensylammoniumklorid lösningsmedel DMA n-alkyldimetylbensylammoniumkloríd enligt exempel 1 lösningsmedel DMA n-alkyldimetylbensylammoniumklorid enligt exempel 1 lösningsmedel DMA n-alkyldimetylbensylammoniumklorid enligt exempel 1 lösningsmedel DMA n-alkyldimetylbensylammoniumklorid enligt exempel 1 lösningsmedel N,N-dimetylamider av biproduktsyror från dimeriseringen av tallfettsyror n-alkyldimetylbensylammoniumklorid enligt exempel 1 lösningsmedel N,N-dimetylamider-av sojaoljafettsyror n-alkyldimetylbensylammoniumklorid enligt exempel 1 lösningsmedel N,N-dimetylamider av oljesyra n-alkyldímetylbensylammoniumklorid enligt exempel 1 lösningsmedel DMA bis(2-hydroxietyl)oleylaminacetat DMA kokosaminacetat 446 754 10 Tabell III "'Behandlings-u Inre bindnings- Hydrofilici- Ex. Tillsats mängd (X) faktor tetsfaktor F 0,5 39 93 G 0.5 113 ' 95 H 0,5 30 107 I 0,5 43 105 J 0,5 50 98 K 0,5 57 95 L 0,5 53 95 M 0,5 61 95 11 N 0,5 55 88. 12 P 0,5 09 88 13 Q 0,5 ' 50 80 14 R 0,5 M5 83 S 0,5 ss ' 83 Exempel 3-6 visar att en rad kvaternära ammoniumföreningar är lämpliga katjoniska ämnen enligt uppfinningen. Exempel 5 och 6 visar också att behandling med tillsatser enligt uppfinning- en ibland ökar hydrofiliciteten jämfört med hos den ursprung- liga massan. Exempel 7-10 visar att mängderna av de två huvud- komponenterna kan variera inom vida gränser och ändå ge en god bindningshämmande effekt. Exempel 11-13 visar att N,N-dimetyl- amider av en rad fettsyror är lämpliga enligt uppfinningen.

Exempel 14 och 15 visar att katjoniska ämnen andra än kvaternära ammoniumföreningar också är lämpliga för uppfin- ningen. Även om specifika utföringsformer av uppfinningen har blivit beskrivna är det underförstått att uppfinningen ej är begränsad därtill, eftersom många modifieringar kan utföras. Avsikten är därför att efterföljande patentkrav skall täcka alla sådana ' modifikationer som faller inom ramen för uppfinningen.

Claims (16)

10 15 20 25 30 35 HO 11 446 754 Patentkrav

1. Sätt att behandla cellulosamassafiber för att nedbringa bindningskraften mellan fibrerna och därmed förläna en lägre grad av mekanisk hållfasthet åt därav formade fiberbanor och samtidigt bibehålla goda hydrofila egenskaper hos fibrerna, varvid till en uppslamning av cellulosafibrerna före eller under överförandet av uppslamningen till en fíberbana sättes en blandning innefattande 10-90 vikt% av ett katjoniskt yt- aktivt ämne och 90-10 viktí av en dimetylamid av en rak karboxylsyra, k ä n n e t e c k n a t av att karboxylsyran innehåller 12-18 kolatomer och ingår i en mängd av mellan 0,1-2,0 delar per 100 delar cellulosamassafibrer, räknat på den torra vikten av fibern.

2. sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att den raka karboxylsyran är línolsyra.

3. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att den raka karboxylsyran är oljesyra.

4. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att den raka karboxylsyran är stearinsyra.

5. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att den raka karboxylsyran är en blandning av raka karboxylsyror innehållande 18 kolatomer och minst en kol-kol-dubbelbind- ning.

6. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att den raka karboxylsyran är en blandning av syror härrörande från tallolja.

7. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att den raka karboxylsyran är en blandning av syror härrörande från sojaolja.

8. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att det katjonaktiva ämnet är en alky1(C12-C18)dimetylbensylammonium- klorid. - 10 15 20 25 30 446 754 12

9. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att det '__katjonaktiva ämnet är en alkyl(C12-C18)trimety1ammoniumk1orid.

10. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k_n a t av att det katjonaktiva ämnet är en dialkyl(C12-C18)dimetylammoniumklorid.

11. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att det katjonaktiva ämnet är en día1kyl(C12-C18)metylbensylammonium- kloríd.

12. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att det katjonaktiva ämnet är ett salt av en primär alkylamin.

13. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att det katjonaktiva ämnet är ett salt av en sekundär alkylamín.

14. Sätt enligt krav 1, k ä-n n e t e c k n a t av att den raka karboxylsyran är en blandning av syror härrörande från tallolja och det katjonaktiva ämnet är hexadecyldimetyl- bensylammoniumklorid. '

15. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att den raka karboxylsyran är en blandning av syror härrörande från sojaolja_och det katjonaktiva ämnet är hexadecyltrimetylammo- _niumklorid.

16. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att den raka karboxylsyran är en blandning av syror härrörande från sojaolja och det katjonaktiva ämnet är hexadecyldimetyl- bensylammoniumklorid.