SE505439C2 - Förfarande för minskning av genomsläppligheten hos papper och kartong och ett ämne för användning vid detta förfarande - Google Patents

Description

10 15 20 25 30 505 439 2 barriärskyddet. Då dispersionen utsprides mellan skikten bildar den också en tillräcklig vidhäftning mellan skikten och sålunda behövs ingen limbehandling.

Det är känt att papper kan behandlas med produkter som innefattar vaxdis- persioner för att ge dem skydd mot fukt. Det är också känt att dessa produkter vanligen innehåller vanligen använda syntetiska polymerdispersioner, såsom styrenbutadien, akrylat- eller polyvinylacetatlatex som ger produkterna tillräcklig vidhäftning. Mängden latex i den totala polymerdispersionens halt av fast ämne är vanligen hög. Exempel på föregående teknik kan hittas i patentlitteraturen; tex GB 1 593 331 (J. Vase, Kemi Oy) och den finska patentpublikationen 901928 (Neusiedler AG) innehåller beskrivningar av denna teknik.

Tekniken enligt dessa uppfinningar ger en tillräcklig barriär mot vattenånga. Då emellertid mängden latex som består helt av syntetiska substanser är hög, blir produktens återanvändbarhet nedsatt som ett resultat av ansamlingen av de latexbaserade störande ämnena då sådant material används i pappersmassa. Om å andra sidan andelen vaxdis- persion i ångbarriärsubstansen höjes mycket, nedsättes dispersionens vidhäftande och limmande egenskaper samt tryckbarheten hos den behandlade ytan på grund av dess bläckavstötande egenskap.

Utgångspunkten för föreliggande uppfinning har varit att undvika föregående olägenheter genom att framställa dispersionen så, att den innehåller beståndsdelar som gyrutar nedbrytningen av den syntetiska produkten i naturen och under olika steg av återanvändningsprocesser. Detta har utförts antingen (A) genom att förena naturliga polymerkedjor (särskilt stärkelse) till latexpolymeren vid framställningsskedet, eller (B) genom att ersätta en väsentlig del av latexpolymeren med en kombinationspolymer - stärkelseympsampolymer - bestående av stärkelse och ett syntetiskt ämne. Det har visat sig att pappersprodukter som behandlats med sålunda framställda dispersioner enklare omvandlas till pappersmassa än papper som behandlats med latex gjorda enligt konventio- nella recept. Dessutom kan dispersionsresterna som bildas vid uppslagning anses vara väsentligen mindre troliga att bilda störande rester som orsakar allvarliga problem vid återanvändning av pappersprodukter behandlade med syntetiska lim. I extrema fall kan mängden syntetiska monomerer vara låg - rent av O. I själva verket nedsättes egenskaperna hos en dispersion som framställts på detta sätt, i och med att beläggningssubstansens vidhäftning blir låg, men en sådan dispersion kan fortfarande finna användning i mindre krävande situationer.

Såsom understrykes i det föregående, finns tillämpningar för dispersioner BNSDOCID: BNSDCCID 10 15 20 25 30 3 505 439 framställda enligt uppfinningen främst i samband med förpackningsmaterial och omslag som förutsättes uppvisa vissa fukt- och ångbarriäregenskaper. I dessa fall kan dispersionen användas i stället för konventionella plast/papper-Iamineringslösningar, vilka är icke återanvändningsbara, samt mycket långsamt nedbrytningsbara i naturen på grund av sin plastkomponent.

Då dispersioner som framställts enligt föreliggande uppfinning används, nedbrytes de resulterande pappersprodukterna förhållandevis snabbt i naturen. Jämfört med pro- dukter framställda med användning av helt syntetiska latex, är nedbrytbarheten hos produkter behandlade med dispersioner framställda enligt uppfinningen också bättre på grund av att de stärkelsekomponenter som ingår i dispersionen och polymerstrukturen ger ett naturligt substrat för naturligt förekommande nedbrytande hydrolytiska enzym. En polymerdispersion som ger bättre återanvändnings- och nedbrytningsegenskaper, och framställes på det sätt som beskrives i det föregående, har avsevärda barriäregenskaper att erbjuda som sådan. Om nödvändigt kan ångbarriäregenskapema modifieras vidare medelst tillsatser såsom en vaxdispersion.

I det följande beskrives sätt enligt vilka polymerer som utgör dispersionens stomme kan framställas.

(A) Framställning av latexhaltig stärkelse i en polymerstruktur.

Principen här är att reaktionsmediumet som används vid framställning av latex medelst emulsionspolymeriseringsförfarandet är en vattenlösning som innefattar konventio- nella tillsatsmedel, såsom initieringsmedel som verkar som katalysatorer (persulfater, peroxider) och ytaktiva ämnen och stärkelse löst i vattenfasen genom upphettning. Då detta är fallet, orsakar initieringsmedlen att radikaler bildas på stärkelsestrukturen och dessa radikaler fungerar sedan som begynnelsecentrum för polymeriseringsreaktionen.

Med andra ord erhåller man stärkelseympsampolymer-material, i vilket de bildade polymerkedjorna av de syntetiska monomema som används är kovalent anordnade till stärkelsestrukturen, förutom de helt syntetiska material som bildats vid normal emulsions- polymerisation.

Eftersom nativ stärkelse - oberoende av sitt ursprung - är en makromolekylär förening och vattenlösningar av densamma har mycket höga viskositeter också vid mycket låga koncentrationer fast ämne, måste man först minska molekylstorleken hos stärkelsen eller lämpligen använda kommersiellt tillgängliga stärkelsekvaliteter som vanligen har spjälkats upp medelst oxidation. I det fall att användaren önskar utföra den oxidations- baserade uppspjälkningen i anslutning till reaktionen, kan detta utföras med användning av 50543902 l :- 10 15 20 25 30 505 459 4 ett känt förfarande med fördel som det första steget i reaktionen, genom användning av oxiderande initieringsmedel som fungerar som polymerisationskatalysatorer.

För att viskositeten hos polymerdispersionen som erhållits som slutprodukt skall falla inom det lämpliga intervallet och för att den skall bli konstant på ett reproducerbart sätt, måste man iaktta stor noggrannhet för att säkerställa att graden av spjälkning av stärkelsen alltid är exakt den som fordras. Detta kan utföras medelst viskositetsbestäm- ning, slutgruppsanalys eller gelpermeationskromatograñ. Den stärkelse som används initiellt i följande exempel är antingen en kommersiell, väteperoxidoxiderad potatisstär- kelse Raisamyl 302P® med en viskositet av 20-30 mPas då den används som en 10- procentig lösning vid en temperatur av 60°C eller nativ potatisstärkelse som har spjälkats upp enzymatiskt med alfa-amylas, vilken uppvisar en temperaturstabilitet med avseende på Bacillus licheniformis på det sätt som beskrives i exemplet.

Exempel 1 (A1) sedan till ett trycksäkert reaktorkårl. Blandningens temperatur höjdes till 100°C under en 34,30 g oxiderad stärkelse Raisamyl 302P® sattes till 150 g vatten och överfördes period av 20 minuter för att lösa upp stärkelsekornen. Efter detta kyldes blandningen till 70°C varpå en lösning innehållande 2,5 g natriumlaurylsulfat i 50 ml vatten tillsattes. En monomer blandning innehållande 116, 8 g styren, 73,9 g butadien, tvättad med en lösning av lut och 3,0 g aktylsyra tillsattes sedan gradvis till blandningen under en tidsperiod av 2 timmar. Initieringslösning som innehöll 3,0 g ammoniumpersulfat i 70 g vatten tillsattes från en annan tryckbyrett. Polymerisationsreaktionen fick sedan fortsätta under 12 timmar.

Slutprodukten var en vit dispersion med en halt fast ämne av 45,8 % och en viskositet av 890 mPas mätt med en Brookfield LVT-viskometer med användning av mäthuvud nr 2 vid 2100 r/min. Mätningama utfördes efter att produkten hade neutraliserats med NaOH till pH 6,8. Produktens beräknade stärkelsekoncentration var 13 %.

Exempel 2 (A2) för att lösa upp stärkelsekornen. Efter detta sattes 2,5 g natriumlaurylsulfat i 50 ml vatten 34,5 g oxiderad stärkelse sattes till 150 g vatten och kokades under 20 minuter till lösningen samt katalysatorlösningen och monomerlösningen såsom beskrivits i samband med exempel 1. Monomerlösningens sammansättning var i detta fall 146 g vinylacetat och 22 g butylakrylat. Reaktionen läts fortgå under 14 timmar. Den neutraliserade produktens torrsubstanskoncentration var 40,8 % och dess viskositet 600 mPas vid en temperatur av 25°C.

Exempel 3 BNSDOCID: ENSDOCIÜ 10 15 20 25 30 505 459 5 (A3) 49,4 g oxiderad stärkelse sattes till 370 g vatten och kokades under 20 minuter för att lösa upp stärkelsekornen. Reaktionsblandningen var försedd med en inert atmosfär medelst ett kväveflöde. Därefter tillsattes 0,1 g CuSOd följt av tillsatsen under en period av 1,5 timmar av en monomer blandning, bestående av 75 g akrylsyra och 53 g akrylnitrit i droppform. Detta åtföljdes av en motflödande tillsats till reaktionsblandningen av 6 g 30- procentig väteperoxid under en period av 2 timmar. Reaktionen läts fortgå under 11 timmar vid en temperatur av 70°C. Den sålunda erhållna produkten var en vit dispersion med en torrsubstanshalt av 26,3 %.

Exempel 4 (Bl) fuktmängd av 16 % blandades i 220 g vatten. Detta följdes av en tillsats av 0,05 E/g Framställning av stärkelsesampolymer. 250 g nativ potatisstärkelse med en stärkelse av alfa-amylas med en ternperaturstabilitet med avseende pà B. lichenifonnis och med ett aktivitetsvärde av 984 E/ml. Under kraftig omrörning av suspensionen höjdes dess temperatur till 90” och hölls vid detta värde under 30 minuter. Som ett sätt att avsluta den enzymatiska aktiviteten tillsattes 0,5 rnl 30-procentig väteperoxid och temperaturen sänktes till 60°C. Ett kväveflöde leddes in i reaktionsblandningen, 0.2 g CuSOq tillsattes och 38 g styren och 6 g 30-procentig väteperoxid tillfördes i droppform samtidigt under en period av 1,5 timmar. Reaktionen läts fortgå under ytterligare 2 timmar varpå den resulterande vita dispersionen kyldes till rumstemperatur. Dispersionens viskositet vid 25°C var 670 mPas och dess torrsubstanshalt var 51,8 %.

Exempel 5 (B2) En stärkesleymppolymer framställdes på det sätt som beskrives i exempel 3 i det föregående, med användning av butylakrylat (75 g) som monomeren för ympning.

Mängden stärkelse var 209 g och den sattes till 217 g vatten. Den resulterande produkten var en gulaktig dispersion med en viskositet vid rumstemperatur av 610 mPas och en torrsubstanshalt av 50,5 %.

Exempel 6 Detta exempel beskriver sammansättningarna hos de formuleringar som slutligen utströks på pappersytan, vilka innefattade dispersioner enligt exemplen 14 och kontroll- forrnuleringar samt egenskaperna hos de papper som behandlades med dem. LD460 är en styrenbutadienlatex, framställd av Raision Lateksi Oy, RN1125 är en vinylacetatakrylat- latex, framställd av Rasional Oy, vahad är en vaxdispersion som innefattar paraffin med ett smältintervall av ca 50-70°C.

Med användning av en bestrykningsmaskin för laboratorieförhållanden (Endu- ëfl54-.åf-KÉ '~ 505 439 6 papp) utströks dispersionen pá kartong (vikt 190 g/mz). Kattongens genomsläpplighet för vattenånga (WWP) uppmättes sedan i enlighet med förfarandet ISO 258-1974 (enhet: glm2/24h). PM = mängden utstruken dispersion (g/mz).

Värdet PA i tabellerna avbildar uppslagningsbarhetsegenskaperna hos behandlad 5 kartong. Värdet är erhållet på följande sätt: den behandlade kartongen bröts ner enligt förfarandet SCAN-C 18:65. Det uppslagna materialet formades till laboratorieark (vikt ca 100 g/mz). Arkens kvalitet uppskattades med användning av en skala från 0 till 5 i vilken 0 indikerar god uppslagningsbarhet (ingen uppsamling av ytbehandlingsmaterial observera des) och 5 indikerar dålig uppslagningsbarhet (ett flertal ansamlingar av ytbehandlingsäm- 10 nen eller ojämnhet pà grund av ofullständig nedbrytning av materialet).

Tabell l m az n: na Rs ne m ne Rs mo m1 Loaso 160 - - - - " 70 70 60 90 r 11111125 - too - - - - - - ~ ~ - 15 A1 - - 100 90 - - - - _ ' ' A2 - - - - 100 - - - - " ' A3 _ _ - - - 1oo - - - - - 51 _ _ - - - - 30 - 30 - - az - - - - - ~ r 30 _ ' " vallad - - - 10 - - - - 10 10 - PM 17.8 20.2 19.9 18.7 21.0 20.3 19.4 20.3 20.1 18.0 o 20 wwp 29 se 32 v 36 4 21 se s s 1s1 PA s 3 2 2 o o 1 1 1 4 o Exempel 7 25 I detta exempel formas två bitar av kartong till en laminerad produkt med användning av en dispersion som framställts enligt uppfinningen. Dispersionema R3, R6 och RS utströks på kartong i mängder som motsvarar ca 20 g/ml av fast substans.

Omedelbart efter detta steg pressades ett annat ark av samma kartong mot den behandlade ytan och den sålunda bildade larninerade produkten läts torka. Resultatet av lirnningsför- 30 farandet bedömdes på basen av fiberavrivningen som bildades då de tvâ skikten separera- des från varandra (total ñberavrivning är lika med utmärkt vidhäftning). Laminaterna undersöktes också med avseende på sina ångbarriärvârden.

BNSDOClD: 505 439 7 "Fabell 2 Fibcravrivning WWP (g/m2/24h) 5 RB Fullständig 29 R6 Fullständig 9 R7 Fullständig 28 R9 Nästan fullständig 12 10 ------- -- BNSÜCCID

Claims (13)

10 15 20 25 30 505 459 8 Patentkrav

1. Förfarande for minskning av gas- och ànggenomsläppligheten hos papper eller kartong genom att det bestrykes med ett bestrykningsmedel som innefattar en eller flera polymerdispersioner, k ä n n e t e c k n a t därav, att polymeren som används i bestrykningsdispersionen åtminstone delvis innefattar modifierad stärkelse.

2. Bestrykningssubstans för ett förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att komponenten som innefattar stärkelse har framställts genom ympning av upplöst, uppspjälkad stärkelse i vattenfas medelst en monomerblandning genom inmatning av monomerblandningen i en vattenfas som innefattar 2-25 % stärkelse, beräknat på den slutgiltiga dispersionens halt av fast substans.

3. Bestrykningssubstans enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d därav, att polymer- dispersionens stärkelsehaltiga komponent har framställts med användning av en mono- merblandning som innefattar styren och butadien som sina huvudsakliga beståndsdelar.

4. Bestrykningssubstans enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d därav, att polymer- dispersionens stärkelsehaltiga komponent har framställts med användning av en mono- merblandning som innefattar estrar av vinylacetat och akrylsyra och lâgalkoholer (metyl, etyl, propyl eller butyl) som sina huvudsakliga beståndsdelar.

5. Bestrykningssubstans enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d därav, att polymer- dispersionens stärkelsehaltiga komponent har framställts med användning av en monomer- blandning som innefattar akrylsyra och akrylnitril som sina huvudbestándsdelar.

6. Bestrykningssubstans enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att polymer- dispersionens stärkelsehaltiga komponent har framställts genom ympning av omättad monomer till den uppspjälkade stärkelsen i mängder som motsvarar 0-50 % av mängden stärkelse.

7. Bestrykningssubstans enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a d därav, att polymer- dispersionens stärkelsehaltiga komponent har framställts genom ympning av en styren- monomer till uppspjälkad stärkelse.

8. Bestrykningssubstans enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a d därav, att polymer- dispersionens stärkelsehaltiga komponent har framställts genom ympning av en esterrno- nomer bildad av akrylsyra och làgalkoholer till den uppspjälkade stärkelsen.

9. Bestrykningssubstans för minskning av genomsläppligheten hos papper eller kartong, k ä n n e t e c k n a d därav, att den innefattar en polymerdispersion som innefattar 10-100 % stärkelsehaltiga polymerkomponenter och 0-90 % av en stärkelsefri komponent samt 0-30 % av en vaxdispersion. BNSDOCID: 5Û5 439 9

10. Bestrykningssubstans enligt krav 9, k ä n n e t e c k n a d därav, att den stärkelsefria polymerdispersionen är styrenbutadienlatex.

11. Bestrykningssubstans enligt krav 9, k ä n n e t e c k n a d därav, att den stärkelsefria polymerdispersionen är vinylacetat-akryilatex. 5

12. Bestrykningssubstans enligt krav 9, k ä n n e t e c k n a d därav, att smältpunkten för det vax som använts i dispersionen är ca 5Û-70°C.

13. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att bestrykningssub- stansen utstrykes mellan två eller flera pappers- och/eller kartongskikt och att skikten vidhäftas till varandra med användning av bestrykningssubstansen. BNSDOCiD