SE510828C2 - Förfarande vid framställning av cellulosamassa med användning av en kvartär ammoniumförening - Google Patents

Description

15 20 25 30 510 828 2 Olika åtgärder brukar tillgripas för att minska problemet med statisk elektricitet. Luftfuktigheten i lokalen kan höjas, massan kan sprayas med vatten och neutralsalter kan tillsättas massan redan i massafabriken. Dessa åtgärder, som är inriktade på att öka den elektriska ledningsförmågan, har dock i praktiken visat sig vara otillräcklig vid torr- defibrering av cellulosamassa. Det är även väl känt att katjoniska föreningar, exempelvis tertiära och kvartära ammoniumföreningar med långkedjiga alkylgrupper kan till- sättas cellulosamassan före eller under dess våtformering till ark för att göra massaarket lättare att torrdefibrera.

Se exempelvis amerikanskt patent 3 554 862. En nackdel med detta förfarande är dock att man samtidigt får en försämring av den torrdefibrerade massans vätningshastighet, vilken uppenbarligen inte är önskvärt för sådana absorberande produkter som det här är fråga om. Det är vidare känt att föreningar av denna typ i andra sammanhang används som antistatmedel.

Det har nu visat sig att cellulosamassa med låg benägenhet att vid torrdefibrering ge upphov till statisk elektricitet och med bibehållen god vätbarhet eller till och med något förbättrad vätbarhet kan framställas genom att till cellulosamassan i vått eller torrt tillstånd tillsätta 0.1-5 kg per ton torrtänkt cellulosamassa av en ammoniumförening som har ett kvartärt kväve och en eller två substituenter, som innehåller en högre kolvätegrupp med 6-15 kolatomer och ett HLB-värde enligt Davies av 9-14, varvid det kvartära kvävet tilldelats värdet +9.4. Företrädesvis har ammonium- föreningen ett HLB-värde av 9-12. Den kvartära ammonium- föreningen innehåller en eller två substituenter, som inne- håller en högre kolvätegrupp med 6-15 kolatomer som kan vara såväl aromatiska som alifatiska. Exempel på sådana högre kolvätegrupper är alkylgrupper, såsom hexyl, n-oktyl, iso- oktyl, n-decyl och dodecyl, eller alkylfenylgrupper, såsom butylfenyl, oktylfenyl och nonylfenyl. Exempel på andra kvävesubstituenter är lägre alkylgrupper, med högst 5 kol- atomer, såsom metyl, etyl, n-propyl, isopropyl och n-butyl, 10 15 20 25 30 35 51U 828 3 isobutyl och tertiär butyl; och organiska syreinnehållande grupper som innehåller hydroxyl-, eter- eller estergrupp och en eller flera lägre kolvätegrupper med 1-5 kolatomer. Exem- pel på lämpliga syreinnehållande grupper är hydroxialkyl- grupper såsom hydroxyetyl och hydroxypropyl och alkoxilerade hydroxialkylgrupper, samt eter och esterinnehållande grupper såsom alkyl(oxialkylen)msglycidylgrupper och karboxylsyra- estrar med hydroxyalkylsubstituenter, där ingående kolväte- rester innehåller 1-5 kolatomer.

Exempel på lämpliga föreningar att användas vid för- farandet enligt uppfinningen är sådana med den allmänna formeln §1 Rz - IN* - R., x' (I) Ra där en eller två av grupperna R1, R2, R3 och R4 är en kolväte- grupp med 6-15, företrädesvis 8-12 kolatomer, en grupp R5(A)nCH2CH(OH)CH2(A)n(B)r, där R5 är en högre kolvätegrupp med 6-15, företrädesvis 8-12 kolatomer, A är en oxialkylengrupp med 2-3 kolatomer, B är en oxyalkylengrupp med 1-5 kolatomer och n är ett tal från 0-5, företrädesvis från 0-3, och r är ett tal 0 eller 1, och/eller en grupp R1(A)nB, där R7 är en högre acylgrupp med 6-15, företrädesvis 8-12 kolatomer och A, B och n har den ovan angivna betydelsen, och de återstående grupperna R1, R2, R3 och R4 är en lägre kolvätegrupp med 1-5 kolatomer, en grupp med formeln H(A)nB, där A, B, och n har den ovan angivna betydelsen, en grupp R8(A)nCH2CH(OH)CH2(B)r, där RS är en lägre kolvätegrupp med 1-5 kolatomer eller väte och/eller en grupp RQUUHB, där RQ är en lägre acylgrupp med 1-5 kolatomer och A, B och n har den ovan angivna betydelsen.

Företrädesvis utgöres en eller två av grupperna Rl, R2, R3 och R4 en högre kolvätegrupp och/eller gruppen R5(A)nCH2CH(OH)CH2(B),, där R5, A, B och n har den ovan angiv- na betydelsen och de återstående grupperna Rl, R2, R3 och R4 är lägre alkylgrupper med 1-5 kolatomer, gruppen R8(A)nCH2CH(OH)CH2-(B)r och/eller gruppen H(A)nB, där A, B och 1G 15 25 30 35 510 828 4 n har den ovan angivna betydelsen. Företrädesvis betecknar n och r talet 0.

Exempel på specifika föreningar som omfattas av denna formel är hexyl-, oktyl-, och decylglycedyltrimetylammonium- klorid; Qktyl- och nonylfenyloxyetylenglycidyltrimetyl- ammoniumklorid, heptyl-, oktyl-, decyl-, kokoalkyltrimetyl- ammoniumklorid, decyl-, dodecyldi(hydroxyetyl)metylammonium- klorid, oktanoyl-, dekanoyl- och dodekanoyloxyetyltrimety1- ammoniumklorid; oktanoyl, dekanoyl och dodekanoyloxietyl- di(hydroxyetyl)metylammoniumklorid; oktanoyl- och dekanoyl- oxypropyldi(oxypropyl)metylammoniumklorid eller motsvarande metylsulfatföreningar. Kvarterneringsreaktionen kan även med fördel utföras med etylenoxid eller propylenoxid i närvaro av en organisk eller oorganisk syra. De kvartära föreningarna kommer i sådana fall att innehålla en hydroxyetylgrupp eller en hydroxypropylgrupp i stället för metylgruppen och en anjon baserad på den använda syran.

Antistatföreningen kan tillsättas till den i vatten uppslammade cellulosamassan före dess formering till våtark eller sprayas på massaarket innan det har torkats eller efter torkning. Enligt en föredragen metod tillsättes antistat- medlet genom sprayning eller på annat konventionellt sätt omedelbart före eller i samband med massans torrdefibrering.

En sådan tillsats är mycket fördelaktig då den medger att tillsatsmängden kan regleras efter problemets omfattning på varje enskild defibreringsmaskin. Oberoende av tillsatspunkt är en föredragen tillsatsmängd av antistatmedlet 0,5-1,5 kg per torrtänkt massa. Antistatmedlet tillsättes vanligtvis löst i vatten. Eventuellt kan pH-reglerande medel tillsättas.

Föreliggande uppfinning illustreras ytterligare av nedanstående utföringsexempel.

Exempel 1 På laboratorium framställdes på sedvanligt sätt torra provark av blekt sulfatmassa av barrved. Dessa ark sprayades med vattenlösningar av kvartära ammoniumföreningar enligt tabell 1 och vägdes för kontroll av den påsprayade mängden motsvarade ett kilo aktiv substans per ton massa. Ett mot- l0 15 20 510 828 5 svarande nollprov sprayades med rent vatten. Efter slut- torkning undersöktes arken med avseende på styrkeegenskaper (sprängfaktor enligt SCAN-P 24:68). Därefter torrdefibrerades de till fluff, varvid deras tendens att ge upphov till sta- tisk elektricitet mättes och slutligen undersöktes den framställda fluffens vätningshastighet enligt SCAN-C-33:80.

För bestämning av massans tendens att ge statisk elektricitet vid torrdefibrering användes en mätutrustning omfattande en pinndefibrör i laboratorieformat och en elektriskt isolerad silduk av brons för uppsamling av de frilagda fibrerna till en fluffkudde. Bronsviran är via en elektrisk kabel förenad med mäthuvudet på en mätare för statisk elektricitet. Mätaren är kopplad till en skrivare för att kontinuerligt registrera förloppet vid defibreringen av remsor av de framställda provarken. Ammoniumföreningarnas HLB-värden har bestämts enligt Davies, dock har det kvartära kvävet i brist på upp- gift om det sanna värdet i samtliga fall tilldelats värdet +9.4, vilket annars tillkommer tertiärt kväve. Eftersom i samtliga fall ett kvartärt kväve ingår, men inget tertiärt, påverkas vid detta beräkningssätt inte den relativa ordningen mellan föreningarna.

Resultaten är samlade i nedanstående tabell. 10 15 20 25 30 510 828 6 Tabell l Ammoniumkloridförening Statisk Vät- HLB Spräng- poten- nings- (Davies) faktor, g tial tid, % av kVolt sek noll- prov Nollprov 10 3.6 100 1 Hexylglycidyltrimetyl- -2 3.4 12.00 100 2 Oktyltrimetyl- -1 3.3 11.17 100 3 Decyltrimetyl -1 3.3 10.22 95 4 Kokodi(hydroxietyl) metyl -3 3.6 10.10 95 5 Koko-alkyltrimetyl- -1 3.8 9.27 75 A Tri(hydroxyetyl)metyl- 6 3.6 18.77 100 B Tetradecyltrimetyl- -1 4.2 8.32 90 C Dioktyldemetyl- -3 4.3 7.85 100 D Cetyltrimetyl- -3 4.7 7.37 90 E Dodecyldimetylbenzyl- -2 4.4 6.42 85 F Kokoalkyldimetylbenzyl -1 4.6 6.42 100 G Didecyldimetyl- -5 5.9 5.95 70 H Tetradecyldimetyl- -2 4.8 5.47 70 I Oktadecyldimetylbenzyl -3 5.3 3.57 70 J Talg-alkylbenzyl- -6 5.6 3.57 80 K Dioktadecyldimetyl- -6 53.0 -0.95 45 Av tabellen framgår att samtliga testade ammonium- föreningar har förmåga att reducera den statiska potential- en, som i detta fall hos nollprovet uppgick till +10 kVolt.

I några fall till och med så effektivt att en icke önskvärd negativ statisk potential erhölls. Det framgår dock sam- tidigt att föreningarna skiljer sig åt vad gäller deras inflytande på fluffens vätningshastighet. Produkter med lägre HLB-värde verkar klart hydrofoberande, vilket ger en förlängd vätningstid. Produkter med HLB-värde överstigande ungefär 9 tycks inte alls ha någon negativ inverkan på 10 15 20 25 510 828 vätbarheten, utan snarare en viss förbättrande effekt. Om HLB-värdet är alltför högt tenderar dock den positiva effekten på den statiska elektriciteten att bli sämre.

Exempel 2 I en.annan serie undersökningar tillsattes de kvartä- ra ammoniumföreningarna till den uppslammade cellulosa- massan före dennas formering till laboratorieark. Den tillsatta mängden var även i denna serie ett kilo aktiv substans räknat per ton massa. Efter sluttorkning under- söktes arken på samma sätt som i Exempel 1. Resultaten är samlade i nedanstående tabell.

Tabell 2 Ammoniumklorid- Statisk Vät- HLB Spräng- förening poten- nings faktor, tial, tid, (Davies) % av kVolt sek nollprov Nollprov 10 3.6 100 2 oktyltrimetyl- 1 3.3 11.17 100 5 Koko-alkyltrimetyl- 0 3.6 9.27 90 A Tri(hydroxyetyl)metyl- 7 3.6 18.77 100 H Tetradecyldimetyl- - 1 4.2 5.47 80 J Talg-alkylbenzyl- - 6 5.2 3.57 75 K Dioktadecyldimetyl- - 4 45.0 - 0.95 58 De erhållna resultaten överensstämmer väl med resultaten erhållna i Exempel 1.

Claims (9)

10 15 20 25 30 35 510 828 P A T E N T K R A V

1. Sätt att framställa cellulosamassa med låg benägenhet att vid torrdefibrering ge upphov till statisk elektricitet samtidigt som mässans goda vätbarhet bibehålles, känne- tecknat därav, att en ammoniumförening med ett kvartärt kväve och en eller två substituenter, som innehåller en högre kolvätegrupp med 6-15 kolatomer och ett HLB-värde av 9-14 enligt Davies, varvid det kvartära kvävet tilldelats värdet +9.4, tillsättes en våt eller torr cellulosamassa i en mängd av 0.1-5 kg/ton torrtänkt cellulosamassa.

2. Sätt enligt krav 1, kännetecknat därav, att den kvar- tära ammoniumföreningen har ett HLB-värde av 9-11.

3. Sätt enligt krav 2, kännetecknat därav, att de åter- stående kvävesubstituenterna är lägre kolvätegrupper med 1-5 kolatomer eller organiska syreinnehållande grupper, som innehåller en eller flera lägre kolvätegrupper med 1-5 kolatomer.

4. Sätt enligt krav 3, kännetecknat därav, att ammonium- föreningen har formeln Rz-W-R., x (I) Ra där en eller två av grupperna RI, R2, R3 och R4 är en kol- vätegrupp med 6-15, företrädesvis 8-12 kolatomer, en grupp R5(A)nCH2CH(OH)CH2(A)n(B)r, där Rs är en högre kolvätegrupp med 6-15, företrädesvis 8-12 kolatomer, A är en oxialkylen- grupp med 2-3 kolatomer, B är en oxyalkylengrupp med 1-5 kolatomer och n är ett tal från O-5, företrädesvis från 0-3, och r är ett tal 0 eller 1, och/eller en grupp R7(A)nB, där R7 är en högre acylgrupp med 6-15, företrädesvis 8-12 kol- atomer och A, B och n har den ovan angivna betydelsen och de återstående grupperna R1, R2, R3 och R4 är en lägre kolväte- grupp med 1-5 kolatomer, en grupp med formeln H(A)nB, där A, B, och n har den ovan angivna betydelsen, en grupp R8(A)nCH2CH(OH)CH2(B)r, där RB är en lägre kolvätegrupp med 1- 5 kolatomer eller väte och/eller en grupp R9(A)nB, där R9 är 10 15 20 25 510 828 9 en lägre acylgrupp med 1-5 kolatomer och A, B och n har den ovan angivna betydelsen, och X är en anjon.

5. Sätt enligt krav 4, kännetecknat därav, att en eller två av grupperna RI, R2, R3 och R4 är en högre kolvätegrupp och/eller gruppen R5(A)nCH2CH(0H)CH2(B),, där R5, A, B och n har den ovan angivna betydelsen och de återstående grupperna R1, R2, R3 och R4 är lägre alkylgrupper med 1-5 kolatomer, gruppen R8(A)nCH¿CH(OH)CH2(B)r och/eller gruppen H(A)nB, där A, B och n har den ovan angivna betydelsen.

6. Sätt enligt krav 4 eller 5, kännetecknat därav, att n och r är 0.

7. Sätt enligt något av de tidigare kraven 1-6, känne- tecknat därav, att den kvartära ammoniumföreningen sättes till i vatten uppslammad cellulosamassa.

8. Sätt enligt något av de tidigare kraven 1-6, känne- tecknat därav, att den kvartära ammoniumföreningen sprayas på torkad cellulosamassan, före eller i samband med massans torrdefibrering.

9. Användning av en kvartär ammoniumförening enligt något av kraven 1-8 som antistatmedel vid framställning av en defibrerad cellulosamassa.