DE2234716C3

DE2234716C3 - Verfahren zur Leimung von Zelluloselaserprodukten

Info

Publication number: DE2234716C3
Application number: DE2234716A
Authority: DE
Inventors: Karin Ulla Elisabet Solna Helmer; Alf Ragnar Gustavsberg Reuterhaell
Original assignee: Kemanord AB
Current assignee: Kemanord AB
Priority date: 1971-07-15
Filing date: 1972-07-14
Publication date: 1975-05-07
Also published as: US3887427A; FR2145617A1; CA985462A; JPS523006B1; IT961341B; AT319740B; DE2234716A1; CH553845A; DE2234716B2; SE355204B; GB1392746A; FR2145617B1; SU439998A3

Description

Cl

wobei R₁ eine organische, hydrophobe Kohlenwasserstoffgruppe mit 8 bis 40 Kohlenstoffatomen ist und R₂ Wasserstoff oder eine niedrig-Alkylgruppe ist oder die gleiche Bedeutung wie R₁ besitzt.

Die organischen hydrophoben Kohlenwasserstoff-

gruppen Ri sind höhere Alkylgruppen mit zumindest 8 Kohlenstoffatomen, wie die Decyl-, Undecyl-, Dodecyl-, Tridecyl-, Tetradccyl-, Pentadecyl-, Hexadecyl-, Heptadccyl-, Octadecyl-, Tetrakosyl- und Pentakosylgruppc und gegebenenfalls höhere Alkylgruppen mit

bis zu etwa 40 Kohlenstoffatomen, wobei die Gruppen mit etwa 12 bis 30 Kohlenstoffatomen bevorzugt werden. Die entsprechenden Alkenylgruppeu mit zwischen 8 und 40 Kohlenstoffatomen sind beispielsweise Decenyl-, Tridecenyl-, Heptadecenyl-, Octadecenyl-, Eilcosenyl-, Trikosenylgnippen, Aralkyl-, Alkaryl- und Alkyl-substituierte Cycloalkylgruppen mit zumindest 8 Kohlenstoffatomen, z. B. 4-tert.-Butylphenyl-, Octylphenyl-. Nonylphenyl-, Dodecylphenyl-, Tridecylphenyl-, Pentadecylphenyl-, Octadecylphenyl-, Heneikosylphenyl-, Nonylcyclopropyl-, Dodecylcyclobutyl-, Tridecylcyclopentyl-, Tetradecylcyclohexyl-. Pentadecylcycloheptyl-, Octadecylcyclohexylgruppen usw., die außerdem nicht störende inerte Substituenten enthalten. Inerte Substituenten sind unter anderem Äther-, Carbalkoxy-, Alkyloxy-, Aryloxy-, Arylalkyloxy-, Keto-(carbonyl)-tert.-Amidgruppen. Unter den Beispielen für Reste, die nicht in größerem Ausmaß in der hydrophoben Gruppe vorhanden sein sollten, sind z. B. Hydroxylgruppen, primäre und sekundäre Aminogruppen, unstabile Halogene und Carboxylgruppen oder andere saure Gruppen.

Vorzugsweise sind Ri geradkettige oder verzweigtkettige oder polycyclische Alkylgruppen mit 12 bis 30 Kohlenstoffatomen, und R₂ ist Wasserstoff oder niedrig-Alkyl oder besitzt dieselbe Bedeutung wie R₁. Verbindungen mit der allgemeinen Formel I sind Tür andere Anwendungsgebiete bekannt und können nach üblichen Verfahren hergestellt werden, d. h. durch Umsetzung der entsprechenden Amine mit Phosgen.

Die erfindungsgemäß erzielte Wirkung hängt nicht davon ab. nach welcher der üblichen Methoden die Verbindungen mit den Zellulosefasern in Kontakt gebracht werden. Nach einer dieser Methoden wird eine wäßrige Suspension von Zellulosefasern mit den Verbindungen in Kontakt gebracht, die geeignet dispergiert sein können. Es ist auch möglich, das Zellulosefaern enthaltende Material, wie Papier, mit einer Lösung oder Dispersion der Verbindungen in Kontakt zu bringen.

Ein Beispiel für eine bevorzugte Methode zur Leimung von Zellulosefasern ist die Bereitung einer Dispersion der Verbindungen in Wasser und die Zugabe dieser Dispersion zu einem Faserwerkstoff. Zur Bereitung einer Dispersion wird ein Emulgator mit anionischen, kationischen oder nichtionischen Eigenschaften verwendet.

Vorzugsweise wird ein kationischer Emulgator verwendet, wodurch die dispergierten Verbindungen in einen ausreichenden Kontakt mit den Zellulosefasern gebracht werden, so daß sie ihre Leimungswirkung rasch entfalten, vorzugsweise in einer Menge von 0.1 bis 10 Gewichtsprozent, bezogen auf die trockenen Fasern. Als Beispiele für geeignete kationische Dispergiermittel können Polyäthylenimin. Polyalkylenpolyamidharze. kationische Stärke usw. genannt werden.

Die Verbindungen zeigen eine gewisse kationische Aktivität und ziehen auf die Zellulosefasern auf. So können für gewisse Zwecke einige zusätzliche Retentionsmittel weggelassen werden, beispielsweise bei der

5 Oberflächenbeschichtung oder beim Tauchen von ZeI-iulosefaserprodukten, wie Papier, Pappe und Spanplatten. Wenn die Verbindungen zu einer wäßrigen Suspension von Zellulosefasern gefügt werden, ist es jedoch in den meisten Fällen zweckmäßig, einen

ίο kationischen Emulgator in Kombination mit den Verbindungen zu verwenden. Eine spezielle Art von Emulgiermittel, das eine gute Haftung auf den Fasern zusammen mi* diesen Verbindungen zeigt, sind quaternäre Ammoniumverbindungen, in welchen der

ι s Stickstoff mit einem organischen Rest quaternisiert ist, oder Aminhydrochloride, die zumindest eine Alkylgruppe mit 8 bis 22 Kohlenstoffatomen enthalten, wie Dimethyldistearylamihchlorid oder Dimethylstearylaminhydrochlorid.

Die erfindungsgemäßen Verbindungen werden in einer Menge über 0,001 Gewichtsprozent, bezogen auf die trockenen Fasern, durch Zusatz zu dem Faserwerkstoff oder durch Oberflächenleimung von Papier, verwendet. Die obere Grenze ist nicht kritisch, sondern wird nach wirtschaftlichen Gesichtspunkten festgesetzt Vorzugsweise liegt die Menge der Verbindungen im Bereich von 0,001 bis 5 Gewichtsprozent, besonders bevorzugt van 0,005 bis 0,5 Gewichtsprozent, bezogen auf die trockenen Fasern. Die Fasersuspension oder die Faserprodukte können auch andere Zusatzstoffe enthalten, die bei der Herstellung von Papier, Pappe, Faserstoff- bzw. Hartpappe, Spanplatten usw. üblich sind, wie Alaun, Füllstoffe, Pigmente, Retentionsmittel oder schaumlöschende Mittel.

Die folgenden Beispiele dienen zur Erläuterung der Erfindung. Prozentangaben und Gewichtsteile beziehen sich auf das Gewicht, sofern keine andere Angabe vorhanden ist.

Beispiel 1

Nicht geleimte Papierbögen mit einem Flächengewicht von etwa 70 g m² wurden aus gebleichter Sulfatpulpe, die auf etwa 30 SR gemahlen war. bei einem pH von 8,0 in einer Laboratoriumspapiermaschinc hergestellt. Die Bögen wurden getrocknet und bei 20" C und 65% relativer Feuchtigkeit konditioniert. Die Bögen wurden anschließend durch Eintauchen für wenige Sekunden in eine Lösung von 0,1% substituiertem Carbamoylchlorid in Benzol imprägniert, und der Überschuß der Lösung wurde an Löschpapier absorbiert. Die imprägnierten Bögen wurden bei einer Temperatur von 60 C 40 Minuten getrocknet und

30 Minuten bei 105 C gehärtet. Nach dem Konditionieren wurde die C'obb-Zahl nach der TAPPI Norm 444 M-60 bestimmt.

Art des Substnucnlen

R₂ — CH₃

R, = R₂ = C₁₈H₃₇
Ri = QhH₃₃
R₂ = Cyclohexyl
R1 = Ci₈H₃₇

Schmelzpunkt

(O 69

58 56

% Leimsloff, bezogen auf das
Gewicht der trockenen Fasern

0,015
0,015
0,015

(obb„„
Ig m²)

20 IX

Fortsetzung

Art des Substituenten	Schmelzpun
	( Cl
R, = Phenyl	101-103
R, = CH₃
R₁ = CH₃ - (CH₂J₁₆ - O - (CH₂)₃	39-^2
R₂ = CH₃
R-i ⁼ QoH₂I	<20
R₁ = R₂ = C₁₂H₂S	<20
R₂ = CH₃
R₁ = C₁₄H₂₉	<20

% Leimstoff, bezogen auf das
Gewicht der trockenen Fasern

0,015
0,020

0.2C
0,10

0,05

Cobb„„
(girr)

22
24

21
20,5

22.5

Beispiel 2

10 g substituiertes Carbamoylchlorid, R₁ = R₂ = C₁₈H₃₇, wurden bei 60° C geschmolzen und anschließend wurden 90 g destilliertes Wasser (60° C) während der Homogenisierung während 5 Minuten zugefügt. Die Emuslion wurde darauf rasch auf 25^G C gekühlt, wobei sich eine stabile Dispersion bildete.

Beispiel 3

10 g substituiertes Carbamoylchlorid, R₁ = R₂ = C₁₈H₃₇, und 0,5 g eines Stearylaminhydrochlorids wurden zusammen bei 60'C geschmolzen, und anschließend wurden 89,5 g destilliertes Wasser (60" C) während der Homogenisierung während 5 Minuten zugefügt. Die Emulsion wurde rasch auf 25^CC unter Bildung einer stabilen Dispersion gekühlt.

Beispiel 4

10 g substituiertes Carbamoylchlorid, R₁ = R₂ = C₁^H,₇, und 0,5g Distearyldimethylammoniumchlorid wurden zusammengeschmolzen und anschließend mit 89,5 g destilliertem Wasser (60 C) während der Homogenisierung während 5 Minuten zugesetzt. Die Emulsion wurde darauf rasch auf 25" C unter Bildung einer stabilen Dispersion abgekühlt.

Beispiel 5

10 g substituiertes Carbamoylchlorid, R₁ = R₂ = C₁₈H₁₇, wurden geschmolzen, und anschließend wurden 90,0 g destilliertes Wasser (60" C), die 0,5 g eines wasserlöslichen kationischen Polyacrylamids enthielten, während der Homogenisation während 5 Minuten zugefügt. Die Emulsion wurde anschließend rasch auf 25'' C unter Bildung einer stabilen Dispersion abgekühlt.

Die gemäß den Beispielen 2 bis 5 erhaltenen Dispersionen wurden anschließend als Leimstoffe für Papier in derselben Weise, wie im Beispiel 1 beschrieben, verwendet. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle aufgeführt:

Beispiel 6

Eine Dispersion, wie im Beispiel 2 definiert, wurde

zu einer Suspension von Zellstoffasern in Wasser,

zusammen mit einem kationischen Polyacrylamid mit einem Molekulargewicht von mehr als I 000000 geftjgt.

Beispiel 7

Eine Dispersion, wie im Beispiel 2 definiert, wurde

zu einer Suspension von Zellulosefasern in Wasser,

zusammen mit einem anionischen Polyacrylamid mit einem Molekulargewicht von mehr als 1000 000 gefügt.

Beispiel 8

Eine Dispersion, wie im Beispiel 2 definiert, wurde zusammen mit einem kationischen Polyacrylamid mit einem hohen Molekulargewicht zu einer Suspension von Zellstoffasern in Wasser gefügt, die mit einem anionischen Polyacrylamid mit einem Molekulargewicht von mehr als 1 000000 vorbehandelt waren.
Die Zellulosefasersuspension gemäß den Beispielen 6 bis 8 wurde anschließend entwässert, und Bögen wurden auf einer Laboratoriumspapierbogenmaschine hergestellt.

Die Bögen wurden 40 Minuten bei 60 C getrocknet und 30 Minuten bei 105' C gehärtet. Nach dem Konditionieren wurde die Cobb-Zahl nach der TAPPI Norm T444M-60 bestimmt. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle aufgeführt.

Lcimsloff
gcmiifl Beispiel

τ
3
4
5

ι substituiertes ( arbamoyl-

chlorid, bezogen auf die

trockene Käser

0.2
0.2
0.2
0.2

( obb,,„
(g/m²)

22
20
20

T)

Leimsystem
gemäß
Beispiel

55 Menge des

kationischen

Polymeren,

bezogen auf

das Gewiclil

der trockenen

Faser

0,02

Menge des
anionischen
Polymeren,
bezogen auf
das Gewicht
der trockenen
Faser

0,02
0,02

Menge des

Leimstoffs,

bezogen auf

das Gewicht

der trockenen

Faser

0,30
0,25
0,30

Cobb„„

(g/m²)

24

22
24

Die Tests zeigen, daß keine wesentlich verbesserte Leimung durch Zusatz eines bindenden Mittels (Retenlionsmittels) erzielt wurde.

Beispiel 9

Bei der Herstellung einer porösen Faserplatte wurden 0,20% Methylstearylcarbamoylchlorid zu dem Fasermaterial gefügt, bezogen auf das Gewicht der trockenen Faser. Die Platten wurden 2 Stunden bei

bis 160° C unter kontinuierlicher Erhöhung der Tiperatur getrocknet.

Die Wasserabsorption der Faserplatten wurde da-■ch bestimmt, daß die Prüfstücke mit den Ausmaßen ι 100 χ 100 χ 10 mm 2 Stunden lang in Wasser aucht wurden. Der Standard-Absorptionsgrad einer •ßen Anzahl von Papp-Platten variierte von 155 300%, in Abhängigkeit von den Härtebedingungen.

Die folgenden Ergebnisse wurden erzielt:

Bezugsstück

Geleimte Platte, wie vorstehend beschrieben

% Wasserabsorption

180

35

5ü9 6\ 9/220

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Leimung von Zellstoffasern enthaltenden Produkten, wobei die Fasern in wäßriger Aufschlämmung oder im fertigen Produkt mit einer Verbindung behandelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verbindung mit der allgemeinen Formel

N-

Cl

wobei R, eine organische, hydrophobe Kohlenwasserstoffgruppe mit 8 bis 40 Kohlenstoffatomen ist und R₂ Wasserstoff oder eine niedrig-Alkylgruppe ist oder die gleiche Bedeutung wie R, hat, verwendet wird.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verbindung, in der R₁ gesättigte oder ungesättigte Alkylgruppen, Cycloalkylgruppen, Alkarylgruppen oder Arylalkylgruppen mit 8 bis 40 Kohlenstoffatomen darstellt, R₂ Wasserstoff oder eine niedrig-Alkylgruppe ist oder die gleiche Bedeutung wie R, hat, verwendet wird.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verbindung, in der R₁ eine gerad- oder verzweigtkettige oder polycyclische Alkylgruppe mit 12 bis 30 Kohlenstoffatomen ist und R₂ Wasserstoff oder eine niedrig-Alkylgruppe ist oder die gleiche Bedeutung wie R₁ hat, verwendet wird.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Leimung von zellulosefaserhaltigem Material unter Verwendung einer Art von Verbindungen, die bisher für diesen Zweck nicht verwendet worden waren. Spezieller betrifft die vorliegende Erfindung ein Leimungsverfahren, bei dem die Zellulosefasern in wäßriger Suspension oder in fertigen Produkten mit Verbindungen in Kontakt gebracht werden, die die allgemeine Formel sitzen gegenüber den vorstehenden Resinaten gewisse Vorteile. Der pH des Werkstoffs wird bei 7 bis 8 gehalten, verglichen mit dem pH 4,5 bis 6,5 bei der Verwendung von Resinaten, was unter anderem dem Papier verbesserte Alterungseigenschaften verleiht und wodurch es möglich wird, alkalische Füllmaterialien wie Calziumcarbonat zu verwenden. Darüber hinaus werden nur geringe Mengen von Ketendimeren benötigt, um einen gewissen Hydrophobierungsgrad zu erreichen, und die so erhaltene Leimung ist dauerhaft, und die Widerstandskraft geger milchsäure und Tinte ist gut.

Ein Nachteil bei der Verwendung von Alkylketendimeren liegt darin, daß keine vollständige Leimungswirkung erzielt wird, bevor das Material gehärtet wird, beispielsweise durch Lagerung bei Raumtemperatur während 48 Stunden oder durch Erwärmen auf eine Temperatur von 100° C während 20 Minuten. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die Leimung mit Alkylketen-dimeren empfindlich gegen im Fasermaterial vorhandenen Alaun ist.

Es ist auch bekannt. Carbonsäureanhydride als Leimstoffe zu verwenden, wie Anhydride von Stearinsäure oder Alkylbernsteinsäure. Diese Anhydride besitzen keine der vorstehend erwähnten Nachteile, die bei der Verwendung von Resinaten und Ketendimeren auftreten, dagegen müssen jedoch größere Mengen der Anhydridzusatzstoffe verwendet werden, um den gleichen Leimungseffekt wie mit den Ketendimeren zu erzielen. Um den Leimungseffekt zu erhöhen ist es üblich, den Anhydriden Leimungspromotoren zuzusetzen, die in relativ großen Mengen in Verbindung mit den Anhydriden verwendet werden.

Diese Probleme werden durch Verwendung der Verbindungen als Leimstoffe gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeschaltet. Der Leimungseffekt wird erfindungsgemäß erzielt, wenn die Verbindungen in Kontakt mit den Zellulosefasern gebracht werden. Die Fasern können in der Form einer wäßrigen Suspension, in Form von Pappe, Faserstoffplatten bzw. Hartpappe oder Spanplatten vorliegen, oder sie können im Gemisch mit anderem Material, wie halbsynthetischem Papier, das zusätzlich zu den Zellulosefasern Kunststoffe enthält, vorliegen. Die Verbindungen oder eine wäßrige Dispersion werden vorzugsweise in eine Zellulosefaser-Suspension durch Zugabe 7\x dem Fasermaterial eingearbeitet.

Die Verbindungen, die in üblicher Weise mit den Zellulosefasern oder dem Material, das Zellulosefasern enthält, in Kontakt gebracht werden, sind substituierte Carbamoylchloride und haben die allgemeine Formel

N - C

Cl

besitzen, worin R₁ organische hydrophobe Kohlenwasserstoffgruppen mit 8 bis 40 Kohlenstoffatomen sind und R₂ Wasserstoff oder eine niedrig-Alkylgruppe ist oder dieselbe Bedeutung wie R₁ besitzt.

Gewöhnlich wird Papier mit Resinaten geleimt, die mittels Aluminiumsulfat (Alaun) an den Zellulosefasern fixiert werden. Ein anderer üblicher Leimstoff, der durch Reaktion mit den Hydroxylgruppen der Zellulose fixiert wird, basiert auf Alkylketen-dimeren. Dieses Mittel wird gewöhnlich in einer dispergierten Form zu dem Fasermaterial gefügt, wobei kationischc Emulgatoren bevorzugt sind. Alkylketen-dimere beR,

55 N C