DE69725779T2 - Leimung von Papier mit Latexdispersionen aus Copolymeren aus hydrophoben Monomeren und niedermolecularen Styrol/Maleinanhydride-Polymeren - Google Patents
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft die Oberflächenbehandlung von Druck- und Schreibpapier oder Packpapier.
- Zur Oberflächenleimung von Papier verwendet man bekanntlich als Tränkmittel Latexdispersionen, die durch Polymerisation oder Copolymerisation von hydrophoben Monomeren in einer wäßrigen Lösung von wasserlöslichen oder wasserdispergierbaren anionischen Polymeren hergestellt werden, insbesondere Styrol-Maleinsäure-Copolymere, wie die deutsche Patentschrift
DE 25 48393 lehrt. Diese Produkte waren zufriedenstellend, zumindest bei aus frischem Halbstoff hergestelltem Papier. Bei Holzstoffen oder zu 100 recyclierten oder einfach teilweise recyclierten Halbstoffen wird es sehr schwierig oder sogar unmöglich, Papier mit zufriedenstellender Naßfestigkeit zu erhalten. Dieses Phänomen, das sich schon bei Druck- und Schreibpapier bemerkbar macht, nimmt bei Packpapier große Ausmaße an. - Vor kurzem wurde gefunden, daß Leimungszusammensetzungen auf Basis von Latex auf Basis von Styrol-Maleinsäureanhydrid-Copolymeren mit geringem Molekulargewicht eine unerwartete Lösung für dieses Problem liefern.
- In der WO 91/08235 wird ein Verfahren zur Herstellung stabiler Polymerdispersionen durch radikalische Emulsionspolymerisation von vinylisch ungesättigten Monomeren in wäßrigem Medium in Gegenwart eines Katalysators und amphoterer Polymere als Stabilisatoren beschrieben, wobei letztere am isoelektrischen Punkt praktisch wasserunlöslich sind.
- Die WO 93/07191 betrifft mehrstufig wasserverdünnbare Emulsionspolymere. Für die erste Stufe verwendet man ethylenisch ungesättigte Monomere mit Carboxylgruppen, olefinisch ungesättigte Carbonsäureamide und olefinisch ungesättigte Monomere ohne andere funktionelle Gruppen. Für die zweite Stufe verwendet man olefinisch ungesättigte Monomere ohne andere funktionelle Gruppen. Die Polymere werden vorzugsweise als Reibharze für Pigmentierungsharz, als Dispergierharze und als Bindemittel in wäßrigen Lacken für Metalloberflächen und Holz- und Mineralsubstrate verwendet.
- In der WO 95/29963 wird ein Verfahren zur Herstellung einer von organischen Lösungsmitteln freien wäßrigen vernetzbaren Polymerzusammensetzung beschrieben, bei dem man eine wäßrige Lösung eines säurefunktionellen Oligomers mit vernetzenden Gruppen herstellt, eine wäßrige Emulsionspolymerisation durchführt, wobei man eine wäßrige Emulsion eines olefinischen hydrophoben Polymers in Gegenwart der wäßrigen Oligomerlösung erhält, und mit einem Vernetzer vereinigt.
- In der US-A-5 002 982 wird eine aus einer wäßrigen Aufschlämmung oder Dispersion von Kraftzellstoff, Compoundingbestandteilen, einem Bindemittel, einem anionischen Latex eines Copolymers, dessen Kern ein Copolymer aus einem vinylaromatischen Monomer und einer Dicarbonsäure enthält und das außerdem ein Copolymer aus einem vinylaromatischen Monomer, einem konjugierten Dien, einem Glycidylmonomer und gegebenenfalls einem Monocarbonsäuremonomer enthält, hergestellte Papiermatte beschrieben.
- In der WO 94/10 235 wird eine Latexzusammensetzung beschrieben, die Wasser; ein solubilisiertes Styrol-Maleinsäureanhydrid-Copolymer; ein Pfropfcopolymer aus einem oder mehreren polymerisierbaren ethylenisch ungesättigten Monomeren aus der Gruppe bestehend aus einem Acrylat, einem Methacrylat, einem aromatischen Alkenylmonomer, einem aliphatischen Alkenylmonomer und Kombinationen davon, die auf einen Teil des Styrol-Maleinsäureanhydrid-Copolymers aufgepfropft sind; ein Polymer aus einem oder mehreren ethylenisch ungesättigten Monomeren aus der Gruppe bestehend aus einem Acrylat, einem Methacrylat, einem aromatischen Alkenylmonomer, einem aliphatischen Alkenylmonomer und Kombinationen davon; ein nichtionisches Tensid, ein anionisches Tensid oder eine Kombination davon und ein Zink- oder Zirconylammoniumcarbonat enthält und einen pH-Wert von etwa 9,0 bis etwa 11,0 aufweist.
- Gegenstand der Erfindung ist somit die Verwendung von Latexdispersionen, die durch Emulsionspolymerisation eines Gemischs hydrophober Monomere aus Styrol und (Meth)acrylsäureestern in einer wäßrigen Lösung eines wasserlöslichen oder wasserdispergierbaren amphiphilen Copolymers, das aus einer Kombination von hydrophoben Monomeren und hydrophilen Monomeren mit Carbonsäurefunktionen aufgebaut ist und eine Molekularmasse zwischen 500 und 5000 aufweist, in Gegenwart eines radikalischen Initiators erhältlich sind, zum Leimen von Druck- und Schreibpapier und Packpapier, und insbesondere von aus recyclierten Halbstoffen erhaltenem derartigem Papier. In der Latexdispersion handelt es sich bei dem Copolymer mit einer Molekularmasse zwischen 500 und 5000 vorzugsweise um ein Copolymer aus einem oder mehreren hydrophoben Monomeren aus der Gruppe bestehend aus Styrol oder dessen Derivaten, Isobutylen oder dessen Derivaten und (Meth)acrylsäureestern und einem oder mehreren hydrophilen Monomeren aus der Gruppe bestehend aus (Meth)acrylsäure und Maleinsäureanhydrid, wobei letzteres partiell durch einen Alkohol oder ein Amin modifiziert sein kann, dabei aber in wäßrigem Medium wasserlöslich oder wasserdispergierbar bleibt, insbesondere um ein Copolymer aus Styrol und Maleinsäureanhydrid, worin der Anhydridteil gegebenenfalls durch einen Alkohol oder ein Amin modifiziert sein kann und die Säurezahl zwischen 150 und 500 liegt. Bei den in der wäßrigen Lösung des amphiphilen Copolymers emulsionspolymerisierten hydrophoben Monomeren handelt es sich um Monomere aus der Gruppe bestehend aus Styrol und dessen Derivaten, (Meth)acrylsäureestern einschließlich fluorierten (Meth)acrylsäureestern, die durch Veresterung von (Meth)acrylsäure mit einem perfluorierten Alkohol erhältlich sind, oder einem Gemisch dieser Monomere.
- Die Verwendung der erfindungsgemäßen Dispersionslatices wird auch bei der Behandlung von Verpackungskartons aus recyclierten Halbstoffen, für die eine bestimmte Wasserfestigkeit gewünscht ist, gewürdigt.
- BEISPIELE
- Beispiel 1: Herstellung eines erfindungsgemäßen Latex
- In einen 20-Liter-Dreihalsglaskolben mit mechanischem Rührer werden in der angegebenen Reihenfolge 1269 g eines Oligomers mit einer Molekularmasse von 1900 aus 74,3 Massen-% Styrol und 25,7 Massen-% Maleinsäureanhydrid, 6825 g vollentsalztes Wasser und 500 g 28%iges wäßriges Ammoniak gegeben. Die Reaktionsmischung wurde auf 60°C erhitzt und gerührt, bis das Oligomer in Lösung gegangen ist. Dann bringt man die Lösung auf 85°C und trägt unter Stickstoff und unter Rühren kontinuierlich über einen Zeitraum von zwei Stunden mit Hilfe von Dosierpumpen eine Mischung aus 1374 g Styrol und 1587 g Butylacrylat sowie eine Lösung von 52,9 g (NH4)2S2O8 in 1057 g Wasser in die oben hergestellte Oligomerlösung mit einer Temperatur von 85°C ein. Die Reaktionsmischung wird noch 2 Stunden bei 85°C gehalten und dann unter leichtem Rühren abgekühlt.
- Man erhält einen Latex mit folgenden Eigenschaften:
Feststoffgehalt: 23,5%
Brookfield-Viskosität bei 23°C: 20 mPa·s
pH: 8,85
Mittlerer Teilchendurchmesser: 55 nm - Beispiel 2
- Dieses Beispiel zeigt den Vorteil der erfindungsgemäßen Leimungsmittel für die Oberflächenbehandlung von Druck- und Schreibpapier hinsichtlich seiner Wasserfestigkeit.
- Die Qualität der fertigen Leimung wird anhand der dem Fachmann gut bekannten COBB-Prüfung beurteilt, die gemäß der NF-Norm EB 20535 – ISO 535 durchgeführt wird. Hier wird die COBB-Prüfung mit einer Kontaktzeit von 60 Sekunden durchgeführt.
- Die Behandlung wird auf einer Laborleimpresse an zwei Papiersorten durchgeführt. Eine davon hat eine Flächenmasse von 70 g/m2 ohne interne Leimung, und die andere hat ein Flächengewicht von 90 g/m2 und kann gegebenenfalls mit Alkylketendimer (Aquapel® 315 von Hercules, im folgenden AKD) intern geleimt sein. Die beiden Papiersorten werden aus einem frischen Zellstoff hergestellt.
- Bei der Prüfung werden die mit wäßrigen Zusammensetzungen der folgenden Zusammensetzung erhaltenen Leimungsergebnisse angegeben:
5 Gew.-% anionische Stärke AMYLIS® 100 P (ROQUETTE),
2,5 Gew.-%, 5 Gew.-% bzw. 10 Gew.-% Latexdispersions-Aktivmasse,
wobei die Zusammensetzung durch Zugabe der hierfür notwendigen Restmenge an entionisiertem Wasser auf 100% gebracht wird. - Die erfindungsgemäße Latexdispersion ist diejenige gemäß Beispiel 1. Bei dem Vergleichsprodukt gemäß dem Stand der Technik handelt es sich um die Dispersion aus Beispiel 7 der Patentschrift
DE 2548393 . - Mit einem nicht intern geleimten Papier wurden die folgenden Ergebnisse erhalten:
-
- Mit einem nicht mit AKD intern geleimten Papier wurden die folgenden Ergebnisse erhalten:
-
- Es wird geschätzt, daß ein annehmbares Druck- und Schreibpapier einen COBB-60-Wert von weniger als 30–40 aufweisen muß. Auf dieser Grundlage ist der unbestreitbare Vorteil von erfindungsgemäßen Latexdispersionen gegenüber denjenigen des Standes der Technik leicht ersichtlich.
- Beispiel 3
- In diesem Beispiel wird das Papier ohne internes Leimungsmittel entweder aus einem deinkten Holzstoff oder einem recyclierten Halbstoff hergestellt. Die Behandlung erfolgt auf einer Pilotpapiermaschine mit drei Eintragsraten, die einer Aufbringung von Oberflächenleimungsmitteln – denjenigen aus dem vorhergehenden Beispiel – von 9, 12 und 15 kg/Tonne Papier für den ersten Träger und von 3, 6 und 12 kg/T für den zweiten entsprechen.
- Mit einem deinkten Holzstoff wurden die folgenden Ergebnisse erhalten:
-
- Mit einem 100% recyclierten Halbstoff wurden die folgenden Ergebnisse erhalten:
-
- Diese Ergebnisse zeigen, daß das erfindungsgemäße Leimungsmittel für Aufbringungsraten von 12 bis 15 kg/t eine ausreichende Leimung ergibt, wohingegen man mit dem Vergleichsprodukt bei dieser Einsatzrate kein zufriedenstellendes Leimungsniveau erreichen kann.
Claims (7)
- Verwendung von Latexdispersionen, die durch Emulsionspolymerisation eines Gemischs hydrophober Monomere aus Styrol und (Meth)acrylsäureestern in einer wäßrigen Lösung eines wasserlöslichen oder wasserdispergierbaren amphiphilen Copolymers, das aus einer Kombination von hydrophoben Monomeren und hydrophilen Monomeren mit Carbonsäurefunktionen aufgebaut ist und eine Molekularmasse zwischen 500 und 5000 aufweist, in Gegenwart eines radikalischen Initiators erhältlich sind, zum Leimen von Papier.
- Verwendung von Latexdispersionen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich in den Latexdispersionen bei dem Copolymer mit einer Molekularmasse zwischen 500 und 5000 um ein Copolymer aus einem oder mehreren hydrophoben Monomeren aus der Gruppe bestehend aus Styrol oder dessen Derivaten, Isobutylen oder dessen Derivaten und (Meth)acrylsäureestern und einem oder mehreren hydrophilen Monomeren aus der Gruppe bestehend aus (Meth)acrylsäure und Maleinsäureanhydrid, wobei letzteres partiell durch einen Alkohol oder ein Amin modifiziert sein kann, dabei aber in wäßrigem Medium wasserlöslich oder wasserdispergierbar bleibt, handelt.
- Verwendung von Latexdispersionen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich in den Latexdispersionen bei dem Copolymer mit einer Molekularmasse zwischen 500 und 5000 um ein Copolymer aus Styrol und Maleinsäureanhydrid, worin der Anhydridteil gegebenenfalls durch einen Alkohol oder ein Amin modifiziert sein kann und die Säurezahl zwischen 150 und 500 liegt.
- Verwendung von Latexdispersionen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Latexdispersionen die hydrophoben Monomere aus der Gruppe bestehend aus Styrol und dessen Derivaten, (Meth)acrylsäureestern einschließlich fluorierten (Meth)acrylsäureestern, die durch Veresterung von (Meth)acrylsäure mit einem perfluorierten Alkohol erhältlich sind, oder einem Gemisch dieser Monomere stammen.
- Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der es sich bei dem Papier um Druck- und Schreibpapier handelt.
- Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der es sich bei dem Papier um Packpapier handelt.
- Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der es sich bei dem Papier um aus deinktem Holzstoff oder recycliertem Halbstoff hergestelltes Packpapier handelt.
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