SE508593C2 - Limningskomposition samt förfarande för användning därav vid framställning av papper - Google Patents

Description

508 595 2 l5 20 Många olika hydrofoba material kan användas. Bland de mest effektiva är så kallade hydrofoba, cellulosareaktiva limningsmedel. Vid användning av denna typ av medel tror man att den hydrofoba effekten erhålles genom en reaktion mellan det hydrofoba materialet och hydroxylgruppema hos cellulosan.

De i särklass vanligaste använda hydrofoba, cellulosareaktiva materialen vid neutrala eller svagt alkaliska betingelser under pappers-eller kartongtillverkningsprocessen är alkylketendimerer (i det följande benämnda AKD) eller alkenylbämstenssyraanhydrider (i det följande benämnda ASA).

Alkylketendimerer, som används främst då kraven är stora på hård och bestående hydro- fobering, kan reagera med cellulosan vid papperets eller kartongens torkning under bildning av beta-ketoestrar. I nedanstående figur visas reaktionen mellan AKD och cellulosa samt hydrolysreaktionen: Rpcuz-fiïiíïl-Rz o c-o o Åsa-on ågLL R1~°H-=.='-<.=:*-“= Rt-cHz-gt-Cllg-Rg + 602%) 0 Reaktionen är långsam vid låga pI-l-värden och i praktiken kan AKD inte användas annat än i det neutrala eller svagt alkaliska pH-området. Istället for att reagera med fibem under pappers- eller kartongtillverkningen kan AKD också hydrolyseras och ger då en instabil beta-ketosyra, vilken dekarboxyleras till motsvarande keton. De under papperstillverkningsprocessen bildade hydrolysproduktema, d.v.s. de bildade ketonpro- duktema, är mycket störande for vissa typer av fotokopieringapparater där dessa ketoner bildar avsättningar. 20 25 30 508 593 b) Omfattningen av hydrolysreaktionen för AKD är dock avsevärt mindre än jämfört med ASA.

Detta innebär att AKD vanligtvis levereras till pappers- eller kartongbruket i form av en dispersion eller emulsion som har en partikelstorlek på mellan 0.2 till 2 mikrometer.

Dispersionen eller emulsionen är vanligen stabiliserad med en katjonaktiv polymer.

Denna polymer, som också ger partiklarna deras laddning, består oftast av katjonaktiv stärkelse men även anjonaktiva eller arnfotera stärkelser eller syntetiska polymerer före- kommer. AKD har en smältpunkt på mellan 15 - 60° C beroende på fettsvansens längd.

De hittills vanligaste kommersiella produktema har oftast en blandning av C m. C 16 och C18 kolväten innebärande en smältpunkt på mellan 40 - 60° C.

AKD är speciellt känslig för närvaron av extraktivämnen av fettsyratyp, eftersom dessa dels är förtvålade vid alkaliska pH-värden, dels konkurrerar med spridningen på cellulosaytan. Dålig AKD-spridning leder till dålig kemisk reaktion med ñbem. Slip- massor, termomekaniska massor och kemimekaniska massor är av nämnda anledningar svåra att hydrofobera med AKD.

Den mest utmärkande nackdelen med AKD är emellertid att hydrofobiciteten utvecklas långsamt. En fullt utvecklad limning uppnås oftast först efter flera dygn efter det att papperet eller kartongen producerats på pappers- eller kartongmaskinen.

En arman nackdel är att en för stor dosering av AKD leder till friktionsproblem hos pap- peret eller kartongen. AKD försvårar också tonervidhäftningen vid fotokopieringspro- cesser och vidhäftningen av plastskiktet vid laminering.

Alkenylbämstenssyraanhydrid (ASA) är alltså ett annat exempel på s.k. cellulosareaktivt hydrofoberingsmedel. Anhydriden kan reagera med cellulosans hydroxylgrupper, varvid en transförestring äger rum. Jämfört med AKD har ASA en mycket högre reaktivitet med cellulosan och därmed också med vatten, varvid hydrolys av produkten är ett större problem för ASA än för AKD. 508 593 4 20 25 ASA levereras till pappersbruket som olja, ibland med tillsatt emulgator. Emulgering sker i speciell emulgeringutrustning i anknytning till pappers- eller kartongmaskinen (s.k. in situ-tillverkning) och katjonisk, anjonisk eller arnfoter stärkelse eller annan poly- mer används som stabilisator och laddningsbärare. Partikelstorleken hos emulsionen är vanligtvis 1 - 5 mikrometer. Större partiklar hydrolyseras långsammare, men med mindre partiklar fås en bättre distribution på cellulosafibrema, varfor det finns en opti- mal partikelstorlek. ASA hydrolyseras alltså snabbt, och hydrolysprodukten och dess salter med Ca” är kladdig och ger ofta upphov till avsättningar i pappers- eller kartongtillverkningsprocessen. Både hydrolys- och reaktionshastigheten ökar med ökande pH, men reaktionen är snabb över hela pH-området. Hydrofobiciteten utvecklas snabbt och är vanligtvis fullt utvecklad i pappers- och kartong-tillverkningsprocessens slutskede.

Nedan visas reaktionen mellan ASA och cellulosa: RQ ,/o RÅ ii 'CH-CH-c* H o csu. RßH-iii-C-OH + _ ----o- .i H2C_%-O CELL Där R eller R” är en alkenyl.

Vid den allt mer vanliga användningen av fälld kalciumkarbonat, sk. PCC (Brecipitated Qalcium Qarbonate), som fyllnadsmedel i papper och kartongtillverkningen, ökar beho- vet av hydrofobt limningsmedel avsevärt för att uppnå samma limningsgrad som erhålls vid motsvarande process där t.ex. krita används som fyllnadsmedel. Dessutom uppstår ofta problem med att hydrofoberingseffekten minskar efter en viss tid.

Sammanfattningsvis kan man alltså konstatera att båda hydrofoberingsmedlen har specifika fördelar och nackdelar vid dess användning i pappers- eller kartongtillverk- ningsprocessen och for den färdiga pappers- eller kartongprodukten. 15 20 25 30 S 508 593 REDoGöRELsE FÖR UPPFINNINGEN Ändamålet med uppfinningen är att erbjuda en limningskomposition, vid vilken ovan nämnda problem har eliminerats eller begränsats. Detta kan uppnås därigenom att emulsionens eller dispersionens hydrofoba cellulosareaktiva partiklar föreligger som en fysikalisk blandning av minst två hydrofoba, cellulosareaktiva limningsmedel. Mer bestämt kännetecknas uppfinningen enligt den valda utföringsforrnen av att nämnda minst två hydrofoba, cellulosareaktiva limningsmedel innefattar åtminstone alkylketendimer (AKD) och alkenylbämstenssyraanhydrid (ASA). Medelst denna komposition erhålls effekter som avsevärt reducerar eller eliminerar många av de brister som kan sarnmankopplas med den kända tekniken. Bland dessa kända problem kan bland annat nämnas långsam utveckling av hydrofoberingseffekten, dålig vidhäftning av toner och avsättning av hydrolysprodukter vid fotokopiering samt minskad effektivitet under pappers- och kartongtillverkningsprocessen på grund av avbrott vid uppkomsten av hydrolysprodukter. Lirnningskompositionen framställs enligt ett s k in situ-förfa- rande, dvs i nära anslutning till kompositionens användning, dvs i praktiken i anslutning till den maskin eller de maskiner som tillverkar papperet, pappen eller kartongen. Detta kan även uttryckas så att limningskompositionen enligt uppfinningen i form av den vattenbaserade emulsionen eller dispersionen prepareras högst 4 timmar, företrädesvis max 1 timme, lämpligen högst 30 minuter före kompositionens användning i pappers-. kartong- eller papptillverkningsprocessen. Alla kända brister vid användning av den hittills kända tekniken kan överraskande avsevärt reduceras eller elimineras genom uppfinningen utan att de positiva egenskaper nedsätts, vilka kännetecknar de två hydrofoba, cellulosareaktiva limningsmedel var för sig.

Det har också överraskande visat sig att denna nya limningskompositionen avsevärt reducerar limningsproblemen, såsom låg hydrofoberingseffekt och reduktion av hydro- foberingseffekten med tiden, som uppstår då fälld kalciumkarbonat, s.k. PCC, används som fyllnadsmedel vid pappers- och kartongtillverkningsprocessen.

Ett huvudsyfte med uppfinningen är sålunda att tillhandahålla en ny och förbättrad kom- position, som kan användas för limning av papper, papp, kartong och liknande produk- ter. 508 593 6 10 20 25 30 Ett annat syfte med uppfinningen är att tillhandahålla en ny limningskomposition, vilken är effektivare än tidigare kända kompositioner därigenom att reducerade mängder av limningsmedlet krävs för erhållande av en hydrofoberingsgrad liknande eller motsva- rande den för de tidigare kända kompositionema. Ännu ett syfte med uppfinningen är att tillhandahålla en ny limningskomposition, vars limningspåverkan eller limningsförinåga utvecklas snabbare än för de tidigare kända kompositionema.

Ett annat syfte med uppfinningen är att tillhandahålla en ny limningskomposition, för vilken de negativa effektema på hydrofoberingseffekten kraftigt reduceras eller elimine- ras i samband med användning av fälld kalciumkarbonat. Ännu ett annat syfte är att tillhandahålla en ny limningskomposition där mängden av de oönskade hydrolysproduktema som uppstår i pappers- eller kartongtillverkningsproces- sen vid användning av de kända limningskompositionema avsevärt reducerats eller eliminerats.

Ytterligare ett syfte med uppfinningen är att tillhandahålla ett förbättrat förfarande för framställning av en limningskomposition såsom denna har beskrivits ovan.

Ytterligare ett syfte är att tillhandahålla ett förbättrat förfarande för framställning av limmat papper eller papp eller kartong under användning av den nya kompositionen enligt uppfinningen.

Ett annat syfte med uppfinningen är att tillhandahålla limmat papper eller limmad papp eller limmad kartong med förbättrade egenskaper under användning av den nya kompo- sitionen och det förbättrade förfarandet vid framställning av densamma.

Enligt uppfinningen uppnås dessa och andra syften genom ett tillhandahållande av en limningskomposition i form av en vattenbaserad dispersion eller emulsion, vid vilken emulsionens eller dispersionens hydrofoba, cellulosareaktiva partiklar föreligger som en fysikalisk blandning av minst två hydrofoba, cellulosareaktiva limningsmedel, varjämte l0 20 30 7 508 593 emulsionen även innehåller stärkelse eller arman naturlig polymer och/eller åtminstone någon syntetisk polymer, t ex polyakrylarnid. Företrädesvis utgörs nämnda minst två hydrofoba, cellulosareaktiva limningsmedel av partiklar av alkylketendimer och alkenylbämstenssyraanhydrid, varvid den dispergerade eller emulgerade limnings- kompositionen är framställd i anslutning till pappers- och kartongtillverknings- processen, dvs kort tid innan kompositionen skall användas, företrädesvis max 4 timmar, lämpligen max l timme, helst max 30 minuter före användningen Vad beträffar den nya limningskompositionen enligt uppfinningen är det naturligtvis också underförstått att den kan innehålla ytterligare beståndsdelar om så önskas eller befinnes lämpligt, varvid sådana ytterligare beståndsdelar kan väljas i enlighet med kända principer. Ehuru sådana beståndsdelar inte behöver speciellt beskrivas här för att möjliggöra uppfinningens utövande, kan dock nämnas att bland vanliga, tillsatsmedel kan nämnas t ex dispergeringsmedel, aluminiumföreningar såsom alun (aluminiumsulfat) och polyaluminium-klorid. Den i dispersionen eller emulsionen ingå- ende stärkelsen eller syntetiska polymeren kan till sin karaktär vara katjonaktiv eller anjonaktiv eller arrifoter.

EXEMPEL Den ovan beskrivna limningskompositionen kan framställas på följande sätt. Man smäl- ter 25 delar av ett vax bestående av alkylketendimer (AKD). Vaxet har vanligtvis en smältpunkt, som beror på de i utgångsmaterialet ingående fettkedjornas längd, på mellan 30 och 60°C. Vax med en smältpunkt ner till l5° C kan också användas. Till denna smälta tillsättes 25 delar av en olja bestående av alkenylbärnstenssyraanhydrid (ASA).

Blandningen omröres så att en homogen fysikalisk blandning erhålles. Denna blandning av AKD och ASA sättes under omröming till en lösning av 100 delar katjonaktiv stärkelse och 2 delar av ett anjoniskt dispergeringsmedel och 2500 delar vatten i en dispergerings/emulgeringsutrustning, där den utsätts för så höga skjuvkrafter att en dispersion altemativt emulsion bildas. Stärkelselösningen temperatur bör överstiga AKD/ASA-blandningens smältpunkt med någon °C. Dispersionen eller emulsionen kyles därefter snabbt. En temperatur understigande 20°C är att föredra.

Som tidigare nämnts kan AKD/ASA-förhållandet varieras kraftigt beroende på vilka egenskaper som man önskar prioritera. Vid ett lågt AKD/ASA-förhållande är bland- 508 593 8 l5 20 ningen av AKD och ASA flytande vid rumstemperatur, vilket underlättar emulsionstill- verkningen. Om så önskas kan AKD/ASA-blandningen göras av leverantören av dessa råvaror. Blandningen levereras då t.ex. i en container och vid ett högre AKD/ASA-tör- hållande värms blandningen m.h.a. t ex en värmepatron till flytande form. Blandningen kan också levereras i bulkform varvid dess temperatur ligger strax över blandningens smälttemperatur under transport och lagring. I båda dessa fall kan AKD/ASA-bland- ningen levereras till användaren i koncentrerad form för att hos användaren prepareras genom att även försättas med stärkelse eller annan naturlig polymer och/eller med syntetisk polymer samt emulgeras eller dispergeras i aquatiskt medium kort före användning.

Vid det ovanstående exempel kan det som tidigare nämnts i vissa fall vara lämpligare med anjonaktiv stärkelse eller amfoter stärkelse eller syntetisk polymer istället för katjon- aktiv stärkelse. Andra tillsatser, såsom t.ex. polyaluminiumklorid eller alun (aluminium- sulfat) kan också vara fördelaktiga.

Den sålunda erhållna limningsdispersionen eller limningsemulsionen är en mjölkliknande vätska med låg viskositet som efter utspädning doseras till mälden under pappers-, papp- eller kartongtillverkningsprocessen. Lämpligen kan limningskompositionen doseras till någon doseringspunkt mellan blandningskaret och inloppslådan. Doseringsmängden varierar beroende på olika processparametrar såsom typ av använda massor och fyllnadsmedel, temperatur i systemet och närvaron av störsubstanser. Vanligen varierar doseringsmängden från 0.4 till 1.4 kg total fastämneshalt per ton papper, papp eller kartong.

Claims (10)

10 15 20 25 30 9 ses 593 PATENTKRAV

1. l. Limningskomposition i form av en vattenbaserad emulsion eller dispersion innefat- tande åtminstone något hydrofobt, cellulosareaktivt limningsmedel samt åtminstone en naturlig och/eller syntetisk polymer, k ä n n e t e c k n a d av att emulsionens eller dispersionens hydrofoba, cellulosareaktiva partiklar föreligger som en fysikalisk blandning av minst två hydrofoba, cellulosareaktiva limningsmedel, av vilka ett utgörs av alkenylbämstenssyraanhydrid (ASA).

2. Limningskomposition enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda minst två hydrofoba, cellulosareaktiva limningsmedel innefattar åtminstone alkylketendimer (AKD) och alkenylbärnstenssyraanhydrid (ASA).

3. Limningskomposition enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d av att förhållandet mellan alkylketendimer och alkenylbämstenssyraanhydrid, AKD/ASA, är minst 1/ 100 och ma\ 100/ 1.

4. Limningskomposition enligt krav 3, k ä n n et e c k n a d av att förhållandet nte-Har: alkylketendimer och alkenylbämstenssyraanhydrid, AKD/ASA, är minst 5/ lO0 och m." 100/5.

5. Limningskomposition enligt något av kraven l-4, k ä n n e t e c k n a d av att din: .i- framställd i en dispergerings- eller emulgeringsutrustning enligt ett så kallat in sin» förfarande.

6. Förfarande för framställning av limmat papper, limmad papp eller limmad kartong dar ett limningsmedel tillsättes under tillverkningen av nämnda papper eller papp eller kartong, lämpligen till mälden innan denna avvattnas, k ä n n e t e c k n at av att man som nämnda limningsmedel använder limningskompositionen enligt något av kraven l-S

7. Förfarande enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a t av att limningskompositionen tillsättes i en mängd av minst 0.25 kg och högst 4 kg total fastämneshalt per ton papper, papp eller kartong. 508 593 10 ö

8. Förfarande enligt krav 7, k ä n n e t e c k n at av att limningskompositionen tillsättes i en mängd av minst 0.4 kg och högst 1.4 kg total fastämneshalt per ton papper, papp eller kartong.

9. Förfarande enligt något av kraven 6-8, k ä n n e t e c k n at av att limningskomposi- tionen beredes högst 4 timmar innan den tillsättes under tillverkningen av nämnda papper, papp eller kartong, lämpligen till mälden innan denna awattnas.

10. Förfarande enligt krav 9, k ä n n e t e c k n a t av att limnjngskompositionen beredes högst 1 timme, företrädesvis högst 30 minuter, innan den tillsättes under tillverkningen av nänmda papper, papp eller kartong, lämpligen till mälden innan denna avvattnas.