DE1248456B - Verfahren zur Herstellung von schwer entflammbarem Papier - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von schwer entflammbarem PapierInfo
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Description
DEUTSCHES m/TGsSP PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
DeutscheKl.: 55 f-11/10
Nummer: 1 248 456
Aktenzeichen: H 40627 VI b/55 f
1 248456 Anmeldetag: 10. Oktober 1960
Auslegetag: 24. August 1967
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von schwer entflammbarem Papier, bei dem das
Papier unter Verwendung von Tetraliydroxymethylphosphoniumchlorid und stickstoffhaltigen Verbindungen
bzw. von Vorkondensaten solcher stickstoffhaltigen Verbindungen ausgerüstet wird.
Die Verwendung von stickstoff- und phosphorhaltigen Polykondensationsprodukten, die aus einem
Tetrahydroxymethylphosphoniumsalz, einer stickstoffhaltigen, mit Formaldehyd umsetzbaren Verbindung
und gegebenenfalls einem Aldehyd oder einem Vorkondensationsprodukt desselben mit einer stickstoffhaltigen
Verbindung erhalten werden, zum Feuerfestmachen von brennbaren Stoffen, wie Textilien, Papier
usw., ist bekannt, jedoch sind solche stickstoff- und phosphorhaltigen Polykondensationsprodukte nicht
stets für den genannten Zweck brauchbar. Es ist auch bekannt, solche stickstoff- und phosphorhaltigen
Polykondensationsprodukte, auch Methylol-Phosphor-Harze genannt, durch Einbau von Brom derart zu
modifizieren, daß sie sich besser zum Flammfestmachen von brennbaren Stoffen" eignen. Obzwar
durch den Einbau von Brom in Methylol-Phosphor-Harze das Flammfestmachen von brennbaren Stoffen
mit einem geringeren Gewicht an solchen Harzen erzielbar ist, so ist doch in Anbetracht des hohen
Preises der Bromverbindung und der nicht sehr reichen Vorkommen von Brom der Verwendung von
bromhaltigen Methylol-Phosphor-Harzen wirtschaftlich eine Grenze gesetzt. Abgesehen davon besitzen
solche Methylol-Phosphor-Harze noch den Nachteil, daß die Zerreißfestigkeit und die Biegefähigkeit von
damit ausgerüstetem Papier sehr zu wünschen übriglassen, so daß die imprägnierten Papiere starke Bruchneigung
besitzen, die sie für solche Verwendungszwecke ungeeignet macht, bei welchen das Papier gefaltet
werden soll.
Ziel der Erfindung ist es nun, ein Verfahren zur Herstellung schwer entflammbaren Papiers der oben
angegebenen Art zu schaffen, das die angeführten Nachteile nicht besitzt. Dieses Verfahren ist erfindungsgemäß
dadurch gekennzeichnet, daß das Papier mit einer wäßrigen Lösung einer aus
A. 10 bis 30 Gewichtsteilen Tetrahydroxymethylphosphoniumehlorid,
B. 2 bis 10 Gewichtsteilen Triäthanolamin,
C. 10 bis 50 Gewichtsteilen eines Mischpolymerisats aus Vinylchlorid und VinyHdenchlorid in Form
eines Latex und
D. 35 bis 75 Gewichtsteilen eines Harnstoff-Formaldehyd-Vorkondensates
Verfahren zur Herstellung von schwer
entflammbarem Papier
entflammbarem Papier
Anmelder:
Hooker Chemical Corporation,
Niagara Falls, N. Y. (V. St. A.)
Niagara Falls, N. Y. (V. St. A.)
Vertreter:
Dr. V. Vossius, Patentanwalt,
München 23, Siegesstr. 26
München 23, Siegesstr. 26
Als Erfinder benannt:
Robert J. Dearborn, Muncie, Ind. (V. St. A.)
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 12. Oktober 1959
(845596)
V. St. v. Amerika vom 12. Oktober 1959
(845596)
erhaltenen Mischung imprägniert, das imprägnierte Papier getrocknet und sodann ausgehärtet wird, wobei
die Mischung in einer solchen Menge zur Imprägnierung des Papiers verwendet wird, daß das erhaltene
Papier 20 bis etwa 40 Gewichtsprozent Harzausrüstung enthält.
So hergestelltes Papier besitzt nun neben seiner Schwerentflammbarkeit noch eine hohe Zerreißfestigkeit
und eine ausgezeichnete Biegefähigkeit. Die Biegefähigkeit erfindungsgemäß hergestellten schwer
entflammbaren Papiers dürfte vor allem auf eine Weichmacherwirkung des Vinylchlorid-Vinylidenchlorid-Mischpolymerisats
auf das aus Tetrahydroxymethylphosphoniumchlorid, Triäthanolamin und dem Harnstoff-Formaldehyd-Vorkondensat erhaltene Methylol-Phosphor-Harz
zurückzuführen sein, die überraschend ist und nicht vorherzusehen war. Darüber hinaus wird durch das Vinylchlorid-Vinylidenchlorid-Mischpolymerisat
mit Sicherheit eine flammfeste Ausrüstung des Papiers erreicht, die durch Verwendung
von Methylol-Phosphor-Harzen allein nicht mit Sicherheit erreichbar ist, sofern diese nicht gemäß
dem bereits genannten bekannten' Vorschlag Brom enthalten. Durch die Verwendung eines Vinylchlorid-Vinylidenchlorid-Mischpolymerisats
wird nun aber eine flammfeste Ausrüstung des Papiers auf wesentlich billigere, d. h. wirtschaftlichere Art erreicht als durch
den Einbau von Brom in die Methylol-Phosphor-
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Harze. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der, daß die Standzeit der zur Imprägnierung
verwendeten Imprägnierlösungen hoch ist, "o daß die Imprägnierung des Papiers mit besser
reproduzierbaren Ergebnissen vorgenommen werden kann als bisher. Dies gilt insbesondere bei der Imprägnierung
von Papieren, die später für Filter, beispielsweise in Vergaserfiltern, verwendet werden sollen. Die
im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens erhältliche Harzausrüstung besitzt auch noch den Vorteil,
daß sie, wenn sie verschiedenen Bedingungen, beispielsweise hoher Feuchtigkeit und der Einwirkung
von Wasser oder Lösungsmitteln, ausgesetzt wird, weder an Porosität, an Festigkeit noch an Feuerfestigkeit
Einbuße erleidet.
Bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden zweckmäßig Imprägnierlösungen verwendet,
die 10 bis 55 Gewichtsteile Trockensubstanz enthalten.
Für manche Anwendungszwecke sind schwer entflammbare Papiere und Papiererzeugnisse mit etwas
geringerer Steifigkeit erwünscht. Dies kann gemäß der Erfindung unter Beibehaltung der bisher nicht
erreichbaren ausgezeichneten physikalischen Eigenschaften durch allmähliche Verringerung der Menge
des Harnstoff-Formaldehyd-Vorkondensates erzielt werden. Um ein Papier bzw. Papiererzeugnisse dieser
gewünschten Steifigkeit zu erhalten, werden vorzugsweise 35 bis 55 Gewichtsteile des Harnstoff-Formaldehyd-Vorkondensates
verwendet.
Vorzugsweise wird die Imprägnierlösung wie folgt hergestellt:
1. Tetrahydroxymethylphosphoniumchlorid wird in Wasser gelöst und mit Triäthanolamin auf einen
pH-Wert von 6 ± 0,9 eingestellt.
2. Durch Auflösen von Harnstoff in einer 37 %igen Formaldehydlösung und durch Zugabe einer ausreichenden
Menge von Triäthanolamin zwecks Alkalischstellen der Lösung (pH = 7,5 bis 8,5)
wird ein Harnstoff-Formaldehyd-Vorkondensat hergestellt. Nach 12- bis 24stündigem Stehenlassen
bei Raumtemperatur wird weiterer Harnstoff zugesetzt. Die Lösung wird mit der Tetrahydroxymethylphosphoniumchloridlösung
vereinigt.
3. Ein Latex aus einem Vinylchlorid-Vinylidenchlorid-Mischpolymerisat wird zugesetzt.
Die Lösungen 1, 2 und 3 werden vermischt und gewünschtenfalls mit Wasser verdünnt, um eine
Lösung zu erhalten, die 55 Gewichtsprozent harzbildende Bestandteile enthält. Das Harnstoff-Formaldehyd-Vorkondensat
kann auch dadurch hergestellt werden, daß die Lösung des Harnstoffes, des Formaldehyde
und des Triäthanolamins auf 60 bis 80°C erwärmt wird und diese Temperatur 30 bis 60 Minuten
eingehalten wird. Das Vorkondensat wird sodann auf Raumtemperatur abgekühlt und weiterer Harnstoff
zugesetzt. Beste Ergebnisse werden erzielt, wenn das Papier durch völliges Eintauchen mit der Harzlösung
gesättigt wird und dann durch Quetschwalzen hindurchgeführt wird. Der Gehalt der Imprägnierfiüssigkeit
an Harzfeststoffen hängt von der Absorptionsfähigkeit des Papiers, der Einstellung der Abquetschwalzen
und schließlich auch vom gewünschten Harzzusatz zum Papier ab. Ein weiteres Verfahren zum
Aufbringen des Harzes besteht im Aufsprühen der
Harzlösung auf die Oberfläche des Papiers. Die Saugfähigkeit des Papiers bewirkt, daß die Imprägnierlösung
entlang den Papierfasern das gesamte Papier durchdringt. Auch andere an sich bekannte Verfahren
können für den vorliegenden Zweck eingesetzt werden.
Das Trocknen und Aushärten kann zwischen Raumtemperatur und erhöhten Temperaturen erfolgen, je
nachdem, welcher Papiertyp verarbeitet und je nachdem, welche Einrichtung verwendet wird. Im allgemeinen
sind die gebräuchlichen Heißluftöfen geeignet. Das Harz härtet bei Raumtemperaturen üblicherweise
innerhalb eines Zeitraumes von einigen Wochen aus, während bei Temperaturen von etwa 120 bis etwa
160°C das Harz in 2 bis 15 Minuten aushärtet. Härtungstemperaturen von über 160° C führen dazu
Härtungstemperaturen von über 160° C führen dazu, daß sich die Cellulose teilweise zersetzt, und solche
Temperaturen werden deshalb im allgemeinen vermieden.
Die Mengenverhältnisse der Bestandteile der Imprägnierlösung können innerhalb der oben angegebenen
weiten Grenzen verändert werden. Es wurde jedoch gefunden, daß beste Ergebnisse bei Verwendung einer
wäßrigen Lösung erhalten werden, die 16 bis 24 Gewichtsteile Tetrahydroxymethylphosphoniumchlorid,
3 bis 5 Gewichtsteile Triäthanolamin, 30 bis 40 Gewichtsteile Vinylchlorid-Vinylidenchlorid-Mischpolymerisatlatex
und 35 bis 55 Gewichtsteile Harnstoff-Formaldehyd-Vorkondensat enthält.
Das Harnstoff-Formaldehyd-Vorkondensat kann aus Harnstoff und Formaldehyd in einem Mengenverhältnis
von 1 bis 2 Mol Formaldehyd auf 1 Mol Harnstoff hergestellt werden. Auch wasserlösliche
Harnstoff-Formaldehyd-Vorkondensate, wie sie im Handel erhältlich sind, sind brauchbar. Die Menge
des dem Vorkondensat zuzusetzenden Harnstoffes hängt von der verwendeten Menge des Tetrahydroxymethylphosphoniumchlorids
ab. Jedoch liegt in jedem Fall die Gesamtmenge des Harnstoff-Formaldehyd-Vorkondensats
innerhalb der oben angegebenen Grenzen, d. h., das Harnstoff-Formaldehyd-Vorkondensat
kann in einer Menge bis zu 75 Gewichtsprozent zugegen sein. Pro Mol Tetrahydroxymethylphosphoniumchlorid
wird etwa 1 Mol Harnstoff zusätzlich zugegeben.
Mit den oben angegebenen Mischungen behandeltes Papier, das etwa 20 bis 40 Gewichtsprozent Harz
enthält, ist schwer entflammbar, flexibel und besitzt etwa die fünffache Zerreißfestigkeit unbehandelten
Papiers. Das im Papier eingebaute Harz wird durch Eintauchen des Papiers in siedendes Wasser oder
organischen Lösungsmitteln nicht entfernt. Das behandelte Papier ist weiter widerstandsfähig gegen Fäulnis,
Pilze, Mehltau u. dgl. Das Harz ist nahezu farblos und erzeugt auf weißem Papier nur eine sehr geringe
Farbänderung.
Ein weiterer Vorteil von Mischungen der oben angegebenen Bestandteile besteht darin, daß diese
Mischungen mindestens 3 Monate lagerfähig sind, vorausgesetzt, daß die Konzentration der Harzbildner
in wäßriger Lösung innerhalb 40 bis 60 Gewichtsprozent liegt. Sollen bei der Herstellung imprägnierten
Papiers Lösungen geringerer Konzentration verwendet werden, so ist es erforderlich, die Mischungen vor
ihrer Verwendung zu verdünnen. Die verdünnten Mischungen jedoch sind nur 12 bis 48 Stunden stabil.
Alle in der Harzlösung enthaltenen Bestandteile sind in Wasser löslich oder dispergierbar, so daß die
Verwendung giftiger und brennbarer Lösungsmittel nicht erforderlich ist. Diese Bestandteile sind ebenfalls
in niederen Alkoholen, wie beispielsweise Methyl-, Äthyl- und Isopropylalkohol, löslich.
In den folgenden Beispielen wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung schwer entflammbaren
Papiers näher erläutert.
Zu 60 g einer 35%igen Formaldehydlösung, die 21 g Formaldehyd enthielt, wurden 35 g Harnstoff
und 16 g Wasser gegeben. Diese Lösung wurde durch Zugabe von 1 g einer 50 %igen wäßrigen Lösung von
Triäthanolamin auf einen pH-Wert von 7,8 eingestellt und 15 Stunden bei Raumtemperatur stehengelassen.
Sodann wurde eine Lösung von 16 g Harnstoff in 16 g Wasser zugegeben. Weiter wurde Tetrahydroxymethylphosphoniumchlorid
in einer Menge von 45 g, in Wasser gelöst, mit 6 g Triäthanolamin behandelt, worauf diese Mischung der Harnstoff-Formaldehyd-Lösung
zugegeben wurde. Schließlich wurden 100 g eines 50% eines Mischpolymerisats aus Vinylchlorid
und Vinylidenchlorid enthaltenden Latex eingerührt, womit 351 g einer 50 °/0igen Lösung von harzbildenden
Bestandteilen erhalten wurden. Diese Lösung wurde mit 351 g Wasser verdünnt, worauf Luftfilterpapier
für Vergaser in diese Flüssigkeit eingetaucht wurde. Die eingetauchten Papiere wurden mit einer schweren
Walze ausgequetscht, bis der Feuchtigkeitsgehalt zwischen 200 und 275 % betrug. Diese Papiere wurden
sodann bei 80° C getrocknet und 5 Minuten lang bei 150° C ausgehärtet. Die ausgehärteten Blätter enthielten
30 bis 35 Gewichtsprozent Harz und besaßen eine Zerreißfestigkeit von 1,485 bis 1,615 kg/cm2,
gemessen mit dem Mullen-Paper-Tester. Vergleichsweise beträgt die Zerreißfestigkeit von unbehandeltem
Papier 0,42 kg/cm2. Das behandelte Papier war vollkommen feuerbeständig und konnte, ohne zu brechen,
um einen Winkel von 180° gebogen werden. Eines .dieser 35 % Harz enthaltenden Blätter wurde 10 Minuten
lang in kochendes Wasser getaucht und sodann getrocknet. Der Harzgehalt des Papiers betrug anschließend
an diese Prüfung 32,6 %> und die Zerreißfestigkeit nach Mullen betrug 1,37 kg/cm2.
Darauffolgendes Waschen erzeugte einen nur geringen Harzverlust.
Es wurden, wie im Beispiel 1 angegeben, Lösungen von Harnstoff—Formaldehyd und Tetrahydroxymethylphosphoniumchlorid—Triäthanolamin
hergestellt. Diese Lösungen wurden vermischt und sodann 150 g eines ein Mischpolymerisat aus Vinylchlorid
und Vinylidenchlorid enthaltenden Latex zugefügt. Nach Verdünnung der Lösung auf einen
Gehalt von 25% wurde die Lösung zur Imprägnierung von Luftfilterpapier für Vergaser verwendet, das
Papier anschließend getrocknet und wie oben ausgehärtet. Diese Papierproben enthielten sodann 31
bis 35 Gewichtsprozent Harz und besaßen eine Zerreißfestigkeit von 1,55 bis 1,76 kg/cm2, waren flexibel
und feuerbeständig. Ein 31,9 Gewichtsprozent Harz enthaltendes Papier wurde 10 Minuten in kochendes
Wasser getaucht und anschließend getrocknet. Der Harzgehalt betrug anschließend 28,5 %>
und bei vollständiger Feuerfestigkeit besaß dieses Papier eine Zerreißfestigkeit von 1,62 kg/cm2. Anschließendes
Waschen erzeugte einen nur geringen Harzverlust.
Es wurden, wie im Beispiel 1 angegeben, Lösungen von Harnstoff—Formaldehyd und Tetrahydroxymethylphosphoniumchlorid—Triäthanolamin
hergestellt. Diese Lösungen wurden miteinander vermischt und hierauf 125 g eines Latex, enthaltend ein Vinylchlorid-Vinylidenchlorid-Mischpolymerisat,
zugefügt. Die 50 % Feststoffe enthaltene Lösung wurde 90 Tage stehengelassen. Nach Ablauf dieser Zeit konnte weder
ίο eine Verdickung der Lösung noch ausgeflocktes Polymerisat festgestellt werden.
In den folgenden Beispielen 4 bis 18 werden die Eigenschaften von Papier, das gemäß der Erfindung
behandelt wurde (Beispiele 4 bis 8), mit den Eigenschäften von Papieren verglichen, die dem Stand der
Technik entsprechend mit einer Tetrahydroxymethylphosphoniumchlorid, Triäthanolamin, Harnstoff und
Trimethylolmelamin enthaltenden Mischung, die weder Formaldehyd noch das Vinylchlorid-Vinylidenchlorid-Mischpolymerisat
enthielt (Beispiele 9 bis 13), bzw. mit einer Tetrahydroxymethylphosphoniumchlorid
enthaltenden Mischung, der ein Latex eines Vinylchlorid-Vinylidenchlorid-Mischpolymerisats zugegeben
wurde, die aber an Stelle von Formaldehyd Trimethylolmelamin enthielt (Beispiele 14 bis 18),
behandelt waren.
Die in den Beispielen 4 bis 18 verwendeten Mischungen sind in Tabelle I angeführt, wobei die angegebenen
Prozentsätze für die wasserfreie Mischung gelten.
In der Tabelle II sind die Eigenschaften von mit den Mischungen I, II und III der Tabelle I behandelten
Papieren angegeben. Die Zerreißfestigkeit wurde nach Mullen bestimmt. Das unbehandelte
Papier besaß eine Zerreißfestigkeit von 0,42 kg/cm2.
Die Steifigkeit des Papiers wurde nach Gurley bestimmt, und zwar sowohl in Maschinenrichtung
(MD) und quer zur Maschinenrichtung (CD). Die Steifigkeit des unbehandelten Papiers in Maschinenrichtung
betrug 690 bis 850 mg und in Richtung quer zur Maschinenrichtung 380 bis 540 mg. Die Biegefähigkeit
des Papiers wurde wie folgt bestimmt: Ein 2,54 cm breiter Papierstreifen abgemessener Länge
wurde auf eine ebene Fläche gelegt und sodann ein Ende dieses Streifens über das andere gebracht, wobei
+5 sorgfältig darauf geachtet wurde, das Papier nicht zu brechen bzw. zu falten. Auf die übereinandergelegten
Enden dieses Papierstreifens wurde sodann eine zylindrische Walze, deren Durchmesser 6,35 bis 12,7 mm
betragen kann, gelegt, und diese Walze wurde dann unter Ausübung eines gleichmäßigen nach unten
gerichteten Druckes in Richtung zur Schlaufe des Papiers bewegt. Wenn nun die Walze ein bestimmtes
Stück von der Biegestelle des Papierstreifens entfernt ist, beginnen die Papierfasern zu brechen, und bzw.
oder es bildet sich eine bleibende Falte im Papier. Der Abstand der Berührungsstelle der Walze auf dem
Papier bis zur Faltstelle des schließlich gefalteten Papiers, bei deren Erreichung die Papierfasern
brechen oder das Papier sich fältelt, ergibt die Maß-
So zahl für die Biegeeigenschaft nach diesem Versuch. Diese Prüfung liefert ein Maß für die Brauchbarkeit
eines Papiers, das bei seiner Verwendung gefaltet werden soll. Je kleiner die nach diesem Versuch
erhaltenen Zahlenwerte sind, um so besser ist das Papier hinsichtlich seiner Biegeeigenschaften. Die
Flammenprüfung wurde derart durchgeführt, daß ein 2,54-cm-Streifen in eine leuchtende Flamme eines
Bunsenbrenners gehalten wurde.
Claims (5)
1. Verfahren zur Herstellung von schwer entflammbarem Papier, bei dem das Papier unter
Verwendung von Tetrahydroxymethylphosphoniumchlorid und stickstoffhaltigen Verbindungen
bzw. von Vorkondensaten solcher stickstoffhaltigen Verbindungen ausgerüstet wird, dadurch gekennzeichnet,
daß das Papier mit einer wäßrigen Lösung einer aus
A. 10 bis 30 Gewichtsteilen Tetrahydroxymethylphosphoniumchlorid,
B. 2 bis 10 Gewichtsteilen Triäthanolamin,
C 10 bis 50 Gewichtsteilen eines Mischpolymerisats aus Vinylchlorid und Vinylidenchlorid
in Form eines Latex und
D. 35 bis 75 Gewichtsteilen eines Harnstoff-Formaldehyd-Vorkondensates
erhaltenen Mischung imprägniert, das imprägnierte Papier getrocknet und sodann ausgehärtet wird,
wobei die Mischung in einer solchen Menge zur Imprägnierung des Papiers verwendet wird, daß
das erhaltene Papier 20 bis etwa 40 Gewichtsprozent Harzausrüstung enthält.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mischung verwendet wird, die
35 bis 55 Gewichtsteile Harnstoff-Formaldehyd-Vorkondensat enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mischung verwendet
wird, die
A. 16 bis 24 Gewichtsteile Tetrahydroxymethylphosphoniumchlorid,
B. 3 bis 5 Gewichtsteile Triäthanolamin,
C 30 bis 40 Gewichtsteile eines Mischpolymerisats aus Vinylchlorid und Vinylidenchlorid
und
D. 35 bis 55 Gewichtsteile Harnstoff-Formaldehyd-Harz
enthält.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Trocknen und das
Aushärten bei erhöhter Temperatur erfolgen.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Aushärten bei
Temperaturen von 120 bis 160° C innerhalb eines Zeitraumes von 2 bis 15 Minuten vorgenommen
wird.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 1 004 036, 1 045 098, )45 655, 1 102 697.
Deutsche Patentschriften Nr. 1 004 036, 1 045 098, )45 655, 1 102 697.
709 638/511 8.67 © Bundesdruckerei Berlin
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DE (1) | DE1248456B (de) |
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- 1960-10-10 DE DEH40627A patent/DE1248456B/de active Pending
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