SE502545C2 - Vattenhaltiga kompositioner för limning av papper samt förfarande för framställning av papper - Google Patents

Description

10 vkolvätegrupp med mer än 7 kolatomer 502 545 2 polymer och en polyaluminiumförening ger mycket god limning med làga mängder av limningsmedlet genom att de ger god retention av detta och att de dessutom bidrar positivt till allmän retention av fibrer och fyllmedel och av- vattningseffekt vid pappersframställningen. De har även god effekt i bygger på kombinationer av anjoniska oorganiska kolloider, närvaro av retentions/avvattningssystem som sàsom silikabaserade kolloider, och katjoniska polymerer.

Föreliggande uppfinning avser således vattenhaltiga kompositioner av limningsmedel som utgöres av hydrofobe- eller alkylketen- innefattar en amfotär polymer rande cykliska vilka som utgöres dikarboxylsyraanhydrider dimer, kompositioner av amfotär stärkelse eller en amfotär akryl- amidbaserad polymer samt en polyaluminium förening.

De tvà typerna av limningsmedel är i sig välkända.

Cykliska dikarboxylsyraanhydrider kan karakteriseras med den allmänna formeln O H _ /c\ Rl Raä/O där R2 är en dimetylen eller trimetylenradikal och R1 är en och kan utgöras av en alkyl, alkenyl, aralkyl eller aralkêflylgrupp- De cykliska dikarboxylsyraanhydrider som övervägande utnyttjas kommer- siellt är alkyl och alkenylbärnstenssyraanhydrider (ASA) och speciellt då isooktadekenylbärnstenssyraanhydrid.

Alkylketendimerer har den allmänna formeln RlCH=C~CH-R2 I I O - C = O där R1 och R2 är hydrofoba kolvätegrupper med ca 6 kolatomer till 20 kolatomer såsom hexadecyl och oktadecylgrupper. till ca och vanligen utgöres av Den amfotära polymeren i föreliggande kompositioner utgöres av amfotär stärkelse eller amfotär akrylamidbaserad i detta polymer. Begreppet amfotär innebär sammanhang att alkylgrupper med 12 ' » 502 545 3 polymeren innehåller såväl grupper. Amfotär anjoniska grupperna utgöras till sulfat, företrädesvis av anjoniska som katjoniska stärkelse föredrages och för denna kan de fosfat, fos- karboxylsyragrupper och exempel av fonat, sulfonat eller utgöres fosfatgrupper. De katjoniska grupperna utgöres av tertiära aminogrupper eller kvartära ammoniumgrupper. Förhållandet mellan andelen i stärkelsen ingående anjoniska intervallet 0,025:l till 90:l, och ligger helst inom inter- vallet 0,4:l till 40:l. Vilken innehåller båda dessa typer av grupper och katjoniska grupper kan ligga inom som helst stärkelse som kan utnyttjas och stärkelsen i sig kan således härstamma från potatis, majs, vete, tapioka, ris, vaxartad majs etc. De anjoniska grupperna i stärkelsen kan vara nativa och/eller införda genom kemisk behandling av är att utnyttja stärkelsen. Speciellt lämpligt katjoniserad potatisstärkelse då nativ potatisstärkelse innehåller en väsentlig andel kovalent bundna fosfatmonoestergrupper.

Den amfotära polymeren kan även utgöras av en akryl- amidbaserad polymer, vilka utgöres av vattenlösliga poly- merer med akrylamid och/eller sakliga monomera enheten. Dessa polymerer kan ha molvikter från ca 10000 upp till ca 1500000, lämpligen från ca 300000 till ca 800000. Amfotära fakrylamidbaserade polymerer kan framställas genom införande av joniska grupper i en polymer innehållande (met)akrylamid som huvudkomponent. Katjoniska grupper kan olika nedbrytning och Mannich reaktion och anjoniska metakrylamid som den huvud- införas genom metoder såsom Hofmann- grupper kan till exempel införas genom hydrolys eller sulfometylerings- reaktion. Amfotära akrylamidbaserade polymerer kan även framställas genom sampolymerisation av (met)akrylamid och en monomerblandning innehållande både anjoniska och kat- joniska monomerer.

I föreliggande kompositioner ingår såväl amfotär polymer som en polyaluminiumförening. Det förmodas att en viss interaktion sker mellan de anjoniska grupperna i den amfotära polymeren och polyaluminiumföreningarna som bidrar till god stabilisering av kompositionerna och god retention 502 lO 545 4 av limningsmedlet i mälden.

Ketendimererna är de föredragna limningsmedlen. vattenhaltiga AKD-dispersioner vilka innefattar både en amfotär polymer och en polyaluminiumförening ger mycket god limning med låga mängder AKD och dispersionerna har dess- utom tillfredsställande stabilitet och kan framställas med för kommersiellt bruk tillräckligt höga torrhalter. Disper- effekt i bygger oorganiska kolloider, såsom sionerna har även god närvaro av retentions/av- vattningssystem som på kombinationer av anjoniska kolloider, och Det förefaller även som om disper- till förbättring retention av silikabaserade katjoniska polymerer. sionerna som sådana kan bidraga av av- vattning och allmän fibrer och eventuella fyllmedel.

Polyaluminiumföreningar är uppbyggda av aluminium, hydroxygrupper och anjoner, de benämnes basiska och utgöres i vattenlösning av flerkärniga komplex. Polyaluminium- föreningar såsom polyaluminiumklorid och sulfatinnehållande polyaluminiumklorid är i sig välkända föreningar och har i bland vid tallharts- tallhartset genom bildning av papperssammanhang utnyttjats annat limning för att fixera aluminium-rosinat komplex.

Som exempel pà lämpliga föreningar kan nämnas poly- aluminiumföreningar med den allmänna formeln A1n(OH)mX3n-m där X är en negativ jon såsom klorid eller acetat och både n och m är positiva tal så att 3n-m är större än O. Före- trädesvis är X = Cl' och sådana polyaluminiumföreningar är kända som polyaluminiumklorider (PAC). Polyaluminiumklori- innehålla polyfosforsyra, der kan även anjoner från svavelsyra, fosfor- syra, kromsyra, dikromsyra, kiselsyra, citronsyra, oxalsyra, karboxylsyror eller sulfonsyror.

Basiciteten för polyaluminiumföreningar av den ovan givna formeln definieras som förhållandet m/3n*l00. Basici- intervallet från 10 upp till intervallet från 20 upp till teten ligger lämpligen inom 90% och företrädesvis' inom 85%.

De lämpligaste polyaluminiumföreningarna i före- lO 502 545 liggande kompositioner utgöres av polyaluminiumklorider, sulfatinnehållande polyaluminiumklorider och polyaluminium- sulfater. Som exempel på polyaluminiumsulfat kan anges de med formeln [Al(0H)x(S04)y(H2O)z]n där x har 1,5 till 2,0, y ett värde av 0,5 till 0,75, x+2y =3 och z=l,5-4, lämpligen 1,5-3,0. I begreppet polyaluminium- föreningar innefattas här även blandningar och samkondensat ett värde av av katjoniska dicyandiamidhartser och polyaluminiumföre- ningar. Sådana produkter beskrives i den europeiska patent- ansökan 320986.

Ett exempel på en kommersiellt tillgänglig polyalumi- Ekoflock, framställd och såld av Eka Nobel detta fall är 25% och sulfat och aluminium ca 1,5 respektive 10 innehållet av niumförening är AB i Sverige. I basiciteten ca innehållet av viktprocent, där aluminium är räknat som Al2O3. I vattenlösningar är det dominerande komplexet A13 större del omvandlas till All304(OH)247+.

Andra exempel på kommersiellt tillgängliga föreningar är den sulfatfria Sachtoklar(R) såld av Sachtleben Chemie i Tyskland, den sulfatinnehållande WAC såld av Atochem i den högbasiska polyaluminiumkloridföreningen Locron såld av Hoechst AG 1 Tyskland, poly(hydroxyalumi- nium)sulfat Omniklir såld-av OmniKem, USA, Niaproof som är ett aluminiumhydroxyacetat, sålt av Niacet i" USA och Alzofix baserad på polyaluminiumklorid_ och dicyandiamid såld av SKW Trostberg, Tyskland.

I ketendimerdispersionerna uppfinning ingår» mängd av från 1 en mindre eller Frankrike, enligt föreliggande den amfotära polymeren lämpligen i en till Företrädesvis viktprocent, räknat på keten- dimeren. ligger mängden inom intervallet från 5 till 20. Polyaluminiumföreningen ingår i förhållan- devis höga mängder och lämpligen i en mängd av 0,1 till 10 viktprocent, räknat som Al2O3 på ketendimeren och företrä- desvis ligger mängden polyaluminiumförening inom inter- vallet från 1 till 6 viktprocent. Trots de av aluminiumförening uppvisar dispersionerna god stabili- höga mängderna tet. Dispersionerna enligt föreliggande uppfinning kan ha l5 502 545 6. halter AKD av från ca 5 viktprocent upp till ca 30 vikt- procent och lämpligen ligger halten AKD inom intervallet 10 till 20.

Ketendimerdispersioner enligt föreliggande uppfinning kan framställas genom att en vattenlösning polymeren blandas 55'C till ca 95°C vid denna temperatur under ett tryck av från ca 50 till ca 500 bar. Den erhållna emulsionen som har en droppstorlek av från ca 0,3 till ca 3 um kyles snabbt och polyaluminiumföreningen under eller av den amfotära med AKD-vax vid en temperatur av från ca och homogenisering därefter tillsättes lämpligen de tre ovan angivna väsentliga komponenterna kan i disper- sionerna även införlivas andra efter kylningen. Förutom komponenter såsom anjoniska ytaktiva medel, t ex natriumlignosulfonat, utdrygningsmedel såsom urea och ureaderivat etc..

Cykliska flytande ingår dikarboxylsyraanhydrider ASA är rumstemperatur. I kommersiella ASA-produkter ett emulgeringsmedel. Vattenhaltiga. cykliska dikarboxylsyraanhydrider är emul- såsom vid normalt kom- positioner av sioner och kompositioner enligt uppfinningen kan fram- blandning av den flytande syraanhydriden med den amfotära polyaluminiumföreningen .hållas ställas genom en lösning av polymgfgn 1 vilken lösning ingår. ungefär .20°C." Lösningens temperatur bör vid Kompositionerf av cykliska .Idikarboxylsyraanhydrider'penligtifuppfinningenA-'innehállerÜ øflnlämpligen syraanhydriden och 'den amfotära polymeren i ett viktförhállande av från lzl till 1:4. Polyaluminiumförenin- gen ingår i motsvarande mängder, räknat- .pà den cykliska dikarboxylsyraanhydriden, som angivet för ketendimerdisper- sionerna. Normalt framställes ASA-emulsioner pà pappersbru- Aket och i direkt anslutning till utnyttjandet som limnings- medel vid pappersframställningen..Halter av syraanhydriden av ca 0,1 till 5 viktprocent är härvid brukliga.

W Kompositionerna enligt sätt vid pappersframställning. De kan utnyttjas såväl för ytlimning v papper , uppfinningen användes pá i sig konventionellt som mäldlimning vid fram- ställning av papp och kartong. Föreliggande upp- lO 5022545 7 finning innefattar även ett sätt för framställning av papper med användning av vattenhaltiga kompositioner av cykliska dikarboxylsyraanhydrid eller alkylketendimer innehållande amfotär polymer och polyaluminiumförening såsom ovan beskrivna såsom yt- eller mäldlimningsmedel. vid mäldlimning doseras kompositionerna lämpligen till en mängd AKD eller cyklisk dikarboxylsyraanhydrid av 0,2 till 8 kg/ton av mäldens torrsubstans, och eventuella fyllmedel där kvalitet.

Uppfinningen beskrives närmare i dvs fibrer doseringen främst är beroende av pappers- följande utförings- exempel, vilka emellertid ej är avsedda begränsa densamma.

Delar och procent avser viktdelar respektive viktprocent såvida annat ej anges.

Exempel 1 Ketendimerdispersioner enligt uppfinningen framställ- des enligt följande: 70 g av potatisstärkelse katjoniserad till en substitutionsgrad av 0,042 blandades med 450 g AKD- vax och ca 2340 g vatten vid 75°C och blandningen homogeniserades vid denna temperatur under ett tryck av 200 bar och kyldes snabbt. Under kylningen till- sattes en polyaluminiumförening. För sattes 120 g av en polyaluminiumklorid innehållande sulfat, Ekoflock från Eka Nobel AÉ,.motsvarande 2,8 procent Al2O3 på ketendimeren. För dispersion lb) tillsattes 168 g polyaluminiumsulfat, Omniklir från OmniKem, USA, motsvaran- de 2,8 procent Al2O3. För dispersion lc) tillsattes 150 g (dicyandiamid-polyaluminium kondensat) fràn en temperatur av dispersion la) till- aV en av Alzofix P SKW Trostberg, Tyskland, motsvarande 2,8 procent Al2O3.

Exempel 2 Pappersark framställdes från en standardmäld av blekt björk, 32% tall och 20% kalciumkarbonat) SCAN-C23X för laborato- Cobbvärden uppmätta sulfatmassa (48% vid pH = 8,0 enligt standardmetod rieskala. I tabell nedan enligt TAPPI standard T 441 OS-63. I dessa försök jämfördes Dispersion la) enligt uppfinningen med en dispersion, Ref., redovisas innehållande katjonisk vaxartad majsstärkelse och samma polyaluminiumförening som i dispersion la) varvid stärkel- 502 545 8 sen och polyaluminiumföreningen ingick 1 motsvarande mängder som i dispersion la).

Dispersion AKD Cobb 60 nr kg/t g/m2 la) 0,3 33 la) 0,4 25 la) 0,5 23 ia) 0,6 22 Ref. 0,3 65 Ref. 0,4 30 Ref. 0,5 25 Ref. 0,6 25 Som framgår utgör AKD-dispersioner innehållande polyaluminiumförening där stärkelsen är amfotär betydligt effektivare produkter än de där stärkelsen enbart inne- håller katjoniska grupper.

Exempel 3 Limningseffekten av dispersionerna lb) ch lc) under- söktes på samma sätt som i Exempel 2 och följande resultat erhölls: Dispersion AKD Cobb 60 nr kg/t g/m2 lb) 0,3 34 lb) 0,4' za lb) 0,5 24 lb) 0,6 23 ic) 0,3 30 ic) 0,4 24 lc) 0,5 24 lc) 0,6 23 Exempel 4 I detta exempel undersöktes kantinträngningsvärden så-kallat Edge Wick test. 100%-ig CTMP-massa från för 35%-ig H2O2-lösning medelst pà en mäld från vilken papper med en ytvikt av 150 g/m2 7,6. Till 'mälden doserades i samtliga försök separat från AKD-dispersionerna Försöken gjordes framställdes vid ett pH av alun, polyamid-amin vàt- styrkeharts och ett avvattnings- retentionssystem baserat l5 502 545 9 på silikasol och katjonisk stärkelse. la) enligt uppfinningen och en standard katjonisk Jämförelse gjordes mellan dispersion innehållande vaxartad AKD-dispersion majs- stärkelse Ref. 1 och även med en dispersion såsom la) men ej innehållande polyaluminiumförening, Ref. 2.

Dispersion AKD H2O2 kg/t kg/m2 ia) 1 3,35 ia) 1,5 2,58 la) 2 1,49 la) 3 1,57 Ref. 1 1 3,95 Ref. 1 1,5 3,20 Ref. 1 2 2,33 Ref. 1 3 2,14 Ref. 2 l 3,88 Ref. 2 1,5 3,06 Ref. 2 2 2,30 Ref. 2 3 2,14 Som framgår gav dispersionerna enligt uppfinning en klar förbättring av limning i detta avseende jämfört med standardprodukt. Det framgår även att denna effekt ej beror enbart av stärkelsetypen utan att den är beroende av kombinationen av amfotär stärkelse och polyaluminium- förening.

Exempel 5 För samma mäld som ovan gjordes avvattningsförsök i närvaro av ett kommersiellt retentions- och avvattnings- system, Compozil(R), vilket innefattar oorganisk silikasol (Si-sol) och katjonisk stärkelse (CS) som doseras separat till mälden. Försök gjordes med utnyttjande av detta system i närvaro av olika ketendimerdispersioner och avvattnings- förmågan mättes medelst en "Canadian Standard Freeness (CSF) Tester" vilket är den avvattning eller dräneringskapacitet enligt vanliga metoden terisering av scAN-c 21 65. För o-prov; retentions- mäld utan tillsats av (A-R avvattningsförmågan 310 vare sig system) eller AKD- ml CSF. Försök avvattningssystemet dispersioner var för karak~_ 502 545 lO l5 lO gjordes med dispersionerna la) och lb) enligt uppfinningen och jämförelser gjordes med en referensdispersion, en standard AKD-dispersion innehållande katjonisk vaxartad majsstärkelse.

Dispersion AKD AR system CSF nr kg/t CS kg/t Si-sol kg/t ml - - 4 l 550 - - 6 l 580 - - 8 l 575 ia) 1 4 1 580 ia) 1 6 1 615 ia) 1 s 1 590 lb) 1 4 1 570 1b) 1 s 1 soo lb) l 8 1 590 Ref. l 4 1 540 Ref. l 6 l 575 Ref. l 8 l 570 Som framgår förbättring aV gav dispersioner enligt uppfinningen en avvattningsförmàgan medan referensdisper- sionen gav en liten försämring av denna.

Claims (9)

10 15 20 25 30 35 502 s45g. ll Patentkrav

1. Vattenhaltiga kompositioner av ett limningsmedel som utgöres av en cyklisk dikarboxylsyraanhydrid eller en alkylketendimer, k ä n n e t e c k n a d e därav, att de innefattar en amfotär polymer som utgöres av amfotär stärkelse eller amfotär akrylamid-baserad polymer och en polyaluminiumförening.

2. Kompositioner enligt krav 1, k ä n n e t e c k- n a d e därav, att den amfotära polymeren utgöres av amfotär stärkelse.

3. Kompositioner enligt krav 2, k ä n n e t e c k- n a d e därav, att den amfotära stärkelsen är katjoniserad potatisstärkelse.

4. Kompositioner enligt krav 1, k ä n n e t e c k- n a d e därav, att polyaluminiumföreningen utgöres av sulfatinnehàllande eller katjoniskt dicyandiamidharts polyaluminiumklorid, klorid, polyaluminiumsulfat samkondensat av polyaluminium- eller och poly- en blandning aluminiumförening.

5. Kompositioner n a d e enligt krav 4, k ä n n e t e c k- därav, att polyaluminiumföreningen i en till 10 limningsmedlet. ~ ingår mängd av 0,1 viktprocent, räknat som Al2O3 pá

6. Kompositioner enligt något av k ä n n e_t e c k n a d e alkylketendimer. föregående krav, därav, att limningsmedlet är en

7. Kompositioner enligt krav 6, k ä n n e t e c k- n a d e därav, att den amfotära polymeren ingår i en mängd av fràn 1 till 35 viktprocent räknat på ketendimeren.

8. Kompositioner enligt krav 6 eller 7, k ä n n e- t e c k n a d e därav, att halten ketendimer är ca 5 till ca 30 viktprocent.

9. Förfarande för framställning av Papper, PaPP eller kartong varvid limningsmedel tillsättes antingen till mäld därav, att k ä n n e t e c k n a t en vattenhaltig eller som ytlimningsmedel, som limningsmedel utnyttjas komposition som definierad i något av kraven 1 till 8.