DE3245390C1

DE3245390C1 - Mittel und Verfahren zur Neutralleimung

Info

Publication number: DE3245390C1
Application number: DE19823245390
Authority: DE
Inventors: Erwin Dipl.-Chem. Dr. 6800 Mannheim Hechler
Original assignee: Giulini Chemie GmbH
Current assignee: BK Giulini GmbH
Priority date: 1982-12-08
Filing date: 1982-12-08
Publication date: 1984-01-26
Also published as: JPS59144698A

Description

Dabei wird die zu leimende wäßrige Fasersuspension zunächst mit so viel Aluminatlösung versetzt, bis sich ein pH-Wert von mindestens 9 eingestellt hat. Anschließend wird der pH-Wert mittels einer anorganlschen Säure oder eines sauer reagierenden Salzes, z. B. Schwefelsäure oder Aluminiumsulfat, auf einen pH-Wert nicht kleiner als 4,5 gesenlct. Das während der Neutralisation erzeugte Alumlniumhydroxid bewirkt nach Zugabe des Harzleimes die Ausflockung des Aluminlumresinates und die gebildeten Aluminiumlonen fixieren das Resinat auf der Faser. Unter den angegebenen Bedingungen führt der teilweise oder vollständige Ersatz des Aluminlumsulfates durch Natriumaluminat zu der gewünschten Erhöhung des pH-Wertes, ohne daß eine Leimungsver--schlechterung beobachtet wird Aluminlumsulfat Ist demnach~zur Ausflockung- von Harzleim und dessen ~Flxterung an den Cellulosefasernnicht mehr. erforderlich, es kann durch Natriumalumlnatzugabe und anschließende pH-Wert-Änderung substituiert werden.
Eln Nachteil des vorstehenden Verfahrens wird nun darin gesehen, daß es zweistufig ist und beide Verfahrensstufen in hochverdünnten Stoffsuspensionen ablaufen müssen, Nebenreaktionen und Betriebsstörungen sind bei abgeänderten Verfahrensparametern unvermeidlich.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Mittel und ein Verfahren zur Neutralleimung von Papier, Karton und anderen cellulosehaltigen Materialien zu finden, bei denen die vorstehenden Schwierigkeiten und Nachteile elimlnlert sind.
Die Lösung der gestellten Aufgabe baslert auf der Erkenntnis, daß das bekannte Leimungsverfahren dadurch verbessert, Insbesondere kostengünstiger ausgeführt werden kann, wenn die Leimung mit einem Mittel durchgeführt wird, das sowohl das Aluminat als auch den Harzleim enthält, und zwar derart, daß die Ausfällung des Leimharzes als Aluminiumresinat In dem Leimungsmittei ausgeschlossen ist. Die Ausfällung soll erst nach Einmischung des Leimungsmittels in die Fasersuspension und anschließende Aktivierung des Leimungsmittels vorgenommen werden.
Gelöst wird die gestellte Aufgabe mit einem Leimungsmittel, das aus Wasser, einem mit Wasser unbegrenzt mlschbaren organischen Lösungsmittel, einer basisch reagierenden Verblndung, einem Alkalialuminat und einem Leimharz besteht. Als organisches Lösungsmittel sind wasserlösliche Alkohole, insbesondere Isopropanol, einsetzbar, jedoch können auch wasserlösliche Ketone, z. B. Aceton u. a., eingesetzt werden.
Das Gewichtsverhältnis Alkohol: Leimungskomponente sollte zwischen 10:1 und 1:2 liegen, beträgt vorteilhafterweise jedoch 5 : 1 bis 1:1. Die Menge des organischen Lösungsmittels ist abhängig von Löslichkeit und Menge der organischen Leimungskomponente, die im Leimungsmlttel gemäß der Erfindung vollständig gelöst sein muß.
Als basisch reaglerende Verbindung werden zweckmäßigerweise Natrlum- oder Kaliumhydroxld eingesetzt, und zwar in solchen Mengen, daß der pH-Wert Im Leimungsmittei bei etwa 12 liegt, die Ausfällung von Aluminlumhydroxld also vermieden wird. Gegebenenfalls dient die zugesetzte Alkalimenge auch zur Verseifung der Leimungskomponente, die 100% Ig seln sollte, beispielswelse Verseilung'einer gesättigten oder ungesättigten Fettsäure mit 12 bis 23 C-Atomen.
Die Lelmungskomponente kann ein Kolophonlum-oder Tallharz, eine Harzseife oder ein Trockenharzleim seln. Auch Fettsäuren mit 12 bis 23 C-Atomen sind einsetzbar. Die Kolophonlum- und Tallharze können selbstverständlich auch als Addukte von Malein- oder Fumarsäure vorllegen (Dleis-Aider'sche-Diensynthese).
Die Herstellung des neuen Leimungsmitteis kann in sehr einfacher Weise durch Mlschung der Komponenten bei Raumtemperatur durchgeführt werden, und zwar derart, daß In eine Wasservorlage zunächst festes Alkalialuminat oder eine wäßrlge Alkallaluminatlösung eingetragen wlrd. Zur Vermeidung von Ausfällungen und gegebenenfalls Verseifung der Leimungskomponente wird dann Natriumhydroxid In fester oder gelöster Form eingetragen. Abschließend werden Isopropanol und Leimungskomponente unter Rühren eingetragen. Es wird so lange gerührt, bis vollständige Lösung der Lelmungs--komponente elngetreten ist. Bezogen auf den gesamten Wlrkstoffgehalt, liegt der Alkallgehalt des neuen Lelmungsmittels zwischen 5 und 30 Gew.-%, der Natrlum- aluminatgehalt zwischen 10 und 50 Gew.-% und der Gehalt der Leimungskomponente zwischen 40 und 85 Gew.-%.
Das neue Lelmungsmittel kann unmittelbar in die zu leimende Faserstoffsuspension eingetragen werden. Nach Vermischung im Pulper oder in einer nachgeschalteten Bütte erfolgt die Aktivierung des Leimungsmlttels mittels Säuren und/oder sauer reagierenden Salzen, wobei die Säure- und/oder Salzmenge so bemessen wlrd, daß ein pH-Wert von etwa 7 erreicht wlrd. Als Aktivator können alle organischen und anorganischen Säuren elngesetzt werden, die mit den Aluminlumionen weder unlösllche Salze noch Komplexverblndungen bilden. Bel Neutralisation auf einen pH-Wert von 6,8 bis 7,2 werden mit dem neuen Leimungsmittel vorzügliche Ergebnisse erhalten. Neben Schwefelsäure und- Aluminiumsulfat haben sich auch Ameisensäure und Essigsäure in den durchgeführten Versuchen bestens bewährt. Kationische Retentionsmittel verbessern die Fixierung von Faser-und Füllstoff sowie Leimungsmittel erhebllch. Die Menge ist abhängig von der Art des Retentionsmlttels.
0,02 bis 0,2 Gew.-%, bezogen auf Stoffansatz, sollten jedoch genügen.
Anhand der nachstehenden Beispiele soll der Erfindungsgegenstand noch näher erläutert werden.
Beispiel 1 In einem Rührgefäß werden 570 Gewichtsteile Wasser vorgelegt. In dlese Vorlage rührt man 145 Gewlchtstelle Natriumaluminat-Lösung mit einem Ai2O3-Gehait von 19X und 25 Gewlchtstelle Natriumhydroxid ein. Sobald die Komponenten gelöst sind, werden 135 Gewichtsteile Isopropanol zugegeben, anschließend 125 Gewichtstelle einer Mischfettsäure, deren Titer 19, Säurezahl 200, Verselfungszahl 200 und Jodzahl 105 beträgt. Es wird so lange gerührt, bis eine klare Lösung vorliegt: Der Wlrkstoffgehalt des Neutralleimungsmlttels beträgt 20 Gew.-%.
Beispiel 2 Wle im Beispiel 1 werden in einem Rührgefäß 570 Gewichtstelle Wasser vorgelegt. Nach Eintrag von 50 Gewlchtsteilen 50%1ges Natriumhydroxldlösung und 45 Gewichtstellen festem Natrlumalumlnat In Pulverform wird bis zur vollständigen Lösung gerührt. Dann läßt man 135 Gewichtsteile Isopropanol zulaufen und verteilt 125 Gewichtsteiie elnes verstärkten Pulverharzlelmes darin. Nach vollständiger Auflösung des Pulverharzleimes liegt eine schwach gelb gefärbte Lösung vor, der zur Stabilisierung 1 Gewlchtsteil Sorbitol beigemischt wlrd.
Der Wirkstoffgehalt des Lelmungsmittels beträgt etwa 20 Gew.-96.
Beispiel 3 Der Faserstoffansatz für den in diesem Beispiel vorgenommenen Leimungsvorgang besteht aus 85 Gew. -% Zellstoff (50% Fichtesulfitzellstoff, 50% geblelchter Klefernsulfatzellstoff), 1OGew.-% Kreide (Füllstoff) und 5 Gew. -% wasserlösllcher Stärke. Der Mahlgrad der Mischung liegt bei etwa 30 SR.
Die Leimung wird an einem 3%gen Faserstoffeinsatz vorgenommen. Zu diesem Ansatz gibt man so vlel Leimungsmittel nach Beispiel 1, bis die wirksame Lelmungsmittelmenge Im Ansatz 2,5 Gew.-%, bezogen auf den Faserstoff, betrugt. Nach Vermischung wlrd die Suspension in die Mischbütte gepumpt und mit verdünnter Schwefelsäure (5096log) auf einen pH-Wert von 6,8 gebracht. Sodann wird in üblicher Weise ein kationisches Retentlonsmittel zudosiert.
Nach Biattbiidung und Trocknung erhält man ein vollgeleimtes Papier mit einer Tintenschwimmdauer von über 8 Minuten und einen Cobb'60'-Wert von kleiner als 30. Der-Flächengewlchtsbereich des geleimten Papieres liegt zwischen 110 und 120 g/m2.
Beispiel 4 Ein holzhaltlger Stoffansatz wird zu einem halbgeleimten Druckpapier verarbeitet. Zu diesem Zweck wird der Zellstoff zunächst in einem Pulper aufbereitet, dann gemahlen und einer Mischbütte zugeführt. In der Mischbütte wird der 3,5%ige Stoffansatz unter ständigem Rühren mit dem Leimungsmittel nach Beispiel 2 versetzt, und zwar gibt man auf jeweils 100 Gewichtsteile Stoffansatz 5 Gewichtsteile des 20%igen Leimungsmittels. Nach guter Durchmischung wird die Suspension in eine Zwischenbütte gepumpt und dort mittels 10%iger Salzsäure aktiviert. Die Aktivierung ist bei pH 6,8 beendet. Zur Verbesserung der Fixierung von Faser- und Füllstoff sowie Leimungsmittel wird dann noch ein kationisches Retentionsmittel wie in Beispiel 3, zugesetzt.
Die geleimte Masse wird zu Papier verarbeitet, das einen Aschegehalt von 15 Gew.-% (Kaolingehalt!) und ein Flächengewicht von 70 g/cm2 aufweist. Der-Cobb'60'-Wert beträgt 45.
Beispiel 5 In einem Altpapier verarbeitenden Betrieb, der mit sehr eng geschlossenem Wasserkreislauf arbeitet, wird Verpackungspapier hergestellt. Schmutzfracht und Härtegrad liegen demnach hoch (Härtegrade größer als 100G d. H.) In eine Mischbütte wird Leimungsmittel nach Beispiel 2 eingetragen und dort mit dem Altpapieransatz gut vermischt. Auf 100 g Altpapier kommen jeweils 2,25 Gew.-% Wirkstoff des Leimungsmittels. Die Aktivierung wird in einer Zwischenbütte mit verdünnter Schwefelsäure (50Sóig) bzw. Aluminiumsulfat durchgeführt. Der pH-Wert beträgt bei der Aktivierung 6,7 bzw. 6,8 und die Stoffdichte 3,0%; auch wird ein kationisches Retentionsmittel zugegeben. Das vollgeleimte Packpapier weist ein Flächengewicht von 110 bzw. 120 g/m2 auf.

Claims

Patentansprüche: 1. Mittel zur Neutrallelmung von Papier, Karton, Pappen und anderen cellulosehaltlgen Materialien durch Ausfällung der Leimungskomponente mit Natrlumaluminat, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel aus Wasser, einem mit Wasser unbegrenzt mlschbarem Lösungsmittel, einer baslsch reaglerenden Verbindung, einem Alkalialuminat und einer Lelmungskomponente besteht.
2. Mittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es als organlsches Lösungsmittel Alkohol, insbesondere Isopropanol enthält.
3. Mittel nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis Alkohol zur Leimungskomponente 1:1 bis 5:1 beträgt.
4. Mittel nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es als basisch reagierende Verbindung Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid und/oder Ammoniumhydroxid enthält.
5. Mittel nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es als Lelmungskomponente eine gesättigte oder ungesättigte Fettsäure mit 12 bis 24 Kohlenstoffatomen enthält.
6. Mittel nach Anspruch 5, dadurch gekennzelchnet, daß es als Lelmungskomponente vollständig verseifte Fettsäuren enthält.
7. Mittel nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es als Lelmungskomponente Kolophoniumharz enthält.
8. Mittel nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es als Leimungskomponente Tallharz enthält.
9. Mittel nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es als Lelmungskomponente ein mit Maleinsäure oder Fumarsäure umgesetztes Kolophonlumharz enthält.
10. Mittel nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es als Lelmungskomponente ein mit Fumar- oder Maleinsäure umgesetztes Tallharz enthält.
11. Mittel nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß es 5 bis 30 Gew.-% Alkallen, 10 bis 50 Gew.-96 Alumlnat und 40 mit 85 Gew.-96 Lelmungskomponente enthält.
12. Mittel nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß es als Stabillsierungsmittel 0,25 Gew.-% Sorbltol, bezogen auf den Feststoffgehalt des Mittels, enthält.
13. Verfahren zur Neutrallelmung von Papier, Karton, Pappe und anderen cellulosehaltlgen Materialien, dadurch gekennzeichnet, daß das Letmungsmlttel gemäß den vorstehenden Ansprüchen In Mengen von 0,1 bis 10 Gew.-%, bezogen auf den Fasergehalt der Suspension und berechnet als Feststoffgehalt, in die Fasersuspenslon eingetragen, homogen verteilt, aktlviert und mit einem Retentionsmittel kationisiert wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivierung durch Neutrallsatlon mit anorganischen oder organischen Säuren auf einen pH-Wert--um 7, insbesondere 6,8 bis 7,2, durchgeführt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, .daß. die Aktlvlerung durch Neutralisation mit sauer reagierenden Salzen durchgeführt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekenn- zeichnet, daß die Aktivlerung mit Schwefelsäure oder Ameisensäure durchgeführt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivierung mit Aluminiumsulfat durchgeführt wird.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Masseleimungsmittel für Papier, Karton, Pappe und andere cellulosehaltige Materialien im neutralen Bereich, sowie ein einstufiges Verfahren zur Masselelmung mit diesem Mittel.

Ein wichtiges und seit langem eingesetztes Zusatzmlttel bei der Leimung in der Papierindustrie ist bekanntlich Aluminiumsulfat, das die Ausfällung und Fixierung der Leimungskomponente, z. B. Kolophoniumharz, auf der Cellulosefaser bewlrkt. Der sich aufgrund der hydrolyllschen Spaltung einstellende pH-Wert liegt hierbei jedoch - in Abhängigkelt von der Aluminiumsulfatkonzentration - zwischen 4,2 und etwa 4,8 also im deutlich sauren Bereich. Das kann zu Korrosionserschelnungen an Sleben und Maschinenteilen führen. Außerdem weist so gefertigtes Papier eine geringe Alterungsbeständigkeit und verminderte - mechanische Festigkeit auf. Besonders nachteilig wirkt sich der saure pH-Berelch dann aus, wenn Papiere erzeugt werden sollen, die im Strich oder In der Masse Calciumcarbonat, z. B. durch Altpapierelntrag, enthalten, da die Zersetzung des Calciumcarbonats bereits in der Nähe des Neutralpunktes, wenn auch schwach, beginnt. Sowohl die Kohlensäureentwicklung als auch die in Lösung gehenden Calciumionen können zu erheblichen Störungen in der Papiererzeugung führen und die Papierielmung verschlechtern.

Es hat aus diesem Grunde nicht an Versuchen gefehlt, die in der Paplerleimung bei Verwendung von Alumlnlumsulfat als Flockungs- und Fixierungsmittel zu beobachtenden Nachtelle und Schwierigkeiten zu beheben.

Versuche, durch Anhebung des pH-Bereiches, etwa durch Verminderung der Aluminiumsulfatmenge und Ersatz des »elngesparten« Alumlniumsulfats durch ein katlonlsches Retentionsmittei, haben jedoch nicht den angestrebten Erfolg gezeigt. Der pH-Wert der Fasersuspension konnte damit lediglich auf Werte von ca. 5,0 angehoben werden, da Mindestmengen an Alumtniumsulfat für eine gute Leimung unabdingbar sind.

Aus der US-PS 3540 980 Ist weiterhin auch bekannt geworden, daß das Alumlniumsulfat ganz oder tellwelse durch wasserlösliches Aluminat ersetzt werden kann.