SE506674C2 - Komposition, användning av en cellulosaeter som förtjockare och framställning av en belagd cellulosabaserad ytformad produkt - Google Patents

Description

15 20 25 30 506 674 2 hydrofobiskt modifierad alkylcellulosa, alkylhydroxialkyl- cellulosa eller hydroxialkylcellulosa kan användas som för- tjockningsmedel i vattenhaltiga pappersbeläggningskomposi- tioner. De hydrofoberande grupperna är företrädesvis Clßgs- alkylgrupper eller alkylarylgrupper. Vid användning i be- strykningskompositioner ger dessa cellulosaetrar i jämförel- se med karboximetylcellulosaetrar en förbättrad viskositet vid höga skjuvhastigheter. Även om pappersbestrykningskom- positioner enligt EP 425 997 ger pappersbestrykningskomposi- tioner med i vissa avseenden bättre egenskaper än karboxi- metylcellulosa så uppvisar de även vissa begränsningar. Så- ledes ger de en förhållandevis låg viskositet vid de för- höjda temperaturer som råder vid torkning av kompositioner- na.

Genom EP 496 269 är det även känt att för pappersbe- strykning framställa en flerpolysackaridinnehållande suspen- sion, som innehåller en i vattenfasen upplöst lågmolekylär polysackarid, som kan vara en karboximetylcellulosa eller en hydroxietylcellulosa. Dessutom innehåller bestrykningskompo- sitionen en eller flera dispergerade, d.v.s. icke lösta, cellulosapolymerer, såsom hydroxipropylcellulosa, metyl- cellulosa, metylhydroxipropylcellulosa och hydrofobiskt modifierad hydroxietylcellulosa.

Enligt föreliggande uppfinning har det nu visat sig att kompositioner för beläggning, såsom bestrykning eller ytlimning, av cellulosabaserade produkter, såsom papper och board, med förbättrade egenskaper vad avser viskositeter vid förhöjda temperaturer och vid höga skjuvhastigheter kan er- hållas om man som förtjockningsmedel utnyttjar en vatten- löslig, nonjonisk alkylhydroxialkylcellulosa, som innehåller alkylgrupper med 1-3 kolatomer och hydroxialkylgrupper, som innehåller 2-3 kolatomer, men som är fri från hydrofobmodi- fierande kolvätegrupper med minst 4 kolatomer, varvid cellu- losaetern har en grumlingspunkt inom intervallet från 35 till 80°C, företrädesvis från 45-70°C. Alkylhydroxialkyl- cellulosan är således löst i kompositionen och dess viskosi- tet kan variera inom vida gränser, såsom från 5 mPa s till 10 15 20 25 30 L.) Ul m c) O\ o\ \:| -P- 3 150 000 mPa s, men är vanligtvis 10-10 000 mPa s i 2%-ig vattenlösning vid 20°C.

Kompositioner, som framställes med användning av de ovan beskrivna cellulosaetrarna som förtjockningsmedel, har en låg viskositet vid höga skjuvhastigheter och låg tendens till att skvätta, vilket gör dem lämpliga att applicera på ytformade cellulosaprodukter, såsom papper och board. Den viskositetshöjning som inträder hos kompositionen, när den belagda cellulosaprodukten uppvärmes under torkningssteget, stabiliserar och immobiliserar det påförda skiktet och underlättar den efterföljande behandlingen. Trots den ökande viskositeten uppvisar kompositionerna enligt uppfinningen lika god eller till och med snabbare avvattning än komposi- tioner, som innehåller andra typer av cellulosaetrar och som inte uppvisar samma viskositetshöjning vid förhöjd tempera- tur.

Typiska cellulosaetrar för användning i kompositioner enligt uppfinningen är etylhydroxietylcellulosa, metyletyl- hydroxietylcellulosa, metyletylhydroxietylhydroxipropyl- cellulosa och metylhydroxipropylcellulosa. Vanligtvis utgör hydroxietylgrupperna minst 30% av det totala antalet hydroxialkylgrupper och antalet etylsubstituenter utgör van- ligtvis minst 10% av totala antalet alkylsubstituenter.

Exempel på sådana cellulosaetrar är etylhydroxietylcellulosa med Dsetyf 0 .8-l.3 och MShydrcfietyl= 1.9-2 .9 och metyletyl- hydroxietylcellulosa med DSmMw1= 1.0-2.5; DSeQd= 0.1-0.6 och MShwkwd,nd= 0.1-0.8. Mängden alkylhydroxialkylcellulosa är vanligtvis från 0.05 till 3, företrädesvis från 0.2 till 1.5 viktprocent av kompositionen. Cellulosaetrarna kan fram- ställas på konventionellt sätt genom att reagera merceri- serad cellulosa med etylenoxid och/eller propylenoxid och metylklorid, etylklorid och/eller propylklorid.

De vattenbaserade kompositionerna enligt uppfinningen innehåller ett bindemedel i en mängd av 2-70, företrädesvis 5-30 viktprocent. Bindemedlet kan utgöras såväl av vatten- lösliga bindemedel som av bindemedel i form av vattendisper- sioner eller latex. Exempel på lämpliga bindemedel är sam- 10 15 20 25 30 35 506 674 4 polymerisat av etyleniskt omättade karboxylsyror, stärkelse, proteiner, kasein och karboximetylcellulosa. Exempel på lämplig sampolymerisat är sådana som uppbyggts av monomerer från gruppen estrar av akrylsyra och metakrylsyra, akryl- nitril, metakrylnitril, akrylamid, metakrylamid, C3-C5 ety- leniskt omättade monokarboxylsyror, etyleniskt omättade di- karboxylsyror och deras halvestrar, vinylklorid, etyleniskt omättade kolväten, vinylester, vinylsulfonsyra och estrar av omättade karboxylsyror som är härledda från flervärda alko- holer. När kompositionerna skall användas för ytlimning av cellulosabaserade, ytformade produkter innehåller de dess- utom 5-65 viktprocent lim, räknat på kompositionens torr- vikt. Exempel på lämpligt lim är olika typer av kolofonium, sulfatharts, proteinkomplex, polyetylenvaxdispersioner, paraffinkopolymerer, melamin-formaldehydhartser, etc.

Kompositionerna kan även innehålla pigment, vilka kan utgöras av såväl naturligt härledda oorganiska pigment som syntetiskt framställda pigment. Exempel på pigment är kao- lin, kalciumkarbonat, talk, titandioxid, satinvitt, hydra- tiserad aluminium, natriumsilikoaluminat och plastpigment samt ett stort antal specialpigment, såsom bariumsulfat och zinkoxid. I en pigmentbestrykningskomposition är vanligtvis halten pigment 5-65 viktprocent och utgör 4 till 20 gånger mängden bindemedel.

En typisk bestrykningskomposition enligt uppfinningen har följande sammansättning, räknat på dess torrhalt. 0.07- 5, företrädesvis 0.3-2 viktprocent alkylhydroxialkylcellu- losa, som definierad 5-15, företrädesvis 7-13 viktprocent latex, 60-94, företrädesvis 70-90 viktprocent pigment, 0-10, företrädesvis 0-7 viktprocent sekundärt bindemedel, 0-3, företrädesvis 0.1-2 viktprocent dispergeringsmedel, 0-5, företrädesvis 0-2 viktprocent skyddskolloid, 0-4, företrädesvis 0-2 viktprocent andra tillsatsmedel, så- som optiska vitmedel, baktericider, skumdämpare och smörj- medel, varvid torrhalten är från 20 till 70 viktprocent. Bestryk- 10 15 20 25 30 35 5 ningskompositionens Brookfield-viskositet är normalt från 100 till 2 500 mPa s vid 100 varv/minut och 20°C. Viskosi- teten för bestrykningskompositioner med en torrhalt från S5 till 70 viktprocent är från 600 till 2500 mPa's. En vatten- haltig bestrykningskomposition enligt uppfinningen kan fram- ställas genom att ett pigment dispergeras i vatten, eventu- ellt med hjälp av ett dispergeringsmedel. Till den erhållna pigmentslamman kan därefter tillsättas i kompositionen in- gående vattenlösliga bindemedel, alkylhydroxialkylcellulosa och andra tillsatsmedel och till sist eventuella binde- medelsdispersioner, såsom latex.

En cellulosabaserad produkt, belagd med en komposi- tion enligt uppfinningen, kan framställas genom att a) en komposition enligt uppfinningen appliceras vid en temperatur under alkylhydroxialkylcellulosans grum- lingspunkt på den cellulosabaserade produkten, b) den med kompositionen belagda ytformade cellulosapro- dukten torkas under uppvärmning och c) om så önskas kalandreras.

Appliceringen av kompositionen sker på i och för sig känt sätt, exempelvis genom luftknivsbestrykning, valsbestrykning eller bladbestrykning. Vanligtvis försiggår minst 90% av torkningen vid ett temperaturintervall, som till minst 60%, företrädesvis helt, faller under alkylhydroxialkylcellu- losans grumlingstemperatur. Beroende på årstid och geograf- isk belägenhet ligger kompositionens temperatur vid appli- ceringen vanligtvis inom intervallet 5-30, företrädesvis 10- 25°C.

Uppfinningen åskådliggöres ytterligare av nedanstå- ende utföringsexempel.

Exempel 1 Ett antal vattenhaltiga kompositioner med en torrhalt av 60 viktprocent och avsedda för bestrykning av papper framställdes, baserat på nedanstående receptur. 10 15 20 25 30 35 506 674 100 viktdelar kaolin 10 viktdelar 0.11 viktdelar 0.6-1.1 viktdelar styren-butadienlatex natriumakrylat cellulosaeter (mängden anpassad för att ge kompositionen en viskositet enligt Brookfield 100 av ca 1100 mPa s) rest vatten till en torrhalt av 60 vikt- procent Följande cellulosaetrar kom till användning. Samtliga viskositeter avser viskositeten i en 2%-ig vattenlösning vid 20°C.

Beteckning Cellulosaeter A etylhydroxietylcellulosa, som hydrofobmodí- fierats med nonylfenylgrupper, grumlingspunkt 52°C, viskositet 7500 mPa s B Cellulosaeter enligt A som kedjeavkortats, grumlingspunkt 57°C, viskositet 460° mPa's C karboximetylcellulosa, viskositet 10 mPa s, (FINNFIX 10) D hydroxietylcellulosa, viskositet 8000 mPa's hydroxietylcellulosa, viskositet 400 mPa's I metyletylhydroxietylcellulosa, grumlingspunkt 65°C, viskositet 1230 mPa s II etylhydroxietylcellulosa, grumlingspunkt 65°C, viskositet 300 mPa's III etylhydroxietylcellulosa, grumlingspunkt 69°C, viskositet 5000 mPa's IV etylhydroxietylcellulosa, grumlingspunkt 69°C, viskositet 10 000 mPa's V etylhydroxietylcellulosa, grumlingspunkt 69°C, viskositet 80 000 mPa s VI metylhydroxipropylcellulosa, grumlingspunkt 57°C, viskositet 400 mPa's De olika kompositionerna värmdes och deras viskosi- teter mättes. Följande resultat erhölls. 10 15 20 25 30 7 Försök Eter Bohlin CS-viskositet 4 s'1, mPa's 30°C 40°C 50° 60°C Ä Å 4460 4337 4871 4093 B B 2748 3199 3833 3136 C C 4667 4744 4908 5124 D D 3830 3795 3779 3639 E E 5804 5692 5412 4800 1 I 3621 4531 6094 5903 2 II 4572 6250 7855 7047 3 III 4186 5045 7398 7368 4 IV 4702 5390 6888 6190 5 V 5480 6110 6550 6750 6 VI 3860 4290 4920 4820 Av resultaten framgår att viskositeten hos bestryk- ningskompositionerna enligt uppfinningen genomgick efter applicering en viskositetsökning, när temperaturen ökades, medan bestrykningskompositionerna framställda enligt känd teknik endast uppvisade obetydliga viskositetsökningar eller till och med kraftiga viskositetssänkningar.

Exempel 2 Ett antal kompositioner med en torrhalt av 65 vikt- procent, avsedda för bestrykning av papper, framställdes baserat på nedanstående receptur. 100 viktdelar 10 viktdelar 0.6-1.1 viktdelar kalciumkarbonat styren-butadienlatex cellulosaeter (mängden anpassad för att ge en viskositet enligt Brookfield 100 av ca 1100 mPa's) rest vatten Typ av cellulosaeter framgår av nedanstående tabell.

De olika kompositionerna värmdes därefter och deras viskosi- tet mättes. Följande resultat erhölls. 10 15 20 506 674 8 Försök Eter Bohlin CS-viskositet 4 s'1, mPa's 30°C 40°C 50°C 60°C F Å 3449 3389 3865 4919 G C 3030 3011 3053 3220 H E 3101 2891 2802 2714 6 I 3254 3339 3730 5630 7 II 2572 2903 4222 7224 Av resultaten framgår att kompositionerna enligt upp- finningen hade bättre viskositetsutveckling vid höjning av temperaturen än jämförelsekompositionerna.

Exempel 3 Tre olika bestrykningskompositioner med en torrhalt av 65 viktprocent och en viskositet (Brookfield 100) av ca 1500 mPa's framställdes. De hade följande sammansättning.

Försök Beståndsdel Formulering, viktdelar 1 2 3 Kalciumkarbonat 80 80 80 Kaolin 20 20 20 Latex, styren-butadien 10 10 10 Cellulosaeter, typ A 0.4 - - Cellulosaeter, typ C - 0.65 - Cellulosaeter, typ I - - 0.45 Vatten rest rest rest Komposition i en mängd av 24 g vägdes upp i tunn- väggiga aluminiumformar och jämnades ut så att ytorna, genom vilka vattenavdunstningen kunde äga rum, var lika stora. De olika proven torkades därefter i värmeskåp vid 105°C och viktändringen mättes var 15 minut. Vattenavgången vid tiden O bestämdes som den genomsnittliga vattenavgången under de första 15 minuterna uppvärmning av kompositionen från 25°C till sluttemperaturen 105°C. Följande resultat erhölls. 10 15 20 30 506 674 9 Formu- Torkhastighet, g H20/minut, tid leriflg o 15 30 so 0.033 0.045 0.040 0.41 2 0.031 0.038 0.033 0.033 0.034 0.044 0.043 0.42 Av resultatet framgår att kompositionerna enligt upp- finningen, som uppvisar en högre viskositet än jämförelse- kompositionerna vid högre temperaturer, trots detta har lika bra eller bättre vattenavgång.

Exempel 4 Två bestrykningskompositioner med en torrhalt av 65 viktprocent framställdes med följande sammansättning.

Formulering. viktdelar 1 2 Kalciumkarbonat 100 100 Natriumpolyakrylat 0.025 0.025 Cellulosaeter C 0.4 - Cellulosaeter II - 0.4 Styren-butadienlatex 10 10 Bestrykningskompositionernas viskositeter mättes vid 50°C, 53°C, 56°C, 59°C och 62°C enligt Bohlin CS 25 s'1. ande resultat erhölls.

Följ- Temperatur, °C viskositet, mPa's, formulering 1 2 50 380 1 250 53 390 1 630 56 400 2 070 59 410 2 330 62 420 2 290 Av resultatet framgår att viskositetsökningen vid de förhöjda temperaturerna var väsentligt högre för bestryk- ningskompositionen enligt uppfinningen än för jämförelse- komposítionen.

Claims (10)

10 15 20 25 30 35 506 674 10 P A T E N T K R A V

1. Användning av en vattenlöslig nonjonisk alkylhydroxi- alkylcellulosa, som innehåller alkylgrupper med 1-3 kolatom- er och hydroxialkylgrupper med 2-3 kolatomer men som är fri från hydrofobmodifierade kolvätegrupper med minst 4 kolatom- er, varvid cellulosaetern har en grumlingstemperatur inom intervallet från 35 till 80°C, som förtjockningsmedel i vattenhaltiga kompositioner för beläggning av cellulosa- baserade ytformade produkter.

2. Användning enligt krav 1, varvid cellulosaetern ut- göres av en etylhydroxietylcellulosa.

3. Användning enligt krav 1, varvid cellulosaetern ut- göres av en metyletylhydroxietylcellulosa.

4. Användning enligt krav 1, 2 eller 3, varvid cellu- losaetern har en grumlingspunkt inom intervallet från 45 till 70° och en viskositet av 10-10000 mPa s i en 2 %-ig vattenlösning vid 20°C.

5. Vattenhaltig komposition för beläggning av en cellu- losabaserad ytformad produkt innehållande ett bindemedel, kännetecknad därav, att den innehåller en vattenlöslig non- jonisk alkylhydroxialkylcellulosa, som innehåller alkyl- grupper med 1-3 kolatomer och hydroxialkylgrupper med 2-3 kolatomer, men som är fri från hydrofobmodifierade kolväte- grupper med minst 4 kolatomer, varvid alkylhydroxialkyl- cellulosan har en grumlingspunkt inom intervallet från 35°C till 80°C.

6. Komposition enligt krav 5 för bestrykning, känneteck- nad därav, att den innehåller 0.05-3 viktprocent av den vattenlösliga nonjoniska alkyl- hydroxialkylcellulosan, bindemedel och pigment, varvid kompositionen har en Brookfieldviskositet från 100 till 2500 mPa's och en torrhalt från 20 till 70 viktprocent. 5-30 viktprocent 5-65 viktprocent 10 15 20 25 n' EÛÉ 674 11

7. Komposition enligt krav 6, kännetecknad därav, att den räknat på torrhalten innehåller följande beståndsdelar 0.07-5 viktprocent av alkylhydroxialkylcellulosan, 7-13 viktprocent latex, 0-7 viktprocent sekundärt bindemedel, 0.1-2 viktprocent dispergeringsmedel, 0-2 viktprocent skyddskolloid och 70-90 viktprocent pigment.

8. Komposition enligt krav 7, kännetecknad därav, att den har en torrhalt av 55-70 viktprocent och att latexen åtminstone delvis utgöres av en styren-butadien-latex eller en akrylatlatex samt att pigmentet åtminstone delvis utgöres av kalciumkarbonat eller kaolin.

9. Komposition enligt något av kraven 5-8, kännetecknat därav, att alkylhydroxialkylcellulosan är en metyletyl- hydroxietylcellulosa eller en etylhydroxietylcellulosa med en grumlingspunkt inom intervallet från 45 till 70°C och en viskositet från 10-10000 mPas mätt i en 2 %-ig lösning vid en temperatur av 20°C.

10. Sätt vid framställning av en belagd cellulosabaserad ytformig produkt, kännetecknad därav, att a) en vattenhaltig komposition enligt något av kraven 5- 9 appliceras på den cellulosabaserade ytformade pro- dukten vid en temperatur under alkylhydroxialkyl- cellulosans grumlingstemperatur, och b) den med kompositionen belagda cellulosabaserade pro- dukten torkas under uppvärmning och c) om så önskas kalandreras.