Brevet FR2634777A1 — publié le 19900202

COMPOSITIONS DE COLLAGE DU PAPIER La présente invention concerne des compositions de collage pour développer la résistance à la pénétration liquide dans le papier et un produit en papier collé amé- lioré. En particulier, la présente invention concerne un agent de collage cationique qui comprend une quantité ma- jeure.d'un anhydride d'acide gras de collage-papier et une quantité mineure d'un dimère d'alkylcétène de collage-pa- pier. Rentrich et al (Brevet U.S. N 2,411,860) décrivent que le papier est rendu résistant à l'eau lorsqu'il est traité avec des dimères de cétène supérieurs. Kulick et Strazdins (Brevet U.S. N 3,445,330) décrivent le dévelop- pement de la résistance à l'eau avec des émulsions cationi- ques d'anhydrides d'acides gras organiques hydrophobiques. Kulick, Savina, et Strazdins (Brevet U.S. N 3,311,532) dé- crivent l'utilisation de composés d'acyles en chaîne longue en combinaison avec un dimère de cétène de collage-papier pour étendre l'activité du dimère. Les composés d'acyles décrits sont des acides gras supérieurs (c'est-à-dire, qui contiennent 12 atomes de carbone ou davantage), et les an- hydrides, amides, chlorures d'acides et aldéhydes cor- respondants. Le brevet enseigne que si la quantité de com- pose d'acyle dans le mélange excède la quantité de dimère la qualité du collage diminue substantiellement en dessous de celle du dimère seul. Des tests ont prouvé que les relevés Pénescope lors- qu'un carton est collé avec un mélange de dimère de cé- tène et d'acide stéarique chutent brutalement de plus de 18.000 secondes à environ 1000 secondes lorsque la quantité 30. d'acide stéarique dans le mélange de collage dépasse envi- ron 50 pour cent (solution de 20 pour cent d'acide lactique à 38 C à une hauteur de 30 cm). Par contraste, lors- qu'un mélange de collage selon la présente invention con- tient une proportion majeure d'anhydride stéarique et une proportion mineure de dimère de cétène (par exemple 1,5:1, ou davantage) les relevés Pénescope restent à un niveau d'environ plus de 18000 secondes. On a découvert qu'une composition de collage de pa- pier composée d'un anhydride d'acide gras de collage-papier et d'un dimère d'alkylcétène de collage-papier le rapport de poids de l'anhydride d'acide gras relativement au dimère d'alkylcétène étant supérieur à 1,0 contre 1,0 et n'excé- dant pas 4,0 contre 1 peut être utilisée sous forme d'émul- sion pour encoller effectivement des produits en papier. De préférence, les rapports de poids sont supérieurs à 1,5 contre 1,0 et n'excèdent pas 4,0 contre 1. Des économies de collage et une performance de collage supérieure de la présente invention sont liées à l'emploi de quantités sub- stantielles d'anhydride d'acide gras en combinaison avec de moins grandes quantités de dimère d'alkylcétène. Le col- lage peut être effectué en employant les techniques de fa- brication du papier classiques. L'utilisation de cette com- position de collage améliorée aboutit également à un pro- duit en papier amélioré qui résiste à l'abus de vibrations envers les récipients. Il a été constaté que les récipients fabriqués à partir du carton collé amélioré sont plus ré- sistants aux fuites dans des conditions telles que le transport par camion et analogue. Les anhydrides d'acides gras pour papier utilisés dans la présente invention sont les anhydrides d'acides gras su- périeurs (de plus de 12 atomes de carbone). Par exemple, sont appropriés les anhydrides d'arachide, de Ben, et de stéarate. Ils sont hydrophobes et substantiellement inso- lubles dans l'eau. Les dimères d'alkylcétène de collage de papier sont dérivés essentiellement à partir d'acides gras supérieurs en chaine longue, tels que l'acide stéarique et/ou palmi- tique. A la fois l'anhydride d'acide gras et le dimère d'al- kylcétène sont introduits dans les fibres de fabrication du papier en tant qu'émulsions cationiques, séparément ou en tant que mélange. L'émulsionnement des agents de collage hydrophobes est effectué en présence d'un agent cationique comme l'amidon de mais ou de pomme de terre convenant pour produire une charge positive sur les particules en émul- sion. La préparation de l'émulsion se fait conformément aux procédés habituels, par exemple, telle que décrite dans le brevet U.S. N 3,311,532. Afin de faciliter une plus ample compréhension de la présente invention, les exemples qui suivent sont donnés dans le but d'illustrer certains détails plus spécifiques - de ceux-ci. EXEMPLE 1 L'avantage de la présente invention sur celle repré- sentée par le brevet U.S. N 3,311,532 est démontré par une comparaison directe de la performance de collage de mélan- ges de dimère d'alkylcétène (AKD) avec un anhydride stéa- rique et un acide stéarique. Les émulsions ont été prépa- rées d'une manière similaire à celle décrite dans le brevet U.S. NO 3,311, 532, comme suit: Du lignosulfate de sodium, 0,15g, a été lentement ajouté à 100 grammes de 3 pour cent,en poids, d'une solu- tion aqueuse chaude d'un amidon cationique soluble dans l'eau contenue dans une coupe Cenco préchauffée montée sur un Waring Blendor fonctionnant à vitesse maximale. Des flo- cons d'AKD ou d'AKD avec les composés d'acyles ont été fon- dus ensemble à 82 C pour fournir divers mélanges. Avec la solution d'amidon à 82 C, dix grammes du collage fondu ont été alors ajoutés et le mélange a été prolongé pendant secondes. L'émulsion a été alors rapidement refroidie par dilution jusqu'à un pour cent avec de l'eau distillée froide. La concentration de collage finale était de 0,76 pour cent. Des feuilles ont été préparés en ajoutant les diverses émulsions à une concentration équivalente à 2 %,5 une pâte en suspension de kraft blanchie à une consistance de 0,6 pour cent, puis en ajoutant l'équivalent de 4 %.d'un amidon de pomme de terre cationique commercial. L'acidité du liquide a été ajustée à 6,3 avec de l'acide sulfurique et la pâte tirée en feuilles pour produire des feuilles de grammes/m2. Les feuilles encollées, séchées ont été soumises à un essai Pénescope employant, comme liquide, 20 pour cent d'acide lactique à 38 C à une hauteur de 30 cm. Chaque essai a été interrompu après 18.000 secondes lorsqu'aucune pénétration n'a été observée. Les résultats sont mentionnés dans la tableau suivant: Pourcentage en poids Relevé Pénescope (secondes) lorsque l'acyle est un: AKD Acyle Acide Stéarique Anhydride d'Acide Stéarique 0 18.000 10 15.000 18.000 25 18.000 18.000 50 50 18.000 18.000 60 900 18.000 70 Approx.0 18.000 80 -- 1E.000 Les relevés Pénescope ont chuté brutalement d'environ plus de 18.000 secondes à environ 900 secondes lorsque la quantité d'acide stéarique dans le mélange de collage ex- cède environ 50 pour cent. Par contraste, les relevés Pé- nescope du papier traité avec un mélange de collage qui comporte une grande proportion d'anhydride d'acide stéa- rique restent à un niveau d'environ plus de 18.000 secon- des. Cette comparaison témoigne de l'amélioration consi- dérable de la résistance à la pénétration liquide lorsqu'un anhydride d'acide gras (FAA) est combiné avec un dimère d'alkylcétène dans le mélange de collage. Une autre mise à l'essai des feuilles témoigne d'une résistance améliorée à la pénétration par les bords. Des cartes rectangulaires des feuilles sont laminées sur les deux côtés avec un film de polyéthylène et immergées com- plètement pendant 30 minutes dans une solution à 820C de pour cent d'acide lactique teint avec 5 grammes/litre de bleu de méthylène. Le bord de chaque carte est exposé à l'action du liquide et l'augmentation de poids est détermi- née. La qualité du collage est inverse à l'augmentation de poids. Les résultats sont mentionnés dans le tableau sui- vant. Pourcentage en poids Liquide absorbé (grammes/2,54 mètres linéaires) lorsque l'acyle est un: AKD Acyle Acide Stéarique Anhydride d'Acide Stéarique 0 2,2 -- 10 2,0 4,3 25 1,9 2,3 50 50 1,8 1,8 60 2,6 2,0 70 3,2 2,7 80 5,3 2,4 0 100 7,7 2,1 La quantité de liquide absorbée par la carte a augmen- té considérablement lorsque la quantité d'acide stéarique dans le mélange de collage excède environ 50 pour cent. Par contraste, les cartes traitées avec un mélange de col- lage qui contient une proportion importante d'anhydride d'acide stéarique absorbent une quantité pratiquement cons- tante de liquide. Cela montre l'amélioration importante de la résistance à l'épreuve dite de wicking dans le carton préparé selon la présente invention. EXEMPLE 2 Une émulsion de dimère de cétène préparée commerciale- ment (dimère de cétène cationique Hercon, Hercules Incorpo- rated) a été mélangée avec des émulsions d'anhydride stéa- rique préparées en laboratoire d'une manière similaire à celle décrite dans l'Exemple 1. Le dosage de collage com- biné était de 1,5 ou 2,5 pour mille et la composition de collage était de 60/40 ou 40/60 d'AKD/FAA, d'AKD pur, ou de FAA pur. Les feuilles ont été préparées comme dans l'Exemple 1 et soumises à des épreuves dites de wicking avec quatre liquides différents. Les résultats sont mentionnés dans le tableau suivant. AKD/FAA Pour mille Quantité Absorbée (Grammes/2,54 (% en Poids) Mètres Linéaires A B C D /0 2,5 2,33 0,94 0,75 0,85 /40 2,5 1,45 0,83 1,67 0,87 /60 2,5 0,81 0,74 0,27 0,73 /60 1,5 0,41 0,74 0,29 0,72 60/40 1,5 1,51 0,83 0,62 0,84 0/100 1,5 1,14 0,97 0,39 0,90 A: 50 % d'Ethanol aqueux, 30 secondes à 24 0C. B: 1 % d'Acide lactique, 24 heures à 3 C. C: 20 % d'Acide lactique, 30 minutes à 38 C. D: Eau distillée, 24 heures à 24 C. La résistance supérieure l'épreuve dite de wicking est obtenue lorsque le FAA est un composant majeur. Le mélange de collage composé de 40 pour cent d'AKD et de 60 pour cent de FAA fournit une résistance substantiellement meilleure à l'épreuve dite de wicking que 1'AKD ou le FAA utilisé seul. La présente invention fournit également une résis- tance à l'épreuve dite de wicking considérablement amélio- rée par comparaison avec l'art antérieur, telle que repré- sentée par le mélange de collage composé de 60 pour cent d'AKD et de 40 pour cent de FAA. EXEMPLE 3 De la pâte en rouleaux a été préparée sur un petit fourdrinier destiné à simuler une opération commerciale en grandeur nature. La composition de collage a été pré- parée en pré-mélangeant une émulsioi de dimère de cétène commercial Herco[et une émulsion d'anhydride stéarique préparée d'une manière similaire à l'Exemple 1. La compo- sition de collage a été ajoutée dans la pâte kraft liquide blanchie avant d'être mise en feuille d'une manière simi- laire à celle normalement normalement pratiquée sur un fourdrinier à l'échelle commerciale. Le carton produit a alors été soumis à une épreuve dite de wicking. L'ef- ficacité des dimères d'alkylcétène est connue pour être affectée défavorablement par l'alun et les niveaux élevés d'alcalinité obtenus par addition de bicarbonate de sodium. Les résultats sont mentionnés dans le tableau ci-dessous. % 60/40 Collage -------AKD------- ---FAA/AKD------ Dosage de collage, %, x 2 4,6 4,8 4,7 4,7 4,7 4,7 4,7 Alun Total, %. x 2 7,1 0,0 0,0 7,0 0,0 0,0 20,5 Bicarbonate de sodium, %. x 2 0,0 40,7 0,0 0, 0 40,7 0,0 0,0 Carbonate de Calcium, %, x 2 0,0 0,0 76,0 0,0 0,0 76,0 0,0 Epreuve dite de Wicking, grammes/2,54 mètres linéaires % d'acide lactique min.à 38 C 4,6 9,8 1,3 0,6 0,7 0,6 0,5 50 % Et OH aqueux sec. à 23 C 4,2 4,2 4,2 1,4 1,6 1,4 2,0 Le papier produit avec un mélange de collage de 60 pour cent de FAA et de 40 pour cent d'AKD montre une résis- tance améliorée à l'épreuve dite de wicking sur le papier produit avec un collage d'AKD pur. De plus, la qualité de collage est substantiellement non affectée par la présence d'alun ou une forte alcalinité. Cela est en contraste avec la qualité de collage démontrée par le papier produit avec un collage d'AKD pur en la présence d'alun ou d'une forte alcalinité. EXEMPLE 4 L'amélioration de la résistance à la pénétration li- quide dans le carton contenant le mélange FAA/AKD fournit une résistance améliorée aux fuites au cours de l'abus de vibrations envers les récipients remplis fabriqués à partir de celui-ci. De la pâte en rouleau a été préparée comme décrit dans l'Exemple 3 ci-dessus avec 2,35 % du mélange de collage. Ni bicarbonate de sodium, ni carbonate de cal- cium n'a été utilisé. Les récipients obtenus ont été rem- plis de lait écrémé commercial, d'une boisson au raisin commerciale contenant un anti-oxydant et d'une solution de pour cent d'éthanol aqueux. Les récipients ont été sou- mis à un abus de vibrations destiné à simuler le transport en camion. La performance comparée du mélange de collage est énumérée ci-dessous. (L'AKD de type 1 est du dimère d'alkylcétène cationique Hercox, Hercules Incorporated; l'AKD de type 2 est du dimère d'alkylcétène cationique Key- dime, Albright and Wilson Americas, Inc.). /40 Système de collage AKD ---FAA/AKD--------- Type d'AKD 1 1 2 2 Total d'alun %. x 2 7 21 21 7 Fuites/10 récipients Lait écrémé abus de 75 min. 12,0 10,5 10,5 11,0 Boisson au raisin minutes 17,2 9,2 9,0 11,2 minutes 25,5 17,0 18,8 20,8 minutes 27,5 22,5 22,0 24,5 Ethanol aqueux à 5 % minutes 16,7 8,0 9,0 9,2 60 minutes 25,0 12,8 14,5 10,2 minutes 27,5 19,5 20,5 21,5 Le carton préparé avec un mélange de collage composé d'une majorité de FAA et d'une minorité d'AKD montre une amélioration considérable dans la résistance aux fuites lorsqu'il est comparé au carton préparé avec un collage d'AKD seul. Les fuites sont réduites d'environ 10 pour cent à 60 pour cent. Il ressort de ce qui précède, que la présente inven- tion fournit une amélioration dans l'économie de coller le papier avec des anhydrides d'acides gras ou des dimères d'alkylcétène. En outre, la présente invention fournit une résistance améliorée à la pénétration liquide et à l'épreu- ve dite de wicking dans le carton préparé selon la présente invention. Les récipients préparés à partir de ce carton montrent une résistance améliorée aux fuites dans des con- ditions de vibrations. La présente invention fournit éga- lement un collage qui est extrêmement résistant à la péné- tration par les liquides contenant de l'alcool. Diverses caractéristiques de la présente invention qui sont jugées comme étant nouvelles sont exposées dans les revendications annexes. REVENDICATIONS 1. Composition de collago-papier pour application sur un papier afin de fournir au papier collé une résistance améliorée à la pénétration liquide et une résistance amé- liorée aux fuites lorsque le papier collé est soumis à un abus de vibrations, la composition comprenant un mélange d'un anhydride d'acide gras de collage-papier et un dimère d'alkylcétène de collage-papier, le rapport de poids de l'anhydride d'acide gras relativement au dimère d'alkylcé- tène étant supérieur à 1,5 contre 1,0 et n'excédant pas 4,0 contre 1,0. 2. Composition selon la revendication 1 dans laquelle l'anhydride d'acide gras de collage-papier est un anhydride stéarique. 3.Composition selon la revendication 1 dans laquelle le dimère d'alkylcétène est dérivé d'un mélange d'acides palmitiques et stéariques.