DE19949717A1

DE19949717A1 - Verwendung von Alkandiolen und/oder Alkantriolen

Info

Publication number: DE19949717A1
Application number: DE1999149717
Authority: DE
Inventors: Karlheinz Hill; Egil Knudsen; Martin Lagarden; Subirana Rafael Pi; Jose-Antonio Pinilla; Matthias Wegener; Alfred Westfechtel
Original assignee: Nopco Paper Technology Holding AS
Current assignee: Nopco Paper Technology Holding AS
Priority date: 1999-10-14
Filing date: 1999-10-14
Publication date: 2001-04-26
Also published as: WO2001027391A1; AU5681200A

Abstract

Vorgeschlagen wird die Verwendung von Alkandiolen und/oder Alkantriolen mit 10 bis 22 Kohlenstoffatomen und mindestens einer sekundären Hydroxylgruppe als Hydrophobierungsmittel für Papier.

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung befindet sich auf dem Gebiet der Papierhilfsmittel und betrifft die Verwendung von Alkan diolen und/oder Alkantriolen mit 10 bis 22 Kohlenstoffatomen als Hydrophobierungsmittel.

Stand der Technik

Unter dem Oberbegriff "Papier" werden ca. 3000 verschiedene Sorten und Artikel verstanden, die sich in ihren Anwendungsgebieten und ihrer Beschaffenheit zum Teil erheblich unterscheiden können. Zu ihrer Herstellung werden stark verdünnte wäßrige Aufschlämmungen von Cellulosefasern und Additiven in dünnen Schichten auf Bänder, Siebe und Filze aufgebracht, auf denen sie bei ganz erheblichen Laufgeschwindigkeiten und unter Anwendung von Wärme und mechanischem Druck bis zu einem Feststoffgehalt von etwa 40 Gew.-% entwässert werden. Während das noch feuchte Rohpapier in wei teren Schritten getrocknet wird, kehrt das abgepreßte Wasser in den Kreislauf zurück. Zur Hydropho bierung ("Leimung") der Papiere unter neutralen Herstellungsbedingungen werden bislang vor allem Alkylketendimere (AKD) oder Alkenylbernsteinsäureanhydride (ASA) eingesetzt. Eine Übersicht zu diesem Thema findet sich beispielsweise in D. Eklund Paper Chemistry - An lntroduction, Finland 1991, S. 203-221. Von Nachteil ist jedoch, daß die Herstellung der AKD über Fettsäurechloride erfolgt, was hohe Anforderungen an die Arbeitssicherheit stellt. ASA-Dispersionen sind hingegen wenig stabil und müssen mit hohem Aufwand direkt an der Papiermaschine hergestellt werden, damit sie nicht hy drolysieren; zudem kann es zur unerwünschten Ablagerung von Calciumsuccinaten in der Papierma schine kommen.

Abietinsäurereiche Harze oder deren Ester (insbesondere Ester auf Basis von Glycerin, Pentaerythritol, Triethylenglykol oder auch Methanol) werden ebenfalls seit Jahrzehnten in der Papierindustrie als Mas seleimungsmittel bei der Papierherstellung unter sauren Bedingungen eingesetzt, in Verbindung mit Aluminiumsulfat oder Polyaluminiumchlorid als Retentions- und Fixierungshilfsmittel. Im Unterschied zu den freien Harzen oder deren Natriumsalzen sind Harzester weniger empfindlich gegenüber Wasser härtebildnern (Ca, Mg-Ionen) oder Füllstoffen bzw. Streichfarbenkomponenten (z. B. CaCO₃, z. T. aus Altpapier beim Recycling), mit denen wasserunlösliche Calciumresinate gebildet werden, was die ge wünschte Leimungswirkung beeinträchtigt und zu Ablagerungen auf der Papiermaschine führen kann [vgl. J. Fallmann, M. Bernardis, Wochenblatt für Papierfabrikation, 18, 878 (1997)].

Demzufolge hat die komplexe Aufgabe darin bestanden, neue Papierhydrophobierungsmittel zur Ver fügung zu stellen, die mit möglichst geringem technischen Aufwand herstellbar sind, weitgehend auf ökologisch verträglichen, d. h. nachwachsenden Rohstoffen basieren und darüber hinaus gegenüber bekannten Hydrophobierungsmitteln des Stands der Technik mindestens über gleichwertige Eigen schaften verfügen.

Beschreibung der Erfindung

Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung von Alkandiolen und/oder Alkantriolen mit 10 bis 22 Kohlenstoffatomen und mindestens einer sekundären Hydroxylgruppe als Hydrophobierungsmittel für Papier.

Überraschenderweise wurde gefunden, daß sich Alkandiole und/oder Alkantriole mit 10 bis 22 Kohlen stoffatomen der genannten Art, insbesondere Ringöffnungsprodukte von Olefinepoxiden oder Epoxiden von ungesättigten Fettalkoholen mit Wasser sowie Hydrierprodukte des Ricinusölmethylesters vorzüg lich zur Ausrüstung von Papierprodukten aller Art (Papier, Pappe, Karton) sowie zur Hydrophobierung von Cellulosefasern und Stärke eignen. Setzt man die Alkandiole und/oder Alkantriole in Dispersionen mit Aluminiumsulfat und/oder Polyamidoamin-Epichlorhydrinharzen und/oder Melamin-Formaldehyd harzen und/oder Stärkederivaten ein, werden bei deutlich verminderten Einsatzmengen vergleichbare Cobb60-Werte erhalten wie bei der Verwendung etablierter Hydrophobierungsmittel, wie z. B. Alkylke tendimeren (AKD), Alkenylbernsteinsäureanhydriden (ASA) oder Harzderivaten. Sowohl reine Alkanole, als auch solche Diole oder Polyole, die nur über primäre Hydroxylgruppen verfügen, erweisen sich im Vergleich als wirkungslos.

Alkandiole und/oder Alkantriole

Bei den erfindungsgemäß zu verwendenden Hydrophobiermitteln handelt es sich um bekannte Stoffe, die nach den einschlägigen Methoden der organischen Chemie erhalten werden können. Typische Beispiele hierfür sind vicinale Alkandiole, die der Formel (I) folgen

in der R¹ und R² unabhängig voneinander für Wasserstoff oder einen Alkylrest mit 1 bis 20 Kohlenstoff atomen stehen, mit der Maßgabe, daß die Gesamtzahl der Kohlenstoffatome in R¹ und R² im Bereich von 10 bis 20 liegt. Hierbei handelt es sich z. B. um Stoffe die durch basen- oder säurekatalysierte Rin göffnung von Olefinepoxiden mit Wasser erhalten werden können. Als Ausgangsstoffe für die Ringöff nung kommen sowohl endständige wie innenständige Olefinepoxide in Frage. Im Sinne der Erfindung können auf Basis von α-Olefinepoxiden beispielhaft Dodecan-11,12-diol, Tetradecan-13,14-diol, Hexa decan-15,16-diol, Octadecan-17,18-diol oder Eicosan-19,20-diol eingesetzt werden. Auf Basis von innenständigen Olefinen kommen beispielsweise Dodecan-5,6-diol, Tetradecan-6,7-diol, Hexadecan- 8,9-diol, Octadecan-9,10-diol und Eicosan-10,11-diol sowie die entsprechenden Stellungsisomeren in Betracht. Weiterhin geeignet sind die Ringöffnungsprodukte von epoxidierten Fettalkoholen mit Wasser, also Alkantriole wie beispielsweise 9,10-Dihydroxyoleylalkohol und/oder 9,10-Dihydroxyelaidylalkohol. Ebenso geeignet sind Alkandiole wie z. B. 1,12-Dihydroxystearylalkohol, welchen man durch Hydrierung von Ricinolsäuremethylester erhalten kann. Die erfindungsgemäß zu verwendenden Alkandiole und/oder Alkantriole werden vorzugsweise in Konzentrationen von 0,001 bis 60 und insbesondere 0,01 bis 40 - bezogen auf die Dispersionen - eingesetzt. Als optimal hat sich für den Einsatz ein pH-Wert im Bereich von 3 bis 9, vorzugsweise 4 bis 8 erwiesen.

Hilfs- und Zusatzstoffe

Die Hydrophobierungsmittel können zusammen mit weiteren bekannten Additiven, wie beispielsweise Alkylketendimeren, Alkenylbernsteinsäureanhydriden oder Harzderivaten eingesetzt werden, wobei das Mischungsverhältnis im Bereich von 1 : 99 bis 99 : 1, vorzugsweise 20 : 80 bis 80 : 20 und insbesonde re 40 : 60 bis 60 : 40 liegen kann. Als weitere Bestandteile können die unter Verwendung der Alkan diole und/oder Alkantriole erhältlichen Dispersionen beispielsweise Aluminiumsalze, vorzugsweise Aluminiumsulfat und/oder Polyaluminiumchlorid (PAC), Füllstoffe, wie beispielsweise Kaolin, oder Ti tandioxid (z. B. Anatas, Rutil oder Brookit), Polymere als Flockungs- bzw. Retentionshilfsmittel oder zur Erhöhung der Naßfestigkeit (z. B. Polyamidoamin-Epichlorhydrinharze (PAE), Polyamidoamine (PAMAM), Polyethylenimine (PEI) oder deren Reaktionsprodukte mit Epichlorhydrin (PAMAM+EPI) oder Ethylenimin (PAMAM+EI), Harnstoff-Formaldehydharze (UF), Melamin-Formaldehydharze (MF), glyoxylierte Polyacrylamide), Carboxymethylcellulose, Polyacrylamide, Pflanzengumme bzw. Polysac charide (Guar, Galactomannane, Alginate etc.), Chitosane sowie Stärken, vorzugsweise kationisch derivatisierte Stärken als Mittel zur Verstärkung der Retention und Trockenfestigkeit enthalten, wobei die Einsatzmenge der Hilfsstoffe typischerweise im Bereich von 0,01 bis 50, vorzugsweise 0,1 bis 30 und insbesondere 1 bis 20 Gew.-% bezogen auf die Dispersionen liegt. Die Hilfsstoffe werden in den erfindungsgemäßen Dispersionen lediglich in solchen Mengen eingesetzt, daß die Stabilität der Disper sionen dadurch nicht nachteilig beeinflußt wird. Bei der Auswahl der Hilfsstoffe wird darauf geachtet, daß die Komponenten keine Reaktionsprodukte miteinander bilden, welche die Gebrauchseigenschaf ten der Papierprodukte oder Cellulosefasern bzw. Stärke nachteilig beeinflussen. Die Pulpen selbst weisen in der Regel einen Holzgehalt im Bereich von 0,05 bis 10 und vorzugsweise 0,1 bis 5 Gew.-% auf. Es kann sich dabei um Mischungen von frischen Hart- und Weichholzfasern, d. h. typischerweise kurze und lange Fasern, Recyclingpapier oder Mischungen von beiden Typen handeln.

Beispiele Beispiele 1 bis 3 Vergleichsbeispiele V1 und V2

Zur Prüfung der Testsubstanzen als Massehydro phobierungsmittel wurden eine Pulpe mit einem Feststoffanteil von 4,5 Gew.-% (Fasermischung Weich- /Hartholz 60 : 40) eingesetzt. Zur Herstellung der Dispersionen wurde eine Homogenisator vom Typ Panda 2300 (Niro Soavi SpA) bei einem Druck von 300 kg verwendet. Zu auf 65°C erhitzten Wasser wurden Dehydol® PLS 6, NaOH und das jeweilige Hydrophobiermittel unter Rühren hinzugegeben und anschließend homogenisiert. Danach wurden die Dispersionen auf Raumtemperatur abgekühlt. Zur Blattbildung wurde die Pulpe mit der Dispersion der Hydrophobiermittel sowie Aluminiumsulfat und gegebenenfalls kationischer Stärke (Amylofax® 75) vermischt. Die Blätter wurden anschließend 30 min bei 105°C getrocknet. Die Prüfung der geleimten Blätter erfolgte im Cobb-Test nach der Tappi- Methode T 441 om-98. Die Cobb60-Werte sind Tabelle 1 zu entnehmen. Die Beispiel 1 bis 3 sind erfin dungsgemäß, die Rezepturen V1 und V2 dienen zum Vergleich.

Tabelle 1

Cobb60-Werte für geleimte Papiere (Mengenangaben in Gew.-% bezogen auf die Gesamtmischung)

Claims

1. Verwendung von Alkandiolen und/oder Alkantriolen mit 10 bis 22 Kohlenstoffatomen und minde stens einer sekundären Hydroxylgruppe als Hydrophobierungsmittel für Papier.

2. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man vicinale Alkandiole der For mel (I) einsetzt,
in der R¹ und R² unabhängig voneinander für Wasserstoff oder einen Alkylrest mit 1 bis 20 Koh lenstoffatomen stehen, mit der Maßgabe, daß die Gesamtzahl der Kohlenstoffatome in R1 und R2 im Bereich von 10 bis 20 liegt.

3. Verwendung nach den Ansprüchen 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Alkan triole 9,10-Dihydroxyoleylalkohol und/oder 9,10-Dihydroxyelaidylalkohol einsetzt.

4. Verwendung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als Alkandiol 1,12-Dihydroxystearylalkohol einsetzt.

5. Verwendung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die Alkandiole und/oder Alkantriole in Mengen von 0,001 bis 60 Gew.-% - bezogen auf die Papier dispersionen - einsetzt.

6. Verwendung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man die Alkandiole und/oder Alkantriole bei pH-Werten im Bereich von 3 bis 9 einsetzt.

7. Verwendung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man die Alkandiole und/oder Alkantriole zusammen mit Alkylketendimeren, Alkylbernsteinsäureanhydri den, maleinierten Fettstoffen und/oder Harzderivaten einsetzt.

8. Verwendung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man die Alkandiole und/oder Alkantriole zusammen mit Aluminiumsalzen, Füllstoffen, Polymeren, Poly saccharidderivaten und/oder Stärken einsetzt.