DE19949717A1 - Verwendung von Alkandiolen und/oder Alkantriolen - Google Patents
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- D21H17/06—Alcohols; Phenols; Ethers; Aldehydes; Ketones; Acetals; Ketals
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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
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Claims (8)
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.
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.
Priority Applications (3)
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---|---|---|---|
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Applications Claiming Priority (1)
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DE1999149717 DE19949717A1 (de) | 1999-10-14 | 1999-10-14 | Verwendung von Alkandiolen und/oder Alkantriolen |
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ID=7925748
Family Applications (1)
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Also Published As
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Legal Events
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