DE102011101232B4

DE102011101232B4 - Verfahren zur Emulgierung von Leimungsmitteln für die Papierherstellung, Verwendung eines Vinylamin-Monomere aufweisenden Polymers zur Emulgierung sowie emulgierbereite Mischung

Info

Publication number: DE102011101232B4
Application number: DE102011101232.3A
Authority: DE
Inventors: Bernd Raskopf
Original assignee: CS COMPACT SYSTEM GmbH
Current assignee: CS COMPACT SYSTEM GmbH
Priority date: 2010-05-11
Filing date: 2011-05-11
Publication date: 2021-05-06
Anticipated expiration: 2031-05-12
Also published as: DE102011101232A1

Abstract

Verfahren zur Emulgierung von Leimungsmitteln für die Papierherstellung, wobei das Leimungsmittel zusammen mit einem Vinylamin-Monomere aufweisenden Polymer emulgiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Vinylamin-Monomere aufweisende Polymer ein Vinylamin-Diallyldimethylammoniumchlorid-Copolymer ist.

Description

Verfahren zur Emulgierung von Leimungsmitteln für die Papierherstellung, Verwendung eines Vinylamin-Monomere aufweisenden Polymers zur Emulgierung sowie emulgierbereite Mischung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Emulgierung von Leimungsmitteln für die Papierherstellung. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine emulgierbereite Mischung aus einem Leimungsmittel für die Papierherstellung und einem Polymer. Schließlich wird die Verwendung eines Polymers zur Emulgierung von Leimungsmitteln für die Papierherstellung vorgeschlagen.
Die Verwendung von Leimungsmitteln für die Papierherstellung, insbesondere von Bernsteinsäureanhydrid oder Derivaten hiervon, ist seit langem bekannt.
Insbesondere das Derivat ASA (Alkenyl Succinic Anhydride, Alkenylbernsteinsäureanhydrid) findet verbreitet Anwendung. In der vorliegenden Anmeldung werden Bernsteinsäureanhydrid sowie Leimungsmittel wie ASA, welche auf Bernsteinsäureanhydrid zurückzuführen sind, vereinfachend auch mit „Bernsteinsäureanhydrid“ bezeichnet, ohne jedoch eine Einschränkung auf die konkrete Verbindung vornehmen zu wollen.
Neben Bernsteinsäureanhydrid sind dem Fachmann überdies auch andere geeignete Leimungsmittel bekannt.
Bernsteinsäureanhydrid bzw. ASA ist reaktiv, neigt zur Hydrolyse und dazu, sich als klebrige Substanz im Papiermaschinenkreislauf abzulagern. Daher wird Bernsteinsäureanhydrid üblicherweise zusammen mit einem Schutzkolloid eingesetzt bzw. mit diesem zusammen emulgiert. Hierzu ist neben synthetischen Polymeren (Flockungsmitteln), bisher im Allgemeinen Stärke verwendet worden, und zwar in einem beträchtlich großen Verhältnis von einem Teil Bernsteinsäureanhydrid bis zu drei und vier Teilen Stärke.
Die eingesetzte Stärke wirkt als Schutzkolloid für das Bernsteinsäureanhydrid und geht mit diesem kovalente Bindungen ein. Mit derart emulgiertem Bernsteinsäureanhydrid wird im Allgemeinen eine sog. Masseleimung des hergestellten Papiers bzw. des Kartons durchgeführt.
DE 601 11 412 T2 offenbart ein spezielles Verfahren zur Herstellung von Emulsionen hydrophober Wirkstoffe mit amphiphilen Blockpolymeren, deren organische Phase eine erhöhte Viskosität aufweist.
WO 2004/ 059 082 A1 beschreibt eine wässrige Leimungsmittelzusammensetzung, umfassend (a) eine Emulsion, die in einer wässrigen Polymerlösung suspendierte Alkenylbersteinsäureanhydrid (ASA) Partikel und (b) eine zweite Komponente umfasst, die aus der Gruppe bestehend aus kationischer Stärke, nicht-ionischer Stärke, anionischer Stärke, wasserlöslichen Polymeren, Wasser und Kombinationen daraus ausgewählt ist.
WO 97/ 05 330 A1 beschreibt ein Verfahren zur Verbesserung der Leimungseigenschaften von Alkenylbersteinsäureanhydrid durch die Emulsion mit synthetischen kationischen Polymeren. Bevorzugte Polymere umfassen Copolymere, die primäre Amine enthalten wie etwa Copolymere aus Vinylalkohol und Vinylamin oder Acrylamid und Vinylamin.
Nachteile der Verwendung des wie beschrieben emulgierten Bernsteinsäureanhydrids sind jedoch die schlechte Stabilität der Emulsion, ein Hydrolyserisiko bei fehlerhafter Emulgierarbeit. Der hohe Verbrauch an Bernsteinsäureanhydrid und Stärke und die unbefriedigende Verteilung des Leimungsmittels im hergestellten Papier.
Ganz besonders nachteilig ist jedoch der mengenmäßig große Einsatz von Stärke, welche zum einen, eine relativ geringe Eigenretention der Stärke im Vergleich zu dem in Anspruch 1 definiertem Produkt hat, zum anderen durch die gestiegenen Rohstoffpreise einen erheblichen finanziellen Aufwand mit sich bringt.
Zusätzlich führt die Verwendung von Stärke aufgrund der Wasserhärte zu Ausfällungen und Ablagerungen in der Papiermaschine.
Bisher unternommene Versuche, die verwendete Stärke durch einen anderen Emulgator zu ersetzen, sind daran gescheitert, dass die Oberfläche des Papiermaterials zu dicht geraten ist und Farben und Leime auf dieser nicht haften konnten.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Effektivität und die Effizienz der Verwendung von Leimungsmitteln für die Papierherstellung bei gleichzeitig geringeren Kosten zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird zunächst durch ein Verfahren zur Emulgierung von Leimungsmitteln für die Papierherstellung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Danach ist das Verfahren derart ausgestaltet, dass das Leimungsmittel zusammen mit einem Vinylamin-Monomere aufweisenden Polymer emulgiert wird. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind den hierzu nachgeordneten Ansprüchen entnehmbar.
In überraschender Weise wird zunächst eine besonders stabile Emulsion des Leimungsmittels, insbesondere von Bernsteinsäureanhydrid, erhalten. Im Rahmen der Erfindung hat sich die Emulgierung mit einem Vinylamin-Monomere enthaltenden Polymer als deutlich effektiver gegenüber einer herkömmlichen Emulgierung mit Stärke erwiesen. Der strukturelle Aufbau eines Vinylamin-Monomers wird nachfolgend wiedergegeben:
Des Weiteren ist erreicht, dass bei einem gleich bleibenden Leimungsergebnis der mengenmäßige Einsatz an Leimungsmitteln, insbesondere Bernsteinsäureanhydrid, erheblich reduziert werden kann. Mit anderen Worten wird mit weniger Leimungsmittel ein Leimungsergebnis gleichbleibender oder sogar besserer Güte erzielt. Besonders hervorzuheben ist, dass auf die bisher verwendete Stärke größtenteils oder sogar vollständig verzichtet werden kann.
Schließlich ist im Rahmen der Erfindung festgestellt worden, dass mit dem erhaltenen Emulgat eine qualitativ stark verbesserte Leimung, nämlich eine Masseleimung ermöglicht wird. Die Masseleimung ist der bisher durchgeführten Oberflächenleimung überlegen, da die Papierfasern umfassend mit dem Leimungsmittel benetzbar sind. Die Verteilung des Leimungsmittels im hergestellten Papier bzw. Karton ist demnach deutlich gleichmäßiger möglich.
Schließlich wird mit den emulgierten Leimungsmitteln in überraschender Weise sowohl eine erhöhte Nass- als auch Trockenfestigkeit im Papierprodukt erreicht. So kann ein mit reduzierten Kosten hergestelltes Produkt die Qualität eines herkömmlichen Produkts übertreffen und daher sogar zu einem höheren Preis angeboten werden.
Im Ergebnis ist ein Verfahren zur Emulgierung von Leimungsmitteln für die Papierherstellung angegeben, das die Erhöhung der Effektivität und der Effizienz bei der Verwendung von Leimungsmitteln für die Papierherstellung bei gleichzeitig geringeren Kosten ermöglicht.
In einer zweckmäßigen Ausführungsform des Verfahrens werden das Polymer und das Leimungsmittel vor der Emulgierung vermischt. Dazu lassen sich verschiedene dem Fachmann bekannte Mischverfahren anwenden.
Wie bereits erwähnt, sind Ausführungsformen des Verfahrens bevorzugt, bei denen als Leimungsmittel Bernsteinsäureanhydrid oder ein Derivat hiervon verwendet wird. In diesem Zusammenhang ist insbesondere ASA zu nennen, welches in der vorliegenden Anmeldung von dem Begriff „Bernsteinsäureanhydrid“ umfasst ist. Die Erfindung ist jedoch keinesfalls auf diese Gruppe von Leimungsmitteln beschränkt. Es ist des Weiteren bereits ausgeführt worden, dass in einer besonders zweckmäßigen Weiterbildung des Verfahrens das Polymer als Schutzkolloid zur Emulgierung von Leimungsmitteln für die Papierherstellung, insbesondere von Bernsteinsäureanhydrid oder einem Derivat hiervon, verwendet werden kann.
Der Anteil an Vinylamin-Monomeren in dem verwendeten, Vinylamin-Monomere aufweisenden Polymer kann mindestens 0,1 mol-% betragen.
In einer besonders bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens wird als Polymer erfindungsgemäß ein Vinylamin-Diallyldimethylammoniumchlorid-Copolymer (Vinylamin-DADMAC-Copolymer) verwendet. Mit solchen Copolymeren sind in Bezug auf die bereits genannten Vorteile hinsichtlich Effektivität und Einsparpotential besonders hervorragende Ergebnisse erzielt worden. Durch die Verwendung solcher Copolymere lässt sich der Stoffeinsatz an Leimungsmitteln erheblich reduzieren. Auf den Einsatz von Stärke kann überwiegend oder vollständig verzichtet werden. Neben der erhöhten Stabilität der Emulsion bei vermindertem Materialeinsatz stellen diese Polymere überdies eine deutlich erhöhte Trocken- und Nassfestigkeit im Papierprodukt bereit. Solche Polymere können durch eine Hofmann-Umlagerung erhalten werden.
In einer weiteren konkret vorgeschlagenen Ausgestaltung des Verfahrens wird ein kationisches Polymer, insbesondere mit einer Kationität von 11 meq/g bis 13 meq/g, und insbesondere mit einer Kationität von ca. 12,4 meq/g, verwendet. Gemäß dieser Ausführungsform ist demnach bevorzugt, ein stark kationisches Polymer einzusetzen.
Je nach Einsatzfall kann es sich jedoch auch als vorteilhaft erweisen, ein Polymer zu verwenden, das neben einer kationischen Gruppe auch einen anionischen Teil bzw. eine anionische funktionelle Gruppe aufweist, demnach als Amphoter ausgebildet ist.
Wie bereits angedeutet, erlaubt die Erfindung eine erhebliche Reduktion des Materialeinsatzes an Schutzkolloiden. Insofern wird konkret eine Ausführungsform vorgeschlagen, bei der das Leimungsmittel, insbesondere Bernsteinsäureanhydrid oder ein Derivat hiervon, und das Polymer vor der Emulgierung in einem Masseverhältnis von 1 : 0,25 -0,5 vermischt werden. Dabei ist hervorzuheben, dass bereits anfänglich die Menge des eingesetzten Leimungsmittels erfindungsgemäß reduzierbar ist.
Mit Anspruch 7 wird die Verwendung eines Vinylamin-Monomere aufweisenden Polymers zur Emulgierung von Leimungsmitteln für die Papierherstellung vorgeschlagen, wobei das Vinylamin-Monomere aufweisende Polymer ein Vinylamin-Diallyldimethylammoniumchlorid-Copolymer ist
Mit den Merkmalen des Anspruchs 8 ist die oben aufgezeigte Aufgabe im Hinblick auf eine emulgierbereite Mischung mit einem Leimungsmittel für die Papierherstellung gelöst. Eine solche emulgierbereite Mischung weist neben einem Leimungsmittel für die Papierherstellung ein Vinylamin-Monomere aufweisendes Polymer auf. Vorteilhafte Ausführungsformen der emulgierbereiten Mischung sind den hierzu nachgeordneten Ansprüchen zu entnehmen.
In Bezug auf die Eigenschaften und die Vorteile der vorgeschlagenen emulgierbereiten Mischung wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf die Ausführungen zu dem erfindungsgemäßen Verfahren verwiesen.
Auch in der emulgierbereiten Mischung kann das Leimungsmittel Bernsteinsäureanhydrid oder ein Derivat hiervon aufweisen.
Das Polymer kann einen Anteil an Vinylamin-Monomeren von mindestens 0,1 mol-% aufweisen.
Schließlich wird eine Weiterbildung der Mischung vorgeschlagen, in der das Polymer erfindungsgemäß ein Vinylamin-Diallyldimethylammoniumchlorid-Copolymer (Vinylamin-DADMAC-Copolymer) aufweist.
Sowohl im Hinblick auf das erfindungsgemäße Verfahren, die erfindungsgemäßen Verwendungen sowie die erfindungsgemäße emulgierbereite Mischung können die vorgeschlagenen Polymere dem Leimungsmittel als Pulver, Granulat oder in flüssiger Zubereitung zugegeben werden. Somit ist eine besonders anwenderfreundliche Darreichung ermöglicht.
Es sei hervorgehoben, dass die zuletzt beschriebene emulgierbereite Mischung und die Verwendung bzw. deren vorteilhafte Weiterbildungen ausdrücklich sogleich vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens angeben, während anhand des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie dessen vorteilhafter Ausgestaltungen auch vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen emulgierbereiten Mischung und der Verwendung beschrieben worden sind.

Claims

Verfahren zur Emulgierung von Leimungsmitteln für die Papierherstellung, wobei das Leimungsmittel zusammen mit einem Vinylamin-Monomere aufweisenden Polymer emulgiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Vinylamin-Monomere aufweisende Polymer ein Vinylamin-Diallyldimethylammoniumchlorid-Copolymer ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer und das Leimungsmittel vor der Emulgierung vermischt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Leimungsmittel Bernsteinsäureanhydrid oder ein Derivat hiervon verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Polymer verwendet wird, welches einen Anteil an Vinylamin-Monomeren von mindestens 0,1 mol-% aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein kationisches Polymer mit einer Kationität von 11 meq/g - 13 meq/g verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Leimungsmittel und das Polymer vor der Emulgierung in einem Masseverhältnis von 1: 0,25 -0,5 vermischt werden.
Verwendung eines Vinylamin-Monomere aufweisenden Polymers zur Emulgierung von Leimungsmitteln für die Papierherstellung, wobei das Vinylamin-Monomere aufweisende Polymer ein Vinylamin-Diallyldimethylammoniumchlorid-Copolymer ist.
Emulgierbereite Mischung aus einem Leimungsmittel für die Papierherstellung und einem Vinylamin-Monomere aufweisenden Polymer, wobei als Polymer ein Vinylamin-Diallyldimethylammoniumchlorid-Copolymer verwendet wird.
Emulgierbereite Mischung nach Anspruch 8, wobei das Leimungsmittel Bernsteinsäureanhydrid oder ein Derivat hiervon aufweist.
Emulgierbereite Mischung nach Anspruch 8 oder 9, wobei das Polymer einen Anteil an Vinylamin-Monomeren von mindestens 0,1 mol-% aufweist.