DE2213980C3

DE2213980C3 - Verwendung von Acrylamidpolymerisaten als Dispergiermittel zur Papier- und Vliesstoffherstellung

Info

Publication number: DE2213980C3
Application number: DE2213980A
Authority: DE
Inventors: Richard Paul Westwood Mass. Tschirch
Original assignee: Lubrizol Corp
Current assignee: Lubrizol Corp
Priority date: 1971-03-23
Filing date: 1972-03-22
Publication date: 1985-01-24
Also published as: DE2213980A1; FR2130543B1; US3772142A; CA1084213A; FR2130543A1; DE2213980B2; JPS5113788B1; GB1355289A

Description

CH₂-SO₃M

0)

10

15

20

in der R' ein Wassersioffatorn oder einen gegebenenfalls substituierten niederen Alkylrest, R2 ein Wasserstoff atom oder einen niederen Alkylrest, R³ einen niederen Alkylrest und M ein Wasserstoffatom oder ein Äquivalent eines Kations bedeuten, als Dispergiermittel zur Papier- und Vliesstoffherstellung.

2. Verwendung von Acrylamidpolymerisaten nach Anspruch 1 mit Grundbausteinen der allgemeinen Formel I, in der R¹ ein Wasserstoffatom oder eine Methyigruppe bedeutet

3. Verwendung eines Homopolymerisate eines Alkalimetallsalzes der 2-Acrylamido-2-methyIpropansulfonsäure oder dessen Copolymerisats mit Acrylsäure als Dispergiermittel zur Papier- und Vliesstoffherstellung nach Anspruch 1.

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Bei der Herstellung von Papier- und Vliesstoffen aus natürlichen und synthetischen Fasern wird üblicherweise ein wäßriger Brei der Fasern auf einem ständig bewegten Netz oder einer durchlöcherten Oberfläche, wie einem Hohlzylinder oder Fourdrinier-Drahtnetz, abgesetzt und das Wasser aus diesem Brei entfernt. Üblicherweise wird der Wassergehalt des Breis durch Ableiten und Absaugen um etwa 80% gesenkt. Anschließend wird das restliche Wasser unter Verwendung von Walzen und Pressen entfernt und eine so trockene Bahn gebildet.

Bei der Herstellung, Handhabung und Verformung von !.angfaserbrei neigen die Fasern im wäßrigen Brei dazu, sich zu verflechten oder zusammenzuballen, wodurch die Gleichmäßigkeit des Endproduktes beeinträchtigt wird. Zur Vermeidung dieser Schwierigkeit wird dem Brei oft ein Dispergiermittel zugesetzt, um die Fasern voneinander getrennt zu halten. Zu den wenigen zu diesem Zweck geeigneten Dispergiermitteln gehört deacetylierter Karayagummi, der jedoch ziemlich teuer und als Naturprodukt Qualitätsschwankungen unterworfen ist. In letzter Zeit wurden einige synthetische Polymerisate entwickelt, die die gleichen Eigenschaften wie deacetylierter Karayagummi haben, jedoch noch teurer als das Naturprodukt sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, bestimmte Acrylamidpolymerisate zur Verwendung als Dispergiermittel für langfaseriges Material bei der Herstellung von Papier, Faservliesen und Vliesstoffen vorzugschlagen,* die sich durch eine bessere Wirksamkeit auszeichnen und gut zugänglich sind. Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst.

Die Erfindung betrifft somit den in den Patentansprüchen gekennzeichneten Gegenstand.

Aus der US-PS 27 61834 sind Acrylamidpolymerisate. bekannt, die mit Formaldehyd in N-Methylolderivate und hierauf mit Natriummetabisulfit in die entsprechenden sulfonierten N-Methylolderivate überführt werden können. Diese Polymerisate sollen unter anderem als Zusätze zu Bohrflüssigkeiten bei der Erdölgewinnung, als Schlichtemittel für Papier oder Textilgut, als Imprägniermittel für Papier und Textiigut und als Flotier- und Dispergiermittel bei der Erzaufarbeitung dienen.

Die erflndungsgemäß eingesetzten Ac^ylamidpolymerisate weisen gegenüber den aus der vorgenannten Druckschrift bekannten Polymerisaten den Vorteil einer größeren Wirksamkeit auf. Dies ist darauf zurückzuführen, daß einerseits die bekannien Polymerisate erst nach ihrer Polymerisation mit Natriummetabisulfit umgesetzt werden. Dies führt zwangsläufig zu dem Nachteil, daß wegen der Größe der Polymerisatmoleküle die Sulfonierungsreaktion nicht vollständig ablaufen kann, so daß das Endprodukt nicht die optimale Menge an Sulfonatgmppen enthält Es ist nicht möglich, eine derartige Reaktion mit einem Polymerisat vollständig durchzuführen.

Andererseits werden erfindungsgemäß solche Acrylamidpolymerisate verwendet, die durch Homopolymerisation oder Mischpolymerisation der Sulfonsäuregruppen bereits enthaltenden Monomeren erhalten worden sind. Die erfindungsgemäß eingesetzten Polymerisate sind dementsprechend vollständig sulfoniert und weisen deshalb eine größere Wirksamkeit als die bekannten Polymerisate auf.

Der Ausdruck »niederer Alkylrest« bezeichnet Reste mit vorzugsweise 1 bis 7 Kohlenstoffatomen.

Substituierte Alkylreste sind den entsprechenden unsubstituierten Resten gleichzusetzen. Unter »substituiert« sind Reste mit Substituenten zu verstehen, die die Eigenschaften oder Reaktivität des Restes nicht wesentlich beeinflussen. Beispiele dafür sind Halogenatome, wie Fluor, Chlor, Brom oder Jod, Hydroxylgruppen, Ätherreste, insbesondere niedrige Alkoxyreste, Ketogruppen, Carboxylgruppen, Esterreste, insbesondere niedrige Carbalkoxyreste, Aminoacylreste, insbesondere Amidreste, Aminogruppen, Nitrogruppen, Cyangruppen, Thioätherreste, Sulfoxidreste, Sulfonre-SU. Sulfonsäureesterreste und Sulfonsäureamidreste.

In der allgemeinen Formel I bedeutet M ein Wasserstoffatom oder ein Äquivalent eines Kations, vorzugsweise ein Alkalimetallkation. R¹ ist vorzugsweise ein Wasserstoff atom oder eine Mpthylgruppe, insbesondere ein Wasserstoffatom.

Die erflndungsgemäß verwendeten Acrylamidpolymerisate können durch Homopolymerisat^ oder Mischpolymerisation der entsprechenden Acrylamide mit polymerisierbaren Vinylverbindungen erhalten werden. Beispiele für monomere Acrylamide sind folgende Sulfonsäuren und deren Salze:

2-Acrylamidopropansulfonsäure der Formel
CHj=CHCONHCHCHjSO₃H
CH₃

2-AciyIamido-2-methyIpropansulfonsäure der Formel

CHj

CH₂=CHCONHC-CH₂SOjH
CH₃

Vorzugsweise werden Polymerisate von 2-Acrylamido-2-methyl-propansuIfonsäuresaIzen, Üblicherweise Alkalimetallsalze und vorzugsweise Natrium- oder Kaliumsalze, als Dispergiermittel verwendet, da sie billig, leicht herstellbar und wirksam sind.

Die Acrylamidcopolymerisate enthalten mindestens etwa 5 und vorzugsweise mindestens etwa 50 Gewichtsprozent Grundbausteine der allgemeinen Forme! L Die Wahl der anderen polymerisierbaren Verbindungen ist nicht kritisch, mit der Ausnahme, daß das Polymerisat wasserlöslich sein muß. Bevorzugte Polymerisate sind Homopolymerisate und Copolymerisate mit 5 bis 95, vorzugsweise 5 bis 50 und insbesondere 5 bis 30 Gewichtsprozent einer monomeren Acrylverbindung, wie Acryl- oder Methacrylsäure oder deren Salze oder Amide, z. B. Acrylamid, das teilweise verseift sein kann. Methacrylamid, N-Methylacrylamid und Diacetonacrylamid. Die Polymerisation kann in Masse, Lösung, Suspension oder Emulsion durchgeführt werden. Da die Polymerisate wasserlöslich sein müssen, ist es häufig am bequemsten, die Polymerisation in wäßriger Lösung durchzuführen. Ein anderes, besonders geeignetes Verfahren besteht darin, eine wäßrige Lösung von einer oder mehreren monomeren Verbindungen herzustellen und diese vor der Polymerisation in einem mit Wasser nicht mischbaren Lösungsmittel, wie einem aliphatischen oder aromatischen Kohlenwasserstoff oder einem halogenieren Kohlenwasserstoff, zu suspendieren. Im allgemeinen wird das Sulfonsäuremonomere vor depolymerisation mit einer geeigneten alkalischen Verbindung in das entsprechende Metallsalz fibergeführt. Bei der Durchführung einer Suspensionspolymerisation werden übliche Suspendiermittel verwendet

Die Polymerisation kann durch übliche, in wäßrigen Systemen verwendete Initiatoren, z. B. Peroxide, Persulfate und Persulfat-Hydrogensulfitgemische, beschleunigt werden. Es wurde festgestellt, daß die Alkalimetallsalze, insbesondere das Natriumsalz der 2-Acrylamido-2-metbylpropansulfonsäure, häufig ohne einen Polymerisationsinitiator polymerisiert werden können.

Manchmal ist es vorteilhaft, die Polymerisation in Gegenwart einer geringen Menge eines üblichen Kettenüberträgers durchzuführen. Dadurch wird ein Polymerisat mit einheitlicherem Molekulargewicht erhalten.

Für die Papier- und Vliesstoffherstellung können synthetische oder natürliche Fasern verwendet werden. Natürliche Fasern sind beispielsweise Hanf, Baumwolle, Holzpulpe und Regeneratpapier. Typische synthetische Fasern sind Kunstseide, Polyamide, Polyester und Polyolefine. Je nach Art der herzustellenden Vliesstoffe können diese Fasern mit verschiedenen nicht-faserigen Materialien vermischt werden.

Die Menge des erfindungsgemäß verwendeten Polymerisats mit Grundbausteinen der allgemeinen Formel I liegt im allgemeinen bei 0,1 bis 10, vorzugsweise bei 1 bis 5 Gewichtsprozent des Gewichts des Fasermaterials im Brei.
. Die nachstehenden Versuche erläutern die Erfindung.

Einige der erfindungsgemäß verwendeten Acrylamidpolymerisate mit Grundbausteinen der allgemeinen Formel I werden zu Untersuchungszwecken zu einem wäßrigen Brei gegeben, aus dem Vliesstoffe hergestellt werden sollen. Bei dem Ansatz A bestehen die

ίο Feststoffe zu 50 Prozent aus 0,64 cm langen Kunstseidefasern mit einem Titer von 1,5 den und zu 50 Prozent aus geschlagener, gebleichter Kraftpulpe, beim Ansatz B aus Hanffasern. Papierartige Bögen mit einem Flächengewicht von 18,1 kg/278,1 rn² werden dann aus dem

is jeweiligen Material nach üblichen Verfahren handgeschöpft Die Einheitlichkeit der Bögen wird dann mit einem Thwing-Albert-Prüfgerät untersucht Folgende Polymerisate werden untersucht:

rGiVil

Eine konzentrierte wäßrige Lösung von Natrium-2-acrylamido-2-methylpropansulfonat wird in Benzol suspendiert und in Gegenwart eines Ammoniumpersulfat-Natriumhydrogensulfit-Initiatorsystems und von Natriumlaurylsulfat a/s Suspendiermittel polymerisiert Das Homopolymerisat hat eine Eigenviskosität von 539, gemessen bei 30"C als O^prozentige Lösung in einer 3prozentigen, wäßrigen Natriumchloridlösung.

Polymer 2

Unter Verwendung eines Ammoniumpersulfat-Natriumhydrogensulfit-Initiatorsystems wird in wäßriger Lösung aus 85 Gewichtsteilen Naüium-2-acrylamido-2-methylpropansulfonat und 15 Gewicasteilen Acrylsäure ein Copolymerisat hergestellt Es hat eine Eigenviskosität von 3,72, gemessen auf die vorstehend geschilderte Weise.

Polymer 3

Auf die für das Polymer 1 geschilderte Weise wird ein Copolymerisat aus 50 Gewichtsteilen Natrium-2-acryl-

amido-2-methylpropansulfonat und 50 Gewichtsteilen

so Acrylamid hergestellt Es hat eine Eigenviskosität von 433.

Polymer 4

Unter Verwendung eines Ammoniumpersulfat-Natriumhydrogensulfit-Initiatorsystems und von Natriumdodecylphenolsulfonat als Suspendiermittel wird in Benzol als Suspendiermedium ein Homopolymerisat aus Natrium-2-acrylamido-2-methyipropansulfonat hergestellt Die unter den vorgenannten Bedingungen in einer 0,25prozentigen Lösung des Polymerisats gemessene Eigenviskosität beträgt 8,58.
In folgender Tabelle sind die Ergebnisse dieser Untersuchungen wiedergegeben. Die Prozentangaben der Polymerisate beziehen sich auf das Gewicht der Feststoffe im Brei Die Einheitlichkeit der Bögen nimmt mit steigendem Formungswert zu.

	22 13	980	Formungs
Polymer	% Poly	Faser	werte¹)
	merisat	material	100
Blindversuch		A	108
1	2	A	130
1	5	A	114
2	2	A	135
2	5	A	123
3	2	A	123
3	5	A	136
4	0,5	A	137
4	1	A	172
4	2	A	144
4	0,5	B	185
4	1	B	171
4	2	B

') Mit dem Thwing-Albert Prüfgerät bestiinmL

Claims

Patentansprüche:

1. Verwendung von Acrylamidpolymerisaten mit Grundbausteinen der allgemeinen Formel I

R¹

-CH₂-C-C=O
NH
R²—C—R³