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Stoffentlüfter fUr die Papierfabrikation Die Erfindung betrifft die
Verwendung von Oxalkylierungsprodukten von Fettalkoholen als Schaumdämpfer in der
Papierindustrie.
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Bei der Papierfabrikation können mannigfache Störungen infolge von
Schaumbildung auftreten. Wenn dabei der Schaum mit flotiertem Schmutz während der
Blattbildung auf die Papierbahn gelangt, entstehen auf dem Papier Schaumflecken.
Der Schaum, der sich bei der Papierherstellung bildet, ist in der Regel stabil und
hält sich daher lange an strömungsarmen Stellen, an denen er eintrocknen und in
dieser Form vom Stoff fortgetragen werden kann, so daß ebenfalls Flecken im Papier
entstehen. Man verwendet daher Entschäumer, die die Neigung haben, sich an der Wasseroberfläche
anzureichern und somit einer Schaumbildung entgegenwirken.
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Bei den bekannten Entschäumern handelt es sich meistens um dünnflüssige
Öle, die oft im Gemisch mit geeigneten Emulgatoren eingesetzt werden. Bekannte Emulgatoren
für diesen Zweck bestehen beispielsweise aus oxäthylierten Fettsäuren. Diese Produkte
bilden zwar Emulsionen mit Wasser, Jedoch weisen die Emulsionen nur eine geringe
Stabilität auf und zeigen eine starke Neigung zum Aufrahmen. Derartige Stoffe eignen
sich zwar als Entschäumer, weil sie sich bei ruhiger Strömung in der Nähe der Wasseroberfläche
anreichern, Jedoch ist die Konzentration der oxäthylierten Fettsäuren in der Stoffmasse
zu gering.
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Von einem sogenannten Stoffentltlfter muß man dagegen verlangen, daß
seine Konzentration in der Stoffmasse erhalten bleibt. Nur auf diese Weise kann
er eine stoffentlUftende Wirkung entfalten, indem er das Blasenwachstum der feinverteilten
Blasen fördert.
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Die großen Blasen steigen dann an die Oberfläche der Faseraufschlämmung
und platzen, so daß sich kein Schaum ausbilden kann.
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In der Regel ist es daher so, daß der Schaum nur eine sekundäre Störquelle
ist, primär ist in der Luft, die als Blasen unterschiedlicher Größe in der Faserstoffsuspension
vorliegt, ein fabrikationsbehindernder Faktor zu sehen. Die Luftblasen stören beispielsweise
den Entwässerungsvorgang auf der Papiermaschine, verursachen eine porösere Struktur
des Blattes und können sogar Löcher in der Papierbahn bilden, Da bei der Papierherstellung
aus RationalisierungsgrUnden immer höhere Arbeitsgeschwindigkeiten auf den Maschinen
angewendet werden, steigt naturgemäß die Gefahr der Untermischung von Luft in die
Faserstoffsuspension, weil sie eine höhere Strömungsgeschwindigkeit hat, da sich
die Förder- und Mahlorgane (Propeller, PumpenflUgel, KegelmUhlen usw.) rascher bewegen.
Wegen der Umweltbelastung wird außerdem der Wasserkreislauf der Papiermasohinen
immer stärker geschlossen, so daß sich darin wasserlösliche Stoffe anreichern, den
Schaum stabilisieren und teilweise auch die Schaumbildung fördern.
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Auch in den nachgeschalteten Kläiianlagen macht sich die Schaumbildung
oft störend bemerkbar.
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Aus der DT-OS 2 161 772 ist es bekannt, oxpropylierte gesättigte,
geradkettige Fettalkohole als Entschäumer in der Papierindustrie zu verwenden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Stoffentlllfter rur die Papierindustrie
zu entwickeln, der sich durch eine maximale Wirksamkeit bei minimalem Verbrauch
auszeichnet und mit Ölen Emulsionen bildet, die lange Zeit stabil sind und nicht
aufrahmen.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch Verwendung von oxalkylierten
geradkettigen, gesättigten Fettalkoholen mit 12 bis 30 Kohle nstoffat omen, die
durch Umsetzung von einem Mol des Alkohols mit (a) 5 bis 60 Mol Propylenoxid und
anschließend (b) 0,5 bis 20 Mol pthylenosid oder mit einer Mischung aus (a) und
(b) hergestellt werden, als Stoffentlllfter bei der Papierfabrikation,
Die
Lösung der Aufgabe ist als Uberraschend anzusehen, weil man annehmen mußte, daß
die Forderung nach einer maximalen Verteilbarkeit eines Entschäumers, gepaart mit
einer maximalen hydrophoben Wirkung, sich im wäßrigen Medium kaum realisieren ließe.
Ein besonderer Vorteil beim erfindungsgemäßen Einsatz der oben beschriebenen alkoxylierten
Fettalkohole besteht darin, daß diese Mittel eine relativ geringere Viskosität aufweisen
als Oxpropylierte Fettalkohole, wodurch die Handhbung der Produkte wesentlich erleichtert
wird.
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Verfahren zur Herstellung der Alkoholoxalkylate sind Stand der Technik.
Man verfährt dabei in der Regel so, daß man einen entsprechenden Alkohol oder ein
Alkoholgemisch in Gegenwart von Basen als Katalysator, beispielsweise NaOH oder
KOH, mit der gewUnschten Menge Alkylenoxid bei Temperaturen zwischen 100 und 1600C
im Autoklaven unter Inertgasatmosphäre unter Druck in Abwesenheit von Lösungsmitteln
umsetzt.
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Geradkettige, gesättigte Fettalkohole mit 12 bis 30 Kohlenstoffatomen
sind beispielsweise Dodecylalkohol, Laurylälkohol, Stearylalkohol, höhere Wachsalkohole,
wie Cetylalkohol und Alkoholgemische, die in der Technik durch Oxierung vom Olefinen
(Oxoverfahren, bei dem man Olefine mit Kohlenmonoxid und Wasserstoff in Gegenwart
von Katalysatoren umsetzt) oder nach dem Ziegler-Verfahren durch Oxidation von Aluminiumalkylen
und anschließender Verseifung in Form verschiedener Destillationsschnitte erhältlich
sind.
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Die genannten Alkohole werden in an sich bekannter Weise zunächst
(a) mit Propylenoxid umgesetzt. Pro Mol Alkohol verwendet man 5 bis 60 Mol Propylenoxid,
vorzugsweise 20 bis 40 Mol Propylenoxid. Die Reaktionstemperaturen liegen in dem
Bereich von etwa 105 bis 1150C. Die so erhaltenen propoxylierten Fettalkohole werden
anschließend bei Temperaturen von 140 bis 1600C mit b) 0,5 bis 20 Mol, vorzugsweise
2 bis 10 Mol Athylenoxid umgesetzt.
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Die Angaben in Mol Äthylenoxid beziehen sich auf den Fettalkoholrest
bzw. den propoxylierten Fettalkohol. Der Einbau des Xthylenoxids
bewirkt,
daß man Produkte mit ausreichender Emufgierbarkeit erhält. Erfindungsgemäß verwendbare
Produkte erhält man auch dann, wenn man Fettalkohole mit 12 bis 30 Kohlenstoffatomen
oder deren Gemische mit Mischungen aus Äthylenoxid und Propylenoxid in dem oben
angegebenen Verhältnis bei Temperaturen 0 von etwa 120 bis 1300C zur Reaktion bringt.
In diesem Fall sind Athylenoxid- und Propylenoxid-Einheiten in der Polyätherkette
statistisch verteilt, während man bei der zuerst beschriebenen Verfahrensvariante
Blockcopolymerisate erhält. Die Produkte können z.B. mit Hilfe der Hydroxylzahl
charakterisiert werden.
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Eine weitere Maßnahme zur Kennzeichnung der erfindungsgemäß zu verwendenden
Produkte besteht in der Bestimmung der HydrierJodzahl, weil sich bei höheren Temperaturen
und unter Einwirkung stark alkalischer Medien Propylenoxid abspaltet und in Allylalkohol
umlagert.
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Ungesättigte Alkohole, wie Oleyalkohol, ergeben bei der oben beschriebenen
Oxalkylierung Produkte, die als Stoffentlüfter bei der Herstellung von Papier nur
wenig wirksam sind. Die Wirksamkeit der erfindungsgemäß einzusetzenden Produkte
wird zwar nicht merklich beeinträchtigt, wenn man mehr als 60 Mol Propylenoxid auf
Alkohole auSpolymerisiert, man benötigt dann Jedoch größere Mengen an Äthylenoxid,
um den hydrophoben Einfluß des Propylenoxids auf ein vertretbares Maß zurückzudrängen.
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Die oben beschriebenen oxalkylierten Produkte werden in der Papierindustrie
Uberall dort angewendet, wo eine Schaumbildung die Papierfabrikation stört. Im Falle
der Papierherstellung ist die Entschäumung (Masseentschäumung) der Papierfaserstoffsuspension
besonders wichtig. Bezogen auf trocknen Faserstoff verwendet man die gemäß Erfindung
einzusetzenden oxalkylierten Fettalkohole in Mengen von 0,005 bis 0,1, vorzugsweise
von 0,01 bis o,o6 %.
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Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele näher erläutert.
Die in den Beispielen genannten Teile sind Gewichtsteile.
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Herstellung der alkoxylierten Alkohole A) In einem trocknen Autoklaven
mit Rührer, Thermometer, Gaseinleitungsrohr und Manometer werden, nachdem der Autoklav
vorher gründlich mit Stickstoff gespült wurde, 3 Teile Kaliumhydroxid mit 160 Teilen
eines aus etwa 5 Gewichtsprozent C18-Alkohol, 55 Gewichtsprozent C2o-Alkohol, 25
Gewichtsprozent C22-Alkohol, 10 Gewichtsprozent C24-Alkohol und 5 Gewichtsprozent
C26-Alkohol bestehenden, nach dem Ziegler-Verfahren hergestellten und nach Destillation
als RUckstandsfraktion verbeibenden Alkoholgemisches vermengt. Zu dieser Beschickung
werden innerhalb von 4-6 Stunden unter Rühren bei 110 bis 11500 850 Teile Propylenoxid
zugegeben. Der Druck soll sich dabei zwischen 2 und 5 atü bewegen. Nach der Ublichen
Nachreaktionszeit von 2 - 3 Stunden erhöht man die Temperatur auf 140 - 15000 und
preßt bei Drücken um 2 - 5 atü binnen einer halben Stunde 100 Teile Athylenoxid
ein.
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Die Mischung wird eine weitere Stunde bei 140 - 15000 gerUhrt, um
die Reaktion zu beenden. Dann kann das Produkt dem Reaktor entnommen werden. Der
Katalysator wird mit Eisessig neutralisiert. FlUchtige Anteile werden durch kurzes
Evakuieren der Mischung bei 100 - 12000 entfernt. Das flüssige bis pastöse Produkt
enthält ca. 76% Propylenoxid und 9 Athylenoxid.
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B) Nach der Arbeitsweise gemäß (A) wurden 100 Teile eines durch Oxosynthese
erhaltenen C16- bis Cl9-Alkoholgemisches mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht
von 160 bis 170 nacheinander bei 110 bis 11500 mit 800 Teilen Propylenoxid und bei
140 - 15000 mit 50 Teilen Äthylenoxid umgesetzt. Das nach Neutralisation des Katalysators
anfallende Produkt ist eine fast farblose, nur leicht trübe Flüssigkeit mit einem
Propylenoxid-Anteil von ca. 84 und einem Äthylenoxidanteil von ca. 5 .
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Nach der unter (A) beschriebenen Arbeitsweise wurden die in der Tabelle
angegebenen Stoffe miteinander umgesetzt.
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Produkt Fettalkohol Propylenoxid Äthylenoxid (Mol) (Mol) C C16- bis
Cl9- 35 5 Alkohol D C9- bis Cll 25 10 E C22 30 8 F Talgfettalkohol 25 12 Beispiel
1 In einer Papierfabrik wurde auf einer Langsiebmaschine bei einer Geschwindigkeit
von 600 m/min. ein Tiefdruckpapier des 2 Flächengewiehts von 60 g/m2 erzeugt. Der
Eintrag bestand aus 60 % Holzschliff, 40 X gebleichtem Sulfitzellstoff und 20 ffi
Kaolin bez. auf Faserstoff. Die Anlage war zwar mit einer VakuumentlUftung ausgerUstet,
dennoch war es notwendig, einen Schaumverhüter zuzusetzen, um ein einwandfreies
Blattbild zu erhalten. Zur Kontrolle des Blattbildes wurde von jedem Tambour eine
ca. 50 cm bre* ahn quer zur Maschineneinrichtung abgerissen und gegen durchscheinendes
Licht betrachtet. Um zu einem blasenfreien, gleichmäßigem Blattbild zu gelangen,
war ein Zusatz von 200 cm3/min. eines flüssigen SchaumverhUters auf Basis oxäthylierter
Tallölfettsäure (4 - 5 Mol Äthylenoxid Je Mol Fettsäure) in das Siebwasser erforderlich.
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Nach Umstellung der Produktion unter Einsatz eines erfindungsgemäßen
Stoffentlüfters dessen Zusammensetzung oben unter C angegeben ist, war eine Dosierung
von 140 cm3/min. des Produkts C ausreichend, um das gleiche Blattbild wie vorher
bei einer Dosierung von 200 cm3/min. eines konventionellen SchaumverhUters zu erzielen.
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Beispiel 2 Auf einer Rundsiebkartonmaschine, die mit 6 Gegenstromrundsieben
ausgerUstet war, wurde bei einer Geschwindigkeit von 100 m/min.
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ein 400 g schwerer Karton erzeugt. Dieser Karton wurde in der Trockenpartie
der Maschine mit einer Leimpresse und einer Rollrakelanlage nachveredelt. Die Decke
hatte weiße Späne zum Eintrag, die Einlage und die Rückseite wurden aus Altpapierstoff
gearbeitet. Decke und Rückseite wurden mit Harzleim und Alaun geleimt. Auf der Kartonmaschine
zeigten insbesondere die Rundsiebe fUr den Decken- und RUckenseitenstoff stärkeres
Schäumen, aber auch in den Sieben, die mit dem Einlagenstoff iaufschlagt wurden,
trat eine störende Schaumbildung auf. Um diesen Schaum zu bekämpfen, setzte man
bisher als Schaumverhüter äthoxylierte Stearinsäure ein. Man benötigte eine Dosierung
von 0,05 %, bezogen auf den Stoff, bei der Decke und der Rückseite, bei der Einlage
genUgte eine Menge von 0,02 %.
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Verwendet man dagegen die unter B und D oben beschriebenen Stoffentlüfter,
so konnte die Einsatzmenge verringert werden. Sie betrug in der Decke und in der
RUckseite nur noch 0,02 % und in der Einlage nur noch 0,01 %. Die wesentlich geringere
Zusatzmenge bewirkte eine vorteilhaftere Leimung. Es wurde außerdem festgestellt,
daß die erfindungsgemäßen StoffentlUfter die Entwässerung beschleunigten. Beim Umstellen
sank das Niveau auf der Einlaufseite im Rundsiebtrog stark ab, der Maschinenführer
mußte Wasser nachgeben. Die stärkere Stoffverdünnung wirkte sich dabei günstig auf
de Blattbildung aus.
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Beispiel 3 Ein Sedimentationstrichter, der als Stoffänger für eine
Toilette-2 kreppmaschine fungierte (50 Tonnen Rillenkrepp pro Tag, 38 g/m2 mit 420
bis 350 m/min.), zeigte ungenügende Klärwirkung wegen Stoffflotation. Man verwendete
bei der Herstellung einen Schaumverhüter aus oxäthylierter Ölsäure (3 Mol Athylenoxid
pro Mol Ölsäure) der mit 0,45 Gew.%, bezogen auf den Stoff, an der Maschine in den
Källe-Regler dosiert wurde. Trotz dieser hohen Dosierung konnte eine durchgreifende
Entschäumung im Trichter nicht erreicht werden.
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Verwendet man dagegen als Stoffentlüfter das in der Tabelle unter
E beschriebene Produkt, so ging bereits bei einer Dosierung von 0,05 Gew.%, bezogen
auf den Stoff, der Schaum im Siebschiff sofort zurück, der Trichter wies keine aufflotierten
Stoffkuchen mehr auf und idärte einwandfrei.
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Beispiel 4 In einer Zellstoffbleiche, in der Sulfitzellstoff in 4
Stufen (Chlorierung, Extraktion, Hypochlorit, Hypochlorit) gebleicht wurde, trat
insbesondere im Zellenfilter nach dem Chlorierungsturm eine veränderliche Entwässerungsleistung
auf, die dadurch unter Kontrolle gehalten wurde, daß man 0,02 Gew.% eines Entschäumers
aue 1 Mol Tallölfettsäure und 4 Mol Athylenoxid im Gemisch mit Paraffinöl im Gewichtsverhältnis
1 : 1 zusetzte.
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Dann wurde erfindungsgemäß das in der Tabelle in F angegebene Produkt
zunächst in gleicher Menge wie das bekannte zugegeben.
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Danach wurde die Dosierung stufenweise zurUckgenommen, bis sie nur
noch 0,01 Ges., bezogen auf Zellstoff betrug. Bei dieser Dosierung entwässerte der
Zellstoff auf eine höhere Stoffdichte (5,5%) als vorher mit 0,02 X des konventionellen
Schaumverhilters, mit dem nur eine Stoffdichte von 4,8 % zu erreichen war.