DE2532888C3

DE2532888C3 - Stoffentlüfter für die Papierfabrikation

Info

Publication number: DE2532888C3
Application number: DE19752532888
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Beyer
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1975-07-23
Filing date: 1975-07-23
Publication date: 1981-07-09
Also published as: DE2532888B2; DE2532888A1

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung von Oxalkylierungsprodukten von Fettalkoholen als Schaumdämpfer in der Papierindustrie.

Bei der Papierfabrikation können mannigfache Störungen infolge von Schaumbildung auftreten. Wenn dabei der Schaum mit floliertem Schmutz während der Blattbildung auf die Papierbahn gelangt, entstehen auf dem Papier Schaismflecken. 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. 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 oxyäthylierten 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 Sloffmasse zu gering.

Von einem sogenannten Stoffentlüfter muß man dagegen verlangen, daß seine Konzentration in der Stoffmasse erhalten bleibt. Nur auf diese Weise kann er eine stoffentlüftende Wirkung entfalten, indem er das Blasenwachstum der feinverteilten Blasen fördert. Die großen Blasen steigen dann an die Oberfläche der Faseraufschlämmung und platzen, so daß sich kein Schaum ausbilden kann.

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 Faserstofhuspenston vorliegt, ein fabrikationsbehindernder Faktor zu sehen. Die Luftblasen stören beispielsweise den Entwässerungsvorgang auf der Papiermaschine, verursachen eine poröse Struktur des Blattes und können sogar Löcher in der Papierbahn bilden. Da bei der Papierherstellung au» Ralionalisierungsgründen 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, Pumpenflügel, Kegelmühlen usw.) rascher bewegen. Wegen der Umweltbelastung wird außerdem der Wasserkreislauf der Papiermaschinen immer stärker geschlossen, so daß sich darin wasserlösliche Stoffe anreichern, den Schaum stabilisieren und teilweise auch die Schaumbildung fördern. Auch in den nachgeschalteten Kläranlagen macht sich die Schaumbildung oft störend bemerkbar,
ί Aus der DF.-OS 2161 772 ist es bekannt, oxpropylierte gesättigte, geradkettjge Fettalkohoie als Entschäumer in der Papierindustrie zu verwenden.

Aus der CH-PS 3 44 735 sind Entschäumermischungen bekannt, die 50 bis 90 Gew.-% eines gesättigten

in aliphatischen einwertigen Alkohols mit 14 bis 22 Kohlenstoffatomen und 5 bis 15 Gew.-% eines nichtionischen Tensids enthalten. Als nichtionische Tenside können auch Anlagerungsprodukte von 6 bis 40 Mol Äthylenoxid an ein Mol eines Alkohols mit einem höheren Molekulargewicht, wie Stearylalkohol, verwendet werden. Die Mischungen werden in Wasser emulgiert und in dieser Form dem Papiera<Jff bei der Herstellung von Papier in Mengen von 0,01 bis 0,05 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der trockenen

Fasern, zugesetzt

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Stoffentlüfter für 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.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch Verwendung von oxalkylierten geradkettigen, gesättigten Fettalkoholen mit 12 bis 30 Kohlenstoffatomen, die durch Umsetzung von einem Mol des Alkohols mit (a) 5

jo bis 60 Mol Propylenoxid und anschließend (b) 0,5 bis 20 Mol Äthylenoxid oder mit einer Mischung aus (a) und (b) hergestellt werden, als Stoffentlüfter bei der Papierfabrikation.

Die Lösung der Aufgabe ist als überraschend

η anzusehen, weil man annehmen mußte, daß die Forderung nach einer maximalen Verieilbarkeit 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 Fettalkohoie, wodurch die Handhabung der Produkte wesentlich erleichtert wird.

4) Verfahren zur Herstellung dei 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, müder gewünsch-

->o ten Menge Alkylenoxid bei Temperaturen zwischen 100 und. 160"C im Autoklav unter Inertgasatmosphäre unter Druck in Abwesenheit von Lösungsmitteln umsetzt.

Geradkettige, gesättigte Fettalkohole mit 12 bis 30 Kohlenstoffatomen sind beispielsweise Dodecylalkohol,

V5 Lauryialkehol, 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)

μ oder nach dem Ziegler-Verfahren durch Oxidation von

Aluminiumalkylen und anschließender Verseifung in Form verschiedener Destillationsschritte erhältlich sind. Die genannten Alkohole werden in an sich bekannter Weise zunächst (a) mit Propylenoxid umgesetzt. Pro

f>-> 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 II5"C. Die so erhaltenen Dronoxvlierten

Feilalkohole werden anschließend bei Temperaturen von HO bis 16O°C mit b) 0,5 bis 20 Mol, vorzugsweise 2 bis IO Mol Äthylenoxid umgesetzt. Die Angaben in Mol Äthylenoxid beziehen sich auf den FettaJkoholrest bzw. den propoxylierten Fettalkohol. Der Einbau des Äihylenoxids bewirkt, daß man Produkte mit ausreichender Emulgierbarkeii 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 von etwa 120 bis 130⁰C zur Reaktion bringt. In diesem Fall sind Äthylenoxid- und Propylenoxid-Einheiten in der Polyätherkette statistisch verteilt, während man bei der zuerst beschriebenen Verfahrens-Variante Blockcopolymerisate erhält. Die Produkte können z. B. mit Hilfe der Hydroxylzahl charakterisiert werden. 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.

Ungesättigte Alkohole, wie Oleylalkohol, ergeben bei der oben beschriebenen Oxalkylierung Produkte, die als Stoffentlüfter bei der Herstellung voij 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 aufpolymerisiert, man benötigt dann jedoch größere fangen an Äthylenoxid, um den hydrophoben Einfluß des Propy)°noxids auf ein vertretbares Maß zurückzudrängen.

Die oben beschriebene oxalkyli^ten Produkte werden in der Papierindustrie überall dort angewendet, π 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 w oxalkylicrtcn Fettalkohole in Mengen von 0,005 bis 0.1, vorzugsweise von 0,01 bis 0,06%.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele näher erläutert. Die in den Beispielen genannten Teile sind Gewichtsteile.

Herstellung der alkoxylierten Alkohole

so

A) In einem trocknen Autoklav mit Rührer, Thermometer, Gaseinleitungsrohr und Manometer werden, nachdem der Autoklav vorher gründlich mit w Stickstoff gespült wurde, 3 Teile Kaliumhydroxid mit 160 Teilen eines aus etwa 5 Gewichtsprozent Cu-Alkohol, 55 Gewichtsprozent QcAlkohol, 25 Gewichtsprozent C^-Alkohol, 10 Gewichtsprozent C24-Alkohol und 5 Gesichtsprozent Czs-Alkohol '" bestehenden, nach dem Ziegler-Verfahren hergestellten und nach Destillation als Rückslandsfrak-(ion verbleibenden Alkoholgemisches vermengt. Zu dieser Beschickung werden innerhalb von 4 — 6 Stunden unter Rühren bei IIO bis 115° C 850 Teile «> Propylenoxid zugegeben. Der Druck soll sich dabei zwischen 3 und 6 bar bewegen. Nach der üblichen Nachreaktionszeit von 2-3 Stunden erhöht man die Temperatur auf I4O-I5O°C und preßt bei Drücken um 2 — 5 atü binnen einer halben Stunde *>5 100 Teile Äthylenoxid ein. Die Mischung wird eine weitere Stunde bei 140-15O⁰C gerührt, um die Reaktion zu beenden. Dann kann das Produkt dem Reaktor entnommen werden. Der Katalysator wird mit Eisessig neutralisiert. Flüchtige Anteile werden durch kurzes Evakuieren der Mischung bei 100-120°C entfernt. Das flüssige bis pastöse Produkt enthält ca 76% Propylenoxid und 9% Äihylenoxid.

B) Nach der Arbeitsweise gemäß (A) wurden 100 Teile eines durch Oxosynthese erhaltenen C|6- bis Cii-Alkoholgemisches mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 160 bis 170 nacheinander bei 110 bis 115° C mit 800 Teilen Propylenoxid und bei 140 bis 150° C 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%.
Nach der unter (A) beschriebenen Arbeitsweise

wurden die in der Tabelle angegebenen Stoffe miteinander umgesetzt

Produkt	Fettalkohol	Propylenoxid	Äthylenoxid
		(Mol)	(Mol)
C	C₁₆-bis C₁₉-	35	5
	Alkohol
D	Ct bis C₁,	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 Flächengewichts von 60 g/m² erzeugt. Der Eintrag bestand aus 60% Holzschliff, 40% gebleichtem Sulfitzellstoff und 20% Kaolin bez. auf Faserstoff. Die Anlage war zwar mit einer Vakuumentlüfung ausgerüstet, 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 breite Bahn quer zur Maschineneinrichtung abgerissen und gegen durchscheinendes Licht betrachtet. Um zu einem blasenfreien, gleichmäßigem Blattbild zu gelangen, war ein Zusatz von 200 cmVmin eines flüssigen Schaumverhüters auf Basis oxäihyJierier Tallölfettsäure (4-5 Mol Äthylenoxid je Mol Fettsäure) in das Siebwasser erforderlich.

Nach Umstellung der Produktion unter Einsatz eines erfincungsgemäOen Stoffentlüfters, dessen Zusammensetzung oben unter C angegeben ist, war eine Dosierung von l40cmVmin des Produkts C ausreichend, um das gleiche Blattbild wie vorher bei einer Dosierung von 200 cmVmin eines konventionellen Schaumverhüters zu erzielen.

Beispiel 2

Auf einer RundsiebkartonmasQhine, die mit 6 Gegenstromrundsieben ausgerüstet war, wurde bei einer Geschwindigkeit von 100 m/min 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 /um Eintrag, die Einlage und die Rückseite wurden aus Altpapierstoff gearbeitet. Decke und Rückseite wurden mit Harzleim und Alaun eeleimt. Auf

der Kartonmaschine zeigten insbesondere die Rundsiebe für den Decken- und Rückenseitenstoff stärkeres Schäumen, aber auch in den Sieben, die mit dem Einlagenstoff beaufschlagt wurden, trat eine störende Schaumbildung auf. Um diesen Schaum zu bekämpfen, setzte man bisher als Schaumverhüter äihoxyliene Stearinsäure ein. Man benötigte eine Dosierung von 0,05%, bezogen auf den Stoff, bei der Decke und der Rückseite, bei der Einlage genügte eine Menge von 0,02%.

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 Rückseite 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 Stoffentlüfter 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 die Blattbildung aus.

Beispiel 3

Ein Sedimentationstrichter, der als Stoffänger für eine Toilettekreppmaschine fungierte (50 Tonnen Rillenkrepp pro Tag, 38 g/m² mit 420 bis 350 m/min), zeigte ungenügende Klärwirkung wegen Stoffflolation. Man verwendete bei der Herstellung einen Schaumverhüter aus oxäthylierter Ölsäure (3 Mol Äthylenoxid pro Mol Ölsäure) der mit 0,45 Gew.-%, bezogen auf den Stoff, an der Maschine in den Källe-Regler dotiert wurde. Trotz dieser hohen Dosierung konnte eine durchgreifende Entschäumung im Trichter nicht erreicht werden.

-, 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 aufnotierten Stoffkuchen mehr auf

in und klärte einwandfrei.

Beispiel 4

In einer Zellstoffbleiche, in der Sulfitzellstoff in 4 Stufen (Chlorierung. Extraktion, Hypochlorit. Hypo-

> chlorii) gebleicht wurde, trat insbesondere im Zellenfilter nach dem Chlorierungsturm eine veränderliche Entwässerungsleistung auf. die daciurch unter Kontrolle gehalten wurde, daß man 0,02 Gew.-% eines Entschäumers aus 1 MoI Tallölfettsäure und 4 Mol Äthylenoxid

in im Gemisch mit Paraffinöl im Ge-Wchtsverhältnis I : I zusetzte.

Dann wurde erfindungsgemäß das in der Tabelle in F angegebene Produkt zunächst in gleicher Menge wie das bekannte zugegeben. Danach wurde die Dosierung

r> stufenweise zurückgenommen, bis sie nur noch 0.0! Gev,.% bezogen auf Zellstoff betrug. Bei dieser Dosierung entwässerte der Zellstoff auf eine höhere Sioffdichte (53%) als vorher mit 0,02% des konventionellen Schaumverhüters, mit dem nur eine Stoffdichte

«ι von 4,8% zu erreichen war.

Claims

Patentanspruch:

Verwendung von oxalkyliertcn, geradkettigen, gesättigten Fettalkoholen mit 12 bis 30 Kohlenstoffatomen, die durch Umsetzung von 1 Mol des Alkohols mit

(a) 5 bis 60 Mol Propylenoxid und anschließend

(b) 0,5 bis 20 Mol Äthylenoxid

oder mit einer Mischung aus (a) und (b) hergestellt werden, als Stoffentlüfter bei der Papierfabrikation.