DE4128084A1

DE4128084A1 - Verwendung von (beta)-alanin-n,n-diessigsaeure und deren alkalimetall- oder ammoniumsalzen als komplexbildner

Info

Publication number: DE4128084A1
Application number: DE19914128084
Authority: DE
Inventors: Michael Dr Kneip; Rudolf Dr Schuhmacher
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1991-08-24
Filing date: 1991-08-24
Publication date: 1993-02-25

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung von β-Alanin-N,N- diessigsäure und deren Alkalimetall- oder Ammoniumsalzen als Komplexbildner bei der Holzschliffbleiche und dem Deinking von bedrucktem Altpapier.

Sowohl bei der oxidativen als auch bei der reduktiven Blei che von Faserstoffen, die für die Herstellung von Papier eingesetzt werden, insbesondere von Holzschliff, ist es üb lich, Komplexbildner zu verwenden. Ihre wesentliche Aufgabe besteht darin, störende Metallionen zu komplexieren. Kom plexbildner, die u. a. auch in der Papierindustrie angewendet werden, sind beispielsweise Nitrilotriessigsäure, Ethylen diamintetraessigsäure, Ethylendiamintetramethylenphosphon säure, Propylendiamintetraessigsäure, Hydroxypropylen diaminessigsäure, Hydroxyethanoldiphosphonsäure, Diethylentrianintetraessigsäure, Diethylentriamintetra methylenphosphonsäure, Hydroxyethyleniminodiessigsäure, Hydroxyethylendiamintriessigsäure, Diethylentriaminpenta essigsäure, Diethanolglycin, Ethanolglycin, Citronensäure, Glukoheptonsäure und Weinsäure. Bei der Holzschliffbleiche werden neben Oligocarbonsäuren hauptsächlich Phosphonate eingesetzt, die jedoch aus Gründen der Umweltbelastung uner wünscht sind. Als Ersatz bieten sich zwar phosphorfreie Pro dukte, wie Nitrilotriessigsäure, die biologisch abbaubar ist, an, jedoch ist sie den Phosphonaten bei der oxidativen und reduktiven Holzschliffbleiche unterlegen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen biologisch abbaubaren Komplexbildner für die Holzschliff bleiche und das Deinking zur Verfügung zu stellen, der wirk samer ist als Nitrilotriessigsäure.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch Verwendung von β-Alanin-N,N-diessigsäure und deren Alkalimetall- oder Am moniumsalzen als Komplexbildner für Erdalkali- und Schwerme tallionen bei der Holzschliffbleiche und dem Deinking von bedrucktem Altpapier.

Aus der EP-A-03 56 972 ist ein Verfahren zur Herstellung von β-Alanin-diessigsäure und ihren Alkalimetall- oder Ammoni umsalzen bekannt. Gemäß diesem Verfahren setzt man Imino diessigsäure und Acrylsäure in nichtbasischem wäßrigem Medi um, z. B. in den Temperaturbereich von 70 bis 100°C unter Bildung von β-Alanin-N,N-diessigsäure

um. Sofern man die Umsetzung von Iminodiessigsäure und Acrylsäure in alkalisch wäßrigem Medium durchführt, erhält man die Salze der β-Alanin-diessigsäure. Geeignete Basen sind beispielsweise Natronlauge oder Kalilauge sowie Ammo niak oder Amine, z. B. Methylamin, Dimethylamin, Trimethyla min, Ethylamin, Triethylamin, Ethanolamin, Diethanolamin, Triethanolamin und Morpholin. β-Alanin-diessigsäure und ihre Salze sind biologisch abbaubar.

Die bei der Papierherstellung eingesetzten technischen Roh stoffe und Hilfsstoffe enthalten meistens Spuren von Schwer metallen, vor allem Eisen- und Manganionen. Schwerbleichbare Holzschliffe und andere Papierrohstoffe, wie TMP und CTMP, enthalten oft sogar unverhältnismäßig viel Eisen. Im Gegen satz zu Eisen-(II)-Ionen reagieren Eisen-(III)-Ionen mit Be standteilen des Holzes unter Bildung dunkelgefärbter Verbin dungen. Durch den unmittelbaren Einsatz von Komplexbildnern bei der Herstellung der Papierrohstoffe, insbesondere bei der Holzschliffherstellung, kann bereits eine Aufhellung des Papierrohstoffs erzielt werden, so daß nach beendeter Blei che der Weißgrad um etwa 2 bis 3 Punkte höher liegt als vor her. Durch Zusätze von β-Alanin-diessigsäure oder ihren Salzen zum Schleifereikreislaufwasser erzielt man bei der oxidativen, reduktiven oder kombinierten Bleiche eine Weiß gradsteigerung.

Verfahren zur reduktiven Holzschliffbleiche mit Dithionit und zur oxidativen Bleiche mit Wasserstoffperoxid sind be kannt, vgl. Helmut Schröter "Die Holzschliffbleiche", Gün ter-Staib-Verlag, Biberach an der Riß, 1976.

Auch bei der oxidativen Bleiche mit wäßrigen Peroxidlösungen wirken bereits Spuren von Schwermetallionen störend, weil sie die wäßrigen Peroxidlösungen zersetzen. Zur Stabilisie rung der Peroxidlösungen verwendet man deshalb beim Ansetzen der Bleichlösungen größere Mengen an Wasserglas als Stabili sator. Der Einsatz von Wasserglas führt jedoch zu einer Ver schlechterung der Entwässerung des gebleichten Papierstoffs und kann darüber hinaus Ablagerungen auf dem Papier und den Filzen der Papiermaschine verursachen. Ein Teil des in den Bleichlösungen vorhandenen Wasserglases kann durch β-Ala nin-diessigsäure oder ihrer Salze ersetzt werden, so daß man ein Bleichergebnis erzielt, das dem Bleichergebnis ent spricht, das mit höheren Mengen an Wasserglas in der Bleich lösung erhalten wird. Die Mitverwendung von β-Alanin-dies sigsäure in Bleichlösungen führt zu einer Einsparung von Wasserstoffperoxid bei der oxidativen Bleiche.

Auch beim Deinken von bedrucktem Natriumhydroxid, Altpapier, das hauptsächlich mit der Kombination Peroxid, Wasserglas, Dispergiermittel und Sammler durchgeführt wird, kann man ei nen erheblichen Anteil, z. B. bis zu 20 Gew.-% des Wassergla ses durch β-Alanin-diessigsäure oder deren Salze ersetzen und einen signifikanten Anteil an Wasserstoffperoxid einspa ren, ohne eine Weißgradeinbuße beim Deinken von Altpapier hinnehmen zu müssen.

Aufgrund der immer stärkeren Schließung des Wasserkreislau fes der Papiermaschinen findet darin eine stetige Anreiche rung von Härtebildnern statt. Dies kann u. a. zur Ausfällung von Carbonaten, Silikaten und Phosphaten führen, wodurch die Papiereigenschaften unmittelbar beeinträchtigt werden kön nen, z. B. Festigkeit, Saugfähigkeit, Anfärbbarkeit und das Staubverhalten des Papieres. Die Härtebildner können außer dem die Wirksamkeit von Hilfsmitteln und die Eigenschaften von Farbstoffen beeinträchtigen. Die Verwendung von β-Ala nin-diessigsäure und ihrer Salze im Papierstoff vermindert bzw. beseitigt die negativen Einflüsse der Härtebildner bei der Papierherstellung. Darüber hinaus hat sich der Einsatz von β-Alanin-diessigsäure und ihrer Salze in Verbindung mit Netzmitteln bei der kontinuierlichen Filzwäsche bewährt. Ausfällungen von Härtebildnern mit Harzleim bzw. Zellstoff harz und Fällungsprodukte des Aluminiumsulfats werden aufge löst, so daß ein Verlegen der Naßfilze der Papiermaschinen weitgehend verhindert wird. Die Entwässerungsfähigkeit der Filze bleibt dadurch über einen längeren Zeitraum erhalten.

β-Alanin-N,N-diessigsäure und ihre Salze werden in Mengen von 0,1 bis 0,5, vorzugsweise 0,2 bis 0,4 Gew.-%, bezogen auf Faserstoff bei der Bleiche, der Papierherstellung und dem Deinking von bedrucktem Altpapier eingesetzt.

Beispiel 1

100 g einer Holzschliffsuspension mit einer Stoffdichte von 20 Gew.-% werden in einen Beutel aus Polyethylen gefüllt und jeweils bezogen auf das Gewicht des trockenen Holzschliffs, mit 2% Wasserglas, 0,75% Natronlauge, 1% Wasserstoffper oxid und 0,06% β-Alanin-N,N-diessigsäure in Form des Na triumsalzes versetzt. Der Beutel wird dann verschlossen und der Inhalt durch intensives Kneten des Beutels homogeni siert. Anschließend hängt man den Beutel 2 h lang in ein auf 50°C temperiertes Wasserbad. Zur Bestimmung des Bleichergeb nisses bildet man aus dem gebleichten Stoff auf einem Rapid-Köthen-Blatt-Bildner jeweils 2 Blätter mit einem Flächenge wicht von 400 g pro m², trocknet die Blätter und bestimmt die Weiße der Papierblätter mit einem Elrepho-Photometer bei einer Wellenlänge von 457 nm als Prozent Remissionsgrad. Die Weiße der Papierblätter betrug bei diesem Beispiel 67,6%.

Beispiel 2

Das Beispiel 1 wurde mit der einzigen Ausnahme wiederholt, daß man den Komplexbildner β-Alanin-N,N-diessigsäure in Form des Natriumsalzes in einer Menge von 0,12 Gew.-%, bezo gen auf trockenem Holzschliff, einsetzt. Die Weiße der aus den gebleichten Holzschliff hergestellten Blätter betrug 67,8%.

Vergleichsbeispiel 1

Das Beispiel 1 wurde mit der einzigen Ausnahme wiederholt, daß man als Komplexbildner anstelle der β-Alanin-diessig säure jetzt Nitrilotriessigsäure in Form des Natriumsalzes einsetzen wird. Die Weiße der dabei erhaltenen Blätter aus gebleichtem Holzschliff betrug 66,9%.

Vergleichsbeispiel 2

Das Beispiel 2 wurde mit der einzigen Ausnahme wiederholt, daß man anstelle der β-Alanin-diessigsäure die gleiche Men ge an Nitrilotriessigsäure in Form des Natriumsalzes ein setzte. Die Weiße der aus dem gebleichten Holzschliff erhal tenen Blätter betrug 66,7%.

Beispiel 3

100 g einer Holzschliffsuspension mit einer Stoffdichte von 4 Gew.-% werden in einen Beutel aus Polyethylen gefüllt und mit, jeweils bezogen auf trockenen Holzschliff, 1 Gew.-% Natriumditionit und 0,06% β-Alanin-N,N-diessigsäure in Form des Natriumsalzes versetzt. Der pH-Wert der Holzschliffauf schlämmung beträgt 5,8. Der Beutel wird dann verschlossen und der Inhalt durch intensives Kneten homogenisiert. Der Beutel wird nach dem Durchmischen des Inhalts für 1 h in ein Wasserbad eingebracht, das eine Temperatur von 60°C hat. Da nach werden aus der gebleichten Holzschliffsuspension auf einem Rapid-Köthen-Blatt-Bildner Papierblätter mit einem Flächengewicht von 400 g pro/m² hergestellt und, wie in Bei spiel 1 angegeben, die Weiße der Papierblätter bestimmt. Die Papierweiße betrug 67,1%.

Beispiel 4

Das Beispiel 3 wird mit der einzigen Ausnahme wiederholt, daß man den Komplexbildner β-Alanin-N,N-diessigsäure in Form des Natriumsalzes in einer Menge von 0,09 Gew.-%, bezo gen auf trockenen Holzschliff einsetzt. Die Weiße von Pa pierblättern, die aus dem gebleichten Holzschliff herge stellt werden, beträgt 67,9%.

Vergleichsbeispiel 3

Das Beispiel 3 wird mit der einzigen Ausnahme wiederholt, daß anstelle von β-Alanin-diessigsäurenatriumsalz als Kom plexbildner jetzt Nitrilotriessigsäure verwendet wird. Die Weiße von Papierblättern, die aus einem in dieser Weise ge bleichten Holzschliff hergestellt werden, beträgt 66,2%.

Vergleichsbeispiel 4

Das Beispiel 4 wird mit der einzigen Ausnahme wiederholt, daß der darin beschriebene Komplexbildner durch die gleiche Menge an Natriumsalz der Nitrilotriessigsäure ersetzt wird. Die Weiße von Blättern, die aus diesem gebleichten Holz schliff hergestellt werden, beträgt 67,0%.

Die Ergebnisse zeigen, daß das Natriumsalz von β-Alanin- N,N-diessigsäure sowohl bei der oxidativen als auch bei der reduktiven Bleiche der wirksamere Komplexbildner ist. Bei den in den Beispielen und Vergleichsbeispielen angegebenen Meßwerten handelt es sich um Mittelwerte aus 10 Einzelmes sungen. Ein Wirkungsvorteil für einen Komplexbildner von mindestens 0,5 Weiße ist bereits als signifikant zu bezeich nen.

Claims

Verwendung von β-Alanin-N,N-diessigsäure und deren Alkali metall- oder Ammoniumsalzen als Komplexbildner für Erdalka li- und Schwermetallionen bei der Holzschliffbleiche, der Papierherstellung und dem Deinking von bedrucktem Altpapier.