DE4334367A1

DE4334367A1 - Verfahren zur Herstellung von Gebrauchspapieren mit verbessertem Weichgriff

Info

Publication number: DE4334367A1
Application number: DE19934334367
Authority: DE
Inventors: Blasi Antoni Rosello; Callizo Manuel Vidallet
Original assignee: Henkel AG and Co KGaA; Pulcra SA
Current assignee: Henkel AG and Co KGaA; Pulcra SA
Priority date: 1993-10-08
Filing date: 1993-10-08
Publication date: 1995-04-13
Also published as: WO1995010661A1

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Ge brauchspapieren mit verbessertem Weichgriff, bei dem man quaternierte Fettsäuretriethanolaminester-Salze als Softener einsetzt sowie die Verwendung dieser Stoffe als Hilfsmittel bei der Papierherstellung.

Stand der Technik

Unter dem Oberbegriff "Papier" werden ca. 3000 verschiedene Sorten und Artikel verstanden, die sich in ihren Anwendungs gebieten und ihrer Beschaffenheit zum Teil erheblich unter scheiden können. Zu ihrer Herstellung werden eine Reihe von Zusatzstoffen benötigt, von denen Füllstoffe (z. B. Kreide oder Kaolin) und Bindemittel (z. B. Stärke) zu den wichtigsten zählen. Für den Bereich der Tissue- und Hygienepapiere, die in engeren Kontakt mit der menschlichen Haut gebracht werden, aber beispielsweise auch für schwereres Schreibmaschinenpa pier besteht ein besonderes Bedürfnis nach einem angenehmen Weichgriff, der dem Papier üblicherweise durch eine sorgfäl tige Auswahl der Faserstoffe und insbesondere einen hohen Anteil an frischem Holzschliff oder Cellulose verliehen wird. Im Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit der Papierherstellung sowie aus ökologischer Sicht, ist es jedoch wünschenswert, möglichst hohe Anteile an qualitativ minderwertigerem de inktem Altpapier mitzuverwenden. Dies hat jedoch zur Folge, daß der Weichgriff des Papiers signifikant verschlechtert wird.

Die Aufgabe der Erfindung hat somit darin bestanden, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit dessen Hilfe man Ge brauchspapiere, insbesondere Tissue-Papiere, mit besonders angenehmen Weichgriff auch unter Verwendung von solchen Roh stoffen herstellen kann, die einen hohen Altpapieranteil aufweisen. Gleichzeitig sollten nur leicht biologisch ab baubare Hilfsstoffe Verwendung finden.

Beschreibung der Erfindung

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Gebrauchspapieren mit verbessertem Weichgriff, bei dem man wäßrigen Faserstoff-Suspensionen quaternierte Fettsäuretriethanolaminester-Salze der Formel (I),

in der R¹CO für einen Acylrest mit 6 bis 22 Kohlenstoffato men, R² und R³ unabhängig voneinander für Wasserstoff oder R¹CO, R⁴ für einen Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen oder eine (CH₂CH₂O)_qH-Gruppe, m, n und p in Summe für 0 oder Zahlen von 1 bis 12, q für Zahlen von 1 bis 12 und X für Ha logenid, Alkylsulfat oder Alkylphosphat steht, als Softener einsetzt.

Überraschenderweise wurde gefunden, daß quaternierte Fett säuretriethanolaminester-Salze geeignet sind, selbst beson ders kritischem Tissue-Papier mit einem Anteil von bis zu 95 Gew.-% Altpapier einen angenehmen Weichgriff zu verleihen. Die Erfindung schließt ferner die Erkenntnis ein, daß die Salze die Haftfähigkeit der feuchten Papierbahnen auf den Presswalzen verbessern, so daß Betriebsstörungen durch Fal tenbildung zuverlässig vermieden werden können. Ein weiterer Vorteil besteht ferner darin, daß die quaternierten Salze ökotoxikologisch unbedenklich sind und insbesondere leicht biologisch abgebaut werden können.

Quaternierte Fettsäuretriethanolaminester-Salze

Quaternierte Fettsäuretriethanolaminester-Salze, die übli cherweise auch kurz als "Esterquats" bezeichnet werden, stel len bekannte Stoffe dar, die man nach den einschlägigen Me thoden der präparativen organischen Chemie erhalten kann.

In diesem Zusammenhang sei auf die Internationale Patentanmel dung WO 91/01 295 (Henkel) verwiesen, nach der man Trietha nolamin in Gegenwart von unterphosphoriger Säure mit Fettsäu ren partiell verestert, Luft durchleitet und anschließend mit Dimethylsulfat oder Ethylenoxid quaterniert. Die Verwendung von Esterquats als Avivagemittel für Textilien ist beispiels weise in den Übersichtsartikeln von O.Ponsati in C.R. CED- Kongress, Barcelona, 167 (1992) und R.Puchta in C.R. CED-Kon gress, Sitges, 59 (1993) beschrieben worden.

Typische Beispiele für Esterquats, die im Sinne des erfin dungsgemäßen Verfahrens Verwendung finden können, sind Pro dukte auf Basis von Capronsäure, Caprylsäure, Caprinsäure, Laurinsäure, Myristinsäure, Palmitinsäure, Isostearinsäure, Stearinsäure, Ölsäure, Elaidinsäure, Arachinsäure, Behensäure und Erucasäure sowie deren technische Mischungen, wie sie beispielweise bei der Druckspaltung natürlicher Fette und Öle anfallen. Vorzugsweise werden technische C_12/18-Kokosfettsäu ren und insbesondere teilgehärtete C_16/18-Talg- bzw. Palm fettsäuren sowie elaidinsäurereiche C_16/18-Fettsäureschnitte eingesetzt.

Zur Herstellung der quaternierten Ester können die Fettsäuren und das Triethanolamin im molaren Verhältnis von 1,1 : 1 bis 3 : 1 eingesetzt werden. Im Hinblick auf die anwendungstech nischen Eigenschaften der Esterquats hat sich ein Einsatz verhältnis von 1,2 : 1 bis 2,2 : 1, vorzugsweise 1,5 : 1 bis 1,9 : 1 als besonders vorteilhaft erwiesen. Die bevorzugten Esterquats stellen technische Mischungen von Mono-, Di- und Triestern mit einem durchschnittlichen Veresterungsgrad von 1,5 bis 1,9 dar und leiten sich von technischer C_16/18-Talg bzw. Palmfettsäure (Iodzahl 0 bis 40) ab.

Als besonders vorteilhaft für die Verbesserung des Weich griffs von Gebrauchspapieren, insbesondere Tissue-Papieren, haben sich quaternierte Fettsäuretriethanolaminester-Salze der Formel (I) erwiesen, in der R¹CO für einen Acylrest mit 16 bis 18 Kohlenstoffatomen, R² für R¹CO, R³ für Wasserstoff, R⁴ für eine Methylgruppe, m, n und p für 0 und X für Methyl sulfat steht.

Üblicherweise gelangen die Esterquats in Form 50 bis 90 gew.-%iger alkoholischer Lösungen in den Handel, die bei Be darf problemlos mit Wasser verdünnt werden können.

Papierherstellung

Im Sinne der Erfindung kommen als Ausgangsstoffe für die Her stellung von Gebrauchspapieren verschiedenste Materialien in Betracht: Holzstoffe, wie beispielsweise Holzschliff, die meist in integrierter Fertigungsweise in der Papierfabrik erzeugt werden, gelangen als pumpfähiger Brei in die Stoff aufbereitung. Zellstoffe, beispielsweise Cellulose, werden überwiegend in trockener Form angeliefert und im "Pulper" zu einem wäßrigen Faserbrei suspendiert. Altpapier wird übli cherweise zunächst von Verunreinigungen befreit, sortiert, zerkleinert, in Wasser dispergiert und durch Flotation ("De-inking") von Druckfarben und Füllstoffen, wie bei spielsweise Kaolin, befreit. Vorzugsweise können wäßrige Fa serstoff-Suspensionen eingesetzt werden, die einen Anteil an de-inktem Altpapier von 50 bis 95 Gew.-% aufweisen.

Die Rohmaterialien werden der sogenannten "Stoffzentrale" zugeführt, in der die aufbereiteten Faserstoff-Suspensionen ("Halbstoffe") in der Mischbütte unter Zugabe von Hilfsstof fen zum sogenannten "Ganzstoff" verarbeitet werden. Dieser kann einen Feststoffgehalt von 3 bis 5, vorzugsweise 3,5 bis 4 Gew.-% aufweisen und wird vor Aufgabe auf die Papierma schine vorteilhafterweise auf eine Konzentration unterhalb von 0,5, vorzugsweise auf 0,1 bis 0,2 Gew.-% zum sogenannten "Ganzstoff" verdünnt.

Die quaternierten Fettsäuretriethanolaminester-Salze können den wäßrigen Faserstoff-Suspensionen sowohl auf der Stufe der Halbstoffe, als auch nach Bereitung der Ganzstoffe, also di rekt in der Pulpe oder aber nach der Verdünnung, in Mengen von 0,5 bis 6, vorzugsweise 1 bis 4 kg/t - Salze berechnet als Feststoffe - zugesetzt werden, wobei eine intensive Homo genisierung, beispielsweise durch einen Rührer oder einen Statikmischer, sichergestellt werden muß. Als weitere Hilfs stoffe kommen beispielsweise Füllstoffe (z. B. Kaolin, Kreide, Titandioxid) zur Verbesserung der Glätte, Farbstoffe und Pigmente zur Einfärbung der Papiermasse, Bindemittel (z. B. Proteine, Kunststoff-Dispersionen, Harzleime) zur Verfesti gung des Fasergefüges sowie optische Aufheller (z. B. Stil benfarbstoffe) zur Erhöhung des Weißgrades in Betracht.

Anschließend wird im "Stoffauflauf" aus dem hochverdünnten Ganzstoff kontinuierlich eine flächige Bahn erzeugt, die über ein Förderband ("Siebpartie"), mehrere Walzen ("Presspar tie"), dampfbeheizte Trockenzylinder ("Trockenpartie"), Kühl zylinder und ein Glättwerk zur Rolle geführt wird. Die Bahn breite kann 0,5 bis 10, vorzugsweise 1 bis 5 m, die Bahnge schwindigkeit 500 bis 2000, vorzugsweise 1000 bis 1500 m/s betragen.

Die Siebpartie besteht gewöhnlich aus einem Endlosband, das aus feinmaschigem Kunststoffgewebe besteht, in das verschie dene Entwässerungselemente eingebaut sind. Am Ende der Sieb partie enthält die Papierbahn noch etwa 80 Gew.-% Wasser, ist jedoch bereits ausreichend fest, um durch Abnahme-Filze oder Unterdruck vom Sieb abgenommen zu werden. In der folgenden Presspartie wird die Papierbahn durch mechanischen Druck verdichtet und weiter entwässert; dabei wird sie mittels ei nes endlos geführten Filztuches zwischen mehreren kleineren und einer großen Walze ("Yankee-Dryer") aus Stahl, Granit oder Hartgummi hindurchgeführt und bis auf eine Restfeuchte von ca. 50 Gew.-% entwässert. Die in Sieb- und Presspartie aus dem Ganzstoff abgeschiedenen Wassermengen können nach Reinigung in den Prozeß zurückgeführt werden. In der an schließenden Trockenpartie wird die Papierbahn um bis zu 100 dampfbeheizte Trockenzylinder geführt und mit Hilfe eines Kühlzylinders von 70 bis 80 auf 20 bis 30°C abgekühlt; der Restfeuchtegehalt beträgt üblicherweise 5 bis 8 Gew.-%.

Gewerbliche Anwendbarkeit

Durch den Zusatz von quaternierten Fettsäuretriethalamin ester-Salzen lassen sich Gebrauchspapiere, insbesondere auch Tissue-Papiere, mit zufriedenstellendem Weichgriff herstel len, selbst wenn als Einsatzstoffe Feststoff-Suspensionen eingesetzt werden, die einen Altpapier-Anteil von bis zu 95 Gew.-% aufweisen. Unter Gebrauchspapieren sind solche Papiere zu verstehen, die ein Gewicht von 10 bis 400 und vorzugs weise 15 bis 150 g/m² aufweisen. Typische Beispiele sind Banknotenpapier, Bankpostpapier, Barytpapier, Bibeldruckpa pier, Büttenpapier, Buntpapier, Chronopapier, Dokumentenpa pier, Druckpapier, Dünndruckpapier, Elektroisolierpapier, Filterpapier, Fließpapier, Holzhaltiges Papier, Hygienepa pier, Japanpapier, Kondensatorpapier, Kraftpapier, Kreppa pier, light weight coated-Papier, Ölpapier, Overlaypapier, Packpapier, Papiermach´, Pergamentpapier, Pergamin, Photo papier, Recycling-Papier, Schreibpapier, Seidenpapier, Syn thetisches Papier, Tapetenrohpapier und Zeitungsdruckpapier.

Vorzugsweise können die Esterquats als Softener bei der Her stellung von Tissue-Papieren eingesetzt werden, die üblicher weise ein Gewicht von 10 bis 40, vorzugsweise 15 bis 25 g/m² aufweisen.

Dementsprechend betrifft ein weiterer Gegenstand der Erfin dung die Verwendung von quaternierten Fettsäuretriethanol aminester-Salzen der Formel (I)

in der R¹CO für einen Acylrest mit 6 bis 22 Kohlenstoffato men, R² und R³ unabhängig voneinander für Wasserstoff oder R¹CO, R⁴ für einen Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen oder eine (CH₂CH₂O)_qH-Gruppe, m, n und p in Summe für 0 oder Zahlen von 1 bis 12, q für Zahlen von 1 bis 12 und X für Ha logenid, Alkylsulfat oder Alkylphosphat steht, als Hilfsmit tel bei der Papierherstellung.

Die folgenden Beispiele sollen den Gegenstand der Erfindung näher erläutern, ohne ihn darauf einzuschränken.

Beispiele Beispiel 1

Herstellung von Tissue-Papier. In einem 20-m³-Vorratsbehälter wurden 15 t einer handelsüblichen wäßrige Cellulose-Disper sion ("Pulpe", pH 7,6), bestehend aus 90 Gew.-% de-inktem Altpapier und 10 Gew.-% Frischcellulose mit einer Feststoff konzentration von 3,5 Gew.-% vorgelegt, mit 450 kg - entspre chend einem Feststoffgehalt von ca. 5 kg/t Pulpe - einer 20 gew.-%igen wäßrigen Lösung eines handelsüblichen C₁₆_-₁₈- Esterquats (Dehyguart® AU 36, 80 gew.- %ig in Isopropylal kohol, Fa. Pulcra, Barcelona/ES) versetzt und homogenisiert. Die mit dem Hilfsmittel versetzte Pulpe wurde über einen Statikmischer in eine Dosiervorrichtung gefördert und dabei mit Wasser auf eine Konzentration von 0,1 Gew.-% verdünnt. Anschließend wurde das Gemisch mit einer Geschwindigkeit von ca. 1350 l/min auf die Siebpartie aufgegeben und in die Presspartie überführt. Die Geschwindigkeit des Yankee dryers betrug ca. 1300, die der nachfolgenden Kalandrierwalze ca. 1100 m/min. Danach wurde die Papierbahn in der Trockenpartie bei ca. 90°C bis auf eine Restfeuchte von 5 bis 6 Gew.-% ent wässert, auf 20°C abgekühlt und auf eine Trommel gewickelt.

Die Bestimmung des Weichgriffs erfolgte durch ein Panel von 6 Testpersonen, die unabhängig voneinander Griffnoten von 1 (sehr weich) bis 6 (sehr hart) vergaben; wiedergegeben wurde der Mittelwert einer Dreifachbestimmung. Die Ergebnisse sind in Tab. 1 zusammengefaßt.

Vergleichsbeispiel V1

Beispiel 1 wurde wiederholt, jedoch auf die Zugabe des Ester quats verzichtet. Es zeigte sich, daß das Rohpapier während der Trocknung auf dem Yankee-Dryer kein ausreichendes Haft vermögen besaß und Falten schlug, die den Produktionsablauf schließlich zum Erliegen brachten. Das resultierende Papier zeigte zudem einen wesentlich schlechteren Griff. Die Ergeb nisse sind in Tab. 1 zusammengefaßt.

Vergleichsbeispiel V2

Beispiel 1 wurde wiederholt, jedoch anstelle des Esterquats eine entsprechende Menge Distearyldimethylammoniumchlorid zugegeben. Obschon die Faltenbildung während der Trocknung weitgehend unterblieb, zeigte auch hier das resultierende Papier einen schlechteren Griff. Die Ergebnisse sind in Tab. 1 zusammengefaßt.

Tabelle 1

Versuchsergebnisse

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Gebrauchspapieren mit ver bessertem Weichgriff, bei dem man wäßrigen Faserstoff- Suspensionen quaternierte Fettsäuretriethanolaminester- Salze der Formel (I), in der R¹CO für einen Acylrest mit 6 bis 22 Kohlenstoff atomen, R² und R³ unabhängig voneinander für Wasserstoff oder R¹CO, R⁴ für einen Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlen stoffatomen oder eine (CH₂CH₂O)_qH-Gruppe, m, n und p in Summe für 0 oder Zahlen von 1 bis 12, q für Zahlen von 1 bis 12 und X für Halogenid, Alkylsulfat oder Alkylphos phat steht, als Softener einsetzt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man quaternierte Fettsäuretriethanolaminester-Salze der Formel (I) einsetzt, in der R¹CO für einen Acylrest mit 16 bis 18 Kohlenstoffatomen, R² für R¹CO, R³ für Wasser stoff, R⁴ für eine Methylgruppe, m, n und p für 0 und X für Methylsulfat steht.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekenn zeichnet, daß man wäßrige Faserstoff-Suspensionen einsetzt, die einen Anteil an de-inktem Altpapier von 50 bis 95 Gew.-% aufweisen.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß man wäßrige Faserstoff-Suspensionen ein setzt, die einen Feststoffgehalt von 0,1 bis 5 Gew.-% aufweisen.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß man die quaternierten Fettsäuretriethanol aminester-Salze den wäßrigen Faserstoff-Suspensionen in Mengen von 0,5 bis 6 kg/t - Salze berechnet als Fest stoffe - zusetzt.

6. Verwendung von quaternierten Fettsäuretriethanolamin ester-Salzen der Formel (I) in der R¹CO für einen Acylrest mit 6 bis 22 Kohlenstoff atomen, R² und R³ unabhängig voneinander für Wasserstoff oder R¹CO, R⁴ für einen Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlen stoffatomen oder eine (CH₂CH₂O)_qH-Gruppe, m, n und p in Summe für 0 oder Zahlen von 1 bis 12, q für Zahlen von 1 bis 12 und X für Halogenid, Alkylsulfat oder Alkylphos phat steht, als Hilfsmittel bei der Papierherstellung.