DE60102082T2

DE60102082T2 - METHOD FOR ADSORPING CATIONIC AND ANIONIC POLYMERS ON THE SURFACE OF PARTICLES AND PAPER OR FLEECE PRODUCT CONTAINING SUCH PARTICLES

Info

Publication number: DE60102082T2
Application number: DE60102082T
Authority: DE
Inventors: Sussan Sandberg; Bo Andreasson
Original assignee: SCA Hygiene Products AB
Current assignee: Essity Hygiene and Health AB
Priority date: 2000-04-06
Filing date: 2001-03-22
Publication date: 2004-12-23
Anticipated expiration: 2021-03-23
Also published as: ES2215887T3; BR0109841A; HUP0300410A2; MXPA02009106A; SK14682002A3; EP1282741B1; AU2001242971A1; WO2001077437A1; CN1422347A; ATE259917T1; SE0001268L; DE60102082D1; PL357809A1; EP1282741A1; SE0001268D0; RU2002129503A

Abstract

Method of producing a particle or group of particles intended for use in paper- and/or nonwovenmaking and having a coating of at least two, preferably at least three, outside each other located thin layers of alternating cationic and anionic polymers, at which the particle or group of particles is treated in consecutive steps with solutions of the alternating cationic and anionic polymers. The amount of the respective polymer to be added in each step is controlled by charge measurements of the treatment solution or a liquid containing the particles or group of particles and the polymer solution, after the treatment in each step in order to determine that substantially all polymer is adsorbed to the particle surface. It is also referred to a paper- or nonwoven product containing fibres and/or fillers produced according to the method. It is further referred to paper products containing increased amounts of wet strength agent and to tissue paper having improved wet strength.

Description

Technisches Gebiettechnical area

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Partikels oder einer Partikelgruppe, die für die Verwendung bei der Papier- und/oder Vliesherstellung gedacht sind und eine Beschichtung mit mindestens zwei, vorzugsweise mindestens drei außerhalb von einander gelegenen dünnen Schichten aus kationischen und anionischen Polymeren aufweisen, wobei das Partikel oder die Partikelgruppe in aufeinanderfolgenden Schritten mit Lösungen der kationischen und anionischen Polymere behandelt werden. Sie bezieht sich auch auf ein Papier- oder Vliesprodukt, das solche Partikel oder Partikelgruppen enthält und erhöhte Mengen an Nassfestmittel enthält und auf ein Tissue-Papier mit einer verbesserten Nassfestigkeit.The The present invention relates to a method for producing a Particle or group of particles that are intended for use in paper and / or nonwoven production are intended and a coating with at least two, preferably at least three outside of each other thin Have layers of cationic and anionic polymers, wherein the particle or group of particles in successive Steps with solutions of the cationic and anionic polymers are treated. she also refers to a paper or nonwoven product, such Contains particles or particle groups and increased amounts of wet strength agent contains and on tissue paper with improved wet strength.

Hintergrund der Erfindungbackground the invention

Die zunehmende Verwendung von rückgewonnenen Fasern bei der Papierherstellung und die Verwendung von Komponenten mit schlechteren Bindeeigenschaften, wie mineralischen Füllstoffen, haben den Bedarf nach effektiveren Trocken- und Nassfestmitteln im Papier erhöht. Traditionell hat man zwei unterschiedliche Verfahren für die Zugabe von festigkeitsverbessernden Chemikalien zum Papier eingesetzt, d. h. die Zugabe von Chemikalien in der Nasspartie (wet end) des Papierherstellungsverfahrens oder die Oberflächenapplikation mittels einer Leimpresse. Die Zugabe in der Nasspartie ist üblicherweise wirksamer als die Oberflächenapplikation, wenn man pro kg eingesetztes Produkt rechnet. Um den in der Nasspartie zugegebenen Zusatz im Papierblatt zu halten, sind Chemikalien für die Nasspartie ausschließlich kationisch, wobei man ihre kationische Ladung üblicherweise erhöht, um sie weniger empfindlich gegenüber gelösten und kolloidalen Materialien und der erhöhten Konzentration von Elektrolyten zu machen, welche durch das zunehmende Schließen der Systeme verursacht wird. Dies führt wiederum zu einer verringerten Sättigungsabsorption der Additivchemikalien auf den Fasern, was einen reduzierten Maximaleffekt der Additivchemikalien hervorruft. Dies bringt es mit sich, dass sowohl ein Bedarf nach neuen Verfahren zum Aufbringen von festigkeitsverbessernden Chemikalien auf das Papier als auch ein Bedarf nach neuen Chemikaliensystemen besteht.The increasing use of recovered Fibers in papermaking and the use of components with poorer binding properties, such as mineral fillers, have the need for more effective dry and wet strength agents increased in paper. Traditionally, there are two different methods of adding from strength-improving chemicals to paper, d. H. the addition of chemicals in the wet end of the Papermaking process or surface application using a Size press. The addition in the wet end is usually more effective than the surface application, if you calculate per kg of product used. For that in the wet end to keep added additives in the paper sheet, chemicals for the wet end are exclusively cationic, usually increasing their cationic charge to them less sensitive to dissolved and colloidal materials and the increased concentration of electrolytes which is caused by the increasing closure of the systems becomes. this leads to again to a reduced saturation absorption of the additive chemicals on the fibers, which has a reduced maximum effect which causes additive chemicals. This entails that both a need for new methods of applying strength-enhancing chemicals on paper as well as a need for new chemical systems consists.

Darüber hinaus besteht ein zunehmender Bedarf an einer verbesserten Trübung (Opazität) des fertigen Papiers. Da die heutzutage am häufigsten verwendeten Festigkeitsmittel negativ zur Trübung beitragen, verstärkt sich der Bedarf nach neuen Verfahren zur Festigkeitsentwicklung im Papier.Furthermore there is an increasing need for an improved opacity of the finished product Paper. Because the most common nowadays strength agents used contribute negatively to the cloudiness, increases the need for new methods for developing strength in paper.

Solch ein Weg würde darin bestehen, in stärkerem Umfang von Leimpressen Gebrauch zu machen, wobei dies jedoch zu einer größeren Reduktion der Herstellungskapazität und der Produktionswirtschaftlichkeit führen würde, da das Papier noch einmal getrocknet werden muss in Abhängigkeit von der Wiederbefeuchtung, der es in der Leimpresse ausgesetzt ist.Such one way would consist in stronger To make use of size presses, but this too a greater reduction the manufacturing capacity and would lead to production economy since the paper again needs to be dried depending from the rewetting to which it is exposed in the size press.

Dies bringt es mit sich, dass ein großer Bedarf an neuen Wegen zur Behandlung von Fasern und anderen im Papier enthaltenen Partikeln, wie Füllstoffpartikeln, in der Nasspartie der Papiermaschine besteht.This brings with it a great need for new ways to Treatment of fibers and other particles contained in the paper, like filler particles, in the wet end of the paper machine.

Es ist bekannt, dünne Multischichten aus elektroaktiven Polymeren auf einem elektrostatisch geladenen Substrat für die optische Verwendung, beispielsweise Sensoren, Reibungsverringern, etc. aufzubauen. Dies wird beispielsweise in Thin Solid Films, 210/211 (1992) 831–835 und in Thin solid Films, 244 (1944) 806–809 beschrieben. Das Substrat wird hierzu abwechselnd in verdünnte Lösungen eines Polykations mit einem dazwischen geschalteten Spülen getaucht, um Reste des vorhergehenden Polyions zu entfernen, das nicht an das Substrat bindet. Die Dicke einer jeden abgeschiedenen Schicht wird mit 5 bis 20 Å angegeben. Es gibt keinen Hinweis darauf, dass die behandelten Substrate Partikel, beispielsweise Fasern oder Füllstoffpartikel, sein könnten.It is known thin Multi-layers of electroactive polymers on an electrostatic loaded substrate for the optical use, for example sensors, friction reducers, etc. to build. This is described, for example, in Thin Solid Films, 210/211 (1992) 831-835 and in Thin solid Films, 244 (1944) 806-809. The substrate is alternately diluted in this solutions a polycation with a rinse in between, to remove residues of the previous polyion that does not adhere the substrate binds. The thickness of each layer deposited is given as 5 to 20 Å. It gives no indication that the treated substrates are particles, for example fibers or filler particles, could be.

US-A-5,338,407 offenbart ein Verfahren zum Verbessern der Trockenfestigkeitseigenschaften von Papier, bei dem man ein anionisches Carboxymethylguar oder Carboxymethylhydroxyethylguar und ein kationisches Guar zu dem "Furnish" gibt. Diese beiden Komponenten werden entweder in Mischung oder getrennt zugegeben. Es gibt keinen Hinweis, dass die Behandlung unter solchen Bedingungen durchgeführt werden soll, dass sich eine Doppelschicht auf den Fasern aufbaut mit einer Komponente in einer Schicht und der anderen Komponente in der anderen Schicht.US-A-5,338,407 discloses a method for improving dry strength properties of paper using an anionic carboxymethylguar or carboxymethylhydroxyethylguar and gives a cationic guar to the "furnish". These two components will be added either in a mixture or separately. There is no hint that the treatment should be carried out under such conditions that a double layer builds up on the fibers with one component in one layer and the other component in the other layer.

US-A-5,507,914 und 5,185,062 offenbaren Verfahren zum Verbessern der Entwässerungseigenschaften und der Retention von Papier über die Zugabe von anionischen und kationischen Polymeren zum Halbstoff ("pulp", Holzstoff oder Zellstoff). Es gibt keinen Hinweis, dass die Behandlung unter solchen Bedingungen stattfindet, dass eine Doppel- oder Multischicht auf den Halbstofffasern mit der anionischen Komponente in einer Schicht und der kationischen Komponente in der anderen Schicht erzeugt wird.US-A-5,507,914 and 5,185,062 disclose methods of improving the drainage properties and retention of paper via the addition of anionic and cationic polymers to the pulp ("pulp", pulp or pulp). There is no evidence that treatment under such conditions takes place that a double or multilayer is produced on the pulp fibers with the anionic component in one layer and the cationic component in the other layer.

Die doppelte Oberflächenbehandlung von Füllstoffpartikeln mit anionischen und kationischen Polymeren wird in EP-A-0 850 879, WO-A-95/32335, US-A-4,495,245 und US-A-4,925,530 offenbart. Es findet sich kein Hinweis darauf, dass die Behandlung unter solch kontrollierten Bedingungen stattfindet, dass eine Doppel- oder Multischicht auf den Halbstofffasern mit der anionischen Komponente in einer Schicht und der kationischen Komponente in der anderen Schicht erzeugt wird.The double surface treatment of filler particles with anionic and cationic polymers is described in EP-A-0 850 879, WO-A-95/32335, US-A-4,495,245 and US-A-4,925,530. It takes place there is no evidence that treatment under such controlled Conditions that a double or multi-layer takes place on the pulp fibers with the anionic component in one layer and the cationic component is generated in the other layer.

EP-A-0 835 957 offenbart die Zugabe eines kationischen Nassfestmittels zu einer wässrigen Faserdispersion in einem ersten Schritt und dann in einem zweiten Schritt die Zufuhr eines anionischen Nassfestmittels zu der wässrigen Faserdispersion. Die Nettoladung der wässrigen Faserdispersion wird dann innerhalb eines speziellen Bereichs kontrolliert. Dies bedeutet, dass bei einer Zugabe des kationischen Nassfestmittels im Überschuss auch das anionische Mittel im Überschuss zugegeben werden muss, um die Ladung zu neutralisieren.EP-A-0 835 957 discloses the addition of a cationic wet strength agent to a watery Fiber dispersion in a first step and then in a second Step of adding an anionic wet strength agent to the aqueous one Fiber dispersion. The net charge of the aqueous fiber dispersion is then controlled within a specific area. This means, that when the cationic wet strength agent is added in excess also the anionic agent in excess must be added to neutralize the charge.

WO-A-99/45201 offenbart ein Verfahren zum Verbessern der Effizienz von wässrigen kationischen Nassfestadditiven durch Penetrieren der Celluloseoberflächen mit reaktiven anionischen Verbindungen, um auf diese Weise die Celluloseoberfläche mit zusätzlichen anionischen Stellen zu versehen.WO-A-99/45201 discloses a method for improving the efficiency of aqueous cationic wet strength additives by penetrating the cellulose surfaces with reactive anionic compounds to the cellulose surface in this way additional to provide anionic sites.

In der am 11.07.2002 veröffentlichten internationalen Patentanmeldung WO-A-00/32702 wird ein Verfahren offenbart, wie es in der obigen Einleitung beschrieben wurde, gemäß dem Partikel oder Partikelgruppen mit einer Beschichtung von mindestens zwei, vorzugsweise mindestens drei außerhalb voneinander gelegenen dünnen Schichten aus wechselwirkenden Polymeren erzeugt werden. Die Partikel oder Partikelgruppen werden in aufeinanderfolgenden Schritten mit Lösungen der wechselwirkenden Polymeren behandelt und das jeweilige Polymer wird nur in solch einer Menge in einem jeden Schritt zugegeben, dass im wesentlichen das ganze Polymer auf der Partikeloberfläche adsorbiert wird. Dies erreicht man, indem man den Überschuss des vorangehenden Polymers zwischen jedem Behandlungsschritt entfernt oder alternativ indem man das jeweilige Polymer nur in einer solchen Menge in einem jeden Schritt zugibt, dass im wesentlichen das ganze Polymer auf der Partikeloberfläche adsorbiert wird.In the published on July 11th, 2002 international patent application WO-A-00/32702 is a method discloses, as described in the introduction above, according to the particle or particle groups with a coating of at least two, preferably at least three outside from each other thin Layers of interacting polymers are generated. The particles or particle groups are in successive steps with solutions the interacting polymers treated and the respective polymer is only added in such an amount in each step, that essentially all of the polymer adsorbs on the particle surface becomes. This is achieved by using the excess of the previous one Polymers removed between each treatment step or alternatively by using the respective polymer only in such an amount in one each step admits that essentially all of the polymer is on the particle surface is adsorbed.

Die Aufgabe und die wichtigsten Merkmale der ErfindungThe task and the main features of the invention

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren gemäß dem oben Gesagten bereitzustellen, das einen Weg eröffnet, sicherzustellen, dass jedes Polymer zum Erzeugen der jeweiligen Schicht auf der Oberfläche der Partikel oder Partikelgruppe nur in solch einer Menge in jedem Schritt zugegeben wird, dass im wesentlichen das ganze Polymer auf der Partikeloberfläche adsorbiert wird. Dies wurde erfindungsgemäß durch die Tatsache erreicht, dass man die Menge des jeweiligen in jedem Schritt zuzugebenden Polymers über Ladungsmessungen der Behandlungslösung oder einer Flüssigkeit, welche die Partikel oder Partikelgruppe und die Polymerlösung enthält, während und/oder nach der Behandlung in jedem Schritt kontrolliert, um zu bestimmen, dass im wesentlichen das ganze Polymer auf der Partikeloberfläche adsorbiert ist.The The object of the present invention is a method according to the above Providing what opens up a way to ensure that each polymer to create the respective layer on the surface of the Particles or particle group only in such an amount in each step it is added that essentially all of the polymer adsorbs on the particle surface becomes. This was done according to the invention the fact that one achieves the amount of each in each Step polymer to be added via charge measurements the treatment solution or a liquid, which contains the particle or particle group and the polymer solution, during and / or checked in every step after treatment to determine that essentially all of the polymer adsorbs on the particle surface is.

Zur Bestimmung der Menge an kationischem/anionischem Polymer, das auf der Partikeloberfläche haftet, kann man das Z-Potential der Partikel oder Partikelgruppe messen.to Determination of the amount of cationic / anionic polymer based on adheres to the particle surface, you can see the Z potential of the particle or particle group.

Die Partikel oder Partikelgruppe können beliebiger Art sein, wobei jedoch Fasern, z. B. cellulosische Fasern, regenerierte Fasern und verschiedene Arten von synthetischen Fasern und Füllstoffpartikeln hauptsächlich betroffen sind.The Particles or particle group can be of any type, but with fibers, e.g. B. cellulosic fibers, regenerated fibers and various types of synthetic fibers and filler particles mainly are affected.

Die wechselwirkenden Polymere sind vorzugsweise alternierende kationische und anionische Polyelektrolyte, können aber auch sogenannte Zwitterionen sein.The interacting polymers are preferably alternating cationic and anionic polyelectrolytes, but can also be known as hermaphrodite ions his.

Gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform sind die Partikel Cellulosefasern für die Papierherstellung und mindestens eines der Polymere ist ein Festigkeitsadditiv, beispielsweise ein Nass- und/oder Trockenfestmittel.According to one embodiment according to the invention the particles are cellulose fibers for paper making and at least one of the polymers is a strength additive, for example a Wet and / or dry strength agent.

Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Papier- oder Vliesprodukt (nonwoven product), das Fasern und/oder Füllstoffpartikel enthält, die mindestens drei außerhalb einander gelegene dünne Schichten alternierender kationischer und anionischer Polymere aufweisen und erhöhte Mengen an Nassfestmittel enthalten. Der hier verwendete Ausdruck "Papier" bezieht sich auf alle Arten von Papier, wie Tissuepapier, Graphikpapier, Wellpappendeckenkarton, Wischmaterial, etc. Das Vliesmaterial kann beiliebiger Art sein.The invention also relates to a paper or nonwoven product which contains fibers and / or filler particles which have at least three thin layers of alternating cationic and anionic polymers lying outside one another and contain increased amounts of wet strength agent. The term "paper" as used herein refers to all types of paper, such as tissue paper, graphic paper, Corrugated cardboard blanket, wiping material, etc. The nonwoven material can be of an arbitrary type.

Die Erfindung betrifft ferner ein Tissue-Papier mit einer verbesserten Nassfestigkeit.The The invention further relates to tissue paper with an improved Wet strength.

Beschreibung der Zeichnungendescription of the drawings

1 zeigt die Ergebnisse von Z-Potentialmessungen von Cellulosefasern, die in aufeinanderfolgenden Schritten mit kationischen und anionischen Polymeren in der Form von PAE (Polyaminoamid-Epichlorhydrin) und CMC (Carboxymethylcellulose) behandelt wurden. 1 shows the results of Z-potential measurements of cellulose fibers which were treated in succession with cationic and anionic polymers in the form of PAE (polyaminoamide-epichlorohydrin) and CMC (carboxymethyl cellulose).

2 zeigt das Ergebnis von Ladungsmessungen der kolloidalen Phase vor und nach dem Waschen der Fasern im Versuch der 1. 2 shows the result of charge measurements of the colloidal phase before and after washing the fibers in the experiment 1 ,

3 zeigt den Nasszugfestigkeitsindex von Papierblättern mit 30 g/m², die aus behandelten Fasern hergestellt wurden, gegenüber der adsorbierten PAE-Menge. 3 shows the wet tensile index of 30 g / m ² paper sheets made from treated fibers versus the amount of PAE adsorbed.

4 zeigt das Z-Potential der Fasern nach der Zugabe von PAE/CMC/PAE. 4 shows the Z potential of the fibers after the addition of PAE / CMC / PAE.

5 zeigt die Ladung der kolloidalen Fasern bei PCD-Messungen nach der Zugabe von PAE/CMC/PAE. 5 shows the charge of the colloidal fibers in PCD measurements after the addition of PAE / CMC / PAE.

6 zeigt den Trockenzugfestigkeitsindex gegenüber der adsorbierten PAE-Menge. 6 shows the dry tensile strength index versus the amount of PAE adsorbed.

7 zeigt den Nasszugfestigkeitsindex gegenüber der adsorbierten PAE-Menge. 7 shows the wet tensile index versus the amount of PAE adsorbed.

8 zeigt die relative Nassfestigkeit gegenüber der adsorbierten PAE-Menge. 8th shows the relative wet strength compared to the amount of PAE adsorbed.

Beschreibung der Erfindungdescription the invention

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden Partikel oder Partikelgruppen, z. B. Fasern oder Füllstoffpartikel, mit alternierenden kationischen und anionischen Polymeren behandelt, um dünne Multischichten der wechselwirkenden Polymere auf der Partikeloberfläche aufzubauen.According to the present Particles or groups of particles, e.g. B. fibers or filler, treated with alternating cationic and anionic polymers, to thin Build multilayers of the interacting polymers on the particle surface.

Man behandelt die Partikel in aufeinanderfolgenden Schritten mit Lösungen der alternierenden kationischen und anionischen Polymere, wobei die Behandlungszeit für jeden Schritt ausreicht, um eine Schicht der gewünschten molekularen Dicke zu erzeugen. Für Partikel oder Partikelgruppen mit einer anionischen Oberfläche, was beispielsweise bei cellulosischen Fasern der Fall ist, sollte die erste Schicht ein kationisches Polymer sein und umgekehrt. Wenn man die Polymere in aufeinanderfolgenden Schritten zugibt und sie mehrere Schichten auf der Partikeloberfläche bilden lässt, ist es möglich, höhere Mengen des Polymers auf der Partikeloberfläche zu adsorbieren, als möglich wäre, wenn man diese in einem Schritt durchmischt, unter Bildung nur einer Schicht, zugäbe.you treats the particles in successive steps with solutions of the alternating cationic and anionic polymers, the Treatment time for each step is sufficient to create a layer of the desired molecular thickness produce. For Particles or particle groups with an anionic surface what for example with cellulosic fibers, the first layer be a cationic polymer and vice versa. If one adds the polymers in successive steps and they allows multiple layers to be formed on the particle surface it possible higher To adsorb amounts of the polymer on the particle surface than would be possible if you mix them in one step, forming only one Layer, allowances.

Man kontrolliert die Zugabe in einer Weise, dass im wesentlichen keine Überschussmenge des jeweiligen Polymers in einem jeden Schritt zugegeben wird, so dass im wesentlichen das ganze Polymer auf der Partikeloberfläche adsorbiert wird. Dies geschieht durch Messung der elektrischen Ladung der Behandlungslösung oder der Flüssigkeit, in der die behandelten Partikel oder Partikelgruppen enthalten sind. Nachdem man das Polymer auf der Partikeloberfläche über einen gewissen Zeitraum adsorbieren lässt, sollte die elektrische Ladung der Lösung nahe Null sein. Man führt die Ladungsmessungen mit einer Strömungspotentialmessung durch, z. B. mit einem PCD-Instrument (Particle Charge Detector).you controls the addition in such a way that there is essentially no excess of the respective polymer is added in each step, so that essentially all of the polymer adsorbs on the particle surface becomes. This is done by measuring the electrical charge of the treatment solution or the liquid, in which the treated particles or particle groups are contained. After placing the polymer on the particle surface for a period of time adsorbs, the electrical charge of the solution should be close to zero. You run it Charge measurements with a flow potential measurement by, z. B. with a PCD instrument (Particle Charge Detector).

Zur Bestimmung der Menge an kationischem/anionischem Polymer, das auf der Partikeloberfläche haftet, misst man das Z-Potential gemäß dem im Folgenden beschriebenen Verfahren.to Determination of the amount of cationic / anionic polymer based on adheres to the particle surface, you measure the Z potential according to the im The following procedures.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Aufbauen der gewünschten Multischichten beruht auf der elektrostatischen Anziehung zwischen entgegengesetzt geladenen Polyelektolyten. Wenn man die Teilchen in aufeinanderfolgenden Schritten mit einer Lösung behandelt, die Polyionen entgegengesetzter Ladung enthalten, und diese spontan auf der Partikeloberfläche adsorbieren lässt, bilden sich Multischichten der beschriebenen Art auf. Im Prinzip kann man alle Arten von Polyelektrolyten verwenden.The inventive method to build the desired one Multilayers rely on the electrostatic attraction between oppositely charged polyelectolytes. If you look at the particles treated in successive steps with a solution, the polyions contain opposite charge, and spontaneously adsorb it on the particle surface leaves, form multi-layers of the type described. Basically you can use all types of polyelectrolytes.

Gemäß einer Ausführungsform verwendet man das Verfahren zum Adsorbieren von Festigkeitsadditiven auf für die Papierherstellung verwendeten cellulosischen Fasern. Da die cellulosische Faser eine anionische Oberfläche aufweist, ist das erste zu adsorbierende Polymer ein kationisches Polymer. Dies kann beispielsweise Polyaminoamid-Epichlorhydrin (PAE) oder glyoxyliertes Polyacrylamid (G-PAM) sein. Diese Schicht verleiht der Faseroberfläche eine kationische Ladung. Im nächsten Schritt gibt man ein anionisches Polymer, z. B. CMC (Carboxymethylcellulose), zu. Dann wird die Faseroberfläche erneut anionisch. Dann kann man die nächste Schicht eines kationischen Polymers zugeben usw.In one embodiment, the method is used to adsorb strength additives ven on cellulosic fibers used in papermaking. Since the cellulosic fiber has an anionic surface, the first polymer to be adsorbed is a cationic polymer. This can be, for example, polyaminoamide epichlorohydrin (PAE) or glyoxylated polyacrylamide (G-PAM). This layer gives the fiber surface a cationic charge. The next step is to add an anionic polymer, e.g. B. CMC (carboxymethyl cellulose). Then the fiber surface becomes anionic again. Then you can add the next layer of a cationic polymer, etc.

Durch solch eine Behandlung können größere Mengen an Festigkeitsadditiven, z. B. PAE oder G-PAM, auf der Faseroberfläche adsorbiert werden, als mit herkömmlichen Techniken möglich wäre, was zu verbesserten Festigkeitseigenschaften des hergestellten Papiers führt.By such treatment can big amount of on strength additives, e.g. B. PAE or G-PAM, adsorbed on the fiber surface than with conventional ones Techniques possible would be what to improved strength properties of the paper produced leads.

Es ist natürlich auch möglich, neue Arten von Oberflächenmodifikationen mit den Partikeln oder Partikelgruppen über die aufeinanderfolgende Adsorption von dünnen Schichten erfindungsgemäß miteinander wechselwirkender Polymere zu erzeugen. Wenn man beispielsweise Fasern mit aufeinanderfolgenden Schichten von hydrophoben geladenen Polyelektrolyten behandelt, wäre es beispielsweise möglich, neue Arten von hydrophobisierenden Chemikalien für die Hydrophobisierung von Papier zu entwickeln. Es wäre auch möglich, "intelligente" Oberflächenschichten auf Fasern aufzubauen, welche ihre Eigenschaften mit der Temperatur, dem pH, dem Salzgehalt etc. ändern.It is natural also possible, new types of surface modifications with the particles or particle groups over the successive Adsorption of thin Layers interacting with one another according to the invention To produce polymers. For example, if you have fibers with successive Treated layers of hydrophobic charged polyelectrolytes, would it be for example possible new types of hydrophobizing chemicals for the hydrophobization of Develop paper. It would be also possible "intelligent" surface layers to build on fibers, which their properties with the temperature, the Change pH, salinity, etc.

Weitere Anwendungen sind Ionen-austauschende Fasern, worin "Membranen" mit Ionen-austauschenden Eigenschaften auf der Faseroberfläche vorgesehen sind, Nassfestmittel, wo die zugegebenen Polymere reaktiv bezüglich der Fasern und miteinander sind, um permanente Bindungen zwischen den Fasern zu erzeugen und die Herstellung von stark quellenden Oberflächenschichten, wo die zugegebenen Chemikalien eine gequollene Gelstruktur auf der Faseroberfläche bilden, zur Verwendung in absorbierenden Hygieneprodukten. Eine weitere mögliche Anwendung sind neue Arten von Fasern für Druckpapier, wo die adsorbierten Polymere die Farbe ändern, wenn man sie einem elektrischen, magnetischen oder elektromagnetischen Feld aussetzt. Solche Polymere stehen heutzutage zur Verfügung.Further Applications are ion exchange fibers, where "membranes" with ion exchange Properties are provided on the fiber surface, wet strength agents, where the added polymers are reactive with the fibers and with each other are to create permanent bonds between the fibers and the production of strongly swelling surface layers, where the added Chemicals form a swollen gel structure on the fiber surface, for use in absorbent hygiene products. Another possible Application are new types of fibers for printing paper, where the adsorbed Polymers change color if you put them in an electric, magnetic, or electromagnetic field exposes. Such polymers are available today.

Die Fasern, die man gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt, können von beliebiger Beschaffenheit sein, und sowohl natürliche als auch synthetische Fasern sein.The Fibers, which according to the inventive method treated, can of any nature, and both natural and also be synthetic fibers.

Hauptsächlich sind cellulosische Fasern betroffen. Es ist jedoch auch möglich, synthetische Fasern zu behandeln, beispielsweise, um diesen eine stärker hydrophile Oberfläche zu verleihen.Are mainly cellulosic fibers affected. However, it is also possible to use synthetic ones Treat fibers, for example, to make them more hydrophilic surface to rent.

Erfindungsgemäß kann man ebenfalls Gruppen oder Agglomerate aus Fasern oder Partikeln behandeln.According to the invention also treat groups or agglomerates of fibers or particles.

Beispiele für geeignete anionische und kationische Polyelektrolyte, die man im erfindungsgemäßen Verfahren verwenden kann, werden nachstehend angegeben.Examples for suitable anionic and cationic polyelectrolytes, which one in the inventive method can be used are given below.

Anionische Polyelektrolyte: Anionische Stärke mit unterschiedlichen Substitutionsgraden, anionisches Guar, Polystyrolsulfonat, Carboxymethylcellulose mit unterschiedlichen Substitutionsgraden, anionisches Galactoglucomannan, Polyphosphorsäure, Polymethacrylsäure, Polyvinylsulfat, Alginat, Copolymere aus Acrylamid und Acrylsäure oder 2-Acrylamid-2-alkylpropansulfonsäure.anionic Polyelectrolytes: anionic starch with different degrees of substitution, anionic guar, polystyrene sulfonate, Carboxymethyl cellulose with different degrees of substitution, anionic galactoglucomannan, polyphosphoric acid, polymethacrylic acid, polyvinyl sulfate, Alginate, copolymers of acrylamide and acrylic acid or 2-acrylamide-2-alkylpropanesulfonic acid.

Kationische Polyelektrolyte: Kationisches Galactoglucomannan, kationisches Guar, kationische Stärke, Polyvinylamin, Polyvinylpyridin und deren N-Alkylderivate, Polyvinylpyrrolidon, Chitosan, Alginat, modifizierte Polyacrylamide, Polydiallyldialkyl, kationische Amidamine, Kondensationsprodukte zwischen Dicyandiaminen, Formaldehyd und einem Ammoniumsalz, Reaktionsprodukte zwischen Epichlorhydrin, Polyepichlorhydrin und Ammoniak, primäre und sekundäre Amine, Polymere, die sich über die Reaktion zwischen ditertiären Aminen oder sekundären Aminen oder Dihalogenalkanen bilden, Polyethylenimine und Polymere, die sich bei der Polymerisation von (Dialkylaminoalkyl)acrylamid-Monomeren bilden.cationic Polyelectrolytes: cationic galactoglucomannan, cationic guar, cationic strength, Polyvinylamine, polyvinylpyridine and their N-alkyl derivatives, polyvinylpyrrolidone, Chitosan, alginate, modified polyacrylamides, polydiallyldialkyl, cationic amidamines, condensation products between dicyandiamines, Formaldehyde and an ammonium salt, reaction products between epichlorohydrin, Polyepichlorohydrin and ammonia, primary and secondary amines, Polymers that over the reaction between ditertiary Amines or secondary Form amines or dihaloalkanes, polyethyleneimines and polymers, that form during the polymerization of (dialkylaminoalkyl) acrylamide monomers.

Beispiel 1example 1

Die während der Tests verwendeten Polymere werden in der folgenden Tabelle 1 angeführt.The while The polymers used for the tests are shown in Table 1 below cited.

Tabelle 1

Table 1

Das PAE und G-PAM wurde in deionisiertem Wasser bis zu einem Aktivgehalt von 10 g/l vor der Verwendung verdünnt. Die unterschiedlichen CMCs löste man in deionisiertem Wasser durch Dispergieren mit einem Handmischgerät bis zu einer geeigneten Konzentration zwischen 5 und 10 g/l je nach Viskosität.The PAE and G-PAM were in deionized water to an active level of 10 g / l diluted before use. The different CMCs solved one in deionized water by dispersing with a hand mixer up to a suitable concentration between 5 and 10 g / l depending on the viscosity.

Der verwendete Halbstoff ("pulp") war vollständig gebleichter TCF, Celeste 85 von der SCA Östrand. Der Halbstoff wurde bis zu 25°SR gemahlen und mit Leitungswasser bis zu einer Konzentration von 3 g/l verdünnt. Der pH während der Versuche betrug 7,5 und die Leitfähigkeit wurde NaCl auf 1.200 μS/cm eingestellt.The Pulp used was completely bleached TCF, Celeste 85 from SCA Östrand. The Pulp was up to 25 ° SR ground and with tap water up to a concentration of 3 diluted g / l. The pH during the tests were 7.5 and the conductivity was set to 1,200 μS / cm NaCl.

Man stellte drei, vier und fünf Schichten aus alternierendem PAE und CMC her. Die Zugabe der Additive wurde über die Messung der elektrischen Ladung mit Z-Potential- und PCD-Instrumenten kontrolliert. In einigen Tests verwendet man G-PAM anstelle von oder zusammen mit PAE. Die Zugabesequenz ist in der folgenden Tabelle 2 angeführt.you put three, four and five Layers of alternating PAE and CMC. The addition of the additives was about controls the measurement of the electrical charge with Z-potential and PCD instruments. G-PAM is used in some tests instead of or together with PAE. The addition sequence is in the following table 2 listed.

Tabelle 2

Table 2

Die Adsorptionszeit für die Additive betrug 10 Minuten.The Adsorption time for the additive was 10 minutes.

Zubereitung der PapiermassePreparation of the pulp

Im Versuch 1 wurde die PAE- und CMC-Zugabe erheblich überdosiert, mit 20 mg/g Halbstoff. Der Halbstoff wurde dann entwässert, mit deionisiertem Wasser gewaschen und erneut zwischen jedem Schritt entwässert, um den Überschuss an PAE und CMC zu entfernen. Dies wiederholte man, bis man fünf Schichten erzeugt hatte, wobei man mit dem PAE begann und endete, siehe obige Tabelle 2.in the Experiment 1, the PAE and CMC addition was significantly overdosed, with 20 mg / g pulp. The pulp was then dewatered with deionized water and washed again between each step dehydrated about the excess to remove PAE and CMC. This was repeated until you had five layers generated, starting and ending with the PAE, see above Table 2.

In den Versuchen 2 bis 12 wurden die PAE- und CMC-Zugaben nacheinander optimiert bis zu realistischeren Werten. Man stellte sowohl drei, vier als auch fünf Schichten her (siehe Tabelle 2). Die Zugabe der Additive erfolgte ohne zwischengeschalteten Waschschritt, wobei man immer über die Messung der Ladung mit Z-Potential- und PCD-Instrumenten kontrollierte. Man führte drei Versuche mit G-PAM anstelle von oder zusammen mit PAE durch, um ein anderes Nassfestadditiv unter Einsatz der Mehrschichttechnik zu bewerten.In Experiments 2 through 12 were the PAE and CMC additions in sequence optimized up to more realistic values. You put three, four as well as five Layers ago (see Table 2). The additives were added without intermediate washing step, whereby you always have the Controlled measurement of the charge with Z-potential and PCD instruments. One led three attempts with G-PAM instead of or together with PAE, another wet strength additive using multi-layer technology to rate.

Blattherstellungsheet production

Man erzeugte Blätter mit 30 g/cm² in einem dynamischen Blattbilder. Man presste die Blätter zwischen "Blotters" und trocknete dann unter eingespannten ("restrained") Bedingungen. Man erzeugte zwei Blätter eines jeden Probenpunkts und presste zu zwei unterschiedlichen Dichten, 350 und ~450 kg/m³. Schließlich härtete man die Blätter 10 min bei 105°C. Dann wurde die Zugfestigkeit auf eine Dichte von 400 kg/m² interpoliert.Sheets of 30 g / cm ^{2 were produced} in a dynamic sheet image. The leaves were pressed between "blotters" and then dried under "constrained" conditions. Two sheets of each sample point were created and pressed to two different densities, 350 and ~ 450 kg / m ³ . Finally, the leaves were cured at 105 ° C. for 10 minutes. Then the tensile strength was interpolated to a density of 400 kg / m ² .

Ladungsbestimmungencharge provisions

Bestimmung der Faserladung mit einem Z-Potential-InstrumentDetermination of the fiber charge with a Z potential instrument

Das Z-Potential der Fasern wurde mit einem Strömungspotential-Instrument (Magendans SZ2, Lieferant Mütek) gemessen [Penniman, J. G., Comparison of pulp pad streaming potential measurement and mobility measurement. Tappi Journal, 1992, 75, 111–115 und Jaycock, M. J.; Assumptions made in the measurement of zeta-potential by streaming current/potential detectors. Paper Technology, 1995, 36, 35–38.19, 20; Barron W., et al., The streaming current detector: a comparison with conventional electrokinetic techniques. Colloids and Surfaces, 1994, 88, 129–139; Sanders, N. D. und J. H. Schaefer, Comparing papermaking wet-end charge-measuring techniques in kraft and groundwood systems, Tappi Journal, 1995, 78, 142–150].The Z-potential of the fibers was determined using a flow potential instrument (Magendans SZ2, supplier Mütek) measured [Penniman, J.G., Comparison of pulp pad streaming potential measurement and mobility measurement. Tappi Journal, 1992, 75, 111-115 and Jaycock, M. J .; Assumptions made in the measurement of zeta potential by streaming current / potential detectors. Paper Technology, 1995, 36, 35-38.19, 20; Barron W., et al., The streaming current detector: a comparison with conventional electrokinetic techniques. Colloids and surfaces, 1994, 88, 129-139; Sanders, N.D. and J.H. Schaefer, Comparing papermaking wet-end charge-measuring techniques in force and groundwood systems, Tappi Journal, 1995, 78, 142-150].

Das Potential wird zwischen zwei Elektroden gemessen, wobei man eine Elektrode in Nähe des Faserkissens platziert, das sich bildet, wenn man dies gegen ein Sieb pumpt und die zweite Elektrode eine Ringelektrode ist, die am unteren Teil des Faserkissens gelegen ist. Dann misst man die Leitfähigkeit zwischen diesen beiden Elektroden und ermittelt den berechneten Wert des Z-Potentials (ξ).The Potential is measured between two electrodes, using one Electrode nearby of the fiber cushion that forms when you counter this a sieve pumps and the second electrode is a ring electrode, which is located on the lower part of the fiber cushion. Then you measure the conductivity between these two electrodes and determined the calculated Value of the Z potential (ξ).

Kolloidale Ladungsbestimmung mit einem PCDcolloidal Charge determination with a PCD

Der von Mütek gelieferter PCD 03 (Particle Charge Detector) misst einen Spannungsunterschied, der durch ein sich bewegendes geladenes Medium induziert wird, z. B. kolloidale Substanzen in weißem Wasser. Hochmolekulare Polymere und kolloidale Substanzen heften sich an die Teflon-Oberflächen des Geräts. Der oszillierende Kolben bewegt sich und induziert einen Potentialunterschied, der detektiert wird [Jaycock, M. J., Assumptions made in the measurement of zetapotential by streaming current/porential detectors. Paper Technology, 1995, 36, 35–38; Barron, W., et al., The streaming current detector: a comparison with conventional electrokinetic techniques. Colloids and Surfaces, 1994, 88, 129–139 und Sanders, N. D. and J. H. Schaefer, Comparing papermaking wet-end charge-measuring techniques in kraft and groundwood systems. Tappi Journal, 1995, 78, 142–150.20–22].The by Mütek supplied PCD 03 (Particle Charge Detector) measures a voltage difference, which is induced by a moving charged medium, e.g. B. colloidal substances in white Water. Binding high molecular polymers and colloidal substances the Teflon surfaces of the device. The oscillating piston moves and induces a potential difference, which is detected [Jaycock, M.J., Assumptions made in the measurement of zeta potential by streaming current / porential detectors. paper Technology, 1995, 36, 35-38; Barron, W., et al., The streaming current detector: a comparison with conventional electrokinetic techniques. Colloids and surfaces, 1994, 88, 129-139 and Sanders, N.D. and J.H. Schaefer, Comparing papermaking wet-end charge-measuring techniques in force and groundwood systems. Tappi Journal, 1995, 78, 142-150.20-22].

Die Ergebnisse bestimmt man als die Ladung in μÄq/l, die aus der Menge eines Referenzpolymers berechnet wird, das man zum Titrieren bis zur Ladung Null braucht. Mit dem PCD misst man die Ladung der kolloidalen Phase.The Results are determined as the charge in μEq / l, which results from the amount of a Reference polymer is calculated, which can be used for titration until loading Zero needs. The PCD is used to measure the charge on the colloidal phase.

ZugfestigkeitsbewertungZugfestigkeitsbewertung

Die Festigkeitsbewertung der Blätter führt man gemäß der Norm SCAN P 44:81 für die Trockenzugfestigkeit durch. Hinsichtlich der Nasszugfestigkeit wurden die Teststücke gemäß SCAN P 58:86 getestet. Eine Abweichung von diesen Verfahren bestand darin, dass die Breite der Teststücke 15 mm betrug. Die Eintauchzeit der Teststücke vor dem Zugfestigkeitstest betrug 15 s. Die Zugfestigkeitsergebnisse werden als geometrischer Mittelwert der Maschinenrichtung (MD) und Querrichtung (CD),

dargestellt.The strength assessment of the sheets is carried out according to the standard SCAN P 44:81 for the dry tensile strength. With regard to the wet tensile strength, the test pieces were tested in accordance with SCAN P 58:86. A deviation from these methods was that the width of the test pieces was 15 mm. The immersion time of the test pieces before the tensile test was 15 s. The tensile strength results are given as the geometric mean of the machine direction (MD) and transverse direction (CD),

shown.

Analyse der Festigkeitsadditive in den BlätternAnalysis of the Strength additives in the leaves

GesamtstickstoffgehaltTotal nitrogen content

Die PAE- und G-PAM-Adsorption in den Blättern wurde durch Messung des Gesamtstickstoffgehalts in den Blättern analysiert. Das Verfahren beruht auf der Blitzverbrennung und wird als "Dumas-Gesamtstickstoffanalyse" bezeichnet und das verwendete Messinstrument ist ein Carlo Erba-Instrument NA 1500, das von CE Termo Quest geliefert wurde. Eine Gebrauchsanweisung wurde zusammen mit dem Instrument geliefert.The PAE and G-PAM adsorption in the leaves was determined by measuring the Total nitrogen content in the leaves analyzed. The procedure is based on lightning combustion and is called "Dumas total nitrogen analysis" and that the measuring instrument used is a Carlo Erba instrument NA 1500, delivered by CE Termo Quest. A manual was supplied with the instrument.

Ionenausschlusschromatographieion exclusion chromatography

In einigen Tests wurde die PAE- und G-PAM-Adsorption in den Blättern durch Ionenausschlusschromatographie analysiert.In In some tests, the PAE and G-PAM adsorption in the leaves was performed Ion exclusion chromatography analyzed.

1 g der Papierprobe wurde mit 1,0 M NaOH hydrolysiert. Die Hydrolyse wurde 24 h bei 100°C durchgeführt. Das PAAE-Harz wurde dann zu DETA und Adipat (siehe nachstehende Formel) hydrolysiert. Man neutralisiert die Lösung mit einem Ionenaustauscher und analysiert die resultierende Adipinsäure mit Ionenausschlusschromatographie. Das Nassfestharz wird auf die gleiche Weise behandelt und analysiert, um die Menge an Adipinsäure im eigentlichen Harz zu ermitteln. Dieses Ergebnis wird dann dazu verwendet, die Menge an PAE-Harz im Papier zu berechnen.1 g of the paper sample was hydrolyzed with 1.0 M NaOH. The hydrolysis was 24 h at 100 ° C carried out. The PAAE resin then became DETA and adipate (see below Formula) hydrolyzed. The solution is neutralized with an ion exchanger and analyzes the resulting adipic acid with ion exclusion chromatography. The wet strength resin is treated and analyzed in the same way, the amount of adipic acid to determine in the actual resin. This result then becomes used to calculate the amount of PAE resin in the paper.

Die Ionenausschlusschromatographie wird hauptsächlich für die Analyse von schwachen anorganischen und organischen Säuren verwendet. Die chromatographische Säule wird mit einer stationären Phase gepackt, die aus einem Kationenaustauscher auf der Basis sulfonierten Polystyrols/Divinylbenzols besteht. In Abhängigkeit von dem Vernetzungsgrad des Polystyrols/Divinylbenzol-Harzes können unterschiedliche organische Säuren in die stationäre Phase in einem stärkeren oder weniger starken Ausmaß diffundieren. Diesen Mechanismus verwendet man zusammen mit dem Ionenaustausch für die chromatographische Trennung von organischen Säuren in Lösung. Die unterdrückte Leitfähigkeit wird zur Detektion verwendet. Die für die Analyse eingesetzte Ausrüstung wird im Folgenden beschrieben: Säulen: 2 × Dionex ICE-AS1-Säulen in Serie Suppressor: Dionex AMMS-ICE Detektor: Dionex PED (Leitfähigkeitsmodus) Laufmittel: 1,0 mM Heptafluorbuttersäure; 0,8 ml/min. Ion exclusion chromatography is mainly used for the analysis of weak inorganic and organic acids. The chromatographic column is packed with a stationary phase, which consists of a cation exchanger based on sulfonated polystyrene / divinylbenzene. Depending on the degree of crosslinking of the polystyrene / divinylbenzene resin, different organic acids can diffuse into the stationary phase to a greater or lesser extent. This mechanism is used together with the ion exchange for the chromatographic separation of organic acids in solution. The suppressed conductivity is used for detection. The equipment used for the analysis is described below: Columns: 2 × Dionex ICE-AS1 columns in series suppressor: Dionex AMMS-ICE Detector: Dionex PED (conductivity mode) Eluent: 1.0 mM heptafluorobutyric acid; 0.8 ml / min.

Der Arbeitsbereich für das Verfahren beträgt 0,01 bis 1,0 bei Papier (berechnet als trockenes PAE-Harz) und die relative Standardabweichung für eine Papierprobe mit 0,3 PAE (trockenes Harz) beträgt 3,8%.The Workspace for the procedure is 0.01 to 1.0 for paper (calculated as dry PAE resin) and the relative standard deviation for a paper sample with 0.3 PAE (dry resin) is 3.8%.

Versuch 1Trial 1

In Versuch 1 wurden sowohl PAE als auch CMC im Überschuss gemäß der Zugabesequenz der Tabelle 2 zugegeben. Dies wurde getan, um gesättigte Fasern sicherzustellen. Während dieses Versuchs wurden Z-Potential- und PCD-Messungen durchgeführt, um sowohl die Adsorption der Polymere als auch die Desorption der Polymere im zwischengeschalteten Waschschritt zu kontrollieren.In Trial 1 tested both PAE and CMC in excess according to the addition sequence added to Table 2. This was done to get saturated fibers sure. While In this experiment, Z-potential and PCD measurements were made to both the adsorption of the polymers and the desorption of the polymers to be checked in the intermediate washing step.

1 zeigt das Z-Potential der Fasern während des Versuchs 1 vor und nach dem Waschen der Fasern. Wie man erkennen kann, wird das Z-Potential nicht stärker durch das Waschen der Fasern beeinflusst. Man kann eine kleine Verringerung im beobachteten Z-Potential detektieren, wenn man die PAE-behandelten Fasern wäscht und eine kleine Zunahme beim Waschen der CMC-behandelten Fasern, was vermutlich auf die additive Desorption während des Waschschritts zurückzuführen ist. 1 shows the z-potential of the fibers during experiment 1 before and after washing the fibers. As you can see, the Z potential is not affected more by washing the fibers. A small decrease in the observed Z potential can be detected when washing the PAE-treated fibers and a small increase in washing the CMC-treated fibers, which is probably due to the additive desorption during the washing step.

2 zeigt die Ergebnisse von Ladungsmessungen der kolloidalen Phase (PCD-Messungen) während des Versuchs 1 vor und nach dem Waschen der Fasern. 2 zeigt, dass bei der PAE/CMC-Zugabe im Überschuss eine große Menge des zugegebenen Polymers in der kolloidalen Phase verbleibt und nicht auf den Fasern adsorbiert wird. Im Waschschritt wird der Überschuss entfernt. 2 shows the results of colloidal phase charge measurements (PCD measurements) during Experiment 1 before and after washing the fibers. 2 shows that with PAE / CMC addition in Excess a large amount of the added polymer remains in the colloidal phase and is not adsorbed on the fibers. The excess is removed in the washing step.

3 zeigt den Nasszugfestigkeitsindex der Blätter gegenüber der adsorbierten PAE-Menge. Wenn man fünf Schichten herstellt, nivelliert sich der Nasszugfestigkeitsindex, auch wenn die PAE-Adsorption zunimmt. Die Begründung hierfür ist nicht klar. In jedem Fall ist klar, dass es die Multischichttechnik ermöglicht, die PAE-Menge auf den Fasern zu erhöhen. Mit einem einzelnen Zugabepunkt kann etwa 11 mg/g PAE auf den Fasern adsorbieren. Beim Einsatz von drei Schichten kann man mehr als 20 mg/g PAE adsorbieren mit einer resultierenden Erhöhung der Nasszugfestigkeit von 50%. 3 shows the wet tensile index of the sheets versus the amount of PAE adsorbed. If you make five layers, the wet tensile index will level, even if the PAE adsorption increases. The reason for this is not clear. In any case, it is clear that multi-layer technology makes it possible to increase the amount of PAE on the fibers. With a single addition point, about 11 mg / g PAE can adsorb on the fibers. When using three layers, more than 20 mg / g PAE can be adsorbed with a resulting increase in wet tensile strength of 50%.

Der Trockenzugfestigkeitsindex zeigt einen ähnlichen Trend wie der Nasszugfestigkeitsindex, aber, wie erwartet, ist die Erhöhung der Trockenfestigkeit nicht so stark wie die Erhöhung der Nassfestigkeit.The Dry tensile index shows a similar trend to the wet tensile index, but, as expected, the increase is the dry strength is not as strong as the increase in wet strength.

Versuche 2 bis 12Try 2 to 12

In diesen Versuchen gab man unterschiedliche PAE/CMC-Mengen zu und bestimmte das Z-Potential und die Ladung der kolloiden Phase in Messungen. Die Ergebnisse aus manchen dieser Messungen sind in den 4 und 5 gezeigt. Entsprechende Figuren/Zahlen für die Zugabe in vier und fünf Schichten zeigen den gleichen Trend, d. h. Zunahmen bei der PAE-Zugabe, Abnahmen bei der CMC-Zugabe.In these experiments, different amounts of PAE / CMC were added and the Z potential and the charge of the colloid phase were determined in measurements. The results of some of these measurements are in the 4 and 5 shown. Corresponding figures / numbers for the addition in four and five layers show the same trend, ie increases in the PAE addition, decreases in the CMC addition.

Wie in 5 gezeigt, bewegt sich die Ladung der kolloiden Phase um die Null-Ladung herum, was anzeigt, dass die Adsorption des PAE/CMC auf den Fasern nahezu vollständig ist, d. h. dass nicht viel der Additive in der Wasserphase endet. Die Abweichung von der Null-Ladung sollte vorzugsweise nicht ±5 μÄq/l, stärker bevorzugt nicht ±2 μÄq/l übersteigen.As in 5 As shown, the charge of the colloidal phase moves around the zero charge, indicating that the adsorption of the PAE / CMC on the fibers is almost complete, ie that not much of the additive ends in the water phase. The deviation from the zero charge should preferably not exceed ± 5 μEq / l, more preferably not ± 2 μEq / l.

In der 6 wird der Trockenzugfestigkeitsindex gegenüber der adsorbierten PAE-Menge gezeigt, wobei z. B. "7/2/7-10-15" 7 mg/g PAE, 2 mg/g CMC, dann 7, 10, 15 mg/g PAE in der dritten Schicht bedeutet. In den Versuchen erreicht der Trockenzugfestigkeitsindex sein höchstes Niveau bei relativ geringen adsorbierten PAE-Mengen. Bei einer adsorbierten Menge von etwa 5 mg/g nivelliert sich die Festigkeit.In the 6 the dry tensile strength index is shown versus the amount of PAE adsorbed. B. "7/2 / 7-10-15" means 7 mg / g PAE, 2 mg / g CMC, then 7, 10, 15 mg / g PAE in the third layer. In the tests, the dry tensile strength index reached its highest level with relatively low amounts of PAE adsorbed. With an adsorbed amount of about 5 mg / g, the strength levels out.

8 zeigt die relative Nassfestigkeit gegenüber der adsorbierten PAE-Menge. Die 7 und 8 zeigen, dass sich der Nasszugfestigkeitsindex und die relative Nassfestigkeit nivellieren, aber es scheint, dass das höchste Niveau nicht voll erreicht wird. Wie zuvor erwähnt, nivelliert sich der Trockenzugfestigkeitsindex bei einer adsorbierten PAE-Menge von 5 mg/g. Der Nasszugfestigkeitsindex nivelliert sich jedoch bei höheren Niveaus der adsorbierten PAE-Menge. Man erreicht eine maximale relative Nassfestigkeit von 40%. Die absoluten Werte sind jedoch ebenfalls sehr interessant. Man erreicht einen Nasszugfestigkeitsindex von nahezu 30 Nm/g bei Verwendung der Mehrschichttechnik. Normalerweise liegt bei Laborblättern mit 65 g/m² das Ende bei etwa 10 Nm/g. 8th shows the relative wet strength compared to the amount of PAE adsorbed. The 7 and 8th show that the wet tensile strength index and relative wet strength level out, but it seems that the highest level is not fully reached. As previously mentioned, the dry tensile strength index levels out with an adsorbed amount of PAE of 5 mg / g. However, the wet tensile index levels out at higher levels of the amount of PAE adsorbed. A maximum relative wet strength of 40% is achieved. However, the absolute values are also very interesting. A wet tensile strength index of almost 30 Nm / g is achieved when using multi-layer technology. In laboratory sheets with 65 g / m ^2, the end is usually around 10 Nm / g.

Wenn man die 6 bis 8 untersucht, erhält man den Eindruck, dass drei Schichten genügen, um die maximale Festigkeit mit dem eingesetzten Konzept zu erreichen. Mit drei Schichten war es möglich, die höchsten Festigkeitsniveaus nahezu zu erreichen. Dies mag jedoch bei anderen Arten von Additiven und/oder anderen Arten von Partikeln als Cellulosefasern unterschiedlich sein.If you have the 6 to 8th examined, one gets the impression that three layers are sufficient to achieve maximum strength with the concept used. With three layers it was possible to almost achieve the highest strength levels. However, this may be different for other types of additives and / or other types of particles than cellulose fibers.

Bei den Versuchen, die G-PAM anstelle von oder zusammen mit PAE einsetzten, erhielt man grundsätzlich den gleichen Effekt wie für PAE. Der Nasszugfestigkeitsindex war geringfügig geringer bei der Verwendung von G-PAM im Vergleich zu PAE, wobei man in manchen Fällen eine höhere Trockenfestigkeit erhielt. Die Reihenfolge der Zugabe, wenn man sowohl PAE als auch G-PAM verwendet, schien das Resultat zu beeinflussen, z. B. war die Adsorption des Festigkeitsadditivs größer, wenn man mit PAE begann, und nicht mit G-PAM.at attempts to use G-PAM instead of or with PAE, you basically got the same effect as for PAE. The wet tensile index was slightly lower when used of G-PAM compared to PAE, whereby in some cases one higher Got dry strength. The order of addition if one using both PAE and G-PAM seemed to affect the result z. B. the adsorption of the strength additive was greater when you started with PAE and not with G-PAM.

Die Versuche zeigen, dass die Ladungsmessungen unter Verwendung von PCD- und Z-Potentialinstrumenten eine gute Kontrolle der Polymerzugabe liefern. Die Multischichttechnik ergibt eine erhöhte Menge an Additiven, die auf den Fasern adsorbiert werden, was dabei hilft, z. B. eine erhöhte Festigkeit bis zu einem gewissen Niveau zu erzielen.The Experiments show that the charge measurements using PCD and Z potential instruments provide good control of polymer addition deliver. The multi-layer technique results in an increased amount of additives that adsorbed on the fibers, which helps, for. B. increased strength to achieve a certain level.

Bei einem kontinuierlichen Verfahren mit vollem Maßstab, beispielsweise einem Papierherstellungsverfahren, wird die zuzugebende Polymermenge vorzugsweise über Z-Potential- und PCD-Messungen nach jeder Zugabe des Polymers in jedem Schritt während der Startphase des Verfahrens kontrolliert und bestimmt. Diese Mengen verwendet man dann im Verfahren. Beim laufenden Verfahren werden die Z-Potential- und PCD-Messungen vorzugsweise nur nach dem Stoffauflauf durchgeführt. Die Zugabe des ersten Polymers wird z. B. im Pulper (Zerfaserer) durchgeführt und anderen Polymere dann in unterschiedlichen Schritten in der Nasspartie der Papiermaschine zugegeben.In the case of a continuous, full-scale process, for example a paper production process, the amount of polymer to be added is preferably determined using Z-potential and PCD measurements each addition of the polymer in each step is controlled and determined during the start phase of the process. These quantities are then used in the process. In the current process, the Z-potential and PCD measurements are preferably carried out only after the headbox. The addition of the first polymer is e.g. B. performed in the pulper (fiberizer) and then added to other polymers in different steps in the wet end of the paper machine.

In den zuvor angegebenen Beispielen wurde nur die Zugabe von Festigkeitsadditiven zu Cellulosefasern für die Papierherstellung beschrieben. Man sollte jedoch verstehen, dass die Erfindung auf die aufeinanderfolgende Adsorption von dünnen Schichten beliebiger Arten von alternierenden kationischen und anionischen Polymeren auf der Oberfläche von Fasern oder anderen Arten von Partikeln oder Partikelgruppen angewendet werden kann, um dünne Multischichten der wechselwirkenden Polymere auf der Teilchenoberfläche aufzubauen.In the examples given above were only the addition of strength additives to cellulose fibers for described the paper production. However, one should understand that the invention relates to the successive adsorption of thin layers any kind of alternating cationic and anionic Polymers on the surface of fibers or other types of particles or particle groups can be applied to thin Build multilayers of interacting polymers on the particle surface.

Wenn man die Polymere in aufeinanderfolgenden Schritten zugibt und diese mehrere Schichten auf der Partikeloberfläche erzeugen lässt, ist es möglich, höhere Mengen des Polymers auf der Partikeloberfläche zu adsorbieren als bei der Zugabe in einem Schritt unter Bildung nur einer Schicht. Hinsichtlich Nassfestmitteln, wie PAE und G-PAM, ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die Herstellung von Papier- und Vliesprodukten, die mindestens 1,5, vorzugsweise mindestens 1,7, stärker bevorzugt mindestens 2,0, noch stärker bevorzugt mindestens 2,2 und am stärksten bevorzugt mindestens 2,5 Gew.-% oder mehr eines Nassfestmittels enthalten. Diese Werte beziehen sich auf die Menge des an den Fasern haftendem Nassfestmittel und werden gemäß dem Gesamtstickstoffverfahren gemessen, dass zuvor offenbart wurde. In manchen der Laborversuche haftete bis zu 3,8 Gew.-% Nassfestmittel an den Fasern (7 und 8).If the polymers are added in successive steps and these are made to produce multiple layers on the particle surface, it is possible to adsorb higher amounts of the polymer on the particle surface than when adding in one step to form only one layer. With regard to wet strength agents such as PAE and G-PAM, the method according to the invention enables the production of paper and nonwoven products which have at least 1.5, preferably at least 1.7, more preferably at least 2.0, even more preferably at least 2.2 and am most preferably contain at least 2.5% by weight or more of a wet strength agent. These values relate to the amount of wet strength agent adhered to the fibers and are measured according to the total nitrogen method previously disclosed. In some of the laboratory tests, up to 3.8% by weight of wet strength agent adhered to the fibers ( 7 and 8th ).

Dies bedeutet auch, dass das erfindungsgemäße Verfahren die Herstellung von Tissue-Papier auf der Basis von Cellulosefasern ohne Beimischung anderer Faserarten, wie synthetischer verstärkender Fasern ermöglicht, wobei dieses Tissue-Papier einen Nasszugfestigkeitsindex von mindestens 6,5 vorzugsweise mindestens 7,0 und stärker bevorzugt mindestens 7,5 Nm/g aufweist. Der Ausdruck "Tissue-Papier" beinhaltet in dieser Hinsicht keine Materialien, die einer Wasserverwicklung (hydroentangling) unterzogen wurden. Diese Werte beziehen sich auf fertige Tissue-Produkte, die auf einer Tissue-Maschine im vollen Maßstab hergestellt wurden. 7 zeigt im Labor hergestellte Produkte, in denen man normalerweise höhere Festigkeitswerte erzielt. In fertigen Tissue-Produkten, die man auf Tissue-Maschinen mit dem vollen Maßstab herstellt und mit nachfolgenden Behandlungen wie Kreppen, Verarbeitung (converting) etc., verringern sich die Festigkeitswerte.This also means that the method according to the invention enables the production of tissue paper based on cellulose fibers without the addition of other types of fibers, such as synthetic reinforcing fibers, this tissue paper preferably having a wet tensile strength index of at least 6.5, preferably at least 7.0 and more has at least 7.5 Nm / g. In this regard, the term "tissue paper" does not include materials that have undergone water entanglement (hydroentangling). These values refer to finished tissue products that were produced on a tissue machine on a full scale. 7 shows products manufactured in the laboratory in which one normally achieves higher strength values. In finished tissue products that are produced on tissue machines on the full scale and with subsequent treatments such as creping, processing (converting) etc., the strength values decrease.

Dies zeigen die in der folgenden Tabelle 3 präsentierten Ergebnisse, welche die Resultate von Festigkeitsmessungen an zwei unterschiedlichen nassfesten Tissue-Papieren zeigen. Nr. 1 ist ein als Wischmaterial verwendetes Tissue-Papier, das von SCA Hygiene Products AB unter der Handelsmarke "M-Tork" verkauft wird und die folgende Halbstoffzusammensetzung aufweist: 33 Gew.-% Chemo-Thermo-Refiner-Holzstoff (CTMP) und 67 Gew.-% Weichholzkraftzellstoff (TCF). Es enthält etwa 0,7 Gew.-% PAE. Nr. 2 ist ein Papier, das aus der gleichen Art von Halbstoffen wie Nr. 1 hergestellt wird, wobei die Cellulosefasern gemäß der vorliegenden Erfindung in aufeinanderfolgenden Schritten mit zwei PAE-Schichten, einer G-PAM-Schicht und zwei CMC-Schichten behandelt wurden. An diesen Ergebnissen sieht man, dass das Tissue-Papier Nr. 2 verbesserte Festigkeitseigenschaften aufweist. Man sollte ferner anmerken, dass die getesteten Papiere eine Mischung aus CTMP und Weichholzkraftzellstoff enthielten. Bei Papieren, die höhere Mengen an Weichholzkraftzellstoff enthalten oder nur diesen, würde man noch höhere Festigkeitswerte erwarten.This show the results presented in Table 3 below, which the results of strength measurements on two different ones show wet-strength tissue papers. No. 1 is a used as a wiping material Tissue paper sold by SCA Hygiene Products AB under the "M-Tork" trademark and has the following pulp composition: 33% by weight chemo-thermal refiner wood pulp (CTMP) and 67 wt% softwood kraft pulp (TCF). It contains about 0.7% by weight of PAE. No. 2 is a paper made from the same type of Semi-fabrics like No. 1 is made using the cellulose fibers according to the present Invention in successive steps with two PAE layers, a G-PAM layer and two CMC layers. On From these results it can be seen that tissue paper No. 2 improved Has strength properties. It should also be noted that the papers tested are a blend of CTMP and softwood kraft pulp contained. The higher the paper Containing amounts of softwood kraft pulp, or just this, one would even higher Expect strength values.

Tabelle 3

Table 3

Tabelle 4 zeigt die Ergebnisse für Messungen zur Bestimmung der Menge an Nassfestmittel in der Form von PAE in einigen käuflich erhältlichen Tissue-Produkten und in einem gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Tissue-Papier. Probe A ist ein erfindungsgemäß hergestelltes Tissue-Papier, welches dem als Nr. 2 in Tabelle 3 getesteten entspricht. Probe B ist ein von Fort James hergestelltes Tissue-Papier, das unter der Handelsbezeichnung "Lotus Profes" verkauft wird. Probe C ist ein Tissue-Papier, das von Procter & Gamble hergestellt und unter der Handelsbezeichnung "Bounty" verkauft wird. Probe D ist ein Tissue-Papier, das von Metsä Särla hergestellt und unter der Handelsbezeichnung "Katrin Cleany" verkauft wird.table 4 shows the results for Measurements to determine the amount of wet strength agent in the mold available from PAE in some available Tissue products and in one according to the inventive method manufactured tissue paper. Sample A is one made according to the invention Tissue paper corresponding to that tested as No. 2 in Table 3. Sample B is a tissue paper manufactured by Fort James that under the trade name "Lotus Profes "sold becomes. Sample C is a tissue paper manufactured by Procter & Gamble and is sold under the trade name "Bounty". Sample D is a tissue paper that manufactured by Metsä Särla and is sold under the trade name "Katrin Cleany".

Die PAE-Menge in den verschiedenen Tissue-Papieren wurde nach dem zuvor beschriebenen Ionenausschlusschromatographie-Verfahren gemessen und ergibt die an den Fasern adsorbierte PAE-Menge. Man sollte anmerken, dass normalerweise die zur Papiermasse (furnish) gegebene Menge an PAE oder eines anderen Nassfestmittels als % der Nassfestmittellösung angegeben wird, die pro Gewicht der Fasern zugegeben werden. Nassfestmittel werden als Lösungen verkauft, die zwischen etwa 6 und 25% des aktiven Bestandteils enthalten. Wenn wir über die Menge an Nassfestmittel sprechen, beziehen wir uns auf die Menge des an den Fasern haftenden aktiven Bestandteils.The The amount of PAE in the various tissue papers was increased after that described ion exclusion chromatography method and gives the amount of PAE adsorbed on the fibers. You should note that normally the amount of PAE or other added to the paper pulp (furnish) Wet strength agent is specified as% of the wet strength agent solution, per Weight of fibers can be added. Wet strength agents are sold as solutions which contain between about 6 and 25% of the active ingredient. If we over talking about the amount of wet strength agent, we refer to the amount of the active ingredient adhering to the fibers.

Tabelle 4

Table 4

Wie man an diesen Ergebnissen sieht, enthielt das erfindungsgemäß produzierte Papier A erheblich höhere PAE-Mengen als die getesteten käuflichen nassfesten Tissue-Produkte.As can be seen from these results, paper A produced according to the invention contained considerable amounts higher PAE levels than the tested commercially available wet strength tissue products.

Claims

Process for producing a particle or group of particles to be used in paper and / or nonwoven manufacture and a coating of at least two, preferably at least three, thin layers of alternating cationic and anionic lying outside of one another Polymer (s), in which the particle or group of particles is treated in successive steps with solutions of the alternating cationic and anionic polymers, characterized in that the amount of the respective polymer to be added in each step by charge measurements of the treatment solution or a liquid which containing the particles or group of particles and the polymer solution during and / or after treatment in each step to determine that substantially all of the polymer is adsorbed onto the particle surface.

Method according to claim 1, characterized in that the Z potential of the particles or of the particle groups during and / or measured after treatment in each step the amount of cationic / anionic polymer that adsorbs on the particle surface is to determine.

Method according to claim 1 or 2, characterized in that the particle is a fiber.

Method according to claim 3, characterized in that the fiber is a cellulosic fiber is.

Method according to claim 3, characterized in that the fiber is a synthetic or is regenerated fiber.

Method according to claim 1 or 2, characterized in that the particle is a filler particle, coating particle or another type of particle that is used in papermaking used.

Procedure according to a of the preceding claims, characterized in that at least one of said polymers is a strength additive used in papermaking, for example a dry strength and / or wet strength agent.

Procedure according to a of the preceding claims, characterized in that in a continuous process for the successive adsorption of thin layers of interacting polymers on the surface of particles or groups of particles the amount of each step polymer to be added is determined at the start of the process.

Paper or nonwoven product, characterized in that there are fibers, filler particles or other particles with at least three, outside of each other thin Layers of alternating cationic and anionic polymers contains and that it is at least 1.5, preferably at least 1.7, more preferred at least 2.0, even stronger preferably at least 2.2 and most preferably at least Contains 2.5% by weight of a wet strength agent.

Paper or nonwoven product according to claim 9, characterized in that that the wet strength agent is a cationic polyelectrolyte, such as polyaminoamide epichlorohydrin (PAE) and / or glyoxylated polyacrylamide (G-PAM).

Tissue paper based on cellulose pulp made of wood without adding other types of fibers, such as synthetic reinforcing Fibers, characterized in that there are fibers, filler particles or other particles with at least three outside of each other thin Layers of alternating cationic and anionic polymers contains and a wet tensile index of at least 6.5, preferably at least 7.0 and more preferably has at least 7.5 Nm / g.