EP1999314A1 - Verfahren zur herstellung von papier, pappe und karton mit hoher trockenfestigkeit - Google Patents

Verfahren zur herstellung von papier, pappe und karton mit hoher trockenfestigkeit

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EP1999314A1
EP1999314A1 EP07712497A EP07712497A EP1999314A1 EP 1999314 A1 EP1999314 A1 EP 1999314A1 EP 07712497 A EP07712497 A EP 07712497A EP 07712497 A EP07712497 A EP 07712497A EP 1999314 A1 EP1999314 A1 EP 1999314A1
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EP
European Patent Office
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polymer
acid
pulp
paper
units
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Martin Rübenacker
Norbert Schall
Ellen KRÜGER
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BASF SE
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    • D21H17/43—Carboxyl groups or derivatives thereof

Definitions

  • the invention relates to a process for the production of paper, paperboard and cardboard with high dry strength by separately adding a polymer containing vinylamine units and a polymeric anionic compound to a pulp, dewatering the pulp and drying the paper products.
  • a process for the production of paper with high dry strength is known in which the paper stock is first a water-soluble cationic polymer, eg. As polyethyleneimine, and then adding a water-soluble anionic polymer, eg. As a hydrolyzed polyacrylamide, added and dehydrated the pulp on the paper machine with sheet formation.
  • the anionic polymers contain up to 30 mol% of copolymerized acrylic acid.
  • a process for the production of paper with high dry strength in which one adds to the paper stock first a water-soluble cationic polymer and then a water-soluble anionic polymer sat.
  • Suitable anionic polymers are, for example, homopolymers or copolymers of ethylenically unsaturated C 3 -C 8 -carboxylic acids.
  • the copolymers contain at least 35% by weight of an ethylenically unsaturated C 3 -C 5 -carboxylic acid (for example acrylic acid) in copolymerized form.
  • the cationic polymers described in the examples are polyethyleneimine, polyvinylamine, polydiallyldimethylammonium chloride and epichlorohydrin-crosslinked condensation products of adipic acid and diethylenetriamine.
  • the use of partially hydrolyzed homo- and copolymers of N-vinylformamide has also been considered.
  • the hydrolysis The degree of segregation of the N-vinylformamide polymers is at least 30 mol% and is preferably from 50 to 100 mol%.
  • JP-A 1999-140787 relates to a process for the production of corrugated board, wherein to improve the strength properties of a paper product to the pulp 0.05 to 0.5 wt .-%, based on dry pulp, of a polyvinylamine obtained by hydrolysis of polyvinylformamide having a degree of hydrolysis of from 25 to 100%, is added in combination with an anionic polyacrylamide, the pulp is then dewatered and dried.
  • WO 03/052206 discloses a paper product with improved strength properties which can be obtained by applying to the surface of a paper product a polyvinylamine and a polymeric anionic compound which can form a polyelectrolyte complex with polyvinylamine, or a polymeric compound with Alde - Hydro functions such as aldehyde-containing polysaccharides applies. Not only does the paper improve its dry and wet strength, it also observes a sizing effect of the treating agents.
  • WO 04/061235 a process for the production of paper, in particular tissue, with particularly high wet and / or dry strengths is known, in which one adds to the paper material first a water-soluble cationic polymer, the at least 1, 5meq / g polymer of primary amino functionalities contains and has a molecular weight of at least 10,000 daltons. Particular emphasis is placed here partially and fully hydrolyzed homopolymers of N-vinylformamide. Subsequently, a water-soluble anionic polymer is added which contains anionic and / or aldehydic groups.
  • the advantage of this method is mainly the variability of the two-component systems described in terms of various paper properties, including wet and dry strength, exposed.
  • EP-A 438 744 is the use of copolymers of, for example, N-vinylformamide and acrylic acid, methacrylic acid and / or maleic acid having a K value of 8 to 50 (determined by H. Fikentscher in 1% aqueous solution at pH 7 and 25 ° C.) and the polymers obtainable therefrom by partial or complete removal of formyl groups from the copolymerized vinylformamide to form vinylamine units as coating inhibitors in water-carrying systems such as boilers or pipes.
  • copolymers obtained by copolymerizing N-vinylcarboxamides, monoethylenically unsaturated carboxylic acids and optionally other ethylenically unsaturated monomers and subsequent hydrolysis of the vinylcarboxylic acid units contained in the copolymers to the corresponding the amine or ammonium units are available, can be used in papermaking as an additive to the paper stock to increase the rate of dewatering and retention and the dry and wet strength of the paper, see. EP-B 672 212.
  • a process for the production of paper, paperboard and cardboard with high dry strength is known by separate addition of a polymer containing vinylamine units and a polymeric anionic compound to a pulp, dewatering of the pulp and drying of the paper products ,
  • the polymeric anionic compound used is at least one copolymer obtainable by copolymerizing
  • R 1 , R 2 H or C 1 to C 6 alkyl
  • lignosulfonic acid and lignosulfonates as dispersants in cement and gypsum mortars, as flotation agents, as an additive in feed pelting, as molding sand binders and as agglomerating agents in ore smelting, cf. Römpp, 9th edition, Georg Thieme Verlag Stuttgart, 1990, page 251 1.
  • the present invention has for its object to provide a further process for the production of paper with high dry strength and lowest possible wet strength available.
  • the dry strength in particular in packaging papers (for example, wave from waste paper, Fluting) should be further improved compared to the previously known methods.
  • the object is achieved according to the invention by a process for the production of paper, paperboard and cardboard with high dry strength by separately adding a polymer comprising vinylamine units and a polymeric anionic compound to a paper stock, draining the paper stock and drying the paper stock. when used as a polymeric anionic compound lignosulfonic acid and / or a lignosulfonate.
  • a polymer comprising vinylamine units is added to the paper stock as the polymeric cationic component.
  • These compounds are preferably used as the sole cationic component. However, they may optionally be replaced by other cationic polymers, such as cationic poly (meth) acrylamides, polydiallyldimethylammonium chlorides, condensates of dimethylamine and epichlorohydrin or polydialkyl (meth) acrylamides, up to a proportion of 50% by weight.
  • Suitable polymers containing vinylamine units are all polymers which are specified, for example, in WO 04/061235, page 12, line 28 to page 13, line 21 and in FIG. 1 cited in the prior art.
  • the molar mass M w of the polymers containing vinylamine units is, for example, 1000 to 5 million and is usually in the range from 5 000 to 500 000, preferably 40 000 D to 400 000 D.
  • Polymers containing vinylamine units are obtainable, for example, by polymerizing at least one monomer of the formula
  • R 1 , R 2 H or C 1 - to C 6 -alkyl
  • the indication of vinylamine units comprises the sum of vinylamine and amidine units in the polymer.
  • a polymer containing at least 1 mol% of N-vinylformamide homopolymer is used as the polymer containing vinylamine units.
  • Polyvinylamine and / or at least 50 mol% of hydrolyzed homopolymers of N-vinylformamide are preferably used in the inventive method as a cationic component.
  • amphoteric copolymers which contain vinylamine units and which have at least at least 10 mol% more cationic than anionic groups.
  • amphoteric polymers are obtainable, for example, by copolymerization
  • R 1 , R 2 H or C 1 to C 6 alkyl
  • This group of polymers which are amphoteric and which have a total of more cationic than anionic groups contains, for example, up to a maximum of 35 mol%, preferably up to a maximum of 10 mol% of at least one acid group-containing monomer of group (b) in copolymerized form.
  • lignosulfonic acid and / or a lignosulfonate into consideration. Further details of these products can be found, for example, in the abovementioned reference Römpp, 9th edition, G. Thieme Verlag Stuttgart, 1990, page 251 1 and in Ullmann 's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5th Completely Revised Edition, Volume A15, Pages 31 1 to 314.
  • Lignosulphonic acid is produced in cellulose production by sulfite digestion of wood, whereby lignin reacts with sulphurous acid. It is sulfonated here on the C3 side chains of the phenylpropane units.
  • lignin sulphonic acid or lignin sulphonates are formed, for example, the sodium, potassium, ammonium, magnesium or calcium salts of lignosulphonic acid.
  • Lignosulfonic acid and the salts of lignosulfonic acid mentioned are soluble in water.
  • the molecular weight of the lignosulfonic acid is, for example 10,000 to 200,000 g / mol.
  • Lignosulfonates are z. B. obtained from the sulfite waste liquors (black liquor) of cellulose production.
  • Lignosulfonic acid and / or lignin sulfonate are used, for example, in an amount of from 0.1 to 10% by weight, preferably from 0.2 to 5% by weight and in particular from 0.5 to 2% by weight, based on dry paper stock.
  • lignosulfonate for example, the water-soluble sodium, potassium, ammonium, calcium, magnesium salts or mixtures thereof are used.
  • the sodium, ammonium and calcium salts are used.
  • Vinylamine-containing polymer and lignosulfonic acid and / or Ligninsulfo- are used in the inventive method, for example in a weight ratio of 5: 1 to 1: 5, preferably in a weight ratio of 2: 1 to 1: 2.
  • lignin sulfonic acid and / or lignin sulfonate are used together with an anionic copolymer of an N-vinylcarboxamide.
  • the dosage of these two components can be done separately or as a mixture.
  • it is used as a polymeric anionic compound
  • R 1 , R 2 H or C 1 - to C 6 -alkyl
  • B at least one acid group-containing monoethylenically unsaturated monomer and / or their alkali metal, alkaline earth metal or ammonium salts and optionally
  • polymeric anionic compound (ii) is a copolymer obtainable by copolymerizing
  • the polymeric anionic compound (ii) contains, for example
  • These compounds may be modified so that they additionally contain at least one compound having at least two ethylenically unsaturated double bonds in copolymerized form in the molecule.
  • branched copolymers are obtained.
  • the proportions and reaction conditions are to be selected so that water-soluble polymers are still obtained.
  • polymerization regulators Use can be made of all known regulators, e.g. Thiols, sec. Alcohols, sulfites, phosphites, hypophosphites, thioacids, aldehydes, etc. (further details can be found, for example, in EP-A 438 744, page 5, lines 7-12).
  • the branched copolymers contain, for example
  • Examples of monomers of group (a) are N-vinylformamide, N-vinyl-N-methylformamide, N-vinylacetamide, N-vinyl-N-methylacetamide, N-vinyl-N-ethylacetamide, N-vinyl-N-methylpropionamide and N -Vinylpropionamid.
  • the monomers of group (a) can be used alone or in a mixture in the copolymerization with the monomers of the other groups.
  • Suitable monomers of group (b) are, in particular, monoethylenically unsaturated carboxylic acids having 3 to 8 carbon atoms and the water-soluble salts of these carboxylic acids.
  • This group of monomers includes, for example, acrylic acid, methacrylic acid, dimethacrylic acid, ethacrylic acid, maleic acid, fumaric acid, itaconic acid, mesaconic acid, citraconic acid, methylenemalonic acid, allylacetic acid, vinylacetic acid and crotonic acid.
  • monomers of group (b) are monomers containing sulfo groups, such as vinylsulfonic acid, acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid and styrenesulfonic acid and vinylphosphonic acid.
  • the monomers of this group can be used alone or in admixture with each other, in partially or completely neutralized form in the copolymerization.
  • neutralization for example, alkali metal or alkaline earth metal bases, ammonia, amines and / or alkanolamines are used.
  • the monomers of group (b) are preferably used in the copolymerization in partially neutralized form.
  • the copolymers may optionally contain monomers of group (c) in copolymerized form for modification, e.g. Esters of ethylenically unsaturated C3 to C8 carboxylic acids such as methyl acrylate, ethyl acrylate, n-butyl acrylate, isobutyl acrylate, isobutyl methacrylate, methyl methacrylate, ethyl methacrylate and vinyl esters e.g. Vinyl acetate or vinyl propionate, or other monomers such as N-vinylpyrrolidone, N-vinylimidazole, acrylamide and / or methacrylamide.
  • group (c) in copolymerized form for modification, e.g. Esters of ethylenically unsaturated C3 to C8 carboxylic acids such as methyl acrylate, ethyl acrylate, n-butyl acrylate, isobutyl acrylate, iso
  • a further modification of the copolymers is possible by using in the copolymerization monomers (d) which contain at least two double bonds in the molecule, for.
  • monomers (d) which contain at least two double bonds in the molecule
  • methylenebisacrylamide glycol diacrylate, Glykoldimethacrylat, Gylcerintriacrylat, triallylamine, pentaerythritol triallyl ether, at least two times with acrylic acid and / or methacrylic acid esterified polyalkylene glycols or polyols such as pentaerythritol, Sobit or glucose.
  • the amounts used are up to 2 mol%, z. B. 0.001 to 1 mol%.
  • copolymerization of the monomers takes place in a known manner in the presence of free-radical polymerization initiators and optionally in the presence of polymerization regulators, cf. EP-B 672 212, page 4, lines 13-37 or EP-A 438 744, page 2, line 26 to page 8, line 18.
  • Suitable polymeric anionic compounds (ii) are also amphoteric copolymers obtainable by copolymerizing
  • R 1 , R 2 H or C 1 - to C 6 -alkyl
  • amphoteric compounds having a total anionic charge include, for example
  • the hydrolysis of the anionic copolymers can be carried out in the presence of acids or bases or else enzymatically.
  • the vinylamine groups formed from the vinylcarboxamide units are present in salt form.
  • the hydrolysis of vinylcarboxylic acid amide copolymers is described in U.S. Pat
  • polymeric anionic compound (ii) is preferably used a copolymer which
  • the average molecular weights Mw of the anionic or amphoteric polymers (ii) are, for example, 30,000 D to 10 million D, preferably 100,000 D to 1 million D.
  • These polymers have, for example, K values (determined according to H. Fikentscher in 5% iger aqueous saline solution at pH 7, a polymer concentration of 0.5% by weight and a temperature of 25 ° C) in the range of 20 to 250, preferably 50 to 150.
  • the invention further provides the use of lignosulfonic acid and / or at least one lignosulfonate as additive to the paper stock in the production of paper, paperboard and cardboard in the presence of at least one vinylamine units containing cationic polymers to increase the dry strength.
  • lignosulfonic acid and / or lingosulfonate are first metered into the paper stock, then the polymer containing vinylamine units is added and the paper stock is subsequently dehydrated.
  • An embodiment of the process according to the invention is particularly preferred in which, after addition of lignin sulphonic acid and / or lignin sulphonate and at least one polymer containing vinylamine units to the paper stock, an anionic vinyl chloride is also added.
  • copolymer containing carboxylic acid amide units which is obtainable by copolymerizing
  • R 1 , R 2 H or C 1 to C 6 alkyl
  • Wood pulp includes, for example, groundwood, thermomechanical pulp (TMP), chemo-thermo-mechanical pulp (CTMP), pressure groundwood, semi-pulp, high yield pulp, and refiner mechanical pulp (RMP).
  • TMP thermomechanical pulp
  • CMP chemo-thermo-mechanical pulp
  • RMP refiner mechanical pulp
  • pulp for example, sulphate, sulphite and soda pulps come into consideration.
  • unbleached pulp also referred to as unbleached kraft pulp, or a waste paper pulp.
  • Suitable annual plants for the production of pulps are, for example, rice, wheat, sugar cane and kenaf.
  • waste paper is usually used, which is used either alone or in admixture with other fibers or it is based on fiber blends of a primary material and recycled coated Committee, z. Bleached pine sulfate in admixture with recycled coated broke.
  • the dewatering of the stock usually takes place on the wire of a paper machine.
  • the method according to the invention has particular significance for the production of paper and board from waste paper, because it significantly increases the strength properties of the recycled fibers.
  • the pH of the stock suspension is, for example, in the range of 4.5 to 8, most 6 to 7.5.
  • an acid such as sulfuric acid or aluminum sulphate.
  • the polymers comprising vinylamine units, ie the cationic component of the polymers to be metered into the paper stock, are added to the process according to the invention, for example to thick stock or preferably to a thin stock.
  • the point of addition is preferably in front of the screens, but may also be between a shearing stage and a screen or afterwards.
  • the anionic component is preferably dosed to the thin.
  • a vinylamine-containing polymer as the sole cationic component
  • an anionic polymer of vinylformamide it is also possible first to add the cationic component (vinylamine units-containing polymer as the sole cationic component) to the paper stock and to meter the anionic component simultaneously but separately from the cationic component to the paper stock.
  • the vinylamine units-containing polymer is used, for example, in an amount of 0.05 to 2.0 wt .-%, preferably 0.1 to 1 wt .-%, based on dry pulp.
  • the ratio of cationic component (polymer containing vinylamine units) to polymeric anionic component (ligninsulfonic acid and / or ligninsulfonate or combination of ligninsulfonic acid and / or ligninsulfonate with at least one anionic polymer of vinylformamide) is for example 5: 1 to 1: 5 and is preferably in the range of 2: 1 to 1: 2.
  • the process according to the invention gives paper products which, compared with the processes of the prior art, have a higher level of dry strength with simultaneously low wet strength.
  • these papers have a high CMT value compared with known paper products.
  • the parts given in the following examples are parts by weight, the percentages are based on the weight of the substances.
  • the K value of the polymers was determined according to H. Fikentscher, Cellulose-Chemie, Vol. 13, 58-64 and 71-74 (1932) at a temperature of 20 ° C. in 5% strength by weight aqueous sodium chloride solutions at a pH of 7 and a polymer concentration of 0.5%.
  • K k * 1000.
  • the lignosulfonate used was a commercially available 54.69% strength aqueous solution of the calcium salt of lignosulfonic acid.
  • PVAm 1 The cationic polymer used was a 50% hydrolysed homopolymer of N-vinylformamide in the form of a 13% strength aqueous solution. The polymer had a molecular weight M w of 400,000.
  • Anionic polymer 1 copolymer of 70% N-vinylformamide and 30% sodium methacrylate having a molecular weight M w of 400,000.

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Abstract

Verfahren zur Herstellung von Papier, Pappe und Karton mit hoher Trockenfestigkeit durch getrennte Zugabe eines Vinylamineinheiten enthaltenden Polymeren und von Ligninsulfonsäure und/oder ein Ligninsulfonat zu einem Papierstoff, Entwässern des Papierstoffs und Trocknen der Papierprodukte.

Description

Verfahren zur Herstellung von Papier, Pappe und Karton mit hoher Trockenfestigkeit
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Papier, Pappe und Karton mit hoher Trockenfestigkeit durch getrennte Zugabe eines Vinylamineinheiten enthaltenden Polymers und einer polymeren anionischen Verbindung zu einem Papierstoff, Entwässern des Papierstoffs und Trocknen der Papierprodukte.
Zur Herstellung von Papier mit hoher Trockenfestigkeit ist es bekannt, auf die Oberfläche von bereits getrocknetem Papier verdünnte wässrige Lösungen von gekochter Stärke oder von synthetischen Polymerisaten aufzutragen, die jeweils als Trockenver- festiger wirken. Die Mengen an Trockenverfestigungsmittel betragen in der Regel 0,1 bis 6 Gew.-%, bezogen auf trockenes Papier. Da die Trockenverfestiger einschließlich der Stärke in einer wässrigen verdünnten Lösung aufgetragen werden - im allgemeinen beträgt die Polymer- bzw. Stärkekonzentration der wässrigen Präparationslösung zwischen 1 % und 10 Gew.% - ist bei dem darauf folgenden Trocknungsprozess eine beträchtliche Menge an Wasser zu verdampfen. Der Trocknungsschritt ist daher sehr energieaufwendig. Die Kapazität der üblichen Trocknungseinrichtungen an Papierma- schinen ist aber in vielen Fällen nicht so groß, dass man bei der maximal möglichen Produktionsgeschwindigkeit der Maschine fahren könnte. Die Produktionsgeschwindigkeit der Papiermaschine muss vielmehr zurückgenommen werden, damit das Papier in ausreichendem Maße getrocknet wird.
Aus dem CA-Patent 1 1 10 019 ist ein Verfahren zur Herstellung von Papier mit hoher Trockenfestigkeit bekannt, bei dem man zum Papierstoff zunächst ein wasserlösliches kationisches Polymerisat, z. B. Polyethylenimin, zugibt und danach ein wasserlösliches anionisches Polymerisat, z. B. ein hydrolysiertes Polyacrylamid, zufügt und den Papierstoff auf der Papiermaschine unter Blattbildung entwässert. Die anionischen PoIy- merisate enthalten bis zu 30 mol% Acrylsäure einpolymerisiert.
Aus der DE-A 35 06 832 ist ein Verfahren zur Herstellung von Papier mit hoher Trockenfestigkeit bekannt, bei dem man zum Papierstoff zunächst ein wasserlösliches kationisches Polymerisat und anschließend ein wasserlösliches anionisches Polymeri- sat zugibt. Als anionische Polymerisate kommen beispielsweise Homo- oder Copoly- merisate von ethylenisch ungesättigten C3 - Cs-Carbonsäuren in Betracht. Die Copo- lymerisate enthalten mindestens 35 Gew.-% einer ethylenisch ungesättigten C3 - C5- Carbonsäure (z. B. Acrylsäure) einpolymerisiert. Als kationische Polymerisate werden in den Beispielen Polyethylenimin, Polyvinylamin, Polydiallyldimethylammoniumchlorid und mit Epichlorhydrin vernetzte Kondensationsprodukte aus Adipinsäure und Diethy- lentriamin beschrieben. Auch die Verwendung von partiell hydrolysierten Homo- und Copolymerisaten des N-Vinylformamids ist in Betracht gezogen worden. Der Hydroly- segrad der N-Vinylformamidpolymeren beträgt dabei mindestens 30 mol-% und beträgt vorzugsweise 50 bis 100 Mol-%.
Die JP-A 1999-140787 betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Wellpappe, wobei man zur Verbesserung der Festigkeitseigenschaften eines Papierprodukts zum Papierstoff 0,05 bis 0,5 Gew.-%, bezogen auf trockenen Papierstoff, eines Polyvinylamins, das durch Hydrolyse von Polyvinylformamid mit einem Hydrolysegrad von 25 bis 100% zugänglich ist, in Kombination mit einem anionischen Polyacrylamid zugibt, den Papierstoff dann entwässert und trocknet.
Aus der WO 03/052206 ist ein Papierprodukt mit verbesserten Festigkeitseigenschaften bekannt, das dadurch erhältlich ist, dass man auf die Oberfläche eines Papierprodukts ein Polyvinylamin und eine polymere anionische Verbindung, die mit Polyvinyla- min einen Polyelektrolytkomplex bilden kann, oder eine polymere Verbindung mit Alde- hydfunktionen wie Aldehydgruppen enthaltende Polysaccharide aufbringt. Man erhält nicht nur eine Verbesserung der Trocken- und Nassfestigkeit des Papiers, sondern beobachtet auch eine Leimungswirkung der Behandlungsmittel.
Aus WO 04/061235 ist ein Verfahren zur Herstellung von Papier, insbesondere Tissue, mit besonders hohen Nass- und/oder Trockenfestigkeiten bekannt, bei dem man zum Papierstoff zunächst ein wasserlösliches kationisches Polymerisat zugibt, das mindestens 1 ,5meq/g Polymer an primären Aminofunktionalitäten enthält und ein Molekulargewicht von wenigstens 10.000 Dalton aufweist. Besonders hervorgehoben werden hierbei partiell- und vollhydrolysierte Homopolymerisate des N-Vinylformamids. An- schließend wird ein wasserlösliches anionisches Polymerisat zugegeben, das anionische und/oder aldehydische Gruppen enthält. Als Vorteil dieses Verfahrens wird vor allem die Variabilität der beschriebenen Zweikomponentensysteme im Hinblick auf verschiedene Papiereigenschaften, darunter Nass- und Trockenfestigkeit, herausgestellt.
Aus EP-A 438 744 ist die Verwendung von Copolymerisaten aus beispielsweise N-Vinylformamid und Acrylsäure, Methacrylsäure und/oder Maleinsäure mit einem K- Wert von 8 bis 50 (bestimmt nach H. Fikentscher in 1 %-iger wässriger Lösung bei pH 7 und 25°C) sowie den daraus durch partielle oder vollständige Abspaltung von For- mylgruppen aus dem einpolymerisierten Vinylformamid unter Bildung von Vinylami- neinheiten erhältlichen Polymerisaten als Belagsverhinderer in wasserführenden Systemen wie Kesseln oder Rohren, bekannt.
Außerdem ist bekannt, dass man Copolymerisate, die durch Copolymerisieren von N- Vinylcarbonsäureamiden, monoethylenisch ungesättigten Carbonsäuren und gegebenenfalls anderen ethylenisch ungesättigten Monomeren und anschließende Hydrolyse der in den Copolymeren enthaltenden Vinylcarbonsäureeinheiten zu den entsprechen- den Amin- bzw. Ammoniumeinheiten erhältlich sind, bei der Papierherstellung als Zusatz zum Papierstoff zur Erhöhung der Entwässerungsgeschwindigkeit und der Retention sowie der Trocken- und Nassfestigkeit des Papiers einsetzen kann, vgl. EP-B 672 212.
Aus der älteren DE-Anmeldung 10 2004 056 551.1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Papier, Pappe und Karton mit hoher Trockenfestigkeit durch getrennte Zugabe eines Vinylamineinheiten enthaltenden Polymeren und einer polymeren anionischen Verbindung zu einem Papierstoff, Entwässern des Papierstoffs und Trocknen der Pa- pierprodukte bekannt. Hierbei wird als polymere anionische Verbindung mindestens ein Copolymerisat eingesetzt, das erhältlich ist durch Copolymerisieren von
(a) mindestens eines N-Vinylcarbonsäureamids der Formel
in der R1, R2 = H oder d- bis Cβ-Alkyl bedeuten,
(b) mindestens eines Säuregruppen enthaltenden monoethylenisch ungesättigten Monomeren und/oder deren Alkalimetall-, Erdalkalimetall- oder Ammoniumsalzen und gegebenenfalls
(c) anderen monoethylenisch ungesättigten Monomeren, und gegebenenfalls
(d) Verbindungen, die mindestens zwei ethylenisch ungesättigte Doppelbindungen im Molekül aufweisen.
Außerdem ist bekannt, Ligninsulfonsäure und Ligninsulfonate als Dispergiermittel in Zement- und Gipsmörteln, als Flotationsmittel, als Zusatz bei der Futtermittelpelettie- rung, als Formsandbindemittel und als Agglomerierungsmittel bei der Erzverhüttung einzusetzen, vgl. Römpp, 9. Auflage, Georg Thieme Verlag Stuttgart, 1990, Seite 251 1.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein weiteres Verfahren zur Herstellung von Papier mit hoher Trockenfestigkeit und möglichst niedriger Nassfestigkeit zur Verfügung zu stellen. Dabei soll gegenüber den bisher bekannten Verfahren die Trockenfestigkeit, insbesondere in Verpackungspapieren (z.B. Welle aus Altpapier, Fluting), weiter verbessert werden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einem Verfahren zur Herstellung von Papier, Pappe und Karton mit hoher Trockenfestigkeit durch getrennte Zugabe eines Vinylamineinheiten enthaltenden Polymeren und einer polymeren anionischen Verbin- düng zu einem Papierstoff, Entwässern des Papierstoffs und Trocknen der Papierpro- dukte, wenn man als polymere anionische Verbindung Ligninsulfonsäure und/oder ein Ligninsulfonat einsetzt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird dem Papierstoff als polymere kationische Komponente ein Vinylamineinheiten enthaltendes Polymer zugesetzt. Diese Verbindungen werden vorzugsweise als alleinige kationische Komponente eingesetzt. Man kann sie jedoch gegebenenfalls bis zu einem Anteil von 50 Gew.-% durch andere kationische Polymere wie kationische Poly(meth)acrylamide, Polydiallyldimethylammoni- umchloride, Kondensate aus Dimethylamin und Epichlorhydrin oder Polydial- kyl(meth)acrylamide ersetzen.
Als Vinylamineinheiten enthaltende Polymere eignen sich sämtliche Polymere, die beispielsweise in der zum Stand der Technik zitierten WO 04/061235, Seite 12, Zeile 28 bis Seite 13, Zeile 21 sowie in Figur 1 angegeben sind. Die Molmasse Mw der Vinyla- mineinheiten enthaltenden Polymeren beträgt beispielsweise 1000 bis 5 Millionen und liegt meistens in dem Bereich von 5 000 bis 500 000, vorzugsweise 40 000 D bis 400 000 D.
Vinylamineinheiten enthaltende Polymere sind beispielsweise erhältlich durch Polyme- risieren mindestens eines Monomeren der Formel
in der R1, R2 = H oder d- bis C6-Alkyl bedeuten,
und anschließende teilweise oder vollständige Abspaltung der Gruppen -CO-R1 aus den in das Polymerisat einpolymerisierten Einheiten der Monomeren I unter Bildung von Aminogruppen. Bei der Herstellung dieser Polymeren können sich bekanntlich in einer sekundären Reaktion aus Vinylamineinheiten und benachbarten Vinylfor- mamideinheiten Amidineinheiten bilden. Für die hier beschriebenen kationischen Polymeren umfasst die Angabe von Vinylamineinheiten die Summe aus Vinylamin- und Amidineinheiten im Polymeren. Als Vinylamineinheiten enthaltendes Polymer setzt man beispielsweise ein zu mindestens 1 Mol-% hydrolysiertes Homopolymerisat von N-Vinylformamid ein. Polyvinylamin und/oder zu mindestens 50 Mol-% hydrolysierte Homopolymerisate des N-Vinylformamids werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt als kationische Komponente verwendet.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann man als kationische Komponente auch amphotere Copolymerisate einsetzen, die Vinylamineinheiten enthalten und die min- destens 10 Mol-% mehr kationische als anionische Gruppen aufweisen. Solche amphoteren Polymerisate sind beispielsweise erhältlich durch Copolymerisation
(a) mindestens eines N-Vinylcarbonsäureamids der Formel
in der R1, R2 = H oder d- bis Cβ-Alkyl bedeuten,
(b) mindestens eines Säuregruppen enthaltenden monoethylenisch ungesättigten Monomeren und/oder deren Alkalimetall-, Erdalkalimetall- oder Ammoniumsalzen und gegebenenfalls
(c) anderen monoethylenisch ungesättigten Monomeren, und gegebenenfalls
(d) Verbindungen, die mindestens zwei ethylenisch ungesättigte Doppelbindungen im Molekül aufweisen
und anschließende teilweise oder vollständige Abspaltung der Gruppen -CO-R1 aus den in das Polymerisat einpolymerisierten Einheiten der Monomeren I unter Bildung von Aminogruppen, wobei der Anteil der Aminogruppen im Copolymerisat um mindes- tens 10 Mol-% größer ist als der Anteil der Einheiten an Säuregruppen enthaltenden monoethylenisch ungesättigten Monomeren.
Diese Gruppe von Polymeren, die amphoter sind und die insgesamt mehr kationische als anionische Gruppen aufweisen, enthält beispielsweise bis maximal 35 Mol-%, vor- zugsweise bis maximal 10 Mol-% mindestens eines Säuregruppen enthaltenden Monomers der Gruppe (b) einpolymerisiert.
Als polymere anionische Verbindung kommt erfindungsgemäß Ligninsulfonsäure und/oder ein Ligninsulfonat in Betracht. Nähere Angaben zu diesen Produkten findet man beispielsweise in der obengenannten Literaturstelle Römpp, 9. Auflage, G. Thie- me Verlag Stuttgart, 1990, Seite 251 1 und in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5. Completely Revised Edition, Volume A15, Seiten 31 1 bis 314. Ligninsulfonsäure entsteht bei der Celluloseherstellung durch Sulfitaufschluß von Holz, wobei Lignin mit schwefliger Säure reagiert. Es wird hierbei an den C3-Seitenketten der Phe- nylpropaneinheiten sulfoniert. In Abhängigkeit von den beim Aufschluß des Holzes eingesetzten Chemikalien entstehen dabei Ligninsulfonsäure oder Lingninsulfonate beispielsweise die Natrium-, Kalium-, Ammonium-, Magnesium- oder Calciumsalze der Ligninsulfonsäure. Ligninsulfonsäure sowie die genannten Salze der Ligninsulfonsäure sind in Wasser löslich. Die Molmasse der Ligninsulfonsäure beträgt beispielsweise 10 000 bis 200 000 g/mol. Ligninsulfonate werden z. B. aus den Sulfitablaugen (Schwarzlauge) der Celluloseherstellung gewonnen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dosiert man z. B. zu einem Papierstoff nach- einander Ligninsulfonsäure und/oder mindestens ein Ligninsulfonat und danach mindestens ein Vinylamineinheiten enthaltendes Polymer. Man kann jedoch auch zunächst ein Vinylamineinheiten enthaltendes Polymer und anschließend Ligninsulfonsäure und/oder ein Ligninsulfonat zu einem Papierstoff geben und ihn dann unter Blattbildung entwässern. Wesentlich ist lediglich, dass man kationisches Polymer und die anioni- sehe Komponente getrennt voneinander dosiert. Ligninsulfonsäure und/oder Ligninsulfonat werden beispielsweise in einer Menge von 0,1 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise 0,2 bis 5 Gew.-% und insbesondere 0,5 bis 2 Gew.-%, bezogen auf trockenen Papierstoff, eingesetzt.
Als Ligninsulfonat werden beispielsweise die wasserlöslichen Natrium-, Kalium-, Ammonium-, Calcium-, Magnesiumsalze oder deren Mischungen eingesetzt. Vorzugsweise verwendet man die Natrium-, Ammonium- und Calciumsalze.
Vinylamineinheiten enthaltendes Polymer und Ligninsulfonsäure und/oder Ligninsulfo- nat werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren beispielsweise im Gewichtsverhältnis 5 : 1 bis 1 : 5, vorzugsweise im Gewichtsverhältnis 2 : 1 bis 1 : 2 eingesetzt.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens setzt man Ligninsulfonsäure und/oder Ligninsulfonat zusammen mit einem anionischen Copoly- merisat eines N-Vinylcarbonsäureamids ein. Die Dosierung dieser beiden Komponenten kann dabei getrennt oder auch als Mischung erfolgen. Vorzugsweise dosiert man jedoch zunächst Ligninsulfonat und anschließend das anionionische Polymer, man kann die Dosierreihenfolge dieser Verbindungen jedoch auch umkehren. So verwendet man erfindungsgemäß beispielsweise als polymere anionische Verbindung
(i) Ligninsulfonsäure und/oder ein Ligninsulfonat und
(ii) mindestens ein Copolymerisat, das erhältlich ist durch Copolymerisation von
(a) mindestens eines N-Vinylcarbonsäureamids der Formel
in der R1, R2 = H oder d- bis C6-Alkyl bedeuten, (b) mindestens eines Säuregruppen enthaltenden monoethylenisch ungesättigten Monomeren und/oder deren Alkalimetall-, Erdalkalimetall- oder Ammoniumsalzen und gegebenenfalls
(c) anderen monoethylenisch ungesättigten Monomeren, und gegebenenfalls (d) Verbindungen, die mindestens zwei ethylenisch ungesättigte Doppelbindungen im Molekül aufweisen.
Vorzugsweise setzt man als polymere anionische Verbindung (ii) ein Copolymerisat ein, das erhältlich ist durch Copolymerisieren von
(a) N-Vinylformamid,
(b) Acrylsäure, Methacrylsäure und/oder deren Alkali- oder Ammoniumsalzen und gegebenenfalls
(c) anderen monoethylenisch ungesättigten Monomeren.
Die polymere anionische Verbindung (ii) enthält beispielsweise
(a) 10 bis 95 Mol-% Einheiten der Formel I
(b) 5 bis 90 Mol-% Einheiten einer monoethylenisch ungesättigten Carbonsäure mit 3 bis 8 C-Atomen im Molekül und/oder deren Alkalimetall-, Erdalkalimetall- oder
Ammoniumsalze und
(c) 0 bis 30 Mol-% Einheiten mindestens eines anderen monoethylenisch ungesättigten Monomeren.
Diese Verbindungen können dahingehend modifiziert sein, dass sie zusätzlich noch mindestens eine Verbindung mit mindestens zwei ethylenisch ungesätigten Doppelbindungen im Molekül einpolymerisiert enthalten. Wenn man die Monomeren (a) und (b) oder (a), (b) und (c) in Gegenwart einer solchen Verbindung copolymerisiert, erhält man verzweigte Copolymerisate. Dabei sind die Mengenverhältnisse und Reaktions- bedingungen so zu wählen, dass noch wasserlösliche Polymere erhalten werden. Unter Umständen kann es dazu notwendig sein, Polymerisationsregler einzusetzen. Verwendung finden können alle bekannten Regler wie z.B. Thiole, sec. Alkohole, Sulfite, Phosphite, Hypophosphite, Thiosäuren, Aldehyde usw. (nähere Angaben findet man z.B. in EP-A 438 744, Seite 5, Zeilen 7-12). Die verzweigten Copolymerisate enthalten beispielsweise
(a) 10 bis 95 Mol-% Einheiten der Formel I
(b) 5 bis 90 Mol-% Einheiten eines Säuregruppen enthaltenden monoethylenisch ungesättigten Monomeren und/oder deren Alkalimetall-, Erdalkalimetall- oder Ammoniumsalzen,
(c) 0 bis 30 Mol-% Einheiten mindestens eines anderen monoethylenisch ungesättigten Monomeren und (d) 0 bis 2 Mol-%, vorzugsweise 0,001 bis 1 Mol-% mindestens einer Verbindung mit mindestens zwei ethylenisch ungesättigten Doppelbindungen
einpolymerisiert.
Beispiele für Monomere der Gruppe (a) sind N-Vinylformamid, N-Vinyl-N- methylformamid, N-Vinylacetamid, N-Vinyl-N-methylacetamid, N-Vinyl-N- ethylacetamid, N-Vinyl-N-methylpropionamid und N-Vinylpropionamid. Die Monomeren der Gruppe (a) können allein oder in Mischung bei der Copolymerisation mit den Mo- nomeren der anderen Gruppen eingesetzt werden.
Als Monomere der Gruppe (b) kommen insbesondere monoethylenisch ungesättigte Carbonsäuren mit 3 bis 8 C-Atomen sowie die wasserlöslichen Salze dieser Carbonsäuren in Betracht. Zu dieser Gruppe von Monomeren gehören beispielsweise Acryl- säure, Methacrylsäure, Dimethacrylsäure, Ethacrylsäure, Maleinsäure, Fumarsäure, Itaconsäure, Mesaconsäure, Citraconsäure, Methylenmalonsäure, Allylessigsäure, Vinylessigsäure und Crotonsäure. Als Monomere der Gruppe (b) eignen sich außerdem Sulfogruppen enthaltende Monomere wie Vinylsulfonsäure, Acrylamido-2-methyl- propansulfonsäure und Styrolsulfonsäure sowie Vinylphosphonsäure. Die Monomeren dieser Gruppe können allein oder in Mischung miteinander, in teilweise oder in vollständig neutralisierter Form bei der Copolymerisation eingesetzt werden. Zur Neutralisation verwendet man beispielsweise Alkalimetall- oder Erdalkalimetallbasen, Ammoniak, Amine und/oder Alkanolamine. Beispiele hierfür sind Natronlauge, Kalilauge, Soda, Pottasche, Natriumhydrogencarbonat, Magnesiumoxid, Calciumhydroxid, Calcium- oxid, Triethanolamin, Ethanolamin, Morpholin, Diethylentriamin oder Tetraethylenpen- tamin. Die Monomeren der Gruppe (b) werden bei der Copolymerisation vorzugsweise in teilweise neutralisierter Form eingesetzt.
Die Copolymerisate können zur Modifizierung gegebenenfalls Monomere der Gruppe (c) in einpolymerisierter Form enthalten z.B. Ester von ethylensich ungesättigten C3- bis Cδ-Carbonsäuren wie Methylacrylat, Ethylacrylat, n-Butylacrylat, Isobutylacrylat, Isobutylmethacrylat, Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat sowie Vinylester z.B. Vinyl- acetat oder Vinylpropionat, oder andere Monomere wie N-Vinylpyrrolidon, N- Vinylimidazol, Acrylamid und/oder Methacrylamid.
Eine weitere Modifizierung der Copolymerisate ist dadurch möglich, dass man bei der Copolymerisation Monomere (d) einsetzt, die mindestens zwei Doppelbindungen im Molekül enthalten, z. B. Methylenbisacrylamid, Glykoldiacrylat, Glykoldimethacrylat, Gylcerintriacrylat, Triallylamin, Pentaerythrittriallylether, mindestens zweifach mit Acryl- säure und/oder Methacrylsäure veresterte Polyalkylenglykole oder Polyole wie Pentae- rythrit, Sobit oder Glukose. Falls mindestens ein Monomer der Gruppe (d) bei der Copolymerisation eingesetzt wird, so betragen die angewendeten Mengen bis zu 2 Mol-%, z. B. 0,001 bis 1 Mol-%.
Die Copolymerisation der Monomeren erfolgt in bekannter Weise in Gegenwart von radikalischen Polymerisationsinitiatoren und gegebenenfalls in Gegenwart von Polyme- risationsreglern, vgl. EP-B 672 212, Seite 4, Zeilen 13 - 37 oder EP-A 438 744, Seite 2, Zeile 26 bis Seite 8,ZeNe 18.
Als polymere anionische Verbindung (ii) kommen auch amphotere Copolymerisate in Betracht, die erhältlich sind durch Copolymerisieren von
(a) mindestens einem N-Vinylcarbonsäureamid der Formel
in der R1, R2 = H oder d- bis C6-Alkyl bedeuten,
(b) mindestens einer monoethylenisch ungesättigten Carbonsäure mit 3 bis 8 C- Atomen im Molekül und/oder deren Alkalimetall-, Erdalkalimetall- oder Ammoniumsalzen und gegebenenfalls (c) anderen monoethylenisch ungesättigten Monomeren, und gegebenenfalls
(d) Verbindungen, die mindestens zwei ethylenisch ungesättigte Doppelbindungen im Molekül aufweisen,
und anschließende teilweise Abspaltung von Gruppen -CO-R1 aus den in das Copoly- merisat einpolymerisierten Monomeren der Formel I unter Bildung von Aminogruppen, wobei der Gehalt an Aminogruppen im Copolymerisat mindestens 5 Mol-% unter dem Gehalt an einpolymerisierten Säuregruppen der Monomere (b) beträgt. Bei der Hydrolyse von N-Vinylcarbonsäureamidpolymeren entstehen in einer sekundären Reaktion Amidineinheiten, indem Vinylamineinheiten mit einer benachbarten Vinylformamidein- heit reagieren. Im Folgenden bedeutet die Angabe von Vinylamineinheiten in den amphoteren Copolymerisaten immer die Summe aus Vinylamin- und Amidineinheiten.
Die so erhältlichen amphoteren Verbindungen mit einer anionischen Gesamtladung enthalten beispielsweise
(a) 10 bis 95 Mol-% Einheiten der Formel I
(b) 5 bis 90 Mol-% Einheiten eines Säuregruppen enthaltenden monoethylenisch ungesättigten Monomeren und/oder deren Alkalimetall-, Erdalkalimetall- oder Ammoniumsalzen, (c) 0 bis 30 Mol-% Einheiten mindestens eines anderen monoethylenisch ungesättigten Monomeren, (d) 0 bis 2 Mol-% mindestens einer Verbindung, die mindestens zwei ethylenisch ungesättigte Doppelbindungen in Molekül aufweist, und
(e) 0 bis 42 Mol-% Vinylamineinheiten einpolymerisiert, wobei der Gehalt an Ami- nogruppen im Copolymerisat mindestens 5 Mol-% unter dem Gehalt an einpolymerisierten Säuregruppen enthaltenden Monomeren (b) beträgt.
Die Hydrolyse der anionischen Copolymerisate kann in Gegenwart von Säuren oder Basen oder auch enzymatisch durchgeführt werden. Bei der Hydrolyse mit Säuren liegen die aus den Vinylcarbonsäureamideinheiten entstehenden Vinylamingruppen in Salzform vor. Die Hydrolyse von Vinylcarbonsäureamidcopolymerisaten ist in der
EP-A 438 744, Seite 8, Zeile 20 bis Seite 10, Zeile 3, ausführlich beschrieben. Die dort gemachten Ausführungen gelten entsprechend für die Herstellung der erfindungsgemäß einzusetzenden amphoteren Polymeren.
Als polymere anionische Verbindung (ii) setzt man vorzugsweise ein Copolymerisat ein, das
(a) 50 bis 90 Mol-% N-Vinylformamid,
(b) 10 bis 50 Mol-% Acrylsäure, Methacrylsäure und/oder deren Alkali- oder Am moniumsalze und gegebenenfalls
(c) 0 bis 30 Mol-% mindestens eines anderen monoethylenisch ungesättigten Monomeren einpolymerisiert enthält.
Die mittleren Molmassen Mw der anionischen bzw. amphoteren Polymeren (ii) betra- gen beispielsweise 30 000 D bis 10 Millionen D, vorzugsweise 100 000 D bis 1 Million D. Diese Polymeren haben beispielsweise K-Werte (bestimmt nach H. Fikentscher in 5%iger wässriger Kochsalzlösung bei pH 7, einer Polymerkonzentration von 0,5 Gew.- % und einer Temperatur von 25°C) in dem Bereich von 20 bis 250, vorzugsweise 50 bis 150.
Gegenstand der Erfindung ist außerdem die Verwendung von Ligninsulfonsäure und/oder mindestens eines Ligninsulfonats als Zusatz zum Papierstoff bei der Herstellung von Papier, Pappe und Karton in Gegenwart mindestens eines Vinylamineinheiten enthaltenden kationischen Polymeren zur Erhöhung der Trockenfestigkeit.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dosiert man zunächst Ligninsulfonsäure und/oder Linginsulfonat zum Papierstoff, fügt dann das Vinylamineinheiten enthaltende Polymer zu und entwässert anschließend den Papierstoff. Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei man nach Zusatz von Ligninsulfonsäure und/oder Ligninsulfonat und mindestens eines Vinylamineinheiten enthaltenden Polymeren zum Papierstoff noch ein anionisches Vinyl- carbonsäureamideinheiten enthaltendes Copolymerisat zusetzt, das erhältlich ist durch Copolymerisieren von
(a) mindestens eines N-Vinylcarbonsäureamids der Formel
in der R1, R2 = H oder d- bis Cβ-Alkyl bedeuten,
(b) mindestens eines Säuregruppen enthaltenden monoethylenisch ungesättigten Monomeren und/oder deren Alkalimetall-, Erdalkalimetall- oder Ammoniumsalzen und gegebenenfalls
(c) anderen monoethylenisch ungesättigten Monomeren, und gegebenenfalls
(d) Verbindungen, die mindestens zwei ethylenisch ungesättigte Doppelbindungen im Molekül aufweisen.
Danach wird der Papierstoff entwässert.
Als Faserstoffe zur Herstellung der Pulpen kommen sämtliche dafür gebräuchlichen Qualitäten in Betracht, z. B. Holzstoff, gebleichter und ungebleichter Zellstoff sowie Papierstoffe aus allen Einjahrespflanzen. Zu Holzstoff gehören beispielsweise Holzschliff, thermomechanischer Stoff (TMP), chemo-thermomechanischer Stoff (CTMP), Druckschliff, Halbzellstoff, Hochausbeute-Zellstoff und Refiner Mechanical PuIp (RMP). Als Zellstoff kommen beispielsweise Sulfat-, Sulfit- und Natronzellstoffe in Betracht. Vorzugsweise verwendet man ungebleichten Zellstoff, der auch als ungebleichter Kraftzellstoff bezeichnet wird oder einen Papierstoff aus Altpapier. Geeignete Einjahrespflanzen zur Herstellung von Papierstoffen sind beispielsweise Reis, Weizen, Zuckerrohr und Kenaf. Zur Herstellung der Pulpen wird meistens Altpapier verwendet, das entweder allein oder in Mischung mit anderen Faserstoffen eingesetzt wird oder man geht von Fasermischungen aus einem Primärstoff und zurückgeführtem gestrichenem Ausschuß aus, z. B. gebleichtes Kiefernsulfat in Mischung mit zurückgeführtem gestrichenem Ausschuß. Die Entwässerung des Papierstoffs erfolgt üblicherweise auf dem Sieb einer Papiermaschine. Das erfindungsgemäße Verfahren hat insbesondere Bedeutung für die Herstellung von Papier und Pappe aus Altpapier, weil es die Festigkeitseigenschaften der zurückgeführten Fasern deutlich erhöht.
Der pH-Wert der Stoffsuspension liegt beispielsweise in dem Bereich von 4,5 bis 8, meisten bei 6 bis 7,5. Zur Einstellung des pH-Wertes kann man beispielsweise eine Säure wie Schwefelsäure oder Aluminiumsulfat verwenden. Das Vinylamineinheiten enthaltende Polymere, d.h. die kationische Komponente der zum Papierstoff zu dosierenden Polymeren, wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren beispielsweise zum Dickstoff oder vorzugsweise zu einem Dünnstoff zugegeben. Die Zugabestelle liegt vorzugsweise vor den Sieben, kann jedoch auch zwischen einer Scherstufe und einem Screen oder danach liegen. Auch die anionische Komponente wird vorzugsweise zum Dünnstoff dosiert.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dosiert man zunächst Ligninsulfonsäure bzw. Ligninsulfonat, danach als alleinige kati- onische Komponente ein Vinylamingruppen enthaltendes Polymer und anschließend ein anionisches Polymerisat von Vinylformamid. Man kann jedoch auch zuerst die kationische Komponente (Vinylamineinheiten enthaltendes Polymer als alleinige kationische Komponente) zum Papierstoff zugeben und die anionische Komponente gleichzeitig, jedoch getrennt von der kationischen Komponente zum Papierstoff dosieren. Das Vinylamineinheiten enthaltende Polymer wird beispielsweise in einer Menge von 0,05 bis 2,0 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 bis 1 Gew.-%, bezogen auf trockenen Papierstoff, eingesetzt. Das Verhältnis von kationischer Komponente (Vinylamineinheiten enthaltendem Polymer) zu polymerer anionischer Komponente (Ligninsulfonsäure und/oder Ligninsulfonat bzw. Kombination von Ligninsulfonsäure und/oder Ligninsulfo- nat mit mindestens einem anionischen Polymerisat von Vinylformamid) beträgt beispielsweise 5 : 1 bis 1 : 5 und liegt vorzugsweise in dem Bereich von 2 : 1 bis 1 : 2.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhält man Papierprodukte, die gegenüber den Verfahren des Standes der Technik ein höheres Trockenfestigkeitsniveau bei gleichzeitig niedriger Nassfestigkeit aufweisen. Diese Papiere weisen, verglichen mit bekannten Papierprodukten, insbesondere einen hohen CMT-Wert auf.
Die in den folgenden Beispielen angegebenen Teile sind Gewichtsteile, die Prozentangaben beziehen sich auf das Gewicht der Stoffe. Der K-Wert der Polymerisate wurde nach H. Fikentscher, Cellulose-Chemie, Band 13, 58 - 64 und 71 - 74 (1932) bei einer Temperatur von 20°C in 5 gew.-%igen wässrigen Kochsalzlösungen bei einem pH- Wert von 7 und einer Polymerkonzentration von 0,5% bestimmt. Dabei bedeutet K = k * 1000.
Für die einzelnen Tests wurden in Laborversuchen Blätter in einem Rapid-Köthen- Laborblattbildner hergestellt. Die Nassreißlänge wurde gemäss DIN 53 1 12, Blatt 2 bestimmt. Die Ermittlung des CMT-Wertes erfolgte nach DIN 53 143, der Streifenstauchwiderstand (SCT-Wert) wurde nach DIN 54518 und der Trockenberstdruck nach DIN 53 141 gemessen. Beispiele
Aus 100% gemischtem Altpapier wurde zunächst eine 4%ige wässrige Stoffsuspension hergestellt, die dann auf eine Stoffdichte von 0,4% verdünnt wurde. Der pH-Wert der Suspension betrug 7,1 , der Mahlgrad des Stoffs 40° Schopper-Riegler (°SR). Die Stoffsuspension enthielt 0,27% eines handelsüblichen Entschäumers (Afranil® SLO). Sie wurde dann in 9 gleiche Teile geteilt und gemäß Vergleichsbeispiel 1 bzw. gemäß den Beispielen 1 bis 8 in Gegenwart der in Tabelle 1 angegebenen Polymeren auf einem Rapid-Köthen-Blattbildner zu Blättern einer Flächenmasse von 120 bis 130 g/m2 verarbeitet. Um die Ergebnisse miteinander vergleichen zu können, wurden die einzelnen Messwerte auf Blätter eines Flächengewichts von 120 g/m2 umgerechnet. Die so erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben.
Vergleichsbeispiel 1
Aus der oben beschriebenen Stoffsuspension wurde ohne weitere Zusätze ein Blatt gebildet.
Beispiele 1 bis 8
Folgende Polymere wurden verwendet:
Als Ligninsulfonat wurde eine handelsübliche 54,69 %ige wässrige Lösung des Calci- umsalzes von Ligninsulfonsäure eingesetzt.
PVAm 1 : Als kationisches Polymer wurde ein zu 50% hydrolysiertes Homopolymerisat von N-Vinylformamid in Form einer 13 %igen wässrigen Lösung eingesetzt. Das Polymer hatte eine Molmasse Mw von 400 000.
Anionisches Polymer 1 : Copolymerisat aus 70 % N-Vinylformamid und 30% Natriu- macrylat einer Molmasse Mw von 400 000.
In den Beispielen 1 bis 8 dosierte man in jeweils eine Probe des oben beschriebenen Papierstoffs zunächst die in Tabelle 1 jeweils angegebenen Mengen an Ligninsulfonat, durchmischte die Probe, gab dann nach einer Verweilzeit von 20 Sekunden das katio- nische Polymer (PVAm 1 ) zu, durchmischte die Probe wiederum, fügte nach einer
Verweilzeit von 20 Sekunden das anionische Polymer 1 zu, durchmischte den so erhaltenen Papierstoff und entwässerte ihn anschließend auf einem Rapid-Köthen- Blattbildner. Die auf Blätter mit einem Flächengewicht von 120 g/m2 umgerechneten Werte für den Trockenberstdruck, den SCT-Wert und den CMT-Wert sind in Tabelle 1 angegeben. Tabelle 1

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von Papier, Pappe und Karton mit hoher Trockenfestigkeit durch getrennte Zugabe eines Vinylamineinheiten enthaltenden Polyme- ren und einer polymeren anionischen Verbindung zu einem Papierstoff, Entwässern des Papierstoffs und Trocknen der Papierprodukte, dadurch gekennzeichnet, dass man als polymere anionische Verbindung Ligninsulfonsäure und/oder ein Ligninsulfonat einsetzt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass man als polymere anionische Verbindung
(i) Ligninsulfonsäure und/oder ein Ligninsulfonat und (ii) mindestens ein Copolymerisat einsetzt, das erhältlich ist durch Copolyme- risieren von
(a) mindestens eines N-Vinylcarbonsäureamids der Formel
in der R1, R2 = H oder d- bis C6-Alkyl bedeuten,
(b) mindestens eines Säuregruppen enthaltenden monoethylenisch ungesät- tigten Monomeren und/oder deren Alkalimetall-, Erdalkalimetall- oder Ammoniumsalzen und gegebenenfalls
(c) anderen monoethylenisch ungesättigten Monomeren, und gegebenenfalls
(d) Verbindungen, die mindestens zwei ethylenisch ungesättigte Doppelbindungen im Molekül aufweisen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man als Vinylamineinheiten enthaltendes Polymer mindestens eine Verbindung einsetzt, die erhältlich ist durch Polymerisieren mindestens eines Monomeren der Formel
in der R1, R2 = H oder d- bis C6-Alkyl bedeuten, und anschließende teilweise oder vollständige Abspaltung der Gruppen -CO-R1 aus den in das Polymerisat einpolymerisierten Einheiten der Monomeren I unter Bildung von Aminogruppen.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man als Vinylamineinheiten enthaltendes Polymer ein zu mindestens 1 Mol-% hydrolysiertes Homopolymerisat von N-Vinylformamid einsetzt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass man als Vinylamineinheiten enthaltendes Polymer ein Copolymerisat einsetzt, das erhältlich ist durch Copolymerisation
(a) mindestens eines N-Vinylcarbonsäureamids der Formel
in der R1, R2 = H oder d- bis C6-Alkyl bedeuten,
(b) mindestens eines Säuregruppen enthaltenden monoethylenisch ungesättig- ten Monomeren und/oder deren Alkalimetall-, Erdalkalimetall- oder Ammo- niumsalalzen und gegebenenfalls
(c) anderen monoethylenisch ungesättigten Monomeren, und gegebenenfalls
(d) Verbindungen, die mindestens zwei ethylenisch ungesättigte Doppelbindungen im Molekül aufweisen
und anschließende teilweise oder vollständige Abspaltung der Gruppen -CO-R1 aus den in das Polymerisat einpolymerisierten Einheiten der Monomeren I unter Bildung von Aminogruppen, wobei der Anteil der Aminogruppen im Copolymerisat um mindestens 10 Mol-% größer ist als der Anteil der Einheiten an Säure- gruppen enthaltenden monoethylenisch ungesättigten Monomeren.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass man als Vinylaminheiten enthaltendes Polymer Polyvinylamin und/oder ein zu mindestens 50 Mol-% hydrolysiertes Homopolymerisat des N-Vinylformamids einsetzt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass man als Ligninsulfonat die wasserlöslichen Natrium-, Kalium-, Ammonium-, Calcium-, Magnesiumsalze oder deren Mischungen einsetzt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass man das Vinylamineinheiten enthaltende Polymer in einer Menge von 0,05 bis 2,0 Gew.-%, bezogen auf trockenen Papierstoff, einsetzt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass man das Vinylamineinheiten enthaltende Polymer und Ligninsulfonsäure und/oder Ligninsulfonat im Gewichtsverhältnis 5 : 1 bis 1 : 5 einsetzt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass man das Vinylamineinheiten enthaltende Polymer und Ligninsulfonsäure und/oder Ligninsulfonat im Gewichtsverhältnis 2 : 1 bis 1 : 2 einsetzt.
1 1. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass man zunächst Ligninsulfonsäure und/oder Linginsulfonat zum Papierstoff dosiert, dann das Vinylamineinheiten enthaltende Polymer zufügt und anschließend den
Papierstoff entwässert.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass man zunächst das Vinylamineinheiten enthaltende Polymer zum Papierstoff do- siert, dann Ligninsulfonsäure und/oder Ligninsulfonat zufügt und danach den
Papierstoff entwässert.
13. Verfahren nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass man nach Zusatz von Ligninsulfonsäure und/oder Ligninsulfonat und mindestens eines Vinylami- neinheiten enthaltenden Polymeren zum Papierstoff noch ein anionisches Vinyl- carbonsäureamideinheiten enthaltendes Copolymerisat zusetzt, das erhältlich ist durch Copolymerisieren von
(a) mindestens eines N-Vinylcarbonsäureamids der Formel
in der R1, R2 = H oder d- bis C6-Alkyl bedeuten,
(b) mindestens eines Säuregruppen enthaltenden monoethylenisch ungesättigten Monomeren und/oder deren Alkalimetall-, Erdalkalimetall- oder Ammoniumsalzen und gegebenenfalls
(c) anderen monoethylenisch ungesättigten Monomeren, und gegebenenfalls
(d) Verbindungen, die mindestens zwei ethylenisch ungesättigte Doppelbin- düngen im Molekül aufweisen.
14. Verwendung von Ligninsulfonsäure und/oder mindestens eines Ligninsulfonats als Zusatz zum Papierstoff bei der Herstellung von Papier, Pappe und Karton in Gegenwart mindestens eines Vinylamineinheiten enthaltenden kationischen Polymeren zur Erhöhung der Trockenfestigkeit.
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