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EP2048282A1 - Verwendung von Fettsäurekondensationsprodukten zur Volumenerhöhung von Papier und Karton - Google Patents

Verwendung von Fettsäurekondensationsprodukten zur Volumenerhöhung von Papier und Karton Download PDF

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Publication number
EP2048282A1
EP2048282A1 EP07018478A EP07018478A EP2048282A1 EP 2048282 A1 EP2048282 A1 EP 2048282A1 EP 07018478 A EP07018478 A EP 07018478A EP 07018478 A EP07018478 A EP 07018478A EP 2048282 A1 EP2048282 A1 EP 2048282A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
paper
fatty acid
product
amine
volume
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP07018478A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Dr. Weiler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dystar Textilfarben GmbH and Co Deutschland KG
Original Assignee
Dystar Textilfarben GmbH and Co Deutschland KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dystar Textilfarben GmbH and Co Deutschland KG filed Critical Dystar Textilfarben GmbH and Co Deutschland KG
Priority to EP07018478A priority Critical patent/EP2048282A1/de
Publication of EP2048282A1 publication Critical patent/EP2048282A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
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    • D21H17/00—Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its constitution; Paper-impregnating material characterised by its constitution
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    • D21H17/05—Non-macromolecular organic compounds containing elements other than carbon and hydrogen only
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    • D21H21/22—Agents rendering paper porous, absorbent or bulky

Definitions

  • volume is a key value-determining factor in paper and board, and a higher volume can be used to produce lighter materials and increased stiffness (modulus of elasticity) materials.
  • the volume, along with the strength and stiffness of a paper, also has a positive impact on its printability and end users often find voluminous papers more valuable compared to less bulky papers.
  • a classic method of increasing the volume of paper and cardboard is the addition of groundwood pulp. Rising wood costs have, however, also markedly increased the price of groundwood, so that chemical products for increasing the volume of paper and cardboard have once again become the focus of interest.
  • Tissue papers contain a desired softer feel by increasing the volume.
  • Hydrous emulsions however, have the disadvantage that stability problems often occur and the active ingredients are present in dilute form, which results in high transport costs and large volumes must be handled in the process.
  • Chemical products for increasing volume are used in particular for laminating paper and paperboard for bookbinding boards and sleeve paper on waste paper basis, whereby high quality waste paper types are used with a high proportion of wood pulp and the products have a structure of one layer.
  • This object is achieved by the use of a condensation product of fatty acid and amine-functional compound, a product of the condensation product which is at least partially quaternized by alkylation or a mixture thereof for increasing the volume of paper or paperboard.
  • condensation products of fatty acid and amine-functional compound as well as alkylated or partially quaternized products of the condensation products or mixtures of condensation products and their quaternized products a very good volume increase of paper and cardboard can be achieved. It is particularly surprising that these compounds lead in the paper or board production process to a very strong dewatering of the papers or cardboard boxes, whereby higher production speeds can be achieved and the energy costs can be reduced.
  • the condensation products and their quaternized products have the further advantage that they generally have a good water solubility and therefore can be used easily in papermaking processes.
  • the condensation products and their quaternized products are simple and inexpensive to produce.
  • condensation products of fatty acid and amine-functional compounds are understood to mean the reaction products of a condensation reaction of fatty acid and amine-functional compound, a fatty acid and an amine-functional compound combining to form a molecule with the exit of a water molecule.
  • the condensation products can be obtained by reacting fatty acids or activated derivatives thereof, for example carboxylic acid chlorides, with the amine functional compounds.
  • a fatty acid or mixtures of different fatty acids can be reacted with an amine-functional compound or with a mixture of several amine-functional compounds. It is preferable, even from a cost point of view, to react the fatty acids directly with the amine-functional compounds without prior derivatization, preferably with heating.
  • amide formation between the carboxylic acid group of the fatty acid and an amino group of the amine-functional compound or in the case of the use of amino alcohols as the amine-functional compound, usually also at least partial esterification instead.
  • the resulting water of reaction is advantageously removed from the process in the course of the reaction, for example by distilling off.
  • the quaternized products of the condensation products are obtained by reaction with alkylating agents, wherein the amine and / or amide groups of the condensation products are at least partially alkylated until quaternization, that is, alkyl ammonium compounds of the condensation products are formed. In these alkylammonium compounds, the amino groups may be partially or completely alkylated to ammonium groups.
  • the quaternized products are in the form of salts. Suitable anions are all common anions, for example chlorides, hydrogen sulfates, sulfates or carbonates. Suitable alkyl groups are, in particular, C 1 -C 10 -alkyl radicals, preference being given to methyl, ethyl, propyl and butyl radicals. Quaternized products are particularly preferably used by methylation.
  • a preferred methylating agent is dimethyl sulfate.
  • fatty acids are understood as meaning saturated or unsaturated aliphatic monocarboxylic acids having a branched or preferably unbranched carbon skeleton. Preference is given to C 8 - to C 30 -fatty acids, particularly preferably C 12 - to C 24 -fatty acids.
  • Examples of fatty acids preferably used according to the invention are palmitic acid, stearic acid, oleic acid, linoleic acid, linolenic acid, palm oil fatty acid and coconut oil fatty acid.
  • amino-functional compounds compounds containing at least one amino group, wherein the amino group may be a primary, secondary or tertiary amino group.
  • the amine-functional compound may contain, in addition to the at least one amino group, further functional groups, in particular amide groups, hydroxyl groups and / or ether groups, preferably polyether groups.
  • Preferred amine-functional compounds are amines, amidamines and amino alcohols, which may optionally contain further functional groups, for example ether groups, in particular polyether groups. Particular preference is given to monoamines, diamines, polyamines, polyamideamines, amino alcohols, polyalkylene oxide amines and / or polyether amines.
  • condensation products of fatty acid and monoamine, diamine, polyamine, polyamidoamine, aminoalcohol, polyalkylenoxideamine and polyetheramine which are preferably used according to the invention are fatty acid amides, fatty acid amidamines or fatty acid ester amines which may optionally additionally contain free hydroxyl groups and / or polyether groups, or mixtures thereof.
  • fatty acid amides, fatty acid amide amines, fatty acid ester amines, alkylammonium compounds of the fatty acid amides, fatty acid amide amines or fatty acid ester amines or mixtures thereof are used to increase the volume of paper or board. It is further preferred that the condensation products and / or their quaternized products are used in the form of an agent, the agent consisting of fatty acid amides, fatty acid amide amines, fatty acid ester amines and / or their alkylammonium compounds.
  • At least partially quaternary alkylammonium groups (RR'R “R”'N + Y - ), in which R, R', R “and R '" independently of one another are C 1 -C 4, are used in the at least partially quaternized products of the condensation products Are 10 -alkyl radicals, preferably methyl, ethyl, propyl or butyl, wherein one or more of the radicals on the ammonium group have been introduced by alkylation and Y - is a counterion, for example the counterion of the methylating agent.
  • the compounds to be used according to the invention ie the condensation products of fatty acid and amine-functional compound and alkylated by at least partially quaternized products thereof, are particularly suitable for increasing the volume of waste paper, since the otherwise in the processing of waste paper to Achieving sufficient strength and bulkiness required additions of wood pulp or groundwood can be completely eliminated, which makes the processing of waste paper can be simplified and also significantly cheaper.
  • the compounds are therefore used to increase the volume of waste paper.
  • Waste paper is usually understood as meaning both used paper and cardboard.
  • group 1 lower varieties
  • group 2 medium varieties
  • group 3 better varieties
  • starchy varieties group 4
  • Special grades are also assigned to group 5. These groups are subdivided according to their quality into further subgroups, for example groups 1.01 to 1.11 and groups 2.01 to 2.12.
  • the compounds to be used according to the invention for increasing the volume of low-wood, low-grade recovered paper grades, in particular groups 1 and 2 mentioned above, to increase the volume of pulp-containing, already recycled waste paper grades and deinked waste paper.
  • these waste paper grades a significant increase in volume could be achieved with the use according to the invention without a significant drop in strength. If paper or cardboard wood pulp is added to increase the volume, surprisingly, the volume could be increased significantly without loss of strength using the inventive use when using low-grade waste paper grades.
  • the condensation products described and / or their quaternized products are used in the form of a means for increasing the volume of paper or cardboard, wherein the agent is at least 90 wt .-%, more preferably at least 95% by weight and most preferably at least 98% by weight of condensation products of one or more fatty acids and one or more amine functional compounds and / or alkylated products containing at least partially quaternized products of the condensation products. It is also preferred that the agent contains less than 10% by weight of water, preferably less than 5% by weight, more preferably less than 3% by weight, and most preferably less than 1% by weight of water.
  • the agent may contain solvents, in particular glycols, for example mono-, di-, tri- and / or polyglycols, in particular mono-, di-, tri- and / or polyethylene glycols.
  • the agent contains at least 90% by weight, more preferably at least 95% by weight and most preferably at least 98% by weight of fatty acid amides, fatty acid amide amines, fatty acid ester amines and / or alkyl ammonium compounds thereof. Due to the high content of active ingredients only comparatively small amounts of the means for increasing the volume must be used in this way, whereby the process control is simplified and the transport costs are low. In addition to the emulsions of active compounds frequently used in the prior art, the high content of active ingredients also ensures very good storage stability.
  • the invention also relates to a method for increasing the volume of paper or cardboard, wherein in the paper or board production process to increase the volume, a condensation product of a fatty acid and an amine-functional compound, an alkylated by at least partially quaternized product of the condensation product or a mixture thereof is added.
  • the compounds for increasing the volume are preferably added to the paper stock, and it is particularly preferred to add the compounds to the paper stock in front of the headbox.
  • composition or the condensation products to be used according to the invention or their products which are at least partially quaternized by alkylation may be used in amounts of from 0.05 to 2% by weight, preferably from 0.1 to 0.8% by weight, based on the paper stock. %, in particular 0.2 to 0.6 wt .-% are used.
  • the products to be used according to the invention can also be used in combination with known bulking agents and other excipients or auxiliary reagents.
  • the means for volume enlargement to be used according to the invention can be used undiluted or in dilute form for use, the undiluted use being preferred.
  • the invention further relates to paper or board containing a condensation product of a fatty acid and an amine-functional compound and / or an alkylated by at least partially quaternized product of the condensation product.
  • the paper or board preferably contains the condensation products preferred in connection with the use according to the invention and / or their quaternized products, and the preferred amounts of 0.05-2% by weight, preferably 0.1-0.8% by weight, described above. %, in particular 0.2-0.6 wt .-%, based on the paper or cardboard.
  • the respective paper mix was fiberized with an Escher-Wyss pulper to a 4% stock pulp.
  • the stock was added to the product to increase the volume in the specified amount.
  • the sheet formation was carried out in a Rapid-Köthen type former, and the obtained paper sheet was dried by a MK-sheet former dryer. After drying, the specific volume and the breaking force index of the papers produced were determined and from this the percentage change was determined in comparison with the blank sample. The results are shown in Tables 1 to 4 below.
  • Table 1 Volume increase of deinked paper example Product used to increase the volume Amount used [wt .-%] paper blend Basis weight [g / m 2 ] Thickness [ ⁇ m] Specific volume [cm 3 / g] [cm 3 / g] Change in specific volume compared to example 0 [%] Breaking force index [Nm / g] Change in breaking load index compared to example 0 [%] 0 - - Deinkingware (variety 1.11) 137.0 256.4 1.87 - 35.4 - V1 wood pulp 4.0 - 137.7 264.1 1.92 2.5 31.4 -11.3 V2 wood pulp 8.0 - 136.9 270.2 1.97 5.5 27.8 -21.5 1 Product A 0.3 Deinkingware (variety 1.11) 136.6 273.5 2.00 7.0 33.1 -6.5 2 ProductA 0.5 Deinkingware (variety 1.11) 137.1 280.9 2.05 9.5 31.6 -10.7 example Product used to increase the volume Amount used [wt .-%] paper blend Basis

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Abstract

Es wird die Verwendung von Kondensationsprodukten aus Fettsäuren und aminfunktionellen Verbindungen, von durch Alkylierung erhältlichen quarternisierten Produkten davon oder deren Mischungen zur Volumenerhöhung von Papier und Karton beschrieben.

Description

  • Eine Volumenerhöhung von Papier und Karton ist für verschiedene Einsatzzwecke wünschenswert, da das Volumen ein wesentlicher wertbestimmender Faktor von Papier und Karton ist und über ein höheres Volumen spezifisch leichtere Materialien sowie Materialien mit erhöhter Steifigkeit (E-Modul) herstellbar sind. Das Volumen hat ferner zusammen mit der Stärke und der Steifigkeit eines Papiers positiven Einfluß auf dessen Bedruckbarkeit und Endkunden empfinden voluminöse Papiere im Vergleich zu weniger voluminösen Papieren häufig als wertvoller.
  • Ein klassisches Verfahren zur Volumenerhöhung von Papier und Karton ist der Zusatz von Holzschliff. Steigenden Holzkosten haben jedoch auch die Preise für Holzschliff deutlich erhöht, so daß chemische Produkte zur Volumenerhöhung von Papier und Karton wieder in den Mittelpunkt des Interesses gerückt sind.
  • Aus der DE 42 02 703 A1 ist bekannt, Alkoxylierungsprodukte ungesättigter Fettsäuren als Porosierungsmittel und Mittel zur Volumenerhöhung bei Papieren und bei papierähnlichen Materialien einzusetzen. Die Verwendung von Alkoxylierungsprodukten von Alkoholen und Alkylphenolen als Papierquellförderer ist ferner in der EP 0 930 394 B1 beschrieben. Um mit solchen Alkoxylierungsprodukten gute Volumenerhöhungen und ausreichende Festigkeiten in Papieren zu erreichen, ist jedoch in der Regel ein hoher Anteil an Holzstoff im Papier erforderlich, der nur bei höherwertigen Papier- und Altpapiersorten vorliegt. Mit Papieren von geringer Qualität, insbesondere niederwertigen Altpapieren, werden hingegen keine befriedigenden Ergebnisse erzielt.
  • Weiter ist es bekannt, quartäre Ammoniumverbindungen in Form von wasserhaltigen Emulsionen zur Volumenerhöhung von Papieren, insbesondere Tissuepapieren einzusetzen. Tissuepapiere enthalten durch eine Volumenerhöhung einen erwünschten weicheren Griff.
  • Wasserhaltige Emulsionen bringen jedoch den Nachteil mit sich, daß häufig Stabilitätsprobleme auftreten und die aktiven Inhaltsstoffe in verdünnter Form vorliegen, wodurch hohe Transportkosten auftreten und große Volumina im Prozeß gehandhabt werden müssen.
  • Chemische Produkte zur Volumenerhöhung werden insbesondere bei Kaschierpapier und -karton für Buchbinderpappen und Hülsenpapier auf Altpapierbasis eingesetzt, wobei hochwertige Altpapiersorten mit einem hohen Anteil an Holzstoff eingesetzt werden und die Produkte einen Aufbau aus einer Schicht aufweisen.
  • Ein weiteres bekanntes Verfahren zur Volumenerhöhung von Papier ist der Einsatz treibmittelhaltiger Kapseln. Diese sind jedoch sehr aufwendig zu handhaben und bringen hohe Kosten und Brandgefahren mit sich, so daß sie zur Volumenerhöhung von Papier und Karton Nischenprodukte darstellen, die insbesondere dann zum Einsatz kommen, wenn lebensmittelrechtliche Zulassungen der Produkte zur Volumenerhöhung gefordert sind.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, chemische Verbindungen zur Volumenerhöhung von Papier und Karton bereitzustellen, die ohne die Nachteile des Standes der Technik verwendet werden können, sowie ein Verfahren zur Volumenerhöhung von Papier und Karton und danach erhältliches Papier und Karton bereitzustellen.
  • Diese Aufgabe wird durch die Verwendung eines Kondensationsprodukts aus Fettsäure und aminfunktioneller Verbindung, eines durch Alkylierung zumindest teilweise quarternisierten Produktes des Kondensationsprodukts oder einer Mischung daraus zur Volumenerhöhung von Papier oder Karton gelöst.
  • Überraschenderweise kann mit Kondensationsprodukten aus Fettsäure und aminfunktioneller Verbindung sowie durch Alkylierung erhältlichen, teilweise oder vollständig quarternisierten Produkten der Kondensationsprodukte oder Mischungen aus den Kondensationsprodukten und deren quarternisierten Produkten eine sehr gute Volumenerhöhung von Papier und Karton erreicht werden. Besonders überraschend ist es, daß diese Verbindungen im Papier- oder Kartonherstellungsprozeß zu einer sehr starken Entwässerung der Papiere oder Kartons führen, wodurch höhere Produktionsgeschwindigkeiten erzielt und die Energiekosten gesenkt werden können. Die Kondensationsprodukte und deren quarternisierte Produkte haben ferner den Vorteil, daß sie in der Regel eine gute Wasserlöslichkeit aufweisen und in Papierherstellprozessen daher problemlos eingesetzt werden können. Darüber hinaus sind die Kondensationsprodukte und deren quarternisierte Produkte einfach und preiswert herstellbar.
  • Unter Kondensationsprodukten aus Fettsäure und aminfunktioneller Verbindungen werden im Sinne der Erfindung die Reaktionsprodukte einer Kondensationsreaktion von Fettsäure und aminfunktioneller Verbindung verstanden, wobei sich eine Fettsäure und eine aminfunktionelle Verbindung unter Austritt eines Wassermoleküls zu einem Molekül verbinden. Die Kondensationsprodukte können durch Umsetzung von Fettsäuren oder aktivierten Derivaten davon, beispielsweise Carbonsäurechloriden, mit den aminfunktionellen Verbindungen erhalten werden. Es können dabei eine Fettsäure oder Mischungen verschiedener Fettsäuren mit einer aminfunktionellen Verbindung oder mit einer Mischung mehrerer aminfunktioneller Verbindungen umgesetzt werden. Bevorzugt ist es, auch unter Kostengesichtspunkten, die Fettsäuren ohne vorherige Derivatisierung unmittelbar mit den aminfunktionellen Verbindungen umzusetzen, vorzugsweise unter Erwärmen. Dabei findet zwischen der Carbonsäuregruppe der Fettsäure und einer Aminogruppe der aminfunktionellen Verbindung eine Amidbildung, oder im Fall des Einsatzes von Aminoalkoholen als aminfunktionelle Verbindung, in der Regel auch eine zumindest teilweise Veresterung statt. Das entstehende Reaktionswasser wird dem Prozeß vorteilhafterweise im Reaktionsverlauf entzogen, beispielsweise durch Abdestillieren.
  • Die quarternisierten Produkte der Kondensationsprodukte werden durch Umsetzen mit Alkylierungsmitteln erhalten, wobei die Amin- und/oder Amidgruppen der Kondensationsprodukte zumindest teilweise bis zur Quarternisierung alkyliert werden, das heißt es bilden sich Alkylammoniumverbindungen der Kondensationsprodukte. In diesen Alkylammoniumverbindungen können die Aminogruppen teilweise oder vollständig zu Ammoniumgruppen alkyliert sein. Die quarternisierten Produkte liegen in Form von Salzen vor. Als Anionen kommen alle gängigen Anionen in Betracht, beispielsweise Chloride, Hydrogensulfate, Sulfate oder Carbonate. Als Alkylgruppen kommen insbesondere C1- bis C10-Alkylreste in Betracht, wobei Methyl-, Ethyl-, Propyl- und Butylreste bevorzugt sind. Besonders bevorzugt werden durch Methylierung quarternisierte Produkte verwendet. Ein bevorzugtes Methylierungsmittel ist Dimethylsulfat.
  • Unter Fettsäuren werden im Sinne der Erfindung gesättigte oder ungesättigte aliphatische Monocarbonsäuren mit einem verzweigten oder bevorzugt unverzweigten Kohlenstoffskelett verstanden. Bevorzugt sind C8- bis C30-Fettsäuren, besonders bevorzugt C12- bis C24-Fettsäuren. Die Fettsäuren können gesättigt sein oder eine oder mehrere, beispielsweise zwei oder drei Doppelbindungen pro Fettsäuremolekül aufweisen und können durch die Formeln CnH2n+1COOH, CnH2n-1COOH, CnH2n-3COOH oder CnH2n-5COOH, mit n = 7 - 29, bevorzugt n = 11 - 23, wiedergegeben werden. Beispiele von erfindungsgemäß bevorzugt verwendeten Fettsäuren sind Palmitinsäure, Stearinsäure, Ölsäure, Linolsäure, Linolensäure, Palmölfettsäure und Kokosölfettsäure.
  • Unter aminfuktionellen Verbindungen werden Verbindungen verstanden, die mindestens eine Aminogruppe enthalten, wobei die Aminogruppe eine primäre, sekundäre oder tertiäre Aminogruppe sein kann. Die aminfunktionelle Verbindung kann zusätzlich zu der mindestens einen Aminogruppe weitere funktionelle Gruppen enthalten, insbesondere Amidgruppen, Hydroxylgruppen und/oder Ethergruppen, vorzugsweise Polyethergruppen.
  • Bevorzugte aminfunktionelle Verbindungen sind Amine, Amidamine und Aminoalkohole, die gegebenenfalls weitere funktionelle Gruppen enthalten können, beispielsweise Ethergruppen, insbesondere Polyethergruppen. Besonders bevorzugt sind Monoamine, Diamine, Polyamine, Polyamidamine, Aminoalkohole, Polyalkylenoxidamine und/oder Polyetheramine. Als aminfunktionelle Verbindungen sind Aminoalkohole, beispielsweise Triethanolamin (N(CH2CH2OH)3), und Polyetheramine der Formeln N[(CH2CH2O)nH]3, HN[(CH2CH2O)nH]2 und H2N(CH2CH2O)N, mit n = 2 - 30 am meisten bevorzugt.
  • Wie oben beschrieben findet bei der Kondensation aus Fettsäure und aminfunktioneller Verbindung eine Amidbildung oder im Fall des Einsatzes von Aminoalkoholen in der Regel auch eine zumindest teilweise Veresterung statt. Die erfindungsgemäß bevorzugt verwendeten Kondensationsprodukte aus Fettsäure und Monoamin, Diamin, Polyamin, Polyamidamin, Aminoalkohol, Polyalkylenoxidamin und Polyetheramin stellen Fettsäureamide, Fettsäureamidamine oder Fettsäureesteramine dar, die jeweils gegebenenfalls zusätzlich freie Hydroxygruppen und/oder Polyethergruppen enthalten können, oder Mischungen daraus.
  • In einer bevorzugten Verwendung werden daher zur Volumenerhöhung von Papier oder Karton Fettsäureamide, Fettsäureamidamine, Fettsäureesteramine, Alkylammoniumverbindungen der Fettsäureamide, Fettsäureamidamine oder Fettsäureesteramine oder Mischungen davon eingesetzt. Weiter bevorzugt ist es, daß es die Kondensationsprodukte und/oder deren quarternisierte Produkte in Form eines Mittels eingesetzt werden, wobei das Mittel aus Fettsäureamiden, Fettsäureamidaminen, Fettsäureesteraminen und/oder deren Alkylammoniumverbindungen besteht.
  • Besonders bevorzugte Kondensationsprodukte aus Fettsäure und aminfunktioneller Verbindung sind Verbindungen der Formel R1C(O)X, mit X = OR2, NHR3 oder NR3R4, worin R1 CnH2n+1, CnH2n-1, CnH2n-3 oder CnH2n-5 ist, mit n = 7 - 29, R2O ein Aminoalkohol oder Polyetheramin und R3, R4 unabhängig voneinander Alkyl, Arylalkyl, Aminoalkyl, Aminoarylalkyl, Polyamin, Polyamidamin, Polyether oder Polyetheramin sind. Die erfindungsgemäß verwendeten, durch Alkylierung erhältlichen zumindest teilweise quarternisierten Produkte der Kondensationsprodukte enthalten zumindest teilweise quartäre Alkylammoniumgruppen (RR'R"R"'N+Y-), worin R, R', R" und R'" unabhängig voneinander C1-C10-Alkylreste sind, bevorzugt Methyl, Ethyl, Propyl oder Butyl, wobei ein oder mehrere der Reste an der Ammoniumgruppe durch Alkylierung eingeführt wurden und Y- ein Gegenion ist, beispielsweise das Gegenion des Methylierungsmittels.
  • Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß die erfindungsgemäß zu verwendenden Verbindungen, das heißt die Kondensationsprodukte aus Fettsäure und aminfunktioneller Verbindung und die durch Alkylierung zumindest teilweise quarternisierten Produkte davon, besonders geeignet zur Volumenerhöhung von Altpapier sind, da auf die ansonsten bei der Verarbeitung von Altpapier zur Erzielung einer ausreichenden Festigkeit und Voluminösität erforderliche Zusätze von Holzstoff oder Holzschliff vollständig verzichtet werden kann, wodurch sich die Verarbeitung von Altpapier vereinfacht und auch deutlich kostengünstiger gestalten läßt.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden die Verbindungen daher zur Volumenerhöhung von Altpapier verwendet. Unter Altpapier wird üblicherweise und auch im Sinne der Erfindung sowohl gebrauchtes Papier als auch Karton (Pappe) verstanden. Nach der Liste der europäischen Standardsorten für Altpapier unterteilt man Altpapier nach aufsteigender Qualität in vier Gruppen, nämlich untere Sorten (Gruppe 1), mittlere Sorten (Gruppe 2), bessere Sorten (Gruppe 3) und krafthaltige Sorten (Gruppe 4). Ferner werden Sondersorten der Gruppe 5 zugewiesen. Diese Gruppen werden nach ihrer Qualität in weitere Untergruppen unterteilt, beispielsweise die Gruppen 1.01 bis 1.11 und die Gruppen 2.01 bis 2.12.
  • Weiter ist es bevorzugt, die erfindungsgemäß zu verwendenden Verbindungen zur Volumenerhöhung von holzstoffarmen, niederwertigen Altpapiersorten, insbesondere der oben genannten Gruppen 1 und 2, zur Volumenerhöhung von holzstoffhaltigen, bereits recycelten Altpapiersorten und von deinktem Altpapier einzusetzen. Bei diesen Altpapiersorten konnte bei der erfindungsgemäßen Verwendung eine deutliche Steigerung des Volumens ohne größeren Abfall der Festigkeit erzielt werden. Wird Papieren oder Kartons Holzstoff zur Volumenerhöhung zugesetzt, konnte mit Hilfe der erfindungsgemäßen Verwendung bei Einsatz von niederwertigen Altpapiersorten überraschenderweise das Volumen ohne Festigkeitsabfall deutlich gesteigert werden.
  • Bevorzugt wird in der erfindungsgemäßen Verwendung mehrschichtiges Papier oder mehrschichtiger Karton eingesetzt.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden die beschriebenen Kondensationsprodukte und/oder deren quarternisierte Produkte in Form eines Mittels zur Volumenerhöhung von Papier oder Karton verwendet, wobei das Mittel mindestens 90 Gew.-%, weiter bevorzugt mindestens 95 Gew.-% und am meisten bevorzugt mindestens 98 Gew.-% Kondensationsprodukte aus einer oder mehreren Fettsäuren und einer oder mehreren aminfunktionellen Verbindungen und/oder durch Alkylierung zumindest teilweise quarternisierte Produkte der Kondensationsprodukte enthält. Es ist auch bevorzugt, daß das Mittel weniger als 10 Gew.-% Wasser, bevorzugt weniger als 5 Gew.-%, besonders bevorzugt weniger als 3 Gew.-% und am meisten bevorzugt weniger als 1 Gew.-% Wasser enthält. Das Mittel kann Lösungsmittel enthalten, insbesondere Glykole, beispielsweise Mono-, Di-, Tri- und/oder Polyglykole, insbesondere Mono-, Di-, Tri- und/oder Polyethylenglykole.
  • Bevorzugt ist es weiter, daß das Mittel mindestens 90 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 95 Gew.-% und am meisten bevorzugt mindestens 98 Gew.-% Fettsäureamide, Fettsäureamidamine, Fettsäureesteramine und/oder Alkylammoniumverbindungen davon enthält. Durch den hohen Gehalt an aktiven Inhaltsstoffen müssen auf diese Weise nur vergleichsweise geringe Mengen des Mittels zur Volumenerhöhung eingesetzt werden, wodurch die Prozeßführung vereinfacht wird und die Transportkosten niedrig sind. Im Vergleich zu den im Stand der Technik häufig eingesetzten Emulsionen aktiver Verbindungen wird durch den hohen Gehalt an aktiven Inhaltsstoffen ferner eine sehr gute Lagerstabilität erreicht.
  • Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Volumenerhöhung von Papier oder Karton, bei dem im Papier- oder Kartonherstellungsprozeß zur Volumenerhöhung ein Kondensationsprodukt aus einer Fettsäure und einer aminfunktionellen Verbindung, ein durch Alkylierung zumindest teilweise quarternisiertes Produkt des Kondensationsprodukts oder eine Mischung daraus zugesetzt wird. Bevorzugt werden die Verbindungen zur Volumenerhöhung im erfindungsgemäßen Verfahren bei der Papierherstellung dem Papierstoff zugesetzt, wobei es besonders bevorzugt ist, die Verbindungen dem Papierstoff vor dem Stoffauflauf zuzusetzen.
  • Das oben beschriebene Mittel bzw. die erfindungsgemäß zu verwendenden Kondensationsprodukte oder deren durch Alkylierung zumindest teilweise quarternisierten Produkte können, bezogen auf den Papierstoff, in Mengen von 0,05 bis 2 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 bis 0,8 Gew.-%, insbesondere 0,2 bis 0,6 Gew.-% eingesetzt werden. Die erfindungsgemäß einzusetzenden Produkte können auch in Kombination mit bekannten Mitteln zur Volumenerhöhung sowie anderen Hilfsstoffen oder Hilfsreagenzien eingesetzt werden.
  • Die erfindungsgemäß zu verwendenden Mittel zur Volumenvergrößerung können unverdünnt oder in verdünnter Form zum Einsatz gebraucht werden, wobei der unverdünnte Einsatz bevorzugt ist.
  • Die bei der erfindungsgemäßen Verwendung beschriebenen geeigneten, bevorzugten und besonders bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung sind bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ebenfalls geeignet, bevorzugt und besonders bevorzugt.
  • Die Erfindung betrifft weiter Papier oder Karton, die ein Kondensationsprodukt aus einer Fettsäure und einer aminfunktionellen Verbindung und/oder ein durch Alkylierung zumindest teilweise quarternisiertes Produkt des Kondensationsprodukts enthalten. Bevorzugt enthält das Papier oder der Karton die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Verwendung bevorzugten Kondensationsprodukte und/oder deren quarternisierte Produkte sowie die oben beschriebenen bevorzugten Mengen von 0,05 - 2 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 - 0,8 Gew.-%, insbesondere 0,2 - 0,6 Gew.-%, bezogen auf das Papier oder den Karton.
  • Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Die nachfolgenden Beispiele erläutern die Erfindung.
  • Herstellung der Produkte
    • I. Fettsäurekondensationsprodukt (Produkt A)
      73,23 kg Ölsäure (M = 282,47 g/mol) werden vorgelegt und 31,55 kg Triethanolamin (M = 149,19 g/mol) dazugegeben. Nach langsamem Erwärmen auf 180°C werden bei dieser Temperatur im Laufe von 5 Stunden ca. 4,78 kg Reaktionswasser abdestilliert, bis eine Säurezahl von max. 6,0 mg KOH / g erreicht ist.
    • II. Teilweise quarternisiertes Fettsäurekondensationsprodukt (Produkt B)
      76,63 kg Produkt A (M = 413,65 g/mol) werden in einem absolut trockenen Kessel vorgelegt und auf 55 - 60°C aufgeheizt. Unter Rühren und Kühlen werden 11,69 kg Dimethylsulfat (M = 126,13 g/mol) bei maximal 75 - 80°C zulaufen gelassen. Nach Zulaufende wird zwei Stunden bei 65 - 75°C nachgerührt. Sobald kein Dimethylsulfat mehr nachweisbar ist, wird das Produkt abgezogen.
  • Herstellung der Papiere
    • - Zerfaserung: Escher-Wyss-Pulper
      Zeit: 30 min.
      Stoffdichte: 4 %
      Temperatur zu Beginn: 45 °C
    • - Papiermischung: siehe Tabelle
    • - Blattbildung: Rapid-Köthen
    • - Trocknung: Trockner des MK-Sheet-Formers:
      Press-Druck: 10 PSI
      Speed: 10 %
      Temperatur: 110°C
    • - Verwendete Prüfnorm: Blattbildung: DIN EN ISO 5269/2-00
      Dickenmessung: DIN EN 20 534-93
      Flächenbezogene Masse: DIN EN ISO 536-96
      Zugfestigkeit: DIN EN ISO 1924/2-95
    • - Klimatisierung: Normalklima 23°C und 50 % relative Luftfeuchte (DIN EN 20 187-93)
  • Die jeweilige Papiermischung wurde mit einem Escher-Wyss-Pulper zu einem Papierstoff mit 4% Stoffdichte zerfasert. Dem Papierstoff wurde das Produkt zur Volumenerhöhung in der angegebenen Einsatzmenge zugegeben. Die Blattbildung wurde in einem Blattbildner des Typs Rapid-Köthen durchgeführt und das erhaltene Papierblatt wurde mit einem Trockner des MK-Sheet-Formers getrocknet. Nach dem Trocknen wurde das spezifische Volumen und der Bruchkraftindex der hergestellten Papiere bestimmt und daraus im Vergleich zur Nullprobe die prozentuale Änderung bestimmt. Die Ergebnisse sind in den folgenden Tabellen 1 bis 4 zusammengestellt.
    • Deinktes Papier
  • Zur Herstellung von grafischen Papieren wird deinktes Altpapier eingesetzt. Das Volumen von grafischen Papieren wird durch Zusatz von Holzstoff um bis zu 5,5% gesteigert. Da Holzstoff aber einen hohen Anteil an Lignin enthält, fällt der Bruchkraftindex um bis zu 21,5% ab. Durch Einsatz von Produkt A mit deinktem Altpapier erreicht man eine Steigerung des Volumens um bis zu 9,5%. Der Bruchkraftindex nimmt dabei aber nur um bis zu 10,7% ab. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.
    • Niederwertiges Papier
  • Durch Zugabe des Produktes A kann das Volumen von sortiertem gemischtem Altpapier (Sorte 1.02) und unverkauften Zeitungen (Sorte 2.02) um bis zu 9,2% gesteigert werden. Trotz der hohen Steigerung des Volumens nimmt der Bruchkraftindex nur um bis zu 13,5% ab. Mit unbenutzter Wellpappe erreicht man eine geringe Steigerung des Volumens bei einem geringen Abfall des Bruchkraftindex. Man sieht allerdings sehr genau, daß man nur durch Verwendung des Produktes A zur Volumenerhöhung die benötigte Steigerung des Volumens bekommt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt.
    • Recyceltes Altpapier
  • Die Verwendung von Produkt A führt zu einer deutlichen Steigerung des Volumens um bis zu 9,3% bei einer nur geringen Abnahme des Bruchkraftindex um bis zu 14,4%. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 dargestellt.
    • Vergleich der Produkte A und B
  • Sowohl Produkt A als auch Produkt B führen zu einer Steigerung des Volumens um bis zu 9,2% bzw. 10,1% bei einem geringen Abfall des Bruchkraftindex. Da Produkt B aufgrund der permanenten kationischen Ladung besser auf die Holzfasern aufzieht, hat es eine bessere Effizienz als Produkt A. Bei gleicher Einsatzmenge führt Produkt B zu einer höheren Steigerung des Volumens als Produkt A. Um eine vorgegebene Steigerung des Volumens zu erreichen, kann auch die Einsatzmenge reduziert werden. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 dargestellt. Tabelle 1: Volumenerhöhung von deinktem Papier
    Beispiel Eingesetztes Produkt zur Volumenerhöhung Einsatzmenge [Gew.-%] Papiermischung Flächenmasse [g/m2] Dicke [µm] Spezifisches Volumen [cm3/g] [cm3/g] Änderung des spezifischen Volumens im Vergleich zum Beispiel 0 [%] Bruchkraftindex [Nm/g] Änderung des Bruchkraftindex im Vergleich zum Beispiel 0 [%]
    0 - - Deinkingware (Sorte 1.11) 137,0 256,4 1,87 - 35,4 -
    V1 Holzstoff 4,0 - 137,7 264,1 1,92 2,5 31,4 -11,3
    V2 Holzstoff 8,0 - 136,9 270,2 1,97 5,5 27,8 -21,5
    1 Produkt A 0,3 Deinkingware (Sorte 1.11) 136,6 273,5 2,00 7,0 33,1 -6,5
    2 ProduktA 0,5 Deinkingware (Sorte 1.11) 137,1 280,9 2,05 9,5 31,6 -10,7
    Tabelle 2: Niederwertiges Papier
    Beispiel Eingesetztes Produkt zur Volumenerhöhung Einsatzmenge [Gew.-%] Papiermischung Flächenmasse [g/m2] Dicke [µm] Spezifisches Volumen [cm3/g] Änderung des spezifischen Volumens im Vergleich zum Beispiel 0 [%] Bruchkraftindex [Nm/g] Änderung des Bruchkraftindex im Vergleich zum Beispiel 0 [%]
    0/1 - - sortiertes gemischtes Altpapier (Sorte 1.02) 137,3 257,6 1,88 - 36,4 -
    0/2 - - unverkaufte Zeitungen (Sorte 2.02) 137,0 257,2 1,88 - 36,6 -
    V1 - - unbenutzte Kraftwellpappe (Sorte 4.01.01) 136,9 263,7 1,93 2,6 35,8 -1,6
    3 Produkt A 0,3 sortiertes gemischtes Altpapier (Sorte 1.02) 137,5 277,8 2,02 7,6 32,9 -9,6
    4 Produkt A 0,5 sortiertes gemischtes Altpapier (Sorte 1.02) 136,8 281,4 2,06 9,6 31,1 -14,6
    5 Produkt A 0,3 unverkaufte Zeitungen (Sorte 2.02) 137,2 278,1 2,03 8,0 32,0 -12,1
    6 Produkt A 0,5 unverkaufte Zeitungen (Sorte 2.02) 137,4 281,6 2,05 9,2 31,5 -13,5
    Tabelle 3: Recyceltes Altpapier
    Beispiel Eingesetztes Produkt zur Volumenerhöhung Einsatzmenge [Gew.-%] Papiermischung Flächenmasse [g/m2] Dicke [µm] Spezifisches Volumen [cm3/g] Änderung des spezifischen Volumens im Vergleich zum Beispiel 0 [%] Bruchkraftindex [Nm/g] Änderung des Bruchkraftindex im Vergleich zum Beispiel 0 [%]
    0 - - holzstoffhaltiges recyceltes Altpapier 137,2 259,1 1,89 - 36,1 -
    1 Produkt A 0,3 holzstoffhaltiges recyceltes Altpapier 137,5 278,8 2,03 7,4 32,9 -8,9
    2 Produkt A 0,5 holzstoffhaltiges recyceltes Altpapier 137,1 282,9 2,06 9,3 30,9 -14,4
    Tabelle 4: Vergleich der Produkte A und B
    Beispiel Eingesetztes Produkt zur Volumenerhöhung Einsatzmenge [Gew.-%] Papiermischung Flächenmasse [g/m2] Dicke [µm] Spezifisches Volumen [cm3/g] [cm3 /g] Änderung des spezifischen Volumens im Vergleich zum Beispiel 0 [%] Bruchkraftindex [Nm/g] Änderung des Bruchkraftindex im Vergleich zum Beispiel 0 [%]
    0 - - unverkaufte Zeitungen (Sorte 2.02) 137,0 257,2 1,88 - 36,6 -
    1 ProduktA 0,3 unverkaufte Zeitungen (Sorte 2.02) 137,2 278,1 2,03 8,0 32,0 -12,1
    2 ProduktA 0,5 unverkaufte Zeitungen (Sorte 2.02) 137,4 281,6 2,05 9,2 30,9 -15,1
    3 Produkt B 0,3 unverkaufte Zeitungen (Sorte 2.02) 137,5 281,1 2,04 8,9 31,8 -12,6
    4 Produkt B 0,5 unverkaufte Zeitungen (Sorte 2.02) 137,6 284,5 2,07 10,1 30,2 -17,0

Claims (13)

  1. Verwendung eines Kondensationsprodukts aus Fettsäure und aminfunktioneller Verbindung, eines durch Alkylierung zumindest teilweise quarternisierten Produktes des Kondensationsprodukts oder einer Mischung daraus zur Volumenerhöhung von Papier oder Karton.
  2. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fettsäure ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Verbindungen der Formeln CnH2n+1COOH, CnH2n-1COOH, CnH2n-3COOH und CnH2n-5COOH, worin n = 7 - 29 ist.
  3. Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aminfunktionelle Verbindung ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Monoamin, Diamin, Polyamin, Polyamidamin, Aminoalkohol, Polyalkylenoxidamin und Polyetheramin.
  4. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kondensationsprodukt ein Fettsäureamid, Fettsäureamidamin oder Fettsäureesteramin ist und das quarternisierte Produkt eine Alkylammoniumverbindung des Fettsäureamids, Fettsäureamidamins oder Fettsäureesteramins ist.
  5. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kondensationsprodukt aus Fettsäure und aminfunktioneller Verbindung eine Verbindung der Formel R1C(O)X ist, mit X = OR2, NHR3 oder NR3R4, worin R1 = CnH2n+1, CnH2n-1, CnH2n-3 oder CnH2n-5 ist, mit n = 7 - 29, R2O ein Aminoalkohol oder Polyetheramin und R3, R4 unabhängig voneinander Alkyl, Arylalkyl, Aminoalkyl, Aminoarylalkyl, Polyamin, Polyamidamin, Polyether oder Polyetheramin sind.
  6. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kondensationsprodukt und/oder dessen quarternisiertes Produkt in Form eines Mittels eingesetzt werden, das nicht mehr als 10 Gew.-% Wasser enthält.
  7. Verwendung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel mindestens 95 Gew.-% Kondensationsprodukte aus Fettsäure und aminfunktioneller Verbindung und/oder durch Alkylierung zumindest teilweise quarternisierte Produkte der Kondensationsprodukte enthält.
  8. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Papier oder der Karton mehrschichtig sind.
  9. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, es sich bei dem Papier oder Karton um Altpapier handelt.
  10. Verfahren zur Volumenerhöhung von Papier oder Karton, bei dem im Papier- oder Kartonherstellungsprozeß zur Volumenerhöhung ein Kondensationsprodukt aus einer Fettsäure und einer aminfunktionellen Verbindung, ein durch Alkylierung zumindest teilweise quarternisiertes Produkt des Kondensationsprodukts oder eine Mischung daraus zugesetzt wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Kondensationsprodukt, deren quarternisiertes Produkt oder die Mischung daraus im Papier- oder Kartonherstellungsprozeß zum Papierstoff zugesetzt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß 0,05 - 2 Gew.-%, bezogen auf Papierstoff, zugesetzt werden.
  13. Papier oder Karton, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Kondensationsprodukt aus einer Fettsäure und einer aminfunktionellen Verbindung und/oder ein durch Alkylierung zumindest teilweise quarternisiertes Produkt des Kondensationsprodukts enthalten.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5716498A (en) * 1996-04-12 1998-02-10 Witco Corporation Process for softening paper in manufacture
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