[0001] Aus der DE-Auslegeschrift 1.177.824 ist es bekannt, Polyamine mit mindestens drei
Aminogruppen mit C₃- C₁₀-Dicarbonsäuren umzusetzen und die so erhaltenen Polyamide
mit Epichlorhydrin in wasserlösliche Kondensationsprodukte zu überführen. Dabei kann
das Epichlorhydrin in einem Molverhältnis zu den sekundären Aminogruppen des Polyamids
von etwa (0,5 bis 1,8) : 1 verwendet werden. Die gewonnenen Produkte können zur Verbesserung
der Naßfestigkeit von Papier eingesetzt werden.
[0002] Weiterhin ist bekannt (z.B. aus der britischen Patentschrift 865.727), daß solche
wäßrigen Kondensationsprodukte, hergestellt aus Polyamidoaminen und Epichlorhydrin,
unter anderem Chlorhydrin-Struktureinheiten der Formel

enthalten. Demzufolge können Polyamidoamin-Epichlorhydrin-Harze einen erheblichen
Anteil an organisch gebundenem Chlor aufweisen. Durch Umweltschutzauflagen ist es
nunmehr aber erforderlich, Produkte mit einem möglichst niedrigen organisch gebundenem
Chlorgehalt bereitzustellen.
[0003] In der US-Patentschrift 3.352.833 wird unter anderem auch eine alkalische Nachbehandlung
von Polyamidoamin-Epichlorhydrin-Harzen zur Reaktivierung der Naßfestwirksamkeit beschrieben.
Danach werden die sauer eingestellten Harzlösungen mit 0,25 bis 2,5 Equivalent Base
pro Equivalent Säure in wäßriger Lösung zur Reaktion gebracht. Nach Beispiel 10 der
US-Patentschrift 3.352.833 wird die Base vor der Verwendung des Harzes zur Papierherstellung
zugegeben, und die Harzlösung vier Stunden altern gelassen und dann sofort verwendet.
Angaben über den Abbau des organisch gebundenen Chlors finden sich in diesen Druckschriften
nicht. Die Nacharbeitung der in dieser US-Patentschrift angegebenen alkalischen Nachbehandlung
zeigt jedoch, daß dabei keine ausreichend lagerstabilen und/oder ausreichend chlorarmen
Harzlösungen entstehen (vgl. die weiter unten folgenden Vergleichsversuche). Ein weiterer
Nachteil dieser Alkali-Aktivierung vor der Verarbeitung, beispielsweise in der Papiemasse,
sind die zusätzlichen betrieblichen Einrichtungen wie Behälter, Rührwerke und Dosiereinrichtungen,
die diese Methode erfordert. Zur optimalen Verwendung der alkalisch zu aktivierenden
Polyamidoamin-Epichlorhydrin-Harze ist es außerdem nötig, die Alkalizugaben genau
zu dosieren, bestimmte Standzeiten einzuhalten und wegen einer eintretenden Lagerstabilitätsverminderung
der alkalischen Lösung diese innerhalb eines bestimmten Zeitraumes zu verbrauchen.
[0004] Aus EP-A-0 131 200 sind bereits Reaktionsprodukte aus Epihalogenhydrin und Polyamidoaminen
bekannt, wobei die Polyamidoamine Umsetzungsprodukte sind aus Dicarbonsäuren, aliphatischen
Polyaminen und Monoalkanolaminen. Eine alkalische Nachbehandlung dieser Reaktionsprodukte
ist nicht erwähnt.
[0005] Das nicht-vorveröffentlichte Dokument EP-A-0 282 862 beschreibt Reaktionsprodukte
der gleichen Art einschließlich der alkalischen Nachbehandlung. Die hier beschriebenen
Reaktionsprodukte sind jedoch nicht durch Einbau von Monoalkanolaminen modifiziert.
[0006] Die vorliegende Erfindung betrifft nunmehr eine lagerstabile, wäßrige Lösung eines
wasserverdünnbaren Polyamidoamin-Epichlorhydrin-Harzes (A), erhalten durch Umsatz
eines wasserverdünnbaren, basischen Polyamidoamins (B), bestehend aus einer Säurekomponente
(B₁), und einer Aminkomponente (B₂), mit Epichlorhydrin (C), in einem wäßrigen System
und in einem Verhältnis von 0,6 bis 2 Mol pro Mol basischer (mit (C) reaktiver) Aminogruppen
des Polyamidoamins (B), Zugabe einer Base (D) bei 25 bis 95 °C, gegebenenfalls nach
vorheriger Ansäuerung des Reaktionssystems, daß der pH-Wert oberhalb 8 liegt, und
anschließende Zugabe von Säure auf einen pH-Wert von höchstens 7, wobei der Gehalt
an organisch gebundenem Chlor in dem Harz (A) höchstens 4 Gew.-% beträgt und wobei
die Komponente (B₂) aus einem Gemisch aus einem oder mehreren Polyaminen und Alkanolaminen
besteht.
[0007] Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung dieser Harz-Lösungen
sowie deren Verwendung.
[0008] Das Merkmal "lagerstabil" soll hierbei bedeuten, daß während einer Lagerung von mindestens
drei Monaten bei Raumtemperatur (oder von mindestens 10 Tagen bei 50°C) keine merkliche
Gelierung oder Ausfällung eintritt.
[0009] Der Begriff "Lösung" soll hier auch eine kolloidale Lösung miteinschließen.
[0010] Der pH-Wert des erfindungsgemäßen Harzlösung liegt vorzugsweise zwischen 1,5 und
5. Die Viskosität einer 12,5-%igen Lösung beträgt bei 25°C im allgemeinen etwa 10
bis 200, vorzugsweise 15 bis 80 mPa.s.
[0011] Der Gehalt an Harz (A) in der erfindungsgemäßen Lösung liegt im allgemeinen zwischen
8 und 25 Gew.-%, vorzugsweise 10 und 15 Gew.-%, bezogen auf die Lösung.
[0012] Daneben enthält diese Harzlösung geringe Mengen an anorganischen Stoffen (von der
Basenbehandlung und der anschließenden Neutralisation) sowie gegebenenfalls bis 0,5
Gew.-%, vorzugsweise 0,05 bis 0,2 Gew.-%, an antifungizid wirkenden Mitteln, wie Sorbinsäure
bzw. Kaliumsorbat sowie gegebenenfalls weitere Additive, wie z.B. Entschäumungsmittel.
[0013] Das Harz (A) besitzt im allgemeinen ein mittleres Molekulargewicht M
n von mindestens 500, vorzugsweise von mindestens 1000 und insbesondere von 1000 bis
500 000. Der Gehalt an organisch gebundenem Chlor liegt im allgemeinen zwischen 0,1
und 4, vorzugsweise zwischen 1 und 4 und insbesondere zwischen 1 und 3 Gew.-%. In
einer 12,5 %igen Harzlösung übersteigt dieser Chlorgehalt nicht Werte von 0,5 Gew.-%
und liegt im allgemeinen zwischen 0,0125 und 0,5, vorzugsweise zwischen 0,125 und
0,5 und insbesondere zwischen 0,125 bis 0,375 Gew.-%, bezogen auf die Lösung.
[0014] Die Menge an Einheiten in (A), die sich von dem Epichlorhydrin ableiten, beträgt
im allgemeinen 20 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise 30 bis 40 Gew.-%, bezogen auf (A).
[0015] Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung vorstehend beschriebener Harzlösungen
ist dadurch gekennzeichnet, daß man wasserlösliche, basische Polyamidoamine (B) mit
Epichlorhydrin (C) in einem Verhältnis von 0,6 bis 2 Mol pro Mol basischer Aminogruppen
des Polyamidoamins (B) in wäßrigem System zur Reaktion bringt, und dann, gegebenenfalls
nach vorheriger Ansäuerung des Reaktionssystems, mit soviel einer Base (D), im allgemeinen
0,1 bis 1,0 Mol, vorzugsweise 0,1 bis 0,6 Mol pro Mol eingesetztes Epichlorhydrin,
bei 25 bis 95°C umsetzt, daß der pH-Wert bei größer als 8 liegt, anschließend den
pH-Wert durch Zugabe von Säure auf höchstens 7 einstellt.
[0016] Das wasserlösliche Polyamidoamin (B) besitzt im allgemeinen ein mittleres Molekulargewicht
M
n (bestimmt über die Carboxylendgruppen) von mindestens 500, vorzugsweise mindestens
1000 und insbesondere 2000 bis 20000; die Aminzahl liegt zumeist zwischen 200 und
400, vorzugsweise zwischen 250 und 350 mg KOH/g und die Säurezahl zwischen 0 und 50,
vorzugsweise 10 und 30 mg KOH/g.
[0017] Polyamidoamine (B), welche die erfindungsgemäßen Bedingungen erfüllen, sind beispielsweise
in der DE-AS 1.777.824, der GB-PS 865.727, den US-PSen 4.075.177 und 4.336.835, der
DE-OS 3.323.732 und der EP-OS 31 899 beschrieben, auf die hier Bezug genommen wird.
Bevorzugt sind dabei die entsprechenden Produkte gemäß der DE-OS 3.323.732, soweit
sie unter den vorliegenden Rahmen fallen.
[0018] Generell werden derartige Polyamidoamine (B) durch Umsetzung der Säurekomponente
(B₁), wie Dicarbonsäuren oder deren funktionellen Derivaten sowie von ω-Aminocarbonsäuren
oder deren Lactamen mit der Aminkomponente (B₂), wie Polyamine erhalten, wobei diese
im Gemisch mit Alkanolmonoaminen vorliegen, falls (B₁) die weiter oben genannten Bedingungen
erfüllt. Diese Polyamine enthalten dabei mindestens zwei primäre Aminogruppen und
vorzugsweise mindestens eine sekundäre und/oder tertiäre Aminogruppe. Das Mengenverhältnis
der Komponenten ist dabei so zu wählen, daß im resultierenden Polyamidoamin (B) noch
eine genügende Zahl an basischen (d.h. mit Epichlorhydrin (C) reaktiven) Aminogruppen
vorhanden ist, keine Gelierung bei der Reaktion eintritt und das Molekulargewicht
von (A) in dem angegebenen Bereich liegt.
[0019] Bei den Polyamidoaminen (B) handelt es sich beispielsweise um Umsetzungsprodukte
von
a) gesättigten oder olefinisch-ungesättigten aliphatischen C₃-C₁₀-Dicarbonsäuren oder
deren funktionellen Derivaten bzw. mindestens 3 C-Atome enthaltenden ω-Aminocarbonsäuren
oder deren Lactamen mit
b1) aliphatischen Polyaminen, die mindestens zwei primäre und mindestens eine weitere,
und zwar sekundäre und/oder tertiäre Aminogruppe enthalten, oder
b2) einem Gemisch der Polyamine b1) mit
c1) Polyaminen, die mindestens eine primäre und gegebenenfalls mindestens eine sekundäre
Aminogruppe enthalten und nicht unter die Definition b1) fallen, wobei die zusätzlichen
Polyamine in solchen Mengen verwendet werden können, daß deren Anteil an primären
Aminogruppen, bezogen auf die Gesamtmenge der primären Aminogruppen, 70 %, vorzugsweise
50 % und insbesondere 30 % nicht übersteigt, und
b3) Alkanolmonoaminen mit 2 bis 20 C-Atomen, vorzugsweise 2 bis 6 C-Atomen und 1 bis
3, vorzugsweise 1 oder 2 OH-Gruppen und insbesondere mit einer OH-Gruppe. Vorzugsweise
besitzen diese Alkanolmonoamine die weiter unten angegebene Formel (II).
[0020] Als wasserlösliche Polyamidoamine (B) kommen insbesondere in Betracht:
1. Umsetzungsprodukte von a) gesättigten aliphatischen C₃-C₁₀-Dicarbonsäuren, wie
Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Sebazinsäure, Malonsäure oder deren funktionellen
Derivaten, wie Anhydriden und Estern, wobei die drei erstgenannten Säuren bevorzugt
sind, mit den vorstehend unter b) genannten Gemischen von Polyaminen mit Alkanolmonoaminen.
2. Umsetzungsprodukte von solchen gesättigten modifizierten Dicarbonsäuren bzw. deren
Derivaten, die durch Anlagerung von aliphatischen, cycloaliphatischen, araliphatischen
oder heterocyclischen Polyaminen, die mindestens zwei Aminogruppen, und zwar primäre
und/oder sekundäre, enthalten, an α,β-olefinisch-ungesättigte Carbonsäureester, deren
Alkoholrest 1 bis 8, vorzugsweise 1 bis 3 C-Atome hat, wie Acrylsäureethylester und
Methacrylsäuremethylester, erhalten und dann mit den vorstehend unter b₁)/c₁) genannten
Polyaminen bzw. deren Gemischen, gegebenenfalls in Abmischung mit Alkanolmonoaminen,
umgesetzt werden.
3. Umsetzungsprodukte von mindestens drei Kohlenstoffatome enthaltenden ω-Aminocarbonsäuren
oder deren Lactamen, z.B. 6-Aminocapronsäure und 8-Aminocaprylsäure bzw. 6-Caprolactam
und 8-Capryllactam, mit den vorstehend unter b) genannten Gemischen von Polyaminen
mit Alkanolmonoaminen.
4. Umsetzungsprodukte von olefinisch ungesättigten Dicarbonsäuren, wie Maleinsäure
oder Fumarsäure bzw. deren funktionellen Derivaten, wie Anhydriden oder Estern, mit
den vorstehend unter b₁)/c₁) genannten Polyaminen bzw. deren Gemischen, gegebenenfalls
in Abmischung mit Alkanolmonoaminen.
5. Solche Umsetzungsprodukte, denen außer den unter 1. genannten gesättigten, aliphatischen
C₃-C₁₀-Dicarbonsäuren und den unter 4. genannten ungesättigten Dicarbonsäuren noch
ω-Aminocarbonsäuren oder deren Lactame des unter 3. angeführten Typs und außerdem
unter b1) angeführten Polyaminen noch mindestens eine primäre und gegebenenfalls eine
sekundäre Aminogruppe, also z.B. eine primäre oder eine sekundäre Aminogruppe, enthaltende
aliphatische, cycloaliphatische, araliphatische oder heterocyclische Polyamine und
Alkanolamine zugrunde liegen. Hierbei sind diejenigen Polyamidoamine zu bevorzugen,
denen außer den vorstehend unter b₁)/c₁) genannten Polyaminen bzw. deren Gemischen,
gegebenenfalls in Abmischung mit Alkanolmonoaminen und außer den gesättigten C₃-C₁₀-Dicarbonsäuren
noch ω-Aminocarbonsäuren oder deren Lactame des unter 3. angeführten Typs zugrunde
liegen.
[0021] Umsetzungsprodukte vom Typ 1) unter Verwendung von Diethylentriamin, Triethylentetramin
und Tetraethylenpentamin als Polyamin und 2-Aminoethanol als Alkanolmonoamin sind
besonders bevorzugt.
[0022] Als Polyamine b1) und c1) kommen beispielsweise solche der Formel (I)

in Betracht, in der
- p
- Null oder eine ganze Zahl von 1 bis 6, vorzugsweise 1 bis 4 ist,
- R₁
- einen zweiwertigen, vorzugsweise nichtaromatischen Kohlenwasserstoffrest mit 2 bis
18 C-Atomen, vorzugsweise einen verzweigten oder unverzweigten Alkylenrest mit 2 bis
10 C-Atomen, insbesondere mit 2 bis 6 C-Atomen, oder einen Cycloalykylenrest mit 5
bis 12 C-Atomen, vorzugsweise 6 bis 10 C-Atomen, oder einen Aralkylenrest mit 7 bis
12 C-Atomen, vorzugsweise 8 bis 10 C-Atomen darstellt und
- R₂, R₂,
- unabhängig voneinander für H oder einer der beiden Reste für

stehen, worin R₁ die gleiche Bedeutung wie vorstehend hat und
- R₃, R₄
- entweder unabhängig voneinander für H, (C₁-C₂₀)Alkyl, vorzugsweise (C₁-C₆)Alkyl, stehen,
wobei diese Alkylreste auch Hydroxygruppen tragen können.
[0023] Als Polyamine b1) seien z.B. genannt Methyl-bis-(3-aminopropyl)-amin, Ethyl-bis-(3-aminopropyl)-amin,
N-(3-Aminopropyl)-tetramethylendiamin, N,N'-Bis-(3-aminopropyl)-tetramethylendiamin,
Polyalkylenpolyamine, wie Di-propylen-(1,2)-triamin, Bis-(3-amino-propyl)-amin, Tripropylen-(1,2)-tetramin
und vor allem Diethylentriamin, Triethylentetramin und Tetraethylenpentamin.
[0024] Polyamine c1) sind beispielsweise: Ethylendiamin, Propylendiamin, 1-Amino-3-methylamino-propan,
2-Methylpentamethylendiamin, Pentanethylendiamin, Hexamethylendiamin, Trimethylhexamethylendiamin,
Neopentyldiamin, Octamethylendiamin, Dioxadodecandiamin, cyclialiphatische Diamine
wie 1,2-, 1,3- oder 1,4-Cyclohexandiamin; 4,4'-Methylen-bis-cyclohexylamin, Isophorondiamin,
Menthandiamin, 4,4'-Diamino-3,3'-dimethyl-di-cyclohexylmethan, 3-Aminomethyl-1-(3-aminopropyl-1-methyl)-4-methylcyclohexan,
N-Methylethylendiamin, N-Aminoethylpiperazin, 1,3-Bis-aminomethylbenzol.
[0025] Als Alkanolmonoamine sind z.B. solche der Formel
H₂N-R₁-OH (II)
geeignet, in der R₁ die obige Bedeutung hat, wie 2-Aminoethanol, 1-Amino-2-propanol,
3-Amino-1-propanol, 2-Amino-1-butanol, 4-Amino-1-butanol, 5-Amino-1-pentanol, 6-Amino-1-hexanol
und deren Isomere, deren Kohlenwasserstoffrest verzweigt ist oder die die Aminogruppe
und/oder die Hydroxylgruppe an einen primären oder sekundären C-Atom tragen; ferner
solche, die sich von cyclischen Kohlenwasserstoffresten, vorzugsweise mit 5-7 C-Atomen,
ableiten.
[0026] Die zur Erzielung wasserlöslicher Polyamidoamine (B) mit optimalen Eigenschaften
einzuhaltenden Mengenverhältnisse der in Betracht kommenden Komponenten lassen sich
durch Vorversuche leicht ermitteln. Im allgemeinen ist die Mol-Menge an Dicarbonsäure
oder deren funktionelle Derivate zu Polyamin/Alkanolmonoamin so, daß das Verhältnis
von Carboxylgruppen zu der Summe von primären NH₂-Gruppen 1: (0,8-1,4), vorzugsweise
1: (0,95-1,1) beträgt. Im Falle von Mischungen von Polyaminen und Alkanolmonoaminen
liegt das Verhältnis ihrer Molmengen bei 0,6:0,4 bis 0,99:0,01, vorzugsweise 0,8:0,2
bis 0,95:0,05.
[0027] Die Herstellung der Polyamidoamine (B) kann in üblicher Weise erfolgen, z.B. durch
mehrstündiges Erhitzen der entsprechenden Komponenten unter Ausschluß von Sauerstoff
auf Temperaturen von 125 bis 250°C, vorzugsweise von 140 bis 180°C, zunächst unter
gewöhnlichem Druck und dann unter vermindertem Druck, wobei zur Vermeidung der Dunkelfärbung
der Polyamide geringe Menge an Hydrazinhydrat oder Hydraziden zugesetzt werden können.
Die Reaktionszeit hängt von den angewendeten Temperaturen und Drucken ab und liegt
im allgemeinen zwischen 4 und 10 Stunden.
[0028] Anstelle des Epichlorhydrins (B) kann gegebenenfalls auch das Dichlorhydrin (1,3-Dichlor-2-hydroxypropan)
eingesetzt werden.
[0029] Als Basen (D) können unter anderem eingesetzt werden: Alkalihydroxide, bevorzugt
Natrium- und Kaliumhydroxid, Carbonate, Bicarbonate, Erdalkalihydroxide, wie Calciumhydroxid,
weiterhin Benzyltrimethylammoniumhydroxid, Tetramethylammoniumhydroxid, Tetraethylammoniumhydroxid
oder entsprechende Gemische.
[0030] Die Herstellung der Reaktionsprodukte nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann in
der Weise erfolgen, daß man die Polyamidoamine (B) und Epichlorhydrin (C) in einem
ersten Reaktionsschritt bei einer Konzentration der Reaktionsteilnehmer von etwa 25
bis 50 %, vorzugsweise 35 bis 45 % und bei einer Temperatur zwischen 25 und 95°C,
vorzugsweise 40 bis 70°C, solange reagieren läßt, bis die Viskosität einer 40 %igen
Lösung (bestimmt bei 25°C) etwa 100 bis 600, vorzugsweise 200 bis 400 mPa.s beträgt.
Anschließend setzt man diese Lösung in einem zweiten Reaktionsschritt mit einer wäßrigen
Lösung einer Base (D), die in einer Menge von im allgemeinen 0,1 bis 1,0, vorzugsweise
0,1 bis 0,6 Mol pro Mol eingesetztes Epichlorhydrin (C) enthalten ist, bei einer Konzentration
der Reaktionsteilnehmer von 10 bis 40 %, vorzugsweise 15 bis 25 %, und einer Temperatur
zwischen 25 bis 95°C, vorzugsweise 40 bis 70°C, solange um, bis die Viskosität einer
12,5 %igen Lösung (bestimmt bei 25°C) 10-200 mPa.s, vorzugsweise 15 bis 80 mPa.s beträgt.
Der pH-Wert in diesem zweiten Reaktionsschritt liegt bei größer als 8, vorzugsweise
zwischen 9 und 12. Danach gibt man der Mischung zur Beendigung der Einwirkung und
zur Stabilisierung der an sich selbstvernetzenden Reaktionsprodukte zweckmäßig so
viel Säure oder Säurederivate zu, daß der pH-Wert der wäßrigen Lösung bei 1 bis 7,
vorzugsweise zwischen 1,5 und 5 liegt, und stellt den Feststoffgehalt der Reaktionslösung
durch Verdünnen mit Wasser auf 8 bis 25 Gew.-% ein.
[0031] In einer anderen, weniger bevorzugten Ausführungsform kann man während oder nach
der Umsetzung von Polyamidoamin (B) und Epichlorhydrin (C) der Lösung zunächst Säure
zugeben und den pH-Wert auf kleiner als 7, vorzugsweise 1,5 und 5 einstellen. Diese
saure Reaktionsmischung wird dann mit soviel an Base (D) versetzt, daß der pH-Wert
bei größer als 8, vorzugsweise zwischen 9 und 12 liegt, und dieses System wird dann
für eine Zeitdauer von 0,5 bis 8 Stunden, vorzugsweise 1 bis 4 Stunden bei einer Temperatur
von 25 bis 95°C, vorzugsweise 40 bis 70°C gehalten.
[0032] Als Säuren kommen vor allem halogenfreie Säuren, wie Schwefel-, Phosphor- oder Essigsäure
in Betracht und als Säurederivate entsprechende Anhydride oder saure Salze.
[0033] Die Menge an Epichlorhydrin (C) beträgt im allgemeinen 0,6 bis 2 Mol, vorzugsweise
1,0 bis 1,4 Mol pro Mol basischer Aminogruppen (primär, sekundär oder tertiär) im
Polyamidoamin (B) und die Menge an Base (D) 0,1 bis 1,0 Mol, vorzugsweise 0,1 bis
0,6 Mol pro Mol eingesetztes Epichlorhydrin.
[0034] Die erfindungsgemäßen Harze bzw. Harzlösungen weisen gegenüber den bisher bekannten
Reaktionsprodukten aus Polyamidoamin und Epichlorhydrin einen erheblich geringeren
organisch gebundenen Chlorgehalt auf und eignen sich deshalb in hervorragender Weise
dazu, den organischen Chlorgehalt von Abwässern, u.a. von Papierfabriken, erheblich
zu senken. Diese wertvolle Eigenschaft besitzen die Reaktionsprodukte, die bisher
zur Verbesserung der Naßfestwirksamkeit von Papier verwendet worden sind, nicht in
gleichem Umfang. Aufgrund der hohen Lagerstabiliät der erfindungsgemäßen Harzlösungen
bleibt deren Naßfestwirksamkeit auch nach monatelanger Lagerung konstant.
[0035] Mit Hilfe der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Reaktionsprodukte
gelingt es, die Naßfestigkeit von Papier - auch von Papier aus ungebleichtem Zellstoff
- hervorragend zu verbessern. In manchen Fällen ist es - je nach Art des Papiers bzw.
nach Wunsch - auch möglich, die Saugfähigkeit zu erhöhen. Bemerkenswert ist, daß die
Reaktionsprodukte den Weißgrad von Papier, das aus gebleichtem Zellstoff hergestellt
ist, praktisch nicht beeinträchtigen. Erwähnt sei ferner, daß die Geschwindigkeit,
mit der die erfindungsgemäß zu verwendenden Reaktionsprodukte auf dem Papier bzw.
im Zellstoff vernetzen, hoch ist und daß die Reaktionsprodukte auch als Retentionshilfsmittel
für bei der Papierherstellung verwendete Füllstoffe, Drainagehilfsstoffe zur Verbesserung
der Papierherstellungsgeschwindigkeit und Flockungsmittel zur Entfernung feiner Teilchen
aus Schmutzwasser, zum Beispiel industriellem Abwasser, verwendet werden können.
[0036] Um die Naßfestigkeit von Papier gemäß der vorliegenden Erfindung zu erhöhen, kann
man beispielsweise so vorgehen, daß man die in Betracht kommenden Harze in Form wäßriger
Lösungen bereits der wäßrigen Suspension des Papierrohstoffes vor der Verarbeitung
zu Papier zusetzt. Die Mengen an Harz, die zur Erzielung der gewünschten Naßfestigkeit
erforderlich sind, lassen sich durch Vorversuche ohne Schwierigkeiten ermitteln. Im
allgemeinen empfiehlt es sich, 0,05 bis 2, vorzugsweise 0,1 bis 1,6 Gew.-Teile Festharz
auf 100 Gew.-Teile Papierrohstoff einzusetzen, zweckmäßig in Form einer wäßrigen Lösung,
deren Gehalt an Reaktionsprodukten 8 bis 25, vorzugsweise 10 bis 15 Gew.-% beträgt.
[0037] Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung näher veranschaulichen. Sofern nicht
anders angegeben, bedeutet Prozent Gewichtsprozente. Der organische Chlorgehalt wurde
aus der Differenz des nach der Verbrennungsmethode von Wickbold (Bezugsvorschriften:
DIN 53 188, Abs. 13 und DIN 53 474, Abs. 5.5; 6.3) ermittelten Chlorgehaltes und dem
ionischen Chlorgehalt bestimmt.
Beispiele
1. Herstellung des Polyamidoamins (B)
[0038] 392 g Diethylentriamin (3,8 Mol) und 24,4 g (0,4 Mol) 2-Amino-ethanol wurden in einen
Vierhalskolben, der mit Rührer, Thermometer und Destillationsapparatur versehen war,
gefüllt und innerhalb von 30 Minuten 584 g Adipinsäure (4 Mol) portionsweise zugegeben,
so daß die Temperatur nicht über 100°C stieg. Dann wurde unter Stickstoff in 3 Stunden
auf 150°C geheizt, eine Stunde bei dieser Temperatur gehalten und weiter auf 170°C
erwärmt, wobei das gebildete Wasser gleichmäßig herausdestillierte. Nach einer Haltezeit
von etwa 2 Stunden hatte das Kondensat eine Säurezahl von 20 mgKOH/g und eine Aminzahl
von 251 mgKOH/g. Nach Entfernen der Heizung wurde das Polyamidoamin mit 570 g Wasser
verdünnt. Die Lösung hatte einen Festkörpergehalt von 59,8 % (1 g, 1 Stunde, 125°C)
und eine Viskosität bei 25°C von 1174 mPa.s.
2. Herstellung eines Polyamidoamin-Epichlorhydrin-Harzes (Vergleich)
[0039]
a) 322 g der Polyamidoamin-Vorproduktlösung aus Beispiel 1 (entsprechend 0,857 Val
NH) und 321 g Wasser wurden in einem Dreihalskolben mit Rührer, Thermometer und Kühler
gegeben und unter Rühren 111 g Epichlorhydrin (1,20 Mol) zugesetzt. In 30 Minuten
wurde auf 55 bis 60°C erwärmt und bei dieser Temperatur gehalten. Nach 6 Stunden betrug
die Gardner-Viskosität I.
b) Es wurden 352 g Wasser zugegeben, auf 60 bis 65°C erwärmt und bei dieser Temperatur
gehalten. Nach 3 Stunden betrug die Gardner-Viskosität F. Dann wurden 1295 g Wasser,
in denen 2,5 g Kaliumsorbat gelöst waren, zugegeben und gekühlt. Danach wurde mit
14 g 48 %iger Schwefelsäure auf pH 3,70 eingestellt. Die Harzlösung hatte einen Festkörpergehalt
von 12,6 % (1 g, 1 Stunde, 100°C) und eine Viskosität bei 25°C von 21 mPa.s.
3. Herstellung eines Polyamidoamin-Epichlorhydrin-Harzes (Vergleich)
[0040]
a) 207 g der Polyamidoamin-Vorproduktlösung aus Beispiel 1 (entsprechend 0,552 Val
NH) und 207 g Wasser wurden in einen Dreihalskolben mit Rührer, Thermometer und Kühler
gegeben und unter Rühren 66,5 g Epichlorhydrin (0,72 Mol) zugesetzt. In 60 Minuten
wurde auf 60°C erwärmt und bei dieser Temperatur gehalten. Nach 3 Stunden betrug die
Gardner-Viskosität M.
b) Es wurden 578 g Wasser zugegeben, auf 65°C erwärmt und bei dieser Temperatur gehalten.
Nach 4 Stunden betrug die Gardner-Viskosität F-G. Dann wurden 442 g Wasser, in denen
1,5 g Kaliumsorbat gelöst waren, zugegeben und gekühlt. Danach wurde mit 9,2 g 48
%iger Schwefelsäure auf pH 3,9 eingestellt. Die Harzlösung hatte einen Festkörpergehalt
von 12,6 % (1 g , 1 Stunde, 100°C) und eine Viskosität bei 25°C von 47 mPa.s.
4. Herstellung eines Polyamidoamin-Epichlorhydrin-Harzes (Vergleich)
[0041]
a) Es wurde zunächst wie in Beispiel 2a)/b) verfahren; die Wasserverdünnung in der
Stufe b) erfolgte jedoch auf ca. 20 %. Die resultierende Harzlösung hatte folgende
Daten:
FK (1 g, 1 h, 100°C) |
19,7 % |
pH |
4,01 |
Viskosität 25°C |
46,5 mPa.s. |
Stabilität 50°C |
>10 Tage |
Chlor gesamt ber. |
2,84 % |
Chlor ionisch gef. |
1,67 % |
200 g dieser Harzlösung enthielten:
14,7 g Epichlorhydrin |
158,9 mVal |
0,793 g H₂SO₄ 100 % |
16,2 mVal |
b) In Anlehnung an die Lehre von Anspruch 11 oder US-PS 3.352.833 wurden 200 ml der
Harzlösung gemäß a) bei Raumtemperatur mit 4,1 ml 10 n NaOH (entsprechend 2,5 Equivalenten
NaOH pro Equivalent H₂SO₄) während 4 Stunden umgesetzt. Die Ergebnisse zeigt die Tabelle
2.
c) Die Laugenbehandlung erfolgte analog Abschnitt b), jedoch wurde die Lauge in einer
Menge entsprechend Beispiel 10 der US-PS 3.352.833 eingesetzt, nämlich 17,5 ml 10
n NaOH pro 200 g Harzlösung (= Equivalent der Summe der Menge an Epichlorhydrin und
H₂SO₄). Bezüglich der Ergebnisse siehe wiederum die Tabelle 2.
5. Herstellung eines Polyamidoamin-Epichlorhydrin-Harzes (Vergleich)
[0042]
a) Es wurde zunächst wie im Beispiel 3a)/b) verfahren; die resultierende Harzlösung
hatte folgende Daten:
FK (1 g, 1 h, 100°C) |
12,4 % |
pH |
3,99 |
Viskosität 25°C |
33,9 mPa.s. |
Stabilität 50°C |
> 10 Tage |
Chlor gesamt ber. |
1,69 % |
Chlor ionisch gef. |
1,07 % |
200 g dieser Harzlösung enthielten:
8,81 g Epichlorhydrin |
95,2 mVal |
0,557 g H₂SO₄ 100 % |
11,4 mVal |
b) Analog wie bei 4b) wurden 200 g der vorstehenden Harzlösung mit 2,85 ml 10 n NaOH
(2,5 Equivalente/Equivalent H₂SO₄) während 4 Stunden bei Raumtemperatur umgesetzt.
Ergebnisse siehe Tabelle 2.
c) Analog Beispiel 4c) wurden 200 g der vorstehenden Harzlösung mit 10,7 ml 10 n NaOH
umgesetzt (= Equivalent der Summe der Menge an Epichlorhydrin und H₂SO₄). Bezüglich
der Ergebnisse siehe die Tabelle 2.
6. Herstellung eines Polyamidoamin-Epichlorhydrin-Harzes (erfindungsgemäß)
[0043]
a) 207 g der Polyamidoamin-Vorproduktlösung aus Beispiel 1 (entsprechend 0,552 Val
NH) und 207 g Wasser wurden in einen Dreihalskolben mit Rührer, Thermometer und Kühler
gegeben und unter Rühren 66,5 g Epichlorhydrin (0,72 Mol) zugesetzt. In 45 Minuten
wurde auf 60°C erwärmt und bei dieser Temperatur gehalten. Nach 3,5 Stunden betrug
die Gardner-Viskosität N.
b) Es wurden 578 g 1 %ige Natronlauge zugegeben, auf 65°C erwärmt und bei dieser Temperatur
gehalten. Nach 3 Stunden betrug die Gardner-Viskosität E-F. Dann wurden 442 g Wasser,
in denen 1,5 g Kaliumsorbat gelöst waren, zugegeben, gekühlt und anschließend mit
11,7 g 48 %iger Schwefelsäure auf pH 3,9 eingestellt. Die Harzlösung hatte einen Festkörpergehalt
von 12,7 % (1 g, 1 Stunde, 100°C) und eine Viskosität bei 25°C von 39 mPa.s.
Herstellung weiterer Harze (A) analog Beispiel 6
[0044] Nach der Arbeitsweise analog Beispiel 6, aber mit unterschiedlichen Mengen Natriumhydroxid,
wurden folgende weitere Produkte hergestellt:
7. Im Reaktionsschritt b) wurden 578 g 1,5 %ige Natronlauge zugegeben.
Das Ansäuern erfolgte mit 24,9 g 48 %iger Schwefelsäure auf pH 1,75. Die erhaltene
Harzlösung hatte einen Festkörpergehalt von 13,3 % (1 g, 1 Stunde, 100°C) und eine
Viskosität bei 25°C von 34 mPa.s.
8. Im Reaktionsschritt b) wurden 578 g 2,0 %ige Natronlauge zugegeben.
Das Ansäuern erfolgte mit 37,5 g 48 %iger Schwefelsäure auf pH 1,75. Die erhaltene
Harzlösung hatte einen Festkörpergehalt von 13,5 % (1 g, 1 Stunde, 100°C) und eine
Viskosität bei 25°C von 40 mPa.s.
Papierbehandlung
[0045] Zu 2 kg einer Suspension von 10 g gebleichtem Sulfitzellstoff mit einem Mahlgrad
von 42 bis 43°C Schopper-Riegler wurde unter starkem Rühren die 12,5 %igen, wäßrigen
Harzlösungen von Beispiel 2, 3, 6, 7 und 8 in einer Menge von 1 % Festharz auf Zellstoff
gegeben.
[0046] Nach einer Aufziehzeit von mindestens 2 Minuten wurden in einem Blattbildner nach
Schopper zwei Papierblätter von ca. 320 m² Fläche mit einem Flächengewicht von 100
g/m² gebildet, auf dem Trockenzylinder 5 Minuten bei 100°C erwärmt und 10 Minuten
bei 120°C im Trockenschrank nachgehärtet. Nach einer Klimatisierungszeit von 24 Stunden
bei 20°C und 65 % relativer Luftfeuchtigkeit wurden von Probestreifen des Papiers
die Naßfestigkeiten in Newton (N) nach der Prüfvorschrift des Zelluloseinstituts der
Technischen Hochschule Darmstadt gemessen. Das auf diese Weise erhaltene Papier wies
eine Naßfestigkeit auf, die erheblich höher lag als die eines Papiers, das aus dem
gleichen gebleichten Sulfitzellstoff ohne Zusatz der wäßrigen Lösungen der erfindungsgemäß
verwendeten Produkte unter gleichen Versuchsbedingungen hergestellt wurde.
[0047] Die Naßfestigkeiten in Newton (N) sind in Relativ-%, bezogen auf Vergleichsprodukt
2 = 100 %, in Tabelle 1 angegeben.

[0048] Aus dieser Tabelle 1 ist zu ersehen, daß gegenüber den Vergleichsbeispielen 2 und
3 der Gehalt an organisch gebundenem Chlor in den Beispielen 6 bis 8 deutlich erniedrigt
ist, wobei in dem Beispiel 8 der Wert nur noch ca. 20 % des Vergleichsbeispiels 3
beträgt. Darüber hinaus weisen die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten
Reaktionsprodukte ausgezeichnete Naßfestwirksamkeiten und gute Lagerstabilitäten auf.
Tabelle 2
|
4b) |
4c) |
5b) |
5c) |
Harz |
4a) |
4a) |
5a) |
5a) |
Harzlösung (g) |
200 |
200 |
200 |
200 |
Gesamtchlor (%) |
2,84 |
2,84 |
1,69 |
1,69 |
Cl⁻ (%) |
1,67 |
1,67 |
1,07 |
1,07 |
10 n NaOH ml |
4,1 |
17,5 |
2,85 |
10,7 |
pH |
9,9 |
12,7 |
10,5 |
12,5 |
Cl⁻ nach 1 h (%) |
1,97 |
2,23 |
1,24 |
1,41 |
Cl⁻ nach 4 h (%) |
1,97 |
2,31 |
1,26 |
1,43 |
Cl⁻ nach 24 h (%) |
1,97 |
geliert |
1,27 |
geliert |
Gehalt an organ. geb. Chlor (%) bez. auf Lösung* |
0,87 |
- |
0,42 |
|
Lagerstabilität bei 50°C |
>10 Tage |
1,5 h |
>10 Tage |
3 h |
[0049] Aus dieser Tabelle ist ersichtlich, daß die nach 4c/5c erhaltenen Produkte zu einer
Abnahme des organisch gebundenen Chlorgehaltes (Zunahme an Cl⁻) führen, aber keine
ausreichende Lagerstabilität aufweisen (nach 24 h Gel).
[0050] Demgegenüber sind die nach 4b/5b erhaltenen Produkte noch nach 10 Tagen (50°C) stabil.
Die Erhöhung des Cl⁻Gehaltes bleibt aber deutlich hinter den erfindungsgemäßen Harzen
zurück. Im Fall von Harz 5b) errechnet sich ein Wert von organisch gebundenem Chlor
von 0,42 %; bei den erfindungsgemäßen Beispielen 6, 7 und 8 wird dieser Wert unterschritten.
[0051] Aus diesen Versuchen ist zu ersehen, daß nach dem in der US-Patentschrift 3.352.833
angegebenen Verfahren keine stabilen, an organ. gebundenem Chlor armen Produkte erhalten
werden können, wie sie das erfindungsgemäße Verfahren liefert. Dies bestätigt, was
aus der Technik bekannt ist. Die Verarbeitung alkal. aktivierter Harze muß bei genauer
Alkalidosierung innerhalb einer bestimmten Zeit erfolgen, was in der Praxis als ein
großer Nachteil empfunden wird.
1. Wäßrige Lösung eines wasserverdünnbaren Polyamidoamin-Epichlorhydrin-Harzes (A), erhalten
durch Umsatz eines wasserverdünnbaren, basischen Polyamidoamins (B), bestehend aus
einer Säurekomponenten (B₁), und einer Aminkomponente (B₂), mit Epichlorhydrin (C),
in einem wäßrigen System und in einem Verhältnis von 0,6 bis 2 Mol pro Mol basischer
(mit (C) reaktiver) Aminogruppen des Polyamidoamins (B), Zugabe einer Base (D) bei
25 bis 95 °C, gegebenenfalls nach vorheriger Ansäuerung des Reaktionssystems, daß
der pH-Wert oberhalb 8 liegt, und anschließende Zugabe von Säure auf einen pH-Wert
von höchstens 7, wobei der Gehalt an organisch gebundenem Chlor in dem Harz (A) höchstens
4 Gew.-% beträgt und wobei die Komponenten (B₂) aus einem Gemisch aus einem oder mehreren
Polyaminen und Alkanolaminen besteht.
2. Harzlösung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der pH-Wert zwischen 1,5 und
5 liegt.
3. Harzlösung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Harz (A) ein
mittleres Molekulargewicht Mn von mindestens 1000 aufweist.
4. Harzlösung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß
der Gehalt an organisch gebundenem Chlor in dem Harz (A) 1 bis 4 Gew.-% beträgt.
5. Harzlösung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß
der Gehalt an Harz (A) zwischen 8 und 25 Gew.-% liegt.
6. Harzlösung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß
das Epichlorhydrin (C) in einer Menge von 0,6 bis 2,0 Mol pro Mol basischer Aminogruppen
des Polyamidoamins (B) eingesetzt wird.
7. Verfahren zur Herstellung der Harzlösungen gemäß mindestens einem der Ansprüche 1
bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man wasserlösliche, basische Polyamidoamine (B)
mit Epichlorhydrin (C) in einem Verhältnis von 0,6 bis 2 Mol pro Mol basischer (mit
(C) reaktiver) Aminogruppen des Polyamidoamins (B) in wäßrigem System zur Reaktion
bringt und dann, gegebenenfalls nach vorheriger Ansäuerung des Reaktionssystems mit
soviel einer Base (D) bei 25 bis 95°C umsetzt, daß der pH-Wert bei größer als 8 liegt,
und anschließend dann den pH-Wert durch Zugabe von Säure auf höchstens 7 eingestellt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge an Base (D) 0,1 bis
0,6 Mol pro Mol eingesetztes Epichlorhydrin beträgt.
9. Verfahren nach Anspruch 7 und/oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Base Natrium-
oder Kaliumhydroxid eingesetzt werden.
10. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß
das anfallende Reaktionsprodukt mit einer Säure auf einen pH-Wert von 1,5 bis 5 eingestellt
wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Säuren Schwefelsäure,
Salzsäure, Essigsäure oder Ameisensäure eingesetzt werden.
12. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß
die Umsetzung mit der Base (D) bei 40 bis 70°C erfolgt.
13. Verwendung der wäßrigen Harzlösung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6 als
Hilfsmittel in der Papierindustrie, insbesondere zur Erhöhung der Naßfestigkeit von
Papier.
1. Solution aqueuse d'une résine (A) d'une polyamidoamine-épichlorhydrine diluable à
l'eau, que l'on obtient par la réaction d'une polyamidoamine (B) basique, diluable
à l'eau, consistant en un composant acide (B1) et en un composant amine (B2), avec
l'épichlorhydrine (C) dans un système aqueux et selon un rapport de 0,6 à 2 moles
par mole des groupes amino ( réactifs avec (C)) de la polyamidoamine (B),addition
d'une base (D) entre 25 et 95°C, (éventuellement après acidulation préliminaire du
système de réaction), l'addition étant réalisée de manière que le pH se situe au-dessus
de 8, et addition subséquente d'acide pour obtenir un pH valant 7 au maximum, la teneur
en du chlore lié à des fragments organiques ("chlore organique") étant dans la résine
(A) de 4 % au maximum, en poids, et le composant (B2) consistant en un mélange d'une
ou plusieurs polyamines et alcanolamines.
2. Solution de résine selon la revendication 1, caractérisée en ce que le pH se situe
entre 1,5 et 5.
3. Solution de résine selon la revendication 1 et/ou 2, caractérisée en ce que la résine
(A) présente un poids moléculaire moyen Mn valant au moins 1000.
4. Solution de résine selon l'une au moins des revendications 1 à 3, caractérisée en
ce que la teneur en chlore organique présent dans la résine (A) est de 1 à 4 % en
poids.
5. Solution de résine selon l'une au moins des revendications 1 à 4, caractérisée en
ce que la teneur en résine (A) se situe entre 8 et 25 % en poids.
6. Solution de résine selon au moins une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce
que l'épichlorhydrine (C) est utilisée en une quantité de 0,6 à 2,0 moles par mole
des groupes amino basiques de la polyamidoamine (B).
7. Procédé pour préparer des solutions de résine selon l'une au moins des revendications
1 à 6, caractérisé en ce qu'on fait réagir dans un système aqueux des polyamidoamines
(B) basiques, hydrosolubles, avec l'épichlorhydrine (C) selon un rapport de 0,6 à
2 moles par mole des groupes amino basiques ( réactifs avec (C)) de la polyamidoamine
(B), puis, éventuellement après une acidulation préliminaire du système réactionnel,
on fait réagir ce système, entre 25 et 95°C , avec une quantité d'une base (D) telle
que le pH se situe à une valeur supérieure à 8, puis, par addition d'un acide, on
règle le pH à une valeur n'excédant pas 7.
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la quantité de base (D) est
de 0,1 à 0,6 mole par mole d'épichlorhydrine mise en oeuvre.
9. Procédé selon la revendication 7 et/ou 8, caractérisé en ce qu'on utilise comme base
de l'hydroxyde de sodium ou de l'hydroxyde de potassium.
10. Procédé selon l'une au moins des revendications 7 à 9, caractérisé en ce qu'on soumet
le produit de réaction ainsi obtenu à un ajustement, effectué à l'aide d'un acide,
de son pH à une valeur comprise entre 1,5 à 5.
11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'on utilise comme acides l'acide
sulfurique, l'acide chlorhydrique, l'acide acétique ou l'acide formique.
12. Procédé selon l'une au moins des revendications 7 à 11, caractérisé en ce que la réaction
avec la base (D) a lieu entre 40 et 70°C.
13. Utilisation de la solution aqueuse de résine selon l'une au moins des revendications
1 à 6 comme adjuvant dans l'industrie de fabrication du papier, en particulier pour
augmenter la résistance du papier au mouillé.