[0001] Die Erfindung betrifft ein Hilfsmittel zur Retentionsverbesserung von ausschwemmbaren
Feststoffen, zur Entwässerungsbeschleunigung von Suspensionen und zur rascheren Aufbereitung
von industriellen Wässern, Abwässern und Schlämmen durch Zusatz von basischen wasserlöslichen
Polymeren als wässrige Polymerlösung insbesondere in der Papierindustrie.
[0002] Derartige Polymere und ihre Verwendung im oben angeführten Sinn bei der Papierherstellung
sind bereits in der Fachwelt aus zahlreichen Veröffentlichungen bekannt. So sind in
der DT-AS 15 46 290 Umsetzungsprodukte aus Polyalkylenpölyaminen und bifunktionellen
Polyalkylenoxidderivaten beschrieben, die sich zwar für die Flotation von Fasern und
Füllstoffen aus Papiermaschinenabwässern, jedoch nicht gleichzeitig auch, wie es an
sich wünschenswert wäre, für den Einsatz als Retentions- und Entwässerungshilfsmittel
in der Papierstoffindustrie gleich gut eignen. Auch in der US-PS 35 75 797 sind viscose
Flotationsmittel für Papiermaschinenabwässer beschrieben. Diese Fl-otationsmittel
sind Reaktionsprodukte von Polyalkylenpolyäninen mit Polyäthylenglykolderivaten, die
wenigstens 2 Chlorameisensäureester-Gruppen enthalten, Leider sind diese Produkte
nur als eine 10%ige Lösung herstellbar und weisen überdies nur relativ geringe Retentions-
und Entwässerungsleistungen auf.
[0003] Andere,für den oben angeführten Zweck empfohlene Hilfsmittel sind aus der DT-OS 21
62 567 zu ersehen. Hier wird an einen Polyäther mit fadenförmiger Molekülstruktur
und endständigen tertiären Aminogruppen (Herstellung des Polyäthers zum Beispiel aus
Glykol, Epichlorhydrin und Dimethylamin) ein Polyaminoamid (Herstellung des Polyaminoamids
zum Beispiel durch Kondensation von Adipinsäure und Diäthylentriamin) über die CH2
Cl - Gruppen angelagert und dieses Anlagerungsprodukt anschließend mit Epichlorhydrin
umgesetzt. Bereits das vorgenannte Anlagerungsprodukt ist stark verzweigt, so daß
es bei seiner anschließenden Vernetzung mit Epichlorhydrin zu einer erheblich verknäuelten
Molekularstruktur führt, die sich nachteilig bei Verwendung dieses Hilfsmittels bei
dessen Einsatz als Retentions- und Entwässerungsmittel auswirkt, weil wegen dieser
verknäuelten Molekularstruktur nur ein Bruchteil des Hilfemittel-Moleküls im o.a.
Sinn voll wirksam werden kann.
[0004] In der in diesem Zusammenhang weiterhin zu nennenden DT-AS 21 27 082 wird ein kompliziertes
Verfahren zur Herstellung von Entwässerungs- und Retentionsmitteln beschrieben, wobei
durch Vernetzung der Umsetzungsprodukte aus Polyepichlorhydrin und Polyamiden mit
Bis-chlorhydrin relativ ungünstige Molekülstrukturen erhalten werden, die die an sich
vorhandene hohe kationische Ladung des Moleküls bei einer wie eingangs genannten Verwendung
nicht voll zur Entfaltung kommen lassen und somit keine optimale Leistung bei der
Papierherstellung zeigen.
[0005] Ähnliches trifft für das aus der DT-OS 22 55 586 ersichtliche Produkt, das lediglich
als zusätzlichen Baustein Polyäthylenglykol bei sonst prinzipiell äquivalentem Aufbau
zeigt, zu.
[0006] In der in diesem Zusammenhang weiterhin anzuführenden DT-DS 22 44 513 sind ähnliche
Produkte bekannt geworden, die aus Polyepichlorhydrin, Diamin und Polyalkylexnpolyaminen
mit anschließender Vernetzung zum Beispiel mit Epichlorhydrin aufgebaut sind, beschrieben.
Auch diese Produkte sind jedoch ebenfalls aufgrund der vorgegebenen Struktur nur unzureichend
als Flockungs-, Retentions-und gleichzeitig als Entwässerungshilfsmittel bei der Papierherstellung
zu verwenden.
[0007] Noch andere Produkte sind aus den DT-OS'n 24 34 816 und der hierzu gehörigen Zusatz-DT-OS
25 15 760 bekanntgeworden. Hier werden aus Polyglykoläthern und Epichlorhydrin hergestellte
Polyaminoamide mit Vernetzern bis zur Erzielung einer gewünschten Viskosität umgesetzt.
Es entstehen jedoch auch hier für den angestrebten Verwendungszweck in der Papierindustrie
ungünstige molekulare Strukturen, wobei insbesondere das Fehlen von Aminogruppen in
den großen Äthylenoxidmolekülen eine stärkere pH-Abhängigkeit und so eine eingeschränkte
Wirksamkeit zur Folge hat.
[0008] In der schließlich noch in diesem Zusammenhang anzuführenden DT-OS 24 36 386 werden
Polyäthylenpolyamine mit 15 bis 500 Alkylenimin-Einheiten mit einem Vernetzer, erhalten
aus der Reaktion von Polyalkylenglykoläther mit Epichlorhydrin, in Mengen von 0,08
bis 0,001 Mol Vernetzer pro 1 Äquivalent Stickstoff im Polyalkylenpolyamin zur Reaktion
und damit zur Vernetzung gebracht.
[0009] Abgesehen von den Bedenken, die man bei der Verwendung von Alkyleniminen als reine
Ausgangsstoffe wegen ihrer cancerogenen Eigenschaften hat, ist an den hohen technischen
Aufwand zur sicheren Durchführung der vorgenannten Reaktion zu denken. Hierdurch werden
die Herstellkosten negativ beeinflußt. Ferner können die hier erwähnten Polyalkylenglykole
wegen ihrer aus vorstehendem Aufbau bedingten Verknüpfung mit der bestimmten Art anderer
Bausteine des Makromoleküls keine besonders günstige Retentions- und Entwässerungsleistung
erbringen.
[0010] Der vorstehend gewürdigte Stand der Technik beschreibt Produkte, die als Produktbaustein
Polyalkylenglykolverbindungen enthalten. Werden diese Produkte als Retentionsmittel
verwendet, ist daran zu erinnern, daß Polyalkylenglykole keine von der Fachwelt zur
Erzielung einer günstigen Retentionsleistung als notwendig erkannte kationische Ladungen
aufweisen.
[0011] Daher hat die ständig weiterbestehende Aufgabe der fortgesetzten Verbesserung der
Retentionsleistung derartiger Produkte schon seit längerem dazu geführt, auf diesen
aus anderen Gründen bisher für notwendig erachteten Einbau eines Polyalkylenglykolbausteins
zu verzichten. Die in diesem Zusammenhang bisher bekanntgewordenen Polyalkylenglykol-bausteinfreien
Retentionsmittel werden nun in der folgenden Stand der Technik-Würdigung aufgeführt.
Zunächst ist hier auf die DT-PS 17 71 814 hinzuweisen, in welcher die Verwendung von
basischen Polyaminoamiden zur Erhöhung der Retention von Füllstoffen und Pigmenten
bei der Papierherstellung, zur Beschleunigung der Entwässerung von Papierrohstoffsuspensionen
und zur Aufarbeitung von Papiermaschinenabwässern durch Filtration, Sedimentation
und Flotation durch Zusatz basischer Polyamide zu den Papierrohstoffsuspensionen und/der
Papiermaschinenabwässern beschrieben wird. Hierbei verwendet man als basische Polyamide
hochmolekulare Wasserlösliche Produkte, die durch Einwirkung von gegenüber Aminogruppen
polyfunktionellen Verbindungen auf in Wasser gelöste oder dispergierte basische Polyamide
aus mehrwertigen Aminen, Dicarbonsäuren und mindestens drei Kohlenstoffatome enthaltenden
Aminocarbonsäuren oder deren Lactame erhalten werden, und zu deren Herstellung aus
1 Val der in den basischen Polyamiden enthaltenen basischen Aminogruppen weniger als
1 Val reaktive Gruppen in den polyfunktionellen Verbindungen verwandt wurden. Hier
werden also die Polyalkylenpolyamine mit zum Beispiel Epichlorhydrin vernetzt. Das
entstandene, nachträglich sauer eingestellte Produkt besitzt aufgrund der verfährensmäßig
miteinander verbundenen Ausgangsbausteine eine Struktur,in der zum Beispiel kationische
Seitenketten fehlen, weswegen eine optimale Reaktions-und Entwässerungsleistung noch
nicht erbracht werden kann.
[0012] Als Weiterentwicklung in dieser Richtung ist der auf der Basis der französischen
Patentschrift 20 94 645 entstandene ältere Vorschlag der Anmelderin in Form der DT-OS
23 53 430 anzusehen. Dieser Vorschlag ist auf die Herstellung und Verwendung von wasserlöslichen
Papiererzeugungshilfsmitteln auf Polyaminoamidbasis gerichtet, wobei die in der vorgenannten
französischen Patentschrift als älterem Stand der Technik angegebenen dimeren Fettsäuren
als Bestandteil des Ausgangsmonomerengemischs zur Herstellung eines retentionswirksamen
Makromoleküls bei der Papierherstellung in der vorgenannten DT-OS 23 53 430 durch
kurze aber kationaktivere und damit retentionswirksamere Seitenketten ersetzt worden
sind. Prinzipiell.werden in dieser DT-OS basische Polyaminoamide vor der Versetzung
mit polyfuktionellen Vernetzungsmitteln, wie zum Beispiel Epichlorhydrin, mit Ammoniumverbindungen,
hergestellt durch Einwirkung einer polyfunktionellen Verbindung auf ein tertiäres
Amin, umgesetzt. Diese bekannte makromolekulare Verbindung zeigt zwar eine wesentlich
bessere Retentionsleistung als praktisch alle aus dem davor angeführten Stand der
Technik bekanntgewordenen Produkte, jedoch sind auch die hiermit erzielbaren Retentions-,
Entwässerungs- und Wasseraufbereitungs-Leistungen bei der Papierherstellung nicht
voll zufriedenstellend gewesen.
[0013] Die daher fortlaufend weiter bestehende Aufgabe der Schaffung entsprechender Hilfsmittel
mit immer weiter gesteigerter Retentionsleistung führte zu der Entwicklung eines anderen
als in der vorbeschriebenen DT-OS 23 53 430 angeführten Makromoleküls, nämlich wie
es aus den DT-PS'n 25 02 874 und 25 38 745 (Zusatz zu 25 02 874) ersichtlich ist.
Hier werden Produkte mit besonderer Sedimentationsleistung geschaffen, wobei diese
durch Verknüpfung von Polyaminoamiden und Polyaminen, die durch Einwirkung von ein-
bzw. mehrwertigen Aminen auf das Um- . setzungsprodukt aus Dimethylaminen und Epichlorhydrin
. erhalten werden, mittels Epichlorhydrin hergestellt werden. Auf diese Weise entstehen
molekulare Raumstrukturen, die eine recht gute Wirkung bei der Papierfabrikation im
sauren und neutralen pH-Bereich gewährleisten, jedoch optimal denkbare und nach wie
vor von der Fachwelt gewünschte entsprechende Leistungen noch nicht erreichen.
[0014] Zusammengefaßt ist bezüglich des vorstehend aufgeführten Standes der Technik festzuhalten,
daß weder die dort beschriebenen Produkte, die Polyäthylinglykole als Baustein noch
die Produkte, die Polyaminoamide als Baustein noch sogar die Produkte, die wie die
DT-OS'n 24 34 816 und 25 15 760 sowohl Polyalkylenglykole als auch Polyaminoamide
als Bausteine enthalten, eine optimale Retentionsleistung zeigen.
[0015] Da die nicht zufriedenstellende Verwendungsfunktion dieser Produkte vermutlich auf
"baustein-standort-abhängige" Gründe des Makromoleküls zurückgehen dürfte, dies jedoch
keinesfalls sicher ist, wäre zu erwarten gewesen, daß die Fachwelt nunmehr andere
als die vorgenannten Wege einschlägt, wobei es nahe gelegen hätte, makromolekulare
Verbindungen mit Polyalkylenglykol als Baustein schon deswegen zu verlassen, weil
bekanntlich Polyalkylenglykole keine positiven oder negativen Ladungen,die ja die
Voraussetzung für eine gute Retentionsmittelleistung sind, tragen. Tatsächlich enthalten
daher die neuesten bekannten und die relativ besten Retentionsleistungen aufweisenden
Produkte, wie sie insbesondere in den DT-PS'n 25 02 874 und 25 38 745 beschrieben
sind, keine Bausteine in Form von Polyalkylenglykol-Verbindungen bzw. deren Derivate
mehr.
[0016] Im Rahmen der somit weiter bestehenden Aufgabe der Schaffung noch besserer Retentionsmittel
ist daher die hier folgende erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe insofern völlig
unerwartet und überraschend, als trotz der dem Fachmann bisher bekannten nachteiligen
vorstehend beschriebenen Eigenschaften der Polyalkylenglykolbausteine nunmehr ein
noc leistungsfähigeres Hilfsmittel geschaffen ist, dessen erfindungsgemäße Zusammensetzung
als Baustein unter anderem wiederum polyalkylenglykolverbindungen aufweist und das
dadurch gekennzeichnet ist, daß dieses Hilfsmittel ein Reaktionsprodukt C ist, welches
aus der Umsetzung von einem aliphatischen Polyäthylenglykolätheramin. als einem ersten
Teilprodukt A, das durch Einwirkung mehrwertiger aliphatischer Amine auf das Umsetzungsprodukt
aus einem Polyäthylenglykol (als Polydiol-Baustein) mit Epichlorhydrin gebildet ist,
mit basischen Polyaminoamiden als einem an sich.aus der o.a. DT-PS 25 02 874 bekannten
zweiten Teilprodukt B, das aus wenigstens einem Polyalkylenpolyamin und/oder wenigstens
einer Aminocarbonsäure bzw. deren Lactam und/oder Hexamethylendiammoniumadipat gebildet
ist, wobei die Halogengruppen des Teilprodukts A mit den -NH - Gruppierungen des Teilprodukts
B unter Abspaltung von Halogenwasserstoffsäuren und gleichzeitiger Bildung des Zwischenprodukts
AB reagieren, so gebildet wird, daß dieses erhaltene Zwischenprodukt AB mit polyfunktionellen
Verbindungen umgesetzt wird.
[0017] Obwohl hier als polyfunktionelle Verbindungen Produkte gleichgut verwendbar sind,
die zum Beispiel ausgewählt sein können aus einer Gruppe, die unter anderem Epribromhydrin,
Epifluorhydrin, die Dihalogenalkane, Glyoxal-bis-acrylamid, bis-Acrylamidoessigsäure,
Acrylamidoglykolsäure, Tetraallyloxyäthan und andere Verbindungen enthält, ist Epichlorhydrin
hier bevorzugt.
[0018] Auch die anderen Bausteine des erfindungsgemäßen Hilfsmittels lassen sich qualitativ
und quantitativ entsprechend variieren, ohne daß der Bereich der Erfindung verlassen
wird. So'kann das erfindungsgemäße Reaktionsprodukt C gebildet sein aus der Umsetzung
von 1 Mol, bezogen auf Polyäthylenglykol des Polyäthylenglykolätheramins als dem ersten
Teilprodukt A, das durch Einwirkung von 0,25 bis 1 Mol eines Polyalkylenpolyamins
der allgemeinen Formel

wobei y und z eine ganze Zahl zwischen 2 und 4, wobei n eine ganze Zahl zwischen 2
und 5 und wobei m eine ganze Zahl zwischen 0 und 5 darstellen, und/oder 0,25 bis 2
Mol eines Amins der allgemeinen Formel

wobei R
1 und R
2 gleiche oder verschiedene Alkylreste der allgemeinen Formel C
xH
2+1 oder C
xH
2x- OH sind, bei denen x eine ganze Zahl zwischen 1 und 4 ist, und wobei R
3 Wasserstoff oder ein Alkylrest der allgemeinen Formel C
xH
2x+1 sind, bei denen x eine ganze Zahl zwischen 1 und 4 ist, auf das Umsetzungsprodukt
aus 1. Mol des Polyäthylenglykols der allgemeinen Formel

wobei x eine ganze Zahl zwischen 1 und.27 ist, mit 2 Mol Epichlorhydrin gebildet ist,
mit 0,5 bis 7 Mol, bezogen auf Polyalkylenpolyamin des basischen Polyaminoamids als
dem an sich bekannten zweiten Teilprodukt B, unter anschließender Reaktion des so
gebildeten Zwischenprodukts AB mit der polyfunktionellen Verbindung.
[0019] Besonders gute Ergebnisse erhält man mit einem erfindungsgemäßen Hilfsmittel, dessen
Reaktionsprodukt C aus der Umsetzung von 1 Mol, bezogen auf Polyäthylenglykol, des
Polyäthy lenglykolätheramins als dem ersten Teilprodukt A, das durch Einwirkung von
0,7 bis 1 Mol eines Polyalkylenpolyamins der allgemeinen Formel

wobei y und z eine ganze Zahl zwischen 2 und 3, wobei n eine ganze Zahl zwischen 2
und 5 und wobei m eine ganze Zahl zwischen 0 und 3 darstellen, und/oder 0,8 bis 2
Mol eines Amins der allgemeinen Formel

wobei R
1 und R
2 gleiche oder verschiedene Alkylreste der allgemeinen Formel C
XH
2+1 oder C
xH
2x - OH sind, bei denen x eine ganze Zahl zwischen 1 und 2 ist, und wobei R
3 Wasserstoff oder ein Alkylrest der allgemeinen Formel C
xH
2x+1 sind, bei denen x eine ganze Zahl zwischen 1 und 2 ist, auf das Umsetzungsprodukt
aus 1 Mol des Polyäthylenglykols der allgemeinen Formel

wobei x eine ganze Zahl zwischen 1 und 24 ist, mit 2 Mol Epichlorhydrin gebildet ist,
mit 2,5 bis 6,8 Mol,bezogen auf Polyalkylenpolyamin des basischen Polyaminoamids als
dem an sich bekannten zweiten Teilprodukt B, unter anschließender Reaktion des so
gebildeten Zwischenprodukts AB mit der polyfunktionellen Verbindung gebildet ist.
Selbstverständlich ist es im Rahmen der Erfindung je nach Wunsch möglich,zwecks Erhaltung
einer ganz bestimmten gewünschten Viskosität des Endprodukts C die zum Schluß der
Reaktionsverbindung AB zugesetzte polyfunktionelle Verbindung mengenmäßig entsprechend
zu variieren. Auf diese Weise läßt sich das Hilfsmittel in relativ breit gefächerter
Form variieren, ohne daß seine besonderen Leistungen verringert werden. Beispielsweise
kann man in der vorgenannten Weise Hilfsmittel erhalten, die zum Beispiel in 20 Gew.%iger
wässriger Lösung bei 25° C eine Viskosität von einerseits 50 bis andererseits 1000
cp aufweisen.
[0020] Durch die wie oben angeführten qualitativen und guantitativen Variationsmöglichkeiten
des Aufbaus des erfindungsgemäßen Hilfsmittels ist eine Anpassung dieses Mittels an
die verschiedensten Verwendungen insbesondere im Rahmen der papierherstellenden Industrie
gewährleistet. Da der Aufbau des erfindungsgemäßen Teilprodukts B bereits aus den
älteren Druckschriften DT-PS 25 02 874 und 25 38 745 bekannt ist, wird an dieser Stelle
mehr auf den Aufbau des erfindungsgemäßen Teilprodukts A eingegangen. Ganz allgemein
ist hierbei, soweit nicht bereits oben erwähnt, zu beachten, daß der weder positive
noch negative Ladung aufweisende Polyäthylenglykoläther unter Zusatz eines speziellen
Katalysators wie zum Beispiel eines Bortrifluor Ätherat-Katalysators auf beiden Seiten
seines Kettenmolekül mit je einem Mol Epichlorhydrin umgesetzt wird und danach nur
auf einer Seite dieser Kette das dort befindliche Epichlorhydrin wiederum mit dem
speziellen Amin der vorgenannten allgemeinen Formeln verbunden wird. Dieses sogenannte
Teilprodukt A in Form seines Chloropolyäthylenglykolätheramins wird dann mit dem an
sich bekannten Teilprodukt B, nämlich einem basischen Polyaminoamid zu einem Polyäthylenglykoläther-Amin-Polyaminoamid,
welches wie.vorgenannt Zwischenprodukt AB genannt wird, verbunden. Dieses Zwischenprodukt
AB wird dann noch einmal mit einer polyfuktionellen Verbindung, ausgewählt aus der
weiter oben angeführten speziellen Gruppe polyfunktioneller Verbindungen, hier bevorzugt
mit Epichlorhydrin, so umgesetzt,.daß das Endprodukt C schließlich in Form eines Polyäthylenglykoläther-Amin-Polyaminoamid-Epichlorhydrinharzes
vorliegt. Obwohl der Gegenstand der Erfindung als Produkt nicht auf ein ganz bestimmtes
Herstellungsverfahren beschränkt ist, soll nach diesen vorstehenden, mehr allgemeinen
verfahrenstechnischen Hinweisen der Gegenstand der Erfindung an Hand der beispielsweisen
Herstellungsverfahren näher erläutert, und damit offenbart werden.
[0021] Die in allen folgenden Beispielen angeführten Daten und Zahlen für freies Chlorid,
für die Aminzahlen, für die Viskosität und für die Dichte werden stets nach der gleichen
entsprechenden und hier folgenden Bestimmungsmethode ermittelt:
1. Chloridbestimmung
(Meßmethode, gleichzeitig Erläuterung zu der folgenden Tabelle 2)
[0022] Diese erfolgt nach der bekannten titrimetrischen Fällungsmethode nach F. Mohr. Um
möglichen Komplexbildungen des Silberions mit Anionen, die den Endpunkt der Titration
stören können, vorzubeugen, wird die zu untersuchende Lösung mit Essigsäure leicht
angesäuert.
2. Die Bestimmung der Aminzahl
(Meßmethode, gleichzeitig Erläuterung zu der folgenden Tabelle 3)
[0023] Diese wird durch Titration der wäßrigen Harzlösung des o.a. Zwischenprodukts B, wobei
1 g Harz in 100 ml Wasser gelöst ist, mit 0,1 n-Salzsäure gegen Methylrot ermittelt.
Die verbrauchte Salzsäure wird in mg KOH, die 1 g reinem Harz äquivalent sind, umgerechnet
und so in der betreffenden Beispielstabelle angegeben.
3. Die Bestimmung der Viskosität
(Meßmethode, gleichzeitig Erläuterung zu den folgenden Tabellen 2, 3 und 4)
[0024] Diese wird im wesentlichen für die oben angeführten Produkte A, B und C in den entsprechenden
Tabellen.angegeben und in einem handelsüblichen Höppler-Viskosimeter bei 25°C an 20gew.-%igen
wäßrigen Lösungen der entsprechenden Produkte bestimmt (Kugel-Nr.4).
[0025] 4. Die Bestimmung der Dichte
(Meßmethode, gleichzeitig Erläuterung zu der folgenden Tabelle 4 )
[0026] Diese erfolgt mittels eines handelsüblichen Dichtemeßgerätes bei 20°C in der Weise,
daß sich ein genormtes Aräometer mit Schrotbelastung in der zu prüfenden 20°C warmen
Flüssigkeit hinsichtlich seiner Eintauchtiefe freischwimmend einpendelt. Dann liest
man den am unteren Meniskus der Flüssigkeit auf der Zahlenskala des Aräometers befindlichen
Wert, der direkt die Dichte angibt, ab.
[0027] Es folgen nun die Meßmethoden, die bei der Prüfung der anwendungstechnischen Eigenschaften
des Produktes zwecks optimaler Durchführung des Verfahrens für alle in den Beispielen
aufgeführten Produkte unter gleichen Bedingungen durchgeführt werden und in den tabellarischen
Übersichten 5 bis 6 zusammengestellt sind. Hierbei werden neben den in den Tabellen
1 bis 3 berücksichtigten erfindungsgemäßen Produkten auch andere, wie die nach dem
Stand der Technik ausgeführten Vergleichsprodukte (Beispiele 12 bis 14) berücksichtigt.
[0028] 5. Bestimmung der Entwässerungsbeschleunigung (Meßmethode, gleichzeitig Erläuterung
zu Tabelle 5)
[0029] Die charakteristische Mahlgradsenkung in oSR wird nach der Vorschrift des Merkblattes
107 des Vereins der Zellstoff- und Papierchemiker und Ingenieure bestimmt. Sowohl
die erfindungsgemäßen wie die Vergleichsprodukte werden in diesen Beispielen als Retentionsmittel
in Form ihrer wäßrigen Lösungen der Zeitungspapierstoff-Suspension zugesetzt, wobei
die Konzentration dieser wäßrigen Lösungen so gewählt wurde, daß 0,1 bzw. 0,2 g des
Retentionsmittels zusammen mit 99,8 g bzw. 99,9 g der atro Ge-Bamtfestbestandteile
der Papierstoffsuspension 100=Gew.-% Gesamtfeststoffanteile ergeben. Da also die Zahlen
für Gramm den Zahlen für Gew.-% entsprechen, sind in der Tabelle 5 die zugegebenen
Retentionsmittelmengen in Gew.-% im o.a. Sinn angegeben. Die vorgenannte Zeitungspapierstoff-Suspen
- sion wird durch mechanische Zerfaserung handelsüblichen Zeitungspapiers und anschließendes
stippenfreies Aufschlagen des zerfaserten Produktes in einem üblichen Küchenmixer
erhalten. Die Messungen werden bei einem pH-Wert von 6,5 und 4,8, welcher mit einer
1gew.-%igen wäßrigen Alaunlösung eingestellt wird, durchgeführt. Die Faserstoffkonzentration
beträgt 2g/l Wasser. Die im übrigen in dieser Tabelle 5 aufgeführte 0-Probe ist natürlich
abhängig von der Wahl des verwendeten Altpapiers.
[0030] 6. Bestimmung der Füllstoffretention (Gleichzeitig Erläuterung zur folgenden Tabelle
6)
[0031] Auch hier wird wie in der Tabelle 5 zur Erzielung vergleichbarer Werte dieselbe Bestimmungsmethode
sowohl für die erfindungsgemäßen Beispiele wie auch für die weiteren Vergleichsbeispiele
angewendet. Allgemein erfolgt dabei die Charakterisierung der Füllstoffretention durch
den Aschegehalt von Papierblättern, die am "Rapid-Köthengerät" entsprechend dem Merkblatt
V/8/57 des Vereins der Zellstoff- und Papierchemiker und Ingenieure (alte Fassung
war Merkblatt 108) hergestellt werden.
[0032] Das vorgenannte Papierblatt, das der Ermittlung der Retentionsleistung.der jeweiligen
Vergleichsprodukte dient, besitzt einheitlich die folgende Stoffzusammensetzung:
80% gebleichter Sulfitzellstoff, (27 °SR); 15% China-Clay; 5% Titandioxid und 0,5%
Alaun (bezogen auf atro Papierfaser). Die Stoffdichte der Papierblätter zeigte ≙ 0,24
g/l Wasser; der pH-Wert der aus dem Papierblatt durch Einbringen in Wasser herstellbaren
Fasersuspension beträgt 6,2. Der Retentionsmittelzusatz bei der Stoffaufbereitung
beträgt 0,02 Gew.-%,bezogen auf Atro-Retentionsmittel bzw. auf Atro-Papierfaserstoff.
[0033] Die in dieser Tabelle 6 angegebenen Aschegehalte sind Gewichtsprozent-Angaben.
[0034] Es folgen nun die einzelnen Beispiele, wobei die Beispiele 1a, 1b und 1c ausführlich
dargestellt sind, wogegen die folgenden weiteren Beispiele, da sie unter den gleichen
Verfahrensbedingungen wie die Beispiele 1a, 1b und 1c durchgeführt werden, in verkürzter
tabellarischer Form aufgeführt sind. Zur vollständigen Übersicht über das gesamte
hier angeführte Beispielsmaterial wird auch das nachfolgende Textbeispiel 1a, 1b und
1c in die Übersichtstabelle mit aufgenommen.
[0035] Aus Platzgründen werden die in den Textbeispielen 1a, 1b und 1c voll ausgeschriebenen
Substanznamen in der nachfolgenden Tabellenreihe nur noch in Form ihrer Abkürzungen
aufgeführt.Es folgt daher bereits an dieser Stelle eine Erklärung der in der nachstehenden
Tabellenreihe verwendeten Kurzbezeichnungen für die chemischen Ausgangsprodukte unter
Beifügung einiger Angaben zu ihrer Konzentration oder zu dem Medium, in dem sie gelöst
sind.
[0036]
1. EP:
Epichlorhydrin, Dichte 1,18.g. cm-1;liegt stets als 98 Gew.-%ige Lösung vor.
2. DTRA:
Diäthylentriamin, liegt vor als 100 Gew.-%ige reine Substanz.
3. Polydiol:
Polyäthylenglykoläther, liegt vor als Reinsubstanz, die in der Tabelle jeweils angefügte
Zahl gibt das mittlere Molekulargewicht dieser Verbindung an, zum Beispiel 400; 600;
1000; 6000 usw..
4. BF3-Ätherat:
Börtrifluorid-Ätherat der Summenformel C4H10BF3O; liegt stets als 65 Gew.-%ige Lösung vor.
5. PA:
Polyaminoamidharzlösung, welche als reaktive Gruppe die sekundären Amine enthält.
1 Mol dieser Verbindung entspricht 1NH.
6. AS:
Adipinsäure, liegt vor als 100 Gew.-%iger Feststoff.
7. CL:
Caprolactam, liegt vor als 100 Gew.-%iger Feststoff.
8. AH-S:
Salz aus Adipinsäure und Hexamethylendiamin, liegt vor als 100 %-iger Feststoff.
9. DÄAM:
Diäthanolamin, liegt stets als 100 Gew.-%ige Substanz vor.
10. TMA:
Trimethylamin, liegt stets vor als 45 Gew.-%ige wässrige Lösung.
11. DMA:
Dimethylamin, liegt stets vor als 40 Gew.-%ige wässrige Lösung.
[0037] Zur weiteren Erläuterung der nun folgenden Beispielsreihe ist zu den dort aufgeführten
tabellarischen Zusammenstellungen erläuternd zu sagen, daß in der Tabelle 1 die erfindungsgemäßen
Teilprodukte A, die stets die gleiche Mol-Menge, an Polgdiolen jedoch mit unterschiedlichem
Molekulargewicht enthalten, mit der doppelten Mol-Menge an Epichlorhydrin umgesetzt
werden. Als aminische Komponente wurde Diäthylentriamin (DTRA), Dimethylamin (DMA),
Trimethylamin (TMA) und Diäthanolamin (DÄAM) eingesetzt. Die Zwischenanalysenwerte
der Teilprodukte A sind dann im Anschluß an die Tabelle 1 aufgeführte.Tabelle 2-.
zusammengefaßt.
[0038] Aus Tabelle 3 ist zu entnehmen, daß das Zwischenprodukt B in den betreffenden Beispielen
1b bis 3b stets die gleichen Mengen an Adipinsäure (AS) und Diäthylentriamin (DTRA)
enthält. In Beispiel 1b wurde überdies zusätzlich Caprol
pctam (CL) und in Beispiel 3b entsprechend zusätzlich das Salz aus Adipinsäure und
Hexamethylendiamin (Hexamethylendiammoniumadipat; AH-S) mit verwendet.
[0039] Wie aus der dann folgenden Tabelle 4 ersichtlich ist, wurde bei der Herstellung der
Endprodukte C das Verhältnis von Teilprodukt A zu Teilprodukt B wie 1 zu 3,33 eingestellt.
Nur in dem in dieser Tabelle ebenfalls befindlichen Beispiel 11 c wurde das vorstehende
Verhältnis geändert und auf 1 zu 6,65 eingestellt.
[0040] In Tabelle 5 wurde die Entwässerungsbeschleunigung, gemessen in oSR zusammengestellt,
wobei in Beispiel 10c sich bereits der Einfluß des hier eingesetzten sehr hochmolekularen
Polydiols mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 6000 insofern negativ
zeigt, als dadurch eine weniger starke Mahlgradsenkung im Vergleich zu den erfindungsgemäßen
Beispielen resultiert. Obwohl also qualitativ gemäß der Erfindung vorgegangen wurde,
wurde quantitativ, nämlich statt der Verwendung von für die Erfindung allein geeigneten
Polydiolen mit durchschnittlichen Molekulargewichten 400 und 1000, ein Polydiol mit
dem Molekulargewicht 6000 verwendet. Dies führt zu so schlechten Ergebnissen, daß
diese,gegenüber dem Stand der Technik keine Verbesserung mehr zeigen. Die Tabelle
5 lehrt demnach somit unter anderem, daß Polydiole mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht,
das möglichst nicht höher als etwa 1200 betragen sollte, verwendet werden sollen,
wenn die Produkte erfindungsgemäß-aufgebaut und demnach auch eine hervorragende Retentions-
bzw. Entwässerungsleistung zeigen sollen. Das Beispiel, dessen Polydiolbaustein ein
Durchschnittsmolekulargewicht von 6000 zeigt, ist demnach schon zu den nunmehr im
folgenden kurz diskutierten Vergleichsbeispielen zu rechnen. Als weiteres Vergleichsbeispiel
ist das in der Tabelle 4 aufgeführte Beispiel 1b
1 zu werten. Es soll zeigen, daß ohne den Einbau des erfindungsgemäßen Teilproduktes
A, also nur bei Vernetzung des bekannten Zwischenproduktes B mit Epichlorhydrin das
daraus resutierende Hilfsmittel zur Verbesserung der Retention,Entwässerung und Aufpereitung
nur wesentlich schlechtere Retentions-, Entwässert und Flockungswerte liefert als
Produkte, die gemäß den erfindungsgemäßen Beispielen hergestellt worden sind. In der
Tabelle 5 finden sich darüber hinaus noch weitere erfindungsgemäße Beispiele, die
den hier wichtigsten Stand der Technik-Veröffentlichun entnommen sind:
Beispiel 12 entspricht dem Beispiel 1 aus der DT-PS 17 71 814;
Beispiel 13 entspricht dem Beispiel 1 aus der DT-OS 23 53 430;
Beispiel 14 entspricht dem Beispiel 1 aus der DT-PS 25 02 874.
[0041] Wie bereits weiter oben ausgeführt, beweist die Gegenüberstellung der erfindungsgemäßen
Beispiele zu den Stand-der-Technik-Beispielen bei der Produktanwendung gemäß Tabelle
5, daß die erfindungsgemäßen Produkte hinsichtlich der Entwässerungsbeschleunigung
den bisher bekanntgewordenen Produkten deutlich überlegen sind. Im gleichen Sinn ist
hierzu auch die aus Tabelle 6 ersichtliche Gegenüberstellung der Füllstoifretentionsleistungen
der entsprechenden Produkte zu interpretieren.
[0042] Es folgen nun die einzelnen Beispiele:
Beispiel 1
1a) Herstellung des Teilprodukts A.
[0043] In einem 4 Liter fassenden Glasrundkolben, der mit einem handelsüblichen Ankerrührer,
einem Thermometer, einem Rückflußkühler und einem Zulauftrichter ausgestattet ist,
werden 160 g Polyäthylenglykoläther mit einem mittleren Molekulargewicht von 400 entsprechend
0,4 Mole vorgelegt und mit 2 ml der Bortrifluorid- Ätherat-Katalysatorlösung (Katalysator-Summenformel:
C
4H
10BF
3O) vermischt. Diese Mischung wird mit Hilfe eines Wasserbades auf 60° C erwärmt und
das in der Mischung befindliche Polydiol mit langsam zugefügten 75,5 g Epichlörhydrin,
entsprechend 0,8 Mole,umgesetzt. DieUmsetzung erfolgt bei einer Reaktionstemperatur
von höchstens 65°.C in einer Zeit von 2,5 Stunden in Form einer Anlagerungsreaktion.
Das entstandene Produkt, nämlich Polyäthylenglykoläther-bis-β-hydroxy-α-chlorpropyläther,
wird nun nach Hinzufügung von 271,7 mlentionisiertem Wasser, welches bei 65°C in zwei
Minuten eingerührt wird, mit 35,4 g DTRA,entsprechend 0,336 Mole über einen Zulauftrichter
versetzt. Während der hierdurch ausgelösten Reaktion zwischen dem DTRA und dem vorgenannten
Zwischenprodukt wird die Temperatur notfalls mittels
[0044] Wasserkühlung bei 65 °C gehalten. Nach einer Stunde sinkt infolge der Beendigung
der Umsetzungsreaktion zwischen den vorgenannten Substanzen die Reaktionslösungs-Temperatur.
Das auf diese Weise entstandene Teilprodukt A (β- hydroxy-α-chlorpropylpolyäthylenglykoläther-β-hydroxy-α-propylamin)
ergab bei seiner Ananlyse folgende Werte:

[0045] 1b) Herstellung des Teilprodukts B.
[0046] In einem als Stahlautoklaven ausgebildeten Druckgefäß mit Rührer, Temperaturmesser
in Form eines Thermofühlers und Abdestillationskondensator wurden 1.460,2 g Adipinsäure
(100 Gew.-%ig entsprechend 10 Mol fest); 1.124,5 g Diäthylentriamin (100 Gew.-%ig
entsprechend 10,9 Mol; flüssig) und 226,34 g Caprolactam (100 Gew.-%ig entsprechend
2 Mol; fest) in Form ihrer Reinsubstanzen eingefüllt. Nach Überschichtung des vorgenannten
Füllgutes mit sauerstofffreiem Stickstoff, der somit das überstehende Restgasgemisch
ersetzt, wird nach Abschluß des Reaktionsgefäßes der Gefäßinhalt auf 160°C aufgeheizt
und bei dieser Temperatur 30 Minuten lang unter Rühren belassen. Danach wird das freiwerdende
Reaktionswasser abdestilliert (insgesamt 360 ml entsprechend 100 % der Theorie). Das
nunmehr kondensationswasserfreie Reaktionsgemisch wird darauf weiter bis auf 180°C
erhitzt und bei dieser Temperatur zwei weitere Stunden gerührt.
[0047] Hierbei reagiert das Gemisch weiter, wobei über die kondensierende Reaktionsmasse
ständig Stickstoff geleitet wird.
[0048] Nach Abkühlung der entstandenen Polykondensatschmelze auf 135°C werden dieser unter
weiterer Abkühlung der Substanz insgesamt 2.553 ml Wasser zugesetzt. Die entstandene
wässrige Polyaminoamidharzlösung wird nunmehr untersucht und zeigt folgende Untersuchungsergebnis-Werte:

[0049] 1c) Herstellung des Endprodukts C
[0050] in den bereits im vorstehenden Beispiel 1a beschriebenen 4 Liter Inhalt fassenden
Glasrundkolben werden 543,4 g des 50 Gew.-%igen Teilproduktes A entsprechend 0,4 Mole,
bezogen auf Polydiol 400 in Form des β-hydroxy-α-chlorpropyl-polyäthylenglykoläther-β-hydroxy-α-prop3rlamin
zunächst mit der gleichen Gewichtsmenge an Wasser versetzt, sodaß eine 25 Gew.-%ige
Lösung entsteht.
[0051] Hierzu werden dann 624,4 g einer 48 Gew.-%igen Lösung des Teilproduktes B, wie es
in vorstehendem Beispiel 1b in bekannter Weise hergestellt worden ist, in Form der
basischen Polyaminoamidharzlösung zugegeben und das Ganze dann mit 574,4 g Wasser
unter Rühren versetzt. Dann wird unter weiter fortgesetztem Rühren der vorgenannte
Gefäßinhalt innerhalb von zwei Stunden auf 80°C erwärmt, wobei die Halogengruppe des
Teilprodukts A mit den -NH-Gruppierun gen des Teilprodukts B unter Abspaltung von
Halogenwasserstoffsäure unter Bildung des Zwischenprodukts AB reagierten. Sobald das
Produkt AB entstanden ist, werden 11,35 ml Epichlorhydrin als 98 Gew,%iges Produkt
mit einer Dichte von 1,18 g. cm
-3 unter Einhaltung der oben angeführten Temperatur dem Gefäßinhalt zudosiert. Nach
7,5 Stunden Reaktionsdauer zwischen dem o.a. Zwischenprodukt AB und dem diesen zugeführten
Epichlorhydrin hört das reaktionsbedingte Ansteigen der Viskosität praktisch auf,
womit das Endprodukt C in Form einer hochviskosen klaren Lösung von Polyäthylenglykoläther-Amin-Polyamino
amid-Epichlorhydrinharz entstanden ist. Die Untersuchung des vorstehenden erfindungsgemäßen
Endproduktes C ergab folgende Werte:

[0053] Das erfindungsgemäße Hilfsmittel zur Retentionsverbesserung von ausschwemmbaren Feststoffen,
zur Entwässerungsbescrleunigung von Suspensionen und zur rascheren Aufbereitung von
industriellen Wässeren, Abwässern und Schlämmen durch Zusatz von basischen wasserlöslichen
Polymeren als wässrige Polymerlösung läßt sich zwar hauptsächlich in der Papierindustrie
vorteilhaft verwenden, ist jedoch gleichzeitig auch sehr gut geeignet zur Aufbereitung
von Industriewässern, zur Abwasserreinigung sowie zur Schlammkonditicnierung in anderen
Industriezweigen. Unter den Begriff "Schlammaufbereitung" fällt . hierbei die Aufbereitung
von Frischschlamm und Belebtschlamm wie auch die an sich bekannten Schlammeindickungs-und
Schlammflotationsverfahren, bei denen das erfindungsgemäße Hilfsmittel sehr gut eingesetzt
werden kann. Es ist hierbei sehr vorteilhaft, daß diese Hilfsmittel zum Beispiel im
Klärprozeß unempfindlich gegen die Hinzufügung einer Reihe verschiedener anderer Stoffe
sind, weswegen es ohne weiteres möglich ist, zum Beispiel anorganische Flockungsmittel,
wie sie zum Beispiel auf der Basis von Aluminium- und Eisensalzen oder auf der Basis
von Kalkverbindungen im Handel sind, zuzusetzen, ohne daß das erfindungsgemäße Hilfsmittel
hinsichtlich seiner Verwendungseigenschaften hiervon nachteilig betroffen wird.
[0054] Wird das erfindungsgemäße Hilfsmittel in Absetz- und Klärbecken verwendet, empfiehlt
sich seine Anwendung in einer Menge von etwa 0,1 bis 4 mg pro Liter der zu klärenden
Substanz.
[0055] In anderen Fällen, etwa bei der Konditionierung von Abwasserschlämmen, bei der Entwässerung
in Trockengelen oder bei der Anwendung mechanischer Verfahren wie zum Beispiel Zentrifugieren
kann dem Schlamm das Wasser besser und rascher entzogen werden, wenn man das erfindungsgemäße
Hilfsmittel in Mengen von etwa 2 bis 12 kg pro Tonne Trockenschlamm der zu behandelnden
Substanz zusetzt.
[0056] Soll der zu behandelnde Schlamm stabilisiert werden, ist es zweckmäßig, etwa 50 bis
150 mg des erfindungsgemäßen Hilfsmittels hierzu pro entsprechender Mengeneinheit
des Schlamms diesem zuzusetzen. Die Stabilisierung tritt hierbei mittels Förderung
der Bildung reißfester Flocken durch das Hilfsmittel in vorteilhafter Weise ein.
[0057] Im Rahmen der als wesentlichstes Verwendungsgebiet für das erfindungsgemäße Hilfsmittel
anzuführenden Papierherstellung kann das genannte Hilfsmittel selbstverständlich nicht
nur gesondert, sondern auch unter Abmischung mit den bei der Papierherstellung benötigten
anderen Stoffen, wie zum Beispiel Farbstoffen, Antioxydantien, optischen Aufhellern
und fluoreszierenden Mitteln zugesetzt werden, c das Hilfsmittel gegen diese Stoffe
nicht empfindlich ist. In der Praxis wird nämlich oft das vorgenannte Zusatzverfahren
vorheriger Abmischung der Zusatzstoffe deswegen gerne angewendet, weil im allgemeinen
zum Beispiel optische Aufheller und fluoreszierende Mittel in nur geringen Menger
im Papier benötigt werden, um die gewünschte Veränderung des Erscheinungsbildes des
Papiers zu erreichen.
[0058] Weitere Anwendungsgebiete des erfindungsgemäßen Hilfsmittels im Rahmen der Papierherstellung
beziehen sich auf die vorteilhafte Leistung des Mittels bei der Erzielung einer guten
Scherstabilität, die wichtig ist, wenn zum Beispiel Pumpen, Schwingsiebe und andere
Vorrichtungen bei der Papierherstellung verwendet werden.
[0059] Außer bei der Papierherstellung kann natürlich das erfindungsgemäße Hilfsmittel auch
auf ganz anderen als den vorgenannten Gebietsgruppen eingesetzt werden. Als Haarfixiermittel
oder bei der Verankerung von an sich hydrophoben Beschichtungsmitteln, die in Form
von wäßrigen Dispersionen oder sonstiger Lösungen etwa auf Trägersubstanzen wie zum
Beispiel Flächengebilden aller Art aufgebracht werden, läßt sich das Mittel genausogut
wie als Verbesserungsmittel für die Naßfestigkeit von Flächengrbilden (insbesondere
Papier) einsetzen, in letztgenanntem Fall jedoch vorteilhaft nach Sauerstellung des
Mittels.
[0060] Im allgemeinen ist das erfindungsgemäße Hilfsmittel selbst im basischen Medium recht
gut lagerstabil, wenn, wie der Fachmann an sich weiß, bei der Herstellung des Mittels
zur Vernetzung zum Beispiel mit Hilfe von Epichlorhydrin nur soviel Vernetzungsmittel
wie benötigt zugegeben wird.
[0061] Bei unüblichem oder verserentlichem Zugeben des Vernetzungsmittels im Überschuß kann
das Mittel trotzdem verwendet werden, muß allerdings denn zwecks Erzielung einer geeigneten
Lagerstabiltät asuer gestellt werden, womit auch in diesem Fall ein evantuell sonst
auftretendes Ausgelieren zuverlzssing verhimdert wird.