[0001] Die Erfindung betrifft Polyethylenglykol-Polyaminoamid-Kondensationsprodukte zur
Retentionsver. besserung von ausschwemmbaren Feststoffen, zur Entwässerungsbeschleunigung
von Suspensionen und zur rascheren Aufbereitung von industriellen Wässern, Abwässern
und Schlämmen, insbesondere in der Papierindustrie.
[0002] Derartige Polymere und ihre Verwendung im oben aufgeführten Sinn bei der Papierherstellung
sind bereits in der Fachwelt aus zahlreichen Veröffentlichungen bekannt. So sind in
der DE-AS 1 546 290 Umsetzungsprodukte aus Polyalkylenpolyaminen 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 3 575 797 sind viskose
Flotationsmittel für Papiermaschinenabwässer beschrieben. Diese Flotationsmittel sind
Reaktionsprodukte von Polyalkylenpolyaminen mit Polyethylenglykolderivaten. 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 DE-OS
2 162 567 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 CH
2-CI-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 Hilfsmittel-Moleküls im o. a
Sinn voll wirksam werden kann.
[0004] In der in diesem Zusammenhang weiterhin zu nennenden DE-AS 2 127 082 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 DE-OS 2 255 586 ersichtliche Produkt, das lediglich
als zusätzlichen Baustein Polyäthylenglykol bei sonst prinzipiell äquivalentem Aufbau
zeigt, zu.
[0006] In der in diesem Zusammenhang weiterhin anzuführenden DE-OS 2 244 513 sind ähnliche
Produkte bekanntgeworden, die aus Polyepichlorhydrin, Diamin und Polyalkylenpolyaminen
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 DE-OS 2434816 und der hierzu gehörigen Zusatz-DE-OS
2515760 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 aer 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 DE-OS 2 436 386 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. Abgesehen von den Bedenken, die man bei der Verwendung
von Alky'eniminen 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.
[0009] 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.
[0010] 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 PolyalkylenglykolbaustHins
zu verzichten. Die in diesem Zusammenhang bisher bekanntgewordenen Polyalkylenglykol-bausreinfreien
Retentionsmittel werden nun in der folgenden Stand-der-Technik-Würdigung aufgeführt.
Zunächst ist hier auf die DE-PS 1 771 814 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/oder
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 verfahrensmäßig
miteinander verbundenen Ausgangsbausteine eine Struktur, in der zum Beispiel kationische
Seitenketten fehlen, weswegen eine optimale Reaktions- und Entwässerungsleistung noch
nicht erbracht werden kann.
[0011] Als Weiterentwicklung in dieser Richtung ist der auf der Basis der französischen
Patentschrift 2 094 645 entstandene ältere Vorschlag der Anmelderin in Form der DE-OS
2 353 430 anzusehen. Dieser Vorschlag ist auf die Herstellung und Verwendung von wasserlösliclien
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 DE-OS 2353430 durch kurze
aber kationaktivere und damit retentionswirksamere Seitenketten ersetzt worden sind.
Prinzipiell werden in dieser DE-OS basische Polyaminoamide vor der Vernetzung mit
polyfunktionellen 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 Retentionsieirtung 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.
[0012] 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 DE-OS 2353430 angeführten Makromoleküls, nämlicfi wie
es aus den DE-PS 2 502 874 und 2 538 745 (Zusatz zu 2 502 874) 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 Umsetzungsprodukt 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.
[0013] 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
DE-OS 2 434 816 und 2 515 760 sowohl Polyalkylenglykole als auch Polyaminoamide als
Bausteine enthalten, eine optimale Retentionsleistung zeigen.
[0014] Da die nicht zufriedenstellende Verwendungsfunktion dieser Produkte vermutlich auf
»bausteinstandort-abhängige« Gründe des Makromoleküls zurückgehen dürfte, dies jedoch
keinesfalls sicher ist, wäre zu erwarten, daß die Fachwelt nunmehr andere als die
vorgenannten Wege einschlägt, wobei es nahegelegen 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 DE-PS 2 502
874 und 2 538 745 beschrieben sind, keine Bausteine in Form von Polyalkylenglykol-Verbindungen
bzw. deren Derivate mehr.
[0015] 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
noch leistungsfähigeres Kondensationsprodukt geschaffen ist, dessen erfindungsgemäße
Zusammensetzung als Baustein unter anderem wiederum Polyalkylenglykolverbindungen
aufweist und das dadurch gekennzeichnet ist, daß es ein Reaktionsprodukt C ist, welches
aus der Umsetzung von einem aliphatischen Polyethylenglykoletheramin als Teilprodukt
A, das durch Einwirkung von a) 0,25 bis 1 Mol, vorzugsweise 0,7 bis 1 Mol, eines Polyalkylenpolyamins
der allgemeinen Formel

wobei y und z eine ganze Zahl zwischen 2 und 4, vorzugsweise 2 und 3; n eine ganze
Zahl zwischen 2 und 5 und m eine ganze Zahl zwischen 0 und 5, vorzugsweise zwischen
0 und 3, darstellen, und/oder 0,25 bis 2 Mol, vorzugsweise 0,8 bis 2 Mol, eines Amins
der allgemeinen Formel

wobei R, und R
2 gleiche oder verschiedene Alkylreste der allgemeinen Formel CxH2 -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
c) aus einem Polyethylenglykol (als Polydiol-Baustein) mit Epichlorhydrin gebildet
worden ist, mit basischen Polyaminoamiden als einem an sich aus der DE-PS 2 502 874
bekannten Teilprodukt B, das aus wenigstens einem Polyalkylenpolyamin und/oder wenigstens
einer Aminocarbonsäure bzw. deren Lactam und/oder Hexamethylendiammoniumadipat gebildet
worden ist, wobei die Halogengruppen des Teilproduktes A mit den - NH - -Gruppierungen
des Teilprodukts B unter Abspaltung von Halogenwasserstoffsäuren und gleichzeitiger
Bildung des Zwischenprodukts AB reagieren, und das erhaltene Zwischenprodukt AB mit
polyfunktionellen Verbindungen umgesetzt wird.
[0016] Obwohl hier als polyfunktionelle Verbindungen Produkte gleichgut verwendbar sind,
die z. B. ausgewählt sein können aus einer Gruppe, die unter anderem Epibromhydrin,
Epifluorhydrin, die Dihalogenalkane, Glyoxal-bis-acrylamid, bis-Acrylamidoessigsäure,
Acrylaminoglykolsäure, Tetraallyloxyethan und andere Verbindungen enthält, ist Epichlorhydrin
hier bevorzugt.
[0017] Besonders gute Ergebnisse erhält man bei Einhaltung der oben angegebenen Vorzugsbereiche
und wenn das Umsetzungsprodukt c) aus 1 Mol des Polyethylenglykols der allgemeinen
Formel

wobei r eine ganze Zahl zwischen 1 und 27, vorzugsweise 1 und 24 ist, wenn 2 Mol Epichlorhydrin
gebildet worden ist und wenn 0,5 bis 7, vorzugsweise 2,5 bis 6,8 Mol Teilprodukt B,
bezogen auf Polyalkylenpolyamin des basischen Polyaminoamids, umgesetzt worden ist.
[0018] 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 z. B. in 20gewichtsprozentiger
wäßriger Lösung bei 25° C eine Viskosität von einerseits 50 bis andererseits 1000
mPa - saufweisen.
[0019] Durch die wie oben angeführten qualitativen und quantitativen Variationsmöglichkeiten
des Aufbaus der erfindungsgemäßen Hilfsmittel 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 DE-PS 2 502 87
4 und 2538745 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 Bortrifluorid-Ätherat-Katalysators
auf beiden Seiten seines Kettenmoleküls 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
polyfunktionellen 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.
[0020] Die in allen folgende:i 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)
[0021] 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)
[0022] 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, und 4)
[0023] 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
20gewichtsprozentigen wäßrigen Lösungen der entsprechenden Produkte bestimmt (Kugel-Nr.
4).
4. Die Bestimmung der Dichte (Meßmethode, gleichzeitig Erläuterung zu der folgenden
Tabelle 4)
[0024] 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 unterten Meniskus der Flüssigkeit auf der Zahlenskala des Aräometers befindlichen
Wert, der direkt die Dichte angibt, ab.
[0025] 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.
5. Bestimmung der Entwässerungsbeschleunigung (Meßmethode, gleichzeitig Erläuterung
zu Tabelle 5)
[0026] Die charakteristische Mahlgradsenkung in ° SR 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 Gesamtfestbestandteile
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-Suspension
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
1 gewichtsprozentigen wäßrigen Alaunlösung eingestellt wird, durchgeführt. Die Faserstoffkonzentration
beträgt 2 g/I Wasser. Die im übrigen in dieser Tabelle 5 aufgeführte 0-Probe ist natürlich
abhängig von der Wahl des verwendeten Altpapiers.
6. Bestimmung der Füllstoffretention (Gleichzeitig Erläuterung zur folgenden Tabelle
6)
[0027] 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.
[0028] 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/I 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.
[0029] Die in dieser Tabelle 6 angegebenen Aschegehalte sind Gewichtsprozent-Angaben.
[0030] Es folgen nun die einzelnen Beispiele, wobei die Beispiele 1a, 1 b und 1 c ausführtich
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.
[0031] Aus Platzgründen werden die in den Textbeispielen 1a, 1 und 1 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.
1. EP:
[0032] Epichlorhydrin, Dichte 1,18 g - cm
-1; liegt stets als 98gewichtsprozentige Lösung vor.
2. DTRA:
[0033] Diäthylentriamin, liegt vor als 100gewichtsprozentige reine Substanz.
3. Polydiol:
[0034] 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:
[0035] Bortrifluorid-Ätherat der Summenformel C
4H
10BF
3O; liegt stets als 65gewichtspro
7entige Lösung vor.
5. PA:
[0036] Polyaminoamidharzlösung, welche als reaktive Gruppe die sekundären Amine enthält.
1 Mol dieser Verbindung entspricht 1 NH.
6. AS:
[0037] Adipinsäure, liegt vor als 100gewichtsprozentiger Feststoff.
7. CL:
[0038] Caprolactam, liegt vor als 100gewichtsprozentiger Feststoff.
8. AH-S:
[0039] Salz aus Adipinsäure und Hexamethylendiamin, liegt vor als 100prozentiger Feststoff
9. DÄAM:
[0040] Diäthanolamin, liegt stets als 100gewichtsprozentige Substanz vor.
10. TMA:
[0041] Trimethylamin, liegt stets vor als 45gewichtsprozentige wäßrige Lösung.
11. DMA:
[0042] Dimethylamin, liegt stets vor als 40gewichtsprozentige wäßrige Lösung.
[0043] 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 Polydiolen 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 Diäthanulamin (DÄAM) eingesetzt. Die Zwischenanalysenwerte
der Teilprodukte Asind dann im Anschluß an die Tabelle 1 aufgeführte Tabelle 2 zusammengefaßt.
[0044] Aus Tabelle 3 ist zu entnehmen, daß das Zwischenprodukt B in den betreffenden Beispielen
1 b bis 3b stets die gleichen Mengen an Adipinsäuren (AS) und Diäthylentriamin (DTRA)
enthält. In Beispiel 1b wurde überdies zusätzlich Caprolactam (CL) und in Beispiel
3b entsprechend zusätzlich das Salz aus Adipinsäure und Hexamethylendiamin (Hexamethylendiammoniumadipat;
AH - S) mit verwendet.
[0045] 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 11c wurde das vorstehende
Verhältnis geändert und auf 1 zu 6,65 eingestellt.
[0046] In Tabelle 5 wurde die Entwässerungsbeschleunigung, gemessen in ° SR, 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 1 b
l zu werten. Es soll zeigen, daß ohne den Einbau des erfindungsgemäße,i Teilproduktes
A, also nur bei Vernetzung des bekannten Zwischenproduktes B mit Epichlorhydrin das
daraus resultierende Hilfsmittel zur Verbesserung der Retention, Entwässerung und
Aufbereitung nur wesentlich schlechtere Retentions-, Entwässerungs- 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-Veröffentlichungen entnommen sind:
Beispiel 12 entspricht dem Beispiel 1 aus der DE-PS 1 771 814;
Beispiel 13 entspricht dem Beispiel 1 aus der DE-OS 2 353 430;
Beispiel 14 entspricht dem Beispiel 1 aus der DE-PS 2 502 874.
[0047] 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 Füllstoffretentionsleistungen
der entsprechenden Produkte zu interpretieren.
[0048] Es folgen nun die einzelnen Beispiele:
Beispiel 1
1 a) Herstellung des Teilprodukts A
[0049] 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,oBF
30) 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 Epichlorhydrin,
entsprechend 0,8 Mole, umgesetzt. Die Umsetzung 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-ß-hydroxy-y-chlorpropyläther,
wird nun nach Hinzufügung von 271,7 ml entionisiertem 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 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 (ß-hydroxy-y-chlorpropylpolyäthylenglykoläther-ß-hydroxy-y-propylamin)
ergab bei seiner Analyse folgende Werte:

16) Herstellung des Teilprodukts B
[0050] In einem als Stahtautoklaven ausgebildeten Druckgefäß mit Rührer, Temperaturmesser
in Form eines Thermofühlers und Abdestillationskondensator wurden 1460,2 g Adipinsäure
(100gewichtsprozentig entsprechend 10 Mol, fest); 1124,5 g Diäthylentriamin (100gewichtsprozentig
entsprechend 10,9 Mol; flüssig) und 226,34 g Caprolactam (100gewichtsprozentig 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. Hierbei reagiert
das Gemisch weiter, wobei über die kondensierende Reaktionsmasse ständig Stickstoff
geleitet wird.
[0051] Nach Abkühlung der entstandenen Polykondensatschmelze auf 135° C werden dieser unter
weiterer Abkühlung der Substanz insgesamt 2553 ml Wasser zugesetzt. Die entstandene
wäßrige Polyaminoamidharzlösung wird nunmehr untersucht und zeigt folgende Untersuchungsergebnis-Werte:

1c) Herstellung des Endprodukts C
[0052] In den bereits im vorstehenden Beispiel 1a beschriebenen 4 Liter Inhalt fassenden
Glasrundkolben werden 543,4 g des 50gewichtsprozentigen Teilproduktes A entsprechend
0,4 Mole, bezogen auf Polydiol 400 in Form des β-hydroxy-γ-chlorpropyl-polyäthylenglykoläther-β-hydroxy-γ-propylamin
zunächst mit der gleichen Gewichtsmenge an Wasser versetzt, so daß eine 25gewichtsprozentige
Lösung entsteht.
[0053] Hierzu werden dann 624,4 g einer 48gewichtsprozentigen 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-Gruppierungen 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 98gewichtsprozentiges
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-Polyaminoamid-Epichlorhydrinharz
entstanden ist. Die Untersuchung des vorstehenden erfindungsgemäßen Endproduktes C
ergab folgende Werte:

[0054] Wie bereits oben ausgeführt, werden die folgenden weiteren, in den folgenden Tabellen
zusammengefaßten Beispiele in der gleichen Weise wie für das vorstehende Beispiel
1a, 1b und 1c angegeben, unter den gleichen Verfahrensbedingungen durchgeführt. Wie
ebenfalls bereits genannt, sind in den folgenden Tabellen die vorstehenden Textbeispiele
1a, 1b und 1c der besseren Übersicht halber noch einmal zusammengefaßt mit aufgeführt.
Versuchsbericht
[0055] Beispiel 10 der DE-OS 2 434 816 wurde nachgearbeitet, indem das Polyaminoamid V 12
(hergestellt aus Adipinsäure, Diethylentriamin und Hexamethylendiaminadipat) mit dem
Vernetzer V 4 (Umsetzungsprodukt aus Polyethylenglykol und Epichlorhydrin) gemäß der
Beschreibung der Beispiele 1 bis 14 auf Seite 12 der DE-OS umgesetzt wurde. Die Viskosität
der 18prozentigen Lösung der Kondensationsprodukte betrug 609 mPa . s (Schergefälle
24,5 sec
-1 bei 20° C).
[0057] Das erfindungsgemäße Polyethylenglykol-Polyaminoamid-Kondensationsprodukt zur Retentionsverbesserung
von ausschwemmbaren Feststoffen, zur Entwässerungsbeschleunigung 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 Schlammkonditionierung 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.
[0058] 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.
[0059] 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.
[0060] 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.
[0061] 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, da 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 Mengen
im Papier benötigt werden, um die gewünschte Veränderung des Erscheinungsbildes des
Papiers zu erreichen.
[0062] 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.
[0063] 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 sonstigen Lösungen etwa auf Trägersubstanzen wie zum
Beispiel Flächengebilden aller Art aufgebracht werden, läßt sich das Mittel genausogut
wie als Verbesserungsmittel für die Naßfestigkeit von Flächengebilden (insbesondere
Papier) einsetzen, in letztgenanntem Fall jedoch vorteilhaft nach Sauerstellung des
Mittels.
[0064] 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.
[0065] Bei unüblichem oder versehentlichem Zugeben des Vernetzungsmittels im Uberschuß kann
das Mittel trotzdem verwendet werden, muß allerdings dann zwecks Erzielung einer geeigneten
Lagerstabilität sauer gestellt werden, womit auch in diesem Fall ein eventuell sonst
auftretendes Ausgelieren zuverlässig verhindert wird.