GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Papier
mit erhöhter Festigkeit aus einem Eintrag, der aus Altpapier besteht, ohne die
Wiederaufschließbarkeit zu opfern.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Produkte, die auf Cellulosefasermasse basieren, umfassen eines der größten
und bedeutendsten Erzeugnisse des Handels. Die Technologie für Produkte, die
auf Cellulosefasermasse basierten, ist für rohe Zellstoffe gut entwickelt und
viele Zusätze werden eingesetzt, um verschiedene Eigenschaften zu verbessern.
Diese Eigenschaften umfassen Naß- und Trockenzugfestigkeit, Naß- und
Trokkenreißfestigkeit, Naß- und Trockenberstfestigkeit, Ölbeständigkeit,
Falzfestigkeit, Fleckenunempfindlichkeit, Bedruckbarkeit und ähnliche. Die Verwendung
von auf Altpapier basierenden Materialien ist ein großes, entstehendes
Anwendungsgebiet von erheblicher Bedeutung für die Zellstoff- und Papierindustrie.
Die Verwendung von auf wiederaufbereitetem Zellstoff basierenden
Produkten, schließt sowohl 100 %ig wiederaufbereitete Produkte als auch
wiederaufbereitete Produkte in Beimischung mit Rohzellstoff ein.
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Beide Gebiete werden im allgemeinen Zusätze erfordern, um die
physikalischen Eigenschaften des resultierenden Papiers, Kartons oder Gewebes (zum
Beispiel Trockenfestigkeit, Naßfestigkeit, Berstfestigkeit, Reißfestigkeit) zu
verbessern, da das Altpapier verminderte Eigenschaften in diesen Kategorien
zeigen wird. In einigen Fällen konnte die Abnahme der physikalischen
Eigenschaften durch Verwendung von mehr Altpapier (höheres Grundgewicht)
ausgeglichen werden. Das zusätzliche Gewicht ist jedoch in den Fällen nicht erwünscht,
in denen leichtgewichtige Produkte erforderlich sind oder in denen das erhöhte
Versandgewicht ökonomisch nicht annehmbar ist. In vielen Fällen erfordern die
Normen für Containerverpackung bestimmte physikalische
Eigenschaftsbedingungen, die für Produkte, die auf rohem Zellstoff basieren, gelten und mit
100%igem Altpapier oder Altpapier/Rohzellstoff-Kombinationen nicht leicht
erreicht werden können. Polymere Zusätze (zum Beispiel kationische Stärke,
kationisches Polyacrylamid) werden häufig zugesetzt, um die Trockenfestigkeit
zu verbessern, bieten jedoch nur begrenzte Anwendbarkeit für die
Naßfestigkeit.
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Naßfestigkeitszusätze (zum Beispiel Poly(amid amin/epichlorhydrin)
erfordern eine thermische Behandlung oder langes Lagern bei
Umgebungsbedingungen, um Naßfestigkeit über Vernetzungsreaktionen zu erzeugen. Hat das
Vernetzen einmal stattgefunden, kann das Papier nicht leicht wiederaufbereitet
werden, es sei denn spezielle Behandlungen werden unternommen, um die
chemischen Vernetzungen aufzubrechen. Ein weiterer häufiger
Naßfestigkeitszusatz ist ein auf Formaldehyd basierendes Polymer (Harnstofformaldeyd- und
Melaminformaldehydharze). Diese Polymere haben nicht nur
Wiederaufschließbarkeitsprobleme, sondern eine andere Umweltsorge, nämlich
Formaldehydemissionen. Diese Polymere haben in letzter Zeit wegen der
Formaldehydemissionen an Gunst verloren und sind rasch ersetzt worden. Ein Zusatz,
der sowohl Naß- als auch Trockenfestigkeitsverbesserungen verbunden mit
Recyclingfähigkeit bietet, ist in Zellstoff/Papier-Recyclingmaterialien
erwünscht, um die Leistungsstandards zu erbringen wie sie typischerweise bei
Rohzellstoff beobachtet werden. Im wesentlichen ist ein Zusatz nicht
erwünscht, der die Eigenschaften des Recyclingpapiers verbessert, aber der das
Produkt nicht recyclebar macht, da viele Recyclingpapierprodukte ebenfalls
wiederaufbereitet werden können.
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Zusätze zu Papier zur Verbesserung der Ausgewogenheit der
Eigenschaften sind durch den Zeitpunkt der Zugabe im Papierherstellungsverfahren
gekennzeichnet. Im allgemeinen wird der Zeitpunkt der Zugabe als Zugabe in die
Naßpartie oder in die Trockenpartie bezeichnet. Die Zugabe in die Naßpartie
schließt die Zugabe eines Zusatzes (von Zusätzen) zur Fasermasse zur
Papier- (oder Karton- oder Gewebe-)herstellung ein. Die Zugabe in die Trockenpartie
bezieht sich auf die Zugabe eines Zusatzes (von Zusätzen) zu dem Papier
(Karton oder Gewebe) nach der Papierbildung und Trocknen durch
Durchtränkungsbeleimungs- oder Oberflächenbeleimungstechniken, die in der Industrie
gut bekannt sind. Das Papierherstellungsverfahren (sowohl Naßpartiezugabe
als auch Trockenpartiezugabe) wurde in vielen ausführlichen
Veröffentlichungen erörtert. Eine derartige Literturquelle ist "Pulp and Paper Manufacture",
Vol. 7, Paper Machine Operations, herausgegeben von B. A. Thorp, TAPPI,
Atlanta, 1991 (3. Auflage).
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Recyclingpapierprodukte unterscheiden sich wesentlich von Rohzellstoff.
Ein Hauptunterschied sind die Zusätze, die in dem Recyclingprodukten weit
verbreitet sind, in Rohzellstoff offensichtlich nicht vorhanden sind. Die Zusätze
zu Rohzellstoff können beherrscht werden. Dies ist jedoch mit Recyclingpapier
nicht möglich. Diese Zusätze schließen nicht nur die vorstehenden
angegebenen Naß- und Trockenfestigkeitszusätze, sondern auch Rückhaltehilfsstoffe, um
Holzmehl und Füllstoffe zurückzuhalten, Alaun, Entwässerungshilfsstoffe,
Harz- oder Klebstoffregulierungszusätze, Füllstoffe, Tinten, Antischaummittel
und ähnliche. Die Anwesenheit dieser Zusätze kann zu bedeutenden
Unterschieden in der Wirksamkeit oder Anwendbarkeit von zusätzlichen Zusätzen
zu Recyclingpapier führen. Die Probleme des Recyclingpapiers sind von großer
Bedeutung für die Papierindustrie und wurden in zahllosen Industriestudien
und -veröffentlichungen, von denen einige hierin zitiert werden, beachtet.
Siewert (TAPPI J, Seite 41, Jan 1989) erörtert die Verwendung von Altpapier in der
Gewebeherstellung und diskutiert die Probleme mit Verunreinigungen (Lacke,
Oberflächenbedruckung, gefärbtes Papier und Kleber). Uutela und Black
(TAPPI J, Seite 71, Jan.1990) besprechen die Verwendung und erwartete
zukünftige Verwendung von Recyclingpapier und erörtern einige der
allgemeinen Probleme, die mit Recyclingpapier verbunden sind. Die Probleme mit
Verunreinigungen durch Tinte wurden von Carr (TAPPI J, Seite 127, Feb.1991)
angesprochen.
Die Wierderaufschließbarkeit von beschichteter Wellpappe wurde
von Michelman und Capella (TAPPI J, Seite 79, Okt. 1991) diskutiert. Sie
merken an, daß sich Wachse, Pigmente, Heißtauchschichten, die verwendet
werden, um die spezifischen Eigenschaften von Karton zu verbessern, auf die
Wiederaufschließbarkeit auswirken können. Diese "Verunreinigungen" konnten
auch die Eigenschaften der recycelten Pappe beeinflussen. Epsy und Geist
(TAPPI J, Seite 192, Juli 1992) bemerken, daß Polyamid-Epichlorhydrinharze
mit Azetidin- oder quarternären Ammonium-Epoxidgruppen verwendet
werden können, um naßfestes Papier aus Recyclingpapier herzustellen. Sie merken
an, daß eine Verbesserung der Trockenfestigkeit von Recyclingzellstoff mit
Zusätzen erreicht werden kann, geringe Aufmerksamkeit wurde jedoch auf die
Naßfestigkeit des Recyclingzellstoffs gerichtet.
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Bei Polyamid-Epichlorhydrinharzen ist jedoch bekannt, daß sie die
Naßfestigkeit auf Kosten der Wiederaufschießbarkeit verbessern. Zusätze, die die
Naß- und Trockenfestigkeit verbessern ohne die Wiederaufschließbarkeit zu
opfern, sind jedoch erwünscht. Hipple (TAPPI J, Seite 79, Mai 1991) merkt an,
daß sich die Merkmale von Sekundärfasern von denen von Rohzellstoff, auf
dem diese basieren, unterscheiden. Das Entfärbungsverfahren bringt
bedeutende Änderungen der Fasercharakteristiken, die Unterschiede im Typ der im
Naßpartieverfahren benutzten, poylmeren Zusätze erfordert. Es wurde
angemerkt, daß mit kationischer Naßpartiestärke der Grad der kationischen
Substitution eingegestellt werden muß, um die gewünchten Eigenschaften zu
erhalten. Diese Schriften merken die Probleme von Recyclingpapier, die Probleme
der Verunreinigung und die Unterschiede, die gegenüber Rohzellstoff
eintreten, an. Der hohe Anteil des anionischen "Abfalls" in Zeitungspapier, als ein
Beispiel, stellt den Nutzen kationischer Polymere beim Erzielen der
gewünschten Eigenschaftsverbesserungen aufgrund der Polyelektrolytkomplexierung in
Frage.
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US-A-4.880.497 und 4.978.427 diskutiert die Verwendung von
aminfunktionalisierten Polymeren für den Einsatz zur Verbesserung der Trocken- und
Naßfestigkeit
von Papier. Diese aminfunktionalisierten Polymere basieren auf
Copolymeren, die aus 10 bis 95 mol% N-Vinylformamid bestehen, das
hydrolysiert wird, um die Aminfunktionalität zu erzeugen. Die Copolymere enthalten
ebenfalls ein ethylenisch-ungesättigtes Monomer einschließlich Vinylester (wie
Vinylacetat), Alkylvinylether, N-Vinylpyrrolidon und die Ester, Nitrile und
Amide der Acrylsäure oder Methacrylsäure. Auf diese Weise werden die
aminfunktionalisierten Poly(vinylalkohole)einbezogen, da sie sich aus der Hydrolyse
von Vinylacetat/N-Vinylformamid-Copolymeren ergäben. Die Probleme der
Copolymerisation beim Erzielen einheitlicher Copolymere von
Vinylacetat/N-Vinylformamid oberhalb 10 mol% NVF werden nicht beachtet, und in
der Tat zeigen die Beispiele in diesem Patent klar, daß keine statistischen
Copolymere vorliegen, sondern höchstwahrscheinlich Polymergemische von
unterschiedlichen Zusammensetzungen zwischen Polyvinylacetat und
Poly(N-vinylformamid) (vor der Hydrolyse). Obwohl diese Patente die
Verwendung in Wellpappe angeben, zeigen sie keine speziellen Beispiele oder beachten
nicht die anspruchsvolleren Charakteristiken, die Recyclingpapier erfordert.
Noch bedeutender ist, daß diese Patente nicht nachweisen, daß niedrige Grade
der Aminfunktionalität (< 10 mol %) in Polyvinylalkohol wirksam sein könnten,
und basierend auf den Ansprüchen und Beispielen könnte es unvorhergesehen
sein, daß geringere Grade für Rohzellstoff wirksamer sein könnten. Bei diesen
ernsteren Problemen mit Recyclingpapier,könnte der Nutzen einer kleineren
Aminfunktionalität als 10 mol% sogar weniger erwartet werden.
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EP-A-0 251 182 diskutiert ein Vinylamincopolymer, das von hydrolysierten
Co- oder Terpolymeren von N-Vinylformamid, Methacrylnitril, Methacrylamid
und Acrylsäure abstammt. Die Nutzung als ein Entwässerungshilfsstoff bei der
Papierherstellung und als Papierfestigkeitszusatz wurde hier angegeben.
EP-A-331.047 gibt die Verwendung eines Polyvinylamids mit hohem
Molekulargewicht als Trockenpartiezusatz bei der Papierherstellung für verbesserte
Trockenfestigkeit und als Faserrückhaltehilfsstoff an. EP-A-337.310 erörtert
Vinylalkohol-Vinylamin-Copolymere in Kombination mit einem anionischen
Polymer, das die Feuchtdruckfestigkeit von Papier und Karton erhöht. Die
spezielle Brauchbarkeit des Verbesserns der Naß- und Trockenfestigkeit von
Recyclingpapier wurde nicht untersucht oder nicht angegeben.
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US-A-4.772.359 gibt die Nutzung eines wasserlöslichen Poly(N-vinylamids)
mit hohem Molekulargewicht als Entwässerungshilfsstoff, Rückhaltehilfsstoff
und Flockungsmittel für Papier, Pappe und Karton an. US-A-3.597.314
diskutiert eine Methode zum Verbessern der Entwässerung der
Cellulosefasersuspension mit Polymeren von N-Vinyl-N-methylformamid. US-A-3.715.336
diskutiert die Nutzung von Vinylalkohol/Vinylamin-Copolymeren, die durch
Hydrolyse von Vinylacetat/Vinylcarbamat-Copolymeren hergestellt wurden,
als Flockungsmittel für wässerige Suspensionen anorganischer Feststoffe.
US-A-4.311.805 erörtert Vinylalkoholcopolymere, die zur Verwendung als
Papierfestigkeitszusätze spezielle kationische Gruppen enthalten.
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US-A-4.421.602 merkt die Nutzung von Vinylamin/ N-Vinylformamid-
Copolymeren zur Verwendung als Rückhaltemittel, Entwässerungshilfsstoffe
und Flockungsmittel beim Einsatz in der Papierherstellung an. US-A-4.614.762
diskutiert ein wasserlösliches Produkt von Polyethylenimin, das mit
Formaldehyd und Polyvinylalkohol reagierte. Dieses Produkt, so wird angegeben, ist als
verbesserter Entwässerungs- und Rückhaltehilfsstoff in der Papierherstellung
nützlich. US-A-4.808.683 machtVinylamincopolymere bekannt, die als
Flokkungsmittel, Entwässerungshilfsstoffe und Papierfestigkeitszusätze Nutzen
bieten, bekannt. US-A-3.535.288 diskutiert wärmehärtbare Harze aus
kationischem Poly(amid-epichlorhydrin) zur Verwendung bei der Herstellung von
Papier, das einer verbesserte Naßfestigkeit aufweist.
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Einen umfassenden Überblick der polymeren Zusätze, die in der
Papierfertigung beigemengt werden, wird von G. G. Spence in "Encyclopedia of Polymer
Science und Engineering", 2. Auflage, Wiley-Interscience, Vol. 10, Seiten 761-
786, New York, 1987 gegeben. Dieser Überblick erörtert ausführlich die
verschiedenen Zusätze, die gewöhnlich Rohzellstoff für unterschiedlich, auf Papier
basierende Erzeugnisse beigemengt werden, gibt jedoch keinen Überblick zur
Relevanz dieser Zusätze für Recyclingpapier.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es wurde festgestellt, daß die Zugabe von aminfunktionalisiertem
Polyvinylalkohol zu der Trockenpartie eines Papierherstellungsverfahres zu den
gewünschten Eigenschaftsverbesserungen bei Recyclingpapier führt. Die
aminfunktionalisierten Polyvinylalkohole, die in dieser Erfindung nutzbringend
sind, sind, wie in Anspruch 1 beschrieben, die Reaktionsprodukte von
Polyvinylalkohol und Aminoaldehyddialkylacetal, dessen Amingehalt zwischen
1 mol% und 12 mol%, basierend auf den Vinylalkoholeinheiten, liegt. Die
angegebenen Eigenschaftsverbesserungen sind Verbesserungen der Naß- und
Trokkenfestigkeit verbunden mit Wiederaufschließbarkeit. Diese Zusätze führen zu
Verbesserungen sowohl bei 100%igem Rececylingpapier als auch
Recyclingpapier/Rohzellstoff-Kombinationen.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Wir haben festgestellt, daß die Zugabe von aminfunktionalisiertem
Polyvinylalkohol die gewünschten Verbesserungen bietet mit einem geringen
Anteil der Aminfunktionalität bei Recyclingpapier. Der aminfunktionalisierte
Polyvinylalkohol wird durch Reaktion von Polyvinylalkohol mit Aminoaldehyd
(zum Beispiel 4-Aminobutyraldehyddimethylacetal) erhalten. Der Anteil eines
blockierten Aminoaldehydeinbaus in Polyvinylalkohol von 1 bis 12 mol%,
basierend auf den Polyvinylalkoholwiederholungseinheiten, wird in dieser
Erfindung erwogen. Die Zugabe des aminfunktionalisierten Polyvinylalkohols zum
Recyclingzellstoff oder Recyclingzellstoff/Rohzellstoff-Gemisch beträgt 0,1 bis
4,0 Gewichtsprozent, basierend auf dem Gewicht des trockenen Papiers. Der
bevorzugte Bereich der Zugabe liegt zwischen 0,2 und 2 Gewichtsprozent.
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Polyvinylalkohol ist als Naßfestigkeitszusatz oder als ein Zusatz zu der
Naßpartie im Papierverfahren nicht wirksam, weil es für das Papier nicht
wichtig ist und in Anwesenheit von Wasser entfernt wird. Überraschenderweise
zeigen geringe Grade der Aminfunktionalität bedeutende Merkmale bei der
Rückhaltung beim Eintauchen in Wasser, was zu verbesserten physikalischen
Eigenschaften bei sowohl Naßpartie- als auch Trockenpartiezugabe zum Papier
führt. Bei höheren Anteilen der Aminfunktionalität im Polyvinylalkohol wird
die Wirtschaftlichkeit für diesen sehr kostenempfindlichen Markt wenig
vorteilhaft. Ein bevorzugter Weg zum Schaffen von aminfunktionalisiertem
Polyvinylalkohol zum Einsatz in dieser Erfindung bezieht die Reaktion spezifisch
blockierter Aminoaldehyden wie 4-Aminobutyraldehyddimethylacetal ein. Der
Einbau der Aminfunktionalität in Polyvinylalkohol mittels dieser Methode ist
zwischen 1 % und 12 % Aminfunktionalität, basierend auf
Vinylalkoholwiederholungseinheiten, von Interesse. Über diesem Anteil ist die Wirksamkeit der
Umwandlung geringer und die Wirtschaftlichkeit für den sehr
kostenempfindlichen Recyclingpapiermarkt wenig vorteilfaft.
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Der Nutzen des aminfunktionalisierten Polyvinylalkohols zur
Verbesserung der Eigenschaften von Recyclingpapier wurde nachgewiesen. Die Arten
von Recyclingpapier, die in der Papierindustrie verbreitet sind, schließen alte
Wellpappe, Büroabfall, altes Zeitungspapier, Gewebeabfall, alte Zeitschriften,
Papiertüten, zur Verpackung verwendetes Papier und ähnliches ein. Diese
Quellen enthalten oft Zusätze, Tinten, Beschichtungen, Füllstoffe,
Rückhaltemittel, Klebstoffe und andere Verunreinigungen, die das Recyclingpapier sich als
sehr verschieden von Rohzellstoff, aus dem es gefertigt wurde, erweisen
können. Diese Unterschiede können zeigen bzw. haben gezeigt, daß die Reaktion
der typischen Polymerzusätze die Eigenschaften wie Naßfestigkeit,
Trockenfestigkeit, Falzfestigkeit, Berstfestigkeit beeinträchtigen. Recyclingpapier ist
demzufolge ein anderer Grundstoff als Rohzellstoff, und die Polymerzusätze, die
mit Rohzellstoff funktionieren, werden die gleichen Vorteile bei
Recyclingpapier nicht notwendigerweise bieten. Der aminfunktionalisierte
Polyvinylalkohol
hat eine brauchbare Verbesserung für viele unterschiedliche Arten von
Recyclingpapier gezeigt. Die Verwendung der aminfunktionalisierten
Polyvinylalkohole dieser Erfindung wird ebenfalls für Gemische aus
Recyclingund Rohzellstoffquellen erwartet.
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Bei der Reaktion eines Polyvinylalkohols (Gard der Hydrolyse zwischen 75
und 100 %) mit Aminoaldehyddialkylacetal konnten Aminoaldehyde nicht
verwendet werden, da die Aldehyd- und Amingruppen selbst reaktiv sind.
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Das Alkylacetal (vorzugsweise Dimethylacetal) kann das Aldehyd vor der
Aminreaktion schützen. Die Reaktion des Polyvinylalkohols mit dem
Aminoaldehyddialkylacetal kann in einer wässerigen Lösung unter sauren Bedingungen
durchgeführt werden. Das Produkt kann dann zu der Zellstoffaufschlämmung
in die Naßpartie als wässerige Lösung zugegeben werden oder durch
Koagulation oder mittels der Sprühtrocknungsmethode isoliert und als feines Pulver zu
der Zellstoffaufschlämmung zugegeben werden. Das bevorzugte
Aminoaldehyddialkylacetal ist 4-Aminobutyraldehyddimethylacetal (ABAA). Andere
Varianten können N-Ethylaminoacetaldehyddiethylacetal und
N-Methylaminoacetaldehyddimethylacetal, 4-Aminobutyraldehyddiethylacetal sein, sind
aber nicht auf diese begrenzt. Die Aminoaldehyddialkylacetal-Umwandlung
des Polyvinylalkohols ist im Bereich von 1 bis 12 mol%, basierend auf den
Vinylalkoholeinheiten.
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Zusätze, die gewöhnlich Papier beigemischt werden, können in
Beimischung mit aminfunktionalisiertem Polyvinylalkohol dieser Erfindung
verwendet werden. Diese schließen cellulosereaktive Leime (Alkylketendimer),
Alkenylbernsteinsäureanhydrid, Alaun, anionische Stärke, kationische Stärke,
Carboxymethylcellulose, Füllstoffe (CaCO&sub3;), Rückhalte- und
Entwässerungshilfsstoffe (Polyethylenamin) ebenso wie zusätzliche Naß- und
Trockenfestigkeitszusätze ein, sind aber nicht auf diese begrenzt.
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Die experimentellen Daten veranschaulichen, daß der aminfunktionalisierte
Polyvinylalkohol signifikante Verbesserungen in der Naßfestigkeit des
Recyclingpapiers bietet, wenn er der Naßpartie beigemischt wird. Zusätzliche
Verbesserungen in der Trockenfestigkeit wurden ebenso beobachtet. Dies ist
hinsichtlich US-A-4.880.497 und 4.978.427 unerwartet, da diese lehren, daß
N-Vinylformamid-Anteile größer 10 mol% (mit bevorzugten Bereichen und
experimentellen Beispielen bei höheren Anteilen) wünschenswert sind.
EXPERIMENTELLES
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Die folgenden Beispiele werden gegeben, um die vorliegende Erfindung
besser zu illustrieren und sind nicht als Beschränkungen gedacht.
Probenherstellung
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Das Protokol der Herstellung der Laborhandpapierbögen basierte auf
einem von TAPPI 205 abstammenden Verfahren. Ausreichend feuchter Zellstoff,
der 24 g Zellstoff auf Trockenbasis enthält, wurde in ungefähr 1800 ml
Leitungswasser wenigstens drei Stunden getaucht. Die Aufschlämmung wurde
dann in einen Zellstoffdesintegrator nach britischem Standard überführt, alle zu
verwendenden Naßpartiezusätze (wie Alaun, anionische Stärke und
aminfunktionalisierter Polyvinylalkohol) wurden zugegeben; das Endvolumen wurde
auf 2000 ml gebracht und das Gemisch wurde bei 50000 Umdrehungen gerührt.
Nach dem Mischen wurden die Inhalte in 10 l- Plastikbehälter überführt und
auf ein Endvolumen von 2,7 l verdünnt (annähernd 0,33 % Konsistenz: siehe als
nächstes angegebens Verfahren). Der pH-Wert wurde auf den gwünschten
Wert unter Verwendung von 0,1 molarer Schwefelsäure oder 0,1 molaren
Natriumhydroxyd eingestellt. Die Aufschlämmung wurde 30 min bei geringer
Geschwindigkeit unter Verwendung eines Labormixers gerührt.
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Zwölf bis sechszehn Milliliter Aliquote wurden aus dem Behälter geschöpft
und in ein 600 ml-Becherglas überführt. Zellstoffaufschlämmungen sind schwer
abzugießen, um bei jedem Mal die gleiche Faserkonzentration zu erhalten. Die
folgende Technik wurde als brauchbar befunden, Aliquote mit ziemlich gleicher
Faserkonzentration zu erhalten. Die Zellstoffaufschlämmung wurde mit einem
großen Spatel gerührt, ein 400 ml-Becherglas unter die Oberfläche getaucht und
das Rühren beendet. Das Becherglas wurde direkt vom Behälter
zurückgenommen, bis zum Rand gefüllt und der gesamte Inhalt in ein 600 ml-Becherglas
überführt. Die Handpapierbögenmaschine nach britischem Standard wurde
verwendet, um Handpapierbögen von jedem Becherglas Aufschlämmung
herzustellen, wie in der Tappi-205-Methode beschrieben. Nach dem beschriebenen
Pressen wurden die Papierbögen über Nacht in einer Kammer mit konstanter
Temperatur/Feuchtigkeit, die bei 23 ºC und 50 % relativer Luftfeuchte arbeitet,
konditioniert. Die Handpapierbögen wurden von den Trocknungsplatten mit
Spiegeloberfläche entfernt, 15 bis 30 min bei Raumtemperatur äquilibriert,
gewogen und in Polyethylen-Reißverschlußbeuteln bis zum Testen gelagert.
Testen der Laborhandpapierbögen
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Die in diesen Experimenten verwendete Grundbewertungsmethode war
die Zugbruchfestigkeit von Papierstreifen wie sie unter Verwendung einer
Instron-Maschine (siehe TAPPI-Methode 495) gemessen wird. Zehn 27 cm
(0,5 inch) breite Streifen wurden von dem Satz der zu bewertenden
Handpapierbögen abgeschnitten unter Verwendung einer Papierschneidemaschine, die
für diesen Zweck konstruiert wurde. Fünf Streifen von jedem Satz wurden im
Trockenmodus getestet, um die Zugfestigkeit in den Einheiten von kg pro cm
Breite zu bestimmen. Die anderen fünf Streifen wurden 30 min in
Leitungswasser getaucht, leicht mit einem Papiertaschentuch abgetupft und dann sofort
unter Verwendung des gleichen Verfahrens getestet, wodurch sich die
Naßzugfestigkeit ergab. Unabhängige Tests zeigten das 30 min Eintauchzeit ausreichend
waren, um das Papier vollständig zu sättigen.
Bestimmung der Zellstoffkonsistenz
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Das für die Bestimmung der Zellstoffkonsistenz verwendete Verfahren war
ähnlich der TAPPI-240-Methode. Whatman #1 Filterpapierballen wurden
15 min bei 105 ºC ofengetrocknet, 5 min bei Raumtemperatur äquilibriert und
gewogen, um das Gewicht auf Trockenbasis zu bestimmen. Ungefähr 2 g
feuchter Zellstoff wurden genau in ein 600 ml-Becherglas eingewogen und mit
300 ml Wasser aufgeschlämmt. Die Aufschlämmung wurde in einen kleinen
Waring-Mischer überführt und 30 s bei geringer Geschwindigkeit gerührt. Die
dispergierte Aufschlämmung wurde unter Verwendung eines vorgewogenen
Filterpapiers filtiriert und der nasse Ballen 15 min bei 105 ºC auf einem
Emerson-Schnelltrockner getrocknet. Der getrocknete Ballen wurden 5 min bei
Raumtemperatur äquilibriert und gewogen. Die Menge des trockenen Zellstoffs
in der Originalprobe wurde so bestimmt. Für jeden neuen Behälter oder
Zellstoffprobe, die für die Handpapierbögenherstellung verwendet wird, wurden
drei Proben von verschiedenen Stellen in der Probe entnommen und die
Konsistenz wie oben beschrieben bestimmt. Die so bestimmte mittlere Konsistenz
wurde in allen folgenden Handpapierbögenherstellungen unter Nutzung
diesen Materials verwendet.
PVOH/ABAA (12 mol% Amin)-Syntheseverfahren - Polymer B
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Polyvinylalkohol (Airvol 350, 30 g., 0,68/mol) wurde in Wasser (270 ml) bei
70ºC unter N&sub2; gelöst. Nach der Auflösung, wurden Salzsäure (16,34 g,
0,170 mol) und 4-Aminobutyraldehyddimethylacetal (ABAA) (18,14 g,
0,136 mol) zusammen mit zusätzlichem Wasser zu der Reaktion zugegeben. Die
Reaktion wurde bei 75ºC 6 h fortgeführt und auf Raumtemperatur abgekühlt.
Das Polymerprodukt wurde durch Ausfällen in Aceton isoliert, mit weiterem
Aceton gewaschen und in einem Vakuumofen (60ºC, 133,3 Pa) getrocknet, um
36,2 g des Produktes zu ergeben. Die Zusammensetzung des resultierenden
Polymers enthielt 12 mol% ABAA, wie durch ¹³C-NMR bestimmt wurde.
Synthese von PVOH/ABAA (5 mol% ABAA) -Polymer D
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137 G Airvol 540 Polyvinylalkohol wurden in 120 g Methanol 15 min
aufgeschlämmt. 23 g 4-Aminobutyraldehyddimethylacetal wurden zugegeben,
gefolgt von der Zugabe von 23 g Glycidyltrimethylammoniumchlorid. Das
resultierende
Produkt ist ein aminfunktionalisierter Polyvinylalkohol mit
beständiger kationischer Funktionalität. Der gefundene ABAA-Gehalt war 5 mol %,
basierend auf Vinylalkoholeinheiten.
Beispiele 1 und 2
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Recyclingzellstoff aus ungebleichter, alter Kraftwellpappe (OCC) wurde
von Scott Paper Co. erhalten. Alaun und anionische Stärke wurden bei einem
Anteil von 1 % und 0,3 %, basierend auf trockenem OCC-Zellstoff, zugegeben.
Drei Proben von Handpapierbögen wurden unter Verwendung der vorstehend
angegebenen Methode hergestellt. Beispiel 1 war die Kontrollprobe, Beispiel 2
umfaßt die Zugabe von 0,5 Gewichtsprozent PVOH/ABAA (12 mol% ABAA)
Polymer B), basierend auf trockenem Zellstoff. Die Daten der Eigenschaften der
Handpapierbögen, die aus diesem Proben hergestellt wurden, sind in Tabelle 1
angegeben.
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Der aminfunktionalisierte Polyvinylalkohol zeigt signifikante
Verbesserungen der Naß- und Trockenzugfesfigkeit von Recyclingwellpappe (Siehe
Trokkenzugindex- und Naßzugindexwerte.)
Beispiele 3 und 4
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Büroabfallzellstoff wurde von Marcal Corp. erhalten. Alaun und anionische
Stärke wurden bei einem Anteil von 1 Gewichtsprozent und 0,3
Gewichtsprozent, basierend auf trockenem OCC-Zellstoff, zugegeben. Drei Proben von
Handpapierbögen wurden unter Verwendung gemäß dem früher angegeben
Protokol hergestellt. Beispiel 3 war die Kontrollprobe, Beispiel 4 umfaßt die
Zugabe von 0,5 Gewichtsprozent PVOH/ABAA (12 mol% ABAA) Polymer B),
basierend auf trockenem Zellstoff. Die Daten der Eigenschaften der
Handpapierbögen, die aus diesem Proben hergestellt wurden, sind in Tabelle 1
angegeben.
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Der aminfunktionalisierte Polyvinylalkohol zeigt wieder signifikante
Verbesserungen der Naßfestigkeit und geringe Verbesserungen der
Trockenzugfestigkeit (vergleiche Trochenzugindex- und Naßzugindexwerte).
TABELLE 1
Handblattdaten - Recyclingpapier
(Alaun + anionische Stärke zugegeben)*
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*1,0 % Alaun + 0,3 % Stärke wurden zu allen Beispielen zugegeben
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+ Trockenzugindex
Beispiele 5 und 6
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Altes Zeitungspapier (ONP) wurde zur Bewertung von FSC Corp. erhalten.
Alaun und anionische Stärke wurden mit 1 Gewichtsprozent beziehungsweise
0,3 Gewichtsprozent, basierend auf trockenen Zellstoff, zugegeben. Drei Proben
von Handpapierbögen wurden unter Verwendung des zuvor angegebenen
Verfahrens hergestellt. Beispiel 5 war die Kontrollprobe, Beispiel 6 umfaßt die
Zugabe
von 0,5 Gewichtsprozent PVOH/ABAA (12 mol% ABAA) Polymer B),
basierend auf trockenem Zellstoff. Die Daten der Eigenschaften der
Handpapierbögen, die aus diesem Proben hergestellt wurden, sind in Tabelle 2
angegeben.
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Der aminfunktionalisierte Polyvinylalkohol zeigt wieder signifikante
Verbesserungen der Naßfestigkeit und geringe Verbesserungen der
Trockenzugfestigkeit (vergleiche Trochenzugindex- und Naßzugindexwerte).
Beispiele 7 und 8
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Gewebe wurde von FSC Corp. erhalten. Alaun und anionische Stärke
wurde mit einem Gehalt von 1 % und 0,3 % , basierend auf dem Trockengewicht
des Gewebeabfalls, zugegeben. Drei Proben von Handpapierbögen wurden
unter Verwendung des zuvor angegebenen Verfahrens hergestellt. Beispiel 7
war die Kontrollprobe, Beispiel 8 umfaßt die Zugabe von 0,5 Gewichtsprozent
PVOH/ABAA (12 mol% ABAA) Polymer B), basierend auf trockenem Zellstoff.
Die Daten der Eigenschaften der Handpapierbögen, die aus diesen Proben
hergestellt wurden, sind in Tabelle 2 angegeben.
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Der aminfunktionalisierte Polyvinylalkohol zeigt wieder signifikante
Verbesserungen der Naßfestigkeit und geringe Verbesserungen der
Trockenzugfestigkeit (vergleiche Trochenzug- und Naßzugindexwerte).
TABELLE 2
Handblattdaten - Recyclingpapier
(Alaun + anionische Stärke zugegeben)*
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*1,0 % Alaun + 0,3 % Stärke wurden zu allen Beispielen zugegeben
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+ Trockenzugindex
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Die relativen Verbesserungen der Naß- und Trockenfestigkeit durch
Zugabe von aminfunktionalisiertem Polyvinylalkohol werden in Tabelle 3
angegeben. Signifikante Verbesserungen der Naßfestigkeit wurden zusammen mit
geringen Verbesserungen der Trockenfestigkeit beobachtet.
TABELLE 3
Prozentuale Verbesserungen der Eigenschaften von Recyclingpapier bei
Zugabe von aminfunktionalisiertem Polyvinylalkohol
Beispiel 9
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50 % roher, ungebleichter Kiefernzellstoff Nr. 3 von Herty (111,2 g) wurden
in 2 l Leitungswasser wenigstens 4 h über Nacht suspendiert. Die Konsistenz
wurde bestimmt. Die Probe wurde bei 50000 Umdrehungen im
Zellstoffdesintegrator gemischt. Die Aufschlämmung wurde in einen großen Behälter
gegossen, mit Leitungswasser auf 7,2 l verdünnt. Der pH-Wert wurde auf 5,0 unter
Verwendung 0,1 molarer H&sub2;SO&sub4; eingestellt. Die Aufschlämmung wurde 30 min
gemischt. Die Handpapierbögen wurden unter Verwendung eines Verfahrens
ähnlich dem TAPPI-Verfahren hergestellt. Die Eigenschaften der
Handpapierbögen sind in Tabelle 4 angegeben.
TABELLE 4
Daten der Handpapierbögen - Recyclingzellstoff/Rohzellstoffgemische
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Die experimentellen Ergebnisse zeigen deutlich die Vorteile, die sich aus
der Zugabe von aminfunktionalisiertem Polyvinylalkohol zu dem auf
Handpapierbögen basierendem Recyclingpapier ergeben.