Trockenfestmittel - gruberscript.net

1 E. Gruber: Papier- und Polymerchemie Vorlesungsskriptum zum Lehrgang Papiertechnik an der Dualen Hochschule Karlsruhe Version 2011 -12 Letzte 14:48 Seite 16- 1 Synthetische Trocken- und Nassfestmittel Das klassische Trockenfestmittel ist die St rke, die sich auch durch einen sehr g nstigen Preis auszeichnet. Synthetische Mittel sind in der Regel deutlich teurer. Daf r k nnen sie f r den speziellen Anwendungszweck besser ma geschneidert werden und brauchen wegen ihrer hohen spezifischen Wirksamkeit auch nicht so hoch dosiert werden.

2 Synthetische Trockenfestmittel Bestimmte synthetische Polymere sind ebenfalls geeignet, die Trockenfestigkeit zu erh hen, wenn sie in der Lage sind, Wasserstoffbr cken zu der Cellulose auszubilden und Papierfasern zu verbr cken. Prinzipiell eignen sich Polyamine [mit den funktionellen Gruppen-NH2] (bzw. Imine [-NH-]), Polyamide [-CONH] und Polyalkohole [-OH]. Diese Polymeren haben je nach Molmasse und Funktionalit t mehr oder weniger auch Flockungs- und Retentionswirkungen. Polyacrylamide Abbildung 16-1: Polyacrylamid Neben verschiedenen Polyacrylamiden, die sich in ihrem Polymerisationsgrad unterscheiden, gibt es auch noch Copolymere ( mit Aminen oder S uren).

3 Dadurch erh lt man eine gro e Zahl m glicher Produkte. Um als Festigkeitsmittel wirken zu k nnen, m ssen sie allerdings auf jeden Fall relativ lang-kettig sein. Die F higkeit der Polyacrylamide, ebenfalls Wasserstoffbr cken zur Cellulosefaser zu bilden, geht aus der folgenden Abbildung 16-2 hervor. Baustein 16: Synthetische Trocken- und Nassfestmittel E. Gruber: Papier- und Polymerchemie Vorlesungsskriptum zum Lehrgang Papiertechnik an der Dualen Hochschule Karlsruhe Version 2011 -12 Letzte 14:48 Seite 16- 2 Abbildung 16-2: Ausbildung von Wasserstoff-Br cken zwischen Polyacrylamid und Cellulose Die Bindung zwischen Amiden und Kohlenhydraten ist sogar etwas st rker als zwischen Kohlenhydraten und Kohlenhydraten.

4 Daher sind diese H-Br cken auch nicht so leicht durch Eindringen von Wassermolek len zu l sen und weisen eine gewisse Nassfestigkeit auf (damit erh lt man allerdings kein richtig nassfestes Papier). Polyvinylalkohol und Copolymere Polyvinyla(alkohol acetat) Polyvinylalkohol ist ein synthetisches Polymer, das in seinen Eigenschaften in Folge der gro en Zahl von Hydroxylgruppen oft der St rke hnlich ist. Diese Substanzen werden aus Polyvinylacetaten durch Verseifung der Acetylgruppen hergestellt. Werden dabei nicht alle Acetylgruppen abgespalten erh lt man Copolymere mit sehr anpassungsf higen Eigenschaften.

5 Solche Copolymere werden mitunter auch einfach Polyvinylalkohole genannt. Abbildung 16-3: Polyvinylalkohol und Copolymere Polyvinyl(alkohol acetat) Je geringer der Anteil an freien Hydroxylgruppen (entsprechend einem niedrigen Verseifungsgrad), desto hydrophober ist der Polyvinylalkohol . Er macht das Papier etwas hydrophobe, er bringt eine gewisse Leimungswirkung. HNOHOCH2C e l l u l o s eHP A MPHNOHOCH2C e l l u l o s eHP A MP A MPE. Gruber: Papier- und Polymerchemie Vorlesungsskriptum zum Lehrgang Papiertechnik an der Dualen Hochschule Karlsruhe Version 2011 -12 Letzte 14:48 Seite 16- 3 Polyamine und Polyimine Die wichtigste Gruppe der Polyamine sind die Polyvinylamine (Abbildung 16-4, die durch vollst ndige oder teilweise Verseifung von Polyvinylformamid gewonnen werden.)

6 -NH2 + COOH Abbildung 16-4: Polyvinylamin (PVAm) Diese Polymeren sind durch ihre Aminogruppen tempor r kationisch und k nnen daher auch als Retentions- und Flockungsmittel auch als Fixiermittel dienen (in Abh ngigkeit von Kettenl nge, Ladungsdichte ev. Verzweigungsgrad). Dies gilt auch f r Polyimine. Polyimine haben Aminostickstoff in ihrer Hauptkette eingebaut. Das wichtigste dieser Polymeren ist das Polyethylenimin (PEI) dessen lineares Kettensegment in Abbildung 16- 5 gezeigt ist. Abbildung 16- 5: Polyethylenimin(PEI)-Kettensegment Die technischen Produkte weisen allerdings nicht nur lineare Ketten auf, sondern sind meist mehr oder weniger verzweigt.

7 E. Gruber: Papier- und Polymerchemie Vorlesungsskriptum zum Lehrgang Papiertechnik an der Dualen Hochschule Karlsruhe Version 2011 -12 Letzte 14:48 Seite 16- 4 Nassfestmittel Die Wasserstoffbr ckenbindungen zwischen den Fasern als Haupttr ger der Papierfestigkeiten (Rei l nge, Berstdruck u. a.) werden durch Wasser relativ leicht gespalten, wodurch trockene Papiere im Kontakt mit Wasser stark an Festigkeiten verlieren (auf unter 10% der urspr nglichen Werte). Diese geringe Nassfestigkeit wirkt sich auch bei der Papierherstellung sehr ung nstig aus.

8 Insbesondere sollte das nasse Papiervlies bei der bergabe von der Sieb- an die Trockenpartie eine ausreichende Nassfestigkeit ( initiale Nassfestigkeit ) aufweisen, damit es an dieser kritischen Stelle nicht zu Abrissen kommt. An zahlreiche Papiersorten wird auch die Forderung gestellt, ihre Festigkeiten auch im feuchten bzw. nassen Zustand in jeweils gew nschtem Umfang beizubehalten (diverse Tissueprodukte, Filterpapier, Teebeutel, Wertpapiere, Etikettenpapiere, Sackpapiere ). Mit St rke kann man die Nassfestigkeit nur geringf gig erh hen, weil nat rlich auch die Wasserstoffbr cken zwischen den Hydroxylgruppen der St rke und der Cellulose der Fasern durch Wasser gel st und verdr ngt werden.

9 Die N-H-O-Br cken synthetischer Polymerer sind etwas stabiler als die O-H-O-Br cken, daher k nnen solche Mittel auch einen Festigkeitsbeitrag liefern, der gegen Wasser best ndiger ist. Nassfeste Papierprodukte muss man besonders mit entsprechenden Additiven (Nassfestmittel) nassfest machen. Diese Ma nahme wird aus historischen Gr nden mitunter auch Nassfest-Leimung genannt. Die eingesetzten Mittel m ssen eine festere (am besten eine kovalente) Bindung zu den Fasern entwickeln, die nicht durch Wassermolek le verdr ngt werden kann.

10 Im Einzelnen wirken sie nach einem der im Folgenden beschriebenen Mechanismen. Man verwendet Polymere oder mehrfunktionale Verbindungen mit reaktiven Gruppen, die erst unter den Trocknungsbedingungen mit den OH-Gruppen der Zellstofffasern reagieren und dabei mehrere Fasern miteinander verbr cken. E. Gruber: Papier- und Polymerchemie Vorlesungsskriptum zum Lehrgang Papiertechnik an der Dualen Hochschule Karlsruhe Version 2011 -12 Letzte 14:48 Seite 16- 5 Hauptunterschiede zwischen Trockenfestmachung und Nassfestmachung: Permanente Br cken entstehen dadurch, dass sich zun chst wie bei der Flockung durch physikalische Anlagerung Polymerbr cken ausbilden, wodurch reaktive Gruppen der Makromolek le des Nassfestmittels an der Faseroberfl che anliegen und mit deren OH-Gruppen in engen Kontakt kommen.