Synthetische Trockenverfestiger richtig kombiniert - BASF ...

Abbildung 3.
Die maximal erreichbare Festigkeitssteigerung
bei hohen PVAm -
Dosierungen ist im Vergleich zur
Massestärke immerhin doppelt so
hoch. Die Abbildung zeigt die
Trockenberstdruckzunahme bei
Zugabe eines kationischen Polyvinylamins
und bei Zugabe einer
kationischen Massestärke.
Die Wirkung von 1 % Massestärke
wird bereits bei einer Zugabe von
0,25 % PVAm erreicht.
Abbildung 4.
Die Sättigung der Polymeradsorption
ist ladungsgetrieben. Dies lässt
sich am Zetapotenzial zeigen, das
an der Faser gemessen wird.
Es deckt sich mit dem Verlauf der
Adsorption des Polymers auf der
Faser. Das Zetapotenzial durchschreitet
bei einer Dosis von 0,25 %
den Ladungsnullpunkt und nimmt
bei Beginn der Sättigung ab 0,5 %
einen deutlich positiven Wert ein.
Abbildung 5. Kationische und anionische
Polyvinylamine wurden kombiniert:
Nach der Behandlung mit
dem kationischen Trockenverfestiger
wurde ein anionisches Polyvinylamin
zudosiert. Es zieht bis zu einer Dosis
von 0,7 % quantitativ auf, an diesem
Punkt beträgt die Gesamtdosis beider,
anionischer und kationischer
Polymere 1,2 %.
Im Vergleich zur Stärke ist die Polymerkette
des PVAm aber erheblich flexibler
und trägt außerdem, bezogen auf die
Molmasse, deutlich mehr potenzielle
Bindungsstellen. Dieser Vorteil spiegelt
sich auch im Verhältnis der spezifischen
Wirksamkeit von kationischer Massestärke
zum synthetischen Trockenverfestiger
wieder. Das heißt: Synthetische
Trockenverfestiger sind erheblich wirksamer
als kationische Massenstärken (Abb. 3).
Einfluss der Verfestigerdosis
auf den Festigkeitszuwachs
Ein Nachteil der synthetischen Trockenverfestiger
sind ihre hohen Einsatzkosten,
diese lassen sich aber mehr als kompensieren,
weil sich mit dem Einsatz von
Trockenverfestigern die Produktivität steigern
lässt – das zeigen neue Entwicklungen
auf diesem Gebiet.
Festigkeitszuwachs und Verfestigerdosis
hängen miteinander zusammen (Abb. 4).
Bei einem kationischen Trockenverfestiger auf
PVAm-Basis gibt es oberhalb einer Dosiermenge
von 0,5 Prozent eine klare Sättigung
der Festigkeitssteigerung. Diese Sättigung
geht einher mit einer oberhalb von 0,5 Prozent
beginnenden Sättigung der adsorbierten
Polymermenge auf Altpapierstoff.
Bei einer Dosiermenge unterhalb von 0,5
Prozent ziehen 100 Prozent des Polymers
auf den Altpapierstoff auf und führen zu
einem weitgehend linearen Anstieg der
Festigkeitswerte. Oberhalb der 0,5 Prozent-
Marke wird ein stetig zunehmender Teil der
Polymere nicht mehr auf der Faser adsorbiert
und trägt somit auch nicht mehr zur Festigkeit
bei, diese nimmt also nicht mehr zu.
Funktionsweise des Carrier-Systems
Diese Sättigung der Polymeradsorption ist
vorwiegend ladungsgetrieben. Dies belegen
Adsorptionsuntersuchungen mit Polymeren
unterschiedlicher Kationizität. Wenn die umladungsbedingte
Sättigung der Polymeradsorption
eine weitere Steigerung der
Festigkeit verhindert, könnte ein trockenverfestigendes
Polymer mit entgegengesetzter
(also anionischer) Ladung quantitativ
auf der kationischen Faser adsorbieren
und damit weitere Beiträge zur Verfestigung
liefern. Untersuchungen zeigten, dass dies
tatsächlich so funktioniert (Abb. 5).
Nach der Behandlung mit einem kationischen
Trockenverfestiger auf PVAm-Basis
(0,5 Prozent) wird ein anionisches PVAm
dosiert. Das Polymer zieht bis zu einer Dosis
von 0,7 Prozent quantitativ auf. Die Gesamtpolymerdosis
(kationisch und anionisch) beträgt
an diesem Punkt 1,2 Prozent. Das Zetapotential
fällt mit zunehmender Adsorption
des anionischen Polymers von dem anfänglich
positiven Ausgangswert auf deutlich
negative Werte zurück. Die zusätzliche
Retention des anionischen Polyvinylamins
an die Faser wird nur durch die Anwesenheit
eines kationischen Trägers oder Carriers
ermöglicht. Deshalb heißt diese Kombination
aus kationischen und anionischen Trockenverfestigern
„Carrier-System“.
Synergieeffekt beim Carrier-System
Prinzipiell ließe sich jedes kationische Polymer
nutzen, um damit den anionischen
Trockenverfestiger aufzuziehen (Abb. 6).
Polyamin, das nicht zu den Trockenverfestigern
zählt, bringt erwartungsgemäß
keinen nennenswerten Beitrag zur Festigkeitssteigerung.
In Kombination mit einem
anionischen Trockenverfestiger, hier anionisches
Polyvinylamin, ist eine verfestigende
Wirkung zu beobachten. Die Wirkung
dieser Kombination ist allerdings schwächer
als die des kationischen PVAm’s in
Alleinanwendung. Im Vergleich dazu bringt
die Kombination zweier Polyvinylamine
mehr als das doppelte der Alleinanwendung,
was auf eine Art Synergie der Kom-