SELF-CROSSLINKING WATER-SOLUBLE REACTION PRODUCTS, PROCESS FOR PRODUCING BINDING AGENTS FROM SUCH PRODUCTS, AND USE OF THE PRODUCTS TO INCREASE THE WET STRENGTH OF PAPER

Abstract: 1. Self-crosslinking water-soluble reaction products derived from epihalogenohydrin, water-soluble basic polyamidoamines and water-soluble polyamines, containing at least two hydrogen atoms bound to different nitrogen atoms, characterized in that the ratio of the molar amount of epihalogenohydrin to the sum of the equivalents of free basic amino groups is more than 1.5 : 1, but less than 2 : 1.

Description: Selbstvernetzende wasserlösliche Reaktionsprodukte, Verfahren zur Herstellung von Bindemitteln aus solchen Produkten und Verwendung der Produkte zur Erhöhung der Nassfestigkeit von Papier Es ist bekannt (DAS 1 177 824), Polyamine mit minde stens drei Aminogruppen mit C310-Dicarbonsäuren umzusetzen und die so erhaltenen Polyamide mit Epichlorhydrin in wasserlösliche Kondensate überzuführen. Dabei kann das Epichlorhydrin in einem Molverhältnis zu den sekundären Aminogruppen des Polyamides -von etwa (0,5 bis 18) : 1 verwendet werden. Die gewonnenen Kondensate können zur Herstellung von nassfestem Papier dienen. Nach einer Ausfuhrungsform dieses Verfahrens werden die Kondensate zusätzlich noch einer Quarternisierung unterworfen,um die Lagerbeständigkeit zu verbessern, wobei nach einigen Beispielen das giftige Dimethylsulfat verwendet wird. Diese Arbeitsweise erfordert einen zusätzlichen Arbeitsgang, ganz abgesehen von der Umweltbelastung und den Vorsichtsmassnahmen wegen der Verwendung toxischer Sub stanzen. Aus einer anderen Druckschrift (DAS 1 546 369) ist die Herstellung von Papier, Pappe usw. mit verbesserter Nassfestigkeit beschrieben, wobei den wässrigen Dispersionen von Cellulosefasern ein Polyamid-Bp ichiorhydrin-Kondensat zti:eset zt und das Harz auf den Fasern ausge1k:tet wird. Dieses Harz wird durch Polykondensation von C3 3-10 -Dicarbonsäuren mit Polyaminen im Molverhältnis Polyamine : Dicarbonsäure = (0,8 bis 9,4) : @ in erster Stufe und durch weitere Umsetzung der erhaltenen Polyamide mit Epichlorhydrin in zweiter Stufe hergestellt. Die Stabilität und Nassreissfestigkeit der bekannten Pro dukte reichte jedoch für manche Verwendungszwecke nicht aus. Ausserdem sind selbstvernetzende wasserlösliche Pro dukte bekannt (DAS 17 71 043), die durch Umsetzung von Epichlorhydrinen oder; -Dihalogenhydrinen mit Mischungen aus speziellen Polyamiden und speziellen wasserlöslichen Polyaminen im Gewichtsverhältnis Polyamide : Polyamine = 1 : 1 bis 10 : 1 hergestellt worden sind und wobei 0,5 bis 1,5 Mol Epihalogenhydrin oderct-Dihalogenhydrin pro basischem N-Atom in den Polyamin- und Polyamidmischungen verwendet werden. Diese bekannten Produkte dienen als Nassfestmittel für Papier. Die als Ausgangsstoffe die nenden Polyamide werden erhalten durch Umsetzung von be stimmten C10-Dicarbonsäuren bzw. deren funktionellen Derivaten, gegebenenfalls im Gemisch mitCu-Aminocarbon- säuren oder deren Lactamen, mit solchen Polyaminen, die mindestens zwei primäre und mindestens eine sekundäre oder tertiäre Aminogruppe enthalten, oder mit Mischungen dieser Polyamine mit solchen Polyaminen, die zwei pri märe oder sekundäre Aminogruppen oder eine primäre und eine sekundäre Aminogruppe enthalten. Die als Ausgangsstoffe dienenden wasserlöslichen Polyamine enthalten mindestens zwei N-Atome, die durch mindestens drei C-Atome voneinander getrennt sind, und weisen mindestens zwei an verschiedene N-Atome gebundene H-Atome auf. Nach einem weiteren bekannten Verfahren (DAS 1 906 450) werden ebenfalls selbstvernetzende wasserlösliche Ron- densationsprodukte vorgeschlagen, die für denselben Verwendungszweck dienen. Dabei wird Epichlorhydrin oder - Dihalogenhydrin entweder zunächst mit speziellen basischer Polyamiden und darauf mit speziellen wasserlöslichen Polr aminen oder zunächst mit den speziellen wasserlöslichen Polyaminen und dann mit den speziellen basischen Polyamiden umgesetzt. Die als Ausgangsstoffe dienenden Polyamide und Polyamine sind dieselben wie die nach der vorhergehenden Veröffent lichung. Für verschiedene Verwendungszwecke der bekannten Pro dukte war es erwünscht, die Nassreissfestigkeit von damit behandeltem Papier noch zu steigern. Die vorliegende Erfindung betrifft nunmehr selbstvernetzende wasserlösliche Reaktionsprodukte, aus Epihalogenhydrin, vorzugsweise Epichlorhydrin, wasserlöslichen basischen Poly ami.doaiinen und wasserlöslichen Polyaminen, die mindestens zwei an verschiedene Stickstoffatome gebundene Wasserstoffatome enthalten und die dadurch gekennzeichnet sind, dass das Ver hältnis der Mol-Menge Epihalogenhydrin zur Summe der Aquivalentg an freien basischen Aminogruppen mehr als 1,5 : 5, aber weniger als 2 : 1 beträgt. Unter "freien basischen Aminogruppent' sind primäre, sekundäre und tertiäre Aminogruppen zu verstehen. Es hat sich nämlich überraschenderweise gezeigt, dass nur innerhalb des angegebenen Bereichs von mehr als 1,5 : 1 und weniger als 2 : 1 eine wesentliche Verbesserung der Lagerstabilität der Produkte und der Nassfestigkeit des damit ausgerüsteten Papiers erzielt wird. Als wasserlösliche, basische Polyamidoamine, die den er findungsgemässen selbstvernetzenden, wasserlöslichen Reaktionsprodukten zugrunde liegen, kommen insbesondere in Betracht: a) Umsetzungsprodukte von gesättigten aliphatischen C-C10-Dicarbonsäuren, wie Bernsteinsäure, Glutar säure, Adipinsäure, Diglykolsäure oder Sebazinsäure oder deren funktionellen Derivaten, wie Anhydriden und Estern, wobei die drei erstgenannten Säuren bevor zugt sind, mit aliphatischen Polyaminen, die mindestens zwei primäre Aminogruppen und mindestens eine sekundäre und/oder tertiäre Aminogruppe enthalten, b) Umsetzungsprodukte voni,ss-ungesättigten Carbonsäure estern, deren Alkoholrest 1 bis 8, vorzugsweise 1 bis 3 C-Atome hat, wie Acrylsäureäthylester und Methacryl säuremethylester, mit aliphatischen, cycloaliphatischen, araliphatischen ünd/oder heterocyclischen Polyaminen, die mindestens zwei Aminogruppen und zwar primäre und/ oder sekundäre, enthalten. c) Umsetzungsprodukte mit mindestens drei Kohlenstoff atome enthaltenden w-Amino-carbonsäuren oder deren Lactamen, zum Beispiel 6-Aminocapronsäure und 8-Amino caprylsäure bzw. 6-Caprolactam und 8-Capryllactam, mit aliphatischen Polyaminen, die mindestens zwei primäre Aminogruppen und mindestens eine sekundäre oder ter tiäre Aminogruppe enthalten, d) Umsetzungsprodukte von olefinisch ungesättigten Di carbonsäuren, wie Maleinsäure oder Fumarsäure bzw. deren funktionellen Derivaten, wie Anhydriden oder Estern, mit Polyaminen des unter c) angeführten Typs sowie insbesondere e) solche Umsetzungsprodukte, denen ausser den unter a) genannten gesättigten aliphatischen C4-C10-Dicarbon- säuren und den unter d) genannten ungesättigten Di carbonsäuren noch-Aminocarbonsäuren oder deren Lac tame des unter c) angeführten Typs und ausser den unter c) angeführten Polyaminen noch zwei primäre oder zwei sekundäre Aminogruppen oder eine primäre und eine sekundäre Aminogruppe enthaltende aliphatische, cycloaliphatische, araliphatische und/oder heterocy- clische Polyamine zugrunde lIegen. Hierbei sind die wenigen basischen Polyamide zu bevorzugen, denen ausser den Polyaminen des unter c) angeführten Typs und ausser den gesättigten C@-C10-Dicarbonsäuren noch a & minocarbonsäuren oder deren Lactame des unter c) angeführten Typs zugrunde liegen. Umsetzungsprodukte vom Typ a) aus Diäthylentriamin, Tri äthylentetramin und Tetraäthylenpentamin sind besonders bevorzugt. Die zur Erzielung wasserlöslicher Polyamidoamine einzuhaltenden Mengenverhältnisse der in Betracht kommenden Komponenten lassen sich durch Vorversuche leicht ermitteln. Bel den Polyamidoaminen, denen Polyamide vom Typ c) oder Mischungen derartiger Polyamine mit Polyaminen vom Typ e) einerseits und Dicarbonsäuren vom Typ d) oder gesättigte C-C10-Dicarbonsäuren vom Typ a)oder Mischungen derartiger Dicarbonsäuren mit -Aminocarbonsäuren oder deren Lactamen vom Typ c) andererseits zugrunde liegen, betragen die Molverhältnisse zwischen den Polyaminen und den Dicarbonsäuren zweckmässig (0,8 bis : : 1, vorzugsweise (1 bis 1,1) : 1. Die Herstellung der Polyamidoamine kann in üblicher Weise erfolgt sein, z. B. durch mehrstündiges Erhitzen der entsprechenden Komponenten unter Ausschluss von Sauerstoff auf Temperaturen von 125 bis 2500C zunächst unter gewöhnlichem Druck und dann unter vermindertem Druck, wobei zur Vermeidung der Dunkel färbung der Polyamide geringe Mengen an Mydrazinhydrat oder Hydraziden zugesetzt werden können. Als Polyamine kommen in Frage: Athylendiamin, N-(2-Hy- droxyäthyl)-äthylendiamin N,N'-Dimethyl-äthylendiamin, 1,2-Diaminopropan, 1-Amino-3-m@ethyl-amino-propan, 1,6 Diaminohexan, 1,4-Diaminocyc@lohexan, 1,3-Bis-aminomethylbenzol, Plperazin, Methyl-bis-(3-aminopropyl)-amir, thyl- bis-(3-aminopropyl)-amin, 2-Hydroxyäthyl-bis-(3-aminopropyl)-amin, N-(3-Aminopropyl)-tetramethylendiamin, N,N'-bis-(3-aminopropyl)-tetramethylendiamin, Polyalkylenpolyamine der Formel (1) (siehe Ansprüche), in der R1 und R2 unabhängig voneinander Wasserstoff oder einen gegebenenfalls durch eine Amino- oder Hydroxygruppe substituierten C1-C10-, vorzugsweise C1-4-Alkylrest, m eine ganze Zahl von 1 bis 8, vorzugsweise 2 bis 4, und n eine ganze Zahl von 2 bis 10, vorzugsweise 3 bis 6, bedeuten, wie Di-propylen-(1,2)-triamin, Bis-(3-aminopropyl)-amin, Tri-propylen-(1,2)-tetramin und vor allem Diäthylentriamin, Triäthylentetramin und Tetraäthylenpentanhin Diese Amine können für die Umsetzungsprodukte vom Typ a) bis e) verwendet werden, soweit sie unter die dort genannten Definitionen fallen. Dabei sind vor allem die Polyalkylenpolyamine der Formel (I) für den Typ a) von Interesse. Als wasserlösliche Polyamine, die den erfindungsgemässen Reakt-ionsprodukten zugrunde liegen, können die für die Herstellunc der Polyamidoamine genannten Polyamine eingesetzt werden. Als weitere Polyamine seien beispielsweise genannt: : allphatische Polyamine, wie 1,3-B s-(2-aminc- äthylamino)-propan, 3-(3-Diäthylamino-propylamino)-propylamin, Bis-(2-amino-äthyl)-äther, 2,2'-Bis-methylaminodiäthyläther, 2,2'-Bis-(2-amino-äthylamino)-diäthyläther, Bis-(3-amino-propyl)-äther, Bis-(3-amino-propyl)-sulfid, 1,6-Bis-(2-amino-äthylamino)-hexan, 1,6-Bis-(3-amino propylamlno)-hexan, Bis-(6-amino-n-hexyl)-amin und 1,3- Diamino-butan, und Insbesondere Polyalkylenpolyamine der Formel (I) (siehe Ansprüche), deren Alkylenrest bis zu 8 C-Atome enthält und deren Index maximal 5 ist, z. B. 1, Diamino-propan, 1-Amino-3-methylamino-propan, 1,3-Bis-(2 hydroxy-äthylamino)-propan, i,L'-DiamIno-butan, 1,4-Bismethylamino-butan, N-(3-amino-propyl)-tetramethylendiamin, N,N'-Bis -(3-amino-propyl)-tetramethylendiamin und vor allem Bis-(3-amino-propyl)-amin und Hexamethylendiamin, ferner Polyamine der Formel (II) (siehe ansprüche), in der R3 einen gegebenenfalls durch eine Amino- oder Hydroxy- gruppe substituierten C1-C18-Alkylrest, und R5 unabhängig voneinander Wasserstoff oder eine Methylgruppe 0 p und q jeweils 0 oder eine ganze Zahl von 0 bis 20, vor zugsweise 1 bis 4 und die Summe von (p und q) eine ganze Zahl von 1 bis 20, vorzugsweise 2 bis 5, bedeuten, z. B. Äthyl-bis-(3-amino-propyl)-amin, 2-Hydroxy äthyl-bis-(3-amino-propyl)-amin, n-Butyl-bis-(3-amino¯ propyl)-amin, Tris-(3-amino-propyl)-amin und vor allem Methyl-bis-(3-amino-propyl)-amin. Ferner kommen auch cycloaliphatische und araliphatische Polyamine, wie 1,4-Diamino-cyclohexan, 1-Aminomethyl-5 amino-1,3,3-trimethyl-cyclohexan, 1,3-Bis-aminomethylben zol und Benzyl-bis-(3-amino-propyl)- amin in Betracht. Besonders geeignet sind solche Reaktionsprodukte, denen als wasserlösliche Polyamine Diäthylentriamin, Bis-(- aminopropyl) -amin, Methyl-bis-(3-aminopropyl)-amin oder examethylen-diamin zugrunde liegen Bevorzugt setzt man solche selbstvernetzenden, wasserlöslichen Reaktionsprodukte ein, denen wasserlösliche, basische Polyamidoamine vom Typ a) zugrunde liegen und die aus Mischungen dieser Polyamidoamine mit mindestens eine primäre und mindestens eine sekundäre Aminogruppe enthaltenden aliphatischen, cycloaliphatischen, araliphatischen und/oder heterocyclischen Polyaminen hergestellt wurden. Polyamine und Dicarbonsäuren werden bevorzugt im Molverhältnis von (0,8 bis 1,4) : 1 eingesetzt. Das Mengenverhältnis Polyamidoamine : Polyamine kann in weiten Grenzen schwanken Pro 1 Mol Dicarbonsäure, die in Polyamidoamin enthalten ist, können 0,1 bis 2,0 Mol Poly amin eingesetzt werden. Bevorzugt wird der Bereich von 0,5 bis 1,0 Mol Polyamin pro Mol der im Polyamidoamin enthaltenen Dicarbonsäure. Bei der Herstellung der erfindungsgemässen Reaktionsprodukte kann die Reihenfolge, in der die Komponenten Epichlorhydrin, Polyamidoamine und Polyamine zur Reaktion gebracht werden, beliebig gewählt werden; z. B. kann Epihalogenhy-, auf ein Gemisch aus Polyamidoamin und Polyamin in der Weise zur Einwirkung gebracht werden, dass man wässrige, etwa 25 bis 50%ige Lösungen der aus den drei Komponenten bestehenden Mischungen bei einer Temperatur zwischen 25 und 95, vorzugsweise 40 und 700C, so lange rührt, bis eine Probe der Reaktionsmischung in Form einer 10%igen wässrigen Lösung bei 250C eine Viskosität von mindestens 5, vorzugsweise 15 bis 30 mPa.s, aufweist. Dann setzt man der Reaktionsmischung zur Beendigung der Einwirkung und zur Stabilisierung der selbstvernetzenden Reaktionsprodukte zweckmässig so viel Säure, z. B. Salzsäure, Schwefelsäure oder Essigsäure zu, dass der pH-Wert der wässrigen Lösung zwischen 3 und 6, vorzugsweise zwischen 4 und 5, liegt, und stellt den Feststoffgehalt der Reaktionslösung durch Verdünnen mit Wasser auf 10 bis 20 Gew.-% ein. Es kann aber auch so verfahren werden, dass eine der bei den basischen Komponenten in einer ersten Reaktionsstufe mit Epichlorhydrin zunächst vorkondensiert wird und dass das Vor kondensat in einer zweiten Stufe unter Zusatz der anderen basischen Komponente weiter umgesetzt wird. Anstelle einheitlicher Polyamidoamine und/Mer Polyamine können Gemische dieser Komponenten eingesetzt werden. Bevorzugt wird zunächst das Polyamin mit der gesamten Menge an Epihalogenhydrin, vorzugsweise Epichlorhydrin umgesetzt und danach die weitere Kondensation dieses Reaktionsgemisches mit dem Polyamidoamin durchgeführt. Um die Nassfestigkeit von Papier gemäss dem Verfahren der vorliegenden Erfindung zu erhöhen, kann man in an sich bekannter Weise bevorzugt so vorgehen, dass man die in Betracht kommenden Reaktionsprodukte in Form wässriger Lösungen bereits der wässrigen Suspension des Papierrohstoffes zusetzt und die Rohstoffsuspension dann zu Papier verarbeitet. Die Mengen an Realctionsprodukt, die zur Erzielung der gewünschten Nassfestigkeit erforderlich sind, laien sich durch Vorversuche ohne Schwierigkeiten ermitteln. Im allgemeinen empfiehlt es sich, auf 1000 Ge wicht steile Papierrohstoff oder Papier 1 bis 100 Gewichtsteile einer wässrigen Lösung einzusetzen, deren Gehalt an Reaktionsprodukten 10 bis 2p Gew.- % beträgt. Mit Hilfe der erfindungsg'emässen Reaktionsprodukte gelingt es, die Nassreissfestigkeit von Papier- auch von Papier aus ungebleichtem Zellstoff - hervorragend zu verbessern. In manchen Fällen ist es - je nach Wunsch bzw. nach Art des Papiers - auch möglich, die Saugfähigkeit zu erhöhen. Bemerkenswert ist, dass die Reaktionsprodukte den Weissgrad von Papier, das aus gebleichtem Zellstoff hergestellt ist, praktisch nicht beeinträchtigen. Erwähnt sei ferner, dass die Geschwindigkeit, mit der die erfindungs gemäss zu verwendenden Reaktionsprodukte auf dem Papier bzw. im Zellstoff vernetzen, hoch ist und dass die Reaktionsprodukte bei ihrem Einsatz in Zellstoffsuspensionen eine günstige Wirkung auf die Retention von Feinfasern, Füllstoffen und gegebenenfalls Pigmenten sowie auf die Entwässerungsgeschwindigkeit ausüben. Diese wertvollen Wirkungen und Eigenschaften besitzen die Reaktionsprodukte von Epichlorhydrin mit Polyamidoaminen und/oder Polyaminen, die bislang zur Verbesserung der Nassfestigkeit von Papier verwendet worden sind, nicht in gleichem Umfang. In den folgenden Beispielen sind % jeweils Gewichtsprozent. Beispiele la) Herstellung des Polyamidoamins 432 g Diäthylentriamin (4,19 Mol) wurden in einen Dreihale kolben mit Rührer, Thermometer und Wasserabscheider gefüllt und innerhalb von 1 Stunde 584 g Adipinsäure (4 Mol) portionsweise zugegeben. Die Temperatur stieg dabei auf 1200C an. Dann wurde in 3 Stunden auf 1500C geheizt, 1 Stunde bei dieser Temperatur gehalten und weiter auf 1700C erwärmt, wobei das Reaktionswasser gleichmässig herausdestillierte. Nach einer Haltezeit von 1 1/2 Stunden hatte das Kondensat eine Säurezahl von 20,6 und eine Amin zahl von 310 mg KOR/g. Nach Entfernen der Heizung wurde das Polyamidoamin mit 664 g Wasser verdünnt. Die Lösung hatte einen Festkörpergehalt von 60,1 % (1 g, 1 Stunde 125 C). Ib) Herstellung des Reaktionsproduktes 364 g Wasser und 53 g Dipropylentriamin (0,4 Mol) wurden in einen Dreihalskolben mit Rührer, Thermometer und Tropftrichter gegeben, auf 370C erwärmt und innerhalb von 1 Stunde 250 g Epichlorhydrin (2,7 Mol) in 10 Portionen zugegeben. Die exotherme Reaktion wurde durch Kühlen bei 35 bis 4006 gehalten. Dann liess man 182 g der 60%igen Polyamidoaminlösung aus Beispiel la) (0,5 Mol Adipinsäure enthaltende Menge) in 15 Minuten zulaufen, wobei Erwärmung auf 460C eintrat. Es wurde weiter auf 600c erwärmt und bei dieser Temperatur gehalten. Nach ca. 1 Stunde hatte die Reaktionslösung eine Viskosität von D-E nach Oardner-Holdt. Nach Zugabe von 508 g Wasser wurde erneut auf 600c erwärmt, bis nach ca. 3 Stunden eine Viskosität von B-C gemessen wurde. In die sofort abgekühlte Reaktionslösung wurden 600 g Wasser, 17,5 ml 48%ige Schwefelsäure und 2 g Kaliumsorbat gegeben. Es wurden 1948 g Harz mit einem pH von 4 und einem Festkörper von 20 % (t g, 1 Stunde 1000C) erhalten. 2a) Herstellung des Polyamidoamins 248 g Diäthylentriamin (2,4 Mol), 48 g Athylendiamin (0,8 Mol) und 106 g Dipropylentriamin (O,8 Mol) wurden in einem Dreihalskolben mit Rührer, Thermometer und Wasserscheider gefüllt und innerhalb von ca. 1 Stunde 584 g Adi pinsäure (4 Mol) portionsweise zugegeben, so dass die Temperatur nicht über 1000C stieg. Dann wurde in 3 Stunden auf 1500C geheizt, 1 Stunde bei dieser Temperatur gehalten und weiter auf 1700C erwärmt, wobei das Reaktionswasser gleichmässig herausdestillierte. Nach einer Halte zeit von ca. 2 Stunden hatte das Kondensat eine Säure zahl von 17 und eine Aminzahl von 237 mg KOH/g. Nach Entfernen ,der Heizung wurde das Polyamidoamin mit 695 g Wasser ver dünnt. Die Lösung hatte einen Festkörpergehalt von 60 % ( 1 g, 1 Stunde, 125 C). 2b) Herstellung des Reaktionsproduktes 700 g Wasser und 104 g Dipropylentriamin (0,8 Mol) wurden in einen Dreihalskolben mitRührer, Thermometer und Tropftrichter gegeben, auf 360C erwärmt und innerhalb von 1 Stunde 446 g Epichlorhydrin (4,82 Mol) in 20 Portionen zugegeben. Die exotherme Reaktion wurde duch Kühlen bei 36 bis 450C gehalten. Dann liess man 350 g der 60%igen polyamidoaminlösung aus Beispiel 2a) (die 1,0 Mol Adipinsäure enthaltende Menge) innerhalb von 5 Minuten-zulaufen, erwärmte auf 550C und hielt das Reaktionsgemisch bei dieser Temperatur. Nach 3 Stunden hatte die Reaktionslösung eine Viskosität von E-F nach Gardner-Holdt. Nach Zugabe von 928 g Wasser wurde die Temperatur weiter bei 60 bis 630C gehalten, bis nach 4 1/2 Stunden eine Viskosität von B-C gemessen wurde. Der Ansatz wurde mit 1000 g Wasser verdünnt und auf 256C abgekühlt. Dann wurden 32 ml 48%ige Schwefelsäure und 3,7 g Kaliumsorbat zugesetzt. Die Ausbeute betrug 3497 g mit einem Festkörper von 20,9 Gew.-% und einem pH-Wert von 4. Nach Ver-' dünnen der Harzlösung mit 120 g Wasser wurde bei einem Festkörper von 19,6 % (1 g, 1 Stunde 1000C) eine Vis rostet nach Höppler von 21,8 mPa.s (250C) gefunden. 3) Herstellung des Reaktionsproduktes 263 g Wasser und 59 g Dipropylentriamin (0,45 Mol) wurden in einen Dreihalskolben mit Rührer, Thermometer und Tropftrichter gegeben, auf 370C erwärmt und innerhalt von 1 Stunde 227 g Epichlorhydrin (2,45 Mol) in 10 Portionen zugegeben. Die exotherme Reaktion wurde durch Kühlen bei 38 bis 450C gehalten. Dann liess man 87,5 g Polyamidoaminlösung (60%ig) aus Beispiel 2a) innerhalb von 5 Minuten zulaufen, erwärmte auf 650c und man hielt das Reaktionsprodukt bei dieser Temperatur. Nach 2 Stunden hatte der Ansatz eine Viskosität von T-U nach Gardner-Holdt. Nach Zugabe von 717 g Wasser wurde die Temperatur weiter bei 650C gehalten, nach 2 1/2 Stunden bei einer Viskosität von A nach Gardner-Holdt die Heizung abgestellt und das Gemisch 15 Stunden bei Raumtemperatur stehen gelassen. Die Viskosität betrug jetzt B. Es wurde mit 300 g Wasser, die 1,5 g Kalium-sorbat enthielten, verdünnt und mit 19 ml 48%iger Schwefelsäure auf einen pH von 4 eingestellt. Die Ausbeute betrug ca. 1600 g mit einem Festkörpergehalt von 19,8 % (1 g5 1 Stunde 100ob), 4a) Herstellung des Polyamidoamins 184 g 3-(2-Aminoäthyl)-aminopropylamin (1,6 Mol), 48 g Athylendlamin (0,8 Mol) und 165 g Dltylentriamln (1,6 Mol) wurden in einen Dreihalskolben mit Rührer, Thermometer und Wasserabscheider gefüllt. Innerhalb von 1 1/2 Stunden wurden 584 g Adipinsäure (4,0 Mol) portionsweise zugegeben, wobei die Temperatur auf 900C anstieg. Dann wurde in 3 Stunden auf 1580C geheizt, 1 Stunde bei dieser Temperatur gehalten und weiter auf 1700C erwärmt. Dabei destillierte das Reaktionswasser gleichmässig heraus. Nach einer Halte zeit von ca. 2 Stunden hatte das Kondensat eine Säurezahl von 27 und eine Aminzahl von 207 mg KOH/g. Nach Entfernen der Heizung wurde das Polyamidoamin mit 700 g Wasser verdünnt. Die Lösung hatte einen Festkörper von 58,2 % (1 g, 1 Stunde 125 C). 4b) Herstellung des Reaktionsproduktes 345 g Wasser und 52 g Dipropylentriamih (0,4 Mol) wurden in einen Dreihalskolben mit Rührer, Thermometer und Tropftrichter gegeben, auf 35 C erwärmt und innerhalb von 1 Stunde 223 g Epichlorhydrin (2,41 Mol) in 10 Portionen zugegeben. Die exotherme Reaktion wurde durch Kühlen bei 40 bis 5000 gehalten. Dann wurden 180 g Polyamidoaminlösung 58,2 % aus Beispiel 4a) (die 0 > 5 Mol Adipinsäure enthaltende Menge) innerhalb von 5 Minuten zulaufen gelassen, auf 58 C erwärmt und bei dieser Temperatur gehalten. Nach ca. 3 Stunden hatte der Ansatz eine Viskosität von E nach Gardner-Holdt. Es wurden 464 g Wasser zugegeben und die Temperatur weiter bei 58 bis 6000 gehalten, bis nach ca. 5 Stunden eine Viskosität von B-C erreicht war. Der Ansatz wurde mit 500 g Wasser verdünnt , 1,85 g Kaliumsorbat zugegeben und auf 2500 abgekühlt. Nach Zugabe von 16,5 ml 48%iger Schwefelsäure hatte die Harzlösung einen pH von 4 und einen Festkörpergehalt von 19,9 % (1 g 1 Stunde 10000). Die Ausbeute betrug 1776 g. 5a) Herstellung des Polyamidoamins 330 g Diäthylentriamin (3,2 Mol) und 48 g Xthylendiamin (o,8 Mol) wurden in einen Dreihalskolben mit Rührer, Thermometer und Wasserabscheider gefüllt und innerhalb von 30 Minuten 533 g Dicarbonsäuregemisch (ca. 4 Mol bei einer Zusammensetzung von ca. 30,5 % Bernsteinsäure,42,1% Glutarsäure, 25,4 % Adipinsäure und 2 % Imide) portionsweise zugegeben, so dass die Temperatur nicht über 10000 stieg. Dann wurde in 3 Stunden auf 14500 geheizt, 1 Stunde bei dieser Temperatur gehalten und weiter auf 1700C erwärmt, wobei das Reaktionswasser gleichmässig herausdestillierte. Nach einer Haltezeit von 2 Stunden hatte das Kondensat eine Säurezahl von 27 und eine Aminzahl von 240 mg KOH/g. Nach Entfernen der Heizung wurde das Polyamidoamin mit 580 g Wasser verdünnt. Die Lösung hatte einen Festkörpergehalt von 60,8 % (1 g, 1 Stunde 1250C). 5b) Herstellung des Reaktionsproduktes 320 g Wasser und 52 g Dipropylentriamin (0,4 Mol) wurden in einen Dreihalskolben mit Rührer, Thermometer und Tropftrichter gegeben, auf 3500 erwärmt und innerhalb 1 Stunde 223 g Epichlorhydrin (2,41 Mol) in 10 Portionen zugegeben. Die exotherme Reaktion wurde durch Kühlen bei 40 bis 500C gehalten. Dann wurden 160 g Polyamidoaminlösung 60%ig (die 0,5 Mol Adipinsäure enthaltende Menge) aus Beispiel 5a) innerhalb von 10 Minuten zulaufen gelassen, auf 58 C erwärmt und bei dieser Temperatur gehalten. Nach 1 1/2 Stunden hatte der Ansatz eine Vis kosität von E-F nach Gardner-Holdt. Es wurden 479 g Wasser zugesetzt und die Temperatur weiter bei 550C ge halten, bis nach 3 Stunden eine Viskosität von B-C erreicht war. Der Ansatz wurde mit 550 g Wasser verdünnt, 1,9 g Kaliumsorbat zugegeben und auf 250C abgekühlt. Nach Zugabe von 20 ml 48%iger Schwefelsäure hatte die Harzlösung einen pH von 4 und einen Festkörpergehalt von 19,1 % (1 g, 1 Stunde 1000C). Die Ausbeute betrug 1802 g. 6) Herstellung des Reaktionsproduktes (Vergleich) 350 g Wasser und 26 g Dipropylentriamin (0,2 Mol) wurden in einen Dreihalskolben mit Rührer, Thermometer und Tropftrichter gegeben, auf 380c erwärmt und innerhalb von 1 Stunde 87 g Epichlorhydrin (0,94 Mol) in 10 Portionen zugegeben. Die exotherme Reaktion wurde durch Kühlen bei 35 bis 450C gehalten. Dann wurden 175 g Polyamidoaminlösung 60 % aus Beispiel 2a) (die 0,5 Mol Adipinsäure enthaltende Menge) in 10 Minuten zulaufen gelassen, wobei Erwärmung auf 450e eintrat. Es wurde weiter auf 600C erwärmt und bei dieser Temperatur gehalten. Nach ca. 1 Stunde hatte die Reaktionslösung eine Viskosität von D nach Gardner-Holdt. Nach Zugabe von 154 g Wasser wurde erneut auf 600C erwärmt, bis nach ca. 2 Stunden eine Vis kosität von D-E gemessen wurde. In die sofort auf 250C abgekühlte Reaktionslösung wurden 297 g Wasser, 21,5 ml 48%ige Schwefelsäure und 1,1 g Kaliumsorbat gegeben. Es wurden 1107 g Harz mit einem pH 4 und einem Festkörper von 21,5 % (1 g, 1 Stunde 100 C) erhalten. 1 Papierbehandlun Zu 2 kg einer Suspension von 10 g gebleichtem Sulfitzellstoff mit einem Mahlgrad von 42 bis 430 Schopper-Riegler wurden unter starkem Rühren die 20%ige wässrige Lösung von Beispiel 6 in einer Menge von 1 % Festharz auf Zellstoff gegeben. Nach einer Aufziehzeit von mindestens 2 Minuten wurden in einem Blattbildner nach Schopper zwei Papierblätter von ca. 320 cm2 Fläche mit einem Flächen gewicht von 100 glm2 gebildet, auf dem Trockenzylinder 5 Minuten bei 100 C erwärmt und 10 Minuten bei 1200C im Trockenschrank nachgehärtet. Nach einer Klimatisierungszeit von: 24 Stunden bei 200C und 65 % relativer Luftfeuchtigkeit wurden von Probestreifen des Papiers die Zugfestigkeiten (Nassfestipkeiten) in kg nach der Prüfvorschrift des Zellstoffuntersuchungsamtes Darmstadt gemessen. Die auf diese Weise erhaltenen Papiere weisen eine Nassfestigkeit auf, die erheblich höher liegt als die Nassfestigkeit eines Papieres, das aus dem gleichen gebleichten Sulfitzellstoff ohne Zusatz der wässrigen Lösungen der Produkte unter gleichen Versuchsbedingungen hergestellt wurde. Tauscht man nun die 20%ige wässrige Lösung des Produktes nach Beispiel 6 gegen die 20%igen Lösungen der Produkte nach den Beispielen Ib), 2b), 3), 4b) und 5b) aus, so weist das erhaltene Papier ebenfalls eine erheblich höhere Nassfestigkeit auf als ein Papier, das aus dem gleichen Sulfitzellstoff ohne Zusatz der wässrigen Lösungen der Produkte unter sonst gleichen Versuchsbedingungen hergestellt wurde. Die Erhöhungen, die durch die Produkte nach den vorstehenden Beispielen gegenüber dem Vergleichsversuch hinsichtlich der Nassfestigkeit des Papiers erzielt wurde, sowie das Verhältnis Mol Epichlorhydrin zur Summe der Aquivalente freier basischer Aminogruppen sind aus Tabelle 1 zu ersehen. Die Zugfestigkeiten in kg wurden in Relativ-%, bezogen auf das Vergleichprodukt 6 = 100 %,angegeben. Tabelle 1 Produkt nach Mol Epichlorhydrin Nassfestigkeit Beispielen : Summe freier ba- in Relativ-% sischer Aminogruppen ohne Behandlung (Vergleich) 1b) 1,52 124 2b) -1,51 116 3) 1,58 111 4b) 1,51 110 5b) 1,51 110 6)(Vergleich) 0,94 100 Aus Tabelle 1 ist der technische Fortschritt der Werte mit den erfindungsgemässen Produkten gegenüber denen der Vergleichsprobe zur Erhöhung der Nassfestigkeit von Papier zu ersehen. Die nach den erfindungsgemässen Bei spielen Ib), 2b), 3), 4b) und 5b) gefundenen Nassfest- werte liegen beträchtlich über dem des Vergleichsbeispiels 6. Bei der Vergleichsprobe beträgt das Verhältnis (Mole Epichlorhydrin) : Gesamtäquivalent basischer Aminwasserstoff o 0,94 : 1. Es liegt also ausserhalb des beanspruchten Bereichs. Dieses Produkt entspricht weitgehend dem Produkt von Beispiel 1 der DOS 19 06 450. Dort handelt es sich um ein Einwirkungsprodukt von Epichlorhydrin auf ein basisches Polyamid aus Diäthylentriamin und Adipinsäure und auf Methyl-bis-(3-aminopropyl)-amin. 8) Nach dem Beispiel 1a) hergestellte Polyamidoamine wurden mit Reaktionsprodukten aus 0,2, 0,4, 0,6 und 0,8 Mol Dipropylentriamin mit jeweils 0,67, 0,85, 1,03, 1,08 und 1,15 Mol Epichlorhydrin pro basischem Aminwasserstoff, d. h. bezogen auf die Summe der primären und sekundären Amingruppen-Äquivalente, in der Mischung aus Polyamide amin und Dipropylentriamin zu Nassfestharzen umgesetzt. Diese Werte entsprechen z. B. für 0,2 Mol Dipropylentriamin einem Anteil von 0,85, 1,08, 1,, 1,37 und 1,46 Mol Epichlorhydrin, bezogen auf die Summe der Aquivalente an freien basischen Amingruppen, die also auch die tertiären Amingruppen einschliesst (siehe Tabelle 2). Dabei wurde prinzipiell so verfahren, wie es in Beispiel 2b) und Vergleichsbeispiel 6 angegeben ist. 9) Es wurde gearbeitet wie im Beispiel 8, jedoch nunmehr mit Polyamidoaminen gemäss Beispiel 2a). Prüfung der Lagerstabilität Die erhaltenen Produkte von Beispiel 8 und 9 wurden einer Lagerstabilität bei 500C bzw. bei einzelnen Proben auch bei Raumtemperatur unterzogen. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sind in Tabelle 2 und 3 zusammengestellt. Der Anteil an Molen Epichlorhydrin pro freie basische Aminogruppe in Abhängigkeit von den unterschiedlichen Anteilen Diproyplentriamin im Polyamidoamin ist für diese Harze in Tabelle 2 zusammengestellt. Darin sind die rechts der Trennlinie liegenden Werte erfindungsgemässe Produkte. Die links der Trennlinie liegenden Werte sind Produkte gemäss dem Stand der Technik entsprechend der DOS 1 906 450. In Tabelle 3 ist die Lagerstabilität gemäss Tabelle 2 zusammengestellt. Wie aus dieser Tabelle ersichtlich, liegt die Lagerstabilität der erfindungsgemässen Harze erheblich höher, d. h. mindestens doppelt so hoch wie die der Vergleichsharze. Der erfindungsgemäss erzielte technische Fortschritt ist daher offensichtlich. Tabelle 2 Massfestharze nach Beispielen 8 und 9 EMI19.1 Mol <SEP> Dipropylentriamin <SEP> Mol <SEP> Epichlorhydrin <SEP> pro <SEP> Summe <SEP> der <SEP> Äquivalente <tb> pro <SEP> Adipinsäure <SEP> im <SEP> Po- <SEP> freier <SEP> basicher <SEP> Aminogruppen <tb> lyamidoamin <SEP> gemäss <tb> Beispiel <SEP> 8 <SEP> Vergleich <SEP> Erfindung <tb> <SEP> 0,8 <SEP> 0,98 <SEP> 1,25 <SEP> 1,51 <SEP> 1,59 <SEP> 1,69 <tb> <SEP> 0,6 <SEP> ---- <SEP> ---- <SEP> 1,47 <SEP> 1,54 <SEP> 1,64 <tb> <SEP> 0,4 <SEP> 0,92 <SEP> 1,16 <SEP> 1,41 <SEP> 1,48 <SEP> 1,57 <tb> <SEP> 0,2 <SEP> 0,85 <SEP> 1,08 <SEP> 1,3 <SEP> ---- <SEP> 1,46 <tb> Beispiel <SEP> 9 <SEP> Vergleich <SEP> Erfindung <tb> <SEP> 0,8 <SEP> 1,01 <SEP> 1,28 <SEP> 1,55 <SEP> 1,62 <SEP> 1,73 <tb> <SEP> 0,6 <SEP> 0,98 <SEP> 1,24 <SEP> 1,51 <SEP> 1,58 <SEP> 1,68 <tb> <SEP> 0,4 <SEP> 0,94 <SEP> 1,19 <SEP> 1,44 <SEP> 1,51 <SEP> 1,61 <tb> <SEP> 0,2 <SEP> 0,86 <SEP> 1,09 <SEP> 1,32 <SEP> 1,39 <SEP> 1,48 <tb> Tabelle 3 Lagerstabilität bei 50 C bzw. Raumtemperatur der in Tabelle 2 zusammengestellten Nassfestharze nach Beispielen 8 und 9 EMI20.1 ---------------------------------------------------------------------------- Mol <SEP> Dipropylentramin <SEP> pro <SEP> Mol <SEP> Lagerstabilität <SEP> bis <SEP> zur <SEP> Gelbildung <SEP> Tage <tb> Adipinsäure <tb> ------------------------------------------------------------------------------ Beispiel <SEP> 8 <SEP> Vergleich <SEP> Erfindung <tb> ------------------------------------------------------------------------------ <SEP> 0,8 <SEP> 6 <SEP> 12 <SEP> > 54 <SEP> > 54 <SEP> > 54 <tb> <SEP> 0,6 <SEP> - <SEP> -- <SEP> 10 <SEP> > 30 <SEP> > 54 <tb> <SEP> 0,4 <SEP> 5 <SEP> 8 <SEP> 11 <SEP> 12 <SEP> > 70 <tb> <SEP> 0,2 <SEP> 20 <SEP> +) <SEP> 27 <SEP> +) <SEP> 22 <SEP> +) <SEP> -- <SEP> 35 <SEP> +) <tb> ------------------------------------------------------------------------------ Beispiel <SEP> 9 <SEP> Vergleich <SEP> Erfindung <tb> ------------------------------------------------------------------------------ <SEP> 0,8 <SEP> instabil <SEP> 12 <SEP> > 90 <SEP> > 90 <SEP> > 54 <tb> <SEP> 0,6 <SEP> --- <SEP> -- <SEP> > 30 <SEP> > 30 <SEP> > 54 <tb> <SEP> 0,4 <SEP> 42 <SEP> +) <SEP> 2 <SEP> 12 <SEP> > 70 <SEP> > 70 <tb> <SEP> 0,2 <SEP> 36 <SEP> +) <SEP> 36+) <SEP> 45+) <SEP> -- <SEP> 45 <SEP> +) <tb> ------------------------------------------------------------------------------ +) Lagerung bei Raumtemperatur

Claims: Patent ansprüche: 1) Selbstvernetzende wasserlösliche Reaktionsprodukte aus Epihalogenhydrin, wasserlöslichen basischen Polyamidoaminen und wasserlöslichen Polyaminen, die mindestens 2 an verschiedene Stickstoffatome gebundene Wasserstoff-Atome enthalten, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Molmenge Epinalogenhydrin zur Summe der Equivalente an freien basischen Amingruppen mehr als 1,5 . 1, aber weniger als 2 : 1 beträgt. 2) Reaktionsprodukte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ihnen wasserlösliche Polyamine nach minde- stens einer der Formeln EMI21.1 zugrunde liegen, wobei in obigen Formeln R1 und R2 unabhängig voneinander Wasserstoff oder einen gegebenenfalls durch eine Amino- oder Hydroxygruppe substituierten C1 1C10-, vorzugsweise C1'-4-Alkylrest, m eine ganze Zahl von 1 bis 8, vorzugsweise 2 bis 4, n eine ganze Zahl von 2 bis 10, vorzugsweise 3 bis 6, 3. R einen gegebenenfalls durch eine Amino- oder Hydroxy- gruppe substituierten C1-C18-Alkylrest, R4 und R5 unabhängig voneinander Wasserstoff oder eine Methylgruppe p und q jeweils 0 oder eine ganze Zahl von 1 bis 20, vorzugsweise 1 bis 4 und die Summe von (p und q) eine ganze Zahl von 1 bis 20, vorzugsweise 2 bis 5 bedeuten. 3) Reaktionsprodukt nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ihnen als wasserlösliche Polyamine Di äthylentriamin, Bis-(3-aminopropyi)-amin, Methyl-bis (3-amnnopropyl)-amin oder Hexamethylendiamin zugrunde liegen. 1') Reaktionsprodukte nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ihnen als Polyamidoamine a) Umsetzungsprodukte von gesättigten aliphatischen C4 -Dicarbonsäuren mit al) aliphatischen Polyaminen, die mindestens 2 primäre und mindestens eine sekundäre und/oder tertiäre Aminogruppe enthalten, oder a2) einem Gemisch der Polyamine al) mit Polyaminen, die mindestens eine primäre und mindestens eine sekun däre Aminogruppe enthalten, zugrunde liegen. 5) Reaktionsprodukte nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ihnen Polyamidoamine zugrunde liegen, die aus mindestens einer der Säuren Bernsteinsäure,' Glutarsäure und Adipinsäure aufgebaut sind. 6) Reaktionsprodukte nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ihnen Polyamidoamine zugrunde liegen, die aus Polyalkylenpolyaminen der Formel (I) aufgebaut sind, deren Alkylenrest bis zu 8 C-Atome enthält und deren Index m maximal 5 ist. 7) Reaktionsprodukte nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ihnen Polyamidoamine zugrunde liegen, die aus Diäthylentriamin, Triäthylentetrarnin oder Tetraäthylenpentamin als Komponente al) hergestellt worden sind. 8) Reaktionsprodukte nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ihnen Polyamidoamine zugrunde liegen, die aus Polyaminen und Dicarbonsäuren im Molverhältnis (0,8 bis 1,) : 1 hergestellt worden sind. 9) Verfahren zur Herstellung von Bindemitteln auf der Basis von Epihalogenhydrin, wasserlöslichen basischen Polyamidoaminen und wasserlöslichen basischen Polyaminen, die mindestens zwei an verschiedene Stickstoffatome gebundene Wasserstoffatome enthalten, für die Papierbehandlung, dadurch gekennzeichnet, dass die Polyamidoamine und Polyamine mit einem solchen Anteil an Epihalogen- hydrin umgesetzt werden, dass das Verhältnis der Molmenge Epihalogrtydrin zur Summe der Aauivalente an freien basischen Amingruppen mehr als 1,5 : 1, aber weniger als 2 : 1 beträgt. 10) Verwendung der Reaktionsprodukte nach Ansprüchen 1 bis 8, bzw. der nach dem Verfahren gemäss Anspruch 9 hergestellten Produkte zur Erhöhung der Nassfestigkeit von Papier.

Inventors: BECKER, WILHELM, DR., MARTEN, MANFRED, POMMER, WINFRIED, DR.
Applicants: HOECHST AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1980
Main classification: C08G69
IPC codes: C08G73, D21H17, C08G69, D21H21