Polymere mit einer grösseren Anzahl ionisch dissoziierbarer Gruppen in der Hauptkette und/oder einer Seitenkette werden als Polyelektrolyte bezeichnet. Weisen diese Poly- mere sowohl anionogene/anionische als auch kationogene/kationische Gruppen auf, so handelt es sich um amphotere Polyelektrolyte bzw. ampholytische Polymere. Sie sind im Allgemeinen wasserlöslich oder zumindest wasserdispergierbar und haben vielfältige Anwendung unter Anderem im Bereich der Papierherstellung gefunden.

Aus der EP-A-0 251 182 ist ein Verfahren zur Herstellung von Polymeren bekannt, wobei man eine Mischung von N-Vinylformamid und Acrylnitril oder Methacrylnitril in Gegenwart von Radikale bildenden Initiatoren polymerisiert und die Polymerisate an- schließend durch Behandlung mit Säuren modifiziert. Die modifizierten Polymerisate sollen Vinylamineinheiten in Form von Salzen, Vinylformamid-und Acrylnitril-bzw-Me- thacrylnitrileinheiten sowie gegebenenfalls Acrylamid-und Acrylsäureeinheiten enthal- ten. Die Nacharbeitung von Beispielen dieser Veröffentlichung hat jedoch ergeben, daß die mit Säuren hydrolysierten Polymerisate beträchtliche Mengen an Amidineinheiten der Formel enthalten. Die hydrolysierten Polymerisate werden bei der Herstellung von Papier als Entwässerungsmittel, Retentionsmittel und zur Verfestigung des Papiers verwendet.

Aus der EP-A-0 528 409 sind kationische Copolymerisate bekannt, die 20 bis 90 Mol-% Amidineinheiten enthalten. Sie werden durch Copolymerisation von N-Vinylformamid und Acrylnitril and anschließende Hydrolyse der Copolymerisate mit Säuren herge- stellt. Die Amidineinheiten enthaltenden Polymeren werden als Flockungsmittel für Schlämme verwendet.

Gegenstand der WO 94/13882 ist die Verwendung von Copolymerisaten, die durch Copolymerisation von N-Vinylcarbonsäureamiden, monoethylenisch ungesättigten Carbonsäuren und gegebenenfalls Vinylacetat, N-Vinylpyrrolidon und/oder N- Vinylimidazol und gegebenenfalls Monomeren mit mindestens zwei Doppelbindungen im Molekül und anschließende teilweise oder vollständige Hydrolyse der in den Copo- lymerisaten enthaltenen Vinylcarbonsäureamideinheiten zu Amin-bzw. Ammoni- umgruppen erhältlich sind, bei der Papierherstellung als Zusatz zum Papierstoff zur Erhöhung der Entwässerungsgeschwindigkeit und der Retention sowie der Trocken- und Nassfestigkeit des Papiers. Wie Analysen ergeben haben, können hydrolysierte Copolymerisate aus N-Vinylformamid und Acrylsäure beträchtliche Mengen an Amidin- einheiten der folgenden Formel enthalten in der X-ein Anion bedeutet.

Aus der JP-A-08059740 ist bekannt, daß man zu wässrigen Suspensionen von anor- ganischen Teilchen amphotere wasserlösliche Polymeren zusetzt, wobei zumindest ein Teil der Polymere auf der Füllstoffoberfläche adsorbiert wird. Die amphoteren Polyme- ren werden vorzugsweise durch Hydrolysieren von Copolymerisaten aus N- Vinylformamid, Acrylnitril und Acrylsäure in Gegenwart von Säuren hergestellt. Sie ent- halten 20 bis 90 Mol-% Amidineinheiten der Struktur in der R'und R2jeweils H oder eine Methylgruppe und X-ein Anion bedeuten. Die mit solchen Polymeren behandelten Füllstoffslurries werden bei der Herstellung von füll- stoffhaltigen Papieren dem Papierstoff zugesetzt. Die Füllstoffbehandlung soll zu einer verbesserten Entwässerung des Papierstoffs führen und eine Verbesserung verschie- dener Festigkeitseigenschaften des getrockneten Papiers sowie eine Verbesserung der Füllstoffretention bewirken.

In der US-A-2002/0088579 wird die Vorbehandlung von anorganischen Füllstoffen mit kationischen, anionischen und amphoteren (zwitterionischen) Polymeren beschrieben.- Die Behandlung besteht dabei in jedem Fall aus mindestens zwei Stufen. Empfohlen wird zuerst die Behandlung mit einem kationischen Polymer und anschließend die Be- handlung mit einem anionischen Polymer. In weiteren Schritten können alternierend wieder weitere kationische und anionische Polymere adsorbiert werden. Die wässrigen Suspensionen mit den vorbehandelten Füllstoffteilchen werden bei der Herstellung von füllstoffhaltigem Papier dem Papierstoff zugesetzt. Die Füllstoffbehandlung soll zu einer Verbesserung verschiedener Festigkeitseigenschaften des getrockneten Papiers füh- ren.

Die WO 00/59965 beschreibt eine Polymerzusammensetzung auf Basis von Polyme- ren mit Phosphonat-und Sulfonatgruppen und deren Verwendung bei der Papierher- stellung. Die Polymere können zusätzlich Monomere mit Amidgruppen einpolymerisiert enthalten. Der Einsatz von Copolymeren, die N-Vinylcarbonsäureamide einpolymeri- siert enthalten und nach der Polymerisation einer Hydrolyse unterzogen werden, ist nicht offenbart. Auch die Verwendung von wässrigen Anschlämmungen von feinteiligen Füllstoffen, die zumindest teilweise mit solchen Polymerisaten überzogen sind, zur Papierherstellung ist nicht beschrieben.

Die unveröffentlichte deutsche Patentanmeldung P 103 22 266.9 beschreibt wässrige Anschlämmungen von feinteiligen Füllstoffen, die zumindest teilweise mit Polymerisa- ten überzogen sind und die erhältlich sind durch Behandeln von wässrigen Anschläm- mungen feinteiliger Füllstoffe mit mindestens einem wasserlöslichen amphoteren Co- polymerisat, das erhältlich ist durch Copolymerisieren von a) mindestens einem N-Vinylcarbonsäureamid der Formel <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> Erz<BR> <BR> <BR> <BR> CH, =CH-N ('"). <BR> <BR> <BR> <BR> <P> CO-R in der R', R2 = H oder d-bis C6-Alkyl bedeuten, b) mindestens einer monoethylenisch ungesättigten Carbonsäure mit 3 bis 8 C- Atomen im Molekül und/oder deren Alkalimetall-, Erdalkalimetall-oder Ammoniumsalzen und gegebenenfalls c) anderen monoethylenisch ungesättigten Monomeren, die frei von Nitrilgruppen sind, und gegebenenfalls d) Verbindungen, die mindestens zwei ethylenisch ungesättigte Doppelbindungen im Molekül aufweisen, und anschließende teilweise oder vollständige Abspaltung der Gruppen-CO-R'aus den in das Copolymerisat einpolymerisierten Monomeren III erhältlich sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine wässrige Zusammensetzung, umfas- send wenigstens einen feinteiligen Füllstoff und wenigstens ein wasserlösliches amphoteres Copolymerisat zur Verfügung zu stellen, die bei der Papierherstellung ein- setzbar ist. Damit hergestellte Papierprodukte sollen sich durch gute anwendungstech- nische Eigenschaften, speziell guten Festigkeitseigenschaften des getrockneten Pa- piers auszeichnen. Dazu zählen speziell gute Trockenreißlängen, Trockenrupffestigkei- ten und/oder gute Werte hinsichtlich der inneren Festigkeit.

Überraschenderweise wurde nun gefunden, das diese Aufgabe durch eine wässrige Zusammensetzung gelöst wird, die wenigstens einen feinteiligen Füllstoff und wenigs- tens ein wasserlösliches amphoteres Copolymerisat umfasst, wobei das Copolymerisat wenigstens ein Monomer einpolymerisiert enthält, das ausgewählt ist unter unter mo- noethylenisch ungesättigten Sulfonsäuren, Phosphonsäuren, Phosphorsäureestern und Derivaten davon.

Gegenstand der Erfindung ist daher eine wässrige Zusammensetzung, umfassend wenigstens einen feinteiligen Füllstoff und wenigstens ein wasserlösliches amphoteres Copolymerisat, das erhältlich ist durch Copolymerisieren eines Monomergemischs, enthaltend a) wenigstens ein N-Vinylcarbonsäureamid der allgemeinen Formel I <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> 2<BR> <BR> <BR> <BR> CH2=CHNs<BR> <BR> <BR> <BR> CO-R'<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> ( !) worin R'und R2 unabhängig voneinander für H oder Cr bis Ce-Atkyt stehen, b) wenigstens ein Monomer, das ausgewählt ist unter monoethylenisch ungesättig- ten Sulfonsäuren, Phosphonsäuren, Phosphorsäureestern und Derivaten davon, c) gegebenenfalls wenigstens ein Monomer, das ausgewählt ist unter monoethyle- nisch ungesättigten Mono-und Dicarbonsäuren, deren Salzen und Dicarbonsäu- reanhydriden, d) gegebenenfalls wenigstens ein von den Komponenten a) bis c) verschiedenes monoethylenisch ungesättigtes Monomer, das frei von Nitrilgruppen ist, und e) gegebenenfalls wenigstens eine Verbindung, die mindestens zwei ethylenisch ungesättigte Doppelbindungen im Molekül aufweist, mit der Maßgabe, dass das Monomergemisch wenigstens ein Monomer b) oder c) mit mindestens einer freien Säuregruppe und/oder einer Säuregruppe in Salzform enthält, und anschließende teilweise oder vollständige Hydrolyse der Gruppen-CO-R'aus den in das Copolymerisat einpolymerisierten Monomeren 1.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst der Ausdruck Alkyl geradkettige und verzweigte Alkylgruppen. Geeignete Alkylgruppen sind z. B. C-C6-Alkyl-und beson- ders bevorzugt C,-C4-Alkylgruppen. Dazu zählen insbesondere Methyl, Ethyl, Propyl, Isopropyl, n-Butyl, 2-Butyl, sec.-Butyl, tert.-Butyl, n-Pentyl, 2-Pentyl, 2-Methylbutyl, 3- Methylbutyl, 1, 2-Dimethylpropyl, 1, 1-Dimethylpropyl, 2, 2-Dimethylpropyl, 1-Ethylpropyl, n-Hexyl, 2-Hexyl, 2-Methylpentyl, 3-Methylpentyl, 4-Methylpentyl, 1, 2-Dimethylbutyl, 1, 3-Dimethylbutyl, 2, 3-Dimethylbutyl, 1, 1-Dimethylbutyl, 2, 2-Dimethylbutyl, 3, 3- Dimethylbutyl, 1,1, 2-Trimethylpropyl, 1,2, 2-Trimethylpropyl, 1-Ethylbutyl, 2-Ethylbutyl, 1-Ethyl-2-methylpropyl, etc.

Im Folgenden werden Verbindungen, die sich von Acrylsäure und Methacrylsäure ab- leiten können teilweise verkürzt durch Einfügen der Silbe" (meth)" in die von der Acryl- säure abgeleitete Verbindung bezeichnet.

Als Monomere a) geeignete offenkettige N-Vinylamidverbindungen der Formel I) sind beispielsweise N-Vinylformamid, N-Vinyl-N-methylformamid, N-Vinylacetamid, N-Vinyl-N-methylacetamid, N-Vinyl-N-ethylacetamid, N-Vinylpropionamid, N-Vinyl-N-methylpropionamid und N-Vinylbutyramid und Mischungen davon.

Geeignete Monomere b) sind Verbindungen, die einen organischen Rest mit einer po- lymerisierbaren, a, ß-ethylenisch ungesättigten Doppelbindung und einer Sulfonsäure- oder Phosphonsäuregruppe pro Molekül aufweisen. Geeignet sind weiterhin die Salze und Ester der zuvor genannten Verbindungen. Bei den Estern der Phosphonsäuren kann es sich dabei um die Mono-oder die Diester handeln. Geeignete Monomere b) sind weiterhin Monoester der Phosphorsäure mit Alkoholen mit einer polymerisierba- ren, a, ß-ethylenisch ungesättigten Doppelbindung. Dabei kann eines oder können die beiden übrigen Protonen der Phosphorsäuregruppe durch geeignete Basen neutrali- siert oder mit Alkoholen, die keine polymerisierbaren, Doppelbindungen aufweisen, verestert werden.

Geeignete Basen zur teilweisen oder vollständigen Neutralisation der Säuregruppen der Monomere b) sind beispielsweise Alkalimetall-oder Erdalkalimetallbasen, Ammo- niak, Amine und/oder Alkanolamine. Beispiele hierfür sind Natronlauge, Kalilauge, Nat- riumcarbonat, Kaliumcarbonat, Natriumhydrogencarbonat, Kaliumhydrogencarbonat, Magnesiumoxid, Calciumhydroxid, Calciumoxid, Triethanolamin, Ethanolamin, Morpho- lin, Diethylentriamin oder Tetraethylenpentamin. Geeignete Alkohole zur Herstellung der Ester sind beispielsweise C,-C6-Alkanole, wie Methanol, Ethanol, n-Propanol, Iso- propanol, n-Butanol, sec.-Butanol, tert.-Butanol, etc.

Zu den Monomeren b) zählen beispielsweise Vinylsulfonsäure, Allylsulfonsäure, Methallylsulfonsäure, Sulfoethylacrylat, Sulfoethylmethacrylat, Sulfopropylacrylat, Sulfopropylmethacrylat, 2-Hydroxy-3-acryloxypropylsulfonsäure 2-Hydroxy-3-methacryloxypropylsulfonsäure, Styrolsulfonsäure, Acrylamidomethylenphosphonsäure, 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure, Vinylphosphonsäure, CH2=CH-NH-CH2-PO3H, Vinylphosphonsäuremonomethylester, Vinylphosphonsäuredimethylester, Allylphosphonsäure, Allylphosphonsäuremonomethylester, Allylphosphonsäuredimethylester, Acryamidomethylpropylphosphonsäure (Meth) acrylethylenglycolphosphat, Phosphorsäuremonovinylester, Phosphorsäuremo- noallylester etc.

Werden als Komponente b) ausschließlich Monomere eingesetzt, bei denen alle Proto- nen der Säuregruppen verestert sind, wie z. B. Vinylphosphonsäuredimethylester oder Allylphosphonsäuredimethylester, so wird zur Polymerisation wenigstens eine mo- noethylenisch ungesättigte Mono-und/oder Dicarbonsäure oder ein Salz davon einge- setzt, wie sie im folgenden als Komponente c) beschrieben werden. Somit ist sicherge- stellt, das die erfindungsgemäss eingesetzten Copolymere anionogene/anionische Gruppen aufweisen. Alternativ dazu können auch die Bedingungen für die Hydrolyse der Amidgruppen so gewählt werden, dass auch die Estergruppen teilweise gespalten werden.

Die zuvor genannten Monomere b) können einzeln oder in Form von beliebigen Mi- schungen eingesetzt werden.

Geeignete Monomere c) sind monoethylenisch ungesättigte Carbonsäuren mit 3 bis 8 C-Atomen, die wasserlöslichen Salze dieser Carbonsäuren sowie monoethylenisch ungesättigte Carbonsäureanhydride. Dazu zählen beispielsweise Acrylsäure, Methac- rylsäure, Dimethacrylsäure, Ethacrylsäure, a-Chloracrylsäure, Crotonsäure, Maleinsäu- re, Maleinsäureanhydrid, Fumarsäure, Itaconsäure, Mesaconsäure, Citraconsäure, Glutaconsäure, Aconitsäure, Methylenmalonsäure, Allylessigsäure und Vinylessigsäu- re. Die Monomeren dieser Gruppe können allein oder in Mischung miteinander, in teil- weise oder in vollständig neutralisierter Form bei der Copolymerisation eingesetzt wer- den. Zur Neutralisation geeignete Basen sind die bei der Komponente b) genannten.

Die Copolymerisate können zur Modifizierung gegebenenfalls wenigstens ein weiteres Monomer d) einpolymerisiert enthalten, das frei von Nitrilgruppen ist. Vorzugsweise sind diese zusätzlichen Monomere d) ausgewählt unter Estern a, ß-ethylenisch unge- sättigter Mono-und Dicarbonsäuren mit C,-C3o-Alkanolen, C2-C30-Alkandiolen und C2- C30-Aminoalkoholen, Amiden a, ß-ethylenisch ungesättigter Monocarbonsäuren und deren N-Alkyl-und N, N-Dialkylderivaten, Estern von Vinylalkohol und Allylalkohol mit C1-C30-Monocarbonsäuren, N-Vinyllactamen, stickstoffhaltigen Heterocyclen mit a, ß- ethylenisch ungesättigten Doppelbindungen, Vinylaromaten, Vinylhalogeniden, Vinyl- idenhalogeniden, C2-C8-Monoolefinen und Mischungen davon.

Geeignete zusätzliche Monomere sind d) sind z. B. Methyl (meth) acrylat, Methylethacrylat, Ethyl (meth) acrylat, Ethylethacrylat, n-Butyl (meth) acrylat, Isobutyl (meth) acrylat, tert.-Butyl (meth) acrylat, tert.-Butylethacrylat, n-Octyl (meth) acrylat, 1,1, 3, 3-Tetramethylbutyl (meth) acrylat, Ethylhexyl (meth) acrylat und Mischungen davon.

Geeignete zusätzliche Monomere d) sind weiterhin die Ester von a, ß-ethylenisch unge- sättigten Mono-und Dicarbonsäuren mit Aminoalkoholen, vorzugsweise C2-C, 2- Aminoalkoholen. Diese können am Aminstickstoff C1-C8-monoalkyliert oder-dialkyliert sein. Als Säurekomponente dieser Ester eignen sich z. B. Acrylsäure, Methacrylsäure, Fumarsäure, Maleinsäure, Itaconsäure, Crotonsäure, Maleinsäureanhydrid, Monobu- tylmaleat und Gemische davon. Bevorzugt werden Acrylsäure, Methacrylsäure und deren Gemische eingesetzt. Dazu zählen N-Methylaminomethyl (meth) acrylat, N- Methylaminoethyl (meth) acrylat, N, N-Dimethylaminomethyl (meth) acrylat, N, N- Dimethylaminoethyl (meth) acrylat, N, N-Diethylaminoethyl (meth) acrylat, N, N- Dimethylaminopropyl (meth) acrylat, N, N-Diethylaminopropyl (meth) acrylat, N, N- Dimethylaminocyclohexyl (meth) acrylat etc.

Geeignete zusätzliche Monomere d) sind weiterhin Acrylsäureamid, Methacrylsäure- amid, N-Methyl (meth) acrylamid, N-Ethyl (meth) acrylamid, N-Propyl (meth) acrylamid, N-(n-Butyl) (meth) acrylamid, tert.-Butyl (meth) acrylamid, n-Octyl (meth) acrylamid, 1,1, 3, 3-Tetramethylbutyl (meth) acrylamid, Ethylhexyl (meth) acrylamid und Mischungen davon.

Geeignete zusätzliche Monomere d) sind weiterhin 2-Hydroxyethylacrylat, 2-Hydroxyethylmethacrylat, 2-Hydroxyethylethacrylat, 2-Hydroxypropylacrylat, 2-Hydroxypropylmethacrylat, 3-Hydroxypropylacrylat, 3-Hydroxypropylmethacrylat, 3-Hydroxybutylacrylat, 3-Hydroxybutylmethacrylat, 4-Hydroxybutylacrylat, 4-Hydroxybutylmethacrylat, 6-Hydroxyhexylacrylat, 6-Hydroxyhexylmethacrylat etc.

Geeignete zusätzliche Monomere sind weiterhin N-[2-(dimethylamino) ethyl] acrylamid, <BR> <BR> N- [2- (dimethylamino) ethyl] methacrylamid, N- [3- (dimethylamino) propyl] acrylamid, <BR> <BR> <BR> <BR> N- [3- (dimethylamino) propyl] methacrylamid, N- [4- (dimethylamino) butyl] acrylamid, N- [4- (dimethylamino)- butyl] methacrylamid, N- [2- (diethylamino) ethyl] acrylamid, etc.

Geeignete Monomere d) sind weiterhin N-Vinyllactame und deren Derivate, die z. B. einen oder mehrere C1-C6-Alkylsubstituenten, wie Methyl, Ethyl, n-Propyl, lsopropyl, n- Butyl, sec.-Butyl, tert.-Butyl etc. aufweisen können. Dazu zählen z. B. N-Vinylpyrrolidon, <BR> <BR> N-Vinylpiperidon, N-Vinylcaprolactam, N-Vinyl-5-methyl-2-pyrrolidon, N-Vinyl-5-ethyl-2- <BR> <BR> <BR> <BR> pyrrolidon, N-Vinyl-6-methyl-2-piperidon, N-Vinyl-6-ethyl-2-piperidon, N-Vinyl-7-methyl- 2-caprolactam, N-Vinyl-7-ethyl-2-caprolactam etc.

Geeignete Monomere d) sind weiterhin N-Vinylimidazole, Alkylvinylimidazole, insbe- sondere Methylvinylimidazole wie 1-Vinyl-2-methylimidazol, 3-Vinylimidazol-N-oxid, 2- und 4-Vinylpyridine, 2-und 4-Vinylpyridin-N-oxide sowie betainische Derivate und Qua- ternisierungsprodukte dieser Monomere.

Geeignete zusätzliche Monomere sind weiterhin Ethylen, Propylen, Isobutylen, Buta- dien, Styrol, a-Methylstyrol, Vinylchlorid, Vinylidenchlorid, Vinylfluorid, Vinylidenfluorid und Mischungen davon.

Die zuvor genannten zusätzlichen Monomere d) können einzeln oder in Form von be- liebigen Mischungen eingesetzt werden.

Eine weitere Modifizierung der Copolymerisate ist dadurch möglich, dass man bei der Copolymerisation Monomere e) einsetzt, die mindestens zwei Doppelbindungen im Molekül enthalten, z. B. Methlenbisacrylamid, Glykoldiacrylat, Glykoldimethacrylat, Gyl- cerintriacrylat, Pentaerythrittriallylether, mindestens zweifach mit Acrylsäure und/oder Methacrylsäure veresterte Polyalkylenglykole oder Polyole wie Pentaerythrit, Sobit o- der Glukose. Falls mindestens ein Monomer der Gruppe (d) bei der Copolymerisation eingesetzt wird, so betragen die angewendeten Mengen bis zu 2 Mol-%, z. B. 0,001 bis 1 Mol-%.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird zur Polymerisation ein Monomergemisch eingesetzt, wobei die Komponente b) nur aus monoethylenisch ungesättigten Sulfon- säuren und/oder Derivaten davon oder wobei die Komponente b) nur monoethylenisch ungesättigten Phosphonsäuren, Phosphorsäureestern und/oder Derivaten davon be- steht.

Bevorzugt enthält das zur Polymerisation eingesetzte Monomergemisch eine Kombina- tion aus wenigstens einer Verbindung der Komponente b) und wenigstens einer Ver- bindung der Komponente c), jeweils mit einer freien Säuregruppe oder einer Säure- gruppe in Salzform. Eine bevorzugte Kombination ist beispielsweise Vinylsulfonsäure oder ein Alkalivinylsulfonat und Acrylsäure. Eine weitere bevorzugte Kombination ist beispielsweise Vinylphosphonsäure oder ein Alkalivinylphosphonat und Acrylsäure.

Die erfindungsgemäß eingesetzten wasserlöslichen amphoteren Copolymerisate sind vorzugsweise erhältlich durch radikalische Copolymerisation von - 1 bis 99 Gew. -%, bevorzugt 5 bis 95 Gew. -%, insbesondere 20 bis 90 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der zur Polymerisation eingesetzten Monome- re, wenigstens einer Verbindung der Komponente a), - 1 bis 99 Gew.-%, bevorzugt 5 bis 95 Gew.-%, insbesondere 10 bis 80 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der zur Polymerisation eingesetzten Monome- re, wenigstens einer Verbindung der Komponente b), - 0 bis 80 Gew.-%, bevorzugt 0,1 bis 50 Gew.-%, insbesondere 1 bis 40 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der zur Polymerisation eingesetzten Monome- re, wenigstens einer Verbindung der Komponente c), - 0 bis 30 Gew. -%, bevorzugt 0,1 bis 25 Gew. -%, insbesondere 1 bis 15 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der zur Polymerisation eingesetzten Monome- re, wenigstens einer Verbindung der Komponente d), - 0, 0001 bis 5 Gew. -%, bevorzugt 0,001 bis 3 Gew.-%, bezogen auf das Gesamt- gewicht der zur Polymerisation eingesetzten Monomere, wenigstens einer Ver- bindung der Komponente e), und anschließender teilweiser oder vollständiger Hydrolyse der in das Copolymerisat einpolymerisierten Monomeren a).

Die Herstellung der wasserlöslichen amphoteren Polymere erfolgt nach üblichen, dem Fachmann bekannten Verfahren. Geeignete Verfahren sind z. B. in der EP-A-0 251 182 und der WO 94/13882 beschrieben, worauf hier Bezug genommen wird.

Die Herstellung der wasserlöslichen amphoteren Polymere kann durch Lösungs-, Fäl- lungs-, Suspensions-oder Emulsionspolymerisation erfolgen, Bevorzugt ist die Lö- sungspolymerisation in wässrigen Medien erhalten. Geeignete wässrige Medien sind Wasser und Gemische aus Wasser und mindestens einem wassermischbaren Lö- sungsmittel, z. B. einem Alkohol, wie Methanol, Ethanol, n-Propanol, etc.

Die Polymerisationstemperaturen liegen vorzugsweise in einem Bereich von etwa 30 bis 200 °C, besonders bevorzugt 40 bis 110 °C. Die Polymerisation erfolgt üblicherwei- se unter atmosphärischem Druck, sie kann jedoch auch unter vermindertem oder er- höhtem Druck ablaufen. Ein geeigneter Druckbereich liegt zwischen 1 und 5 bar.

Die Säuregruppen-haltigen Monomere b) werden vorzugsweise in der Salzform einge- setzt. Der pH-Wert wird zur Copolymerisation vorzugsweise auf einen Wert im Bereich von 6 bis 9 eingestellt. Durch Einsatz eines üblichen Puffers oder durch Messung des pH-Werts und entsprechende Zugabe von Säure oder Base kann der pH-Werts wäh- rend der Polymerisation konstant gehalten werden.

Zur Herstellung der Polymerisate können die Monomeren mit Hilfe von Radikale bil- denden Initiatoren polymerisiert werden.

Als Initiatoren für die radikalische Polymerisation können die hierfür üblichen Peroxo- und/oder Azo-Verbindungen eingesetzt werden, beispielsweise Alkali-oder Ammoni- umperoxidisulfate, Diacetylperoxid, Dibenzoylperoxid, Succinylperoxid, Di-tert.-butylperoxid, tert.-Butylperbenzoat, tert.-Butylperpivalat, tert.-Butylperoxy-2- ethylhexanoat, tert.-Butylpermaleinat, Cumolhydroperoxid, Diisopropylperoxidicarba- mat, Bis- (o-toluoyl)-peroxid, Didecanoylperoxid, Dioctanoylperoxid, Dilauroylperoxid, tert.-Butylperisobutyrat, tert.-Butylperacetat, Di-tert.-Amylperoxid, tert.-Butylhydroperoxid, Azo-bis-isobutyronitril, Azo-bis- (2-amidonopropan) dihydrochlorid oder 2-2'-Azo-bis- (2-methyl-butyronitril). Ge- eignet sind auch Initiatormischungen oder Redox-Initiator-Systeme, wie z. B. Ascorbin- säure/Eisen (II) sulfat/Natriumperoxodisulfat, tert.-Butylhydroperoxid/Natriumdisulfit, tert.-Butylhydroperoxid/Natriumhydroxymethansulfinat, H202/Cul.

Zur Einstellung des Molekulargewichts kann die Polymerisation in Gegenwart wenigs- tens eines Reglers erfolgen. Als Regler können die üblichen, dem Fachmann bekann- ten Verbindungen, wie z. B. Schwefelverbindungen, z. B. Mercaptoethanol, 2-Ethylhexylthioglycolat, Thioglycolsäure oder Dodecylmercaptan sowie Tribromchlor- methan oder andere Verbindungen, die regelnd auf das Molekulargewicht der erhalt- nen Polymerisate wirken, eingesetzt werden.

Die Molmasse der wasserlöslichen amphoteren Polymere beträgt beispielsweise min- destens 10000, vorzugsweise mindestens 100000 Dalton und insbesondere mindes- tens 500000 Dalton. Die Molmassen der Polymerisate betragen dann z. B. 10000 bis 10 Millionen, vorzugsweise 100000 bis 5 Millionen (z. B. bestimmt durch Lichtstreuung).

Dieser Molmassenbereich entspricht beispielsweise K-Werten von 5 bis 300, vorzugs- weise 10 bis 250 (bestimmt nach H. Fikentscher in 5% iger wässriger Kochsalzlösung bei 25 °C und einer Polymerkonzentration von 0,5 Gew. -%).

Die Hydrolyse der nach dem oben beschriebenen Verfahren erhaltenen Polymerisate erfolgt nach bekannten Verfahren durch Einwirkung von Säuren, Basen oder Enzymen.

Hierbei entstehen aus den einpolymerisierten Monomeren der oben angegebenen Formel I durch Abspaltung der Gruppierung wobei R'die dafür in Formel I angegebene Bedeutung hat, Polymerisate, die Vinylami- neinheiten der Formel 111 enthalten, in der R2die in Formel I angegebene Bedeutung hat. Bei Verwendung von Säuren als Hydrolysemittel liegen die Einheiten III als Ammoniumsalz vor. Die Copoly- merisate enthalten somit zusätzlich zu den bei der Polymerisation eingeführten anio- nogenen/anionischen Gruppen auch kationogene/kationische Gruppen und sind somit amphoter.

Die Copolymerisate können zu 0,1 bis 100 Mol-%, wie z. B. 70 bis 100 Mol-% hydroly- siert sein. In den meisten Fällen beträgt der Hydrolysegrad der Homo-und Copolyme- risate 1 bis 98 mol-%, vorzugsweise 10 bis 95 mol-%. Zusätzlich können die Copoly- merisate Amidineinheiten enthalten, die z. B. durch Reaktion von Ameisensäure mit zwei benachbarten Aminogruppen oder durch intramolekulare Reaktion einer Ami- nogruppe mit einer benachbarten Amidgruppe z. B. von einpolymerisiertem N- Vinylformamid entsteht.

Die bei der Hydrolyse von Vinylformamideinheiten mit Säuren oder Basen entstehen- den Amidineinheiten weisen die Formel IV in der X'ein Anion bedeutet.

Im Folgenden wird für die amphoteren Copolymerisate immer die Summe von Vinyla- min-und Amidineinheiten angegeben, die aus den einpolymerisierten Einheiten der N-Vinylcarbonsäureamide entstehen.

Die hydrolysierten Copolymerisate enthalten beispielsweise - 1 bis 98 Mol-%, vorzugsweise 1 bis 75 Mol-% Vinylcarbonsäureamideinheiten, - 1 bis 98 Mol-%, vorzugsweise 1 bis 55 Mol-% Einheiten von monoethylenisch ungesättigten Sulfonsäuren, Phosphonsäuren, Phosphorsäureestern und Deriva- ten davon, - 0 bis 80 Mol-%, vorzugsweise 0,1 bis 45 Mol-% Einheiten von monoethylenisch ungesättigten Mono-und Dicarbonsäuren, deren Salzen und Dicarbonsäurean- hydriden, - 1 bis 98 Mol-%, vorzugsweise 1 bis 55 Mol-% Vinylamin-und/oder Amidineinhei- ten, - bis zu 30 Mol-% Einheiten von anderen monoethylenisch ungesättigten Verbin- dungen, die frei von Nitrilgruppen sind.

Besonders bevorzugt sind solche hydrolysierten Copolymerisate, die - 5 bis 70 Mol-% Vinylcarbonsäureamideinheiten, - 3 bis 30 Mol-% Einheiten von monoethylenisch ungesättigten Sulfonsäuren, Phosphonsäuren und Salzen davon, - 0 bis 45 Mol-% Einheiten von Acrylsäure, Methacrylsäure, Salzen und Gemi- schen davon - 10 bis 50 Mol-% Vinylamineinheiten in Salzform und/oder Amidineinheiten enthalten.

Die erfindungsgemässen wässrigen Zusammensetzungen enthalten vorzugsweise 1 bis 50 Gew. -%, vorzugsweise 10 bis 40 Gew. -%, mindestens eines feinteiligen Füllstof- fes. Die Menge an amphoterem wasserlöslichen Polymer beträgt beispielsweise 0,1 bis 5 Gew. -%, vorzugsweise 0,25 bis 3 Gew. -%, bezogen auf Füllstoffe.

Vorzugsweise liegen die erfindungsgemässen wässrigen Zusammensetzungen als eine Anschlämmung vor.

Als Füllstoffe kommen alle üblicherweise in der Papierindustrie einsetzbaren Pigmente in Betracht, z. B. Calciumcarbonat, das in Form von gemahlenen (GCC) Kalk, Kreide, Marmor oder präzipitiertem Calciumcarbonat (PCC) eingesetzt werden kann, Talkum, Kaolin, Bentonit, Satinweiß, Calciumsulfat, Bariumsulfat und Titandioxid. Man kann auch Mischungen aus zwei oder mehreren Pigmenten einsetzen. Der Teilchendurch- messer der feinteiligen Füllstoffe liegt beispielsweise zwischen 40 und 90% kleiner 2um.

Die Füllstoffe werden beispielsweise durch Einbringen in Wasser zu einer wässrigen Anschlämmung verarbeitet. Präzipitiertes Calciumcarbonat wird üblicherweise in Ab- wesenheit von Dispergiermitteln in Wasser aufgeschlämmt. Um wässrige Anschläm- mungen der übrigen Füllstoffe herzustellen, verwendet man in der Regel ein anioni- sches Dispergiermittel, z. B. Polyacrylsäuren mit einer mittleren Molmasse Mw von bei- spielsweise 1000 bis 40.000 Dalton. Falls man ein anionisches Dispergiermittel ver- wendet, so setzt man davon beispielsweise 0,01 bis 0,5 Gew. -% vorzugsweise 0,2 bis 0,3 Gew. -% zur Herstellung wässriger Füllstoffanschlämmungen ein. Die in Gegenwart von anionischen Dispergiermitteln in Wasser dispergierten feinteiligen Füllstoffe sind anionisch. Die wässrigen Anschlämmungen enthalten beispielsweise 10 bis 30 Gew-%, meistens 15-25 Gew.-% mindestens eines Füllstoffs.

Um die erfindungsgemäßen wässrigen Anschlämmungen von feinteiligen Füllstoffen herzustellen, behandelt man wässrige Anschlämmungen von gegebenenfalls anionisch dispergierten feiteiligen Füllstoffen mit mindestens einem wasserlöslichen amphoteren Polymer. Beispielsweise kann man bis zu einer 1 bis 50 Gew.-% mindestens eines feinteiligen Füllstoffs enthaltenden wässrigen Anschlämmung 0,1 bis 5 Gew. -% bezo- gen auf Füllstoffe, eines wasserlöslichen amphoteren Polymers zusetzen oder eine wässrige Anschlämmung eines feinteiligen Füllstoffs in eine wässrige Lösung eines amphoteren Polymers eintragen und die Komponenten jeweils mischen. Das Behan- deln der wässrigen Anschlämmung von feinteiligen Füllstoffen mit den amphoteren Polymeren kann kontinuierlich oder diskontinuierlich durchgeführt werden. Beim Zu- sammenbringen von wässrigen Anschlämmungen feinteiliger Füllstoffe und wässrigen Lösungen amphoterer Polymere werden die Füllstoffteilchen zumindest teilweise mit den amphoteren Polymeren überzogen bzw. imprägniert. Das Mischen der Komponen- ten erfolgt beispielsweise in einem Scherfeld. Meistens ist es ausreichend, wenn man die Komponenten nach dem Zusammenbringen rührt oder sie in einem Scherfeld ei- nes Ultraturraxgerätes behandelt. Das Zusammenbringen und Mischen der Bestandtei- le der wässrigen Anschlämmungen kann beispielsweise in dem Temperaturbereich von 0°c bis 95°C, vorzugsweise 10 bis 70°C erfolgen. Meistens mischt man die Komponen- ten bei der jeweiligen Raumtemperatur bis zu einer Temperatur von 40°C. der pH-Wert der mit amphoteren Polymeren behandelten wässrigen Anschlämmungen von Füllstof- fen beträgt beispielsweise 5 bis 11, vorzugsweise 6 bis 9, wobei der pH-Wert von Cal- ciumcarbonat enthaltenden Anschlämmungen vorzugsweise mehr als 6,5 beträgt.

Die erfindungsgemäß eingesetzten Copolymere weisen eine größere Anzahl an die Polymerkette gebundene, ionisch dissoziierbarer/dissoziierter Gruppen entgegenge- setzter Ladbarkeit/Ladung auf. Beim Inkontaktbringen mit wässrigen Anschlämmungen von feinteiligen Füllstoffen können Coulomb-Wechselwirkungen auftreten. So erfolgt bei dem Inkontaktbringen im Allgemeinen eine zumindest teilweise Belegung der Ober- fläche der Polymerteilchen. Dies läßt sich beispielsweise durch Transmissionselektro- nenmikroskopie (TEM) nachweisen. Die Oberflächenladung kann zusätzlich durch Ze- ta-Potential-Messungen gemessen werden, die belegen, das die Ladung außen sitzt.

Die elektrophoretische Mobilität bzw. das Zetapotential lassen sich laseroptisch bestimmen. Als Messinstrument dient z. B. ein Zetasizer 3000 HS der Firma Malvern Instruments Ltd..

Die amphoteren Copolymerisate können eine anionische oder eine kationische Über- schußladung tragen oder auch elektrisch neutral sein, wenn gleich viele anionische und kationische Gruppen im Copolymerisat vorliegen. In Abhängigkeit vom Ladungs- zustand der amphoteren Copolymerisate sind die damit hergestellten wässrigen An- schlämmungen der Füllstoffe anionisch, kationisch oder elektrisch neutral wenn die amphoteren Copolymerisate die gleiche Menge an kationischer and anionischer La- dung aufweisen.

Vorzugsweise werden solche amphoteren Copolymerisate eingesetzt, die bei pH 7 sowohl im anionischen als auch im kationischen Bereich eine Ladungsdichte von vor- zugsweise höchstens 1 meq/g haben.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung der oben beschriebenen wäßrigen Zusammensetzungen als Zusatz zum Papierstoff bei der Herstellung von füllstoffhaltigem Papier, füllstoffhaltigem Karton oder füllstoffhaltigern Pappe durch Entwässern des Papierstoffs.

Die Erfindung wird anhand der folgenden, nicht einschränkenden Beispiele näher er- läutert.

Beispiele 1. ) Analysenmethoden Die K-Werte der Copolymerisate wurden nach H. Fikentscher, Cellulosechemie, Band 13,48-64 und 71-74 (1932) in 1.0 % wässriger Kochsalzlösung bei 25°C, bei einem pH-Wert von 7 und einer Polymerkonzentration von 0.1 Gew. -% bestimmt.

Der Hydrolysegrad der Polymerisate kann durch enzymatische Analyse der bei der Hydrolyse freigesetzten Ameisensäure/Formiate bestimmt werden.

Die strukturelle Zusammensetzung der Polymerisate wurde aus der eingesetzten Mo- nomerenmischung, dem Hydrolysegrad und dem mittels'3C-NMR-Spektrokopie be- stimmten Verhältnis von Vinylamin/Amidin errechnet. Dazu wurde das Verhältnis der Integrale der beiden folgenden Signale ausgewertet : Gruppe Lage des Signals [ppm] Fläche HCOO-173 F (Formiat) - N=CH-N-152 F (Amidine) 2. ) Herstellung der Polymeren Beispiel 1 In einer 2 1 Glasapparatur mit Ankerrührer, Rückflusskühler, Innenthermometer und Stickstoffeinleitungsrohr werden 1339.0 g destilliertes Wasser, 3.8 g 75% ige Phos- phorsäure, 202.0 g 25% ige Natriumvinylsulfonatlösung in Wasser und 69.9 g Acrylsäu- re bei einer Drehzahl von 100 UpM gemischt. Durch Zutropfen von ca. 84 g einer 50% igen wässrigen Natronlauge wird der pH auf 7.0 eingestellt. Dann werden 181,4 g Vinylformamid zugegeben. Unter Einleiten von Stickstoff wird die Mischung auf 60°C geheizt. Nach Erreichen der Temperatur werden innerhalb von 5 min 20.0 g einer 1.5% igen wässrigen Lösung von 2, 2-Azobis (2-methylpropionamidin) dihydrochlorid zugegeben. Weitere 81.5 g einer 1. 5% igen wässrigen Lösung von 2,2'-Azobis (2- methylpropionamidin) dihydrochlorid werden innerhalb von 4 Stunden zugefahren. Nach einer Polymerisationszeit von 3 Stunden wird die Temperatur auf 75°C erhöht. Nach einer weiteren Stunde bei 75 °C werden 0.75 g 2, 2'-Azobis (2- methylpropionamidin) dihydrochlorid in 20.0 g destilliertem Wasser zugesetzt und 2 Stunden bei 75°C nachpolymerisiert. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur wird eine leicht trübe, farblose, stark viskose Lösung mit einem Festgehalt von 18,4 % er- halten. Der K-Wert des Terpolymeren beträgt 128.

500.0 g des vorstehenden Produktes werden in einem 1 I Vierhalskolben mit Blattrüh- rer, Innenthermometer, Tropftrichter und Rückflusskühler bei einer Rührerdrehzahl von 80 UpM auf 80°C erhitzt. Es werden zuerst 6.3 g einer 40% igen wässrigen Natriumdi- sulfitlösung und anschließend 33.3 g einer 25% igen wässrigen Natronlauge so zuge- geben, dass sie sich gut untermischen. Das Reaktionsgemisch wird 4,5 Stunden bei 80°C gehalten und dann auf Raumtemperatur abgekühlt. Durch die langsame Zugabe von ca. 17.2 g konz. Salzsäure wird der pH auf 7 eingestellt und anschließend 234.0 g destilliertes Wasser zur Verdünnung zugegeben. Nach dem Abkühlen auf Raumtempe- ratur wird eine viskose, farblose, leicht trübe Lösung mit einem Festgehalt von 13.5 % erhalten. Der Hydrolysegrad beträgt 38% (bezogen auf VFA).

Das erhaltene Polymer I weißt folgende Struktureinheiten auf : Vinylformamid : 35 mol % Vinylamin und Amidin : 27 mol % Natriumvinylsulfonat : 11 mol % Natriumacrylat : 27 mol % Beispiel 2 In einer 2 I Glasapparatur mit Ankerrührer, Rückflusskühler, Innenthermometer und Stickstoffeinleitungsrohr werden 1339.0 g destilliertes Wasser, 3.8 g 75% ige Phos- phorsäure, 202.0 g 25% ige Natriumvinylsulfonatlösung in Wasser, und 69.9 g Acryl- säure bei einer Drehzahl von 100 UpM gemischt. Durch Zutropfen von ca. 84 g einer 50% igen wässrigen Natronlauge wird der pH auf 6.8 eingestellt. Dann werden 181.4 g Vinylformamid zugegeben. Unter Einleiten von Stickstoff wird die Mischung auf 62°C erhitzt. Nach Erreichen der Temperatur werden innerhalb von 5 min 20.0 g einer 1.5% igen wässrigen Lösung von 2,2'-Azobis (2-methylpropionamidin) dihydrochlorid zugegeben. Weitere 81,5 g einer 1.5% igen wässrigen Lösung von 2,2'-Azobis (2- methylpropionamidin) dihydrochlorid werden innerhalb von 4 Stunden zugefahren. Nach einer Polymerisationszeit von 3 Stunden wird die Temperatur auf 75°C erhöht. Nach einer weiteren Stunde bei 75 °C werden 0, 75 g 2,2'-Azobis (2- methylpropionamidin) dihydrochlorid in 20.0 g destilliertem Wasser zugesetzt und 2 Stunden bei 75°C nachpolymerisiert. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur wird eine leicht trübe, farblose, stark viskose Lösung mit einem Festgehalt von 18.6 % er- halten. Der K-Wert des Terpolymeren beträgt 122.

500.0 g des vorstehenden Produktes werden in einem 1 I Dreihalskolben mit Blattrüh- rer, innenthermometer, Tropftrichter und Rückflusskühler bei einer Rührerdrehzahl 80 UpM auf 80°C erhitzt. Es werden zuerst 6.3 g einer 25% igen wässrigen Natriumdisulfit- lösung und anschließend 60.5 g einer 25% igen wässrigen Natronlauge so zugegeben, dass sie sich gut untermischen. Das Reaktionsgemisch wird 3 Stunden bei 80°C gehal- ten und dann auf Raumtemperatur abgekühlt. Durch die langsame Zugabe von ca. 31 g konz. Salzsäure wird der pH auf 7.2 eingestellt und anschließend 234.0 g destilliertes Wasser zur Verdünnung zugegeben. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur wird eine viskose, farblose, leicht trübe Lösung mit einem Festgehalt von 15.0 % erhalten.

Der Hydrolysegrad beträgt 59% (bezogen auf VFA).

Das erhaltene Polymer in weißt folgende Struktureinheiten auf : Vinylformamid : 18 mol % Vinylamin und Amidin : 43 mol % Natriumvinylsulfonat : 11 mol % Natriumacrylat : 28 mol % Beispiel 3 In einer 2 I Glasapparatur mit Ankerrührer, Rückflusskühler, Innenthermometer und Stickstoffeinleitungsrohr werden 345.0 g destilliertes Wasser, 3.8 g 75% ige Phosphor- säure, 202.0 g 25% ige Natriumvinylsulfonatlösung in Wasser, und 69.9 g Acrylsäure bei einer Drehzahl von 100 UpM gemischt. Durch Zutropfen von ca. 82 g einer 50% igen wässrigen Natronlauge wird der pH auf 6.8 eingestellt. Dann werden 181.4 g Vinylformamid zugegeben. Unter Einleiten von Stickstoff wird die Mischung auf 55°C geheizt. Nach Erreichen der Temperatur werden innerhalb von 5 min 20.0 g einer 1.5% igen wässrigen Lösung von 2,2'-Azobis (2-methylpropionamidin) dihydrochlorid zugegeben. Weitere 51.5 g einer 1.5% igen wässrigen Lösung von 2,2'-Azobis (2- methylpropionamidin) dihydrochlorid werden innerhalb von 3 Stunden zugefahren. Nach einer Polymerisationszeit von 1 Stunde wurden 200.0 g destilliertes Wasser zur Ver- dünnung zugegeben. Nach 2 Stunden Polymerisationszeit wurden weitere 200.0 g des- tilliertes Wasser zur Verdünnung zugegeben. Nach 3 Stunden werden 30.0 g einer 1.5% igen wässrigen Lösung von 2, 2'-Azobis (2-methylpropionamidin) dihydrochlorid 0.8 g 2,2'-Azobis (2-methylpropionamidin) dihydrochlorid zugesetzt und die Temperatur für 2 Stunden auf 75°C erhöht. Anschließend wir mit weiteren 600.0 g destilliertem Wasser verdünnt. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur wird eine leicht trübe, farblose, stark viskose Lösung mit einem Festgehalt von 18,4 % erhalten. Der K-Wert des Ter- polymeren beträgt 145.

500 g des vorstehenden Produktes werden in einem 1 I Vierhalskolben mit Blattrührer, Innenthermometer, Tropftrichter und Rückflusskühler bei einer Rührerdrehzahl 80 UpM auf 80°C erhitzt. Es werden 200g destilliertes Wasser, 6,3 g einer 40% igen wässrigen Natriumdisulfitlösung und anschließend 35,2 g einer 25% igen wässrigen Natronlauge so zugegeben, dass sie sich gut untermischen. Das Reaktionsgemisch wird 3 Stunden bei 80°C gehalten und dann auf Raumtemperatur abgekühlt. Durch die langsame Zu- gabe von ca. 17 g konz. Salzsäure wird der pH auf 7.9 eingestellt und anschließend 42.8 g destilliertes Wasser zur Verdünnung zugegeben. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur wird eine viskose, farblose, leicht trübe Lösung mit einem Festgehalt von 13.3 % erhalten. Der Hydrolysegrad beträgt 37% (bezogen auf VFA).

Das erhaltene Polymer 111 weißt folgende Struktureinheiten auf : Vinylformamid : 36 moi % Vinylamin und Amidin : 26 mol % Natriumvinylsulfonat : 11 mol % Natriumacrylat : 27 mol % Beispiel 4 In einer 2 I Glasapparatur mit Ankerrührer, Rückflusskühler, Innenthermometer und Stickstoffeinleitungsrohr werden 25.0 g destilliertes Wasser, 1.6 g 75% ige Phosphor- säure und 442.9 g 25% ige Natriumvinylsulfonatlösung in Wasser bei einer Drehzahl von 100 UpM gemischt. Durch Eintropfen von ca. 15.2 g 50% iger wässriger Natronlau- ge wird der pH auf 6.5 eingestellt. Dann werden 181.4 g Vinylformamid zugegeben.

Unter Einleiten von Stickstoff wird die Mischung auf 50°C geheizt. Nach Erreichen der Temperatur werden innerhalb von 5 min 14.0 g einer 1.5% igen wässrigen Lösung von 2,2'-Azobis (2-methylpropionamidin) dihydrochlorid zugegeben. Weitere 56.0 g einer 1.5% igen wässrigen Lösung von 2,2'-Azobis (2-methylpropionamidin) dihydrochlorid werden innerhalb von 4 Stunden zugefahren. Nach Ende der Zugabe wird die Reakti- onsmischung weitere 4 Stunden bei 50 °C gehalten. Dann werden 0.2 g 2,2'-Azobis (2- methylpropionamidin) dihydrochlorid in 20 g destilliertem Wasser zugesetzt und die Temperatur für weitere 3 Stunden bei 50°C gehalten. Anschließend wird die Tempera- tur für 2 Stunden auf 75°C erhöht. Die erhaltene Lösung wird mit 250.0 g destilliertem Wasser verdünnt und auf Raumtemperatur abgekühlt Erhalten wird eine klare, gelbliche, viskose Lösung mit einem Festgehalt von 29.6 %.

Der K-Wert des Copolymeren beträgt 81.

360 g des vorstehenden Produktes werden in einem 1 I Dreihalskolben mit Blattrührer, Innenthermometer, Tropftrichter und Rückflusskühler bei einer Rührerdrehzahl von 80 UpM auf 80°C erhitzt. Es werden zuerst 4.5 g einer 40% igen wässrigen Natriumdisulfit- lösung und anschließend 48.1 g einer 25% igen wässrigen Natronlauge so zugegeben, dass sie sich gut untermischen. Das Reaktionsgemisch wird 3.5 Stunden bei 80°C gehalten und dann auf Raumtemperatur abgekühlt. Durch die langsame Zugabe von ca. 23 g konz. Salzsäure wird der pH auf 7.6 eingestellt.

Es wird eine viskose, gelbe, klare Lösung mit einem Festgehalt von 28.5 % erhalten.

Der Hydrolysegrad beträgt 31 % (bezogen auf VFA).

Das erhaltene Polymer IV weißt folgende Struktureinheiten auf : Vinylformamid : 48 mol % Vinylamin und Amidin : 25 mol % Natriumvinylsulfonat : 27 mol % Beispiel 5 In einer 2 I Glasapparatur mit Ankerrührer, Rückflusskühler, Innenthermometer und Stickstoffeinleitungsrohr werden 733.3 g destilliertes Wasser, 1.6 g 75% ige Phosphor- säure, 11.7 g Vinylphosphonsäure (95%) und 44,3 g Acrylsäure bei einer Drehzahl von 100 UpM gemischt. Durch Zutropfen von ca. 63 g einer 50% igen wässrigen Natronlau- ge wird der pH auf 6.7 eingestellt. Dann werden 95.6 g Vinylformamid zugegeben. Un- ter Einleiten von Stickstoff wird die Mischung auf 70°C geheizt. Nach Erreichen der Temperatur werden innerhalb von 5 m in 10.0 g einer 1.5% igen wässrigen Lösung von 2, 2'-Azobis (2-methylpropionamidin) dihydrochlorid zugegeben. Weitere 41.0 g einer 1.5% igen wässrigen Lösung von 2, 2'-Azobis (2-methylpropionamidin) dihydrochlorid werden innerhalb von 4 Stunden zugefahren. Nach End des Zulaufs wird die Tempera- tur auf 75°C erhöht und 0.45 g 2, 2-Azobis (2-methylpropionamidin) dihydrochlorid in 20 g destilliertem Wasser zugesetzt. Nach weiteren 2 Stunden bei 75°C ist die Polymeri- sation beendet und das Produkt wird auf Raumtemperatur abgekühlt. E wird eine leicht trübe, farblose, viskose Lösung mit einem Festgehalt von 13.7 % erhalten. Der K-Wert des Terpolymeren beträgt 125.

500 g des vorstehenden Produktes werden in einem 1 I Dreihalskolben mit Blattrührer, Innenthermometer, Tropftrichter und Rückflusskühler bei einer Rührerdrehzahl 80 UpM auf 80°C erhitzt. Es werden zuerst 6.3 g einer 40% igen wässrigen Natriumdisulfitlö- sung und anschließend 27.7 g einer 25% igen wässrigen Natronlauge so zugegeben, dass sie sich gut untermischen. Das Reaktionsgemisch wird 4 Stunden bei 80°C gehal- ten und dann auf Raumtemperatur abgekühlt. Durch die langsame Zugabe von ca. 17 g konz. Salzsäure wird der pH auf 7.5 eingestellt und anschließend 250.0 g destilliertes Wasser zur Verdünnung zugegeben. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur wird eine viskose, farblose, klare Lösung mit einem Festgehalt von 12.4 % erhalten. Der Hydrolysegrad beträgt 25% (bezogen auf VFA).

Das erhaltene Polymer V weißt folgende Struktureinheiten auf : Vinylformamid : 46 mol % Vinylamin und Amidin : 17 mol % Natriumvinylphosphonat 5 mol% Natriumacrylat : 32 mol % Beispiel 6 In einer 2 1 Glasapparatur mit Ankerrührer, Rückflusskühler, Innenthermometer und Stickstoffeinleitungsrohr werden 200.0 g destilliertes Wasser, 3.7 g 75% ige Phosphor- säure, 32.1 g Vinylphosphonsäure (95%) und 30.5 g Acrylsäure in Wasser bei einer Drehzahl von 100 UpM gemischt. Durch Eintropfen von ca. 59 g 50% iger wässriger Natronlauge wird der pH auf 6.5 eingestellt. Dann werden 150.0 g Vinylformamid zu- gegeben. Unter Einleiten von Stickstoff wird die Mischung auf 50°C geheizt. Nach Er- reichen der Temperatur werden innerhalb von 5 min 14.0 g einer 1.5% igen wässrigen Lösung von 2, 2'-Azobis (2-methylpropionamidin) dihydrochlorid zugegeben. Weitere 53.0 g einer 1.5% igen wässrigen Lösung von 2, 2'-Azobis (2- methylpropionamidin) dihydrochlorid werden innerhalb von 4 Stunden zugefahren. Nach Ende der Zugabe wird die Reaktionsmischung weitere 4 Stunden bei 50 °C gehalten.

Dann werden 0.25 g 2, 2-Azobis (2-methylpropionamidin) dihydrochlorid in 20.0 g destil- liertem Wasser zugesetzt und die Temperatur für weitere 3 Stunden bei 50°C gehalten.

Anschließend wird die Temperatur für 2 Stunden auf 75°C erhöht. Die erhaltene Lö- sung wird mit 250.0 g destilliertem Wasser verdünnt und auf Raumtemperatur abge- kühlt.

Erhalten wird eine leicht trübe, farblose, viskose Lösung mit einem Festgehalt von 30,1 %. Der K-Wert des Terpolymeren beträgt 85 400 g des vorstehenden Produktes werden in einem 1 I Dreihalskolben mit Blattrührer, Innenthermometer, Tropftrichter und Rückflusskühler bei einer Rührerdrehzahl von 80 UpM auf 80°C erhitzt. Es werden zuerst 5.0 g einer 40% igen wässrigen Natriumdisulfit- lösung und anschließend 50.9 g einer 25% igen wässrigen Natronlauge so zugegeben, dass sie sich gut untermischen. Das Reaktionsgemisch wird 3 Stunden bei 80°C gehal- ten und dann auf Raumtemperatur abgekühlt. Durch die langsame Zugabe von ca. 29 g konz. Salzsäure wird der pH auf 7.5 eingestellt.

Es wird eine viskose, farblose, leicht trübe Lösung mit einem Festgehalt von 29.0 % erhalten. Der Hydrolysegrad beträgt 27% (bezogen auf VFA).

Das erhaltene Polymer VI weißt folgende Struktureinheiten auf : Vinylformamid : 52 mol % Vinylamin und Amidin : 21 mol % Natriumvinylphosphonat : 11 mol % Natriumacrylat : 16 mol % 3. ) Behandlung von Füllstoffen Beispiel 7 5,4 g einer 13,5%-tigen wässrigen Lösung eines amphoteren Copolymeren aus Bei- spiel 1 wurden in einem Becherglas vorgelegt und anschließend mit 30g Trinkwasser verdünnt. Anschliessend gab man 150g einer 20%-tigen Aufschlämmung von präzipi- tiertem Calciumcarbinat (PCC) in Wasser zu. Während der Zugabe der Slurry und da- nach wurde die Mischung mit Hilfe eines Heiltof-Rührers bei 1000 Umdrehungen pro Minute (UpM) gerührt. Der pH-Wert der Mischung wurde anschließend auf 8,5 einge- stellt. Die mit Hilfe der Mikroelektrophorese wurde die Mobilität der Füllstoffteilchen bei pH 8,5 und bei pH 7 gemessen. Die elektrophoretische Mobilität nimmt bei beiden pH- Einstellungen einen leicht negativen Wert an.

Beispiel 8 4,8 g einer 15%-tigen wässrigen Lösung eines amphoteren Copolymeren aus Beispiel 2 wurden in einem Becherglas vorgelegt und anschließend mit 30g Trinkwasser ver- dünnt. Anschliessend gab man 150g einer 20%-tigen Aufschlämmung von präzipitier- tem Calciumcarbinat (PCC) in Wasser zu. Während der Zugabe der Slurry und danach wurde die Mischung mit Hilfe eines Heiltof-Rührers bei 1000 Umdrehungen pro Minute (UpM) gerührt. Der pH-Wert der Mischung wurde anschließend auf 8,5 eingestellt. Die mit Hilfe der Mikroelektrophorese wurde die Mobilität der Füllstoffteilchen bei pH 8,5 und bei pH 7 gemessen. Die elektrophoretische Mobilität nimmt bei beiden pH- Einstellungen einen leicht negativen Wert an.

Beispiel 9 5,4 g einer 13, 3%-tigen wässrigen Lösung eines amphoteren Copolymeren aus Bei- spiel 3 wurden in einem Becherglas vorgelegt und anschließend mit 30g Trinkwasser verdünnt. Anschliessend gab man 150g einer 20%-tigen Aufschlämmung von präzipi- tiertem Calciumcarbinat (PCC) in Wasser zu. Während der Zugabe der Slurry und da- nach wurde die Mischung mit Hilfe eines Heiltof-Rührers bei 1000 Umdrehungen pro Minute (UpM) gerührt. Der pH-Wert der Mischung wurde anschließend auf 8,5 einge- stellt. Die mit Hilfe der Mikroelektrophorese wurde die Mobilität der Füllstoffteilchen bei pH 8,5 und bei pH 7 gemessen. Die elektrophoretische Mobilität nimmt bei beiden pH- Einstellungen einen leicht negativen Wert an.

Beispiel 10 2,5 g einer 28,5%-tigen wässrigen Lösung eines amphoteren Copolymeren aus Bei- spiel 4 wurden in einem Becherglas vorgelegt und anschließend mit 30g Trinkwasser verdünnt. Anschliessend gab man 150g einer 20%-tigen Aufschlämmung von präzipi- tiertem Calciumcarbinat (PCC) in Wasser zu. Während der Zugabe der Slurry und da- nach wurde die Mischung mit Hilfe eines Heiltof-Rührers bei 1000 Umdrehungen pro Minute (UpM) gerührt. Der pH-Wert der Mischung wurde anschließend auf 8, 5 einge- stellt. Die mit Hilfe der Mikroelektrophorese wurde die Mobilität der Füllstoffteilchen bei pH 8,5 und bei pH 7 gemessen. Die elektrophoretische Mobilität nimmt bei beiden pH- Einstellungen einen leicht negativen Wert an.

Beispiel 11 5,8 g einer 12,4%-tigen wässrigen Lösung eines amphoteren Copolymeren aus Bei- spiel 5 wurden in einem Becherglas vorgelegt und anschließend mit 30g Trinkwasser verdünnt. Anschliessend gab man 150g einer 20%-tigen Aufschlämmung von präzipi- tiertem Calciumcarbinat (PCC) in Wasser zu. Während der Zugabe der Slurry und da- nach wurde die Mischung mit Hilfe eines Heiltof-Rührers bei 1000 Umdrehungen pro Minute (UpM) gerührt. Der pH-Wert der Mischung wurde anschließend auf 8, 5 einge- stellt. Die mit Hilfe der Mikroelektrophorese wurde die Mobilität der Füllstoffteilchen bei pH 8,5 und bei pH 7 gemessen. Die elektrophoretische Mobilität nimmt bei beiden pH- Einstellungen einen deutlich negativen Wert an.

Beispiel 12 2,5 g einer 29%-tigen wässrigen Lösung eines amphoteren Copolymeren aus Beispiel 6 wurden in einem Becherglas vorgelegt und anschließend mit 30g Trinkwasser ver- dünnt. Anschliessend gab man 150g einer 20%-tigen Aufschlämmung von präzipitier- tem Calciumcarbinat (PCC) in Wasser zu. Während der Zugabe der Slurry und danach wurde die Mischung mit Hilfe eines Heiltof-Rührers bei 1000 Umdrehungen pro Minute (UpM) gerührt. Der pH-Wert der Mischung wurde anschließend auf 8,5 eingestellt. Die mit Hilfe der Mikroelektrophorese wurde die Mobilität der Füllstoffteilchen bei pH 8,5 und bei pH 7 gemessen. Die elektrophoretische Mobilität nimmt bei beiden pH- Einstellungen einen leicht negativen Wert an.

Beispiel 13 5,4 g einer 13,5%-tigen wässrigen Lösung eines amphoteren Copolymeren aus Bei- spiel 1 wurden in einem Becherglas vorgelegt und anschließend mit 30g Trinkwasser verdünnt. Anschliessend gab man 150g einer 20%-tigen Aufschlämmung von gemah- lenem Calciumcarbinat (GCC) in Wasser zu. Während der Zugabe der Slurry und da- nach wurde die Mischung mit Hilfe eines Heiltof-Rührers bei 1000 Umdrehungen pro Minute (UpM) gerührt. Der pH-Wert der Mischung wurde anschließend auf 8,5 einge- stellt. Die mit Hilfe der Mikroelektrophorese wurde die Mobilität der Füllstoffteilchen bei pH 8, 5 und bei pH 7 gemessen. Die elektrophoretische Mobilität nimmt bei beiden pH- Einstellungen einen leicht negativen Wert an.

Vergleichsbeispiel (nach JP4080597 40A) 6 g einer 12%-tigen wässrigen Lösung eines amphoteren Copolymeren nach Beispiel 1 in JP4080597 40A wurden in einem Becherglas vorgelegt und anschließend mit 30g Trinkwasser verdünnt. Anschliessend gab man 150g einer 20%-tigen Aufschlämmung von präzipitiertem Calciumcarbinat (PCC) in Wasser zu. Während der Zugabe der Slur- ry und danach wurde die Mischung mit Hilfe eines Heiltof-Rührers bei 1000 Umdre- hungen pro Minute (UpM) gerührt. Der pH-Wert der Mischung wurde anschließend auf 8,5 eingestellt. Die mit Hilfe der Mikroelektrophorese wurde die Mobilität der Füllstoff- teilchen bei pH 8, 5 und bei pH 7 gemessen. Die elektrophoretische Mobilität nimmt bei beiden pH-Einstellungen einen leicht negativen Wert an.

4. ) Herstellung von füllstoffhaltigem Papier Papier Typ"A" Beispiele 14 bis 20 Eine Mischung aus TMP (Thermo-mechanical pulp) und Holzschliff wurde im Verhältnis von 70/30 bei einer Feststoffkonzentration von 4% im Laborpulper stippenfrei aufge- schlagen, bis ein Mahlgrad von 60-65 erreicht wurde. Der pH-Wert des Stoffs lag da- bei im Bereich zwischen 7 und 8. Der gemahlene Stoff wurde anschließend mit Trink- wasser auf eine Feststoffkonzentration von 0,35% verdünnt.

Um das Verhalten der oben beschriebenen wässrigen Füllstoff-Slurries bei der Herstel- lung von füllstoffhaltigem Papier zu ermitteln, legte man jeweils 500m1 der Papierstoff- suspension vor und dosierte jeweils in diese Pulpe die gemäß den Beispielen und den Vergleichsbeispielen behandelten Slurries sowie ein kationisches Retentionsmittel (Po- lymin KE 2020). Die Dosiermenge des Retentionsmittels betrug jeweils 0, 01% Polymer, bezogen auf Trockengehalt der Papierstoffsuspension. Die Menge an Slurry wurde mit Hilfe mehrerer Vorversuche so eingestellt, dass der Aschegehalt der mit dem Stoff ge- fertigten Papierblätter 32% betrug. Außerdem wurden Blätter unter Verwendung der in Tabelle 1 angegebenen 20%-tigen wässrigen Anschlämmungen von pärzipitiertem Calciumcarbonat (PCC-Slurry) sowie gemahlenem Calciumcarbonat (GCC-Slurry) hergestellt.

Die Papierblätter wurden jeweils auf einem Rapid-Köthen-Blattbildner nach ISO 5269/2 mit einem Blattgewicht von 80g/m2 gefertigt und anschließend 7 Minuten bei 90°C ge- trocknet und danach mit einem Liniendruck von 200 N/cm kalandriert.

Papiere Typ"B" Beispiele 21 bis 27 Eine Mischung aus gebleichtem Birkensulfat und gebleichtem Kiefernsulfit wurde im Verhältnis von 70/30 bei einer Feststoffkonzentration von 4% im Laborpulper stippen- frei aufgeschlagen, bis ein Mahlgrad von 55-60 erreicht wurde. Dem aufgeschlagnen Stoff wurde anschließend ein optischer Aufhellers (Blankophor PSG der Firma Ciba) sowie eine kationische Stärke (HiCat 5163 A der Firma Roquette) zugegeben. Der Auf- schuss der kationischen Stärke erfolgt als 1 0%-tige Stärkeslurry in einem Jet-Kocher bei 130°C und 1 Minute Verweilzeit. Die Dosiermenge des optischen Aufhellers betrug 0,5% Handelsware bezogen auf Trockengehalt der Papierstoffsuspension. Die Do- siermenge der kationischen Stärke betrug 0,5% Stärke bezogen auf den Trockengehalt der Papierstoffsuspension. Der pH-Wert des Stoffs lag dabei im Bereich zwischen 7 und 8. Der gemahlene Stoff wurde anschließend mit Trinkwasser auf eine Feststoff- konzentration von 0,35% verdünnt.

Um das Verhalten der oben beschriebenen wässrigen Füllstoff-Slurries bei der Herstel- lung von füllstoffhaltigem Papier zu ermitteln, legte man jeweils 500m1 der Papierstoff- suspension vor und dosierte jeweils in diese Pulpe die gemäß den Beispielen und den Vergleichsbeispielen behandelten Slurries sowie ein kationisches Retentionsmittel (Po- lymin KE 2020). Die Dosiermenge des Retentionsmittels betrug jeweils 0, 01 % Polymer, bezogen auf Trockengehalt der Papierstoffsuspension. Die Menge an Slurry wurde mit Hilfe mehrerer Vorversuche so eingestellt, dass der Aschegehalt der mit dem Stoff ge- fertigten Papierblätter 20% betrug. Außerdem wurden Blätter unter Verwendung der in Tabelle 2 angegebenen 20%-tigen wässrigen Anschlämmungen von pärzipitiertem Calciumcarbonat (PCC-Slurry), gemahlenem und Calciumcarbonat (GCC-Slurry) her- gestellt.

Die Papierblätter wurden jeweils auf einem Rapid-Köthen-Blattbildner nach ISO 5269/2 mit einem Blattgewicht von 80g/m2 gefertigt und anschließend 7 Minuten bei 90°C ge- trocknet.

Prüfung der Papierblätter vom Typ"A" Nach einer Lagerzeit im Klimaraum bei konstant 23°C und 50% Luftfeuchtigkeit für 12 Stunden wurden die Trockenreißlänge der Blätter nach DIN 54540 und die Porosität der Blätter nach Bendtsen (ISO 5636-3) geprüft. Die Trockenrupffestigkeit wurde mit dem IGT-Bedruckbarkeitsprüfer (ISO 3783) ermittelt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben.

Prüfung der Papierblätter vom Typ"B" Nach einer Lagerzeit im Klimaraum bei konstant 23°C und 50% Luftfeuchtigkeit für 12 Stunden wurden die Trockenreißlänge der Blätter nach DIN 54540, die innere Festig- keit (Scott Bond) nach DIN 54516 und die CIE-Weiße nach DIN 5033 ermittelt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 angegeben.

Tabelle 1 Bsp. Slurry aus Trockenreißlänge (m) Porosität IGT Bsp. (ml/min) 14 Beispiel 7 2418 1666 Sehr gut 15 Beispiel 8 2276 1754 Sehr gut 16 Beispiel 9 2313 1709 Sehr gut 17 Beispiel 10 2086 1698 Gut 18 Beispiel 11 2247 1639 Sehr gut 19 Beispiel 12 2097 1756 Sehr gut 20 Beispiel 13 2339 1526 Sehr gut Vergleichsbeispiele PCC-Slurry ohne Vorbe- handlung 1667 1774 Schlecht GCC-Slurry ohne Vorbe- handlung 1739 1736 Schlecht Vergleichsbeispiel 1 1978 1699 Mittel Tabelle 2 Bsp. Slurry aus Trockenreißlänge CIE-Weisse Scott-bond (m/kg) Bsp. (m) 21 Beispiel 7 4245 113, 8 24, 3 22 Beispiel 8 4187 113, 1 22, 9 23 Beispiel 9 4034 113, 7 22, 2 24 Beispiel 10 3934 112, 6 20, 4 25 Beispiel 11 4197 112,3 23,7 26 Beispiel 12 3912 112,1 21, 4 27 Beispiel 13 4183 119,6 22, 1 Vergleichsbeispiele PCC-Slurry ohne Vorbehandlung 3354 110,7 15,6 GCC-Slurry ohne Vorbehand- lung 3268 119,4 15,2 Vergleichsbeispiel 1 3754 111, 8 17, 2