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Patent Searching and Data


Title:
COMPOSITION FOR INCREASING THE MASS ABSORPTION OF POLAR SYSTEMS IN HYDROPHOBIC-HYDROPHILIC HYBRID MATERIALS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2001/014631
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a compositions for increasing the mass absorption of polar systems in hydrophobic-hydrophilic hybrid materials containing (A) polar solvents and (B) surface-active organosilicon compounds selected from the group comprised of (B1) silanes of formula (I), of (B2) (partial) hydrolyzates of silanes of formula (I) having 2 to 50 Si atoms, which can still have (OR?2¿) groups, of (B3) linear, branched or cyclic siloxanes having 2-50 silicon atoms selected from units of formula (II), and of (B4) silanes of formula (III). The invention also relates to the use of the inventive compositions, especially for impregnating materials containing cellulose and in methods for producing cellulose.

Inventors:
BAUMANN FRANK (DE)
BURGER WILLIBALD (DE)
DEUBZER BERNWARD (DE)
TIKKA PANU (FI)
Application Number:
PCT/EP2000/006694
Publication Date:
March 01, 2001
Filing Date:
July 13, 2000
Export Citation:
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Assignee:
WACKER CHEMIE GMBH (DE)
BAUMANN FRANK (DE)
BURGER WILLIBALD (DE)
DEUBZER BERNWARD (DE)
TIKKA PANU (FI)
International Classes:
D21C1/00; D21C3/22; (IPC1-7): D21C3/00; B27K3/34
Domestic Patent References:
WO1999040252A11999-08-12
WO1996015312A11996-05-23
Foreign References:
EP0957198A11999-11-17
EP0908498A21999-04-14
EP0377817A11990-07-18
DE4313219A11994-10-27
US5728265A1998-03-17
GB951325A1964-03-04
Attorney, Agent or Firm:
Budczinski, Angelika (Wacker-Chemie GmbH Hanns-Seidel-Platz 4 München, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Zusammensetzungen zur Erhöhung der Massenaufnahme von pola ren Systemen in hydrophobhydrophilen Hybridmaterialien enthal tend (A) polare Lösungsmittel und (B) oberflächenaktive Organosiliciumverbindungen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus (B1) Silanen der Formel RRlSi (OR2) (I), wobei R gleich oder verschieden sein kann und ein einwertiger, SiC gebundener, gegebenenfalls mit Halogenatomen, Säureresten, Ami nogruppen, Mercaptogruppen, Carbinolgruppen, Estergruppen, Säu reanhydridgruppen und Epoxidgruppen substituierter Kohlenwas serstoffrest bedeutet, wobei die Kohlenstoffkette auch noch durch Heteroatome, wie Stickstoff, Sauerstoff oder Schwefel, unterbrochen sein kann, R1 gleich oder verschieden sein kann und ein einwertiger, SiC gebundener, gegebenenfalls mit Halogenatomen, Säureresten, Mer captogruppen, Carbinolgruppen, Estergruppen, Säureanhydridgrup pen und Epoxidgruppen substituierter, aliphatischer Kohlenwas serstoffrest mit mindestens 4 Kohlenstoffatomen bedeutet, wobei die Kohlenstoffkette auch noch durch Heteroatome, wie Stick stoff, Sauerstoff oder Schwefel, unterbrochen sein kann, R2 gleich oder verschieden sein kann und Wasserstoffatom, Me tallatom oder einen einwertigen, gegebenenfalls mit Halogenato men substituierten Kohlenwasserstoffrest, der noch durch Hete roatome, wie Stickstoff, Sauerstoff oder Schwefel, unterbrochen sein kann, bedeutet, a 1,2 oder 3 ist und b 1,2 oder 3 ist, mit der Maßgabe, daß die Summe a+b kleiner oder gleich 4 ist, (B2) (Teil) Hydrolysaten von Silanen der Formel (I) mit 2 bis 50 SiAtomen, die noch (OR2)Gruppen aufweisen können, (B3) linearen, verzweigten oder cyclischen Siloxanen mit 250 Siliciumatomen aus Einheiten der Formel R3c(OR4)dSiO(4cd)/2(II), wobei R3 gleich oder verschieden sein kann und eine für Rest R ange gebene Bedeutung hat, R4 gleich oder verschieden sein kann und eine für Rest R2 ange gebene Bedeutung hat, c oder 3 ist und d oder 3 ist, mit der Maßgabe, daß die Summe c+d klei ner oder gleich 3 ist und pro Molekül mindestens eine Siloxan einheit mit d verschieden 0 anwesend ist, und (B4) Silane der Formel (III),R54eSi[R6(OR7)fOR8]e wobei R5 gleich oder verschieden sein kann und eine für Rest R ange gebene Bedeutung hat, R6 gleich oder verschieden sein kann und einen zweiwertigen Kohlenwasserstoffrest mit 2 bis 15 Kohlenstoffatomen bedeutet, R7 gleich oder verschieden sein kann und einen zweiwertigen Kohlenwasserstoffrest mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen bedeutet, R8 gleich oder verschieden sein kann Wasserstoffatom, Metall atom oder einen einwertigen, gegebenfalls mit Halogenatomen substituierten Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 4 Kohlenstoff atomen, der noch durch Heteroatome, wie Stickstoff, Sauerstoff oder Schwefel, unterbrochen sein kann, bedeutet, e 1,2,3 oder 4 ist und f eine ganze Zahl von 1 bis 20 ist.
2. Zusammensetzungen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei Rest R1 um aliphatische Kohlenwasserstoffreste mit 818 Kohlenstoffatomen, die linear, verzweigt oder cyclisch sein können, handelt.
3. Zusammensetzungen gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß es sich bei den Organosiliciumverbindungen (B3) um Siloxane handelt, die mindestens eine Einheit der Formel (II) aufweisen mit mindestens einem Rest R3 gleich einwertigem, SiCgebundenen, mit Halogenatomen, Säureresten, Aminogruppen, Mercaptogruppen, Carbinolgruppen, Estergruppen, Säurean hydridgruppen oder Epoxidgruppen substituierten Kohlenwasser stoffrest, wobei die Kohlenstoffkette auch noch durch Hetero atome, wie Stickstoff, Sauerstoff oder Schwefel, unterbrochen sein kann.
4. Zusammensetzungen gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den Organosili ciumverbindungen (B) um solche handelt, welche die Oberflächen spannung des polaren Lösungsmittels (A) um mindestens 15 % ab senken.
5. Zusammensetzungen gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den polaren Lö sungsmitteln (A) um Wasser und mit Wasser bei Raumtemperatur und Umgebungsdruck, d. h. bei ca. 1013 hPa, beliebig mischbaren Verbindungen handelt.
6. Zusammensetzungen gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie Organosiliciumverbindung (B) in Mengen von bis zu einem Gewichtsteil, bezogen auf 100 Gewichtsteile polarem Lösungsmittel (A), enthalten.
7. Verfahren zur Imprägnierung von cellulosefaserhaltigen Mate rialien, dadurch gekennzeichnet, daß cellulosefaserhaltige Ma terialien mit der Zusammensetzung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6 in Kontakt gebracht werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung in einer solchen Menge auf die zu hydrophili sierenden Materialien gegeben wird, daß die Menge an eingesetz ter Organosiliciumverbindung (B) 100 ppm bis 10 Gew.%, bezogen auf die Gesamtmenge des zu hydrophilisierendes Materials, be trägt.
9. Verfahren zur Gewinnung von Zellstoff, dadurch gekennzeich net, daß Faserrohstoffe mit der Zusammensetzung gemäß einem o der mehreren der Ansprüche 1 bis 6 behandelt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserrohstoffe mit der Zusammensetzung im Imprägnierschritt be handelt und anschließend im Kocherschritt aufgeschlossen wer den.
Description:
Zusammensetzung zur Erhöhung der Massenaufnahme von polaren Systemen in hydrophob-hydrophilen Hybridmaterialien Die Erfindung betrifft Zusammensetzungen zur Erhöhung des Mas- sentransfers von polaren Systemen in hydrophob-hydrophilen Hyb- ridmaterialien und deren Verwendung, insbesondere zur Impräg- nierung von cellulosehaltigen Materialien und in Verfahren zur Gewinnung von Zellstoff.

Üblicherweise werden Silane bzw. Organosiloxane zur Hydropho- bierung von verschiedensten zumeist hydrophilen Materialien eingesetzt. Beispiele hierfür sind die Textilausrüstung, der Bautenschutz, die Papierbeschichtungen und die Epoxydharzmodi- fizierung. In der Patentliteratur werden Organosiloxanpolygly- kolcopolymere (kamm-oder blockförmig) zur Erhöhung der Hydro- philie bzw. der Wasseraufnahme der behandelten Materialien be- schrieben. Eine typische Kombination ist die Mischung von Po- lyglykolsiloxancopolymeren mit verschiedenen Tensiden bzw. Ten- sidmischungen. Einsatzgebiete derartiger Mischungen sind z. B. die Verbesserung der Wasseraufnahme von Holz gemäß US-A- 5,728,265 und die hydrophile Ausrüstung von Textilien gemäß JP- A-09215706. Reine Organosiloxanpolyglykolcopolymere werden z. B. zur hydrophilen Ausrüstung von Polyestern, wie in JP-A-09021071 beschrieben, oder zur Erhöhung der Wasseraufnahme von Polyu- rethanschäumen gemäß JP-A-03275741 verwendet. Bei allen bisher beschriebenen Verbindungen wird die Hydrophilie bzw. die Erhö- hung der Wasseraufnahme nicht durch ein Silan oder Siloxan, sondern durch den Polyglykolanteil in den beschriebenen Syste- men erreicht, der chemisch an ein Silan oder Siloxan angebunden sein kann.

Die in Faserstoffen, wie Holz, enthaltenen Cellulosefasern und Hemicellulosefasern werden durch Lignin, ein Polymer, aufgebaut

aus Hydroxyphenylpropaneinheiten, zusammengehalten. Bei der Ge- winnung von Zellstoff wird das Lignin von der Cellulose ge- trennt. Es gibt verschiedenen Verfahren zur Zellstoffgewinnung.

Zum einen werden chemische Ausschlußprozesse bei erhöhten Tem- peraturen und Drücken wie z. B. beim alkalischen Sulfatprozess (Kraft-Prozess) bzw. beim Sulfitverfahren und/oder mit hohen Scherkräften wie beim CTMP (chemical-thermal-mechanical pul- ping) angewendet. Zum anderen gibt es Prozesse, die beim ei- gentlichen Aufschluß ohne Chemikalien auskommen, wie beim TMP (thermal-mechanical pulping). In der Literatur werden nun ver- schiedene Zusatzstoffe für den Holzaufschluß beschrieben, die zu einer erhöhten Ausbeute oder zu einem verbesserten kappa- Wert des Zellstoffes bzw. zu verkürzten Laufzeiten beim Pulp- Prozess führen sollen. Einerseits werden Verbindungen beschrie- ben, die direkt in das Redoxsystem beim Lignin eingreifen, wie das Anthrachinon. Der Nachteil dieses Zusatzes liegt bei Um- weltaspekten, da der genaue Verbleib dieses Additives nicht ab- schließend geklärt ist. Andererseits werden Verbindungen be- schrieben, die die Imprägnierung des Holzes mit der Aufschluß- lösung verbessern und somit den Kochprozeß z. B. bezüglich Aus- beute und Rückstand optimieren. So werden z. B. in US-A- 5,728,265 Mischungen von oberflächenaktiven Verbindungen, wie alkoxylierten Arylphosphaten mit z. B. Copolymeren von Polydi- methylsiloxanen mit Polyglykolen beschrieben. Des weiteren wer- den in US-A-5,501,769 Mischungen von rein organischen Additiven wie Fettsäureester von Polyoxyalkylglykolen eingesetzt. Ferner werden in GB-A-951325 und WO 96/15312 der Einsatz von Silanen und Organosiloxanen bzw. von Polyorganosiloxanpolyglykolcopoly- meren direkt im Kochprozeß beschrieben, um ebenfalls den Kochprozeß bzw. den erhaltenen Zellstoff zu verbessern. Der Nachteil aller oben beschriebenen Imprägnier-Additive bzw. Ko- cheradditive auf Silan-bzw. Siloxanbasis zur Verbesserung des Holzaufschlusses ist, daß sie unter Kocherbedingungen nicht

stabil sind (Siloxan basierende Komponenten werden unter den Kochbedingungen abgebaut, Chlor-und Alkoxysilane werden hydro- lysiert und kondensieren zu Oligomeren). Somit ist ihre Wirkung schwer nachweisbar. Scheinbare Effekte können nicht auf einen bestimmten Einsatzstoff zurückgeführt werden und die Reprodu- zierbarkeit der Ergebnisse ist im allgemeinen außerst gering.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind Zusammensetzungen zur Erhöhung der Massenaufnahme von polaren Systemen in hydro- phob-hydrophilen Hybridmaterialien enthaltend (A) polare Lösungsmittel und (B) oberflachenaktive Organosiliciumverbindungen, ausgewahlt aus der Gruppe bestehend aus (B1) Silanen der Formel R (4ab) RbSi (OR2) a (I), wobei R gleich oder verschieden sein kann und ein einwertiger, SiC- gebundener, gegebenenfalls mit Halogenatomen, Saureresten, Ami- nogruppen, Mercaptogruppen, Carbinolgruppen, Estergruppen, Sau- reanhydridgruppen oder Epoxidgruppen substituierter Kohienwas- serstoffrest bedeutet, wobei die Kohlenstoffkette auch noch durch Heteroatome, wie Stickstoff, Sauerstoff oder Schwefel, unterbrochen sein kann, Ri gleich oder verschieden sein kann und ein einwertiger, SiC- gebundener, gegebenenfalls mit Halogenatomen, Saureresten, Mer- captogruppen, Carbinolgruppen, Estergruppen, Säureanhydridgrup- pen oder Epoxidgruppen substituierter, aliphatischer Kohlenwas- serstoffrest mit mindestens 4 Kohlenstoffatomen bedeutet, wobei die Kohlenstoffkette auch noch durch Heteroato-

me, wie Stickstoff, Sauerstoff oder Schwefel, unterbrochen sein kann, R2 gleich oder verschieden sein kann und Wasserstoffatom, Me- tallatom oder einen einwertigen, gegebenenfalls mit Halogenato- men substituierten Kohlenwasserstoffrest, der noch durch Hete- roatome, wie Stickstoff, Sauerstoff oder Schwefel, unterbrochen sein kann, bedeutet, a 1,2 oder 3 ist und b 1,2 oder 3 ist, mit der Maßgabe, daß die Summe a+b kleiner oder gleich 4 ist, (B2) (Teil) Hydrolysaten von Silanen der Formel (I) mit 2 bis 50 Si-Atomen, die noch (OR2)-Gruppen aufweisen können, (B3) linearen, verzweigten oder cyclischen Siloxanen mit 2-50 Siliciumatomen aus Einheiten der Formel R3c (OR4) (II), wobei R3 gleich oder verschieden sein kann und eine für Rest R ange- gebene Bedeutung hat, R4 gleich oder verschieden sein kann und eine für Rest R2 ange- gebene Bedeutung hat, c oder 3 ist und d oder 3 ist, mit der Maßgabe, daß die Summe c+d klei- ner oder gleich 3 ist und pro Molekül mindestens eine Siloxan- einheit mit d verschieden 0 anwesend ist, und (B4) Silane der Formel

R-eSi [R' (OR') fOR'] e (III), wobei Rs gleich oder verschieden sein kann und eine für Rest R ange- gebene Bedeutung hat, R6 gleich oder verschieden sein kann und einen zweiwertigen Kohlenwasserstoffrest mit 2 bis 15 Kohlenstoffatomen bedeutet, R7 gleich oder verschieden sein kann und einen zweiwertigen Kohlenwasserstoffrest mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen bedeutet, R8 gleich oder verschieden sein kann und Wasserstoffatom, Me- tallatom oder einen einwertigen, gegebenenfalls mit Halogenato- men substituierten Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 4 Kohlen- stoffatomen, der noch durch Heteroatome, wie Stickstoff, Sauer- stoff oder Schwefel, unterbrochen sein kann, bedeutet, e 1,2,3 oder 4 ist und f eine ganze Zahl von 1 bis 20 ist.

Beispiele für R sind Alkylreste, wie der Methyl-, Ethyl-, n- Propyl-, iso-Propyl-, l-n-Butyl-, 2-n-Butyl-, iso-Butyl-, tert.- Butyl-, n-Pentyl-, iso-Pentyl-, neo-Pentyl-, tert.-Pentylrest ; Hexylreste, wie der n-Hexylrest ; Heptylreste, wie der n-Heptyl- rest ; Octylreste, wie der n-Octylrest und iso-Octylreste, wie der 2,2,4-Trimethylpentylrest ; Nonylreste, wie der n-Nonylrest ; Decylreste, wie der n-Decylrest ; Dodecylreste, wie der n-Dode- cylrest ; Octadecylreste, wie der n-Octadecylrest ; Cycloalkyl- reste, wie der Cyclopentyl-, Cyclohexyl-, Cycloheptylrest und Methylcyclohexylreste ; Alkenylreste, wie der Vinyl-, 1- Propenyl-und der 2-Propenylrest, Arylreste, wie der Phenyl-, Naphthyl-, Anthryl-und Phenanthrylrest ; Alkarylreste, wie o-, m-, p-Tolylreste ; Xylylreste und Ethylphenylreste ; und Aralkyl- reste, wie der Benzylrest, der der a-und der ß-Phenylethyl- rest.

Beispiele für halogenierte Reste R sind Halogenalkylreste, wie der 3,3,3-Trifluor-n-propylrest, der 2,2,2, 2@, 2', 2'-Hexafluor- isopropylrest, der Heptafluorisopropylrest und Halogenaryl- reste, wie der o-, m-und p-Chlorphenylrest.

Bei Rest R handelt es sich bevorzugt um Kohlenwasserstoffreste mit 1-16 Kohlenstoffatomen, besonders bevorzugt um aliphatisch gesättigte Kohlenwasserstoffreste mit 1-16 Kohlenstoffatomen, insbesondere um den Methylrest.

Beispiele für Rest Rlsind die für R angegebenen Beispiele von aliphatischen Resten mit mindestens 4 Kohlenstoffatomen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung soll der Begriff"aliphati- sche"Kohlenwasserstoffreste sowohl lineare und verzweigte wie auch cyclische aliphatische Reste mitumfassen.

Bei Rest R1 handelt es sich bevorzugt um aliphatische Kohlen- wasserstoffreste mit 8-18 Kohlenstoffatomen, besonders um Al- kylreste mit 8-18 Kohlenstoffatomen, insbesondere um Octyl-, Isooctyl-, Dodecyl-und Hexadecylrest.

Beispiele für gegebenenfalls substituierte Kohlenwasserstoff- reste R2 sind die für R angegebenen Reste.

Beispiele für Metallatom R2 sind Natrium, Kalium, Calcium und Magnesium.

Bei Rest R2 handelt es sich bevorzugt um Wasserstoffatom, Nat- rium sowie Alkylreste mit 1-6 Kohlenstoffatomen, besonders be- vorzugt um den Methyl-und den Ethylrest, insbesondere um den Ethylrest.

Bevorzugt hat a den Wert 3.

Bevorzugt hat b den Wert 1 oder 2, insbesondere 1.

Beispiele für die in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung ent- haltenen Silane der Formel (I) sind Isooctyltrimethoxysilan, Isooctyltriethoxysilan, Isooctylmethyldimethoxysilan, Isooctyl- methyldiethoxysilan, Isooctyldimethylmethoxysilan, Isooctyldi- methylethoxysilan, Dibutyldimethoxysilan, Dodecyltrimethoxysi- lan, Dodecyltriethoxysilan, Hexadecyltriethoxysilan, Hexade- cyltrimethoxysilan sowie deren Silanol-und Alkalimetallsalzde- rivate, Octadecylmethyldimethoxysilan, Octadecylmethyldiethoxy- silan, wobei Isooctyltriethoxysilan, Dodecyltriethoxysilan, He- xadecyltriethoxysilan, Octadecyltriethoxysilan, Isooctyltri- methoxysilan, Dodecyltrimethoxysilan, Hexadecyltrimethoxysilan und Octadecyltrimethoxysilan bevorzugt und Isooctyltrimethoxy- silan sowie Isooctyltriethoxysilan besonders bevorzugt sind.

Beispiele für die in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung ent- haltenen Hydrolysate von Silanen der Formel (I) sind MeO (-SiMeR'0) 56-Me mit Me gleich Methylrest und R'gleich - (CH2) 3NH- (CH2) 3-NH2- Beispiele für Rest R3 sind die für R angegebenen Beispiele.

Bevorzugt handelt es sich bei Rest R3 um gegebenenfalls substi- tuierte Kohlenwasserstoffreste mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, wobei der Methylrest besonders bevorzugt ist.

Beispiele für Rest R sind die für R angegebenen Beispiele, wo- bei Wasserstoffatom, Natriumatom, der Methyl-und der Ethylrest

bevorzugt und Wasserstoffatom und Ethylrest besonders bevorzugt sind.

Bevorzugt hat c den Wert 1 oder 2, insbesondere 2.

Bevorzugt hat d den Wert 0 oder 1.

Bei den Organosiliciumverbindungen (B3) handelt es sich bevor- zugt um Siloxane, die mindestens eine Einheit der Formel (II) aufweisen mit mindestens einem Rest R gleich einwertigem, SiC- gebundenen, mit Halogenatomen, Säureresten, Aminogruppen, Mer- captogruppen, Carbinolgruppen, Estergruppen, Säureanhydridgrup- pen oder Epoxidgruppen substituierten Kohlenwasserstoffrest, wobei die Kohlenstoffkette auch noch durch Heteroatome, wie Stickstoff, Sauerstoff oder Schwefel, unterbrochen sein kann.

Insbesondere handelt es sich dabei um hydrophile Reste, wie et- wa den Aminopropyl-, den Aminopropylaminoethyl-, den Hydro- xypropyl-und den Mercaptopropylrest.

Beispiele für Siloxane aus Einheiten der Formel (II), die in den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen enthalten sein können, sind verzweigte, lineare oder cyclische Organopolysiloxane mit 2 bis 50 Siliciumatomen, wie HO-[MeSi ((CH2) 3-NH-(CH2) 2-NH2) O] 5H (Aminhydrolysat), MeO- [Me2SiO] l0 [MeSi ( (CH2) 3-NH2) O]5-Me (kurz- kettiges Aminöl), Me3Si-[Me2SiO]10 [MeSi ((CH2) 3NH (CH2) 2-NH2) O] 7-H (kurzkettiges Aminöl), HO-[Me2SiO]10[MeSi((CH2)3-OH)O]4-H (Carbinolfunktionelles Siloxanöl), (Epoxyfunktionelles vol), Öl)HO-[Me2SiO]10[MeSi((CH2)10-COOH)O]4-H(Carbonsäurefunkt. und MeO-[Me2SiO] 20[Me2SiO] 20 [MeSi ((CH2) 3-SH) 0] 8-Me (Mercaptofunkt. Ö1),

wobei die Aminöle und das Mercaptoöl bevorzugt und die Aminöle besonders bevorzugt sind und Me die Bedeutung von Methylrest hat.

Beispiele für Rest R sind die für R angegebenen Beispiele.

Bevorzugt handelt es sich bei Rest R5 um Alkylreste mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, wobei Methyl-und Ethylrest besonders bevor- zugt, insbesondere der Methylrest, sind.

Bevorzugt handelt es sich bei Rest R6 um zweiwertige Kohlenwas- serstoffreste mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen, besonders bevor- zugt um Alkylenreste mit 3 bis 6 Kohlenstoffatomen, insbesonde- re um den n-Propylen-und den n-Hexylenrest.

Bevorzugt handelt es sich bei Rest R um den Ethylenrest.

Beispiele für Rest R8 sind die für R2 angegebenen Beispiele, wo- bei Wasserstoffatom, Natriumatom, der Methyl-und der Ethylrest bevorzugt und das Natriumatom besonders bevorzugt sind.

Bevorzugt hat e den Wert 1.

Bevorzugt ist f eine ganze Zahl von 1 bis 10, insbesondere von 6 bis 10.

Beispiele für die in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung ent- haltenen Silane der Formel (III) sind (CH3) 3Si (CH2) 3 (OCH2CH2) 60CH3, (CH3) 3Si (CH2) 6 (OCH2CH2) 6OH, (CH3) 3Si (CH2) 6 (OCH2CH2) 60CH3, (CH3) 3Si (CH2) 6 (OCH2CH2) 60 (CH2) 3CH3, (CH3) 3Si (CH2) 3 (OCH2CH2) loOCH3,

(CH3) 3Si (CH2) 3 (OCH2CH2) loOH und (CH3) 3Si (CH2) 3 (OCH2CH2) 100 (CH2) 3CH3.

Bevorzugt handelt es sich bei den in den erfindungsgemäßen Zu- sammensetzungen enthaltenen Organosiliciumverbindungen (B) um (Bl), (B3) und (B4), insbesondere (B3) und (B4).

Die in den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen enthaltenen Or- ganosiliciumverbindungen (B) zeichnen sich vorzugsweise dadurch aus, daß sie die Oberflächenspannung des polaren Lösungsmittels (A) absenken, wobei besonders bevorzugt solche Organosilicium- verbindungen (B) eingesetzt werden, welche die Oberflächenspan- nung von (A) um mindestens 15% absenken. Die Oberflächenspan- nung wird dabei nach der sog. Schleifenzugmethode gemessen. Bei dieser Meßmethode wird ein Platinring (Platindrahtdurchmesser ca. 0,5 mm) von ca. 2 cm Durchmesser in die zu untersuchende Lösung getaucht. Beim Herausziehen des Platinringes aus der zu untersuchenden Lösung wird über einen Kraftaufnehmer die Kraft gemessen die dazu nötig ist. Mit der Formel Oberflächenspannung = gemessene Kraft geteilt durch zweimal den Ringumfang kann man die Oberflächenspannung berechnen.

Beispiele für die in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung ent- haltenen polaren Lösungsmittel (A) sind Wasser und mit Wasser bei Raumtemperatur und Umgebungsdruck, d. h. bei ca. 1013 hPa, beliebig mischbaren Verbindungen, wie Alkohole, cyclische E- ther, wie z. B. Tetrahydrofuran und Dioxan, stickstoffhaltige Lösungsmittel, wie z. B. Amine und Dimethylformamid, Glykole, wie z. B. Polyethylenglykole, organische und anorganische Säu- ren, organische und anorganische Laugen, Lösemittelgemische, Lösungen, wie etwa anorganische und organische Salzlösungen in

den oben aufgeführten Lösemittel oder Lösemittelgemischen, E- mulsionen oder Dispersionen.

Bei den in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung enthaltenen polaren Lösungsmitteln (A) handelt es sich bevorzugt um Wasser, wäßrige Salzlösungen und wäßrige Laugen, wie Natronlauge, wobei wäßrige Laugen, insbesondere Natronlauge, besonders bevorzugt sind.

Bei den in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung enthaltenen Komponenten kann es sich jeweils um eine Art einer solchen Kom- ponente wie auch um ein Gemisch aus mindestens zwei Arten einer jeweiligen Komponente handeln.

Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen können nach beliebigen Verfahren, wie durch einfaches Vermischen der einzelnen Kompo- nenten, hergestellt werden. Falls erwünscht, können zur Her- stellung der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen auch Organosi- liciumverbindungen eingesetzt werden, die erst beim Vermischen mit Komponente (A) die oberflächenaktiven Organosiliciumverbin- dungen der Formel (I) oder (III) oder aus Einheiten der Formel (II) ergeben, wie z. B. Si-gebundenes Chlor aufweisende Silane, die im Kontakt mit wäßrigen Laugen als polarem Lösungsmittel (A) zu Silanolgruppen-haltigen Teilhydrolysaten abreagieren.

Die erfindungsgemäß eingesetzten Organosiliciumverbindungen (B) können direkt, in Lösung mit organischem Lösungsmittel oder als Dispersion zum polaren Lösungsmittel (A) gegeben werden.

Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen können einen beliebigen pH-Wert und Salzkonzentration aufweisen ; sie können auch selbst eine Emulsion bzw. Dispersion sein. Welche Stoffe die erfin- dungsgemäßen Zusammensetzungen zusätzlich zu den Komponenten

(A) und (B) enthalten müssen, damit diese eine Emulsion bzw.

Dispersion bilden, sind dem Fachmann weitreichend bekannt.

Die Herstellung der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen erfolgt vorzugsweise bei einer Temperatur von 0 bis 100°C und dem Druck der umgebenden Atmosphäre, also etwa 1013 hPa. Druck und Tempe- ratur können, falls erwünscht, auch so gewählt werden, daß die erfindungsgemäß eingesetzten Komponenten (A) und (B) jeweils als Gase vorliegen.

Die Menge an in der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen enthal- tenen Organosiliciumverbindung (B) richtet sich in erster Linie nach deren Grenzflächenaktivität gegenüber dem verwendeten po- laren Lösungsmittel (A).

Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen enthalten Organosilici- umverbindung (B) in Mengen von vorzugsweise bis zu einem Ge- wichtsteil, besonders bevorzugt 0,01 bis 0,25 Gewichtsteilen, jeweils bezogen auf 100 Gewichtsteile polarem Lösungsmittel (A).

Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen können je nach der ge- wünschten Anwendung Zusatzstoffe enthalten. Art und Menge die- ser anwendungsspezifischen Zusatzstoffe sind dem Fachmann be- kannt.

Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen haben den Vorteil, daß sie die Massenaufnahme von stark polaren Lösemitteln oder Löse- mittelgemischen, Lösungen, Emulsionen oder Dispersionen in hydrophil-hydrophob Hybridmaterialien stark erhöhen.

Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen haben den Vorteil, daß sie sich ausgezeichnet zur Imprägnierung von hydrophil-

hydrophob Hybridmaterialien, wie Holz, eignen. Sie können dabei z. B. als Holzschutzmittel sehr tief in das Holz eindringen, oh- ne daß ein hoher apparativer Aufwand, wie etwa bei Druckimpräg- nierungen erforderlich, von nöten wären.

Bei den hydrophil-hydrophob Hybridmaterialien handelt es sich vorzugsweise um cellulosefaserhaltige Materialien, wie Holz, Grasfasern, Stroh, Bambus, Maisfasern und Hanf, jeweils in be- liebigen Formen, wie Schnitzel, Späne und Sägemehl, wobei Holz besonders bevorzugt ist.

Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen können überall dort an- gewendet werden, wo polare Lösungsmittelsysteme in hydrophil- hydrophob Hybridmaterialien eindringen sollen, wie etwa bei der Imprägnierung von Holz und Holzverbundwerkstoffen, wie Span- platten, Grobspanplatten, Holzweichfaserplatten und Holzimita- te, wie Laminatböden, sowie beim Holzaufschluß zur Zellstoffge- winnung.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Ver- fahren zur Imprägnierung von cellulosefaserhaltigen Materia- lien, dadurch gekennzeichnet, daß cellulosefaserhaltige Materi- alien mit der erfindungsgemäßen Zusammensetzung in Kontakt ge- bracht werden.

Das erfindungsgemäße Imprägnierverfahren wird bei Temperaturen von vorzugsweise-25 bis 300°C, besonders bevorzugt 60 bis 120°C, durchgeführt.

Das erfindungsgemäße Imprägnierverfahren wird bei einem Druck von vorzugsweise 0 bis 250 000 hPa, besonders bevorzugt 1000 bis 50000 hPa, insbesondere 1000 bis 5000 hPa, durchgeführt.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann dabei auch in der Gasphase durchgeführt werden, z. B. bei der Wasserdampfimprägnierung, wo- bei die in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung enthaltenen Komponenten (A) und (B) getrennt zudosiert werden könnten.

Bei dem erfindungsgemäßen Imprägnierverfahren wird die erfin- dungsgemäße Zusammensetzung in einer solchen Menge auf die zu hydrophilisierenden Materialien gegeben, daß die Menge an ein- gesetzter Organosiliciumverbindung (B) vorzugsweise 100 ppm bis 10 Gew.-%, besonders bevorzugt 100 ppm bis 1,5 Gewichtsprozent, jeweils bezogen auf die Gesamtmenge des zu hydrophilisierenden Materials, beträgt.

Das Aufbringen der erfindungsgemäßen Zusammensetzung auf die cellulosefaserhaltigen Materialien kann bei dem erfindungsgemä- ßen Imprägnierverfahren in beliebiger und bekannter Weise, wie beispielsweise Streichen, Tauchen, Sprühen und Bedampfen, er- folgen.

Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Imprägnierverfahren im Bereich des Holzschutzes angewendet. Hierbei können die erfin- dungsgemäß eingesetzten Zusammensetzungen die für den Holz- schutz bzw. die feuerfeste Ausrüstung von Holz bzw. Holzver- bundwerkstoffen typischen Zusatzstoffe, wie organische bzw. an- organische Fungizide, wie Borsalze, organische oder anorgani- sche Pigmente, wie Pflanzenfaserstoffe oder Titandioxid, Chro- mate, Konservierungsmittel, Trocknungsmittel, Härter, Emulgato- ren und Verlaufshilfsmittel, wie Polyglykole, enthalten.

Das erfindungsgemäße Imprägnierverfahren hat den Vorteil, daß die erfindungsgemäße Zusammensetzung ausgezeichnet in die Holz- strukturen eindringen kann.

Des weiteren hat das erfindungsgemäße Imprägnierverfahren den Vorteil, daß eine Tiefenwirkung der Imprägnierung erreicht wird und somit ein dauerhafter Holzschutz.

Ferner hat das erfindungsgemäße Imprägnierverfahren den Vor- teil, daß die Imprägnierzeiten verkürzt werden können. Des wei- teren wird die Benetzung verbessert, wobei eine Verkürzung des Arbeitsvorgangs erzielt wird.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Ver- fahren zur Gewinnung von Zellstoff, dadurch gekennzeichnet, daß Faserrohstoffe mit der erfindungsgemäßen Zusammensetzung im Im- prägnierschritt des Zellstoffaufschlußes behandelt werden.

Bei der Gewinnung von Zellstoff kann es sich um beliebige, bis- her bekannte Zellstoff-Aufschluß-Prozesse, wie z. B. dem Soda-, dem Sulfit-und dem Sulfataufschluß (Kraft-Verfahren), dem NSSC-Verfahren, dem CTMP und TMP-Aufschlussverfahren etc., han- deln, die absatzweise oder kontinuierlich durchgeführt werden können. Sämtliche bekannte Zellstoff-Aufschluß-Verfahren haben vor dem eigentlichen Aufschluß einen Imprägnierschritt gemein, der wiederum kontinuierlich oder batchweise gefahren werden kann, z. B. mit Prozess-Liquor, einer Mischung aus Wasser mit sog."white Liquor"und/oder sog."black Liquor", oder Wasser, wie beim TMP. Hierzu sei beispielsweise auf US-A 5,728,265, insbesondere Spalte 1, Zeilen 25 bis 53, und US-A 5,501,769, insbesondere Spalte 1, Zeilen 22-67 und Spalte 2 Zeilen 1-55, verwiesen, die zum Offenbarungsgehalt der vorliegenden Erfin- dung zu zählen sind.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die erfindungsgemäße Zusammensetzung im Imprägnierschritt des Zellstoff-Aufschluß- Prozesses zum Faserrohstoff zugegebenen. Damit wird eine erhöh- te Aufnahme von Imprägnierlösungen in den Faserrohstoff er- reicht. Weiter können die in der erfindungsgemäßen Zusammenset- zung enthaltenen Organosiliciumverbindungen entschäumende Wir- kung während des Aufschlusses haben und somit nochmals zu einer Verbesserung des Aufschlusses beitragen.

Vorzugsweise enthält die erfindungsgemäße Zusammensetzung, die im Imprägnierschritt des Zellstoff-Aufschluß-Prozesses einge- setzt wird, außer Prozess-Liquor als polarem Lösungsmittel (A), Organosiliciumverbindung (B), bevorzugt Isooctyltriethoxysilan, Isooctylmethyldiethoxysilan, Dodecyltriethoxysilan, Hexyde- cyltriethoxysilan, Octadecyltriethoxysilan und Octadecylmethyl- diethoxysilan sowie deren Hydrolyse-und Kondensationsderivate, wobei Isooctylderivate als Organosiliciumverbindung (B) beson- ders bevorzugt sind.

Des weiteren können die überlicherweise im Imprägnierschritt von bekannten Zellstoff-Aufschluß-Verfahren eingesetzten Zu- satzstoffe eingesetzt werden, wie z. B. Anthrachinon, Amine, wie Hexamethylentetraamin, Alkylamine, wie Ethylamin, Methylamin und Diethylamin, basiche Oxidationmittel, wie Natriumoxid, und Polyglykole, wie Polyethylenglykolphenylether.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die erfindungsgemäße Zusammensetzung im Imprägnierschritt vor der eigentlichen Im- prägnierung der Faserrohstoffe zugegeben. Es ist auch möglich die Faserrohstoffe mit dem polaren Lösungsmittel, wie Prozess- Liquor zu mischen und anschließend die oberflächenaktive Orga- nosiliciumverbindung (B) zuzugeben, so daß die erfindungsgemäße

Zusammensetzung während des Imprägnierschritts hergestellt wird.

Der Imprägnierschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei Temperaturen von bevorzugt 0 bis 200°C, besonders bevorzugt 30 bis 130°C, insbesondere bei 60 bis 100°C, durchgeführt.

Der Imprägnierschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird be- vorzugt bei einem Druck der umgebenden Atmosphäre, also etwa 1013 hPa, bzw. bei dem Druck, der sich in geschlossenen Syste- men bei der gewählten Temperatur einstellt, besonders bevorzugt beim Druck der umgebenden Atmosphäre, durchgeführt.

Beim Imprägnierschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die erfindungsgemäße Zusammensetzung bevorzugt in einer Menge zugegeben, da# pro 100 Gewichtsteile trockenen Faserrohstoffs vorzugsweise 5 bis 0,001 Gewichtsteile, besonders bevorzugt 0,5 bis 0,05 Gewichtsteile, oberflächenaktive Organosiliciumverbin- dung (B) anwesend sind.

Als Faserrohstoffe können alle Faserpflanzen eingesetzt werden.

Beispiele hierfür sind die verschiedenen Holzarten, wie Birke, Buche, Kiefer, Fichte, Eucalyptus etc., die in Form von z. B.

Hackschnitzel, Sägespäne, Sägemehl etc. eingesetzt werden kön- nen, oder Hanf, Stroh, Gräser etc.

Vorzugsweise handelt es sich bei den Faserrohstoffen um Holz.

Der erfindungsgemäß durchgeführte Imprägnierschritt hat den Vorteil, daß beim anschließend durchgeführten Kocherschritt, in dem der Zellstoffaufschluß stattfindet, zur Erreichung eines bestimmten Restligningehalts (kappa-Wert) weniger Aufschlußlö- sung benötigt wird. Dies bewirkt eine Erhöhung der Zellstoff-

ausbeute, bezogen auf die eingesetzten Faserrohstoffe, da weni- ger Kohlenhydrate, besonders Hemicellulose, herausgelöst wer- den.

Der kappa-Wert ist eine wesentliche Kennziffer des Holzauf- schlusses und ist ein Maß für den Restligningehalt im Zell- stoff, gemessen am Verbrauch einer 0,1 normalen Kaliumpermanga- natlösung pro 1 g Zellstoff.

Ein bestimmter kappa-Wert kann durch die erfindungsgemäß ver- besserte Imprägnierung auch erreicht werden, indem die Kochzeit verkürzt wird bzw. die Verweilzeit bei einem kontinuierlichen Kocher verkürzt und damit die Kapazität erhöht wird, was letzt- endlich bedeutet, daß mit einem geringeren Resourceneinsatz ei- ne höhere Ausbeute erzielt werden kann.

Unter konstanten Aufschlußbedingungen kann der kappa-Wert durch die erfindungsgemäße Imprägnierung abgesenkt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat des weiteren den Vorteil, daß die Penetration der Imprägnierlösung des Holzaufschlusses in die Faserrohstoffe beim Imprägnierschritt erhöht und eine signifikante Verbesserung des Kochprozesses erreicht wird. So erhöht sich die Ausbeute an Zellstoff und gleichzeitig wird der grobteilige Rückstand ("rejet") reduziert, bzw. mit weniger Kocherchemikalien oder kürzerer Kochzeit kann die gleiche Zell- stoffqualität erhalten werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat des weiteren den Vorteil, da# durch die verbesserte Imprägnierung beim CTMP und TMP- Verfahren der Energieeintrag bei gleichbleibender Zellstoffqua- lität, d. h. konstantem kappa-Wert, Ausbeute und rejcect deut- lich gesenkt werden kann.

Generell hat das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, daß der Massentransport der Aufschlußlösung in den Faserrohstoff erheblich verbessert wird.

In den nachfolgenden Beispielen beziehen sich alle Angaben von Teilen und Prozentsätzen, soweit nicht anders angegeben, auf das Gewicht. Sofern nicht anders angegeben, werden die folgen- den Beispiele bei einem Druck der umgebenden Atmosphäre, also bei etwa 1000 hPa, und bei Raumtemperatur, also etwa 20°C bzw. einer Temperatur, die sich beim Zusammengeben der Reaktanden bei Raumtemperatur ohne zusätzliche Heizung oder Kühlung ein- stellt, durchgeführt. Alle in den Beispielen angeführten Visko- sitätsangaben sollen sich auf eine Temperatur von 25°C bezie- hen.

Die in den Beispielen angegebenen Werte für die Oberflächen- spannung wurden wie folgt ermittelt : In einem doppelt ummantelten 50 ml Becherglas werden ca. 30 ml der zu untersuchenden Substanz eingewogen. Danach läßt man die zu untersuchende Lösung ca. 15 Minuten temperieren. Anschlie- ßend wird ein Platinring, der oben bereits näher beschrieben ist, in die Lösung eingetaucht und langsam wieder herausgezogen (geschieht alles automatisch). Dabei wird die Kraft regist- riert, die hierfür benötigt wird. Diese Messung wird dreimal wiederholt, und der Mittelwert ist in den Tabellen angegeben.

Beispiel 1 Es werden die folgenden Zusammensetzungen hergestellt : (la) : 0,1 g Isooctyltriethoxysilan werden mit 1100 g Wasser vermischt.

(lb) : 0,1 g Isooctyltriethoxysilan werden mit 1100 g Wasser vermischt und mit 25% iger Natriumhydroxidlösung auf einen pH- Wert von 13 eingestellt.

(lc) : 0,1 g Silan der Formel (CH3) 3Si (CH2) 3 (OCH2CH2) 60CH3 (EO- Silan) werden mit 1100 g Wasser vermischt.

In einem 11 Autoklaven werden 100 g Birken-Holzschnitzel mit einem mittleren Durchmesser von ca 8 bis 13 mm und einer durchschnittlichen Dicke von 1 bis 2 mm, die sich in einen Me- tallkorb befinden, eingefüllt. Anschließend wird das Holz mit der in Tabelle 1 angegebenen Imprägnierlösung unter den in Ta- belle 1 beschriebenen Temperaturbedingungen imprägniert, indem man 900 g der jeweiligen Imprägnierlösung mit einer Pum- pen/Waagen-Kombination in den Autoklaven pumpt. Nachdem die ge- samte Menge zudosiert ist, wartet man noch 10 Minuten, dann wird die Lösung über das Bodenventil abgelassen und die Massen- zunahme der Holzschnitzel über eine Waage bestimmt. Die Verwie- gung geschieht dabei in der Art, daß man solange mißt, bis sich das Gewicht über 1 Minute lang nicht mehr als +/-0,1 g ändert, d. h. alles anhaftende Wasser abgetropft ist.

Die Imprägnierbedingungen und die Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengefaßt. Die Konzentration an Organosiliciumverbindung beträgt in allen Experimenten 0,08 Gew.-% relativ zur Holzein- waage.

Tabelle 1 Organosilicium-polares Oberflä-Impräg-Massenzu- verbindung Lösungs-chen-nier-nahme mittel spannung Temperatur [%] 1) [N/m] [°C] la Isooctyltrietho-Wasser 43 25 172 xysilan lc EO-Silan Wasser 32 25 170 lb Isooctyltrietho-NaOH-42 80 194 xysilan Lösung

1) Massenzunahme relativ zum Trockengewicht von Holz. Das Holz wird bei 150°C bis zur Gewichtskonstanz getrocknet.

Vergleichsbeispiel 1 Es werden die folgenden Zusammensetzungen eingesetzt : (Vld) 1100 g Wasser (Vle) 1100 g Wasser, welches mit NaOH auf einen pH-Wert von 13 eingestellt wird (Vlf) 0,9 g Trimethylethoxysilan in 1100 g Wasser (Vlg) 0,9 g Methyltrimethoxysilan in 1100 g Wasser (Vlh) 0,9 g Hexamethyldisiloxan in 1100g Wasser (Vli) 0,9 g Dodecylbenzolsulfonsäurenatriumsalz in 1100g Wasser (Vlj) 0,9 g Dodecylbenzolsäurenatriumsalz in 1100g Wasser mit 25 iger Natriumhydroxidlösung auf pH 13 eingestellt.

In einem 11 Autoklaven werden 100 g der in Beispiel 1 beschrie- benen Birken-Holzschnitzel eingefüllt. Anschließend wird das Holz mit der in Tabelle 2 angegebenen Imprägnierlösung unter den in Tabelle 2 beschriebenen Temperaturbedingungen impräg- niert, indem wie in Beispiel 1 beschrieben verfahren wird.

Die Imprägnierbedingungen und die Ergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengefaßt.

Tabelle 2 Additiv polares Oberflä-Impräg-Massenzu- Lösungs-chen-nier-nahme [%] 2) mittel spannung Temperatur [N/m] [°C] Vld-Wasser 72 25 164 Vle-NaOH-65 80 184 Lösung 3) Vlf Trimethyletho-Wasser 66 25 160 xysilan Vlg Methyltrietho-Wasser 67 25 158 xysilan Vlh Hexamethyldi-NaOH-60 80 170 siloxan Lösung 3) Vli Dodecylbenzol-Wasser 32 25 165 sulfonsäure- natriumsalz Vij Dodecylbenzol-NaOH-31 25 186 sulfonsäure-Lösung natriumsalz

2) Massenzunahme relativ zum Trockengewicht von Holz. Das Holz wird bei 150°C bis zur Gewichtskonstanz getrocknet.

3) auf pH-Wert 13 eingestellt Die Vergleichsbeispiele (lf bis lh) zeigen, daß bei einer ge- ringen Oberflächenaktivität der eingesetzten Silan-bzw. Silo- xanadditive die behandelten Materialien hydrophobiert werden und somit eine geringere Wasseraufnahme als die unbehandelten Proben zeigen. Die Vergleichsbeispiele Vli bis Vlj zeigen deut- lich, daß nicht nur der Aspekt der Oberflächenspannungsernied- rigung wichtig ist, sondern, daß gerade die Kombination von si- liciumhaltigen Verbindungen und gleichzeitiger Oberflächenakti- vität die entscheidende Größe ist.

Beispiel 2

I) Allgemeine Beschreibung für den Labor Kraft-Kochproze# Die Beispiele werden in einem 20 1 Laborkocher mit einem be- heizbaren Mantel durchgeführt. Der Heizmantel des Kochers wird jeweils vor Versuchsbeginn auf 80°C erwärmt. In diesen Kocher wird ein Metallkorb, der mit 1 kg Holzschnitzel gefüllt ist eingesetzt. Um reproduzierbare und aussagekräftige Kocherversu- che zu erhalten wurden nur ausgewählte Holzschnitzel mit einem Durchmesser von 8 bis 13 mm und einer mittleren Dicke von 1 bis 2 mm verwendet. Dieser Holzschnitzelschnitt ist repräsentativ für in der Pulpindustrie verwendeten Holzschnitzel.

II) Durchführung der Kraft-Kochprozeß-Versuche Der anschließende Kochprozess wird in zwei Stufen durchgeführt : a) Imprägnierung Hierfür wird der Kocher mit der Imprägnierlösung gefüllt. Diese besteht aus einer Mischung von 0,8 g Isooctyltriethoxysilan, 10 1 Natriumpolysulfid enthaltende wäßrige Natriumhydroxidlösung mit einer Sulfidität von 37%, die in der Zellstoffindustrie wie oben beschrieben als sog. white Liquor bekannt ist und 10 1 des in der Zellstoffindustrie allgemein bekannten, oben beschriebe- nen black Liquors (für die Versuche mit Birkenholz 2a-2d wurde dieser von der Zellstoffmühle Enocell in Finnland und für die Versuche mit Kiefernholz 2e-2h von der Zellstoffmühle Joutseno in Finnland direkt aus dem Kochprozeß der Zellstoffmühlen bezo- gen).

Bei den Vergleichsversuchen V2a bis V2d (Birke) und V2e bis V2h (Kiefer) wird als Imprägnierlösung lediglich eine Mischung aus 10 1 des gleichen white Liquors und 10 1 des geleichen black Liquors verwendet.

Der Füllgrad des Kochers mit der jeweils verwendeten Impräg- nierlösung ist von der Holzart abhängig. Bei Birkenholz wird

ein Verhältnis von Holz zu Imprägnierlösung von 1 : 4,1 und bei Kiefernholz ein Verhältnis von Holz zu Imprägnierlösung von 1 : 5,3 eingestellt.

Die über die Imprägnierlösung eingebrachte Alkailmenge in Form von Natriumhydroxid wurde in allen Versuchen immer konstant gehalten und betrug 20 Gew-% relativ zur Holzeinwaage bei Birke und 22 Gew.-% relativ zu Holzeinwaage bei Kiefer.

Nach dem Befüllen des Kochers wird die Imprägnierlösung mit ca.

3 1/min im Kreis über eine Temperiereinheit gepumpt. Dabei wird eine Temperatur von 80°C und ein Druck von 2 bar im Kocher ein- gestellt. Diese Bedingungen werden für 10 Minuten gehalten (Im- prägnierphase). b)Zellstoffaufschluß Nach der Imprägnierphase schließt sich der Zellstoffaufschluss an. Dabei wird innerhalb von 60 Minuten der Kocherinhalt auf 165°C erwärmt. Während des gesamten Prozesses wir die Auf- schlußlösung (entspricht der Imprägnierlösung) mit 3 1/min über eine Temperiereinheit im Kreis gepumpt. Diese Pumprate wird während des gesamten Zellstoffaufschlusses konstant gehalten.

Es wurden zwei Zellaufschlußvarianten unterucht : Variante 1 : Der Kochprozeß wird sofort nach Erreichen der von 165°C Kochertemperatur abgebrochen, indem man den Druck im Ko- cher entspannt und gleichzeitig den Mantel auf 80°C kühlt.

Variante 2 : Der Kochprozeß wird 30 Minuten bei 165°C durchge- führt und anschließend wird wie in Variante 1 weiter verfahren. c) Zellstoffaufarbeitung Die aus dem Aufschlussprozeß erhaltene Rohpulpe wird mit ca. 50 1 voll entsalztem Wasser bei 80°C noch im Kocher gewaschen. An- schließend wird die Pulpe aus dem Kocher entfernt.

Die derart gewaschene Rohpulpe wird in zwei Chargen aufgeteilt und danach 2 bzw. 10 Minuten in einem sog. Sundsberg Disin- tegrator zerrieben, um die Rohpulpe damit weiter aufzuschlie- #en.

(III) Zellstoffanalytik Von den so gewonnenen Chargen wurde folgende Analytik durchge- führt : i) Kappa-Wert wird wie oben beschrieben bestimmt ; ii) Ausbeutebestimmung an Zellstoff ist die gesamte rickgewo- gene Menge an Zellstoff relativ zur gesamten Holzeinwaage pro Kocherversuch ; iii) Screened Ausbeute an Zellstoff ist die die gesamte rückge- wogene Menge an Zellstoff abzüglich des Rückstandes rela- tiv zur gesamten Holzeinwaage pro Kocherversuch ; iv) Rückstand, d. h. nicht aufgeschlossene Holzanteile, wie Aststücke, die bei der mechanischen Aufarbeitung der Roh- pulpe im Sundberg Disintegrator abgetrennt werden.

(IV) Ergebnisse der Kocherversuche mit Birkenholzschnitzeln Tabelle 3 : Zusammenfassung der Ergebnisse der Zellstoffanalysen Bei-Kocher-Desinte-kappa Ausbeu-Screened Rückstand spiel vari-gartions-te [%] Ausbeute [%] ante zeit [min] [%] V2a 2 2 24, 45, 6 51, 6 4, 0 10 24, 8 53 2, 6 V2b 2 2 24, 1 56, 2 49, 6 6, 6 10 24, 8 51, 9 4, 3 V2c 1 2 69, 8 63,1 16,2 46,9 10 74, 3 31, 4 31,7 V2d 1 2 78, 8 63, 1 14, 6 49,9 10 74, 3 28, 4 36,1 2a 2 2 23, 2 55, 5 52, 1 3, 4 10 23, 8 53, 3 2, 2 2b 2 2 22, 7 56, 2 51, 2 5, 0 10 23, 4 48, 6 7, 6 2c 1 2 70, 9 62, 4 18, 6 43,8 10 69, 6 30, 2 32,2 2d 1 2 68, 2 62, 7 16, 4 46,3 32,130,71067,7

Um die erhaltenen Ergebnisse besser interpretieren zu können sind in Tabelle 4 die Veränderungen der Mittelwerte relativ zu den Referenzwerten zusammengestellt.

Tabelle 4 : Vergleich der Änderung der Mittelwerte der gemesse- nen Werte von Tabelle 3 von Kocherversuchen mit der erfindungs- gemäßen Impragnierlösung mit den Vergleichsversuchen bei ver- gleichbaren Kappa-Werten Desintegra-A Kappa-Wert A Ausbeute A screened A Rückstand tionszeit [%][%]Ausbeute [min] Bei einen Kappa-Levelvon ca. 70 2 4, 75-1, 2 1 + 2, 10-5,65-1,2 + Bei einen Kappa-Level von ca. 25 2-1, 3-0, 4+ 1, 5-1,9

10-1, 2-0, 4+ 0, 9- 1, 3 Die Kocherversuche zeigen eine signifikante Verbesserung aller gemessenen Werte gegenüber den Werten der Vergleichsbeispiele.

So wird der Kappa-Wert deutlich reduziert bei gleichzeitig steigender Ausbeute und geringem Rückstand. Somit verbessert die erfindungsgemäße Impragnierlösung den Zellstoffaufschluß signifikant.

(V) Ergebnisse der Kocherversuche mit Kiefernholzschnitzeln Tabelle 5 : Zusammenfassung der Ergebnisse der Zellstoffanalysen Bei-Kocher-Desinte-Kappa Ausbeu-Screened Rückstand spiel vari-gartions-te [%] Ausbeute [%] ante zeit [min] [%] V2e 1 2 123, 3 64, 6 4, 5 60,1 10 127, 0 12, 0 52,6 2124,0646,157,9V2f1 10 126, 0 15, 1 48,9 266,053,029,123,9V2g2 10 64, 0 43, 1 9, 9 V2h 2 2 63, 7 52, 3 36, 5 15,8 10 62, 9 47, 2 5, 1 2120,065,23,162,12e1 10 122, 4 15, 1 50,0 2f 1 2 121, 0 65, 2 5, 5 59,7 10 126, 0 15, 9 49,3 264,752,227,524,72g2 10 63, 2 35, 5 16,7 2h 2 68, 2 52, 3 39, 1 13,2 10 67, 7 47, 1 5, 2

Um die erhaltenen Ergebnisse besser interpretieren zu können sind in Tabelle 6 die Veränderungen der Mittelwerte relativ zu den Werten der Vergleichsbeispiele zusammengestellt.

Tabelle 6 : Vergleich der Änderung der Mittelwerte der gemesse- nen Werte von Tabelle 5 von Kocherversuchen mit der erfindungs- gemäßen Imprägnierlösung mit den Vergleichsversuchen bei ver- gleichbaren Kappa-Werten Desintegra-A Kappa-Wert A Ausbeute A screened A Rückstand tionszeittionszeit[%] [%][%] [min] Bei einen Kappa-Level von ca. 120 2-3, 2 + 10-2,3 + 0,9 + 2,0-1,1 Bei einen Kappa-Level von ca. 60 -0,4+0,5-0,92-0,2 10-0, 8-0, 4 + 2, Die Kocherversuche zeigen eine signifikante Verbesserung aller gemessenen Werte gegenüber den Werten der Vergleichsversuche.

So wird der Kappa-Wert reduziert bei gleichzeitig steigender Ausbeute und geringem Rückstand.

Somit verbessert die erfindungsgemäße Imprägnierlösung den Zellstoffaufschluß auch bei Kiefernholz signifikant.