CN1314962A - 纸张制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种在造纸机上的造纸方法,该方法包括:提供纤维素稀浆悬浮液,借助添加选自天然和合成聚合物的聚合物助留剂的水溶液而使该悬浮液絮凝,并由此形成絮凝的悬浮液,对絮凝的悬浮液进行剪切,借助添加含水再絮凝悬浮液而使剪切的悬浮液再絮凝,通过造纸网使该再絮凝的悬浮液滤水而形成纸页,然后对纸页进行干燥,其特征在于:在剪切之后和滤水之前,将基本上完全熬煮的淀粉添加至悬浮液中。
Description
本发明涉及由淀粉增强的纸张的生产方法。在例如WO95/33096中描述了各种造纸方法，以及由淀粉增强的造纸方法，在此将其引入作为参考。
目前，人们特别感兴趣的造纸方法包括：提供纤维素稀浆悬浮液，使该悬浮液絮凝，对絮凝的悬浮液进行剪切，借助添加含水再絮凝组分而使剪切的悬浮液再絮凝，通过造纸网使该悬浮液滤水而形成湿纸页，然后对纸页进行干燥。所述絮凝通常借助使用天然或合成聚合物助留剂而进行，再絮凝通常借助使用膨润土或其它阴离子微粒的水悬浮液而进行。
为改善强度，将淀粉包括在最终纸页中这是已知的。一种常规的处理方法包括：在最终干燥之前，将基本上完全熬煮的淀粉添加至纸页中。另外还已知的是，在该位置施加部分或完全未熬煮的淀粉并在干燥期间对其进行熬煮。另外还已知的是，在滤水之前将基本上未熬煮的淀粉包括在水悬浮液中，例如与聚合物助留剂一起添加或与含水再絮凝组分一起添加。基本上未熬煮的淀粉可以进行轻度熬煮，以有利于其最终的熬煮，但是，绝大多数或全部熬煮是在干燥阶段进行的，借此，在最终纸页中将基本上未熬煮的淀粉转化成基本上完全熬煮的淀粉。
在本发明中，在悬浮液絮凝之后，优选的是在絮凝的悬浮液剪切之后，将基本上完全熬煮的淀粉添加至该悬浮液中。优选的是，含水再絮凝组分包含基本上完全熬煮的淀粉。
含水再絮凝组分优选包含阴离子微粒的水分散体。基本上完全熬煮的淀粉可以预熬煮至其基本上完全熬煮的状态，然后将该熬煮的淀粉和阴离子微粒混合，以便形成包含这两种物质的最终分散体。例如，可以对淀粉进行熬煮，然后与微粒的水分散体混合。
然而，优选的是，借助将基本上未熬煮的淀粉与微粒水分散体混合并在该分散体中对淀粉进行熬煮而制备再絮凝组分。如果需要或希望的话，然后可以用水稀释所得到的分散体。在微粒存在下对淀粉进行熬煮，似乎会在再絮凝组分中产生特别希望的结构。
优选的阴离子颗粒料是溶胀粘土，如二氧化硅，胶体硅酸和胶态二氧化硅，聚硅酸盐和聚硅酸微凝胶以及这些物质的各种铝改性的物质，以及有机微粒，例如，如WO95/33096中所述。
另一种能使用的再絮凝组分是聚合物的水溶液，所述聚合物通常是聚合物助留剂的抗衡离子，所述助留剂用于使纤维素纤维素稀浆悬浮液进行初始再絮凝，特别是所述助留剂为WO98/29604中所述的物质。
在滤水之前，优选的是在添加至纤维素稀浆水悬浮液中之前，淀粉必须完全熬煮，对此我们的意思是：淀粉颗粒必须已爆裂并且基本完全成胶状。当然，按照常规，在熬煮期间，将淀粉保持在一定程度的搅拌之下，这通常是必需的。
优选的是，将基本上没有未熬煮的淀粉包括在被滤水的悬浮液中，因此，在纸页干燥期间无需依靠淀粉的熬煮。
能够使用的淀粉可以是常规淀粉的任一种，如阳离子，阴离子或两性淀粉，并且可以由例如玉米，麦，土豆或木薯淀粉衍生得到，或可以是回收的淀粉。
在本发明的另一实施方案中，含水再絮凝组分可只包含熬煮的淀粉作为其主要成份，所述淀粉对于剪切的纤维素絮凝物而言是充分的抗衡离子，对于絮凝物而言，它将起再絮凝组分的作用。在实践中，最好地满足该要求的熬煮淀粉通常是两性的熬煮淀粉。
因此，本发明还提供一种新颖的造纸方法，在该方法中，没有常用的阴离子微粒料，仅借助添加熬煮的两性淀粉或其它合适的淀粉而实现剪切悬浮液的再絮凝作用。尽管没有微粒料，但所述方法仍将给出令人满意的助留和助滤性能。
本发明的所有方法均将给出改善的强度，例如所指出的耐破度。
准备添加的淀粉量，将根据所要求的强度并根据悬浮液中的其它成份来选择。通常，以纤维素稀浆的干重量计，其用量至少为0.5％，通常至少为1％重量，并且能高达10或15％重量。
所使用的聚合物助留剂可以是阳离子淀粉，但通常是合成聚合物。合成聚合物可包含：已知的低和高分子量聚合物的混合物，但通常，所添加的最终聚合物助留剂是特性粘度至少为4dl/g的合成聚合物。合成聚合物可为非离子、阴离子或阳离子的，但通常是阳离子的。优选的是，助留剂为特性粘度至少为4dl/g的合成阳离子聚合物。通常，该阳离子聚合物可以是丙烯酰胺与例如二烯丙基二甲基氯化铵的共聚物或二烷基氨基烷基(甲基)-丙烯酸酯或-丙烯酰胺的聚合物(通常作为酸添加或作为季铵盐添加)。合适的物质描述于例如WO95/33096以及提及所述物质的文献中。
同样地，应当参考对合适纤维素材料和处理步骤进行说明的这些文献。
本发明的方法能够用来生产出任何定量的纸张，包括纸板，因此可以是低定量或高定量的。由于包括在这些纸张或纸板中的相对低定量材料，在干燥段期间难于实现未熬煮淀粉的充分熬煮，因此，本发明对于相对低定量材料是特别有价值的。因此，例如，本发明在生产定量低于150克/米2的纸张时是特别有价值的，但本发明还能用于更高定量的纸页和纸板。
螯合剂可以包括在再絮凝组分中和/或，如果水硬的话，包括在其中淀粉将被熬煮的水相中。
下面的实施例将阐明本发明。
实施例1
借助利用高分子量水溶性阳离子聚合物对纤维素稀浆的絮凝，然后进行剪切，再添加含水再絮凝组分，而制备定量为110克/米2的手抄纸；所述聚合物用常规方法由丙烯酰胺和阳离子单体衍生得到。
耐破度(KPA)取决于再絮凝组分。
在一系列试验中，再絮凝组分由仅有的膨润土水分散体组成或由膨润土与阴离子土豆淀粉的水分散体组成。当只使用膨润土时，耐破度为299KPA。将阴离子土豆淀粉在膨润土分散体中熬煮时，耐破度为352；而当在剪切之后但在膨润土之前对阴离子淀粉进行熬煮并添加时，耐破度为322。
实施例2
重复实施例1，并改变再絮凝组分。当单独使用膨润土时，耐破度为169。当将预熬煮的阴离子淀粉包括在膨润土分散体中时，耐破度为281。当该阴离子淀粉在膨润土中熬煮时，耐破度为350，当在剪切之后对阴离子淀粉进行预熬煮并添加时，但在处理期间没有膨润土，耐破度为308。
当包括两性淀粉并在膨润土中熬煮时，耐破度为271。当在剪切步骤之后对两性淀粉进行熬煮并添加，但不添加膨润土时，将得到良好的留着性能并且耐破度为379。在该系列试验中，淀粉的用量以纤维计为7％。
实施例3
利用特性粘度大于12dl/g的、丙烯酰胺与二甲基氨基乙基丙烯酸酯，氯甲烷季铵盐的共聚物作为助留剂，以及膨润土或熬煮的淀粉作为再絮凝组分，对由废料衍生得到的包装级纸张配料进行自由滤水试验。对于每个剂量，以分别滤出100ml,200ml和300ml水时的秒计，测量自由滤水性能，结果列于表1中。
表1
| 处理 | 剂量(ppm) | 100ml，秒 | 200ml，秒 | 300ml，秒 |
| 助留剂膨润土 | 3003000 | 5 | 28 | 78 |
| 助留剂膨润土 | 5003000 | 5 | 23 | 66 |
| 助留剂熬煮的淀粉 | 50030000 | 3 | 15 | 42 |
| 助留剂熬煮的淀粉 | 50040000 | 3 | 15 | 37 |
| 助留剂熬煮的淀粉 | 50060000 | 2.5 | 12 | 31 |
由表可以看出，用熬煮的淀粉替代膨润土将给出更快的自由滤水性能。
实施例4
利用特性粘度大于12dl/g的、丙烯酰胺与二甲基氨基乙基丙烯酸酯，氯甲烷季铵盐的共聚物作为助留剂，以及膨润土或熬煮的淀粉作为再絮凝组分，对由废料衍生得到的包装级纸张配料进行Britt动态留着试验。对于每个试验，测量所滤出水中的固含量和留着率，并将结果列于表2中。
表2
| 处理 | 剂量(ppm) | 回水固含量％ | 留着率％ |
| 助留剂膨润土 | 5003000 | 0.240 | 79.6 |
| 助留剂熬煮的淀粉 | 50040000 | 0.198 | 83.8 |
由表2的结果可以看出，利用熬煮的淀粉的试验显示出改善的留着率。
实施例5
重复实施例3，所不同的是，使用由70％脱墨废纸和30％机械浆得到的新闻纸浆料。结果列于表3中。
表3
| 处理 | 剂量(ppm) | 100ml，秒 | 200ml，秒 | 300ml，秒 |
| 助留剂膨润土 | 10003000 | 11 | 45 | - |
| 助留剂熬煮的淀粉 | 100040000 | 5 | 23 | 60 |
使用熬煮的淀粉的试验显示出了改善的滤水时间。
实施例6
重复实施例4，所不同的是，使用由70％脱墨废纸和30％机械浆得到的新闻纸浆料。结果列于表4中。
表4
| 处理 | 剂量(ppm) | 回水固含量％ | 留着率％ |
| 助留剂膨润土 | 10003000 | 0.38 | 68.6 |
| 助留剂熬煮的淀粉 | 100040000 | 0.27 | 77.7 |
使用熬煮的淀粉替代膨润土，将获得更高的留着率。
实施例7
使用0.7％未漂浆(brown millstock)，并使用750克/吨(g/tonne)、特性粘度大于12dl/g的、丙烯酰胺与二甲基氨基乙基丙烯酸酯，氯甲烷季铵盐的共聚物作为助留剂，重复实施例1的方法。在不同剂量时，使用作为仅有的再絮凝组分的阴离子熬煮的淀粉、三种两性熬煮的淀粉和未改性的熬煮的土豆淀粉，进行五个系列的试验。对形成纸页的耐破度进行测量并将结果列于表5中。
表5
作为对比，使用膨润土替代熬煮的淀粉重复该过程。耐破度列于表6。
| 熬煮的淀粉再絮凝组分 | 对于不同淀粉剂量(kg/tonne)，校正的耐破度(kpa) | ||||
| 5 | 10 | 20 | 30 | 40 | |
| 阴离子Aniofax AP25 | 228.6 | 256.8 | 260.41 | 280.6 | 279.5 |
| 两性CATO 245 | 259.2 | 284.1 | 273.9 | 308.4 | 316.0 |
| 两性CATO 247 | 255.0 | 253.9 | 263.0 | 289.3 | 320.5 |
| 两性CATO 255 | 257.8 | 266.7 | 294.7 | 314.4 | 346.7 |
| 未改性的土豆淀粉 | 239.7 | 243.8 | 260.6 | 269.1 | 271.2 |
表6
| 对于不同淀粉剂量(kg/tone)，校正的耐破度(Kpa) | |||||
| 0.5 | 1 | 2 | 3 | 4 | |
| 膨润土 | 207 | 210 | 208 | 205 | 200 |
由表6可以看出，当将熬煮的淀粉作为再絮凝组分时，纸张的耐破度将大大地改善。
Claims (9)
1．一种在造纸机上的造纸方法，包括：
提供纤维素稀浆悬浮液，
借助添加选自天然和合成聚合物的聚合物助留剂的水溶液而使该悬浮液絮凝，并由此形成絮凝的悬浮液，
对絮凝的悬浮液进行剪切，
借助添加含水再絮凝悬浮液而使剪切的悬浮液再絮凝，
通过造纸网使该再絮凝的悬浮液滤水而形成纸页，
然后对纸页进行干燥，
其特征在于：在剪切之后和滤水之前，将基本上完全熬煮的淀粉添加至悬浮液中。
2．根据权利要求1的方法，其中将基本上完全熬煮的淀粉添加至含水再絮凝组分中。
3．根据权利要求1或2的方法，其中含水再絮凝组分包含：阴离子微粒料的水分散体。
4．根据权利要求3的方法，其中含水再絮凝组分包含：溶胀粘土，胶态二氧化硅，聚硅酸或聚硅酸盐微凝胶或铝改性的硅酸盐的水分散体。
5．根据权利要求3或4的方法，包括制备再絮凝组分的步骤，所述再絮凝组分由下列方法制得：将基本上未熬煮的淀粉与微粒料的水分散体混合并在该分散体中对淀粉进行熬煮。
6．根据权利要求2的方法，其中淀粉为两性淀粉。
7．根据权利要求6的方法，其中含水再絮凝组分是基本上不含阴离子微粒料或合成聚合物助留剂。
8．根据权利要求1-7任一项的方法，其中助留剂选自阳离子淀粉和合成聚合物。
9．根据权利要求1-8任一项的方法，其中助留剂为特性粘度至少为4dl/g的合成阳离子聚合物。
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