CZ2001728A3 - Způsob výroby papíru - Google Patents

Abstract

Způsob výroby papíru v papírenském stroji, zahrnující přípravu celulózové řídké suspenze papíroviny, flokulaci této suspenze přidáním vodného roztoku polymerního retenčního činidla zvoleného z přírodních a syntetických polymerů k získání flokulované suspenze, vystavení této flokulované suspenze střihovému napětí, reflokulaci takto získané suspenze přidáním vodné reflokulační suspenze, odvodnění reflokulované suspenze na sítu k vytvoření archu a vysušení tohoto archu, jehož podstata spočívá v tom, že se k suspenzi po jejím vystavení střihovému napětí a před jejím odvodněním přidá v podstatě zcela rozvařený škrob.

Description

Oblast techniky

Vynález se týká výroby papíru, který je zpevněn škrobem.

Dosavadní stav techniky

Různé způsoby výroby papíru a výroby papíru zpevněného škrobem jsou popsány například v mezinárodní patentové přihlášce WO95/33096. Jednotlivými základními operacemi, které jsou běžně realizováné při výrobě papíru, jsou příprava řídké celulózové suspenze papíroviny, flokulace této suspenze, vystavení flokulované suspenze střihovému napětí, reflokulováni takto /zpracované suspenze přidáním vodné reflokulační suspenze, odvodnění, suspenze na sítu k vytvoření mokrého archu a vysušení tohoto mokrého archu. Flokulace se obvykle realizuje za použiti retečních činidel na bázi přírodních nebo syntetických polymerů, zatímco reflokulace se obecně realizuje použitím vodné suspenze bentonitu nebo jiného aniontového mikrozrněného materiálu.

Je známé přidávat škrob k finálnímu archu za účelem zlepšení jeho pevnosti. Podle jednoho z konvenčních zpracování tohoto typu se roztok v podstatě zcela rozvařeného škrobu nanáší na arch papíru před jeho finálním vysušení. Rovněž je známo nanášet na arch papíru bezprostředně před jeho sušením částečně nebo zcela nerozvařený škrob, přičemž k rozvaření škrobu dochází až při následném sušení. Je rovněž známo zabudovat v podstatě • ······· • · · · · • « · · · · · · nerozvařený škrob do vodné suspenze papíroviny před jejím odvodněním, například společně s retenčním 'činidlem nebo s vodnou reflokulační kompozicí. V podstatě nerozvařený škrob by mohl být mírně předvařen s cílem usnadnit jeho finální rozvaření, avšak podstatná část rozvaření nebo úplně celé rozvaření škrobu se provádí až v sušícím stupni, čímž se vpodstatě nerozvařený škrob . převede na v podstatě zcela, rozvařený škrob ve finálním papírovém pásu.

Podstata vynálezu

V rámci vynálezu se v podstatě rozvařený škrob přidává k suspenzi papíroviny potom, co byla . tato suspenze vystavena flokulaci, a výhodně potom, co byla tato flokulovaná suspenze vystavena účinkům střihového napětí. Výhodně je vodná reflokulační kompozice tvořena v podstatě zcela rozvařeným škrobem.

Vodná reflokulační kompozice výhodně obsahuje vodnou disperzi aniontového mikrozrněného materiálu. V podstatě zcela ,rozvařený škrob může být předběžně rozvařen do v podstatě zcela rozvařeného stavu, načež mohou být rozvařený škrob a aniontový mikrozrněný materiál smíšeny k vytvoření finální disperze, která obsahuje obě uvedené složky. Tak například škrob'může být rozvařen a potom smíšen s vodnou disperzí mikrozrněného materiálu.

Výhodně je však reflokulační kompozice připravena smíšením v podstatě nerozvařeného škrobu s vodnou disperzí mikrozrněného materiálu a potom rozvařením, škrobu v této disperzi. V případě, že je to· nezbytné nebo ’žádoucí , může být výsledná disperze potom zředěna vodou. Zdá se totiž, že rozvaření . škrobu v přítomnosti mikrozrněného materiálu poskytuje obzvláště žádoucí strukturu v rámci reflokulační kompozice. ¹ '

	4 '· 4	4	4 4 4	44 4 4 4 .4	4 4 4	4 4
	4 4 4 4	• 4	4	4 4 4	4
	•	•	.-4	4 4 4	4
• 4	4		« 4	44	4 4	4 4

Výhodnými aniontovými zrněnými materiály. jsou bobtnající hlinky, jako například silika, koloidní kyselina křemičitá a koloidní siliky, polykřemičitany a. mikrogely kyseliny polykřemičité· a hliníkem modifikované verze uvedených látek, a organické mikročástice, na příklad všechny organické 'mikrozrněné materiály popsané v. mezinárodní patentové přihlášce WO95/33096.

Jinou refíokulační kompozicí, která může být použita, je vodný roztok polymeru, který obecně, tvoří iontový protipól vzhledem k polymernímu retenčnímu činidlu, které je použito při prvotní flokulaci celulózové řídké suspenze papíroviny, přičemž obzvláště může být použit k danému účelu materiál popsaný v mezinárodní patentové přihlášce WO98/29604. , ·

Škrob musí být zcela rozvařen před odvodněním mokrého papírového archu a výhodně před přidáním k uvedené celulózové . řídké ...suspenzi paproviny, čímž se míní, že škrobové granule musí být rozpukané a musí přejít do zcela zgelovatělého stavu. Přirozeně je obvykle nezbytné udržovat škrob v průběhu, vaření při určité míře míchání, jak je to obvyklé. ... *

Výhodně, se v podstatě žádný nerozvařený škrob nezabuduje do suspenze, která je· odvodněna, a není tedy nutné spoléhat na rozvaření škrobu v průběhu sušení mokrého papírového pásu. .

Škrobem, který může být v daném případě použit, může být libovolný z konvenčních škrobů, mezi které patří například kationtově', aniontové nebo amfoterní škroby, přičemž tyto .škroby mohou být například získány z kukuřice, pšenice, brambor nebo tapioky anebo může jít i regenerované škroby.

I · ftftftft .4 ftftftft ftft · • · · · • · ftft ·<

V rámci jiné formy provedení vynálezu může vodná reflokulační kompozice obsahovat jako základní složku pouze rozvařený škrob, který má dostatečně proťiiontový charakter vzhledem k celulózovým vločkám vystaveným střihovému napětí, vůči kterým škrob slouží jako reflokulační kompozice. V praxi je rozvařeným škrobem, který nejlépe, splňuje tento požadavek, obvykle amfoterní rozvařený škrob.

V souladu s tím vynález poskytuje nový způsob výroby papíru, při kterém se reflokulace suspenze po jejím vystavení střihovému napětí dosáhne pouhým přidáním rozvařeného amfotérního nebo jiného vhodného škrobu bez obvyklého , aniontového mikrozrněného materiálu. Takové procesy dodávají papírovině uspokojivé retenční a drenážní vlastnosti a to i vzdor nepřítomnosti mikrozrněného materiálu.

Všechny procesy podle vynálezu dodávají papíru . .zlepšenou . pevnost, . zejména. zlepšenou odolnost proti.

roztržení.

Množství škrobu, které má být přidáno, bude závislé na míře požadované pevnosti papíru a na ostatních složkách λ

přítomných v suspenzi papiroviny. Obecně toto množství činí alespoň 0,5 % hmotn. a obvykle alespoň 1 % hmotn. , přičemž může činit až 10 nebo 15'% hmotn., vztaženo na sušinu celulózové řídké suspenze papíroviny.

Polymerním.' retenčním činidlem, které se použije, může být kationtový škrob, i když tímto činidlem může být obecně každý Vhodný syntetický polymer. Jak je známo, může tento syntetický polymer obsahovat kombinaci nízkomolekulárních a vysokomolekulárních polymerů,· avšak obecně je- finálním polymerním retenčním činidlem, které je přidáno, syntetický polymer mající vnitřní viskozitu (limitní viskozitní číslo) alespoň rovnou 4 dl/g. Uvedeným syntetickým polymerem může být neionogenní, aniontový nebo kationtový polymer, avšak obvykle je tímto polymerem kationtový polymer. Výhodně je. retenčním činidlem sýntetický kationtový polymer mající vnitřní viskozitu alespoň rovnou 4 dl/g. Typicky mohou být těmito kationtovými polymery kopolymery akrylamidu například s dimethylámoniumchloridem nebo sdialkylaminoalkyl(meth)-akrylátovými nebo -akrylamidovými polymery (obykle adiční soli s'kyselinou nebo kvartérní amoniové soli). Takové vhodné takové látky jsou popsány například v mezinárodní patentové přihlášce WO95/33096.

Stejně tak je možné odkázat na výše uvedený dokument v souvislosti s vhodnými celulózovými materiály a procesními stupni.

Způsob podle vynálezu může být proužit pro výrobu papíru s libovolnou plošnou hmotností, včetně papírových lepenek, a týká se tedy papírů s vysokou i nízkou plošnou hmotností. Vynález má obzvlátě· význam pro výrobu materiálů s relativně nízkou plošnou hmotností, neboť právě u těchto materiálů bývá obtížné dosáhnout adekvátního . rozvaření nerozvařeného škrobu v. průběhu šušícího stupně. Takto je například vynález obzvláště významný pro výrobu papírových pásů s plošnou hmotností nižší než 150 g/m², i když může být rovněž použit v případě výroby papírů s vyšší plošnou hmotností, jakož i v případě výroby lepenky.

V případě, že, se. při výrobě papíru používá tvrdá voda, může být do reflokulační kompozice nebo/a do vodné fáze, ve které má být škrob rozvařen, přidáno chelátotvorné činidlo.

V následující části popisu bude vynález blíže popsán pomocí konkrétních příkladů jeho provedení, přičemž tyto příklady mají pouze ilustrační charakter a. /nikterak neomezují rozsah vynálezu, který je jednoznačně definován definicí patentových nároků a obsah popipsné části.

β

Příklady provedení vynálezu

Přiklad 1

Ruční arch (zkušební arch) s plošnou hmotností^ 110 g/m²byl připraven konvenční flokulací eelulózové řídké suspenze papiroviny za použití ve vodě rozpustného kationtového polymeru s vyšší molekulovou hmotností, který je odvozen od akrylamidu a kationtového monomeru,. dále aplikací střihových sil a potom přidáním vodné reflokulační kompozice.

Odolnost proti přetržení (v kPa) závisela na reflokulační kompozici.

V jedné sérii experimentů byla reflokulační kompozice tvořena vodnou disperzi bentonizu samotného nebo v kombinaci s aniontovým bramborovým škrobem, V případě, že byl použit pouze bentonit, činila odolnost proti přetržení 299 kPa. V případě, že byl aniontový škrob rozvařen v bentonitové disperzi, činila odolnost proti roztržení 353 kPa, zatímco v případě, že byl aniontový škrob rozvařen a přidán potom, co byla suspenze vystavena střihovému napěti

avšak před tím, než byl proti roztržení 322 kPa.	přidán	bentonit,	činidla	pevnost
Příklad 2
Byl' opakován postup	'podle	příkladu	1, přičemž byla
měněna reflokulační kompozice.	Když byl	přidán	samotný

bentonit , činila odolnost proti roztržení 169 kPa. Když byl předem rozvařený aniontový škrob zabudován do bentonitové disperze, činila odolnost proti roztržení 281. Když byl aniontový škrob rozvařen v bentonitu, činila

4 4 4 4 odolnost proti roztržení 350 'kPa. Když byl aniontový. škrob předběžně rozvařen a přidán po vystavení suspenze střihovému napětí avšak při absenci jakéhokoliv bentonitu v průběhu procesu, činila odolnost proti roztržení 308 kPa.

4444.4 4

V. případě, že byl amfoterní škrob přidán k bentonitu arozvařen v bentonitu, činila odolnost proti roztržení 271 kPa. Když byl amfoterní škrob rozvařen a přidán po vystavení suspenze střihovému napětí, avšak nebyl přidán bentonit, potom byla dosažena dobrá retence a odolnost proti roztržení činila 379 kPa. V této sérii -experimentů činilo množství škrobu 7 %, vztaženo na hmotnost vláken.

Příklad 3

V rámci tohoto příkladu byl proveden test volného odvodnění s materiálem pro výrobu balícího papíru získaného z· odpadu . za použití kopolymeru akrylamidu s methylchloridovou kvarterní amoniovou solí dimethylaminoethylakrylátu, majícího vnitřní viskozitu vyšší než 12 dl/g, jako retenčního činidla a bentonitu nebo rozvařeného škrobu jako reflokulační kompozice. Pro každou šarži byla měřena doba v sekundách potřebná k odvodnění 100 ml, 200 ml a 300 ml kapaliny. Získané výsledky jsou uvedeny v tabulce 1. · ’ » · φφφφφφ φφ ' · • · φ- · Φ * · Φ Φ Φ •ΦΦΦΦΦΦ Φ ΦΦΦ Φ Φ

Φ Φ Φ Φ Φ ,Φ ΦΦΦ

ΦΦΦ Φ ΦΦ ΦΦ ΦΦΦΦΦ

Tabulka 1

Přidaná činidla	Dávka (ppm)	Počet sekun potřebný k odvodnění
100 ml	2 00 ml	300 ml
Retenční činidlo Bentonit	300 3000	5	28	78
Retenční
činidlo	500	5	23	66
Bentonit	3000
Retenční
činidlo	500	3	. T5	42
Rozvařený škrob	30000
Retenční
činidlo	500	3,	' 15	.37 '
Rozvařený škrob	40000
Retenční
činidlo'	500 .	2,5	12	31
Rozvařený
škrob	60000

Jak je zřejmé z výše uvedených výsledků, poskytly experimenty provedené za použití rozvařeného škrobu.namísto bentonitu vyšší rychlosti, odvodnění mokrého papírového ručního archu.

• · ·· ···· ·· · 9 9 · ···· · · · ,9 · 9 9 9

'9

Příklad 4 .,.

V rámci tohoto příkladu byl proveden Britt-ův dynamický retenční test s materiálem pro. výrobu balícího papíru získaného z odpadu za použití kopolymeru akrylamidu s methylchloridovou kvarterní amoniovou solí dimethylaminoethylakrylátu, majícího vnitřní viskozitu vyšší než 12 dl/g, jako retenčního činidla a bentonitu nebo rozvařeného škrobu jako reflokulační kompozice. Obsah pevného podílu ve vodě odťeklé z mokrého ručního archu, jakož i retence byly stanoveny pro každou šarži. Získané výsledky jsou uvedeny v následující tabulce 2.

Tabulka 2

Přidaná činidla	/ . Dávka(ppm)	Pevný podíl v odteklé vodě(%)	Retence (%)
Retenční
činidlo	500	0,240	79,6
Bentonit	3000
Retenční
činidlo	500	.0,198 *	83,8
Rozvařený
škrob	40000

Jak je zřejmé z výše Uvedených· výsledků, při experimentu's rozvařeným škrobem bylo dosaženo zlepšené retence.

Příklad 5

Opakuje se postup podle příkladu 3 s výjimkou že se použije novinová papírovina tvořené 70 % odbarveného odpadního papíru a 30 %. dřevoviny. Získané výsledky jsou uvedeny v následující tabulce 3.

to to ' ·· ···· ·· · to· · < · · · · · ·· • ······ to · · · · · • · ······· ··· to ·· ·· ·· ···

Tabulka 3

Přidaná	Dávka	Počet	sekun potřebný k odvodnění
činidla	(ppm)	100 ml	200 ml 300 ml
Retenční
činidlo	1000	11	45 -
Bentonit	300 0
Retenční
činidlo	1000	5	.23 60·
Rozvařený
škrob	4 0000

Z výše uvedených výsledků je zřejmé, že experiment s rozvařeným škrobem poskytl větší rychlost odvodnění mokrého ručního archu.

Příklad 6

Opakuje se postup podle příkladu 4 s .výjimkou že se použije novinová papírovina tvořené 70 % odbarveného odpadního papíru a 30 % dřevoviny'. Získané výsledky jsou uvedeny v následující tabulce 4 .

·· 000000 00

0 0 0 0· 0 0.0

000000 0 000 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 00 00 00 000

Tabulka 4

Přidaná činidla	'Dávka(ppm)	Pevný podíl v odteklé vodě(%)	Retence (%)
Retenční
činidlo	1000.	0,38	68,6-
Běntonit	3000
Retenční
činidlo	1000.	0,27	77,7
Rozvařený
škrob	40000
Jak je zřejmé	z výše uvedených výsledků,	při experimentu s

rozvařeným škrobem bylo dosaženo zlepšené retence.

Příklad 7

Opakuje se postup podle příkladu 1 za použití Q,7% hnědé mleté dřevné papíroviny a 750 g/t kopolymeru akrylamidu, . s methylchloridovou.· amoniovou, solí dimethylaminoethylakrylátu majícího vnitřní viskozitu vyšší než 12 dl/g ve funkci retenčního činidla. Bylo provedeno pět sérií experimentů, přičemž jako jediná reflokulační kompozice byly použityaniontový.rozvařený škrob, tři typy amfoterního rozvařeného škrobu a nemodifikovaný rozvařený bramborový škrob v· různých dávkách. V ·rámci testu byla měřena odolnost papírových ručních archů proti roztržení a získané výsledky jsou uvedeny v následující tabulce 5.

• · 19 ···· ·· · · ♦ · · ♦ · · · · · · • ···· 11 1 · · 1

Tabulka 5

Reflokulační kompozice tvořená rozvařeným škrobem	Korigovaná odolnost proti roztržení
(kPa) pro	různé	dávky škrobu (kg/tuna)
5	10	20	30	40
Aniontový Aniofax AP25	228, 6	,256,	8 260,41	280,6	279,5
Amfoterní
CATO 245	259,2	284,	1-273,9 ·	308,4.	- 316,0
Amfoterní
CATO 24 7.	255,0	253,	9 263,0	2 8 9,3	320,5
Amfoterní		-
CATO 255	257,8	266,	7 294,7	314,4	34.6,7
Nemodi f i kovaný bramborový škrob	239,7	243,	8 260,6	269,1	271,2

Za účelem srovnání byl výšé uvedený postup opakován s výjimkou spočívající v tom, že namísto škrobu byl použit bentonit. Získané výsledky týkající se odolnosti ručního archu proti roztržení jsou uvedeny v následující tabulce, 6.

Tabulka 6	13	• · • · · • ··· • · ··· ·	·· ···· » · · · · · • · · · ·· ··'	·· · ' • · · · • · · • · · ·· ···
	Korigovaná odolnost proti pro různé dávky bentonitu	roztržení (kg/tuna)	(kPa)
	0,5 1	2	3	4
Bentonit	207 210	208	205	200
Z výše	uvedených výsledků	je patrné, že	použitím

rozvařeného škrobu jako flokulační kompozice se oproti bentonitu dosáhne výrazného zlepšení odolnosti proti roztržení ručního archu.

99 ···· 99 · .

• 9 • ·	9	99	9	99 9 9 9	0« 9	•	• ·
• »·*·	9 9		0	9	9 9	•
• ·	9		•	0 ·	9	•
• 0 0		99		0 ·	00		• 0

Claims (9)

1. PATENTOVÉ

   NÁROKY

   1. Způsob výroby papíru v papírenském stroji,- zahrnující přípravu eelulózové řídké suspenze papiroviny, flokulací této suspenze přidáním vodného roztoku polymerního retenčního činidla zvoleného z přírodních a. syntetických polymerů k získaní flokulované suspenze, vystavení této flokulované suspenze střihovému napětí, reflokulaci takto získané suspenze přidáním vodné reflokulační suspenze, odvodnění reflokulované suspenze na sítu k vytvoření.archu a vysušení tohoto archu, vyznačený tím, že se k suspenzi po jejím vystavení střihovému napětí a před jejím odvodněním přidá v podstatě zcela rozvařený škrob.
2. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačený tím, že se v . podstatě zcela rozvařený škrob přidá ve vodné reflokulační kompozici. .
3. 3. Způsob podle některého z předcházejících nároků/ v y z n ač e n ý .tím, že vodná reflokulační kompozice obsahuje vodnou disperzi aniontového mikrozrněného materiálu. '
4. 4. Způsob podle nároku 3, vyznačený tím, že vodná- reflokulační kompozice obsahuje vodnou disperzi bobtnající hlinky, koloidní siliky, mikrogelu kyseliny polykřemičiťé nebo polykřemičitanu nebo hliníkem modifikované křemičitany.
5. 5. Způsob podle nároku 3 nebo 4, v y z n a č e n ý tím, ·» ···· ·· · · · · · · ·· · ·· · ♦ · · · · • ···· · · · ··· · · «·· ······ ··· · ·· ·» ·· ··· . .. 15 že zahrnuje stupeň přípravy vodné reflokulační kompozice způsobem, který spočívá ve smíšení v podstatě nerozvařeného škrobu s vodnou disperzí mikrozrněneho materiálu a .· v rozvaření škrobu v této disperzi.
6. 6. Způsob podle nároku 2, vyznačený .tí m, že škrob je amfoterním škrobem.
7. 7. Způsob podle nároku 6, vy z. nace ný. tím, vodná reflokulační .kompozice je v podstatě prostá aniontového mikrozrněného materiálu nebo syntetického polymerního retenčního činidla.
8. 8. Způsob podle některého z nároků 1 až 7, v y z n a č e n ý t í m, že retenční činidlo je zvoleno z množiny zahrnující kationtový škrob, a syntetický polymer.
9. 9. Způsob podle některého z'nároků 1 až 8, v y z na č e n ý t í m, že retenčním činidlem je syntetický kationtový polymer mající vnitřní viskozitu alespoň rovnou 4 dl/g.

   Zastupuj e: