DD269755A3 - Verfahren zur feststoffretention und entwaesserungsbeschleunigung bei der papierherstellung - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Feststoffretention und Entwaesserungsbeschleunigung bei der Papierherstellung, das in der Papierindustrie genutzt wird. Dazu wird ein hochverzweigtes, hochmolekulares, wasserloesliches Copolymer aus Dimethyl-dially-ammoniumchlorid und 0,1 bis 3,0 Mol-% eines vernetzenden Comonomeren in Mengen von 0,01 bis 0,5% bezogen auf den Gehalt der papierbildenden Suspension an Faserrohstoffen und Zuschlagstoffen, zu dieser Suspension zugesetzt und die Papierherstellung in bekannter Weise durchgefuehrt.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entwässerungsbeschleunigung und zur Retention der Faser-, Füll- und Feinstoffe bei der Papierherstellung, wobei gleichzeitig die Abwasserbehandlung verringert wird. Das Verfahren eignet sich bei der Herstellung von verschiedenen Pappe- oder Papierarten, die sich durch unterschiedliche Faserroh- und Zuschlagstoffe auszeichnen.
Bei der Papierherstellung gelangen die Faserrohstoffe, z. B. Holzschliff oder gemahlener Zellstoff oder verkleinertes Altpapier, in der Regel mit weiteren Zuschlagstoffen wie z. B. Füllstoffen oder mineralischen Pigmenten, als wäßrige Suspension auf ein endloses bewegtes Siebband. Dabei werden große Mengen Wasser entfernt und ein Blatt gebildet. Dieses Blatt wird anschließend weiter mechanisch entwässert und getrocknet. Voraussetzung für eine hohe Produktivität der Papiermaschinen bei guter Materialökonomie ist der Einsatz verfahrenstechnischer Hilfsmittel. Als solche kommen die sog. Retentionsmittel oder Entwässerungsbeschleunigerzur Anwendung. Sie haben vor allem die Aufgabe, die Faser-, Fein- und Füllstoffretention auf dem Papiermaschinensieb zu erhöhen. Gleichzeitig sollen sie eine Entwässerungsbeschleunigung auf dem Sieb und in den nachgeschalteten Naßpressen und Trockenpartien bewirken sowie zu einer Abwasserklärung beitragen. Die Hauptwirkungen der verfahrenstechnischen Hilfsmittel, nämlich Retention und Entwässerung, sind somit Voraussetzung für hohe Produktionsleistungen durch schnellen und störungsfreien Lauf der Papiermaschinen bzw. für eine Energieeinsparung, insbesondere in den Trockenpartien, und für eine gute Materialökonomie durch weitgehendes Zurückhalten aller Feststoffe auf dem Sieb. Verbesserte Retention bedeutet gleichzeitig verringerte Abwasserbelastung.
Als Entwässorungsbeschleuniger und Retentionsmittel werden Polyethylenimin, Polyamine, Polyamidamine sowie kationische oder anionische Polyacrylamide eingesetzt (vgl. Ulimann, Enzyklopädie der technischen Chemie, 4. Auflage, Verlag Chemie, Band 17, S. 584; Zellstoff, Papier, 5. Auflage, Fachbuchverlag Leipzig, S. 231,235-237). Dabei hat Polyethylenimin die weitaus größte Anwendung als Entwässerungsbeschleuniger gefunden (Zellstoff, Papier S. 236).
Daneben v/erden weitere synthetische Polymere als Entwässerungsbeschleuniger und Retentionsmittel erprobt, haben jedoch keine technische Anwendung gefunden. Dazu gehört lineares Poly(dimethylallyl-ammoniumchlorid) (PoIy-DMDAAC). Dieses Polymer liefert im Vergleich zum Polyethylenimin eine geringere Entwässerung, so daß bei technisch relevanten kleinen Einsatzmengen keine Produktionssteigerung im Vergleich zur zusatzfreien Fahrweise erzielt werden kann (Zellstoff und Papier 31 (1982JS. 19-23).
Wirksame Retentionsmittel und Entwässerungsbeschleuniger haben eine lineare Struktur, Verzweigungen im Molekül wirken sich nachteilig aus. Dabei sind die wirksamen chemischen Gruppen bei kationischen Produkten durchweg Amid- bzw. schwach basische Aminogruppen, nicht jedoch stark basische quatemäre Ammoniumgruppen (F. Müller, U. Beck, Das Papier 33 [1979] IOA, V 89-95). Polymere, die ausschließlich aus Struktureinheiten mit quaternären Ammoniumgruppen aufgebaut sind, finden deshalb keine praktische Verwendung.
Retentionsmittel und Entwässerungsbeschleuniger sollen eire Mikroflockung hervorrufen, weil nur so die gewünschte Produktionssteige'-ung in allen Prozeßstufen herbeigeführt werden kann. Bei der Ausbildung von Makrofiocken sind insbesondere in de r Pressen- und Trockenpartie keine positiven Effekte erzielbar. Makroflocken werden um so eher gebildet, je höher das Molekulargewicht des eingesetzten Hilfsmittels ist.
So zeigen z. B. hochmolekulare kationische Polyacrylamide «ine ausgesprochen starke Tendenz zur Bildung von Makroflocken mit den genannten technologischen Nachteilen.
(F. Müüer, U. Beck, Das Papier 33 [1979] 10A, V 89-95; W. Günder, H. Melzer, Das Papier 33 (1979] 10A, V 95-100; W. Auhorn, Wochenblatt Papierfabrikation [1982] 5, S. 155-162).
Bei Einsatz eines einzigen Polymers fallen die Optima von Feststoffretention, Entwässerungsgeschwindigkeit und Abwasserklärung häufir; nicht zusammen, sondern lieger, bei unterschiedlichen Zeiten nach dem Zusatz bzw. bei unterschiedlichen Zugjbemengen (Das Papier 33 [1973] 10A, V 89-95). Deshalb wurden auch Mischungen aus verschiedenen Pc iymeren, z.B. aus Polyethylenimin und Polyethyl« 'oxid, erprobt (Das Papier29 [1975] V32).
Die bekannten verfahrenstechnischen Hilfsmittel hai η jedoch den Nachteil, daß die Entwässerungsgeschwindigkeit bei guter Retention und Abwasserklärung nicht ausreichend ist, um eine hinreichende Steigerung von Produktionsleistungen und
Materialökonomie zu erreichen. Sie ist häufig nur auf don ersten Teil der Siebpartie beschränkt und in den nachfolganden technologischen Abschnitten nicht in erforderlichem Umfang wirksam. Die Verwendung von Mischungen aus Polymeren hat den weiteren Nachteil, daß diese Mischungen nicht universell einsetzbar sind und daß an das technologische Regime hinsichtlich der exakt abgestimmten Dosierung zusätzliche hohe Anforderungen gestellt werden müssen.
Ziel der Erfindung ist ein Verfahren, bei dem durch den Einsatz verfahrenstechnischer Hilfsmittel bei hoher Materialökonomie eine Steigerung der Produktionsleistung bei der Papierherstellung erreicht wird, wobei gleichzeitig eine gute Abwasserklärung erzielt wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Erhöhung der Raum-Zeit-Ausbeute bei der Papierherstellung durch erhöhte Entwässerungsgeschwindigkeit bei gleichzeitig guter Gesamtretention der Feststoffe durch Zugabe eines geeigneten wasserlöslichen organischen Polymeren zu entwickeln.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, indan bei der Papierherstellung als Entwässerungsbeschleuniger und Retentionsmittel ein wasserlösliches, hochverzweigtes, hochmolekulares Copolymer aus Dimethyl-diallyl-ammoniumchlorid (DMDAAC) und 0,1 bis 3,0Mol-% eines vernetzenden Comonomeren mit einer Molmasse 80000 in Mengen von 0,01 bis 0,5%, bezogen auf den Feststoffgehalt der Suspension aus Faserrohstoffen und Zuschlagstoffen, als wäßrige Lösung zugesetzt wird. Als vernetzende Comonomere für die Herstellung des hochvercweigten PoIy-DMDAAC eignen sich z. B. Amin- oder Ammoniumsalze mit mehr als zwei Allylgruppen, u. a. Methyl-trialiyl-ammoniumchlorid (MTAAC), Tetraallyl-ammoniumchlorid (TAAC), N,N,N',N'-Tetraai:ylethylendiaminhydrochlorid (TAEDC) und/oder Triallyl-aminhydrochlorid (TAC) sowie Methylenbisacrylamid (MBA). Die Herstellung des hochverzweigten PoIy-DMDAAC erfolgt durch Copolymerisation von DMDAAC mit dem vernetzenden Comonomer in wäßriger Lösung unter Dosierung des Vernetzers, wobei die Zudosierung während der fortschreitenden Homopolymerisation oder Copolymerisation des DMDAAC nach Umsätzen zwischen 25 und 90% erfolgt.
Das verbesserte Verfahren zur Papierherstellung wird so durchgeführt, daß in üblichen technischen Vorrichtungen in bekannter Weise vor oder während der Blattbildi .ng die gewünschte Menge an Polymer diskontinuierlich oder kontinuierlich zudosiert wird. Es kann auf alle bekannten Verfahren zur Herstellung von Papier oder Pappe, die zu unterschiedlichen Papier- oder Pappesorten führen und dazu unterschiedliche Faserrohstoffe und Zuschlagstoffe verwenden, angewandt werden. Dabei kann der Feststoffgehalt der Suspension, die auf das Sieb auffließt, z.B. zwischen 0,1 und 1,5% liegen. Überraschend zeigte sich, daß bei Einsatz des hochverzweigten PoIy-DMDAAC eino erhebliche Erhöhung der Entwässerungsgeschwindigkeit eintritt. Diese beschleunigte Entwässerung erfolgt sowohl auf dem Sieb als auch in den Pressen- und Trockenpartien. Gleichzeitig werden sehr gute Ergebnisse bei Retention und Abwasserklärung erzielt. Bei gleichbleibend guter Retention gegenüber den Füllstoffen zeichnet sich das hochverzweigte PoIy-DMDAAC durch eine wesentlich höhere Aktivität gegenüber den Faserstoffen aus.
Zum Nachweis der Entwässerungsbeschleunigung und der Retention wurden der zu behandelnden Suspension jeweils folgende Polymere in der angegebenen Menge zugesetzt, wobei sich die Zusatzmengen auf den Feststoffgehalt der Suspension beziehen.
Polymer
Abkürzung
Menge in %
Polyethylenimin—Vei gleichsbeispiel PoIy-DMDAAC (Homopolymer)—Vergleicnsbeispiel Copolymer aus DMDAAC und 0,1 Mol-% ViTAAC Copolymer aus DMDAAC und 0,5 Mol',- MTAAC Copolymer aus DMDAAC und 1,5 Mol-% MTAAC Copolymer aus DMDAAC und 1,5 Mol-% MTAAC Copolymer aus DMDAAC und 1,5 Mol-% MTAAC Copolymer aus DMDAAC und 1,5 Mol-% MTAAC Copolymer aus DMDMC und 1,5 Mol-% MTAAC Copolymer aus DMDAAC und 3,0 Mol-% MTAAC Copolymer aus DMDAAC und 1,5 Mol-% TAAC Copolymer aus DMDAAC und 1,5 Mol-% TAEDC Copolymer aus DMDAAC und 1,5 Mol-% TAC Copolymer aus DMDAAC und 1,5 Mol-% MBA
0,02
0,02
0,02
0,02
0,02
0,01
0,04
0,08
0,5
0,02
0,02
0,02
0,02
0,02
Auf einer Langsiebversuchspapierrnaschine (Arbeitsbreite 65cm) wurde der Einfluß der Substanzen nach Tabelle 1 auf die Entwässerung und Trocknung untersucht. Dazu wurden einer 0,8%igen Suspension aus zerkleinertem Altpapier und anderen Papierabfällen ohne weitere Zusatzstoffe die Substanzen nach Tabelle 1 jeweils kontinuierlich zugegeben. Gemessen wurde die Entwässerung in der Registerpartie der Papiermaschine durch Auffangen von 250mal des Abwassers und Messen der notwendigen Zeit und die Entwässerung in der Saugpartie durch Messung des Vakuums sowie der Trockengehalt am Ende der Trockenpartie.
In Tabelle 2 sind die entsprechenden Werte zusammengestellt.
| Tabelle 2 | Polymer | Entwässerungszeit | Vakuum Saugpartie | Endtrockenge |
| Versuch | Registerpartie see. ' | Abnahme in % | halt% | |
| Nr. | — | 6,5 | 0 | 93,1 |
| 1 | A | 5,4 | 20 | 95,1 |
| 2 | B | 5,7 | 5 | 95,2 |
| 3 | C | 5,1 | 23 | 97,5 |
| 4 | D | 4.6 | 28 | 98,0 |
| 5 | E | 4,4 | 30 | 98,5 |
| 6 | F | 5,4 | 21 | 97,6 |
| 7 | G | 4,1 | 34 | 98,8 |
| 8 | H | 4,0 | 35 | 98,9 |
| 9 | J | 3,8 | 32 | 98,9 |
| 10 | K | 4,4 | 30 | 98,5 |
| 11 | L | 4,3 | 30 | 98,5 |
| 12 | M | 4,5 | 28 | 98,6 |
| 13 | N | 4,4 | 30 | 98,4 |
| 14 | O | 4,4 | 30 | 98,4 |
| 15 | ||||
Durch Permeabilitätsmessungen wurde die spezifische Oberfläche einer Suspension von Holzschliff in Wasser und deren Veränderung durch Zusatz von wasserlöslichen organischen Polymeren nach Tabelle 1 gemessen. Dtose Methode ist ein Maß für die Entwässerungsgeschwindigkeit. Je kleiner die spezifische Oberfläche O, wird, desto höher ist die Entwässerungsgeschwindigkeit. Dabei wurde das aus 1%iger Suspension gewonnene Faservlies auf Trockengehalte von 20% verdichtet, so daß O, die Entwässerungsgeschwindigkeit auf dem Sieb und in den Pressen- und Trockenpartien beschreibt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 zusammengestellt.
| Versuch Nr. | Polymerzusatz | O.mVg |
| 1 | — | 5,93 |
| 2 | A | 3,77 |
| 3 | B | 4,14 |
| 4 | C | 3,60 |
| 5 | D | 3,56 |
| 6 | E | 3,45 |
| 7 | F | 3,90 |
| 8 | G | 3,31 |
| 9 | H | 3,19 |
| 10 | J | 3,10 |
| 11 | K | 3,40 |
| 12 | L | 3,42 |
| 13 | M | 3,51 |
| 14 | N | 3,47 |
| 15 | O | 3,47 |
In einem Labor-Druckblattbildner wurden gefüllte Papierblätter aus einer Suspension von Holzschliff und Kaolin mit einem Feststoffgehalt von 0,8% formiert und der Einfluß zugesetzter wasserlöslicher Polymerer auf den Aschegehalt (bezogen auf das Trockengewicht des Papiers) und die Trübung des abgetrennten Wassers untersucht. Steigender Aschegehalt bedeutet steigende Retention des Füllstoffs. Abnehmende Trübung entspricht steigender Reinheit des abgetrennten Wassers.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 zusammengestellt.
| Polymer | Menge % | Aschegehalt % | Trübung Skalenteile | |
| 1 | — | — | 13,1 | 86,5 |
| 2 | A | 0,02 | 15,5 | 78,0 |
| 3 | A | 0,04 | 16,1 | 69,0 |
| 4 | B | 0,02 | 15,4 | 75,5 |
| 5 | B | 0,04 | 15,9 | 68,0 |
| 6 | D | 0,02 | 15,5 | 77,0 |
| 7 | D | 0,04 | 15,9 | 70,0 |
| 8 | G | 0,02 | 15,7 | 75,0 |
| 9 | G | 0,04 | 16,1 | 68,0 |
Claims (2)
1. Verfahren zur Feststoffretention und Entwässerungsbeschleunigung bei der Papierherstellung, wobei die papierbildende Suspension aus Faserrohstoffen und Zuschlagstoffen mit Feststoffgehalten von 0,1 bis 1,5% besteht, durch Zusatz von 0,01 bis 0,5% wasserlöslichen organischen Polymeren, bezogen auf den Feststoffgehalt der Suspension, gekennzeichnet dadurch, daß der Suspension ein hochverzweigtes, molekulares Copolymer mit einer Molmasse von 80000 aus Dimethyldiallylammoniumchlorid und 0,1 bis 3,0 Mol-% eines wasserlöslichen vernetzenden Comonomers aus der Gruppe der Amin- oder Ammoniumsalze mit mehr als zwei Allylgrupoen zugesetzt wird, wobei die Copolymerisation in wäßriger Lösung unter Dosierung des Vernetzars während der fortschreitenden Polymerisation des DMDAAC nach Umsätzen zwischen 25 und 90% durchgeführt wurde.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß als vernetzende Comonomere M et hy I-triallyl-ammoniumchlorid, Tetraallyl-ammoniumchlorid, Triallyl-aminhydrochlorid, Ν,Ν,Ν',Ν'-Tefraallyl-ethylendiaminhydrochlorid oder Methylenbisacrylamid eingesetzt werden.
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