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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Stärke-Zusammensetzung,
einen Papierfaserstoff, der die Stärke-Zusammensetzung umfasst,
ein Verfahren zur Verwendung der Stärke-Zusammensetzung als Retentionshilfsmittel
bei der Papierherstellung und ein Verfahren zur Herstellung der
Stärke-Zusammensetzung
als Läuterungshilfe
zum Entfernen von Feststoffen aus einer wässrigen Dispersion.
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Hintergrund der Erfindung
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Die
Papierherstellung beinhaltet die Bildung und Entwässerung
einer Bahn, die vorwiegend aus Zellulosefasern und anorganischem
Füllstoff
besteht. Die Bahn wird hergestellt durch Ausbreiten einer wässrigen Suspension,
die die Cellulosefasern und anorganischen Füllstoff enthält, über einem
Draht oder Netz, und dann Entfernen von Wasser, so dass eine Faserbahn
oder ein Bogen erhalten wird. Die wässrige Suspension wird als "Papierfaserstoff" im Handel bezeichnet,
und das entfernte Wasser wird als "Kreidewasser" bezeichnet.
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Die
Industrie hat lange nach Wegen gesucht, um den Prozentsatz an kleinen
Cellulosefasern und Füllstoffpartikeln
zu reduzieren, die mit dem Kreidewasser bei der Papierbahnherstellung
entfernt werden. Dies bedeutet nicht nur einen Materialverlust,
sondern trägt
es auch zu einem Aufbau von Material in dem Kreidewasser bei, das
als "Anionen-Abfall" bezeichnet wird,
und das den effizienten Betrieb der Ausrüstung beeinträchtigt.
Somit erleichtert die verbesserte Retention der kleineren Partikel
nicht nur die Wasserentfernung, sondern verbessert auch die Ausbeute
und Produktivität
des Papierherstellungsverfahrens.
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Im
Stand der Technik wurden viele Additive zur Verbesserung der Feinstoffretention
und Nasspartie-Entwässerung
vorgeschlagen. Kationische Stärken
werden häufig
für diesen
Zweck verwendet, insbesondere die relativ teure kationische Kartoffel-
und die wachshaltige Maisstärke.
Es wurde eine billigere kationische Maisstärke verwendet, aber diese stellt
keine angemessene Feinstoffretention und Nasspartie-Entwässerung
bereit.
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Im
Stand der Technik werden vielfach Verbesserungen der Effizienz von
Stärken
für diesen
Zweck vorgeschlagen. Die
US-Patente
5 859 128 und
6 048
929 offenbaren eine modifizierte Stärke, wobei die Stärke hergestellt
wird durch Kochen der Stärke
in der Anwesenheit eines nichtionischen, amphoteren oder kationischen
Polyacrylamids. Die modifizierte Stärke weist verbesserte Leistung
als Retentionsadditiv bei der Herstellung von Papier auf. Das
US-Patent 5 928 474 offenbart
einen modifizierte Stärke
enthaltenden Papierfaserstoff, wie er in den vorstehenden zwei Patenten
offenbart ist. Das
US-Patent
6 033 525 offenbart einen modifizierte Stärke enthaltenden
Papierfaserstoff, wie er oben hergestellt wird, und eine lösliche Aluminiumverbindung,
wobei die Leistung der modifizierten Stärke durch Anwesenheit der Aluminium-Verbindung
in dem Faserstoff verstärkt
wird.
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Das
oben offenbarte Verfahren erfordert die Zugabe einer alkalischen
Aluminiumverbindung, wie beispielsweise Natriumaluminat, und einer
anionischen Aluminiumverbindung zu dem Polyacrylamid in dem Kochschritt
zur Verbesserung der Retention. Die Kosten des Natriumaluminates
sind verglichen mit anderen Alkalisierungsmitteln relativ hoch.
Es bedarf der Verbesserung der Feinstoff-Retention und Nasspartie-Entwässerung
bei der Papierherstellung ohne die Verwendung von Natriumaluminat
zur Herstellung einer modifizierten Stärke.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Ein
Verfahren, das sich zur Herstellung eines Stärkeproduktes verwenden lässt, wird
bereitgestellt. Das Verfahren umfasst das Erwärmen einer Zusammensetzung,
welche eine Stärke,
ein Polyacrylamid und ein mehrwertiges Kation umfasst oder im Wesentlichen
aus diesen besteht, worin das Gewichtsverhältnis der Stärke zum
Polyacrylamid größer als
etwa 2:1 ist. Das Verfahren kann auch das Erwärmen einer Zusammensetzung
umfassen, welche eine Stärke
und ein Polyacrylamid umfasst oder im Wesentlichen aus diesen besteht,
zur Herstellung einer erwärmten
Zusammensetzung, gefolgt von Zusammenbringen der erwärmten Zusammensetzung
mit einem mehrwertigen Kation. Das Erwärmen kann bei einem pH-Wert über 7,0
erfolgen, wenn das Polyacrylamid ein kationisches oder nichtionisches
Polyacrylamid ist, und wenn die Stärke eine kationische Stärke ist
und das Polyacrylamid ein amphoteres oder anionisches Polyacrylamid
ist, neutralisiert die Erwärmung
weniger als 75% der kationischen Stärke.
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Eingehende Beschreibung der Erfindung
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Der
Begriff "Erwärmen", wie er hier verwendet
wird, ist austauschbar mit "Kochen".
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Die
Stärke
kann eine beliebige sein, die dem Fachmann zur Verwendung bei der
Papierherstellung geläufig
ist. Es ist vorzugsweise eine amphotere oder kationische Stärke. Eine
kationische Stärke
kann von üblichen
stärkeproduzierenden
Materialien hergeleitet sein, wie Maisstärke, Kartoffelstärke, wachshaltige
Maisstärke,
Weizenstärke
und Kombinationen von zwei oder mehreren davon. Sie wird durch dem
Fachmann bekannte Maßnahmen
erhalten, wie beispielsweise Kationisierung durch Zugabe von 3-Chlor-2-hydroxypropyltrimethylammoniumchlorid,
zur Gewinnung kationischer Stärken,
mit verschiedenen Graden an Stickstoffsubstitution. Der Grad der
kationischen Substitution an Stärken
(Gewichtsprozent Stickstoff/Stärke)
kann von etwa 0,01 bis etwa 0,2, vorzugsweise 0,02 bis 0,15, reichen.
Beispiele für
natürlich
vorkommende amphotere Stärken
umfassen Kartoffelstärke.
Synthetische amphotere Stärken
können
ebenfalls verwendet werden.
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Jedes
Polyacrylamid, das zur Verwendung in der Papierherstellung bekannt
ist, kann verwendet werden. Es umfasst kationisches Polyacrylamid,
anionisches Polyacrylamid, amphoteres Polyacrylamid und nichtionisches
Polyacrylamid. Das bevorzugte Polyacrylamid ist ein kationisches
Polyacrylamid mit einem Molekulargewicht von mindestens 500000,
vorzugsweise mindestens 1000000. Ein geeignetes kationisches, anionisches
oder amphoteres Polyacrylamid kann einen auf das Gewicht bezogenen
Substitutionsgrad von 1% bis etwa 80%, vorzugsweise 10 bis etwa
40% aufweisen. Substitutionsgrad bedeutet, dass die Polymere einen bestimmten
Grad oder Prozentsatz an statistischen Wiederholungs-Monomereinheiten
enthalten, die die chemische Funktionalität enthalten, die geladen wird,
wenn das Polymer in Wasser gelöst
wird. Die Monomereinheiten in den kationischen oder amphoteren Polyacrylamiden
umfassen, sind aber nicht eingeschränkt auf Gruppen, wie die Amingruppen.
Das Polyacrylamid kann ein Feststoff, eine Pulverform, Mikroperlenform,
Wasser-in-Öl-Emulsion
oder eine andere kommerziell bekannte Form sein. Geeignete Polyacrylamide
können
von Allied Colloids, Suffolk, Virginia und von Nalco, Naperville,
Illinois sowie anderen Quellen erhalten werden.
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Es
kann zwar eine Vielzahl von mehrwertigen Kationen verwendet werden,
jedoch wird vorzugsweise ein mehrwertiges Kation verwendet, das
das Papierherstellungsverfahren oder einen Endgebrauch des Papierproduktes
nicht stört.
Diese Kationen umfassen, sind aber nicht eingeschränkt auf
das Calciumkation, Magnesiumkation, Eisenkationen, Aluminiumkationen,
das Zinkkation, Titankationen, Kobaltkationen, Nickelkation, Kupferkation,
Bariumkation, Zirkonkation, Mangankation und Kombinationen von zwei
oder mehreren davon. Die bevorzugten Kationen sind das Calciumkation,
Magnesiumkation, und Kombinationen davon. Diese Kationen können ebenfalls
mit einem geeigneten Anion kombiniert werden, wie beispielsweise Sulfat,
Nitrat, Chlorid, Carbonat, Phosphat, Borat, Hydroxid, Oxid, und
Kombinationen von zwei oder mehreren davon, vorausgesetzt, dass
die resultierende Kombination das Papierherstellungsverfahren oder
einen Endgebrauch eines Papierproduktes nicht stört.
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Eine
Stärke,
ein Polyacrylamid, und ein mehrwertiges Kation können durch eine beliebige dem
Fachmann bekannte Maßnahme,
beispielsweise durch Trockenmischen oder Mischen als Schlamm oder
Schlämme
in Wasser vermischt werden. Sie können vor dem Erwärmen vereinigt
werden. Polyacrylamid kann beim Erwärmen mit einer Stärke gemischt
werden. Ein mehrwertiges Kation kann ebenfalls jederzeit zur Herstellung der
Zusammensetzung eingebracht werden. Ein Polyacrylamid kann vor dem
Mischen und/oder Erwärmen
mit einer Stärke
auch vorhydriert werden, d.h. mit Wasser gemischt werden, bevor
es mit der Stärke
vereinigt wird. Man möchte
nicht durch die Theorie gebunden sein, jedoch nimmt man an, dass
die Vorhybridisierung ein Polyacrylamid-Molekül veranlasst, zu Beginn eine
Spirale zu bilden, sich zu entwinden und löslicher und/oder reaktiver
zu werden. Man kann trockene oder aufgeschlämmte Stärke nicht nur mischen, stattdessen
kann man die Stärke
auch kochen, mit dem Polyacrylamid mischen und dann erneut erhitzen
oder kochen.
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Das
Erhitzen kann mit Verfahren erfolgen, die dem Fachmann bekannt sind,
wie durch Verwendung eines Stärkekochers
bei einer Papiermühle.
Es können
ein Batch-Kocher oder ein Durchlaufkocher, wie ein Düsenkocher,
verwendet werden. Ein kontinuierliches Düsenkochen kann bei Temperaturen
von etwa 80 bis 130°C
bei 1 Atmosphäre
oder höherem
Druck erfolgen oder bei einer beliebigen Temperatur, die dem Druck entgegenkommen
kann. Der Feststoffgehalt beim Kochen ist gewöhnlich kleiner als 15%, aber
es können
höhere
Feststoffkonzentrationen verwendet werden.
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Das
Erwärmen
erfolgt gewöhnlich
unter einer hinreichenden Bedingung, dass die Stärke geliert, und dass zumindest
partiell ein Polyacrylamid hydriert wird, und das hydrierte Polyacrylamid
mit der Stärke
umgesetzt wird. Erhöhte
Temperaturen über
60°C, vorzugsweise über 65°C, und stärker bevorzugt
80°C bis
100°C, können verwendet
werden. Temperaturen unter 60°C
können
ebenfalls für
einige Zusammensetzungen und Kochausrüstung verwendet werden. Temperaturen über 100°C, beispielsweise
sogar 130°C
oder höher
können
verwendet werden, wenn die Zersetzung der Stärke und des Polyacrylamids
unter einem geeigneten Druck verhindert wird. Dies kann gewöhnlich nur
wenige Minuten bis zu etwa 2 Std. dauern. Für niedrigere Temperaturen sind
gewöhnlich
längere
Zeiten vonnöten.
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Bei
der Verwendung von kationischem oder nichtionischem Polyacrylamid
werden die besten Ergebnisse erhalten, wenn das Gemisch aus Stärke und
Polyacrylamid bei einem pH-Wert über
7 gekocht wird, obschon eine gewisse Verbesserung der Asche-Retention
auch bei einem pH-Wert unter 7 vorkommt. Der bevorzugte Koch-pH-Wert
für kationisches
oder nichtionisches Polyacrylamid und Stärke reicht von etwa 8 bis etwa
10,5. Der Koch-pH-Wert ist nicht entscheidend, wenn ein anionisches
oder amphoteres Polyacrylamid verwendet wird, ist aber gewöhnlich im
Bereich von 3 bis 11. Der Koch-pH-Wert kann mit herkömmlichen
Säuren,
Basen oder Salzen eingestellt werden.
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Das
Gewichtsverhältnis
von Stärke
zu PAM kann mit selektierter Stärke
und Polyacrylamid variieren, und das Ausmaß, in dem Verbesserungen in
der Feinstoff-Retention
und Nasspartie-Entwässerung
gewünscht sind,
ist aber vorzugsweise größer als
2 zu 1, vorzugsweise größer als
5 zu 1, und noch stärker
bevorzugt größer als
10 zu 1. Es wurde beispielsweise entdeckt, dass schwach arbeitende
Maisstärke
in dem Maße
verbessert werden kann, dass sie gleich oder besser als die teurere
Kartoffelstärke
ist, indem man die Maisstärke
mit nur 1 Gew.-% Polyacrylamid kocht. Die zur Stärke gegebene Menge an Polyacrylamid
ist vorzugsweise so weit eingeschränkt, dass die Stärke nicht
ausfallen kann, was mit der verwendeten Stärke, Polyacrylamid und/oder mehrwertigem
Kation variieren kann.
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Das
mehrwertige Kation kann mit einer Stärke, einem Polyacrylamid, oder
einem kombinierten Gemisch aus Stärke und Polyacrylamid zu einem
beliebigen Zeitpunkt vor, während
oder nach dem Erwärmungsschritt
vereinigt werden. Es wird vorzugsweise vor oder während des
Kochens zugegeben. Die Menge Kation kann im Bereich von etwa 0,001
bis etwa 20, vorzugsweise etwa 0,01 bis etwa 15 und am stärksten bevorzugt zwischen
etwa 0,1 und etwa 10 Gewichtsteilen Kation pro Teil Polyacrylamid
sein.
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Das
Verfahren erfolgt vorzugsweise unter mäßigen bis niedrigen Scherbedingungen.
Die durch das Verfahren erzeugte Zusammensetzung wird ebenfalls
unter diesen Bedingungen aufbewahrt. D.h. das eingesetzte Rühren entspricht
vorzugsweise dem Mischen der Inhaltsstoffe und der Unterstützung der
Wärmeübertragungsbedingungen,
aber nicht der Produktion einer unnötig hohen Scherung, die die
Effizienz einer Zusammensetzung aus Stärke und Polyacrylamid zersetzen
kann. Die Bedingungen können
weniger als etwa 500 U/min (Umdrehungen pro min), vorzugsweise weniger
als etwa 450 U/min, stärker
bevorzugt weniger als etwa 350 U/min, und am stärksten bevorzugt weniger als
etwa 250 U/min umfassen.
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Ebenfalls
wird beim Kühlen
und/oder Aufbewahren vorzugsweise überhaupt nicht gerührt.
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Die
Zusammensetzung aus gekochter Stärke
und Polyacrylamid, die hier als modifizierte Stärke bezeichnet wird, kann zu
einem beliebigen Papierfaserstoff gegeben werden, und zwar als Retentionshilfsmittel, zur
Verbesserung der Feinstoff-Retention
und der Nasspartie-Entwässerung.
Der Papierfaserstoff kann eine Reihe von Holzstoff- und anorganischen
Füllstoffen
umfassen, und hat gewöhnlich
einen pH-Wert von etwa 4 bis 10. Es können bei Bedarf beispielsweise
gebleichter Kraftzellstoff, thermomechanische, chemisch-thermomechanische
oder Holzschliff-Faserstoffe
zusammen mit Tonen, gefälltem
oder gemahlenem Calciumcarbonat, Titandioxid und anderen anorganischen
Füllstoffen
verwendet werden. Solche Füllstoffe
werden gewöhnlich
in Mengen von 15% bis 20% Beschickung verwendet, als Gewichtsprozent
des Gesamtpapiergewichts, kann aber für einige spezielle Anwendungen
höhere
Mengen, wie 30% oder mehr erreichen.
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Besonders
vorteilhafte Ergebnisse können
erhalten werden, wenn der Papierfaserstoff ebenfalls ein anionisches
anorganisches Kolloid enthält,
wie es in der Papierherstellungsindustrie üblich ist. Somit kann der Faserstoff
beispielsweise Montmorillonit, Bentonit, Silicasole, Sole aus Aluminium
und modifiziertem Silica, Aluminiumsilikatsole, Polykieselsäure, Polysilikatmikrogele
und Polyaluminiumsilikatmikrogele, getrennt oder in Kombination
enthalten.
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Der
Papierfaserstoff kann ebenfalls andere übliche Additive enthalten,
wie Kleister, Aluminium-Verbindungen (Alaun, Aluminate, Polyaluminiumchloride,
usw.), kationische Polymere (Retentionshilfsmittel und Flockungsmittel),
anionische Polymere und/oder getrennte Stärkezusätze. Aluminium-Verbindungen
haben insbesondere die Retentionsleistung der Zusammensetzungen
aus gekochter Stärke
und Polyacrylamid vergrößert. Die
vorstehenden Zusätze
können
zwar in einer beliebigen Reihenfolge zugegeben werden, die bevorzugte
Reihenfolge ist jedoch zuerst die Zugabe der Aluminium-Verbindung,
der erfindungsgemäßen gekochten Stärke und
Polyacrylamid und dann eines anorganischen anionischen Kolloids.
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Gewöhnlich kann
ein Papierzellstoff enthalten, bezogen auf das Gesamttrockengewicht
des Papierfaserstoffs: mindestens etwa 0,01 und vorzugsweise mindestens
zwischen etwa 0,1-50 kg/Tonne des erfindungsgemäßen Stärke-Polyacrylamids (modifizierte
Stärke),
mindestens etwa 0,01 und vorzugsweise zwischen 0,1 bis 40 kg/Tonne
eines anionischen anorganischen Kolloids; und gegebenenfalls Aluminium-Verbindungen
von etwa 0,01 bis 20 kg/Tonne, bezogen auf das Al2O3.
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Die
Erfindung ist zwar eingehend für
die Papierherstellung beschrieben, die durch das erfindungsgemäße Verfahren
hergestellten Zusammensetzungen werden auch als Läuterungshilfen
zur Entfernung von Feststoffen aus wässrigen Suspensionen verwendet.
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Die
Erfindung wird nun durch die folgenden Beispiele veranschaulicht,
ist jedoch nicht darauf eingeschränkt.
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BEISPIELE
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Zur Übereinstimmung
wurde in sämtlichen
Beispielen die Leistung der Testlösungen als Retentionshilfsmittel
in einem 5 g/l Papierfaserstoff gemessen, der aus 35% gebleichtem
Kraft-Hartholz, 35% gebleichtem Kraft-Weichholz und 30% gefälltem Calciumcarbonat
(PCC) besteht. Der pH-Wert des Papierfaserstoffs betrug 8,0 und
wurde in einem Britt Jar, ausgerüstet
mit einem 50R-Sieb (100 Mesh) bei 750 U/min gemischt. Die Ascheretentionen
wurden aus Kreidewasserproben mit Tappi-Standard T-261 bestimmt.
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Beispiel 1. Dieses Beispiel zeigt, wie
die Zugabe einer Magnesiumverbindung zu einer Kochlösung die
Stärkeleistung
als Retentionshilfsmittel verbessert.
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Zuerst
wurde Percol® kationisches
Polyacrylamid (C-PAM) von Ciba Specialty Chemicals, Basel, Schweiz,
für 1 Std.
bei 0,125 Gew.-% in entionisiertem Wasser vorhydriert. Dann wurde
18 g Stalok® 410
kationisierte Kartoffelstärke
(mit 17% Feuchtigkeit) von Staley Starch (Decatur, Illinois) in
150 g der vorstehenden C-PAM-Lösung aufgeschlämmt. Anschließend wurden
mehrere Lösungen
von entionisiertem Wasser mit verschiedenen Mengen MgSO4 und
3 ml 0,1 N NaOH hergestellt und auf 90°C erhitzt. Aliquote des Schlamms aus
Stärke
und C-PAM wurden zu der Lösung
aus MgSO4 und NaOH in einer Menge von 28
g bis 467 g Wasser gegeben. Die resultierende Lösung wurde für 20 min
bei 90°C
und unter Mischen bei 400 U/min gekocht. Die Lösung wurde dann von der heißen Platte
entfernt und auf Raumtemperatur abkühlen gelassen (etwa 25°C). Entionisiertes
Wasser wurde zugegeben, um jeglichen Verdampfungs-Wasserverlust
auszugleichen.
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Die
Lösungen
aus gekochter Stärke
und C-PAM wurden dann auf Asche-Retention
geprüft.
Der vorstehend beschriebene 5 g/l Papierfaserstoff wurde bei 750
U/min in einem Standard-Britt Jar gemischt, der mit einem 50 R-Sieb
ausgerüstet
war. Zu dem Zellstoff wurde Alaun in einer Menge von 0,5 Pfd./Tonne
(0,25 kg/Tonne) als Al
2O
3 gegeben,
gefolgt von dem Schlamm aus gekochter Stärke und C/PAM bei einer Dosisrate von
15 Pfd./Tonne (7,5 kg/Tonne) Stärke
und 0,2 Pfd./Tonne (0,1 kg/Tonne) C-PAM, gefolgt von verschiedenen Mengen
4 nm kolloidalem Silica von Nalco Chemical Company, Naperville,
Illinois (SiO
2). Die chemischen Zusätze zu dem
Papierfaserstoff erfolgten in Abständen von 15 sec. Dann wurden
15 sec. nach der Zugabe des kolloidalen Silicas der Ablauf am Boden
des Britt Jar geöffnet,
und eine Probe wurde entnommen, um den Aschegehalt zu bestimmen.
In der nachstehenden Tabelle wird der Begriff "Mg/C-PAM, Gew.-Verhältnis in gekochter modifizierter
Stärke" berechnet durch
Teilen von Mg in MgSO
4 durch das Trockengewicht
von C-PAM. Die nachfolgenden
Tabellen werden ähnlich
berechnet. TABELLE 1
| % Asche-Retention
vs. Mg/C-PAM zu Stärke/C-PAM
und SiO2-Dosis |
Mg/C-PAM-Gew.-Verhältnis in
gekochter modifizierter Stärke | 1
Pfd. SiO2/Tonne | 2
Pfd. SiO2/Tonne | 4
Pfd. SiO2/Tonne |
0 | 57 | 70 | 80 |
0,16 | 68 | 79 | 86 |
0,32 | 66 | 78 | 89 |
1,6 | 70 | 81 | 91 |
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Aus
der Tabelle ist ersichtlich, dass die Anwesenheit von zugegebenen
Magnesiumionen die Leistung einer gekochten Stärke ausgedrückt als % Ascheretention in
Bezug auf die Stärke
ohne vorhandene Magnesiumionen bei Verwendung in Kombination mit
einem kationischen Polyacrylamid verbessert.
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Routine-Optimierung
kann zur Identifikation der besten Kombination zur Maximierung der
Retention verwendet werden.
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Beispiel 2. Dieses Beispiel zeigt, wie
die Anwesenheit von Calcium- und Magnesiumionen in einer Kochlösung die
Stärkeleistung
als Retentionshilfe verbessert.
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Zuerst
wurde eine Probe von Percol® 182 C-PAM für 1 Std.
bei 0,125 Gew.-% in entionisiertem Wasser vorhydriert, so dass eine
C-PAM-Lösung
erhalten wurde.
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Dann
wurden 18 g ungekochte Stalok® 410 kationisierte Kartoffelstärke in 150
g der vorstehenden C-PAM-Lösung
aufgeschlämmt.
Dann wurden 28 g Aliquots des Schlamms aus Stärke und C-PAM zu 467 g Leitungswasser
gefügt,
das hinreichend CaCl2 enthielt, so dass
ein Gewichtsverhältnis
von 3,2 Ca/C-PAM zu Stärke/C-PAM bereitgestellt
wurde und 3 ml 0,1 N NaOH. Das Wasser, CaCl2 und
NaOH wurden vor der Zugabe des Schlamms aus Stärke und C-PAM auf 90°C erhitzt.
Die resultierende Lösung
wurde für
20 min bei 90°C
unter Mischen bei 400 U/min gekocht. Die Lösung wurde dann auf Raumtemperatur
gekühlt.
Leitungswasser wurde zum Ausgleich jeglichen Verdampfungswasserverlusts
zugegeben. Das Leitungswasser wurde analysiert und es enthielt Befunden
zufolge etwa 40 ppm (Teile pro Million, bezogen auf das Gewicht)
Ca und 15 ppm Mg.
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Die
Asche-Retention wurde mit dem gleichen Verfahren wie in Beispiel
1 gemessen. TABELLE 2
| % Asche-Retention
vs. Ca/C-PAM zu Stärke/C-PAM
und SiO2-Dosis |
Ca/C-PAM-Gew.-Verhältnis in
gekochter modifizierter Stärke | 1
Pfd. SiO2/Tonne | 2
Pfd. SiO2/Tonne | 4
Pfd. SiO2/Tonne |
0 | 66 | 76 | 90 |
3,2 | 73 | 85 | 92 |
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Aus
der Tabelle ist ersichtlich, dass die Anwesenheit von zugefügten mehrwertigen
Kationen die Leistung einer gekochten Stärke, ausgedrückt als
% Ascheretention, relativ zur Stärke
in der Abwesenheit von mehrwertigen Kationen bei Verwendung in Kombination
mit einem kationischen Polyacrylamid verbesserte.
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Beispiel 3. Dieses Beispiel zeigt, wie
die Zugabe einer Calcium-Verbindung zu einer Kochlösung die
Stärkeleistung
als Retentionshilfe verbessert.
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Zuerst
wurden 18 g Stalok® Kartoffelstärke von
Staley Starch mit 150 g einer Lösung
von Percol® 182 C-PAM,
vorhydriert bei 0,125 Gew.-% in entionisiertem Wasser, wie in Beispiel
1 aufgeschlämmt.
Dann wurden 28 g Aliquots des Schlamms aus Stärke und C-PAM zu 467 g entionisiertem
Wasser gegeben, das verschiedene Mengen CaCl2 und
3 ml 0,1 N NaOH enthielt. Das Wasser, CaCl2 und
NaOH wurden vor der Zugabe des Schlamms aus Stärke und C-PAM auf 90°C erhitzt.
Die Lösung
wurde für
20 min bei 90°C
unter Mischen bei 400 U/min wie in Beispiel 1 gekocht. Die Lösung wurde
dann von der heißen
Platte entnommen und auf Raumtemperatur gekühlt. Entionisiertes Wasser
wurde zugegeben, um jeglichen Verdampfungswasserverlust auszugleichen.
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Die
Ascheretention wurde mit dem gleichen Verfahren wie in Beispiel
1 gemessen. TABELLE 3
| % Asche-Retention
vs. Ca/C-PAM zu Stärke/C-PAM
und SiO2-Dosis |
Ca/C-PAM-Gew.- Verhältnis in
gekochter modifizierter Stärke | 1
Pfd. SiO2/Tonne | 2
Pfd. SiO2/Tonne | 4
Pfd. SiO2/Tonne |
0 | 49 | 55 | 72 |
1,6 | 59 | 70 | 81 |
3,2 | 60 | 70 | 79 |
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Aus
der Tabelle ist ersichtlich, dass die Anwesenheit von zugefügten Calciumionen
die Leistung einer gekochten Stärke,
ausgedrückt
als % Ascheretention, in Bezug auf die Stärke ohne vorhandene Calciumionen bei
Verwendung in Kombination mit einem kationischen Polyacrylamid verbesserte.
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Beispiel 4. Dieses Beispiel veranschaulicht,
dass eine Eisenverbindung die Stärkeleistung
als Retentionshilfe verbessert.
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Zuerst
wurden 18 g Stalok® Kartoffelstärke von
Staley Starch mit 150 g einer Lösung
von Percol® 182 C-PAM,
vorhydriert bei 0,125 Gew.-% in entionisiertem Wasser, wie in Beispiel
1 aufgeschlämmt.
Dann wurden 28 g Aliquots des Schlamms aus Stärke und C-PAM zu 467 g entionisiertem
Wasser gegeben, das verschiedene Mengen NH4Fe(SO4)2·12 H2O und 3 ml 0,1 N NaOH enthielt. Das Wasser,
NH4Fe(SO4)2·12
H2O und NaOH wurden vor der Zugabe des Schlamms
aus Stärke
und C-PAM auf 90°C
erhitzt. Die Lösung
wurde für 20
min bei 90°C
unter Mischenbei 400 U/min wie in Beispiel 1 gekocht. Die Lösung wurde
dann von der heißen Platte
entnommen und auf Raumtemperatur gekühlt. Entionisiertes Wasser
wurde zugegeben, um jeglichen Verdampfungswasserverlust auszugleichen.
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Die
Ascheretention wurde mit dem gleichen Verfahren wie in Beispiel
1 gemessen. TABELLE 4
| % Asche-Retention
vs. Fe/C-PAM zu Stärke/C-PAM
und SiO2-Dosis |
Fe/C-PAM-Gew.-Verhältnis in
gekochter modifizierter Stärke | 1
Pfd. SiO2/Tonne | 2
Pfd. SiO2/Tonne | 4
Pfd. SiO2/Tonne |
0 | 48 | 62 | 78 |
0,16 | 64 | 75 | 90 |
0,32 | 74 | 85 | 90 |
1,6 | 74 | 85 | 91 |
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Aus
der Tabelle ist ersichtlich, dass die Anwesenheit von zugefügten Eisenionen
die Leistung einer gekochten Stärke,
ausgedrückt
als % Ascheretention, in Bezug auf die Stärke ohne vorhandene Eisenionen
bei Verwendung in Kombination mit einem kationischen Polyacrylamid
verbesserte.
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Beispiel 5. Dieses Beispiel zeigt den
Vorteil der Herstellung und Aufbewahrung der Stärke-Polyacrylamid-Zusammensetzung
unter mäßigen bis
niedrigen Scherbedingungen.
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Zuerst
wurden 15 g Stalok® Kartoffelstärke mit
125 g einer Lösung
von Percol® 182
C-PAM, vorhydriert bei 0,125 Gew.-% in entionisiertem Wasser, wie
in Beispiel 1 aufgeschlämmt.
Dann wurden 28 g Aliquots des Schlamms aus Stärke und C-PAM zu 462 g entionisiertem
Wasser, 10 ml einer 2,8%igen CaCl2-Lösung und
3 ml 0,1 N NaOH gegeben. Das Wasser, CaCl2 und
NaOH wurden vor der Zugabe des Schlamms aus Stärke und C-PAM auf 90°C erhitzt.
Die Lösung
wurde für
20 min bei 90°C
wie in Beispiel 1 unter Mischen bei 600 oder 400 U/min wie nachstehend
aufgeführt
gekocht. Die Lösung
wurde dann auf Raumtemperatur gekühlt, während sie entweder bei 500
U/min oder ohne Rühren
gemischt wurde. Entionisiertes Wasser wurde zugegeben, um jeglichen
Verdampfungswasserverlust auszugleichen. Ein Teil der Probe, die
bei 400 U/min hergestellt wurde und ohne Rühren auf Raumtemperatur gekühlt wurde,
wurde dann bei 500 U/min für
1 Std. gemischt, um eine Hochscher-Pumpbedingung zu simulieren.
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Die
Ascheretention wurde mit dem gleichen Verfahren und der gleichen
Papierfaserstoff-Zusammensetzung wie in Beispiel 1 gemessen. TABELLE 5
Misch-U/min beim
Kochen | Kühl-Bedingungen | Aufbewahrungs-Bedingungen | Ascheretention
vs. Rühren |
1
Pfd. SiO2/Tonne | 2
Pfd. SiO2/Tonne | 4
Pfd. SiO2/Tonne |
600 | kein
Rühren | kein
Rühren | 26 | 45 | 65 |
400 | kein
Rühren | kein
Rühren | 54 | 69 | 71 |
400 | 500
U/min | kein
Rühren | 24 | 37 | 59 |
400 | kein
Rühren | 500
U/min für
1 Std. nach dem Kühlen | 18 | 40 | 57 |
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Aus
der Tabelle geht hervor, dass weniger Rühren entweder beim Mischen
der Zusammensetzung beim Kochen oder beim Kühlen und bei der Aufbewahrung
signifikant höhere
Ascheretention lieferte. Ein starkes Scherpumpen beeinträchtigt Erwartungen
zufolge daher die Leistung der Stärke-Zusammensetzung.
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Beispiel 6. Dieses Beispiel zeigt, wie
die Zugabe einer Calcium-Verbindung zu einer Kochlösung, die
ein anionisches Polyacrylamid enthält, die Stärkeleistung als Retentionshilfe
verbessert.
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Zuerst
wurden 18 g Stalok® Kartoffelstärke in 150
g einer Lösung
von Percol® 90L
anionischem Polyacrylamid (A-PAM) von Ciba, vorhydriert bei 0,125
Gew.-% (aktive Basis) in entionisiertem Wasser, wie bei der Abfolge
von Beispiel 1 aufgeschlämmt.
Dann wurden 28 g Aliquots des Schlamms aus Stärke und A-PAM zu 467 g entionisiertem
Wasser gegeben, das verschiedene Mengen CaCl2 enthielt.
Der pH-Wert des Wassers wurde nicht eingestellt. Das Wasser und
CaCl2 wurden vor der Zugabe des Schlamms
aus Stärke
und A-PAM auf 90°C
erhitzt. Die Lösung
wurde für
20 min bei 90°C
unter Mischen bei 400 U/min wie in Beispiel 1 gekocht. Die Lösung wurde
dann auf Raumtemperatur gekühlt.
Entionisiertes Wasser wurde zugegeben, um jeglichen Verdampfungswasserverlust
auszugleichen.
-
Die
Lösungen
aus gekochter Stärke
und A-PAM wurden dann wie oben beschrieben auf Ascheretention untersucht.
Der Papierfaserstoff wurde bei 750 U/min in einem Standard-Britt
Jar, ausgerüstet
mit einem 50R-Screen, gemischt. Alaun wurde in einer Menge von 50
Pfd./Tonne (0,25kg/Tonne) als Al
2O
3 zu dem Papierfaserstoff gegeben, gefolgt
von dem Schlamm aus gekochter Stärke
und A-PAM bei einer
Dosisrate von 15 Pfd. Stärke/Tonne
(7,5 kg/Tonne) und 0,2 Pfd. A-PAM/Tonne
(0,1 kg/Tonne), gefolgt von verschiedenen Mengen 4 nm kolloidalem
Silica von Nalco. Die chemischen Zusätze zum Papierfaserstoff erfolgten
in Abständen
von 15 sec. Dann wurde 15 sec. nach der letzten Zugabe des kolloidalen
Silicas der Ablauf am Boden des Britt Jar geöffnet, und eine Probe wurde
zur Bestimmung der Ascheretention entnommen. TABELLE 6
| % Asche-Retention
vs. Ca/A-PAM zu Stärke/A-PAM
und SiO2-Dosis |
Ca/C-PAM-Gew.-Verhältnis in
gekochter modifizierter Stärke | 1
Pfd. SiO2/Tonne | 2
Pfd. SiO2/Tonne | 4
Pfd. SiO2/Tonne |
0 | 69 | 77 | 88 |
1,6 | 74 | 86 | 89 |
3,2 | 73 | 85 | 88 |
-
Aus
der Tabelle ist ersichtlich, dass die Anwesenheit von zugefügten Calciumionen
die Leistung einer gekochten Stärke
in Bezug auf die Stärke
ohne Calciumionen bei Verwendung in Kombination mit einem anionischen
Polyacrylamid verbesserte.