DE69315119T2

DE69315119T2 - Verwendung von Kohlendioxid in der neutralen und alkalischen Leimung

Info

Publication number: DE69315119T2
Application number: DE69315119T
Authority: DE
Inventors: Derek Hornsey
Original assignee: Canadian Liquid Air Ltd
Current assignee: Canadian Liquid Air Ltd
Priority date: 1992-05-27
Filing date: 1993-05-24
Publication date: 1998-03-05
Anticipated expiration: 2013-05-25
Also published as: FI932435A0; ES2108839T3; EP0572304A1; DE69315119D1; FI932435A; JPH06299496A; EP0572304B1; US5378322A; FI114650B; CA2069713A1; CA2069713C; JP3187608B2

Description

Die Erfindung betrifft die Leimung von Papier.
Leimung in der Papierindustrie ist ein Verfahren, durch das ein Material in das Papier eingebracht wird, um das Papier widerstandsfähiger gegen das Eindringen von Flüssigkeiten, insbesondere Wasser, zu machen.
Das Leimungsmittel kann dem Vorrat an wässeriger Pulpe, die zur Bildung des Papiers verwendet wird, zugegeben werden, oder das gebildete, trockene Papier kann durch eine Lösung aus dem Leimungsmittel gezogen werden.
In Nordamerika wird bei den am meisten verbreiteten Leimungsverfahren saures Material eingesetzt. Die Verfahren werden bei einem sauren pH von 4 bis 5 durchgeführt.
Bei ungefähr 25 % des Papiers und der Pappe, die sich auf dem Markt befinden, werden Leimungsverfahren eingesetzt, die bei einem basischem pH im Bereich von 7 bis 8 arbeiten.
Ein besonderer Vorteil einer neutralen oder basischen Leimung bei der Papierherstellung ist, daß Kalziumkarbonat anstatt teureren, bei der sauren Leimung verwendeten Titandioxid- und Tonfüllstoffen als Füllstoff verwendet werden kann. 1992 lagen die Kosten für Kalziumkarbonatfüllstoffe bei ungefähr 10% der Kosten für Titandioxidfüllstoffe und bei ungefähr 65% der Kosten für Tonfüllstoffe.
Ein weiterer Vorteil der Verwendung von Kalziumkarbonatfüllstoffen ist, daß Kalziumkarbonat in dem Papier als Basizitätsquelle wirkt, die gegen saure Umgebungsbedingungen widerstandsfähig macht und die Haltbarkeit verlängert. Des weiteren verursacht eine basische Leimung weniger Korrosion in den Papiermaschinen.
Die EP-A-0 348 127 beschreibt ein Verfahren zur Leimung von Papier und ähnlichen Produkten, bei dem Leimungsverbindungen, insbesondere zyklische, saure Anhydride, als solche oder in Lösung mit nicht wässerigen protischen und/oder protischen Lösungsmitteln verwendet werden, um Zellstoffprodukte wie Papier, Pappe, Karton und ähnliche Zellstoff- und synthetische Faserprodukte in der Masse zu leimen. Jedoch lehrt diese Schrift die Zugabe von Kohlendioxid, das entweder mit dem reinen Leimungsmittel vor dessen Anwendung auf das nasse Ende der papiererzeugenden Maschine oder mit einem mit dem Leimungsmittel vermischten, wasserfreien, aprotischen, wasserlöslichen, inerten Lösungsmittel vor der Anwendung auf die Pulpe zugegeben wird. In beiden Fällen ist kein Verfahren nach der Erfindung offenbart, bei dem das Leimungsmittel zuerst auf die Fasern in der wässerigen Pulpe angewendet und dann Kohlendioxid zugegeben wird.
Die EP-A- 0 281 273 beschreibt das Einleiten von Kohlendioxid in der Gasphase über eine Iniektionsanordnung in eine basische, delignifizierte Zellstoffpulpe unter Bedingungen zum Einstellen und Halten eines pH zwischen ungefähr 8,5 und 6,5 vor dem Einleiten in einen Pulpenveredler, in dem diese zu feinen Fasern verarbeitet wird. Diese Schrift offenbart nur, daß es möglich ist, die Zugabe von Kohlendioxid durch eine Zugabe an zwei Stellen zu optimieren. Des weiteren lehrt die Schrift, daß der pH an der Stelle des Verfahrens, an der ein Leimungsmittel vorteilhaft zur Herstellung eines haltbareren Papiers ist (mit anderen Worten: vor und/oder während dem Einleiten der Pulpe in eine papiererzeugende Vorrichtung wie ein Drahtnetz einer Fourdrinier-Maschine), neutral bis sauer, vorzugsweise sauer sein sollte.
In dem neutralen oder basischen Leimungsverfahren, in dem Alkylketen-Dimere als Leimungsmittel eingesetzt werden, vollzieht sich die Reaktion zwischen Alkylketen-Dimer und Zellstoff mit einer geringen Umsetzrate.
Wie in Anspruch 1 beschrieben, wurde nun gefunden, daß das Einspritzen von Kohlendioxid in ein wässeriges Trägermittel einer wässerigen Pulpe aus papierbildenden Zellstoffasern eingesetzt werden kann, um Bikarbonationen zur Katalyse der Reaktion zwischen Zellstoff und Alkylketen-Dimeren bereitzustellen.
Kohlendioxid dissoziiert schwach bei Lösung in Wasser entsprechend Gleichung (I):
CO&sub2; + H&sub2;O T H&spplus; + HCO&sub3;&supmin; (I)
Es gibt eine weitere Dissoziation entsprechend Gleichung (2):
HCO&sub3;&supmin; T H&spplus; + CO&sub3;²&supmin; (2)
Diese Dissoziation ist jedoch viel schwächer als die nach Gleichung (I).
Es wird festgestellt, daß Kohlendioxid bei Lösung in einem wässerigen Trägermittel der wässerigen Pulpe genügend Bikarbonationen zur Katalyse der Reaktion der Alkylketen- Dimere mit Zellstoff der Zellstoffasern bereitstellt.
Weiteres, in dem wäßrigen Trägermittel vorliegendes, basisches Material wird mit gelöstem Kohlendioxid reagieren, z.B. Kalziumkarbonat wird mit Kohlendioxid unter Bildung von Kalziumbikarbonat reagieren, oder Atzsoda wird mit Kohlendioxid unter Bildung von Natriumbikarbonat reagieren, das in wässeriger Lösung zur Bereitstellung der gewünschen, katalytischen Bikarbonationen dissoziiert.
So wird ein Teil des als Füllstoff zugegebenen Kalziumkarbonats mit eingespritztem Kohlendioxid unter Bildung der katalytischen Bikarbonationen reagieren. Dies geschieht bei einem pH bis hinab zu 8,6. Bei niedrigerem pH führt eine Kohlendioxidzugabe zur Zersetzung und Ionisation des Bikarbonations und weiterer Erniedrigung des pHs.
Zweckmäßig wird das Kohlendioxid mittels Diffusion des Kohlendioxidgases in das wässerige Trägermittel in Form feiner Gasblasen eingeleitet.
Das Kohlendioxidgas kann dem Vorratstank oder einem in den Vorratstank fließenden, flüssigen Strom, z.B. einem Rückflußstrom zu dem Tank, zugegeben werden.
Zweckmäßig wird das Kohlendioxid in das wässerige Trägermittel unter turbulenter Bewegung eingeleitet, so daß das Kohlendioxid in dem wässerigen Trägermittel gelöst wird.
Die Erfindung und bevorzugte Ausführungsformen werden anhand der Zeichnung beschrieben, bei der
Figur 1 ein übliches Weißwassersystem bei der Papierherstellung schematisch darstellt;
Figur 2 ein Diffusionssystem zum Einspritzen von Kohlendioxid in ein wässeriges Trägermittel einer wässerigen Pulpe schematisch darstellt; und
Figur 3 ein geschlossenes Weißwassersystem schematisch darstellt.
Nach Fig. 1 umfaßt das Weißwassersystem 10 eine Pulpenmühle 12, einen Vorratstank 14, einen Beschickungstank 16, ein papierbildendes Sieb 18 und Walzen 20 zur Herstellung von Papier.
Das System 10 umfaßt des weiteren ein Siebbecken 22, ein Versiegelungsbecken 24 und einen Weißwasserbehälter 26.
Zudem umfaßt das System 10 eine Faserrückgewinnungseinheit 28 und ein Vakuumsystem 30, das mit den Walzen 20 in Verbindung steht.
Eine Leitung 32 für faserfreies Abwasser steht mit dem Vakuumsystem 30 und dem stromabliegenden Ende der Walzen 20 in Verbindung; und eine Leitung 34 für wenig Fasern enthaltendes Abwasser steht mit der Faserrückgewinnungseinheit 28 und dem stromaufliegenden Ende der Walzen 20 in Verbindung.
Eine Presse 36 ist zwischen der Pulpenmühle 12 und dem Vorratstank 14 angeordnet, und eine Pulpenverdünnungsleitung 38 verbindet die Presse 36 und die Pulpenmühle 12.
Schließlich umfaßt das System 10 eine Frischwasserleitung 40, eine Leitung 42 für wiedergewonnene Fasern, eine Brausewasserleitung 44 und eine Versiegelungswasserleitung 46.
Das System 10 ist ein übliches Weißwassersystem, dessen Einzelheiten und dessen Betrieb dem Fachmann bekannt und nicht Gegenstand der Erfindung sind.
Im allgemeinen wird die Bildung der wässerigen Pulpe für das Papier in dem Vorratstank 14 unter Verwendung von Pulpe aus der Pulpenmühle 12 durchgeführt. Die Pulpe wird in der Presse 36 gepreßt, und das Wasser aus der Presse wird über die Leitung 38 zur Pulpenmühle 12 rückgeführt.
Die hergestellte wässerige Pulpe wird aus dem Vorratstank 14 in den Beschickungstank 16 und von dort zu dem papierbildenden Sieb 18 geführt, auf dem eine Faserschicht gebildet wird, die zu den Walzen 20 zur Erzeugung des Papiers geführt wird.
Das Wasser aus dem papierbildenden Sieb wird zu dem Versiegelungsbecken 24 und der Faserrückgewinnungseinheit 28 geleitet. Der in dem Versiegelungsbecken 24 befindliche Teil des Wassers wird zu dem Siebbecken 22 und von dort in den Beschickungstank 16 zurückgeleitet. Ein weiterer Teil des Wassers in dem Versiegelungsbecken 24 wird zu dem Weißwasserbehälter 26 geleitet und von dort zu dem Vorratstank 14 rückgeführt.
Ein weiterer Teil des Wassers in dem Siebbecken 22, das abgeschiedene Fasern enthält, wird zusammen mit einem von dem stromaufliegenden Ende des papierbildenden Siebs 18 stammenden, faserhaltigen Abwasser in die Faserrückgewinnungseinheit 28 geleitet, und die in der Einheit 28 wiedergewonnenen Fasern werden zurück in den Beschickungstank 16 geführt, und ein wenig Fasern enthaltendes Abwasser wird über eine Leitung 34 entnommen.
Restwasser und Feuchtigkeit wird dem Papier in den Walzen 20 mittels des Vakuumsystems 30 entzogen, und ein faserfreies Abwasser wird über eine Leitung 32 entnommen.
Den Bedarf des Systems 10 deckendes Frischwasser wird über eine Leitung 40 mit Zusätzen aus der Leitung 40 über die Sperrwasserleitung 46 zum Vorratstank 14 und über die Brausewasserleitung 44 zu einem stromaufliegenden Ende des papierbildenden Siebs 18 geleitet.
Wie Fig. 1 zeigt, versorgt die Frischwasserleitung 40 auch den Beschickungstank 16 und Zwischenstellen sowie das stromabliegende Ende der Walzen 20.
In Fig. 3 enthält ein geschlossenes Weißwassersystem 70 die gleichen Bauteile wie das Weißwassersystem 10 nach Fig. 1.
Daher haben in Fig. 3 Komponenten, die denen in Fig. 1 entsprechen, die gleichen Bezugsziffern.
Das System 70 unterscheidet sich von dem System 10 dadurch, daß eine Brausewasserleitung 80 den Vorratstank 14 und eine Sperrwasserleitung 82 das papierbildende Sieb 18 versorgt. Des weiteren entfernt eine Leitung 84 für faserreiches Abwasser faserreiches Abwasser aus dem Weißwasserbecken 26, dem Vakuumsystem 30 und von den stromauf und stromab liegenden Enden der Walzen 20. Das System 70 hat keine Faserrückgewinnungseinheit 28.
Fig. 2 zeigt schematisch ein System zur Lösung von Kohlendioxid in der wässerigen Pulpe des System 10 nach Fig. 1 oder des Systems 70 nach Fig. 3.
Der Vorratstank 14 nach Fig. 1 und Fig. 3 ist in Fig. 2 gezeigt.
Wie in Fig. 2 dargestellt, speist eine Pumpe 50 Pulpe aus der Pulpenmühle 12 (nicht dargestellt) als Pulpenstrom über eine Versorgungsleitung 52 in den Vorratstank 14.
Die Versorgungsleitung 52 umfaßt einen Diffusor 54 und ein Druckregelventil 56.
Ein Regler 58, ein pH-Meßgerät 60 und pH-Sonden 62 stehen in Verbindung mit dem Vorratstank 14.
Der Versorgungstank 64 für Kohlendioxid ist über eine Leitung 68 mit dem Diffusor 54 verbunden und ein Regelventil 66 ist in der Leitung 68 angeordnet.
Im Betrieb wird Pulpe mittels einer Pumpe 50 als Pulpenstrom über eine Leitung 52 in den Vorratstank 14 eingeleitet.
Der pH in dem Vorratstank 14 wird von dem pH-Meßgerät 60 über pH-Sonden 62 überwacht. Der Regler 58 überwacht das pH- Meßgerät 60 und steuert das Regelventil 66, um Kohlendioxidgas aus dem Versorgungstank 64 zu dem Diffusor 54 abhängig von dem pH in dem Vorratstank 14 zu leiten.
Kohlendioxid wird somit in den fließenden Pulpestrom eingeleitet, um sich darin lösen, während der pH in einem gewünschten basischen Bereich, der typisch zwischen 7 und 9 sein kann, gehalten wird.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform ist der Diffusor 54 stromab von der Pumpe 50 angeordnet und die wässerige Pulpe in der Versorgungsleitung 52 wird mittels der Pumpe 50 als ein fließender Strom gepumpt, der eine ausreichende Geschwindigkeit zur Erzeugung einer turbulenten Bewegung oder Mischung der wässerigen Pulpe und des mittels des Diffusors 54 eingeleiteten Kohlendioxids hat. Die Länge der Versorgungsleitung 52 ist so gewählt, daß unter turbulenten Mischbedingungen die hydraulische Verweilzeit des fließenden Fluids in der Leitung 52 mindestens 30 Sekunden beträgt. Auf diese Weise wird eine ausreichende Lösung von Kohlendioxid in dem fließenden Strom erreicht.
Wenn Kalziumkarbonat als Füllstoff verwendet wird, kann dieses zweckmäßig bei der Pulpenmühle eingeleitet werden, so daß es einen Teil eines Pulpenbreis bildet, der mittels der Pumpe 50 durch die Versorgungsleitung 52 gepumpt wird. Auf diese Weise kann das Kohlendioxid mit dem Kalziumkarbonat unter Bildung von Kalziumbikarbonat und somit Bikarbonationen reagieren. Alternativ kann das Kalziumkarbonat später zugegeben werden, z.B. stromab des Vorratstanks 14 und in diesem Fall werden Bikarbonationen in der Versorgungsleitung 52 durch Dissoziation von gelöstem Kohlendioxid in dem wässerigen Trägermittel der wässerigen Pulpe gebildet.
Das Alkylketen-Dimer-Leimungsmittel kann bei der Pulpenmühle eingeleitet werden, so daß es mit der Zellstoffpulpe in Gegenwart der Bikarbonationen in der Versorgungsleitung 52 turbulent vermischt wird, oder es kann in die wässerige Pulpe bei einer nachfolgenden Stufe z.B. in den Beschickungstank 16 eingeleitet werden.

Claims

1. Verfahren zur Leimung von Papier, umfassend

- Erzeugen (12, 14) einer wässerigen Pulpe aus papierbildenden Zellstofffasern und einem wässerigen Trägermittel,

- Inkontaktbringen (14, 16) der in der wässerigen Pulpe vorliegenden Fasern mit einem Leimungsmittel aus einem Alkylketendimer bei einem nicht-sauren pH,

- Lösen von Kohlendioxidgas (64, 68, 66, 54) in dem wässerigen Trägermittel, um eine katalytisch wirkende Menge von Bikarbonationen flir die Reaktion zwischen dem Leimungsmittel aus einem Alkylketendimer und dem Zellstoff der Fasern zu erzeugen, und

- Herstellung eines Papiers aus dieser Pulpe.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Kohlendioxid (64, 68, 66, 54) in dem wässerigen Trägermittel zur Erzeugung der Bikarbonationen dissoziiert.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das wässerige Lösungsmittel Kalziumkarbonat enthält, und das Kohlendioxid zur Erzeugung der Bikarbonationen mit dem Kalziumkarbonat reagiert.

4 Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Kohlendioxid (64, 68, 66, 54) unter turbulenter Bewegung des wässerigen Trägermittels gelöst wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei das Kohlendioxid (64, 68, 66, 54) in einen fließenden Strom der wässerigen Pulpe (52) eingeleitet wird, und der Strom (52) mit einer Geschwindigkeit fließt, die die turbulente Bewegung und eine Verweilzeit des Kohlendioxids in dem fließenden Strom von mindestens 30 Sekunden bewirkt.