DE69512046T2 - Verbesserte papierblattbildung - Google Patents
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Description
- Die Erfindung betrifft Papierherstellung und insbesondere ein Verfahren zur Verbesserung der Papierbildung unter Verwendung von Polysilikat-Mikrogelen in Kombination mit anionischen und kationischen Polymeren.
- Die US-A-4,643,801 offenbart eine verbesserte Retention und Drainage während der Papierherstellung durch die Verwendung eines Koazervatadditivsystems aus dispergiertem Silizium(di)oxid in Kombination mit anionischen und kationischen Polymeren. Eine Verbesserung in der Papierbildung wurde auch beobachtet. Das dispergierte Silizium(di)oxid kann verschiedene Formen annehmen, Polysilikat-Mikrogele wurden jedoch nicht offenbart.
- Die US-A-5,126,014 offenbart verbesserte Retention und Drainage durch die Verwendung kolloidalen Silizium(di)oxids oder Bentonits in Kombination mit wenigstens zwei kationischen Polymeren und einem anionischen Polymer. Dieses Patent befaßt sich mit dem Konflikt und der Schwierigkeit, eine optimale Ausbildung auf der einen Seite und optimale Retention und Drainage auf der anderen Seite bei der Papierherstellung zu erreichen. Die tägliche Papierherstellung erfordert Auswahlen abhängig davon, welche Eigenschaft zu irgendeinem besonderen Zeitpunkt besonders wichtig ist.
- Die US-A-4,954,220 offenbart die Verwendung von Polysilikat- Mikrogelen bei der Papierherstellung in Kombination mit kationischem Polymer, um verbesserte Retention und Drainage zu erreichen. Ähnliche Prozeßverbesserungen sind offenbart in der US-A-4,927,498 durch die Verwendung von Polyaluminiumsilikat- Mikrogel mit kationischem Polymer. Die Ausbildung (oder Glatt heit) von Papier ist eine höchst wichtige Eigenschaft, die viele Papiergesamteigenschaften beeinflußt wie beispielsweise Zug- und Reißfestigkeit, die Größe der Expansion und Kontraktion, die bei verschiedenen Feuchtigkeitsniveaus auftreten sowie Aussehen und Bedruckbarkeit. Eine gute Ausbildung oder Formation ist wichtig bei allen Papiersorten, besonders aber bei leichtem Freiblatt zum Bedrucken. Chemische Additive werden oft am nassen Ende eines Papierherstellungsverfahrens zum Regeln der Formation oder Ausbildung auch anderer Arbeitseigenschaften wie Retention und Drainage zugegeben und in der kommerziellen Praxis muß eine gute Papierformation oder Ausbildung auch begleitet sein von guter Retention und Drainage, da wenn diese letzteren inadäquat sind, es bei der Produktion Begrenzungen gibt. Die Produktionsanforderungen zwingen Papiermacher, sich auf die Verbesserung von Retention und Drainage zu fokussieren, während die Formation innerhalb eines brauchbaren Bereichs gehalten wird. Somit würde jedes Additivsystem, welches die Papierbildung verbessern könnte und gleichzeitig die Retentions- und Drainageeigenschaften aufrechterhält oder verbessert, einen bedeutenden Fortschritt darstellen.
- Das Verfahren dieser Erfindung besteht darin, die Formation oder Ausbildung von Papier bei der Papierherstellung zu verbessern, umfassend die Schritte:
- (A) Zugabe zu einem wässrigen Papiereintrag, der Pulpe enthält, wobei die Pulpe gewünschtenfalls anorganischen Füllstoff enthält, der folgenden Additive:
- (i) Polysilikat-Mikrogel,
- (ii) kationisches Polymer und
- (iii) anionisches Polymer; und
- (B) Ausformen und Trocknen des Produkts des Schritts (A); wobei das Polysilikat-Mikrogel ein Netzwerk aus Silizium(di)oxidpartikeln von etwa 1-2 nm Durchmesser Größe und einer Oberfläche von ≥ 1000 m² ist.
- Das Verfahren dieser Erfindung ist darin zu sehen, die Formation von Papier während des Papierherstellungsverfahrens zu verbessern, wobei eine Kombination von Polysilikat-Mikrogel (PSM) in Kombination mit kationischen und anionischen Polymeren verwendet wird. Dieses Gemisch wird einem wässrigen Papiereintrag zugesetzt, der gewünschtenfalls anorganische Füllstoffe enthalten kann.
- PSM ist ein Netzwerk von kettenartig und/oder dreidimensional verknüpften Silizium(di)oxidpartikeln von etwa 1-2 nm Durchmessern Größe und einer Oberfläche von ≥ 1000 m². Diese wurden beschrieben in R. K. Iler, "The Chemistry of Silica", veröffentlicht von John Wiley and Sons, N. Y., S. 174-176 und 225-234. Offenbart sind sie auch in der US-A-4,954,220 und US-A-4,927,498.
- Die verwendeten kationischen Polymere umfassen kationische Stärken hohen Molekulargewichts (1 Million oder mehr), die aus einer Vielzahl von Quellen stammen. Ein bevorzugtes kationisches Polymer ist eine kationische Kartoffelstärke, die etwa 0,01-1 Gew.-% Stickstoff enthält. In gewissen Fällen kann man teilweise oder vollständig andere kationische Stärken mit hohem Molekulargewicht wie kationisches Polyacrylamid oder kationisches Guar Gum für die Stärke substituieren.
- Anionische Polymere umfassen anionische Polyacrylamide. Diese können gebildet werden durch die Copolymerisation von Acrylamid mit Acrylsäure oder durch die teilweise Hydrolyse von vorgeformten Polyacrylamiden. Anionische Polyacrylamide mit einem Molekulargewicht von mehr als etwa 1 Million, bevorzugt 10-20 Millionen, und welche 10-70 Mol-% Säuregruppen enthalten, werden bevorzugt. Andere anionische Polymere mit hohem Molekulargewicht, die durch die (Co)Polymerisation verschiedener Vinylmonomere gebildet wurden, können auch verwendet werden.
- Diese Verbindungen, die im allgemeinen 0,01-1 Gew.-% einer Lösung bei der Zugabe zum Eintrag (auf Zugabe zusammen oder getrennt in beliebiger Reihenfolge) umfassen, können etwa bis zu 10 Gew.-% des trockenen Eintragsgewichts umfassen. Im allgemeinen kann das Gewichtsverhältnis von PSM/kationischem Polymer 1 : 100 bis 100 : 1 und von kationischem Polymer/anionischem Polymer von 100 : 1 bis 1 : 100 betragen.
- Der wässrige Eintrag kann zusätzlich zu den üblicherweise verwendeten Zellulosematerialien und anorganischen Füllstoffen ein Aluminiumsalz enthalten. Gewünschtenfalls kann sämtliches oder ein Teil eines solchen Salzes kombiniert werden mit dem PSM und/oder anderen Polymeren. Weiter können andere Chemikalien auch zugegeben werden, um die kationische Natur des Eintrags zu unterstützen und ungünstige Effekte anionischer Verunreinigungen im System auszugleichen als da sind Polyamine hoher Chargendichte wie Polyethylenimin, Aminepichlorhydrin-Kondensations-Produkte und Polydiallyldimethylammonium-Chlorid von niedrigem Molekulargewicht und hoher Ladungsdichte.
- Wurden Vergleichsversuche zwischen einem kolloidalen System auf Silizium(di)oxidbasis wie beschrieben in der US-A-4,643,801 und dem System dieser Erfindung durchgeführt, so konnte man eine wesentliche Verbesserung in der Papierbildung mit dem System nach dieser Erfindung beobachten. Die Formation von Freiblatt (freesheet) in der Herstellung wurde beobachtet mit einem Meßgerät nach Kimberly Clark, wobei das von einer Lichtquelle durch eine Papierscheibe durchgelassene Licht gemessen wurde, wobei die Scheibe sowohl radial wie exzentrisch gedreht wurde. Die Ergebnisse wurden ausgedrückt als eine Formationsnummer. Je höher die Zahl desto besser die Formation oder Ausbildung des Papiers.
- Eine Messung der Formation oder Bildung von Papier mit einem kolloidalen auf Silizium(di)oxid basierenden System (8 beliebige Proben) führte zu einer mittleren Formationsnummer von 167. Eine Messung mit dem System nach der Erfindung (unter Verwendung von halb so viel Gewicht PSM verglichen mit kolloidalem Silizium(di)oxid unter Berücksichtigung der bekannten höheren Retention und Drainageaktivität von Polysilikat-Mikrogelen gegenüber kolloidalem Silizium(di)oxid führte zu einer mittleren Formationsnummer (8 beliebige Proben) von 185, einer unerwartet höheren Formationsnummer, während die Retentions- und Drainageeigenschaften beibehalten wurden.
Claims (6)
1. Verfahren zur Verbesserung der Ausformbarkeit von Papier
während der Papierherstellung, umfassend die Schritte:
(A) Zugabe der folgenden Additive zu einer wäßrigen
Papierrohmasse, die Pulpe enthält, wobei die Pulpe
gewünschtenfalls einen anorganischen Füllstoff enthält:
(i) Polysilikat-Mikrogel
(ii) kationisches Polymer und
(iii) anionisches Polymer; und
(B) Ausformen und Trocknen des in Schritt (A) erhaltenen
Produkts; wobei das Polysilikat-Mikrogel ein Netzwerk aus
Silizium(di)oxidpartikeln mit einem Durchmesser von
ungefähr 1-2 nm Größe und einer Oberfläche von ≥ 1000 m³ ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Mischung aus
Polysilikat-Mikrogel, kationischem Polymer und anionischem
Polymer während der Papierherstellung in situ gebildet wird,
indem nacheinander die Komponenten in beliebiger
Reihenfolge zur wäßrigen Papierrohmasse gegeben werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das kationische Polymer
aus der Gruppe gewählt wird, die von kationischer Stärke
mit hohem Molekulargewicht, Polyacrylamid und Guar Gum
gebildet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das anionische Polymer
anionisches Polyacrylamid ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Polyacrylamid ein
Molekulargewicht von mehr als ungefähr einer Million
aufweist und 10-70 Mol-% Säuregruppen enthält.
6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Gewichtsverhältnis von
Polysilikat-Mikrogel: kationischem Polymer zwischen 1 : 100
und 100 : 1 und das Verhältnis von kationischem Polymer:
anionischem Polymer zwischen 1 : 100 und 100 : 1 beträgt.
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