DE69705267T2

DE69705267T2 - Verwendung von hydrophilen Dispersionspolymeren zur Behandlung von wiedergewonnenem Papier mit Überzug

Info

Publication number: DE69705267T2
Application number: DE69705267T
Authority: DE
Inventors: Jane B. Wong Shing
Original assignee: Nalco Chemical Co
Current assignee: ChampionX LLC
Priority date: 1996-07-22
Filing date: 1997-07-22
Publication date: 2001-10-18
Anticipated expiration: 2017-07-23
Also published as: CA2210903C; MX9705533A; US5891304A; AU736965B2; NO973361L; NO324307B1; BR9705228A; MY116939A; ID18732A; DE69705267D1; AU2942797A; NO973361D0; CA2210903A1; EP0821099A1; EP0821099B1; ES2157501T3

Description

Hintergrund der Erfindung

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen die Behandlung einer Aufschlämmung von wieder aufgeschlossenem beschichtetem Ausschußpapier mit einem wasserlöslichen Dispersionspolymer, so daß dieses als Cellulosefaser zu einer Papiermaschine rückgeführt werden kann.

2 Beschreibung des Standes der Technik

"Papierausschuß" ist ein Begriff, welcher von Papierherstellern verwendet wird, um das Papier zu beschreiben, welches diese nicht verkaufen können oder verkaufen, da es nicht die minimalen Handelsspezifikationen erfüllt. Dieser Papierausschuß ist eine wertvolle Faserquelle und wird intern in der Mühle recyclet, auch wenn dieser ebenfalls als eine Faserquelle an andere Mühlen verkauft werden kann. Unglücklicherweise enthält Papierausschuß oft Beschichtungen, die auf das Rohblatt des Papier aufgetragen wurden als es hergestellt wurde. Wenn der Papierausschuß diese Beschichtungen enthält, wird dieser als "beschichtetes Ausschußpapier" bezeichnet. Beschichtetes Ausschußpapier bringt spezielle Probleme bei der Rückgewinnung von Faserwertstoffen mit sich, da die Beschichtungen Materialien einführen, die normalerweise in dem ursprünglichen Fasergut, das verwendet wird, um das Rohpapierblatt herzustellen, nicht vorhanden wären.
Die Beschichtungsmaterialien, die auf dem beschichteten Ausschußpapier enthalten sind, können von ca. zehn (10) bis ca. vierzig (40) Gewichtsprozent der gesamten Feststoffe in der Papierausrüstung ausmachen. Die Hauptbestandteile der Beschichtungen sind Pigmente, welche normalerweise von ca. 80 bis 95% der Beschichtungsmasse ausmachen, und die Bindemittel sind in der Beschichtung von ca. 5 bis ca. 20 Gew.-% der Beschichtungsmasse enthalten.
Die Pigmente sind normalerweise aus typischen Pigmenten und Füllstoffen zusammengesetzt, welche bei der Papierherstellung verwendet werden, wobei die Pigmente und Füllstoffe Tone verschiedener Typen, Calciumcarbonat, Titandioxid und andere ähnliche oder Spezialpigmente und Füllstoffe einschließen können.
Die verwendeten Bindemittel sind häufig jene Bindemittel, die aus normalen Latexpolymeren erhalten werden, wie beispielsweise jenen, die von Styrol-Butadienharzen, Polyvinylacetatharzen, Polyvinylalkoholharzen und Polyacrylsäure- oder Polyacrylatharzen abgeleitet sind. Gewisse Bindemittel können kundengerecht angefertigt werden, was von dem durch den Papierhersteller gewünschten Endergebnis abhängt.
Die Kombination dieser Bindemittelmaterialien, welche ebenso gewisse Naturprodukte wie z. B. Stärken und Dextrane einschließen können, mit den früher erwähnten Pigmenten und Füllstoffen, welche allesamt als ein Teil der Beschichtung in einem beschichteten Ausschußpapier enthalten sind, wirft gewisse Probleme auf, wenn das beschichtete Ausschußpapier recyclet wird, um Faserwertstoffe zurückzugewinnen.
Das schwierigste Problem, das mit dem Recycling von beschichtetem Ausschußpapier zusammenhängt, ergibt sich durch die Bindemittelmaterialien, manchmal in Kombination mit Pigmenten oder Füllstoffen, da diese Polymere und die Materialien, an welchen sie befestigt wurden, der Ausgangspunkt für klebrige Ablagerungen sind. Diese klebrigen Ablagerungen, welche als "weißes Harz" bezeichnet werden, verursachen Schwierigkeiten, wenn sie in den Papiermaschinenbetrieb rückgeführt werden. Zusätzlich zu diesen klebrigen Ablagerungen von weißem Harz können die verursachten Probleme jene Probleme einschließen, sind aber nicht notwendigerweise darauf beschränkt, die oft mit den Standardharzen verbunden sind, die aus natürlichen Holzfasern stammen. Die Probleme, die durch den Einschluß dieses weißen Harzes in den Papierfertigungsprozeß hervorgerufen werden, welcher recyclete beschichtete Ausschußpapiere verwendet, können Papier ohne Spezifikation, das durch Löcher und/oder Ablagerungen des weißen Harzes verursacht wird, eine Maschinenausfallzeit, die aus Brüchen der Blätter resultiert, oder eine häufigere Reinigung der Maschine, ein Zusetzen der Filze, die bei der Herstellung des Rohblattes verwendet werden, und dergleichen einschließen.
In der Vergangenheit wurden Polymere, die von quervernetzten oder linearen Epichlorhydrin/Dimethylamin(EPI-DMA)-Reaktanten abgeleitet waren, verwendet, um beschichtetes Ausschußpapier zu behandeln. Diese Materialien haben, obwohl sie bei gewissen Anwendungen mit beschichtetem Ausschußpapier effektiv sind, eigene Schwierigkeiten, die sich hauptsächlich von der Tatsache ableiten, daß die Materialien quervernetzt werden können und Gelpartikel bilden können, welche zu eigenen Schwierigkeiten bei der weiteren Verarbeitung des Papierblattes führen. Zusätzlich wurde gefunden, daß obwohl dieses EPI-DMA-Material in hohem Maße kationisch geladen ist, wie ursprünglich für diesen Anwendungstyp als notwendig erachtet wurde, diese sehr hohe kationische Ladungsdichte für eine effektive Behandlung des beschichteten Ausschußpapiers und des davon abgeleiteten weißen Harzes nicht notwendig ist.
Kürzlich wurden Copolymere, die das Monomer Diallyldimethylammoniumchlorid (DADMAC) und Acrylamid enthielten, zu Aufschlämmungen von wieder aufgeschlossenem beschichtetem Ausschußpapier zu dem Zweck zugegeben, das weiße Harz zu koagulieren. Ein solches Verfahren ist in dem US-Patent Nr. 5 131 982 offenbart, das St. John erteilt wurde. Homopolymere von DADMAC wurden ebenfalls zur Verwendung in dem St. John-Patent vorgeschlagen.
Diese Koagulantien werden entweder als Lösungspolymere oder als Wasser-in-Öl-Emulsionspolymere geliefert. Lösungspolymere sind auf Polymere mit niedrigerem Molekulargewicht bei relativ geringen Konzentrationen beschränkt. Es ist bekannt, daß Polymere mit höherem Molekulargewicht für eine verbesserte Behandlung von beschichtetem Ausschußpapier sorgen können. Ein Weg, um Polymere mit höherem Molekulargewicht in einer flüssigen Form zu erhalten ist es, das Polymer in einer Wasser-in-Öl- Emulsion zu verpacken. Dieser Polymertyp erfordert jedoch typischerweise eine kompliziertere Zuführausrüstung als die, welche für die Lösungspolymere benötigt wird, und dieses hat einen großen Widerstand bei den Papierherstellern gegen die Verwendung dieses Polymertyps hervorgerufen.
Gewisse hydrophobe Dispersionspolymere wurden als ein Mittel vorgeschlagen, die obigen Probleme zu überwinden. Das US- Patent Nr. 5 466 338, welches für Pearson erteilt wurde, offenbart ein Verfahren der Behandlung von beschichtetem Ausschußpapier unter Verwendung von Copolymeren und Terpolymeren von quaternären Benzylchlorid-Verbindungen. Bei diesen Polymeren verhindert der hydrophobe Anteil, daß das Polymer vollständig solubilisiert wird und die volle Aktivität erreicht.

Zusammenfassung der Erfindung

Ein Verfahren zum Behandeln von rückgeführtem beschichtetem Ausschußpapier, welches zu Zwecken des Rückführens des beschichteten Ausschußpapiers als Cellulosefaser zu der Papiermaschine wurde zu einer Aufschlämmung aufgeschlossen wurde, welches umfaßt:
Zugeben zu einer solchen Aufschlämmung eines wasserlöslichen hydrophilen Dispersionspolymers in einem Anteil von 0,1 bis 4,5 kg (0,2 bis 10 Pfund (lb.)) des Polymers, das in der Dispersion enthalten ist, pro 1000 kg (1 Tonne) der gesamten Ausschußpapierfesstoffe;
wobei das wasserlösliche hydrophile Dispersionspolymer ein Copolymer von Acrylamid und quaternärem Dimethylaminoethylacrylatmethylchlorid (DMAEA·MCQ) ist, worin die Molprozente von Acrylamid und quaternärem Dimethylaminoethylacrylatmethylchlorid (DMAEA-MCQ) in dem Copolymer 70-99 Mol-% bzw. 1-30 Mol- % betragen;
wobei die Polymerisation, um das Copolymer herzustellen, in Gegenwart einer Verbindung durchgeführt wird, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus:
a) einem organischen mehrwertigen Kation mit hohem Molekulargewicht, welches ein wasserlösliches Polymer umfaßt, das wenigstens ein Monomer der Formel (I):
enthält, worin R&sub1; H oder CH&sub3; ist; R&sub2; und R&sub3; jeweils eine Alkylgruppe mit 1 bis 2 Kohlenstoffatomen sind; R&sub4; H oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 2 Kohlenstoffatomen ist; A' ein Sauerstoffatom oder UM ist; B' eine Alkylengruppe mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen oder eine Hydroxypropylengruppe ist; und t ein anionisches Gegenion ist;
b) Polydiallyldimethylammoniumchlorid; und
c) Mischungen von diesen.
Die vorliegende Erfindung beschreibt die Verwendung hydrophiler Dispersionspolymere mit hohem Molekulargewicht, um beschichtetes Ausschußpapier durch ein Koagulieren des weißen chen Vorteil darin, daß sie nur eine Zuführausrüstung benötigen, die der ähnlich ist, welche für ein Lösungspolymer verwendet wird. Dispersionspolymere sind ebenfalls aufgrund ihrer wesentlich effektiver als eine äquivalente Dosierung eines Lösungspolymers, Darüberhinaus sind Dispersionspolymere ebenso effektiv wie Emulsionspolymere, benötigen aber nicht die komplizierte Zuführausrüstung, die für Emulsionspolymere benutzt wird. Weiterhin enthalten Dispersionspolymere kein Öl oder oberflächenaktive Stoffe und sind daher umweltfreundlicher als Emulsionspolymere.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine graphische Darstellung, welche die Trübungsverringerung von DMAEA·MCQ/AcAm-Copolymeren mit der Trübungsverringerung von Polymer A bei beschichtetem Ausschußpapier bei unterschiedlichen Niveaus der Polymerdosierung vergleicht.
Fig. 2 ist eine graphische Darstellung, welche die Trübung des Filtrats von DMAEA·MCQ/AcAm-Copolymeren mit der Trübung des Filtrats von Polymer A bei beschichtetem Ausschußpapier bei unterschiedlichen Niveaus der Polymerdosierung vergleicht.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Die Erfindung stellt ein Verfahren zur Verfügung, um rückgeführtes beschichtetes Ausschußpapier zu behandeln, welches zu dem Zweck des Rückführens des beschichteten Ausschußpapiers als Cellulosefaser zu der Papiermaschine wieder zu einer Aufschlämmung aufgeschlossen wurde. Die Verbesserung umfaßt ein Zugeben zu der Aufschlämmung des beschichteten Ausschußpapiers einer wirksamen Menge eines Dispersionspolymers, welches leichter angewendet werden kann als ein Emulsionspolymer und wirksamer ist als Lösungspolymere, die typischerweise für diese Anwendung verwendet werden.
Das kationische Monomer liegt in einer Menge zwischen ca. 1 und ca. 30 Mol-% vor, wobei das (Meth)acrylamid in einer Menge zwischen ca. 70 bis ca. 99 Mol-% vorliegt und das organische mehrwertige Kation mit hohem Molekulargewicht in einer Menge zwischen ca. 1 bis ca. 10 Gew.-% vorliegt.
Beispiele für das Monomer, das in der obigen Formel (I) dargestellt ist, umfassen Salze wie z. B. Dimethylaminoethyl(meth)- acrylat, Diethylaminoethyl(meth)acrylat, Dimethylaminopropyl(meth)acrylamid, Diethylaminopropyl(meth)acrylamid und Dimethylhydroxypropyl(meth)acrylat und methylierte und ethylierte quaternäre Salze. Die Konzentration der obigen Monomere in der Polymerisationsreaktionsmischung liegt geeigneterweise in dem Bereich von 5 bis 30 Gew.-%.
Das mehrwertige anionische Salz, das verwendet wird, um das Polymer bei der vorliegenden Erfindung zu dispergieren, ist ein Sulfat oder ein Phosphat, und typische Beispiele dieser Salze umfassen Ammoniumsulfat, Natriumsulfat, Magnesiumsulfat, Aluminiumsulfat, Ammoniumhydrogenphosphat, Natriumhydrogenphosphat und Kaliumhydrogenphosphat. Das Salz wird in Form einer wäßrigen Salzlösung bei einer Konzentration von 15% oder mehr, vorzugsweise 20 Gew.-% oder mehr verwendet.
Das Dispersionsmittel, das bei dieser Erfindung verwendet wird, umfaßt eines oder mehrere organische mehrwertige Kationen mit hohem Molekulargewicht, welche in der oben erwähnten wäßrigen Salzlösung löslich sind, und diese werden in einer Menge von 1 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomere, verwendet. Diese Dispersionsmittel haben keine Wirkung auf die Ablagerung des Polymers.
Ein wasserlösliches Radikal-bildendes Mittel, z. B. wasserlösliche Azoverbindungen wie z. B. 2,2'-Azo-bis(2-amidinopropan) - hydrochlorid und 2,2'-Azo-bis(N,N'-dimethylenisobutylamin)- hydrochlorid, kann eingesetzt werden, um die Polymerisation der Monomere zu unterstützen.
Die Menge des Dispersionspolymers, von welcher festgestellt wurde, daß diese wirksam ist, um weißes Harz und dessen Bestandteile, die Pigmente und Bindemittel, die oben beschrieben wurden, zu behandeln, reicht von einer Konzentration von ungefähr 0,1 kg (0,2 Pfund) aktivem Polymer pro 1000 kg (1 Tonne) gesamten Ausschußpapierfeststoffe bis zu ca. 4,5 kg (10 Pfund) aktivem Polymer pro 1000 kg (1 Tonne) der gesamten Ausschußpapierfeststoffe.
Vorzugsweise reichen die Behandlungsniveaus von zwischen ca. 0,2 kg (0,5 Pfund) Polymer pro 1000 kg (1 Tonne) der gesamen Ausschußpapierfeststoffe bis zu ca. 2,3 kg (5 Pfund) pro 1000 kg (1 Tonne). Am meisten bevorzugt liegen die wirksamen Behandlungsbereiche zwischen ca. 0,35 kg (0,75 Pfund) pro 1000 kg (1 Tonne) bis ca. 1,6 kg (3,5 Pfund) pro 1000 kg (1 Tonne), obwohl jedes Ausgangsmaterial an beschichtetem Ausschußpapier seinen eigenen Charakter haben kann und hat und die Ansprüche an das Behandlungsniveau für unsere Polymere, um das weiße Harz zu behandeln, mit dem Ausgangsmaterial der beschichteten Ausschußpapierfasern variieren.
Das folgende Beispiel wird angegeben, um bevorzugte Ausführungsformen und Nutzen der Erfindung zu beschreiben und ist nicht dazu gedacht, die Erfindung zu beschränken, sofern in den hieran angefügten Ansprüchen nichts anderes angegeben wird.

Beispiel 1

Eine Serie von DMAEA·MCQ/AcAm-Dispersionspolymeren wurde in beschichtetem Ausschußpapier ausgewertet, das von einer Papiermühle in Michigan erhalten wurde. Die kationischen Dispersionspolymere zeigten für den Dosierungsbereich von 0,7 bis 1,4 kg/1000 kg (1,5 bis 3,0 lbs/Tonne) eine ebenso gute Leistung wie das Referenzpolymer, Polymer A (AcAm/DADMAC: 70/30).
Das Testverfahren, welches verwendet wurde, um die Polymeraktivität bei der Behandlung des beschichteten Ausschußpapiers auszuwerten, ist ein Vakuumfiltrationstest. Der Vakuumfiltrationstest mißt die Fähigkeit der hydrophilen Dispersionspolymere, beschichtete Ausschußpapiermaterialien während einer Vakuumfiltration durch ein rauhes Filterpapier zurückzuhalten. Die Testbedingungen, welche für die Auswertung des Polymers verwendet wurden, sind in Tabelle I unten angegeben. Die Leistungsfähigkeit des Polymers wird bestimmt, indem die Trübung des Filtrats gemessen wird. Die Trübung des Filtrats wurde bei 450 nm gemessen, wobei ein Spektrophotometer, Hach-Modell DR2000, verwendet wurde. Die Trübung des Filtrats wird als proportional zu der Konzentration der suspendierten Feststoffe angenommen.

Tabelle I

Bedingungen des Filter-Trübungstests

Probengröße 200 ml beschichtetes Ausschußpapier
Mischgeschwindigkeit 500 Upm mit einem Britt-Gefäßrührer in einem 400 ml-Becherglas
Mischfolge t = 0 Beginn des Mischens
t = 10 Sekunden Zugabe des Polymers
t = 30 Sekunden Ende des Mischens
Polymerkonzentration Dosiert als 0,13 bis 0,5 Gew.-% als Polymer
Filtration 9 cm Büchner-Trichter und 500 ml Filterkolben mit rauhem Filpaco-Filterpapier; Probe vollständig filtriert
Test Trübung mit einem Fototester bestimmt von 10 bis 20 ml Filtrat, verdünnt mit ionisiertem Wasser auf 50 ml
Eine Serie von DMAEA·MCQ-Dispersionspolymeren wurde ausgewertet. Die Konsistenz des beschichteten Ausschußpapiers betrug 3,76%. Die Dispersionspolymere enthielten von 1 Mol-% bis zu 30 Mol-% kationische Ladung. Polymer A, welches ein typisches Polymer für die Behandlung von beschichtetem Ausschußpapier ist, wurde als Referenz verwendet. Die Ergebnisse sind in Tabelle II zusammengefaßt. Die kationischen Dispersionspolymere zeigten für den Dosierungsbereich 0,7-1,4 kg/1000 kg (1,5 bis 3,0 lbs/Tonne) eine ebenso gute Leistung wie das Polymer A. Tabelle II Screenen von DMAEA·MCQ/AcAm-Dispersionspolymeren für die Behandlung von beschichtetem Ausschußpapier Tabelle III Behandlung von beschichtetem Ausschußpapier mit DMAEA·MCQ/AcAm- Dispersionspolymeren Konsistenz 3,76%

Claims

1. Ein Verfahren zum Behandeln von rückgeführtem beschichtetem Ausschußpapier, welches zu Zwecken des Rückführens des beschichteten Ausschußpapiers als Cellulosefaser zu der Papiermaschine wieder zu einer Aufschlämmung aufgeschlossen wurde, welches umfaßt:

Zugeben zu einer solchen Aufschlämmung eines wasserlöslichen hydrophilen Dispersionspolymers in einem Anteil von 0,1 bis 4,5 kg (0,2 bis 10 Pfund) des Polymers, das in der Dispersion enthalten ist, pro 1000 kg (1 Tonne) der gesamten Ausschußpapierfeststoffe;

wobei das wasserlösliche hydrophile Dispersionspolymer ein Copolymer von Acrylamid und quaternärem Dimethylaminoethylacrylatmethylchlorid (DMAEA·MCQ) ist, worin die Molprozente von Acrylamid und quaternärem Dimethylaminoethylacrylatmethylchlorid (DMAEA·MCQ) in dem Copolymer 70-99 Mol-% bzw. 1-30 Mol-% betragen;

wobei die Polymerisation, um das Copolymer herzustellen, in Gegenwart einer Verbindung durchgeführt wird, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus:

a) einem organischen mehrwertigen Kation mit hohem Molekulargewicht, welches ein wasserlösliches Polymer umfaßt, das wenigstens ein Monomer der Formel (I):

enthält, worin R&sub1; H oder CH&sub3; ist; R&sub2; und R&sub3; jeweils eine Alkylgruppe mit 1 bis 2 Kohlenstoffatomen sind; R&sub4; H oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 2 Kohlenstoffatomen ist; A' ein Sauerstoffatom oder NH ist; B' eine Alkylengruppe mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen oder eine Hydroxypropylengruppe ist; und X ein anionisches Gegenion ist;

b) Polydiallyldimethylammoniumchlorid; und

c) Mischungen von diesen.