DE69709675T2 - Herstellung von papier und pappe - Google Patents
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Description
- Die Erfindung betrifft die Herstellung von Papier oder Karton durch ein Verfahren, umfassend das Bilden einer wässerigen Zellulosesuspension, Zugeben einer polymeren Retentionshilfe zu der Suspension unter Bildung von Flocken, Abbauen der Flocken durch Scherwirkung auf die Suspension unter Bildung von Mikroflocken, Aggregieren der Mikroflocken durch Zugabe einer wässerigen Zusammensetzung von anionischem brückenbildendem Koagulationsmittel zu der Suspension, Entwässern der aggregierten Suspension unter Bildung eines Bogens und Trocknen des Bogens. Verfahren dieses allgemeinen Typs sind gut bekannt. Zum Beispiel bezieht das Hydrocol- (Handelsmarke) Verfahren diese Verfahrensschritte ein und wendet Bentonit (d. h. einen anionischen, quellenden Ton) als das anionische brückenbildende Koagulationsmittel an. Solche Verfahren werden beispielsweise in US4753710, 4913775 und EP- A-707673 beschrieben.
- Die Bildung der flockulierten Suspension beinhaltet im Allgemeinen die Zugabe von einem oder mehreren kationischen Polymeren zu der Suspension. Beispielsweise ist die polymere Retentionshilfe häufig ein kationisches Polymer mit hohem Molekulargewicht und/oder andere kationische Polymere können bei früheren Stufen in dem Verfahren zugegeben werden. Zum Beispiel können kationische Stärke oder andere Festigkeitszusätze zugegeben werden, um die Festigkeit zu erhöhen und/oder kationische Polymere mit niedrigem Molekulargewicht können zugegeben werden, um die Retention zu verbessern und/oder für andere Zwecke, wie die Bekämpfung von Harz in dem Dickstoff.
- Um das visuelle Aussehen der getrockneten Bögen zu verbessern, ist es üblich, ein anionisches Material zuzusetzen, das das visuelle Aussehen des Bogens verändern wird, wie Pigment oder Farbstoff oder gewöhnlich ein optisches Aufhellungsmittel. Aus Gründen der Zweckmäßigkeit und sorgfältigen Vermischens werden diese anionischen Materialien immer bei einer relativ frühen Stufe des Verfahrens, meist vor der Retentionshilfe und häufig auch bei der Dickstoffstufe, beispielsweise im Mischkasten, zugegeben.
- Somit umfasst ein typisches Verfahren das Zugeben eines anionischen optischen Aufhellers zu dem Dickstoff mit oder vor beliebigem Füllstoff, der erforderlich ist, und anschließend Zugeben von kationischer Stärke und/oder kationischem Koagulationsmittel mit niedrigem Molekulargewicht (das auch zu dem Dickstoff als ein Harzbekämpfungsmittel-Additiv gegeben worden sein kann), dann Zugeben der kationischen oder anderen polymeren Retentionshilfe und dann das anionische brückenbildende Koagulationsmittel.
- Verfahren dieses Typs wurden seit vielen Jahren in einem sehr großen Maßstab durchgeführt.
- In allen Papierherstellungsverfahren ist es erwünscht, optimale Leistung unter Anwendung einer minimalen Menge chemischer Additive zu erhalten. Daher will der Anlagenfahrer eine optimale Harzbekämpfung, Festigkeit, Retention und Entwässerung oder anderes Entwässern unter Verwendung von minimaler Menge Polymer und optimales visuelles Aussehen unter Verwendung einer minimalen Menge an optischem Aufheller, Farbstoff oder Pigment erreichen.
- Die Aufgabe der Erfindung ist es, solchen Verfahren eine verbesserte Leistung zu verleihen. Insbesondere besteht eine Aufgabe darin, eine verbesserte Retentions- und Entwässerungs- (einschließlich Entwässern am Sieb)-Leistung bereitzustellen, damit der Anlagenfahrer entweder die gleiche Menge an chemischen Additiven verwenden und bessere Entwässerungs- und Retentionsleistungen erhalten kann oder der Anlagenfahrer äquivalentes Entwässern und Retentionsleistung erreichen kann, allerdings mit einer verminderten Additivmenge. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein besseres visuelles Aussehen zu erreichen, damit der Anlagenfahrer stärkeres Aufhellen oder Färben unter Verwendung der gleichen Dosierung an optischem Aufheller, Farbstoff oder Pigment erreichen kann oder äquivalentem Aufhellen oder Färben bei einer verminderten Dosis von optischem Aufheller, Farbstoff oder Pigment erreichen kann.
- Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung von Papier oder Karton bereitgestellt, umfassend das Bilden einer wässerigen Zellulosesuspension, Zugeben einer polymeren Retentionshilfe zu der Suspension unter Bildung von Flocken, Abbauen der Flocken durch Scherwirkung auf die Suspension unter Bildung von Mikroflocken, Aggregieren der Mikroflocken durch Zugabe einer wässerigen Zusammensetzung von anionischem brückenbildendem Koagulationsmittel, zu der Suspension, Entwässern der aggregierten Suspension unter Bildung eines Bogens und Trocknen des Bogens, und in diesem Verfahren mindestens ein kationisches Polymer vor der Scherwirkung in der Suspension eingeschlossen ist und ein anionischer Farbstoff, Pigment und/oder (anionisches) optisches Aufhellungsmittel für das Papier oder den Karton zu der Suspension mit der wässerigen Zusammensetzung von anionischem brückenbildendem Koagulationsmittel gegeben wird.
- Somit wird der anionische optische Aufheller, der Farbstoff oder das Pigment zu der Scherwirkung unterzogenen Suspension entweder unmittelbar vor, nach oder gewöhnlich mit der wässerigen Zusammensetzung des anionischen brückenbildenden Koagulationsmittels gegeben. Die Materialien können zu der Suspension getrennt gegeben werden, jedoch nahe benachbarter Punkte, oder gewöhnlicher werden sie an einem einzelnen Zugabepunkt zugesetzt. Vorzugsweise wird der anionische optische Aufheller, der Farbstoff oder das Pigment in die wässerige Zusammensetzung von anionischem brückenbildendem Koagulationsmittel vor seiner Zugabe oberhalb der Suspension zugemischt. Somit kann es als eine wässerige Lösung in der Anlage vermischt werden und zu der Suspension gegeben werden oder es kann vorgemischt werden.
- Die Erfindung ist auf beliebige Verfahren anwendbar, wo kationisches Polymer in die Suspension vor der Scherstufe eingeschlossen ist und anschließend anionisches brückenbildendes Koagulationsmittel zugesetzt wird. Bei der Ausführung bedeutet dies, dass es auf im Wesentlichen alle Verfahren anwendbar ist, die die Zugabe von polymerer Retentionshilfe, gefolgt von anionischem brückenbildendem Koagulationsmittel beinhalten. Dies ist darauf zurückzuführen, dass nahezu alle solche Verfahren die Zugabe von mindestens einem kationischen Polymer an einer Stufe vor der Scherwirkung beinhaltet.
- Als ein Ergebnis der Erfindung sind wir in der Lage, eine verbesserte Kombination von Eigenschaften in bezug auf Entwässerung und Retention und Aussehen zu erhalten.
- Die Erfindung ist von besonderem Wert, wenn kationisches Polymer vor der Scherwirkung zur Bereitstellung von Entwässerung und Retention in die Suspension eingeschlossen ist, da die Erfindung dann die Verbesserung der Entwässerungs- und Retentionseigenschaften liefert. In bevorzugten Verfahren der Erfindung ist ein kationisches Polymer als Retentionshilfe eingeschlossen. Es kann kationische Stärke zur Verwendung als Retentionshilfe, wie beispielsweise in US 4388150 vorgeschlagen, sein, jedoch ist es vorzugsweise ein kationisches synthetisches Polymer mit einem ausreichend hohen Molekulargewicht, damit Retentionseigenschaften erhalten werden. Im Allgemeinen muss sein Molekulargewicht oberhalb 500000 sein und hat gewöhnlich eine Grenzviskosität von mindestens 4 dl/g. Die Grenzviskosität wird durch ein Schwebekörperviskosimeter einer wässerigen Zusammensetzung bei 25ºC, gepuffert auf pH 7,5, gemessen.
- Die bevorzugten kationischen Retentionspolymere sind im Wesentlichen in Wasser lösliche Copolymere von einem oder mehreren ethylenisch ungesättigten Monomeren. Im Allgemeinen sind sie Copolymere von Acrylamid oder anderem in Wasser löslichen ethylenisch ungesättigten Monomer mit einem kationischen Allylmonomer, wie Dialkyldimethylammoniumchlorid (DAD- MAC), oder einem kationischen Acrylmonomer, wie Dialkylaminoalkyl(meth)acrylate oder -acrylamide, entweder als Säureadditions- oder vorzugsweise quaternäre Ammoniumsalze. Die Polymere können vollständig linear oder etwas vernetzt, wie in EP 202780 beschrieben, sein. Die Polymere können als Ergebnis des Einschlusses einer kleinen Menge von anionischen Gruppen amphoter sein. Geeignete kationische polymere Retentionshilfen mit hohem Molekulargewicht, die in der Erfindung verwendet werden können, werden beispielsweise in US4753710, 4913775 und EP-A-308752 beschrieben.
- In den erfindungsgemäßen Verfahren dieses allgemeinen Typs und der Anwendung von kationischer polymerer Retentionshilfe mit hohem Molekulargewicht ist es häufig vorteilhaft, die Suspension mit anderem kationischen Polymer vorzubehandeln. Dies kann kationische Stärke (vor einer synthetischen kationischen polymeren Retentionshilfe) oder anderes kationisches verfestigendes Harz sein oder es kann ein hochgeladenes kationisches Polymer mit relativ niedrigem Molekulargewicht sein, das die Retentions- und Entwässerungseigenschaften modifizieren kann. Geeignete Polymere dieses Typs schließen Polyethylenimine, Polyamine, PolyDADMACS und Dicyandiamid- Kondensatpolymere ein.
- Die Erfindung schließt auch Verfahren ein, in denen die Zellulosesuspension durch die Anwendung solcher Polymere kationisch gemacht wird oder andererweitig mit solchen Polymeren behandelt wird, und eine nicht-ionische oder anionische Retentionshilfe wird dann angewendet. Solche Verfahren, die unter Verwendung einer anionischen Retentionshilfe durchgeführt werden, werden in EP-A-308752 beschrieben, und Verfahren unter Anwendung von nicht-ionischen oder anionischen Retentionshilfen werden in EP-A-707673 beschrieben.
- Die Erfindung ist auch von Wert, wenn ein kationisches Polymer, im Allgemeinen ein hochgeladenes kationisches Polymer mit niedrigem Molekulargewicht wie beliebige von jenen, die vorstehend erörtert wurden, zu der Dickstoffstufe, beispielsweise um die Harzbildung zu bekämpfen, gegeben wird. Geeignete kationische Polymere mit niedrigem Molekulargewicht werden beispielsweise in EP-A-308752 und US4913775 genauer beschrieben.
- Die Dosierungen der in der Erfindung angewendeten kationischen Polymere können innerhalb üblicher Bereiche liegen. Somit ist die Dosierung von Retentionshilfe mit hohem Molekulargewicht im Allgemeinen 50 bis 2000, häufig 100 bis 1000 g/t, und die Dosierung von beliebigem kationischen Polymer mit niedrigem Molekulargewicht liegt im Allgemeinen im Bereich von 100 bis 3000, häufig 500 bis 2000 g/t. Die optimale Menge von beliebigem Polymer in jedem Verfahren wird durch Routineversuche in üblicher Weise bestimmt.
- Obwohl die in der Erfindung verwendeten Gesamtmengen im Allgemeinen innerhalb üblicher Grenzen liegen, wird die genaue Menge, die erforderlich ist, um besondere. Retentionsoder Entwässerungsleistung zu ergeben, in beliebigen besonderen Verfahren im Allgemeinen weniger als in einem üblichen Verfahren sein, in dem der optische Aufheller, Farbstoff oder Pigment bei einer frühen Stufe zugegeben wird. Typischerweise kann die Menge an kationischer Retentionshilfe in der Erfindung mindestens 5% und häufig mindestens 10% weniger als die Menge sein, die erforderlich ist, wenn der optische Aufheller, Farbstoff oder Pigment bei einer früheren Stufe zugegeben wird. In einigen Fällen kann sie bis zu 20 oder auch 30% weniger sein. Beispielsweise ist die Menge typischerweise 10 bis 100, häufig rund 20 bis 50 g/t weniger als in üblichen Verfahren.
- Die Retentionshilfe und beliebiges anderes vorangehendes Polymer wird in üblicher Weise an einer üblichen Stelle zugesetzt. Sie führt zu Flockulierung und es ist in der Erfindung notwendig, wie üblich die Flocken durch Scherwirkung auf die Suspension abzubauen. Hinreichende Scherwirkung kann nur durch turbulentes Fließen der Suspension durch eine Leitung erreicht werden, wobei die Retentionshilfe in jedem Fall beispielsweise nach dem letzten Schleudersortierer zugegeben werden kann. Im Allgemeinen jedoch wird der Abbau mittels Durchleiten der Suspension durch eine Mischstufe mit relativ hoher Scherkraft, wie einem Schleudersortierer oder einer Flügelpumpe, erreicht.
- Anionisches brückenbildendes Koagulationsmittel wird dann zugegeben (gewöhnlich nach dem letzten Punkt mit hoher Scherwirkung, beispielsweise bei oder nahe dem Stoffauflauf) zu der Scherwirkung unterzogenen Suspension, um die Mikroflocken zu rühren. Diese allgemeine Technik wird häufig als Superkoagulation oder als mikroteilchenförmige Retention bezeichnet, da die meisten geeigneten anionischen brückenbildenden Koagulationsmittel mikroteilchenförmige Materialien sind.
- Das bevorzugte Material ist Bentonit, d. h. ein quellender Ton, der gewöhnlich auf einer Smectit-, Hectorit- oder Montmorillonit-Tonstruktur basiert. Jedoch ist es auch möglich, andere anorganische anionische mikroteilchenförmige oder kolloidale Materialien, wie kolloidales Siliziumdioxid, Polysilikat-Mikrogel, Polykieselsäure-Mikrogel und Aluminiummodifizierte Versionen davon (siehe beispielsweise US4643801, EP-A-359552 und EP-A-348366) anzuwenden. Anionische organische mikroteilchenförmige Materialien können auch verwendet werden. Somit können anionische organische polymere Emulsionen verwendet werden. Die emulgierten Polymerteilchen können unlöslich sein, weil sie aus einem Copolymer eines in Wasser löslichen anionischen Monomers und einem oder mehreren unlöslichen Monomeren, wie Acrylsäureethylester, gebildet werden, jedoch ist die polymere Emulsion vorzugsweise eine vernetzte Mikroemulsion von in Wasser löslichem Monomermaterial.
- Die Teilchengröße des mikroteilchenförmigen Materials liegt im Allgemeinen unterhalb 2 um, vorzugsweise unterhalb 1 um und manchmal unterhalb 0,1 um. Beispielsweise können anionische vernetzte Polymeremulsionen mit einer Größe von 0,01 bis 0,2 um angewendet werden. Vorzugsweise jedoch ist das brückenbildende Koagulationsmittel Bentonit.
- Die Menge des brückenbildenden Koagulationsmittels ist gewöhnlich mindestens 300 g/t und häufig mindestens 1000 g/t, beispielsweise bis zu 3000 oder auch 5000 g/t.
- Der anionische Farbstoff, Pigment oder optische Aufheller können in beliebiger Menge, die für das bestimmte Material für den gewünschten Effekt üblich ist, zu der Suspension gegeben werden. Beispielsweise werden typischerweise kommerzielle optische Aufhellerzusammensetzungen (wie das Material, das unter dem Handelsnamen Blanchophor P01 vertrieben wird) in Mengen von 500 bis 5000, häufig 1000 bis 3000 g/t angewendet. Die Erfindung erlaubt eine Verminderung der Menge an Farbstoff, Pigment oder optischem Aufheller unter Beibehalten von äquivalenter visueller Wirkung, wobei beispielsweise eine Verminderung von 5 bis 30% typisch ist. Jedoch ist es gewöhnlich bevorzugt, eine beliebige Menge von optischem Aufheller, Farbstoff oder Pigment in der Endstufe anzuwenden, was das gewünschte visuelle Aussehen verleiht, ungeachtet dessen, wieviel geeignet sein könnte, wenn es bei einer früheren Stufe zugegeben wurde.
- Die Zellulosesuspension kann aus beliebigen üblichen Ganzstoffen hergestellt werden und kann sauber oder ungereinigt sein. Sie kann gefüllt oder ungefüllt sein. Wenn sie gefüllt ist, ist die Menge an Füllstoff in der Suspension typischerweise 10 bis 50 Gewichtsprozent des Gesamtfeststoffes in der Suspension. Übliche Füllstoffe können angewendet werden.
- Nachstehende wird ein Beispiel angegeben.
- Ein Verfahren wurde gemäß der allgemeinen Lehre von US4913775 durchgeführt. Somit wurde Füllstoff in die Suspension gemischt, gefolgt von 3,5 kg/t kationischer Stärke, gefolgt von 500 g/t PolyDADMAC (Grenzviskosität etwa 1 dl/g), gefolgt von 200 g/t kationischem Polymer mit hohem Molekulargewicht, gefolgt von Scherwirkung in dem Schleudersortierer, gefolgt von 1,5 kg/t Bentonit. Das kationische Polymer war ein Copolymer von Acrylamid und quaternärem Dimethylaminoethylacrylat-Salz mit einer Grenzviskosität von rund 7 bis 10 dl/g.
- In einem ersten Verfahren wurde optischer Aufheller zugegeben, bevor der Füllstoff in einer Menge von 1 bis 3 kg/t zugegeben wurde.
- In einem zweiten Verfahren wurde im Wesentlichen die gleiche Menge optischer Aufheller nach der Stärke zugegeben, jedoch vor dem PolyDADMAC.
- In einem dritten Verfahren wurde im Wesentlichen die gleiche Menge an optischem Aufheller mit dem Bentonit als eine wässerige Zusammensetzung zugegeben, die sowohl Bentonit als auch optischen Aufheller enthielt.
- Es wurde gefunden, dass die Menge an kationischer Retentionshilfe in dem dritten Verfahren auf etwa 30 g/t (d. h. bis 170 g/t) vermindert werden konnte, verglichen mit der in dem ersten und zweiten Verfahren angewendeten Menge, ohne einen Verlust an Entwässerungs- und Retentionsleistung. Somit ergab das dritte Verfahren gemäß der Erfindung eine 15%ige Einsparung an kationischer Retentionshilfe ohne einen Verlust an Entwässerungs- oder Retentionsleistung und unter Beibehalten von visuellem Aussehen.
Claims (9)
1. Verfahren zur Herstellung von Papier oder Karton, umfassend
das Bilden einer wässerigen Zellulosesuspension, Zugeben einer
polymeren Retentionshilfe zu der Suspension unter Bildung von
Flocken, Abbauen der Flocken durch Scherwirkung auf die
Suspension unter Bildung von Mikroflocken, Aggregieren der
Mikroflocken durch Zugabe einer wässerigen Zusammensetzung von
anionischem brückenbildendem Koagulationsmittel zu der
Suspension, Entwässern der aggregierten Suspension unter Bildung
eines Bogens und Trocknen des Bogens, wobei ein kationisches
Polymer vor der Scherwirkung in der Suspension eingeschlossen
ist und ein anionischer Farbstoff, Pigment und/oder
anionisches optisches Aufhellungsmittel für das Papier oder den
Karton zu der Suspension mit der wässerigen Zusammensetzung von
anionischem brückenbildendem Koagulationsmittel gegeben wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die polymere
Retentionshilfe aus kationischer Stärke und synthetischen, in Wasser
löslichen, kationischen polymeren Retentionshilfen mit einer
Grenzviskosität von mindestens 4 dl/g ausgewählt ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die polymere
Retentionshilfe ein in Wasser lösliches, kationisches, synthetisches
Polymer, gebildet aus einem oder mehreren ethylenisch
ungesättigten Monomeren und mit einer Grenzviskosität von mindestens
4 dl/g umfasst.
4. Verfahren nach einem vorangehenden Anspruch, wobei ein
kationisches Polymer vor der polymeren Retentionshilfe zu der
Suspension gegeben wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das kationische Polymer,
das vor der Retentionshilfe zugegeben wird, aus PolyDADMAC,
Polyimin, Polyamin und Dicyandiamid-Polymeren ausgewählt ist.
6. Verfahren nach einem vorangehenden Anspruch, wobei das
anionische optische Aufhellungsmittel, Farbstoff oder Pigment
in der wässerigen Zusammensetzung des anionischen
brückenbildenden Koagulationsmittels eingeschlossen ist, vor der Zugabe
desselben zu der Suspension.
7. Verfahren nach einem vorangehenden Anspruch, wobei das
anionische brückenbildende Koagulationsmittel aus organischen
und anorganischen mikroteilchenförmigen Materialien ausgewählt
ist.
8. Verfahren nach einem vorangehenden Anspruch, wobei das
anionische brückenbildende Koagulationsmittel Bentonit umfasst.
9. Verfahren nach einem vorangehenden Anspruch, wobei der
anionische optische Aufheller in das anionische brückenbildende
Koagulationsmittel eingeschlossen ist.
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