FI71799B - Framstaellning av papper medelst anvaendning av kopolymerer av-akrylamido-2-metylpropansulfonsyra foer oekande av urva nttngshastigheten hos massablandningar som innehaoller rikl tigmed mekanisk/termomekanisk traemassa - Google Patents

Description

71799

Paperin valmistus käyttäen 2-akryyliamido-2-metyylipro-paanisulfonihapon kopolymeerejä lisäämäämään veden suo-tautumisnopeutta massaseoksista, jotka sisältävät runsaasti mekaanista/kuumahierremassaa 5 Tämä keksintö kohdistuu yleisesti menetelmään lisätä massaseoksen suotautuvuusnopeutta valmistettaessa paperia, ja erityisesti sellaiseen menetelmään, jossa massaseos sisältää suuren pitoisuuden mekaanista ja/tai 10 kuumahierremassaa.

Paperinvalmistuksen yleisessä käytännössä vesipitoinen massasuspensio, tai "furnish", joka sisältää selluloosakuituja, jotka on saatu aikaan puusulpun jauhatuksesta, johdetaan hydraulisesti ja mekaanisesti vii-15 raverkolle tai sihdille, joka on liikkeessä, jolloin sel- luloosakuiduista saadaan aikaan märkä raina. Märästä kui-turainasta poistetaan vesi suodattimena suotauttamalla neste, jonka jälkeen märkää rainaa voidaan käsitellä edelleen, kuivata, kalanteroida ja haluttaessa suorittaa 20 muita toimenpiteitä.

Yleisessä käytännössä massaseos, joka siirtyy viiralle (märän rainan muodostuslaitteet), sisältää lukuisia lisäaineita. Näitä lisäaineita voivat olla prosessin apuaineet, jotka parantavat operointia paperinvalmistusko-25 neissa, samoin kuin kemikaaleja, jotka parantavat lopullisen paperituotteen ominaisuuksia. Sopivia prosessin apuaineita ovat retention apuaineet pidättämään täytelisä-aineita muodostuvassa rainassa ja pienentämään hienon paperimassan häviötä vedenpoistovaiheen aikana, ja suotau-30 tuvuusapuaineita parantamaan vedenpoiston nopeutta massa- seoksesta viiralaitteistossa. Muita lisäaineita voivat olla muotoutumisen apuaineet, flokkulantit, vaahdonesto-aineet märkä- ja kuivalujuutta parantavat aineet, pihkan säätelyaineet, slimisidit, kreppausaineet ja vastaavat, 35 kuten alan asiantuntijat hyvin tuntevat.

2 71799

Funktionaalisia lisäaineita ovat täyteaineet, kuten mainittiin, liima-aineet, lujuutta lisäävät aineet ja muut vastaavat. Täyteaineisiin kuuluu optiset kirkastajat, opasiteettia lisäävät aineet ja pigmentit. Liima-5 aineita käytetään tekemään paperituote kestäväksi nesteiden, kuten musteen, veden jne. kostuttavaa vaikutusta vastaan, ja hartseja ja vahoja käytetään tyypillisesti tähän tarkoitukseen.

Perustuen tehokkuuteen ja prosessoinnin helppou-10 teen on toivottavaa lisätä suotautumisen apuaineita nas-saseokseen ennen märän rainan muodostumisvaihetta, jolloin saavutetaan suurempi kapasiteetti tai prosessointi-nopeus paperinvalmistusprosessissa systeemeissä, joissa veden poisto tai nesteen suotautuminen on nopeutta ra-15 joittava vaihe prosessissa.

Vaikkakin on toivottavaa maksimoida suotautumis-nopeuksia paperinvalmistussysteemissä, lisäaineet, joita tähän saakka on käytetty tässä tarkoituksessa, antavat vähäisen aktiivisuuden nousun käytettäessä sanomalehti-20 paperimassoissa, jotka yleensä tehdään voimakkaasti hap- pamissa ja suuren leikkausvoiman olosuhteissa. Näihin kuuluu tavanomaiset suotautumisen apuaineet, jotka sisältävät anionisina substituentteina -COOH -ryhmä, samoin kuin kopolymeeriset lisäaineet, jotka sisältävät -SO^H 25 -ryhmiä.

Tässä "sanomalehtimassalla" tarkoitetaan paperin ja kartongin, erityisesti sanomalehtipaperin, valmistukseen tarkoitettua massaseosta, pitäen sisällään raakapape-rimassalaadut ja hienopaperilaadut, joka sisältää hienoa 30 materiaalia ja täyteaineita ja joka on valmistettu hap- pamissa olosuhteissa, ja joka massa sisältää ainakin 40 paino-% puumassaa, joko mekaanista puumassaa, kuuma-hierremassaa tai näiden seosta.

Niinpä on olemassa jatkuva tarve paremmista sanoma-35 lehtipaperimassoissa käytettävistä vedenpoiston apuaineis ta, joille on tunnusomaista stabiilisuus ja korkea aktii-suus.

71799

Siksi esillä olevan keksinnön tavoitteena on saada aikaan menetelmä, jolla lisätään vedenpoiston nopeutta sanomalehtipaperimassoissa alhaisen pH:n olosuhteissa, jotka ovat tyypillisiä tällaisille massoille.

5 Esillä oleva keksintö kohdistuu menetelmään lisätä vedenpoiston nopeutta valmistettaessa paperia massaseok-sesta, joka sisältää joko mekaanista puumassaa, kuuma-hierremassaa tai näiden seoksia: a) lisäämällä massaseokseen ennen vedenpoistoa (1) 10 noin 0,5-5 paino-%, laskettuna massaseoksen selluloo- sakuitujen painosta, alumiinisuolaa, ja (2) noin noin 0,01 - 0,5 paino-%, laskettuna massaseoksen selluloosa-kuitujen painosta, veteen liukenevaa kopolymeeriä, joka sisältää noin 2-30 mooli-% toistuvia yksiköitä, jotka 15 on johdettu 2-akryyliamido-2-metyylipropaanisulfonihaposta, noin 0-25 mooli-% toistuvia yksiköitä, jotka on johdettu akryylihaposta, ja noin 45 - 98 mooli-% toistuvia yksiköitä, jotka on johdettu akryyliamidista: ja b) pitämällä massaseoksen pH vaiheen (a) aikana 20 samoin kuin vedenpoiston aikana välillä noin 3,5 - 6,5.

Kuviossa 1 on diagrammi suotautumisen muutoksesta, eli muutos suotautuneen nesteen määrässä millilitroina massaseokselle, joka sisältää erilaisia suotautumisen apuaineita verrattuna massaseokseen, joka ei sisällä 25 suotautumisen apuaineita, esitettynä massaseoksen pH:n funktiona, kun massaseokseen on lisätty 3 % alumiini-sulfaattia (alunaa).

Kuviossa 2 on diagrammi suotautumisen muutokselle, ml, pH:n funktiona, kun alunaa on lisätty 1 %.

30 Kuviossa 3 on diagrammi suotautumisen muutokselle, ml, alumiinin lisäyksen funktiona pH:ssa 4,5.

Kuviossa 4 on diagrammi suotautumisen muutokselle, ml, pH:n funktiona, osoittaen parametrisesti erilaisten alunapitoisuuksien korotetun lämpötilan vaikutuksen.

35 Esillä olevan keksinnön yhteydessä on yllättäen ja odottamatta havaittu, että käyttämällä veteen liuke- -_____ τ~ 4 71799 nevaa kopolymeeriä, joka sisältää noin 2-30 mooli-% toistuvia yksiköitä, jotka on johdettu 2-akryyli-amido- 2-metyylipropaanisulfonihaposta (josta tästä lähtien käytetään nimitystä "AMPS"), noin 0-25 mooli-% tois-5 tuvia yksiköitä, jotka on johdettu akryylihaposta, ja noin 45 - 98 mooli-% toistuvia yksiköitä, jotka on johdettu akryyliamidista, yhdessä alumiinisuolan, esimerkiksi alumiinisulfaatin (aluna), alumiinikloridin tai alumiininitraatin lisäyksen kanssa alhaisen pH:n olosuh-10 teissä, noin 3,5 - 6,5, voidaan merkittävästi lisätä veden poiston tehokkuutta massaseoksessa, joka sisältää ainakin 40 paino-% puumassaa, joka on joko mekaanista puumassaa, kuumahierremassaa tai näiden seosta.

Esillä olevan keksinnön mukaisella menetelmällä 15 saadaan aikaan erittäin nopea ja tehokas suotautuminen sanomalehtipaperimassoilla vahvasti happamissa olosuhteissa, joissa tavanomaiset anioniset tai kationiset polymeerit eivät ole tehokkaita. Kuten on esitetty, tavanomaiset suotautumisen apuaineet, joissa on karboksyylihapporyh-20 miä (ja joissa on sulfonihapporyhmiä) ovat tehottomia tällaisissa happamissa olosuhteissa ja kationisilla korkean molekyylipainon omaavilla polymeereillä ei saavuteta riittävän tehokkaita olosuhteita. Vaikkakin AMPS-polymeerejä ja -kopolymeerejä on aikaisemmin esitetty käytettäväksi 25 suotautumisen apuaineina, esimerkiksi saksalaisessa hekemusjulkaisussa 2 248 752, yhdessä alunan kanssa alhaisessa pH:ssa käsiteltäessä lehtipuusta/havupuusta valmistettuja kraftmassoja, ei ole mitään mainintaa siitä, että tällaisia lisäaineita voitaisiin käyttää sanomalehtipape-30 rityyppisissä massaseoksissa, kuten esillä olevassa keksinnössä on tehty, koska kokemus on osoittanut, että veden poistossa käytettävät apuaineet, jotka toimivat hyvin valkaistuissa massaseoksissa. eivät ole tehokkaita hioketta sisältävissä massoissa. Huomioon ottaen se tosi-35 asia, että useimmat lisäaineet, jotka ovat tyydyttäviä 71799 lisäämään suotautumista neutraaleissa tai alkaalisissa massoissa ja kraftmassoissa, toimivat erittäin huonosti voimakkaasti happamissa sanomalehtipaperityyppisissä massaseoksissa, on todella yllättävää, että esillä olevaa 5 menetelmää käyttämällä onnistutaan saamaan aikaan ylivoimaisia suotautumistuloksia.

AMPS-kopolymeeri, jota käytetään esillä olevassa keksinnössä, sisältää noin 2-30 mooli-?, toistuvia yksiköitä, jotka on johdettu AMPS:sta, noin 0-25 mooli-% 10 toistuvia yksiköitä, jotka on johdettu akryylihaposta, ja noin 45 - 98 mooli-% toistuvia yksiköitä, jotka on johdettu akryyliamidista. Tässä AMPS viittaa 2-akryyli-amido-2-metyylipropaanisulfonihappoon samoin kuin sen mihin tahansa sopivaan suolaan.

15 Sopivia AMPS-kopolymeerejä ovat sellaiset, jotka sisältävät esimerkiksi noin 2-20 mooli-% toistuvia yksiköitä, jotka on johdettu AMPSrsta ja noin 80 - 98 mooli-% toistuvia yksiköitä, jotka on johdettu akryyliamidista. Tässä käytettynä "akryyliamidilla" tarkoitetaan laajasti 20 akryyliamidia sellaisenaan samoin kuin akryyliamidin johdannaisia, esim. substituoituja akryyliamideja. Tällaisia kopolymeerivalmisteita voidaan erittäin edullisesti käyttää massaseoksissa, joissa alumiinisuolaa, esim. alu-miinisulfaattia, alumiininitraattia tai alumiinikloridia, 25 lisätään mssaseokseen noin 2-4 paino-% laskettuna massa-seoksen selluloosakuitujen painosta. Tällaisella alumiini-suolan määrällä massaseoksen pH pidetään edullisesti kopo-lymeerin lisäyksen ja massaseoksesta tapahtuvan vedenpoiston aikana välillä noin 4,1 - 6,5.

30 Alumiinisuolaa käytetään esillä olevan keksinnön mukaisessa menetelmässä polyvalenttisten metalli-ionien lähteenä lisäämään AMPS-kopolymeerin tehokkuutta, ja annos, joka alumiinisuolaa tarvitaan missä tahansa systeemissä, voidaan helposti määrittää ilman tarpeettomia 35 kokeita yksinkertaisilla testeillä, kuten Canadian Standard Freeness- (CSP) tai Britt-täristyssuotautumismääri- 6 71799 tyksillä massalla, jota on tarkoitus käsitellä. Edullisin alumiinisuola on alumiinisulfaatti (aluna).

Systeemeissä, joissa yllä kuvattua AMPS/akryyli-amidikopolymeeriä käytetään samalla, kun massaseokseen 5 lisätään alumiinisuolaa, määrä, joka on noin 0,5 - 2 pai-no-% perustuen massaseoksen selluloosakuitujen painoon, on riittävä, on toivottavaa, että massaseoksen pH pidetään välillä noin 4,8 - 6,5, jolloin saavutetaan suotautumis-apuaineiden optimaalinen toiminta.

10 Erityisen edullisia käytettäessä esillä olevaa keksintöä ovat AMPS-kopolymeerit, joissa on noin 2-30 mooli-% toistuvia yksiköitä, jotka on johdettu AMPS:sta, noin 5-25 mooli-% toistuvia yksiköitä, jotka on johdettu akryylihaposta, ja noin 45 - 93 mooli-% toistuvia yksiköi-15 tä, jotka on johdettu akryyliamidista. Tällaisen terpoly-meerisysteemin, kuten myöhemmin yksityiskohtaisemmin kuvataan, on havaittu saavan aikaan erityisen hyvän suhtautumisen nousun, kun massaseoksen lämpötila pidetään ter-polymeerin/alumiinisuolan lisäyksen ja vedenpoiston aikana 20 välillä noin 20 - 60°C. Erittäin edullisesti lisääntyneen vaikutuksen on havaittu olevan erityisen suuri kohotetuissa lämpötiloissa välillä noin 40 - 60°C.

Yllä oleva terpolymeerivalmiste on erityisen tehokas, kun massaseoksen pH pidetään terpolymeerin/alumiini-25 suolan lisäyksen ja vedenpoiston aikana välillä noin 4 -6,5.

Paperinvalmistussysteemeissä, joissa käytetään edullista alumiinisuolaa, alumiinisulfaattia (alunaa), jolloin käytettävän alunan määrä optimaalisen suotautu-30 misen lisäyksen aikaansaamiseksi terpolymeerillä vaihte-lee välillä noin 2-4 paino-% laskettuna massaseoksen selluloosakuitujen painosta, massaseoksen pH pidetään edullisesti koko terpolymeerin/alunan lisäyksen ja veden-poistovaiheiden aikana välillä noin 4,5 - 6,3. Milloin 35 alhaisemmat alunamäärät ovat tehokkaimpia, esim. määrä, 7 71799 joka vaihtelee välillä 0,5-2 paino-% alunaa laskettuna massaseoksen selluloosakuitujen painosta, massaseoksen pH pidetään edullisesti terpolymeerin/alunan lisäyksen ja vedenpoistovaiheiden aikana välillä noin 4,5 - 5,6.

5 Nämä suhteet voivat vaihdella jonkin verran erilaisille massaseoksille, lämpötilaolosuhteille ja lisäksi sen mukaan, onko paperinvalmistussysteemissä kierrätystä vai ei. Käytännössä optimaaliset pH-olosuhteet voidaan tarkasti määrittää todellisilla tehdaskokeilla ilman liial-10 lista kokeilua.

Kuten on osoitettu, esillä olevan keksinnön mukainen menetelmä on käyttökelpoinen sovellettaessa sanoma-lehtipaperityyppisiin massaseoksiin, joiden massa koostuu mekaanisesta puumassasta ja/tai kuumahierremassasta. Eri-15 tyisen käyttökelpoiseksi keksinnön mukaisen menetelmän soveltaminen on osoittautunut mekaanisissa hiokemassoissa.

Edullisesti AMPS-kopolymeerin tai -terpolymeerin molekyylipaino vaihtelee noin kahden miljoonan ja noin kahdenkymmenen miljoonan välillä. Erityisen edullisten 20 kopolymeerien Standard Brookfield-viskositeetti, mitat tuna 0,20-%:sta liuoksesta 25°C:ssa 0,33 M NaClrssa numero yhden tapin pyöriessä 60 rpm, on 2 - 10 senttipoisea.

Vaikka esillä olevassa keksinnössä käytetään edullisesti alunaa polyvalenttisten metallikationien 25 lähteenä käsiteltäessä massaseosta AMPSra sisältävällä kopolymeerillä, on mahdollista käyttää muitakin kationi-sen metallin (alumiini) lähteitä, jotka metallit kykenevät sitomaan sulfonihapporyhmiä tai karboksyylihapporyh-miä vaihtoehtona alunakoostumukselle. Muita alumiinisuo-30 loja, jotka ovat mahdollisesti käyttökelpoisia yhdessä AMPS-kopolymeerin kanssa alhaisessa pHrssa ovat alumiini-kloridi ja alumiininitraatti.

Kuten on esitetty, massaväliaineen lämmittäminen ja saman kohotetun lämpötilan ylläpitäminen AMPS-kopoly-35 meerin/alunan lisäyksen ja vedenpoiston aikana, edelleen 8 71799 parantaa vedenpoistoa massasta, oletettavasti koska enemmän tarpeellista kationista alumiinikompleksia muodostuu, kun alumiinihydroksidiryhmät olaation kautta muodostavat Al+-0-Al+-tyyppisen konfikuraation, joka muodostuu alhai-5 sessa pH:ssa ja jota suosii massan korkeampi lämpötila.

Valmistettaessa sanomalehtipaperia on erityisen tärkeää parantaa suotautumista eli veden poistoa ja minimoida pihkan saostumisesta syntyviä ongelmia. Molempia ongelmia voidaan suuresti lievittää käyttämällä sopivaa 10 suotautumisen apuainetta, joka flokkuloi hiokkeen hienon materiaalin samoin kuin pitää pihkapartikkelit kuiduissa voimakkaasti happamissa olosuhteissa, jotka ovat tyypillisiä sanomalehtipaperimassoille.

Tyypillisesti sanomalehtipaperimassa sisältää noin 15 25 % pitkäkuituista kemiallista massaa, kuten sulfiitti- tai valkaistua kraftmassaa, ja noin 75 paino-% korkeasaan-toista mekaanista massaa, kuten hioketta (GW) tai hiokkeen ja kuumahierremassan (TMP) seosta. Valmistettaessa arkki (märkä raina) suurinopeuksisella kaupallisella paperiko-20 neella suurin osa hienoista kuiduista, jotka koostuvat pääosin GW- tai TMP-massojen hienoista fraktioista, kulkeutuvat paperikoneen viiran läpi, ja tyypillisesti retentio ensimmäisessä läpimenossa on alhainen, noin 50 - 60 %. Niinpä tällaiset hienot kuidut palautetaan takaisin proses-25 sisysteemin märän rainan muodostamisosaan kierrättämällä alustavettä. Tällaisella keinolla suurin osa alkuperäisen massan hienoista kuiduista lopulta saadaan pidettyä arkissa useiden kierrätysten jälkeen.

Suurinopeuksiset paperikoneet ovat yleensä hyvin 30 herkkiä mille tahansa muutokselle suotautumisnopeudessa, ja on hyvin oleellista saada aikaan hienojen kuitujen ja pihkapartikkeleiden flokkulaatio pitkiin kuituihin, koska tällainen flokkulaatio minimoi pihkan saostumisesta aiheutuvia ongelmia ja lisää veden poistumisen nopeutta. Suo-35 tautumisen apuaineet, jotka toimivat riittävästi hienopa- 11 9 71799 perilaaduissa, eivät yleensä saa aikaan havaittavissa olevia hyödyllisiä tuloksia sanomalehtipaperityyppisissä massa-seoksissa. Tällainen tehottomuus voi johtua korkeasaantois-ten massojen huomattavan suuresta pinta-alasta (syynä nii-5 den sisältämät hienot kuidut) ja polymeeristen lisäaineiden huomattavasti vähentyneestä (estyneestä) sitoutumiskyvvstä mekaanisten massojen paljon ligniiniä sisältäviin kuituihin.

Toinen syy, joka ehkäisee hyvän suotautumisen ja hienojen materiaalien retention saavuttamista sanomalehti-10 paperityyppisillä massaseoksilla, on suurinopeuksisten paperikoneiden, joita tavanomaisesti käytetään sanomalehtipaperin valmistuksessa, suuri hydrodynaaminen leikkausvoima.

Kaiken kaikkiaan ei ole ollut mahdollista siirtää polymeeristen suotautumis/retention apuaineiden hienopaperi-15 massoissa havaittavia toimintaominaisuuksia (katso edellä mainittu saksalainen hakemusjulkaisu 2 248 752, josta on yllä keskusteltu) massoihin, jotka sisältävät suuria määriä korkeasaantoisia massoja. Niinpä esillä oleva keksintö edustaa huomattavaa etua alalla tarjoamalla massaseoksen käsit-20 telyn (massaseoksen lisäaineen), joka saa aikaan huomattava, yllättävän ja täysin odottamattoman lisäyksen vedenpoiston nopeudessa massaseoksissa, jotka sisältävät huomattavan määrän mekaanista puumassaa ja/tai kuumahierremassaa.

Seuraavat täsmälliset esimerkit valaisevat esillä 25 olevalle keksinnölle ominaisia piirteitä. Nämä esimerkit on tarkoitettu vain valaisemaan, ei rajoittamaan esillä olevan keksinnön piiriä, paitsi mitä on esitetty jäljempänä liitteenä olevissa patenttivaatimuksissa. Kaikissa esimerkeissä seuraavassa osat ja prosentit on laskettu painosta ellei 30 toisin ole esitetty.

Esimerkki 1

Laboratoriomittakaavainen suotautumisen testimenetelmä kehitettiin käytettäväksi seuraavissa esimerkeissä.

On tyypillisesti hyvin vaikeaa saada tarkkoja mittaustulok-35 siä suotautumisen muutoksista paljon hioketta sisältäville massoille johtuen tällaisten massojen hitaasta suotautumis- 10 71 7 9 9 ominaisuudesta. Kuten on esitetty, tyypillinen kaupallinen sanomalehtipaperimassa sisältää noin 75 paino-% hioketta ja 25 paino-% kemiallisia pitkäkuituisia massoja. Mittauksissa, jotka suoritettiin seuraavissa esimerkeis-5 sä, massaseos sisälsi 50 paino-%: 50 paino-% kumpaakin kuitukomponenttia, toisin sanoen hioketta ja kemiallista pitkäkuituista massaa. Massaseoksen pitkäkuituinen osa sisälsi yhtä suuret osat valkaistua lehtipuu- ja havupuu-massaa, jotka on jauhettu arvoon 450 CSF. Tämän koemassan 10 hiokeosa oli tyypillinen jauhatettu hioke, valmistanut sanomalehtipaperin tuottaja Bowaters Paper Company, Calhoun, Tennesee, pHrssa 4,7 ja sisältäen noin 1,0 paino-% alunaa laskettuna kuitujen painosta, aluna on lisätty hiokkeen valmistuksen yhteydessä vähentämään pihkan saos-15 tumista tulevassa paperinvalmistusoperaatiossa.

Kussakin jäljempänä kuvatussa testissä kemiaalisen pitkäkuituisen massan ja hiokemassan 50:50 paino-%:inen seos laimennettiin kuitupitoisuuteen 0,5 % ja käsiteltiin lisäannoksella alunaa esillä olevan keksinnön mukaisen 20 menetelmän toteuttamiseksi, ja massaseoksen pH säädettiin lisäämällä laimeaa natriumhydroksidia massaseokseen.

Edellä kuvatulla tavalla valmistettuun massaseokseen lisättiin 0,1 % liuos tiettyä polymeeriä kopolymee-riä suotautumisen apuaineena annoksena 0,025 % todellista 25 polymeeriä laskettuna koko kuitumäärän painosta. Tämä massaseos sitten sekoitettiin siirtämällä sitä yhdestä säiliöstä toiseen kuusi kertaa. 500 millilitran määrä käsitellystä massaseoksesta siirrettiin suotautumisputkeen, jossa oli paperikoneen viiraa pohjassa. Massaseoksen an-30 nettiin suotautua viisitoista sekuntia ja suodos, joka tänä aikana otettiin talteen, mitattiin kvantitatiivisesti. Suuri nousu suodoksen määrässä ajon aikana verrattuna vertailuna käytettyyn massaseokseen,joka ei sisältynyt suotautumisen apuainetta, on osoitus merkittävästi paran-35 tuneesta veden vapautumisesta tai suotautumisesta muodostuneesta rainasta.

11 717 9 9

Jokaisessa kokeessa seuraavissa esimerkeissä tehtiin sokea koe, jossa massaseos ei sisältänyt muita lisäaineita kuin alunaa. Nousu tai lasku kerätyn suodok-sen määrässä, verrattuna sokeaan kokeeseen, on osoitus 5 vastaavasti noususta tai laskusta massaseoksen suotautu-misen nopeudessa.

Arvioitaessa esillä olevan keksinnön mukaisen menetelmän soveltuvuutta sanomalehtipaperin valmistukseen tyypillisistä kationisista ja tyypillisistä anionisista 10 polyakryyliä sisältävistä retention/suotautumisen apuaineista tehtiin erillisiä testejä vertailun vuoksi. Näiden tavanomaisten kationisten ja anionisten polyakryy-liamidista koostuvien lisäaineiden molekyylipainot vaih-telivat välillä 4-15 miljoonaa.

15 Esimerkki II

Kuviossa 1 on diagrammi suotautumisen muutoksesta, eli muutoksesta suotautuneen nesteen määrässä, millilit-roina (ml), massaseokselle, joka sisältää erilaisia suotautumisen apuaineita verrattuna massaseokseen, joka 20 ei sisällä lisäaineita (sokea), massaseoksen pH:n funktiona, kun massaseokseen on lisätty 3 % alunaa. Kuviossa I käyrä A on suotautumiskäyrä yllä kuvatulle massaseokselle, joka sisältää suotautumisen apuaineena kopolymee-riä, joka sisältää 15 paino-% AMPS:a ja 85 paino-% ak-25 ryyliamidia (AM). Käyrä B on suotautumiskäyrä massa-seokselle, joka sisältää 5 paino-% AMPSra, 10 paino-% akryylihappoa (AA) ja 85 paino-% AM:a. Käyrä C edustaa sellaisten massaseosten, jotka sisältävät edellä mainittuja tavanomaisia anionisia polyakryyliamidista koostu-30 via suotautumisen/retention apuaineita, suotautumiskäyt-täytymistä, ja käyrä D on toimintakäyrä massaseokselle, joka sisältää tavanomaisia kationisia polyakryyliamidista koostuvia suotautumisen/reaktion apuaineita, kuten yllä on kuvattu.

35 Kuten kuviosta I nähdään, vaikuttaa pH dramaatti sesti kaikkien testattujen massaseosten käyttäytymiseen, 12 71799 erityisesti voimakkaasti anionisiin AMPS-kopolymeereihin (käyrät A ja B) anioniseen polyakryyliamidimassaseokseen (käyrä C). 15/85 AMPS/MA -kopolymeerillä (käyrä A) saavutetaan paras suotautuminen, kun pH vaihtelee välillä 5 4,3 - 5,7, kaikilla testatuista massaseoksista, kun taas anioninen (karboksyyliryhmiä sisältävä) polyakryyliamidi on suhteellisen tehoton tällä pH-alueella. Kationisella polyakryyliamidilla (käyrä D) on kohtalainen teho tällä pH-alueella. Tällainen pH-alue ja aluna-annos (3 paino-%) 10 on yleensä tyypillinen useiden sanomalehtipaperitehtai-den prosessiolosuhteille. Molempien käyrän A mukaisten AMPS-kopolymeerien ja käyrän B mukaisen AMPS-terpolymee-rin yhteydessä lisätty aluna pitää osittain neutralisoida, eli kationisen alunapolymeerin muodossa. Koska liiallinen 15 flokkulaatio voi olla ei-toivottavaa aiotussa käytössä, paras koostumus, käyrän A edustaman kopolymeerityypin ja käyrän B edustaman terpolymeerityypin välillä, voidaan määrittää todellisella tehdaskokeella, kuten edellä esitettiin. Kaiksesta huolimatta, kuten voidaan diagrammista 20 selvästi nähdä, kummankin tyyppinen AMPS:a sisältävä polymeeri on tehokkaampi kuin kationinen polyakryyliamidi (käyrä D), jota tähän asti on käytetty tavanomaisena suo-tautumisen/retention apuaineena.

Käyrän C mukainen anioninen polyakryyliamidi on 25 huomattavan aktiivinen vain korkeissa pH-arvoissa, joissa polymeeri enemmän rakenteellisesti laajentunut. Korkeat pH-olosuhteet eivät kuitenkaan ole sopivia sanomalehtipaperin valmistuksessa, koska pihkan saostumisongelmat ovat yhteydessä tähän. Toisaalta, jos pH lasketaan äärimmäi-30 sen alhaiselle tasolle, esimerkiksi alle 4,0, AMPSra sisältävästä polymeeristä tulee merkittävästi tehottomampi, oletettavasti johtuen siitä, että läsnä ei ole riittävästi kationista polymeeristä alunaa, joka oletettavasti tarjoaa aktiivisia sitoutumiskohtia tällaisille polymee-35 reille.

Il 13 717 9 9

Esimerkki III

Kuviossa II on diagrammi suotautumisen muutokselle, ml, pH:n funktiona, kun massaseokseen on lisätty yksi pai-no-% alunaa. Eri käyrät vastaavat samaa massakoostumusta 5 ja suotautumisen apuaineita kuin vastaavat käyrät kuviossa I.

Kuten kuviosta nähdään, AMPS:a sisältävät kopoly-meerit tulevat erittäin tehokkaiksi, kun massaseoksen pH nostetaan pisteeseen (noin 5 - 5,5), jossa muodostua riit-10 tävästi kationista polymeeristä alunaa. Havaittu siirtymä optimi-pH:ssa verrattuna esimerkin II tuloksiin johtuu luultavasti alhaisemmasta aluna-annoksesta verrattuna esimerkkiin II, mikä laskee aktiivisen kationisen alunan tehokasta konsentraatiota. Tulokset kuviossa II osoittavat, 15 että optimaalisen toiminnan pH on funktio käytettävissä olevasta kationisesta alunasta (kationisia polymeerisiä Al-ioneja) massaseoksessa.

Esimerkki IV

Kuviossa III on diagrammi suotautumisen muutokses-20 ta, ml, alunan lisäyksen funktiona pH:ssa 4,5. Käyrä A viittaa massaseokseen, joka sisältää suotautumisen apuaineena 15-paino-%/85 paino-% AMPS/AM-kopolymeeriä; käyrä B viittaa massaseokseen, joka sisältää 5:15:80 paino-% AMPS/AA/AMD-terpolymeeriä; ja käyrä C viittaa massaseok-25 seen, joka sisältää suotautumisen apuaineena anionista polyakryyliamidia, jossa on 30 % vapaita karboksyyliryhmiä.

Tässä kokeessa aluna-annosta vaihdeltiin 0,5 pai-no-%:ista 2,0 paino-%:iin laskettuna massaseoksessa olevien kuitujen painosta, ja pH säädettiin 4,5:een. Saadut 30 tulokset ovat yhdenmukaisia esimerkissä III saatujen tulosten kanssa, osoittaen, että alhaisilla alunapitoisuuksilla (esim. 0,5 - 1,0 paino-%) polymeeri tosiasiallisesti hidastaa suotautumista . Tässä massaseossysteemissä 1,5 - 2,0 paino-%:n minimi näyttää olevan oleellinen AMPS:a sisäl-35 tävien polymeerien riittäväksi aktivoimiseksi. Karboksyyli- 14 71 799 ryhmän sisältävään anioniseen polyakryyliamidiin massa-seoksen alunapitoisuuksien muutokset eivät vaikuta.

Esimerkki V

Kuviossa IV on diagrammi suotautumisen muutokselle, 5 ml, pH:n funktiona osoittaen parametrisesti erilaisten alunamäärien ja kohotetun lämpötilan vaikutuksen. Lämpötilan vaikutus suotautumisnopeuteen määrittämään, vaikuttaisiko lämpö alunakemiaan suosimalla oksoloitujen (polymeeristen) alumiinilajien muodostumista kohotetuissa läm- 10 pötiloissa.

Parametrinen alunan konsentraatio ja lämpötila-olosuhteet on esitetty luonnoksessa. Suotautumisapuaine, jota käytettiin kaikissa tapauksissa, oli 5/15/80 paino-% AMPS/AA/AM-terpolymeeri.

15 Kussakin ajossa massaseoksen lämpötila säädetiin tiettyyn lämpötilaan kuumentamalla massaa sisältävää ruostumattomasta teräksestä valmistettua astiaa höyryhau-teella. Kun parametriset lämpötilaolosuhteet oli saavutettu, massaseosta käsiteltiin alunalla ja neutralisoitiin 20 sopivalla määrällä natriumhydroksidilla ja annettiin tasa- painoittua viiden minuutin ajan.

Claims (10)

71 799

1. Menetelmä lisätä vedenpoiston nopeutta valmistettaessa paperia massaseoksesta, jonka massa sisältää 5 ainakin 40 paino-% puumassaa, kuumahierremassaa tai näiden seosta, tunnettu siitä, että a) lisätään kyseiseen massaseokseen ennen vedenpoistoa (1) noin 0,5-5 paino-%, laskettuna massaseoksen selluloosakuitujen painosta, alumiinisuolaa, ja (2) noin 10 0,01 - 0,5 paino-%, laskettuna massaseoksen selluloosakui tu jen painosta, veteen liukenevaa kopolymeeriä, joka sisältää noin 2-30 mooli-% toistuvia yksiköitä, jotka on johdettu 2-akryyliamido-2-metyylipropaanisulfonihaposta, noin 0-25 mooli-% toistuvia yksiköitä, jotka on johdettu 15 akryylihaposta ja noin 45 - 98 mooli-% toistuvia yksiköitä, jotka on johdettu akryyliamidista; ja b) pidetään kyseisen massaseoksen pH vaiheen (a) samoin kuin vedenpoiston aikana välillä 3,5 - 6,5.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, 20 tunnettu siitä, että kopolymeeri sisältää noin 2-20 mooli-% toistuvia yksiköitä, jotka on johdettu 2-akryyliamido-2-metyylipropaanisulfonihaposta ja noin 80 - 98 mooli-% toistuvia yksiköitä, jotka on johdettu akryyliamidista.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että alumiinisuolaa lisätään massa-seokseen noin 2-4 paino-%, laskettuna massaseoksen selluloosakuitu jen määrästä.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, 30 tunnettu siitä, että massaseoksen pH pidetään vaiheen (a) ja vedenpoiston aikana välillä noin 4,1 - 6,5.

5. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että massaseokseen lisätään alumiinisuolaa noin 0,5-2 paino-%, laskettuna massaseoksen 35 selluloosakuitujen painosta. 16 71 799

6. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että massaseoksen pH pidetään vaiheen (a) ja vedenpoiston aikana välillä noin 4,8 - 6,5.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, 5 tunnettu siitä, että kopolymeeri sisältää noin 2-30 mooli-% toistuvia yksiköitä, jotka on johdettu 2-akryyliamido-2-metyylipropaanisulfonihaposta, noin 5-25 mooli-% toistuvia yksiköitä, jotka on johdettu akryyliha-posta ja noin 45 - 93 mooli-% toistuvia yksiköitä, jotka 10 on johdettu akryyliamidista.

8. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että massaseoksen pH pidetään vaiheen (a) ja vedenpoiston aikana välillä noin 4 - 6,5.

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, 15 tunnettu siitä, että edelleen pidetään massaseoksen lämpötila vaiheen (a) ja vedenpoiston aikana välillä noin 20 - 60°C.

10. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että edelleen pidetään massaseok- 20 sen lämpötila vaiheen (a) ja vedenpoiston aikana välillä noin 40 - 60°C. 71799