FI90448B - Menetelmä paperinvalmistuksessa - Google Patents

Description

90448

Menetelmä paperinvalmistuksessa -Sätt vid framställning av papper Tämä keksintö koskee menetelmää paperinvalmistuksessa käyttämällä parannettua retentio- ja vedenpoistojärjes-telmää. Keksintö koskee erityisemmin kationisesta synteettisestä polymeeristä, anionisesta epäorgaanisesta kolloidista ja aluminaatista koostuvan yhdistelmän käyttämistä retentio- ja vedenpoistojärjestelmänä paperinvalmistuksessa .

On aikaisemmin tunnettua käyttää kationisista retentioai-neista ja epäorgaanisista kolloideista koostuvia yhdistelmiä retentio- ja vedenpoistoaineina paperinvalmistuksessa. Eurooppalaisessa patenttihakemuksessa 0218674 on esitetty polyakryyliamidin käyttämistä yhdessä anionisten silikasoo-lien kanssa sideaineena ja retentioaineena. Oletetaan että kolloidiset hiukkaset sooleissa voimakkaalla varauksellaan aikaansaavat siltasidoksen polymeerisissä retentioaineissa ja että tämän ansiosta saavutetaan erittäin hyvä retentio-ja vedenpoistovaikutus. GB-patenttijulkaisun 2015614 kautta on myös aikaisemmin tunnettua käyttää polymeerisiä ka-tionisia retentioaineita yhdessä polyaluminiumyhdisteiden kanssa. Edelleen on US-patenttijulkaisun 4643801 kautta tunnettua käyttää sideaineena paperinvalmistuksessa yhdistelmää, jossa on kationista tärkkelystä, anionista silika-soolia ja anionista suurmolekyylistä polymeeriä, erityisesti anionista polyakryyliamidia. us-patenttijulkaisun mukaista kolmikomponenttijärjestelmää voidaan käyttää lisäämällä siihen edelleen aluminiumyhdisteitä, alunaa, natriumaluminaat-tia tai polyhydroksialuminiumkloridia.

Tämän keksinnön mukaisesti on osoittautunut, että retentio- ja vedenpoistovaikutus paperinvalmistuksessa tehostuu silloin kun aluminaattia käytetään yhdessä kationisen, synteettisen polymeerin ja anionisen epäorgaanisen kolloidin kanssa. Koska vedenpoistovaikutus kasvaa voidaan pape- 2 90448 rikoneen nopeutta nostaa ja tämän lisäksi vähemmän vettä on kuivatettava pois paperikoneen kuivausosassa.

Tämä keksintö koskee siis menetelmää paperinvalmistuksessa muodostamalla suspensio selluloosaa sisältävistä kuiduista ja mahdollisista täyteaineista ja poistamalla vesi siitä viiralla, jolloin muodostaminen ja vedenpoisto tapahtuu anionisen epäorgaanisen kolloidin, aluminaatin ja katio-nisen synteettisen polymeerin läsnäollessa.

Nämä kolme komponenttia voidaan lisätä kuitumassaan mielivaltaisessa järjestyksessä. Paras vaikutus saavutetaan jos aluminaatti ensin lisätään kuitumassaan, jonka jälkeen ka-tioninen synteettinen polymeeri ja tämän jälkeen anioninen epäorgaaninen kolloidi lisätään. Huomattava parannus tunnettuun tekniikkaan verrattuna saavutetaan myös jos anioninen epäorgaaninen kolloidi lisätään kuitumassaan ensin, jota seuraavat kationinen polymeeri ja aluminaatti mielivaltaisessa järjestyksessä. Näiden kolmen komponenttien erillistä lisäämistä pidetään sopivimpana vaikkakin on olemassa mahdollisuus esisekoittaa kaksi komponenttia ennen lisäämistä.

Kationisiksi synteettisiksi polymeereiksi sopivat keksinnön mukaisesti sellaiset kationiset, orgaaniset typpeä sisältävät polymeerit, joita normaalisti käytetään paperinvalmistuksessa retentionaineina ja/tai märkälujuutta lisäävinä aineina. Erityisen sopivia ovat kationiset polyak-ryyliamidit, polyetyleeniminit, polyamiini- ja polyamidoa-miinihartsit jne. Polyamiinihartseja ja polyamidoamiinihart-seja käytetään sopivimmin epikloorihydriinimuunnetussa muodossa. Muita käytettäviä kationisia synteettisiä polymeerejä ovat kationiset melamiiniformaldehydi- ja ureaformaldehydimärkälujitehartsit. Kationisen synteettisen polymeerin määrän on oltava 0,01 - 3 paino%, sopivimmin 0,03 - 2 paino%, kuivista kuiduista ja mahdollisesta täyteaineesta laskettuna.

3 90448 Käytettyjä anionisia epäorgaanisia kolloideja on tunnetusti käytetty aikaisemmin paperinvalmistuksen yhteydessä. Esimerkkeinä tällaisista voidaan mainita montmorilloniit-ti, bentoniitti, titanyylisulfaattisoolit, silikasoolit, aluminiummuunnetut silikasoolit tai aluminiumsilikaattisoo-• lit. Käsitteet kolloidi ja kolloidaalinen tarkoittavat hy vin pieniä hiukkasia. Anionisten aineiden hiukkasten omi-

O

naispinnan on oltava suurempi kuin noin 50 nrrVg, edullisemmin suurempi kuin 100 m2/g ja sopivimmin 50 - 1000 m2/g. Silikaan perustuvia kolloideja pidetään sopivimpina anio-nisena epäorgaanisena kolloidina.

Erityisen sopivia silikaan perustuvia kolloideja ovat ne silikasoolit, joissa on kolloidaalisia hiukkasia, jotka on esitetty eurooppalaisessa patenttijulkaisussa 41056, joka liitetään viitteenä tähän hakemukseen, ja ne aluminiumia sisältävät silikasoolit, jotka on esitetty eurooppalaisessa patenttijulkaisussa 0218674, joka samaten liitetään viitteenä. Näiden soolien kolloidaalisen silikan ominaispinnan on sopivimmin oltava 50-1000 m2/g ja mieluummin noin 100-1000 m2/g, jolloin parhaimmat tulokset on saatu silloin kun ominaispinta on ollut noin 300-700 m2/g. On todettu, että kolloidaalisten silikahiukkasten keskihiukkaskoon on oltava alle 20 nm ja sopivimmin noin 10 nmrstä aina alas noin 1 nm:n asti (kolloidaalinen silikahiukkanen, jonka ominaispinta on noin 550 m2/g, vastaa keskihiukkaskokoa, joka on noin 5 nm). Hyviä tuloksia saavutetaan käytettäessä mainittuja silikasooleja alkalistabiloidun soolin muodossa, joka sisältää noin 2-60 paino% Si02:ta, sopivimmin noin 4-30 paino% Si02:ta. Silikasooli voidaan stabiloida alkalilla moolisuhteessa Si02:M20, joka on 10:1 - 300:1, sopivimmin 15:1 - 100:1 (M on ioni ryhmästä Na, K, Li ja NH4). Kuten edellä on esitetty saavutetaan erittäin hyviä tuloksia käytettäessä kolloidaalisia hiukkasia, joissa ainakin pintakerros on aluminiumsilikaattia tai aluminium-muunnettua silikasoolia niin, että hiukkasten pintaryhmät 4 90448 sisältävät pii- ja alumiiniatomeja suhteessa 9,5:0,5 -7,5:2,5 ja ilmoitetut pinnat ja hiukkaskoot koskevat myös näitä silikasooleja. Sellaisia silikasooleja, jotka täyttävät edellä mainitut spesifikaatiot, on kaupallisesti saatavana esimerkiksi Eka Nobel AB:n kautta.

Kuitumassaan lisättävän anionisen kolloidin määrän on oltava 0,005 ja 2 paino%:n, sopivimmin 0,01 ja 0,4 paino%:n välillä kuivista selluloosakuiduista ja mahdolisesta täyteaineesta laskettuna. Kolloidin, sopivimmin kolloidaalisen silikan pitoisuus kuitumassaan lisättävässä soolissa ei ole kriittinen. Käytännöllisestä näkökohdasta on sopivaa, että soolien pitoisuus kuitumassaan annostettaessa on 0,05 ja 5,0 paino%:n välillä.

Aluminaatilla tarkoitetaan alkaalimetallialuminaattia, jota sinänsä on hyvin tunnetusti käytetty paperinvalmistuksen yhteydessä, erityisesti mäntyhartsilla hydrofoboitaes-sa. Sopivimmin käytetään natriumaluminaattia (Na2Al204), mutta on tietenkin myös mahdollista käyttää kaliumalumi-naattia vaikkakin se kustannuksiltaan on vähemmän edullista. Aluminaatin määrä voi vaihdella laajoissa rajoissa. Aluminaatti lisätään sopivimmin kuitumassaan vesiliuoksien muodossa, joissa pitoisuus ei ole kriittinen vaan sopeutetaan käytännöllisten perusteiden mukaan. Keksinnön mukaan on osoittautunut, että jo hyvin pienellä aluminaattimääräl-lä, anionisen epäorgaanisen kolloidin määrään verrattuna, saavutetaan huomattava vedenpoistovaikutuksen parannus. Parannus saavutetaan Al203:na lasketun aluminaatin ja epäorgaanisen kolloidin painosuhteen ollessa 0,01:1. Yläraja ei ole kriittinen. Mitään mainitsemisenarvoista parannusta ei kuitenkaan saavuteta silloin, kun aluminaatin ja epäorgaanisen kolloidin välinen suhde on suurempi kuin 3:1. Suhde on edullisesti 0,02:1 ja 1,5:1 välillä, sopivimmin 0,05:1 ja 0,7:1 välillä. Kaikki esitetyt suhteet koskevat Al203:na lasketun aluminaatin ja epäorgaanisen kolloidin välistä painosuhdetta.

5 90448

Keksinnön mukaisen järjestelmän parannettu retentio- ja vedenpoistovaikutus saavutetaan kuitumassan laajalla pH-välillä. pH voi olla alueella, joka ulottuu noin arvosta 4 noin arvoon 10. pH on sopivimmin yli 5 ja mieluummin välillä 6-9. Jos haluttua pH-arvoa ei saavuteta lisäämällä aluminaattiliuos, joka sinänsä on alkalinen, voidaan kuitumassan pH:ta säätää lisäämällä esimerkiksi natriumhyd-roksidia. Silloin kun käytetään alkalisesti puskuroivaa täyteainetta, kuten liitua, saavutetaan normaalisti haluttu pH ilman säätöä. On tietenkin myös mahdollista käyttää muitakin täyteaineita kuin liitua mutta silloin on huolehdittava siitä, että kuitumassan pH-arvo pysyy edellä esitetyissä rajoissa.

Keksinnön mukaiseen paperinvalmistukseen voi sisältyä tavallista tyyppiä olevia mineraalitäyteaineita, esimerkiksi kaoliinia, titaanioksidia, kipsiä, liitua ja talkkia. Käsitteeseen "mineraalitäyteaine" sisältyy tässä yhteydessä näiden täyteaineiden lisäksi myös wollastoniitti ja lasikuidut ja myös mineraaliset pientiheystäyteaineet, kuten paisutettu perliitti. Mineraalitäyteaine lisätään tavallisesti vesilietteen muodossa niillä pitoisuuksilla, joita käytetään tällaisia täyteaineita varten. Täyteainetta voidaan mahdollisesti ennen kuitumassaan lisäämistä käsitellä keksinnön mukaisen vedenpoisto- ja retentiojärjestelmän komponenteilla, esimerkiksi kationisella synteettisellä polymeerillä ja aluminaatilla tai epäorgaanisella anioni-sella kolloidilla, jonka jälkeen jäännöskomponentti lisätään kuitumassaan.

Keksinnön mukaista kolmikomponenttijärjestelmää voidaan käyttää paperia valmistettaessa erityyppisistä, selluloosa-pitoisia kuituja sisältävistä kuitumassoista. Kuitumassojen on sisällettävä ainakin 50 paino% selluloosaa sisältäviä kuituja. Kolmikomponenttijärjestelmää voidaan esimerkiksi käyttää kemiallisen massan, kuten sulfaatti-ja sulfiittimas- 6 90448 san, kuumahierteen, raffinöörimassan tai sekä lehti- että havupuun puuhiokkeen kuiduista muodostettuja kuitumassoja varten. Sitä voidaan tietenkin myös käyttää uusiokuiduista muodostettuja kuitumassoja varten. Tässä yhteydessä käytettäviin termeihin paperi ja paperinvalmistus ei tietenkään sisälly ainoastaan paperi ja sen valmistus, vaan myös muut selluloosakuitupitoiset arkit tai ratamuotoiset tuotteet, kuten selluloosa-arkit, pahvi ja kartonki ja niiden valmistus .

Keksinnön mukainen menetelmä voidaan viedä läpi sinänsä tunnetulla tavalla ja lisäämällä kuitumassaan muita tunnettuja lisäaineita, kuten hydrofobointiaineita jne.

Keksintöä havainnollistetaan lähemmin seuraavassa rakenne-esimerkissä, jossa osat ja prosentit koskevat paino-osia ja painoprosentteja, mikäli muuta ei ole ilmoitettu.

Esimerkki 1

Seuraavissa kokeissa on vedenpoistovaikutusta tutkittu "Canadian Freeness Tester"-laitteen avulla, joka on tavanomainen menetelmä vedenpoistokyvyn karakterisoimiseksi SCAN-C 21:65 mukaisesti.

Kuitumassa perustui valkaistuun koivu/mäntysulfaattimas-saan (60:40) ja sisälsi 30 paino% liitua. Kuitumassan pH oli 8,5 ja sen CSF oli 300 ml.

Taulukossa ilmoitetut kemikaalilisäyksien määrät koskevat tonneja kuivaa kuitumassajärjestelmää (kuituja + täyteaineita). Anioninen kolloidi oli alkalistabiloitu silikasoo-li, jonka pinta oli 500 m2/g. Kationinen synteettinen polymeeri oli kationinen polyakryyliamidi, jonka kationisuus oli keskitasoa, jota myy Allied Colloids nimellä Percol 292. Natriumaluminaatti lisättiin 0,025%:sen vesiliuoksen 7 90448 muodossa ja ilmoitetut aluminaattimäärät on ilmaistu kiloina Al203:ta_

Kemikaalilisäykset tehtiin 1 litraan laimennettua kuitu-massaa (noin 0,3%:nen) 15 sekunnin välein sekoittaessa järjestyksessä aluminaatti, kationinen polymeeri, epäorgaaninen kolloidi. Flokattu kuitumassa siirrettiin "free-ness"-laitteeseen ja mittauksia tehtiin 15 sekuntia viimeisen lisäyksen jälkeen. Kerääntynyt vesi on vedenpoisto-kyvyn mitta ja ilmaistaan ml:na Canadian Standard Freeness (CSF). Vesi, joka saatiin kokeissa käyttäen kolmea em. komponenttia oli hyvin kirkas ja osoitti, että samanaikaisesti saavutetaan hyvä retentiovaikutus flokkeihin kiinnittyvän hienokuituaineksen osalta.

Koe Al203 Kat. polymeeri An. kolloidi CSF

no._kq/t_kq/t_kq/t_ml 1 - - - 300 2 - 0,3 - 370 3 0,6 - 385 4 - 0,9 - 390 5 0,15 - - 290 6 0,15 0,3 - 350 7 - - 1,0 295 8 0,15 - 1,0 290 9 - 0,3 0,5 420 10 - 0,3 1,0 430 11 - 0,3 1,5 440 12 0,075 0,3 0,5 495 13 0,15 0,3 1,0 520 14 0,225 0,3 1,5 515 15 - 0,6 0,5 425 16 - 0,6 1,0 490 17 - 0,6 1,5 510 18 0,075 0,6 0,5 495 19 0,15 0,6 1,0 570 20 0,225 0,6 1,5 585 8 90448

Kuten taulukosta ilmenee, saavutetaan jo hyvin pienten alu-minaattimäärien käyttämisellä oleellisesti parannettu ve-denpoistokyky kationisen polymeerin ja anionisen kolloidin muodostaman järjestelmän osalta. Vastaavaa aluminaatin vaikutusta ei ilmene jos sitä käytetään yksinomaan yhdessä kationisen polymeerin tai anionisen kolloidin kanssa.

Esimerkki 2 Tämä esimerkki vastasi täysin esimerkkiä l sillä ainoalla erolla, että käytettiin toisia kationisia synteettisiä polymeerejä. Nämä olivat A) epikloorihydriinimuunnettu poly-amidoamiinihartsi, jota myy Hercules Inc. nimellä Kymene 557 H ja B) muunnettu polyamiinihartsi, jota myy Hercules Inc. nimellä Delfloc-50.

Koe AI2O3 Kat. polymeeri An. kolloidi CSF

no._kq/t_tyyppi; kq/t_kq/t_ml 1 - - 300 2 - A; 0,6 - 305 3 - A; 1,2 - 315 4 - A; 2,4 - 315 5 - A; 1,2 0,5 325 6 - A; 1,2 1,0 330 7 - A; 1,2 1,5 310 8 0,075 A; 1,2 0,5 360 9 0,15 A; 1,2 1,0 390 10 0,225 A; 1,2 1,5 410 11 0,30 A; 1,2 2,0 395 12 - B; 1,2 - 290 13 - B; 1,2 1,5 280 14 0,225 B; 1,2 1,5 335 9 90448

Esimerkki 3 Tässä kokeessa käytettiin hiokekuitumassaa, joka ei sisältänyt täyteaineita. Kuitumassaan oli lisätty 0,5 g/1 Na2S04.10H20:ta ionivahvuuden saattamiseksi sellaiselle • tasolle, että se vastaa käytännössä esiintyvää. Kationinen polymeeri oli samaa polyakryyliamidia kuin esimerkissä l. Anioninen kolloidi oli aluminiummuunnettua, 15% alkali-stabiloitua silikasoolia, jossa kolloidaalisten hiukkasten pinta oli muunnettu 9%:11a Al-atomeja ja hiukkasten pinta oli 500 m2/g. Lisäysjärjestys oli natriumaluminaatti, kationinen polymeeri, jota seurasi anioninen kolloidi. Kokeet suoritettiin sekä kuitumassan pH-arvolla 6 että pH-arvolla 7,5, jossa pH-arvoa oli säädetty laimennetulla H2S04:lla vast, laimennetulla NaOH:lla.

Koe Al203 Kat. polymeeri An. kolloidi CSF

no._kg/t_kg/t_kg/t_ml ph 6,0 1 - - 120 2 - 0,3 - 190 3 - 0,6 - 220 4 - 0,9 - 245 5 - 1,2 - 250 6 - 0,6 0,5 275 7 - 0,6 1,0 305 8 - 0,6 1,5 300 9 0,075 0,6 0,5 325 10 0,15 0,6 1,0 345 11 0,225 0,6 1,5 350 pH 7,5 12 - 0,6 - 220 13 - 0,6 0,5 245 14 - 0,6 1,0 270 ίο 90 448 15 - 0,6 1,5 275 16 0,075 0,6 0,5 295 17 0,15 0,6 1,0 325 18 0,225 0,6 1,5 340 19 - 0,9 1,5 310 20 0,225 0,9 1,5 370

Esimerkki 4 Tässä kokeessa käytettiin kuten esimerkissä 3 hiokekuitu-massaa, johon oli lisätty 0,5 g/1 Na2SO4.10 H20:ta. Kuitu-massan pH oli 6,5 ja lisätyt kemikaalit olivat natriumalu-minaatti, kationinen polyetyleenimini, jota myy BASF nimellä Polymin SK ja anioninen kolloidi, joka muodostui bento-niittikolloidista , jonka ominaispinta vedessä oli noin 400 - 800 m2/g.

Koe Al203 Kat. polymeeri An. kolloidi CSF

no._kq/t_kq/t_kq/t_ml 1 - - 120 2 0,3 - 175 3 0,6 - 230 4 - 0,9 - 300 5 1,2 - 310 6 - 0,6 0,5 260 7 - 0,6 1,0 280 8 - 0,9 1,0 340 9 0,075 0,6 0,5 295 10 0,15 0,6 1,0 335 11 0,15 0,9 1,0 390

Claims (10)

1. Menetelmä paperinvalmistuksessa muodostamalla suspensio selluloosaa sisältävistä kuiduista ja poistamalla vesi siitä viiralla, tunnettu siitä, että muodostaminen • ja vedenpoisto tapahtuu anionisen epäorgaanisen kolloidin, lukuunottamatta anionista epäorgaanista kolloidia, joka on polymeerinen piihappo, jonka ominaispinta on vähintään 1050 m2/g, aluminaatin ja kationisen synteettisen polymeerin läsnäollessa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että anioninen kolloidi on silikaperusteinen kolloidi.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kolloidi on silikasooli, silikasooli, jossa on hiukkasia, joissa on ainakin aluminiumsilikaattia oleva pintakerros tai aluminiummuunnettu silikasooli.

4. Patenttivaatimuksen l, 2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kolloidihiukkasten ominais-pinta on 50 - 1000 m2/g.

5. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnet- ... t u siitä, että kolloidin hiukkaskoko on enintään 20 nm.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kationinen synteettinen polymeeri on ka- : tioninen polyakryyliamidi, polyetyleenimini, polyamiini tai polyamidoamiini.

7. Jonkin edellisistä patenttivaatimuksista mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että aluminaatti lisätään kuitususpensioon ennen anionista epäorgaanista kolloidia ja kationista synteettistä polymeeriä. 12 90448

8. Jonkin patenttivaatimuksista 1, 2, 3, 4 tai 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että anionisen epäorgaanisen kolloidin määrä on 0,005 ja 2 paino%:n välillä kuivista kuiduista ja mahdollisista täyteaineista laskettuna.

9. Jonkin patenttivaatimuksista 1 tai 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kationisen synteettisen polymeerin määrä on 0,01 ja 3 paino%: välillä kuivista kuiduista ja mahdollisista täyteaineista laskettuna.

10. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että Αΐ203:ηθ lasketun aluminaatin ja anionisen epäorgaanisen kolloidin välinen painosuhde on 0,01:1 ja 3:1 välillä. i3 90448