FI90448C - Menetelmä paperinvalmistuksessa - Google Patents

Description

90448

Menetelma paperinvalmistuksessa -satt vid framstailning av papper

Tama keksintO koskee menetelmaa paperinvalmistuksessa kayttamana parannettua retentio- ja vedenpoistojOrjes-telmaa. KeksintO koskee erityisemmin kationisesta syn-teettisesta polymeerista, anionisesta epaorgaanisesta kol-loidista ja aluminaatista koostuvan yhdistelman k3yttamis-ta retentio- ja vedenpoistojarjestelm3na paperinvalmistuksessa .

On aikaisemmin tunnettua kayttaa kationisista retentioai-neista ja epaorgaanisista kolloideista koostuvia yhdistel-mi3 retentio- ja vedenpoistoaineina paperinvalmistuksessa. Eurooppalaisessa patenttihakemuksessa 0218674 on esitetty polyakryyliamidin k3yttamista yhdessa anionisten silikasoo-lien kanssa sideaineena ja retentioaineena. Oletetaan etta kolloidiset hiukkaset sooleissa voimakkaalla varauksellaan aikaansaavat siltasidoksen polymeerisissa retentioaineissa ja etta t3m3n ansiosta saavutetaan erittain hyv3 retentio-ja vedenpoistovaikutus. GB-patenttijulkaisun 2015614 kaut-ta on myOs aikaisemmin tunnettua kayttaa polymeerisia ka-tionisia retentioaineita yhdessa polyaluminiumyhdisteiden kanssa. Edelleen on US-patenttijulkaisun 4643801 kautta tunnettua kayttaa sideaineena paperinvalmistuksessa yhdis-telmaa, jossa on kationista tarkkelysta, anionista silika-soolia ja anionista suurmolekyylista polymeeria, erityisesti anionista polyakryyliamidia. US-patenttijulkaisun mukaista kolmikomponenttij3rjestelmaa voidaan kayttaa lisaamaiia sii-hen edelleen aluminiumyhdisteita, alunaa, natriumaluminaat-tia tai polyhydroksialuminiumkloridia.

Tam3n keksinnOn mukaisesti on osoittautunut, etta retentio- ja vedenpoistovaikutus paperinvalmistuksessa tehostuu silloin kun aluminaattia k3ytet33n yhdessa kationisen, synteettisen polymeerin ja anionisen ep3orgaanisen kolloi-din kanssa. Koska vedenpoistovaikutus kasvaa voidaan pape- 2 90448 rikoneen nopeutta nostaa ja tamSn lisaksi vahemman vetta on kuivatettava pols paperikoneen kuivausosassa.

T3ma keksintO koskee siis menetelmaa paperinvalmistuksessa muodostamalla suspensio selluloosaa sisaitavista kuiduista ja mahdollisista tayteaineista ja poistamalla vesi siita viiralla, jolloin muodostaminen ja vedenpoisto tapahtuu anionisen epaorgaanisen kolloidin, aluminaatin ja katio-nisen synteettisen polymeerin iasn3ollessa.

N3m3 kolme komponenttia voidaan lisata kuitumassaan mieli-valtaisessa jarjestyksessa. Paras vaikutus saavutetaan jos aluminaatti ensin lisataan kuitumassaan, jonka jalkeen ka-tioninen synteettinen polymeeri ja tam3n jalkeen anioninen ep3orgaaninen kolloidi lisataan. Huomattava parannus tun-nettuun tekniikkaan verrattuna saavutetaan myds jos anioninen ep3orgaaninen kolloidi lisataan kuitumassaan ensin, jota seuraavat kationinen polymeeri ja aluminaatti mielivaltaisessa jarjestyksessa. N3iden kolmen komponent-tien erillista lisaamista pidet33n sopivimpana vaikkakin on olemassa mahdollisuus esisekoittaa kaksi komponenttia ennen lisaamista.

Kationisiksi synteettisiksi polymeereiksi sopivat keksin-nfin mukaisesti sellaiset kationiset, orgaaniset typpea si-saitavat polymeerit, joita normaalisti kaytetaan paperinvalmistuksessa retentionaineina ja/tai m3rkaiujuutta lisaavina aineina. Erityisen sopivia ovat kationiset polyak-ryyliamidit, polyetyleeniminit, polyamiini- ja polyamidoa-miinihartsit jne. Polyamiinihartseja ja polyamidoamiinihart-seja kaytetaan sopivimmin epikloorihydriinimuunnetussa muo-dossa. Muita k3ytett3via kationisia synteettisia polymeereja ovat kationiset melamiiniformaldehydi- ja ureaformaldehydimarkalujitehartsit. Kationisen synteettisen polymeerin maar3n on oltava 0,01 - 3 paino%, sopivimmin 0,03 - 2 paino%, kuivista kuiduista ja mahdollisesta tayteainees-ta laskettuna.

3 90448 K3ytettyj3 anionisia epSorgaanisia kolloideja on tunnetus-ti kaytetty aikaisemmin paperinvalmistuksen yhteydessa. Esimerkkeina tailaisista voidaan mainita montmorilloniit-ti, bentoniitti, titanyylisulfaattisoolit, silikasoolit, aluminiummuunnetut silikasoolit tai aluminiumsilikaattisoo-• lit. K3sitteet kolloidi ja kolloidaalinen tarkoittavat hy- vin pienia hiukkasia. Anionisten aineiden hiukkasten omi-

O

naispinnan on oltava suurempi kuin noin 50 m-Vg, edulli-semmin suurempi kuin 100 m2/g ja sopivimmin 50 - 1000 m2/g. Silikaan perustuvia kolloideja pidetaan sopivimpina anio-nisena ep3orgaanisena kolloidina.

Erityisen sopivia silikaan perustuvia kolloideja ovat ne silikasoolit, joissa on kolloidaalisia hiukkasia, jotka on esitetty eurooppalaisessa patenttijulkaisussa 41056, joka liitetaan viitteena tahan hakemukseen, ja ne aluminiumia sisaitavat silikasoolit, jotka on esitetty eurooppalaisessa patenttijulkaisussa 0218674, joka samaten liitetaan viitteena. N3iden 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, etta kolloidaalisten silikahiukkasten keskihiukkaskoon on oltava alle 20 nm ja sopivimmin noin 10 nmrsta aina alas noin 1 nm:n asti (kolloidaalinen silikahiukkanen, jonka ominaispinta on noin 550 m2/g, vastaa keskihiukkaskokoa, joka on noin 5 nm). Hyvia tuloksia saavutetaan kaytetta-ess3 mainittuja silikasooleja alkalistabiloidun soolin muo-dossa, joka sisaitaa 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 ryhm3sta Na, K, Li ja NH4). Kuten edelia on esitetty saavutetaan erittain hyvia tuloksia kaytettaessa kolloidaalisia hiukkasia, joissa ai-nakin pintakerros on aluminiumsilikaattia tai aluminium-muunnettua silikasoolia niin, etta hiukkasten pintaryhmat 4 90448 sisaitavat pii- ja alumiiniatomeja suhteessa 9,5:0,5 -7,5:2,5 ja ilmoitetut pinnat ja hiukkaskoot koskevat mySs naita silikasooleja. Sellaisia silikasooleja, jotka tayttavat edelia mainitut spesifikaatiot, on kaupallisesti saatavana esimerkiksi Eka Nobel AB:n kautta.

Kuitumassaan lisattavan anionisen kolloidin maaran on ol-tava 0,005 ja 2 paino%:n, sopivimmin 0,01 ja 0,4 paino%:n vaiilia kuivista selluloosakuiduista ja mahdolisesta tay-teaineesta laskettuna. Kolloidin, sopivimmin kolloidaali-sen silikan pitoisuus kuitumassaan lisattavassa soolissa ei ole kriittinen. Kaytanndllisesta nakflkohdasta on sopivaa, etta soolien pitoisuus kuitumassaan annostettaessa on 0,05 ja 5,0 paino%:n vaiilia.

Aluminaatilla tarkoitetaan alkaalimetallialuminaattia, jota sinansa on hyvin tunnetusti kaytetty paperinvalmistuk-sen yhteydessa, erityisesti mantyhartsilla hydrofoboitaes-sa. Sopivimmin kaytetaan natriumaluminaattia (Na2Al204), mutta on tietenkin myds mahdollista kayttaa kaliumalumi-naattia vaikkakin se kustannuksiltaan on vahemm3n edullis-ta. Aluminaatin maara voi vaihdella laajoissa rajoissa. Aluminaatti lisataan sopivimmin kuitumassaan vesiliuoksien muodossa, joissa pitoisuus ei ole kriittinen vaan sopeute-taan kaytannOllisten perusteiden mukaan. Keksinndn mukaan on osoittautunut, etta jo hyvin pienelia aluminaattimaarai-la, anionisen epaorgaanisen kolloidin maaraan verrattuna, saavutetaan huomattava vedenpoistovaikutuksen parannus. Parannus saavutetaan Al203:na lasketun aluminaatin ja epaorgaanisen kolloidin painosuhteen ollessa 0,01:1. Yia-raja ei ole kriittinen. Mitaan mainitsemisenarvoista pa-rannusta ei kuitenkaan saavuteta silloin, kun aluminaatin ja epaorgaanisen kolloidin vaiinen suhde on suurempi kuin 3:1. Suhde on edullisesti 0,02:1 ja 1,5:1 vaiilia, sopivimmin 0,05:1 ja 0,7:1 vaiilia. Kaikki esitetyt suhteet koskevat Al203:na lasketun aluminaatin ja epaorgaanisen kolloidin vMlista painosuhdetta.

5 90448

Keksinnfin mukaisen jarjestelman parannettu retentio- ja vedenpoistovaikutus saavutetaan kuitumassan laajalla pH-vSlilia. pH voi olla alueella, joka ulottuu noin arvos-ta 4 noin arvoon 10. pH on sopivimmin yli 5 ja mieluummin vSlilia 6-9. Jos haluttua pH-arvoa ei saavuteta lisaamålia aluminaattiliuos, joka sinansa on alkalinen, voidaan kuitumassan pH:ta saataa lisaamaiia esimerkiksi natriumhyd-roksidia. Silloin kun kaytetaan alkalisesti puskuroivaa tayteainetta, kuten liitua, saavutetaan normaalisti halut-tu pH ilman saatoa. On tietenkin myfis mahdollista kayttaa muitakin tayteaineita kuin liitua mutta silloin on huoleh-dittava siita, etta kuitumassan pH-arvo pysyy edelia esi-tetyissa rajoissa.

Keksinnfin mukaiseen paperinvalmistukseen voi sisaitya ta-vallista tyyppia olevia mineraalitayteaineita, esimerkiksi kaoliinia, titaanioksidia, kipsia, liitua ja talkkia. Kfi-sitteeseen "mineraalitayteaine" sisaityy tassa yhteydessa naiden tayteaineiden lisaksi myfis wollastoniitti ja lasi-kuidut ja myfis mineraaliset pientiheystayteaineet, kuten paisutettu perliitti. Mineraalitayteaine lisataan tavalli-sesti vesilietteen muodossa niilia pitoisuuksilla, joita kaytetaan tailaisia tayteaineita vårten. Tayteainetta voidaan mahdollisesti ennen kuitumassaan lisaamista kasitelia keksinnfin mukaisen vedenpoisto- ja retentiojarjestelman komponenteilla, esimerkiksi kationisella synteettiselia polymeerilia ja aluminaatilla tai epaorgaanisella anioni-sella kolloidilla, jonka jaikeen jaannfiskomponentti lisataan kuitumassaan.

Keksinnfin mukaista kolmikomponenttijarjestelmaa voidaan kayttaa paperia valmistettaessa erityyppisista, selluloosa-pitoisia kuituja sisaitfivista kuitumassoista. Kuitumassojen on sisailettava ainakin 50 paino% selluloosaa sisaitavia kuituja. Kolmikomponenttijarjestelmaa voidaan esimerkiksi kayttaa kemiallisen massan, kuten sulfaatti-ja sulfiittimas- 6 90448 san, kuumahierteen, raffinOOrimassan tai sekå lehti- etta havupuun puuhiokkeen kuiduista muodostettuja kuitumassoja vårten. Sita voidaan tietenkin myds kayttaa uusiokuiduista muodostettuja kuitumassoja vårten. Tassa yhteydessa kaytet-tSviin termeihin paperi ja paperinvalmistus ei tietenkaan sisally ainoastaan paperi ja sen valmistus, vaan myds muut selluloosakuitupitoiset arkit tai ratamuotoiset tuotteet, kuten selluloosa-arkit, pahvi ja kartonki ja niiden valmistus .

KeksinnOn mukainen menetelma voidaan vieda lapi sinansa tunnetulla tavalla ja lisaamaiia kuitumassaan muita tun-nettuja lisaaineita, kuten hydrofobointiaineita jne.

Keksintda havainnollistetaan lahemmin seuraavassa raken-ne-esimerkissa, jossa osat ja prosentit koskevat paino-osia ja painoprosentteja, mikali muuta ei ole ilmoitettu.

Esimerkki 1

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

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

Taulukossa ilmoitetut kemikaalilisayksien maarat koskevat tonneja kuivaa kuitumassajarjestelmaa (kuituja + tayteai-neita). Anioninen kolloidi oli alkalistabiloitu silikasoo-li, jonka pinta oli 500 m2/g. Kationinen synteettinen po-lymeeri oli kationinen polyakryyliamidi, jonka kationisuus oli keskitasoa, jota myy Allied Colloids nimelia Percol 292. Natriumaluminaatti lisattiin 0,025%:sen vesiliuoksen 7 90448 muodossa ja ilmoitetut aluminaattimaSrat on ilmaistu ki-loina Al203:ta_

KemikaalilisSykset tehtiin 1 litraan laimennettua kuitu-massaa (noin 0,3%:nen) 15 sekunnin vSlein sekoittaessa jSrjestyksessS aluminaatti, kationinen polymeeri, epåor-gaaninen kolloidi. Flokattu kuitumassa siirrettiin "free-ness"-laitteeseen ja mittauksia tehtiin 15 sekuntia vii-meisen lisSyksen jaikeen. KerScSntyny t vesi on vedenpoisto-kyvyn mitta ja ilmaistaan ml:na Canadian Standard Freeness (CSF)· Vesi, joka saatiin kokeissa kSyttaen kolmea em. komponenttia oli hyvin kirkas ja osoitti, ettS samanaikai-sesti saavutetaan hyv3 retentiovaikutus flokkeihin kiinnit-tyvSn 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-minaattimSarien kayttamiselia oleellisesti parannettu ve-denpoistokyky kationisen polymeerin ja anionisen kolloidin muodostaman jarjestelman osalta. Vastaavaa aluminaatin vaikutusta ei ilmene jos sita kaytetaan yksinomaan yhdessa kationisen polymeerin tai anionisen kolloidin kanssa.

Esimerkkl 2 T3ma esimerkki vastasi taysin esimerkkia l silia ainoalla erolla, etta kaytettiin toisia kationisia synteettisia po-lymeereja. N3m3 olivat A) epikloorihydriinimuunnettu poly-amidoamiinihartsi, jota myy Hercules Inc. nimelia Kymene 557 H ja B) muunnettu polyamiinihartsi, jota myy Hercules Inc. nimelia 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 TSssa kokeessa kSytettiin hiokekuitumassaa, joka ei sisSl-tSnyt tayteaineita. Kuitumassaan oli lisatty 0,5 g/1 Na2S04.10H20:ta ionivahvuuden saattamiseksi sellaiselle • tasolle, etta se vastaa kaytannOssa esiintyvaa. Kationinen polymeeri oli samaa polyakryyliamidia kuin esimerkissa 1. 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. Lisaysjarjestys oli natriumaluminaatti, kationinen polymeeri, jota seurasi anioninen kolloidi. Kokeet suoritettiin seka kuitumassan pH-arvolla 6 etta pH-arvolla 7,5, jossa pH-arvoa oli saadetty 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

Eslmerkkl 4 TSssa kokeessa kSytettiin kuten esimerkisså 3 hiokekuitu-massaa, johon oli lisatty 0,5 g/1 Na2SO4.l0 H20:ta. Kuitu-massan pH oli 6,5 ja lisatyt kemikaalit olivat natriumalu-minaatti, kationinen polyetyleenimini, jota myy BASF nimel-13 Polymin SK ja anioninen kolloidi, joka muodostui bento-niittikolloidista , jonka ominaispinta vedessa 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)

11 90448

1. Menetelma paperinvalmistuksessa muodostamalla suspensio selluloosaa sisSltSvista kuiduista ja poistamalla vesi siita viiralla, tunnettu siita, etta muodostaminen • ja vedenpoisto tapahtuu anionisen epaorgaanisen kolloidin, lukuunottamatta anionista epaorgaanista kolloidia, joka on polymeerinen piihappo, jonka ominaispinta on vahintaan 1050 m2/g, aluminaatin ja kationisen synteettisen polymee-rin lasnaollessa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelma, t u η n e t-t u siita, etta anioninen kolloidi on silikaperusteinen kolloidi.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelma, tunnettu siita, etta kolloidi on silikasooli, silikasooli, jossa on hiukkasia, joissa on ainakin aluminiumsilikaattia oleva pintakerros tai aluminiummuunnettu silikasooli.

4. Patenttivaatimuksen l, 2 tai 3 mukainen menetelma, tunnettu siita, etta kolloidihiukkasten ominaispinta on 50 - 1000 m2/g.

5. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelma, t u η n e t- ... t u siita, etta kolloidin hiukkaskoko on enintåan 20 nm.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelma, tunnettu siita, etta kationinen synteettinen polymeeri on ka- : tioninen polyakryyliamidi, polyetyleenimini, polyamiini tai polyamidoamiini. 1 Jonkin edellisista patenttivaatimuksista mukainen mene-telmS, tunnettu siita, etta aluminaatti lisataan kuitususpensioon ennen anionista epaorgaanista kolloidia ja kationista synteettista polymeeria. 12 90448

8. Jonkin patenttivaatimuksista 1, 2, 3, 4 tai 5 mukainen menetelmS, tunnettu siita, etta anionisen epSor-gaanisen kolloidin mSSra on 0,005 ja 2 paino%:n vålilia kuivista kuiduista ja mahdollisista tayteaineista lasket-tuna.

9. Jonkin patenttivaatimuksista 1 tai 6 mukainen menetel-ma, tunnettu siita, etta kationisen synteettisen polymeerin maar3 on 0,01 ja 3 paino%: vaiilia kuivista kuiduista ja mahdollisista tayteaineista laskettuna.

10. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelma, tunnettu siita, etta Αΐ203:ηθ lasketun aluminaatin ja anionisen epaorgaanisen kolloidin valinen painosuhde on 0,01:1 ja 3:1 vaiilia. 13 90448