HU192063B

HU192063B - Dusty inorganic stuffing composition in paper industry

Info

Publication number: HU192063B
Application number: HU81328A
Authority: HU
Inventors: Jozsef Erdelyi; Tamas Kutasi; Gyula Balint; Gyoezoe Varga; Bela Bozsits; Zsolt Almasi
Original assignee: Jozsef Erdelyi; Tamas Kutasi; Gyula Balint; Gyoezoe Varga; Bela Bozsits; Zsolt Almasi
Priority date: 1981-02-11
Filing date: 1981-02-11
Publication date: 1987-05-28
Also published as: AT377295B; FI68104C; GB8316514D0; GB2109428A; DE3231609C2; ATA37782A; WO1982002730A1; FI823128A0; FI68104B; GB2109428B; GB2125838B; DE3231609T1; DE3243904A1; GB2125838A; ATA425482A; AT382656B; FI823128L

Description

A találmány tárgya aktív hatású, önmagában is nagy retenciójú szervetlen töltőanyag kompozíció, melynek alkalmazásával gazdaságosan oldható meg a nagy hamutartalmú papírok gyártása, a papírok szerkezeti és szilárdsági tulajdonságainak csökkenése nélkül.

A kompozíció 65-98 tömeg% papíripari hagyományos szervetlen töltőanyagot, 2-35 tömeg% alumlniumsót, célszerűen alumíniumszulfátot, nátrium-aluminátot, vagy azok keverékét a töltőanyag kompozíció összes tömegére vonatkoztatva, valamint 0,1—6 tömeg% poralakú kationos polielektrolítot tartalmaz.

A találmány feladata, hogy olyan töltőanyag kompozíciót bocsásson a papíripari rendelkezésére, amelynek segítségével a töltőanyagveszteség jelentősen lecsökkenthető' és növelhető a vele készült papír hamutartalma, újszerű módon a szilárdsági tulajdonságok jelentős rontása nélkül. A töltőanyag kompozíció alkalmazása során járulékos hatásként csökken az enyvezőanyag fajlagos szükséglete és csökken a körvíz szerves és szervetlen lebegőanyag tartalma.

. A töltőanyag, a finomrostok, valamint az enyvező és egyéb segédanyagok, mint pl. nedvesszilárdító szerek, keményítők, színezékek retenciójának javulása, valamint a szilárdságnövekedés ezideig nem várt és jelentős gazdaságié redménnyel jár.

A papíripar a szervetlen ásványi anyagok közül töltőanyagként a következőket használja:

— szilikátok (pl. kaolin, talkum, stb.) — szulfátok (pl. BaSO₄, stb.) — karbonátok (pl. MgCO₃, CaC0a,stb.) — oxidok (pl. TiO₂, ZnO, stb.) — szulfidok (pl. ZnS, stb.)

A felsorolt töltőanyagok közül az ipari gyakorlatban legnagyobb mennyiségben a kaolint, talkumot valamint speciális célok elérésére — BaSO₄-ot és TiO₂-ot alkalmaznak.

A töltőanyagokból a papíripari felhasználás során vizes szuszpenziót állítanak elő, majd ezt a cellulózrost szuszpenzióhoz adagolják. A papírgyártás során megfigyelhető a töltőanyagok jelentős mértékű vesztesége.

A veszteség mértéke függ:

az adagolt töltőanyag fajtájától, az adagolt töltőanyag mennyiségétől és a papírgyártástechnológiai körülményektől, mint pl. géptípus, szitatípus, vákuu, mértéke, töltőanyag adagolás mértéke, adagolt segédanyagok típusa és mennyisége, stb.)

A töltőanyagok jelentős mértékű veszteségének oka elsősorban az, hogy a hagyományos technológiával előállított szervetlen ásványi eredetű töltőanyagok és az ipari cellulózrost típusok vizes szuszpenzióban negatív felületi töltéssel rendelkeznek méréseink szerint. A méréseket Pen—Kern Laser Zee Meter 500 A /USA/ berendezésen végeztük:

például:

cellulózrost szegi kaolin osztrák kaolin (Aspanger A-2) (Aspanger A-3) cseh kaolin zéta-potenciál -13...-27 mV -28...-32 mV

-16...-20 mV -18...-32 mV -15...-25 mV görög kaolin TiO₂ osztrák talkum Zeolex 133 (szint, szilikát típusú töltőanyag)

Zeofinn Oy-Finnország

-16...-22 mV —40...—50 mV -30...-40 mV

-35...-40 mV.

A cellulózrost, valamint a töltőanyag részecskék vizes közegben erősen negatív felületi töltésük következtében kölcsönösen taszítják egymást, melynek eredményeként a töltőanyagrészecskék jelentős mennyisége a cellulóz rövidrostokkal együtt (rost-törmelék, finomrost) a gyártási vízzel keresztül haladnak a papírgépi szitán.

Ismeretes, hogy retenciószerekkel javítható a cellulózrost és a töltőanyag retenciója.

A technika jelenlegi állása szerint a kiindulási papíripari szuszpenzió — amely cellulózrostokból, töltőanyag és segédanyagrészecskékből áll, melyek negatív felületi töltéssel rendelkeznek -, részecskéi a lapképzés előtt a rostszuszpenzióhoz adagolt retenciószer hatására különböző mértékben elveszítik negatív töltésüket, így a rendszerben homo-, ill. heterokoagulációs folyamatok indulnak meg és javul a cellulózrost, valamint a töltőanyagrészecskék retenciója.

E közismert papíripari technológiai tanítás lényegét felismerve világossá vált, hogy a cellulózrostok és egyéb adalékanyagok felületi töltését negatív értéken hagyva stabilis, pozitív felületű részecskékkel rendelkező töltőanyag kompozíciót a papíripari rendszerhez adagolva a töltőanyagvisszatartás értéke növelhető. E felismerést kihasználva állítottuk elő további eljárásunkkal a szuszpenziójában stabilis, pozitív töltéssel rendelkező töltőanyag kompozíciót.

Azt tapasztaltuk, hogy a talámány szerinti töltőanyag kompozíció alkalmazása esetén a töltőanyag a cellulózroston megkötődik és a veszteség minimálisra csökken. A találmány szerinti töltőanyag kompozíció vízzel szuszendálva pozitív felületi töltéssel rendelkező szuszpenziót ad.

Igy töltőanyag kompozíciónkkal gazdaságosan lehetelőállítani nagyobb hamutartalommal papírt, azonban ki kell küszöbölni a hamutartalom növelésével bekövetkező jelentős szilárdságcsökkenést is ahhoz, hogy nagy hamutartalommal a felhasználói igényeket is jól kielégítő papír legyen előállítható. Ezt a feladatot oldja meg módszerünk, a korábbi megoldásoktól teljesen eltérő és teljesen újszerű eredményeket biztosítva, amikoris olyan porformájú polielektrolitokat alkalmazunk a töltőanyag kompozícióban, amelyek hatásukat lassabb oldékonyságuk következtében csak akkor fejtik ki, amikor az alumíniumsók ionjai már a töltőanyag részecskék felületét pozitívra töltötték. Ilyenkor a polielektrolit makromolekulák kötődve a töltőanyagrészecskék felületén, aktív csoportokat képeznek, amelyek hajlamosak lesznek másodlagos kémiai kötőerőkkel kapcsolódni a cellulózrostokhoz, valamint a segédanyagok részecskéihez. E kötések eredményeként a töltőanyagkompozíciónk aktív szerepet tölt be a papírlap szerkezetében, eltérően a hagyományos töltőanyagtól és nem csökkenti ennek szerkezeti és felületi szilárdságát.

A találmány szerinti töltőanyagot oly módon állítjuk elő, hogy az ismert töltőanyag gyártástechnológia utolsó lépcsőjében a töltőanyag szárítás után a légszáraz töltőanyaghoz a kompozíció összes tömegére vonatkoztatva 2-35% légszáraz poralakú alumíniumsót,

192.063 célszerűen alumlniumszulfát (AI₂SO₄)₃ x 18 H₂O) és poralakú nátriumaki mi nátot (Na₃AIO₃) 5:1 arányban adagoljuk, valamint ezt követően 0,1—6 tömegszázalékban poralakú polielektrolitot, célszerűen poliakri- g lamidot (1—3 x 10⁶ molekulatömegű) és biztosítjuk a kompozíció összes anyagának megfelelő keverédését.

Az ismertetett arányban kialakított légszáraz töltőanyag kompozícióból a papíripari körülményeknek megfelelően szuszpenziót képezve a szuszpenzióban a töltőanyagok felületi töltése pozitív lesz. Ennek ered- 10 ményeként a negatív felületi töltéssel rendelkező céllulózrostszuszpenziókhoz adagolva a töltőanyag kémiai kötőerők következtében a cellulózrostok felületéhez kötődnek, ezzel egyidőben növelik a rosttörmelék, finomrost hetero-, ill. homokoagulációját. Ezen hatások összetett eredményeként jelentős mértékben növekszik a töltőanyag és a lapszerkezetben történő visszatartása, emellett a lapszerkezet szilárdsági tulajdonságai is javulnak.

A találmány szerinti kompozíciót vízben szuszpendálva a töltőanyag részecskék a következő felületi töltéssel rendelkeznek méréseink szerint. A méréseket a korábban ismertetett műszeren végeztük.

Az optimálistól meghatározott intervallumban eltérő keverékarányok esetében is pozitív felületi töltésű töltőanyag szuszpenzió állítható elő. A szuszpenzió előállítása során kialakuló pozitív felületi töltés a szuszpenzió hígításától nem függ.

Töltőanyag A kompozíció összes tömegére Zp vonatkoztatott % (mV)

AI₂(SO₄)₃ Na-aluminát Katiox 18 H szegi kaolin 5 osztrák kaolin (Aspanger A~2) 5 (Aspanger A—3) 5 cseh kaolin 5 görög kaolin 5

TiO₂ 5 osztrák talkum 5

CaCO₃ 5

	nos po- lielek- trolit	V
1	-	+ 13...+ 16
—	1	+ 14...+ 16
-	1	+15..+17
—	1	+10...+15
—	- —	+12...+14
-	1	+13...+18
—	1	+14...+ 17
1	1	+11...+14

Az alumíniumszulfát és Na-aluminát részarányának változtatásával különböző pH-tartományban (2,0 -10,0 pH) pozitív felületi töltésű töltőanyag szuszfienziót kapunk. A pH-tartomány tetszőleges megváasztása a papír enyvezésének szempontjából kedvező, így töltőanyag kompozíciónk a napjainkban a papírgyártásban elterjedt semleges enyvezés esetén is alkalmazható.

A találmány szerinti kompozícióból 200—500 g/l koncentárciójú stabil pozitív felületi töltésű töltőanyagszuszpenzió készíthető, amelynek retencíója a részecskék felületi töltése következtében jelentősen növekszik. További előnye a találmány szerinti kompozíciónak, hogy alkalmazásához további retenciónövelő szer használata szükségtelenné válik. A találmány szerinti megoldásnál a papír töltőanyagtartalmával arányosan változik a retenció növeléséhez és a szilárdságnöveléshez szükséges adalékanyag mennyiség.

A találmány lényegében egy olyan kompozíció,

1. mely a retenció javulására és ezáltal nagyobb hamutartalmú papírok előállításához a kompozíció öszszes tömegére vonatkoztatva 2—35 tömeg% légszáraz, poralakú szervetlen alumíniumsót, célszerűen alumíniumszulfátot és/vagy nátriumaluminátot tartalmaz,

2. mely a szilárdsági tulajdonságok javítására az alumíniumsókon túlmenően a kompozíció össztömegére vonatkoztatva 0,1—6 tömeg% poralakú katonos polielektorlitot, célszerűen poliakrilamidot (mól.tömeg =

1—3 x 10^e) tartalmaz. A lapszerkezet szilárdságának növekdését a rost és a töltőanyag között kialakuló másodlagos kémiai kötőerők biztosítják.

. _ A polielektrolitokat por formájában a kompozíció előállítása során kell adagolni és a kompozícióban elkeverni.

A találmány szerinti megoldást szemléltetik az alábbi példák.

1. példa

950 kg kaolinhoz, Aspangi A3 minőség, melynek szemcaeméret eloszlása a következő:

pm	%
<63	99,96
<40	99,6
<25	94
<10	75
<5	42
<2	20

Aszárltást követően kielégítő módon összekeverünk 50 kg kristályos, poritottalumíniumszulfátot, MOTIM papíripari minőség. A fentiek alapján 1000 kg kompozíció keletkezik.

A kompozíció vizes szuszpendálása után a 300 g/l _an koncentrációjú szuszpenzió pH értéke: 4,0-4,5. Zp = ⁰⁰ + 16,5 mV.

192.063

2. példa

950 kg kaolinhoz (Aspangi A3 minőség, melynek jellemző szemcseméret eloszlása:

pm	%
<63	99,96
<40	99,6
<25	94
<10	75
<5	42
<2	20

A szárítást követően mintegy 10% nedvességtartalom mellett a csomagolás előtti tárolóhoz való szállítás során a szállítószalagra először 25 kg káliumalumínium-szulfátot, majd 25 kg nátriumaluminátot adagolunk, mérőadagoló berendezés segítségével. A tökéletes keveredést biztosítani kell. A fentiek alapján 1000 kg töltőanyagkompozíció keletkezik.

A 300 g/1 koncentrációjú szuszpenzió pH értéke: 7,5—

7.8. Zp =+13,4 mV.

3. példa

910 kg kaolinhoz (Englisch China Clay, GRADE E minőség, melynek jellemző szemcseméreteloszlása:

2>um-nál finomabb 25% lO^um körül 25%.

A szárítást követően, mintegy 10% nedvességtartalom mellett a csomagolás előtti tárolóhoz való szállítás során a szállítószalagra először 70 kg porított kristályos alumíniumszulfát és kálium-alumíniumszulfát 1:1 arányú keverékét, majd ezt követően 20 kg porított nátrium-aluminátot adagolunk, ezt követően biztosítjuk a tökéletes keveredést.

A fentiek alapján 1000 kg töltőanyagkompozíció keletkezik.

A 300 g/1 koncentrációjú szuszpenzió pH értéke: 5,0—

5.8. Zp= 15,8 mV.

4. példa

835 kg titán-dioxid (Bayer) papíripari minőségű töltőanyaghoz a csomagolás előtt mintegy 5—10% nedvességtartalom mellett 135 kg porított kristályos alumlniumszulfátot adunk a szállítószalagra adagoló berendezés segítségével, majd hasonló módon 30 kg nátrium-aluminátot keverünk hozzá, biztosítjuk a tökéletes keveredést. Ennek alapján 1000 kg töltőanyagkompozíció keletkezik. A 300 g/l koncentrációjú szuszpenzió pH értéke: 4,5—4,9. Zp= 18,5 mV.

5. példa

650 kg titán-dioxid (Bayer) papíripari töltőanyaghoz keverőberendezésen 350 kg porított kristályos alumíníumszulfátot keverünk. Ezekből 1000 kg töltőanyagkompozíciót kapunk.

A 300 g/l koncentrációjú szuszpenzió pH értéke: 3,1—

3,5. Zp=18,4mV.

6. példa

650 kg talkum töltőanyaghoz (Finntalc P-20 minőség, melynek jellemző szemcseméret eloszlása:

pm	%
<30	100
<20	98
< 15	93
<10	80
<5	50
<2	20

Mintegy 5—10% nedvességtartalom mellett keverőberendezésen folyamatosan keverünk 175 kg porított kálium-alumíniumszulfátot és 175 kg porított nátriumaluminátot, majd ezekből 1000 kg töltőanyagkompozíció keletkezik.

A 300 g/l koncentrációjú szuszpenzió pH értéke: 7,58.5. Zp = + 13,5 mV.

7. példa

940 kg kaolinhoz (Aspangi A3 minőség) 50 kg porított kristályos aluminiumszulfátot, majd a szállítószalagon ezt követően 10 kg poralakú kationos poliakrilamidot (BASF, LUREDUR KMP) adagolunk. A tökéletes keveredést biztosítani kell. Ezekből 1000 kg töltőanyag kompozíciót kapunk.

A 300 g/l koncentrációjú szuszpenzió pH értéke: 4,04.6. Zp = +16,9 mV.

A vizsgálati eredmények értékelése.

Az adott töltőanyag kompozíciók laboratóriumi vizsgálati eredményeit 30% adagolás mellett sikszitás laboratóriumi papirgépen, a gép körvízrendszerrel történő üzemeltetésével, szovjet fehérített szulfát fenyőcellulóz (35 SR őrlésfok) felhasználásával, a következő táblázat tartalmazza.

192.063

Töltőanyag Töltőanyag Adalék a rost- Hamutar- Retenció Szakítási

Zp mV szuszpenzióhoz talom% % mutató Nm/g

<o

n

in

<□

Q

CM

0¾

tn

5t

CN

CM

35

8

(Ö

τ'- co

8

<£

8

a

8

R

8

tn tn

8

tn

in

Q

<o

tn

Q.

tn

<£>

o_fc

<R

tn

to

o_w

tn

r>

in

CM*

in

58

T—

tn

ΓΧ

CD

CM*

CM

ΙΩ

in

co

r*

Γ*·

co

Γ*·

tn

in

00

tn

in

co_w

tn

in

tn

<\

<n

tn

rx

<£>

r*»

d

r—

CM

in

w—

o*

r*

00*

CM

»—

CM

*

CM

r·

ce

oc

ŰC

□

<*»

a

o

O

Ul

LU

UJ

O

CC

OC

co e*

LU

□ -1

<

acce

cm 2

CM 5

CM Σ

I

CM

o *

1

Ϊ

I

1

o*

1

d X

1

lA CM

24,5

ΙΛ Ί·' CM

16,5

I3.4

CO

26,4

c* in

n. CM

42,3

“V 00

18,4

33,8

I

1

♦

+

1

+

1

*

+

1

tn

£ a (O

> <3

-20

c

«*> c

int

+-· c

♦-» c

Ol

1 Q.

tn

w

<*) Jr

tn ®

c

•f c

’C

:an szeri

E

<

? 8

< 8

le o

o Ss

rtitan

c 12

rtitan da szí

□

3

’5> c

‘5> c

ngi

’5> <0 C το

’©> (0 C Ό

ngi Ida

JC «/»

sh 1 sz

♦3

•s <0 C Ό

AJ 4-»

3

(O a

a Q. $

Aspa

Aspa l.pél

&Λ < CM

Aspa 7. pé

Engli

Engli példc

Baye

Λ) — co

co m

Finn

Finn talkum P—20 a +13,5 - 26,2 87,3 30,4

6. példa szerint

192.063

A kaolin töltőanyaggal végzett vizsgálatok eredményei azt mutatják, hogy a találmány szerinti kaolin alapú töltőanyag kompozíció 1.2. és 7. példa szerint elkészítve minden esetben pozitív felületi töltéssel rendelkezik és ebből következően nagyobb a retenciója mint a kezelés nélküli kaoliné, még a papfrpéphez adagolt retenciós szerek esetében is.

A 7. példa szerint elkészített kompozíció lehetővé teszi, hogy a 16% hamutartalmú papír hamutartalmát 25,5%-ra emeljük a szilárdsági jellemzők változatlan, értéken maradása mellett.

A titándioxid típusú töltőanyag kompozíciók a 4. és 5. példa szerint készítve alkalmazásuk során pozitív felületi töltésük következtében, hasonlóan növekvő retenciós értékeket mutatnak. A 6. példa szerint elkészített talkum alapú töltőanyag kompozíció adagolásakor szintén megfigyelhető az eleve nagy retenciós értékek további növekedése.

Claims

SZABADALMI IGÉNYPONTOK

1, Papíripari proalakú szervetlen töltőanyag kompozíció azzal jellemezve, hogy a kompozíció összes tömegére vonatkoztatottan 65-98 tömeg%bán papíripari szervetlen ásványi töltőanyago és
2-35 tömeg% légszára; poralakú szervetlen alumíniumtól c tartalmaz. (1981.02. 11.) ⁰ 2. Az 1. igénypont szerinti kompozíció azzal jellemezve, hogy alumínium sóként alumíniumszulfátot és nátriumaluminátot tartalmaz. (1981.02. 11.)
3. Az 1. és 2. igénypont szerinti kompozíció a z 1 q zal jellemezve, hogy az alumfniumszulfát és a nátriumaluminát tömeg aránya 2:1, előnyösen 5:1. (1981.02.11.)
4. az 1. igénypont szerinti kompozíció azzal jellemezve, hogy az alumfniumsó AljtSO,^ . 18 H₂O (1981.02.11.)

15
5. Az 1. igénypont szerinti kompozíció azzal j e I lemez ve, hogy 0,1-6,0 tömeg%-ban poralakú kationos polielektrolitot, előnyösen poli-akril-amidot tartalmaz (1982. 06. 18.)
6. Az 5. igénypont szerinti kompozíció, azzal jellemezve, hogy a poli-akril-amid molekulatö20 magé 0,1-10.10^é g. (1982.06. 18.