JP2015533392A - Pre-agglomeration of fillers used in papermaking - Google Patents
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Abstract
製紙プロセスにおいて使用するための凝集した充填剤粒子の安定な分散液を調製する方法は、微粒子を、第1の凝集化剤を充填剤粒子の水性分散液に添加する前、同時および/または後に使用し、続いて第2の凝集化剤を分散液に添加して、生じる充填剤フロックを場合により所望の粒子サイズにさらに剪断して限定された制御し得るサイズ分布を有する剪断抵抗性の充填剤フロックを生成させることを含む。それに加えて、微粒子および/または第1の凝集化剤の添加に先立って、中和凝固剤を分散液に添加して、充填剤の電荷を部分的にまたは完全に中和することができる。A method for preparing a stable dispersion of agglomerated filler particles for use in a papermaking process includes the step of adding, before, simultaneously and / or after adding the microparticles to the aqueous dispersion of filler particles. Use, followed by the addition of a second flocculant to the dispersion, optionally shearing the resulting filler floc further to the desired particle size to have a shear-resistant packing with limited controllable size distribution Generating an agent floc. In addition, prior to the addition of the particulates and / or the first flocculant, a neutralizing coagulant can be added to the dispersion to partially or fully neutralize the charge on the filler.
Description
本発明は、製紙において使用される充填剤の前凝集に関し、特に、高い充填剤固体(solid)における限定された制御し得るサイズ分布を有する剪断抵抗性の充填剤フロックの製造が開示される。 The present invention relates to the pre-agglomeration of fillers used in papermaking, and in particular, the production of shear resistant filler flocs having a limited and controllable size distribution in high filler solids.
印刷および筆記用の紙中における充填剤含有率を増加させることは、製品の品質改善ならびに原材料およびエネルギーコストの削減にとって非常な関心事である。しかしながら、セルロース繊維を炭酸カルシウムおよびクレイのような充填剤で置換すると、仕上がったシートの強度が低下する。充填剤含有率が増加する場合のさらに他の問題は、3次元シート構造全体にわたる充填剤の均一な分布の維持の難しさが増すことである。充填剤含有率の増加のこれらの好ましくない効果を減少させるための取り組みは、充填剤を、製紙機械のウェットエンドアプローチシステムにそれらを添加する前に前凝集させることである。 Increasing filler content in printing and writing papers is of great concern for improving product quality and reducing raw material and energy costs. However, replacing the cellulose fibers with fillers such as calcium carbonate and clay reduces the strength of the finished sheet. Yet another problem with increasing filler content is the difficulty of maintaining a uniform distribution of filler throughout the three-dimensional sheet structure. An approach to reduce these undesirable effects of increasing filler content is to preaggregate the fillers before adding them to the wet end approach system of the papermaking machine.
用語「前凝集」の定義は、充填剤粒子を、それらを凝集させて製紙原料に添加する前に、凝固剤および/または凝集剤による処理により凝集塊に変形することである。凝集処理およびプロセスの剪断力が、製紙原料への添加前にフロックのサイズ分布および安定性を決定する。現代の高速製紙に存在する化学的環境および高い流体剪断速度は、充填剤のフロックが安定で剪断抵抗性であることを必要とする。前凝集処理により提供されるフロックのサイズ分布は、増加した充填剤含有率に伴うシート強度の低下を最小化し、充填剤粒子による光学的効率の減少を最小化して、シートの一様性および印刷性に対する好ましくない影響を最小化するはずである。さらに、系全体が経済的に実現可能でなければならない。 The definition of the term “pre-agglomeration” is that the filler particles are transformed into agglomerates by treatment with a coagulant and / or flocculant before they are agglomerated and added to the papermaking stock. The shearing force of the agglomeration process and process determines the size distribution and stability of the floc before addition to the papermaking stock. The chemical environment and high fluid shear rates present in modern high speed papermaking require that the filler floc be stable and shear resistant. The floc size distribution provided by the pre-agglomeration process minimizes the decrease in sheet strength with increased filler content and minimizes the decrease in optical efficiency due to filler particles to ensure sheet uniformity and printing. It should minimize adverse effects on sex. In addition, the entire system must be economically feasible.
それ故、高い剪断安定性と狭い粒子サイズ分布の組合せは、充填剤前凝集技術の成功に不可欠である。しかしながら、通常使用されるデンプンを含む、低分子量の凝固剤のみにより形成される充填剤のフロックは、紙機械の高い剪断力下で崩壊する比較的小さい粒子サイズを有する傾向がある。単一の高分子量の凝集剤によって形成された充填剤フロックは、制御が困難な広い粒子サイズ分布を有する傾向があり、粘稠な凝集剤溶液のスラリー中への不十分な混合が主たる理由で、粒子サイズ分布は充填剤固体レベルが高い程さらに悪くなる。したがって、改善された前凝集技術は今なお必要とされている。 Therefore, the combination of high shear stability and narrow particle size distribution is essential to the success of the filler pre-agglomeration technique. However, filler flocs formed only by low molecular weight coagulants, including commonly used starches, tend to have relatively small particle sizes that disintegrate under the high shear forces of paper machines. Filler flocs formed by a single high molecular weight flocculant tend to have a broad particle size distribution that is difficult to control, mainly due to poor mixing of the viscous flocculant solution into the slurry. The particle size distribution gets worse as the filler solids level increases. Thus, there remains a need for improved pre-aggregation techniques.
本節で記載した技術は、特に断りのない限り、本明細書に引用する如何なる特許、刊行物または他の情報も、本発明に対する「先行技術」であるという容認を構成することを意図されない。それに加えて、本節は、調査が為されたかまたは37C.F.R.§1.56(a)において規定された他の直接関係のある情報が存在しないことを意味すると解釈されるべきではない。 The technology described in this section is not intended to constitute an admission that any patent, publication or other information cited herein is “prior art” to the present invention, unless otherwise specified. In addition, this section contains information on whether a survey was conducted or 37C. F. R. It should not be construed to mean that there is no other directly related information specified in §1.56 (a).
少なくとも1つの実施形態は、製紙プロセスにおいて使用するための特定の粒子サイズ分布を有する凝集した充填剤粒子の安定な分散液を調製する方法を対象とする。この方法は、a)充填剤粒子の水性分散液を提供するステップと;b)第1の凝集化剤を、充填剤粒子の著しい凝集を生じさせずに、分散液中で均一に混合するのに十分な量で分散液に添加するステップであり、第1の凝集化剤が両性であるステップと;c)微粒子を、第1の凝集化剤の添加前に、それと同時におよび/または後に、ならびに第2の凝集化剤の前に、充填剤粒子の著しい凝集を生じさせるのに不十分な量で、分散液に添加するステップと;d)第1の凝集化剤の存在下で、第2の凝集化剤を、充填剤粒子の凝集を開始させるのに十分な量で分散液に添加するステップであり、第2の凝集化剤が両性の第1の凝集化剤の正味の電荷と反対の電荷を有するステップと;e)凝集した分散液を剪断して所望の粒子サイズを有する充填剤フロックの分散液を提供するステップと;f)製紙原料は存在しない状態で充填剤粒子を凝集させた後、製紙原料にそれらを添加するステップとを含む。 At least one embodiment is directed to a method of preparing a stable dispersion of agglomerated filler particles having a specific particle size distribution for use in a papermaking process. The method comprises: a) providing an aqueous dispersion of filler particles; b) mixing the first flocculant uniformly in the dispersion without causing significant aggregation of the filler particles. Adding to the dispersion in an amount sufficient for the first flocculating agent to be amphoteric; c) the microparticles before, simultaneously with and / or after the addition of the first flocculating agent; As well as before the second flocculating agent, adding to the dispersion in an amount insufficient to cause significant flocculation of the filler particles; d) in the presence of the first flocculating agent, Adding a second flocculant to the dispersion in an amount sufficient to initiate agglomeration of the filler particles, wherein the second flocculant is the net charge of the amphoteric first flocculant and A step having the opposite charge; e) shearing the agglomerated dispersion to a desired particle size. Steps and to provide a dispersion of the agent floc; After f) papermaking raw materials were aggregated filler particles in the absence, and a step of adding them to the paper stock.
充填剤フロックは、中央値10〜100μmの粒子サイズを有していてもよい。充填剤は、沈降炭酸カルシウム、重質炭酸カルシウム、カオリンクレイ、タルク、二酸化チタン、アルミナ三水和物、硫酸バリウムおよび水酸化マグネシウム、およびそれらの混合物からなる群から選択することができる。第1の凝集化剤は、正味のアニオン性電荷を有していてもよい。第2の凝集化剤は、カチオン性であってもよく、および/または(メタ)アクリルアミドと、ジメチルアミノエチルメタクリレート(DMAEM)、ジメチルアミノエチルアクリレート(DMAEA)、ジエチルアミノエチルアクリレート(DEAEA)、ジエチルアミノエチルメタクリレート(DEAEM)またはそれらの第四級アンモニウム型(硫酸ジメチル、塩化メチルまたは塩化ベンジルを用いて形成される)およびそれら混合物とのコポリマーおよびターポリマーからなる群から選択されてもよい。第2の凝集化剤は、10〜50モルパーセントのカチオン性電荷および少なくとも15dL/gのRSVを有するアクリルアミド−ジメチルアミノエチルアクリレートメチルクロリド第四級コポリマーであってもよく、および/または0.1〜2dL/gのRSVを有するジアリルジメチルアンモニウムクロリドのホモポリマーであってもよい。この方法は、1種以上の微粒子を、凝集した分散液に添加してする前に、第2の凝集化剤を添加することをさらに含むことができる。この充填剤は、アニオンとして分散して低分子量であってもよく、カチオン性凝固剤が分散液に添加されて少なくとも部分的にそのアニオン性電荷が中和された後、第1の凝集化剤または微粒子が添加される。膨潤したデンプンも、充填剤粒子の分散液に添加することができる。膨潤したデンプンは、カチオン性、アニオン性、両性または非イオン性であってもよく、および/または膨潤デンプン−ラテックス組成物であってもよい。微粒子は、珪酸質材料、シリカを主成分とする粒子、シリカミクロゲル、コロイダルシリカ、シリカゾル、シリカゲル、ポリシリケート、カチオン性シリカ、アルミノシリケート、ポリアルミノシリケート、ボロシリケート、ポリボロシリケート、ゼオライト、および合成または天然に生じる膨潤性粘土、アニオン性ポリマー微粒子、カチオン性ポリマー微粒子、両性の有機ポリマー微粒子、およびそれらの任意の組合せからなるリストから選択される1品目であってもよい。 The filler floc may have a median particle size of 10-100 μm. The filler can be selected from the group consisting of precipitated calcium carbonate, heavy calcium carbonate, kaolin clay, talc, titanium dioxide, alumina trihydrate, barium sulfate and magnesium hydroxide, and mixtures thereof. The first flocculant may have a net anionic charge. The second flocculant may be cationic and / or (meth) acrylamide and dimethylaminoethyl methacrylate (DMAEM), dimethylaminoethyl acrylate (DMAEA), diethylaminoethyl acrylate (DEAEA), diethylaminoethyl It may be selected from the group consisting of copolymers and terpolymers with methacrylate (DEAEM) or their quaternary ammonium form (formed using dimethyl sulfate, methyl chloride or benzyl chloride) and mixtures thereof. The second flocculating agent may be an acrylamide-dimethylaminoethyl acrylate methyl chloride quaternary copolymer having a cationic charge of 10-50 mole percent and an RSV of at least 15 dL / g, and / or 0.1 It may be a homopolymer of diallyldimethylammonium chloride having an RSV of ˜2 dL / g. The method can further include adding a second flocculant prior to adding the one or more particulates to the agglomerated dispersion. This filler may be dispersed as an anion and have a low molecular weight, and after the cationic coagulant is added to the dispersion to at least partially neutralize the anionic charge, the first flocculant Or fine particles are added. Swollen starch can also be added to the dispersion of filler particles. The swollen starch may be cationic, anionic, amphoteric or nonionic and / or may be a swollen starch-latex composition. Fine particles are siliceous materials, silica-based particles, silica microgel, colloidal silica, silica sol, silica gel, polysilicate, cationic silica, aluminosilicate, polyaluminosilicate, borosilicate, polyborosilicate, zeolite, and synthesis Or it may be one item selected from the list consisting of naturally occurring swellable clay, anionic polymer microparticles, cationic polymer microparticles, amphoteric organic polymer microparticles, and any combination thereof.
少なくとも1つの実施形態は、本明細書に記載されたように調製された充填剤フロックを組み込んでいる紙製品を対象とする。 At least one embodiment is directed to a paper product that incorporates a filler flock prepared as described herein.
以下の定義は、本出願において使用される用語、および特に請求項がどのように解釈されるべきかを決定するために提供される。定義の体系化は単に便宜上であり、特定のカテゴリーに対する定義の如何なるものも限定することは意図されない。本出願においては、これらの用語の定義は、以下のようである。 The following definitions are provided to determine the terms used in this application, and in particular how the claims are to be interpreted. The organization of definitions is for convenience only and is not intended to limit any of the definitions for a particular category. In this application, these terms are defined as follows.
「凝固剤」は、凝集剤より高い電荷密度およびより低い分子量を有する物質の組成物を意味し、それはつまり微細に分割されて懸濁された粒子を含有する液体に添加されて、イオンの電荷を中和する機構を通じて固体を不安定化して凝集させる。 “Coagulant” means a composition of matter having a higher charge density and lower molecular weight than a flocculant, ie it is added to a liquid containing finely divided and suspended particles to charge the ions Solids are destabilized and aggregated through a mechanism that neutralizes the water.
「凝集剤」は、低電荷密度および高分子量(1,000,000を超える)を有する物質の組成物を意味し、それは微細に分割されて懸濁された粒子を含有する液体に添加された場合、粒子間架橋の機構を通じて固体を不安定化して凝集させる。 “Flocculant” means a composition of matter having a low charge density and high molecular weight (greater than 1,000,000), which was added to a liquid containing finely divided and suspended particles In some cases, the solid is destabilized and aggregated through a mechanism of interparticle crosslinking.
「凝集化剤」は、それが液体に添加された場合、液体中のコロイド状の微細懸濁粒子を不安定化して凝集させる物質組成物を意味し、凝集剤および凝固剤は凝集化剤であり得る。 “Aggregating agent” means a substance composition that, when added to a liquid, destabilizes and agglomerates colloidal fine suspension particles in the liquid. possible.
「GCC」は、重質炭酸カルシウムを意味し、それは天然に生じる炭酸カルシウム岩石を粉砕することにより製造される。
「PCC」は、合成で製造された沈降炭酸カルシウムを意味する。
“GCC” means heavy calcium carbonate, which is produced by grinding naturally occurring calcium carbonate rock.
“PCC” means synthetically produced precipitated calcium carbonate.
「微粒子」は、サイズが0.1μmと100μmの間の粒子を意味し、それは、ケイ素、セラミックス、ガラス、ポリマー、および金属を含むいくつかの材料をから構成されることができて、微粒子は、同様なマクロスケールのサイズの材料よりはるかに大きい表面積対体積比を有するので、それらの挙動は全く異なり得る。 “Fine particle” means a particle having a size between 0.1 μm and 100 μm, which can be composed of several materials including silicon, ceramics, glass, polymer, and metal, Because they have a much larger surface area to volume ratio than similar macroscale sized materials, their behavior can be quite different.
上の定義または本出願中の他の箇所で述べる記載が、辞書または参考文献により本出願中に引用して援用した供給源で述べられている通常使用される意味(明確にまたは暗黙に)と一致しない事象において、本出願および特に請求項の用語は、通常の定義辞書の定義、または参考文献により組み込まれた定義に従うのでなく、本出願における定義または説明に従って解釈されると理解される。前記を踏まえると、用語が辞書によって解釈できて初めて理解され得る場合には、用語が、Kirk−Othmer Encyclopedia of Chemical Technology,5th Edition,(2005)、(Wiley、John & Sons、Inc.により出版)によって定義されているならば、この定義は用語が請求項においてどのように定義されるべきであるかを規制するであろう。 The above definitions or statements elsewhere in this application shall have the commonly used meaning (clearly or implicitly) as stated in the sources cited and incorporated in this application by dictionary or reference. In the event of a discrepancy, it is understood that the terms in this application and particularly the claims are to be interpreted according to the definitions or explanations in this application, rather than according to the usual definition dictionary definitions or definitions incorporated by reference. In light of the foregoing, if a term can be understood by the dictionary for the first time, it can be understood for the first time by Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, 5th Edition, (2005), (Published by Wiley, John & Sons, Inc.). This definition will regulate how the term should be defined in the claims.
少なくとも1つの実施形態は、製紙プロセスにおいて使用するための特定の粒子サイズ分布を有する凝集した充填剤粒子の安定な分散液を調製する方法を対象とする。第1の凝集化剤は、充填剤粒子の水性分散液に、分散液と均一に混合するが充填剤粒子の著しい凝集も生じさせない量および条件で添加される。第1の凝集化剤を添加する前、最中または後のいずれかで、微粒子は分散液に添加される。第1の凝集化剤および微粒子の両方が添加された後、第2の凝集化剤が、第1の凝集化剤の存在下で充填剤粒子の凝集を開始させるのに十分な量および条件で、分散液に添加される。少なくとも1つの実施形態において、第1の作用剤および第2の作用剤のタイプならびにそれらの使用および/または添加の方法は、米国特許第8,088,213号に記載された方法および手順のいずれかおよび全てに従う。 At least one embodiment is directed to a method of preparing a stable dispersion of agglomerated filler particles having a specific particle size distribution for use in a papermaking process. The first flocculant is added to the aqueous dispersion of filler particles in an amount and conditions that are uniformly mixed with the dispersion but do not cause significant aggregation of the filler particles. The fine particles are added to the dispersion either before, during or after the addition of the first flocculant. After both the first flocculant and the particulates have been added, the second flocculant is in an amount and conditions sufficient to initiate agglomeration of the filler particles in the presence of the first flocculant. Added to the dispersion. In at least one embodiment, the type of first agent and second agent and methods of their use and / or addition are any of the methods and procedures described in US Pat. No. 8,088,213. Or obey all.
場合により、凝集した分散液は、剪断されて最適の粒子サイズを有する充填剤フロックの分散液を提供することができる。 Optionally, the agglomerated dispersion can be sheared to provide a dispersion of filler floc having an optimal particle size.
微粒子は製紙プロセスにおいて以前から使用されているが、この様式におけるそれらの使用は全く新規である。いくつかの先行技術のプロセスにおいて、微粒子は濡れた端部で添加されて、繊維充填剤の混合物から材料が損失することを防止する。本発明においては、しかしながら、微粒子は、紙を作製するために使用される繊維と分散液が接触する前に、充填剤の分散液に添加される。 Although microparticles have been used previously in the papermaking process, their use in this manner is entirely new. In some prior art processes, microparticles are added at the wet end to prevent loss of material from the fiber filler mixture. In the present invention, however, the microparticles are added to the filler dispersion before the fibers and dispersion used to make the paper come into contact.
本発明は、狭い粒子サイズと同時に最適の高い剪断安定性を有することを目標とする充填剤分散液を調製する方法を使用する以前の微粒子(米国特許出願公開第2009/0267258号のものなど)とも異なって、微粒子を使用した。これらの以前の方法では、第2の(凝集開始)凝集化剤の後に微粒子が使用された。本発明においては、微粒子は、凝集が開始される前に分散液に添加される。これは、本発明は、これらの微粒子のこれまで知られていなかった性質を使用するからである。 The present invention relates to previous microparticles (such as those of US 2009/0267258) that use a method of preparing filler dispersions that are targeted to have optimum high shear stability at the same time as narrow particle sizes. In contrast, fine particles were used. In these previous methods, microparticles were used after the second (onset of aggregation) flocculant. In the present invention, the fine particles are added to the dispersion before the aggregation starts. This is because the present invention uses previously unknown properties of these microparticles.
微粒子は、凝集化剤と強く相互作用することにより凝集を促進して、生じる粒子の集塊を強化することが知られている。したがって、微粒子が、関連のある2つの卓越性(剪断強度および粒子サイズ)の1つだけ(剪断強度)を助長することは以前から知られていた。 It is known that microparticles promote aggregation by strongly interacting with an aggregating agent to strengthen the resulting particle agglomeration. Thus, it has long been known that microparticles promote only one (shear strength) of two related excellence (shear strength and particle size).
本発明は、しかしながら、微粒子は、いかなる凝集も生じることなく充填剤粒子と良い相互作用を行えるという新たに見出された事実を使用する。理論または筋書きにとらわれることなく、微粒子は、充填剤粒子の表面に非常に硬い「アンカー部位」を形成すると考えられる。これらのアンカー部位はフロックを形成するポリマーよりはるかに硬いので、それらは曲げに抵抗して、凝集化剤によってその場に固定された凝集塊よりもはるかにしっかりとポリマー凝集塊を充填剤粒子上に保持する。したがって、本発明の方法では、上記の2つの卓越性の他方を促進する微粒子を使用して、凝集塊サイズを増大させる。 The present invention, however, uses the newly discovered fact that microparticles can interact well with filler particles without any agglomeration. Without being bound by theory or scenario, it is believed that the microparticles form a very hard “anchor site” on the surface of the filler particles. Since these anchor sites are much harder than the polymer that forms the flocs, they resist bending and cause the polymer agglomerates on the filler particles to be much tighter than the agglomerates fixed in situ by the aggregating agent. Hold on. Thus, the method of the present invention uses a microparticle that promotes the other of the above two excellences to increase the agglomerate size.
少なくとも1つの実施形態において、微粒子は、珪酸質材料およびポリマー微粒子を含む。代表的な珪酸質材料として、シリカを主成分とする粒子、シリカミクロゲル、コロイダルシリカ、シリカゾル、シリカゲル、ポリシリケート、カチオン性シリカ、アルミノシリケート、ポリアルミノシリケート、ボロシリケート、ポリボロシリケート、ゼオライト、および合成または天然に生じる膨潤性粘土が挙げられる。膨潤性粘土は、ベントナイト、ヘクトライト、スメクタイト、モンモリロナイト、ノントロナイト、サポナイト、ソーコナイト、モルマイト、アタパルジャイト、およびセピオライトであってもよい。適当な代表的微粒子は、製品PosiTEK8699(Nalco Company、Naperville イリノイ州による製造)である。 In at least one embodiment, the microparticles include siliceous material and polymer microparticles. Representative siliceous materials include silica-based particles, silica microgel, colloidal silica, silica sol, silica gel, polysilicate, cationic silica, aluminosilicate, polyaluminosilicate, borosilicate, polyborosilicate, zeolite, and Synthetic or naturally occurring swellable clays. The swellable clay may be bentonite, hectorite, smectite, montmorillonite, nontronite, saponite, sauconite, morphite, attapulgite, and sepiolite. A suitable representative microparticle is the product PosiTEK 8699 (manufactured by Nalco Company, Naperville, Ill.).
本発明に有用なポリマー微粒子には、アニオン性、カチオン性、または両性の有機微粒子が含まれる。これらの微粒子は、典型的には、水に有限の溶解性を有し、架橋されていてもよく、750nm未満の非膨潤粒子サイズを有する。 Polymeric fine particles useful in the present invention include anionic, cationic or amphoteric organic fine particles. These microparticles typically have finite solubility in water, may be cross-linked, and have a non-swelled particle size of less than 750 nm.
アニオン性有機微粒子として、米国特許第6,524,439号に記載され、アクリルアミドポリマー微粒子を加水分解することにより、または(メタ)アクリル酸およびその塩、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホネート、スルホエチル−(メタ)アクリレート、ビニルスルホン酸、スチレンスルホン酸、マレイン酸もしくは他の二塩基性酸またはそれらの塩もしくはそれらの混合物のようなアニオン性モノマーを重合することにより作製されるものが挙げられる。これらのアニオン性モノマーは、(メタ)アクリルアミド、N−アルキルアクリルアミド、N,N−ジアルキルアクリルアミド、メチル(メタ)アクリレート、アクリロニトリル、N−ビニルメチルアセトアミド、N−ビニルメチルホルムアミド、酢酸ビニル、N−ビニルピロリドン、およびそれらの混合物などの非イオン性モノマーと共重合させることもできる。 As anionic organic fine particles, described in US Pat. No. 6,524,439, by hydrolyzing acrylamide polymer fine particles, or (meth) acrylic acid and its salts, 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonate, sulfoethyl -Those made by polymerizing anionic monomers such as (meth) acrylates, vinyl sulfonic acid, styrene sulfonic acid, maleic acid or other dibasic acids or their salts or mixtures thereof. These anionic monomers are (meth) acrylamide, N-alkylacrylamide, N, N-dialkylacrylamide, methyl (meth) acrylate, acrylonitrile, N-vinylmethylacetamide, N-vinylmethylformamide, vinyl acetate, N-vinyl. It can also be copolymerized with nonionic monomers such as pyrrolidone and mixtures thereof.
カチオン性有機微粒子として、米国特許第6,524,439号に記載され、およびジアリルジアルキルアンモニウムハロゲン化物、アクリルオキシアルキルトリメチルアンモニウムクロリド、ジアルキルアミノアルキル化合物の(メタ)アクリレート、およびそれらの塩および四級化物などのモノマーおよび、N,N−ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミド、(メタ)アクリルアミドプロピルトリメチルアンモニウムクロリドおよびN,N−ジメチルアミノエチルアクリレートの酸の塩または第四級塩等のモノマーを重合することにより作製されるものが挙げられる。これらのカチオン性モノマーは、(メタ)アクリルアミド、N−アルキルアクリルアミド、N,N−ジアルキルアクリルアミド、メチル(メタ)アクリレート、アクリロニトリル、N−ビニルメチルアセトアミド、N−ビニルメチルホルムアミド、酢酸ビニル、N−ビニルピロリドン、およびそれらの混合物などの非イオン性モノマーと共重合させることもできる。 Cationic organic microparticles described in US Pat. No. 6,524,439 and diallyldialkylammonium halides, acryloxyalkyltrimethylammonium chloride, (meth) acrylates of dialkylaminoalkyl compounds, and their salts and quaternary And monomers such as acid salts or quaternary salts of N, N-dialkylaminoalkyl (meth) acrylamide, (meth) acrylamidepropyltrimethylammonium chloride and N, N-dimethylaminoethyl acrylate What is produced by this is mentioned. These cationic monomers are (meth) acrylamide, N-alkylacrylamide, N, N-dialkylacrylamide, methyl (meth) acrylate, acrylonitrile, N-vinylmethylacetamide, N-vinylmethylformamide, vinyl acetate, N-vinyl. It can also be copolymerized with nonionic monomers such as pyrrolidone and mixtures thereof.
両性の有機微粒子は、上のリストに挙げたアニオン性モノマーの少なくとも1種、上のリストに挙げたカチオン性モノマーの少なくとも1種および、場合により、上のリストに挙げた非イオン性モノマーの少なくとも1種の組合せを重合することにより作製される。 Amphoteric organic particulates are at least one of the anionic monomers listed above, at least one of the cationic monomers listed above, and optionally at least one of the nonionic monomers listed above. It is made by polymerizing one kind of combination.
有機微粒子中におけるモノマーの重合は、典型的には、多官能性架橋剤の存在下で行われる。これらの架橋剤は、米国特許第6,524,439号において少なくとも2つの二重結合、二重結合と1つの反応性基、または2つの反応性基を有するとして記載されている。これらの架橋剤の例は、N,N−メチレンビス(メタ)アクリルアミド、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、N−ビニルアクリルアミド、ジビニルベンゼン、トリアリルアンモニウム塩、N−メチルアリルアクリルアミド、グリシジル(メタ)アクリレート、アクロレイン、メチロールアクリルアミド、グリオキサールのようなジアルデヒド、ジエポキシ化合物、およびエピクロロヒドリンである。 The polymerization of the monomer in the organic fine particles is typically performed in the presence of a polyfunctional crosslinking agent. These crosslinkers are described in US Pat. No. 6,524,439 as having at least two double bonds, a double bond and one reactive group, or two reactive groups. Examples of these crosslinking agents are N, N-methylenebis (meth) acrylamide, polyethylene glycol di (meth) acrylate, N-vinylacrylamide, divinylbenzene, triallylammonium salt, N-methylallylacrylamide, glycidyl (meth) acrylate. Dialdehydes such as acrolein, methylolacrylamide, glyoxal, diepoxy compounds, and epichlorohydrin.
一実施形態において、微粒子投入量は、0.2lb/トン(処理される充填剤)と8lb/トン(処理される充填剤)の間である。一実施形態において、微粒子投入量は、0.5lb/トン(処理される充填剤)と4.0lb/トン(処理される充填剤)の間である。これらの投入量は、乾燥充填剤の2000ポンド当たりの微粒子の有効なポンドにあてはまる。 In one embodiment, the particulate input is between 0.2 lb / ton (filler to be treated) and 8 lb / ton (filler to be treated). In one embodiment, the particulate input is between 0.5 lb / ton (filler to be treated) and 4.0 lb / ton (filler to be treated). These inputs apply to an effective pound of particulate per 2000 pounds of dry filler.
少なくとも1つの実施形態において、この方法は充填剤粒子を膨潤したデンプンと接触させることも含む。米国特許第2,805,966号、第2,113,034号、第2,328,537号、および第5,620,510号に記載されたように、デンプンスラリーがスチーム調理器中で制御された温度(および場合により制御されたpH)条件下で加熱されると、デンプンは、破裂せずに大量の水を吸収することができる。そのような膨潤したデンプンの添加も本発明に使用される充填剤フロックのサイズを増大させることができる。少なくとも1つの実施形態において、膨潤したデンプンは、米国特許第8,298,508号および国際特許出願WO/97/46591号に記載された1種以上の架橋されたデンプンなどである。 In at least one embodiment, the method also includes contacting the filler particles with swollen starch. The starch slurry is controlled in a steam cooker as described in US Pat. Nos. 2,805,966, 2,113,034, 2,328,537, and 5,620,510. When heated under controlled temperature (and optionally controlled pH) conditions, starch can absorb large amounts of water without rupturing. The addition of such swollen starch can also increase the size of the filler floc used in the present invention. In at least one embodiment, the swollen starch is one or more cross-linked starches described in US Pat. No. 8,298,508 and International Patent Application WO / 97/46591.
少なくとも1つの実施形態において、充填剤粒子に添加された膨潤したデンプンおよび/またはその使用方法は、米国特許出願第2010/0078138号に記載された膨潤デンプン−ラテックス組成物および方法のいずれか1つによる。 In at least one embodiment, the swollen starch added to the filler particles and / or the method of use thereof is any one of the swollen starch-latex compositions and methods described in US Patent Application 2010/0078138. by.
例として、膨潤デンプン−ラテックス組成物は、共添加剤の存在または不在下で、バッチもしくはジェットクッカー中で、またはデンプンの懸濁液およびラテックスと熱水との混合により、適当に調製される。所定のデンプンについて、膨潤は、膨潤したデンプン顆粒の破裂を避けるために、温度、pH、混合および混合時間の制御された条件下で行われる。組成物は、充填剤懸濁液に急速に添加され、それは次に紙ファーニッシュに、製紙機械の手前の点またはヘッドボックスで導入される。乾燥作業中に充填剤粒子を含む保持された膨潤したデンプンの顆粒は破裂して、それによりアミロペクチンおよびアミロースの高分子を遊離させてシートの固体成分に結合させる。 By way of example, swollen starch-latex compositions are suitably prepared in the presence or absence of co-additives, in batches or jet cookers, or by mixing starch suspensions and latexes with hot water. For a given starch, the swelling is performed under controlled conditions of temperature, pH, mixing and mixing time to avoid rupture of the swollen starch granules. The composition is rapidly added to the filler suspension, which is then introduced into the paper finish at a point or headbox in front of the papermaking machine. During the drying operation, the retained swollen starch granules containing the filler particles rupture, thereby releasing the amylopectin and amylose polymers and binding them to the solid components of the sheet.
膨潤したデンプンとラテックスの組合せは、酸性、中性またはアルカリ性環境下における充填剤処理で使用することができる。少なくとも1つの実施形態において、充填剤は、膨潤デンプン−ラテックス組成物で処理され、共添加剤の添加または無添加で作製されて、それから紙スラリーに添加される。充填剤粒子は凝塊化して凝塊化した充填剤粒子は微細繊維および繊維の表面に吸着し、仕上げにおいてそれらの急速な凝集を生じさせる。 The combination of swollen starch and latex can be used in filler treatments in acidic, neutral or alkaline environments. In at least one embodiment, the filler is treated with the swollen starch-latex composition, made with or without co-additives, and then added to the paper slurry. The filler particles agglomerate and the agglomerated filler particles adsorb to the fine fibers and fiber surfaces, causing their rapid agglomeration in the finish.
少なくとも1つの実施形態において、膨潤デンプン−ラテックス組成物は、ラテックスを未加熱のデンプンに添加し、続いてゲル化点より少し低い温度で部分的に加熱して膨潤したデンプンを生成させることによって作製される。 In at least one embodiment, the swollen starch-latex composition is made by adding latex to uncooked starch followed by partial heating at a temperature slightly below the gel point to produce swollen starch. Is done.
少なくとも1つの実施形態において、1種以上の膨潤したデンプン組成物(膨潤デンプン−ラテックス組成物を含む)は、充填剤分散液に、微粒子が添加される前またはそれと同時に、第1の凝集化剤が添加される前またはそれと同時に、第2の凝集化剤が添加される前またはそれと同時に、第2の凝集化剤が添加された後に、およびそれらの任意の組合せで添加される。 In at least one embodiment, the one or more swollen starch compositions (including the swollen starch-latex composition) are the first flocculant before or simultaneously with the addition of the microparticles to the filler dispersion. Is added before or simultaneously with, before or simultaneously with the addition of the second flocculant, after the second flocculant is added, and in any combination thereof.
本発明において有用な充填剤は周知であり市販されている。それらは、典型的には、乳白度または輝度を増強するために、平滑性を増大させるために、または紙または板紙シートのコストを低減するために使用される任意の無機または有機粒子または顔料を含む。代表的な充填剤として、炭酸カルシウム、カオリンクレイ、タルク、二酸化チタン、アルミナ三水和物、硫酸バリウム、水酸化マグネシウム等が挙げられる。炭酸カルシウムには、乾燥または分散したスラリー形態にあるGCC、チョーク、任意の形態のPCC、および分散したスラリー形態にあるPCCが含まれる。GCCおよびPCCスラリーのいくつかの例は、同時係属米国特許出願第12/323,976号に示されている。GCCまたはPCCの分散したスラリー形態は、典型的には、ポリアクリル酸ポリマー分散剤またはポリリン酸ナトリウム分散剤を使用して製造される。これらの分散剤の各々は、かなりのアニオン性電荷を炭酸カルシウム粒子に付与する。カオリンクレイのスラリーも、ポリアクリル酸ポリマーまたはポリリン酸ナトリウムを使用して分散することができる。 Fillers useful in the present invention are well known and commercially available. They typically contain any inorganic or organic particles or pigments used to increase milkiness or brightness, to increase smoothness, or to reduce the cost of paper or paperboard sheets. Including. Typical fillers include calcium carbonate, kaolin clay, talc, titanium dioxide, alumina trihydrate, barium sulfate, magnesium hydroxide and the like. Calcium carbonate includes GCC, chalk, any form of PCC in dry or dispersed slurry form, and PCC in dispersed slurry form. Some examples of GCC and PCC slurries are shown in co-pending US patent application Ser. No. 12 / 323,976. GCC or PCC dispersed slurry forms are typically made using polyacrylic acid polymer dispersants or sodium polyphosphate dispersants. Each of these dispersants imparts a significant anionic charge to the calcium carbonate particles. Kaolin clay slurries can also be dispersed using polyacrylic acid polymer or sodium polyphosphate.
一実施形態において、充填剤は、炭酸カルシウムおよびカオリンクレイおよびそれらの組合せから選択される。 In one embodiment, the filler is selected from calcium carbonate and kaolin clay and combinations thereof.
一実施形態において、充填剤は、沈降炭酸カルシウム、重質炭酸カルシウムおよびカオリンクレイ、およびそれらの混合物から選択される。 In one embodiment, the filler is selected from precipitated calcium carbonate, heavy calcium carbonate and kaolin clay, and mixtures thereof.
第1の凝集化剤は、カチオン荷電充填剤と共に使用される場合、好ましくはカチオン性ポリマー凝集剤であり、アニオンにより荷電された充填剤と共に使用される場合はアニオン性である。しかしながら、それは、それが均一に混合して著しい凝集を生じさせずに高固体スラリーになる限り、アニオン性、非イオン性、双性イオン性、または両性であってもよい。 The first flocculant is preferably a cationic polymer flocculant when used with a cationic charged filler, and anionic when used with a filler charged with an anion. However, it may be anionic, non-ionic, zwitterionic, or amphoteric as long as it mixes uniformly and results in a highly solid slurry without causing significant agglomeration.
「著しい凝集を生じさせずに」の定義は、第1の凝集化剤の存在下で充填剤の凝集がないか、または第2の凝集化剤の添加で生成するものより小さい、中程度の剪断の条件下で不安定なフロックの形成があることである。中程度の剪断とは、600mlのビーカー中で300mlの試料を、直径5cmの、4枚刃付きのタービンインペラーを備えたIKA RE16攪拌モーター使用して800rpmで混合することにより提供される剪断と定義される。この剪断は、現代の製紙機械のアプローチシステムに存在するものと同様であるべきである。 The definition of “without significant agglomeration” is defined as medium, small in the absence of filler agglomeration in the presence of the first aggregating agent or smaller than that produced by the addition of the second aggregating agent. There is the formation of unstable flocs under shearing conditions. Medium shear is defined as the shear provided by mixing 300 ml of sample in a 600 ml beaker at 800 rpm using an IKA RE16 stirring motor with a 5 cm diameter, 4-blade turbine impeller. Is done. This shear should be similar to that present in modern paper machine approach systems.
適当な凝集剤は、1,000,000を超え、しばしば5,000,000を超える分子量を一般的に有する。 Suitable flocculants generally have molecular weights in excess of 1,000,000 and often in excess of 5,000,000.
ポリマー凝集剤は、典型的には、1種以上のカチオン性、アニオン性または非イオン性のモノマーのビニル付加重合により、1種以上のカチオン性モノマーと1種以上の非イオン性モノマーの共重合により、1種以上のアニオン性モノマーと1種以上の非イオン性モノマーの共重合により、1種以上のカチオン性モノマーと1種以上のアニオン性モノマーおよび場合により1種以上の非イオン性モノマーとの両性のポリマーを生成する共重合により、または1種以上の双性イオン性モノマーおよび場合により1種以上の非イオン性モノマーの双性イオン性ポリマーを形成する重合により調製される。1種以上の双性イオン性モノマーおよび場合により1種以上の非イオン性モノマーも、1種以上のアニオン性またはカチオン性モノマーと共重合させることができて、双性イオン性ポリマーにカチオン性またはアニオン性電荷を付与する。適当な凝集剤は、一般的に80モルパーセント未満およびしばしば40モルパーセント未満の電荷含有率を有する。 The polymer flocculant is typically a copolymerization of one or more cationic monomers and one or more nonionic monomers by vinyl addition polymerization of one or more cationic, anionic or nonionic monomers. By copolymerization of one or more anionic monomers and one or more nonionic monomers with one or more cationic monomers, one or more anionic monomers and optionally one or more nonionic monomers, Or by polymerization to form a zwitterionic polymer of one or more zwitterionic monomers and optionally one or more nonionic monomers. One or more zwitterionic monomers and optionally one or more nonionic monomers can also be copolymerized with one or more anionic or cationic monomers, and the zwitterionic polymer can be cationic or An anionic charge is imparted. Suitable flocculants generally have a charge content of less than 80 mole percent and often less than 40 mole percent.
カチオン性ポリマーの凝集剤は、カチオン性モノマーを使用して形成することができるが、ある種の非イオン性ビニル付加ポリマーを反応させてカチオン荷電ポリマーを生成させることも可能である。このタイプのポリマーとしては、ポリアクリルアミドとジメチルアミンおよびホルムアルデヒドとを反応させてマンニッヒ誘導体を生成させることによって調製されたものが挙げられる。 Cationic polymer flocculants can be formed using cationic monomers, but certain nonionic vinyl addition polymers can also be reacted to form a cationic charged polymer. This type of polymer includes those prepared by reacting polyacrylamide with dimethylamine and formaldehyde to produce a Mannich derivative.
同様に、アニオン性ポリマーの凝集剤は、アニオン性モノマーを使用して形成することができるが、ある種の非イオン性ビニル付加ポリマーを変形して荷電したアニオン性ポリマーを形成させることも可能である。このタイプのポリマーは、例えば、ポリアクリルアミドの加水分解により調製されたものを含む。 Similarly, anionic polymer flocculants can be formed using anionic monomers, but certain nonionic vinyl addition polymers can be modified to form charged anionic polymers. is there. This type of polymer includes, for example, those prepared by hydrolysis of polyacrylamide.
凝集剤は、固体形態で、水性溶液として、油中水型エマルションとして、または水中の分散液として調製することができる。代表的なカチオン性ポリマーとして、(メタ)アクリルアミドとジメチルアミノエチルメタクリレート(DMAEM)、ジメチルアミノエチルアクリレート(DMAEA)、ジエチルアミノエチルアクリレート(DEAEA)、ジエチルアミノエチルメタクリレート(DEAEM)または硫酸ジメチル、塩化メチルもしくは塩化ベンジルを用いて作製されたそれらの第四級アンモニウム型とのコポリマーおよびターポリマーが挙げられる。代表的なアニオン性ポリマーとして、アクリルアミドとアクリル酸ナトリウムおよび/または2−アクリルアミド2−メチルプロパンスルホン酸(AMPS)とのコポリマーまたは加水分解されてアクリルアミド基の一部がアクリル酸に変換されたアクリルアミドホモポリマーが挙げられる。 The flocculant can be prepared in solid form, as an aqueous solution, as a water-in-oil emulsion, or as a dispersion in water. Typical cationic polymers include (meth) acrylamide and dimethylaminoethyl methacrylate (DMAEM), dimethylaminoethyl acrylate (DMAEA), diethylaminoethyl acrylate (DEAEA), diethylaminoethyl methacrylate (DEAEM) or dimethyl sulfate, methyl chloride or chloride. Mention may be made of copolymers and terpolymers with their quaternary ammonium form made with benzyl. As a typical anionic polymer, a copolymer of acrylamide and sodium acrylate and / or 2-acrylamide 2-methylpropanesulfonic acid (AMPS) or an acrylamide homopolymer in which a part of the acrylamide group is converted to acrylic acid by hydrolysis. Polymers.
一実施形態において、凝集剤は少なくとも3dL/gのRSVを有する。 In one embodiment, the flocculant has an RSV of at least 3 dL / g.
一実施形態において、凝集剤は少なくとも10dL/gのRSVを有する。 In one embodiment, the flocculant has an RSV of at least 10 dL / g.
一実施形態において、凝集剤は少なくとも15dL/gのRSVを有する。 In one embodiment, the flocculant has an RSV of at least 15 dL / g.
本明細書において使用する「RSV」は、還元比粘度を表す。実質的に線状で且つ十分溶媒和された一連のポリマー同族体内において、希薄ポリマー溶液についての「還元比粘度(RSV)」測定は、ポール J.フローリーによるDetermination of Molecular Weights、pages 266−316,Principles of Polymer Chemistry,Cornell University Press,Ithaca,ニューヨーク州,Chapter VII (1953)に従ったポリマー鎖長および平均分子量の表示である。RSVは、所定のポリマー濃度および温度で測定されて、以下のように計算される:
RSV=[(η/η0)−1]/c
[式中、η=ポリマー溶液の粘度、η0=同じ温度における溶媒の粘度およびc=溶液中のポリマーの濃度]。
As used herein, “RSV” represents reduced specific viscosity. Within a series of substantially linear and well solvated polymer homologs, the “reduced specific viscosity (RSV)” measurement for dilute polymer solutions is described by Paul J. Deletion of Molecular Weights by Flory, pages 266-316, Principles of Polymer Chemistry, Cornell University Press, Ithaca, New York, Chap. RSV is measured at a given polymer concentration and temperature and calculated as follows:
RSV = [(η / η 0 ) −1] / c
[Where η = viscosity of polymer solution, η 0 = viscosity of solvent at the same temperature and c = concentration of polymer in solution].
濃度「c」の単位は(グラム/100mlまたはg/デシリットル)である。それ故、RSVの単位はdL/gである。特に断りのない限り、1.0モルの硝酸ナトリウム溶液がRSVを測定するために使用される。この溶媒におけるポリマー濃度は0.045g/dLである。RSVは、30℃で測定される。粘度ηおよびη0は、サイズ75のキャノンウッベローデセミミクロ希釈粘度計を使用して測定される。粘度計は、30±0.02℃に調節された恒温浴中で完全に垂直な位置に据え付けられる。本明細書に記載されたポリマーについてのRSVの計算における典型的な固有の誤差は約0.2dL/gである。シリーズ内の2つのポリマー同族体が同様なRSVを有する場合、それは、それらが同様な分子量を有することを示す。 The unit of concentration “c” is (gram / 100 ml or g / deciliter). Therefore, the unit of RSV is dL / g. Unless otherwise noted, 1.0 molar sodium nitrate solution is used to measure RSV. The polymer concentration in this solvent is 0.045 g / dL. RSV is measured at 30 ° C. The viscosities η and η 0 are measured using a size 75 Canon Ubbeloh desemi-microdilution viscometer. The viscometer is installed in a completely vertical position in a constant temperature bath adjusted to 30 ± 0.02 ° C. A typical inherent error in the calculation of RSV for the polymers described herein is about 0.2 dL / g. If two polymer homologues in the series have similar RSV, it indicates that they have similar molecular weight.
上で論じたように、第1の凝集化剤は、充填剤粒子の著しい凝集を生じさせずに分散液中で均一に混合するために十分な量で添加される。一実施形態において、第1の凝集化剤投入量は0.2と6.0lb/トン(処理される充填剤)の間である。一実施形態において、凝集剤の投入量は、0.4と3.0lb/トン(処理される充填剤)の間である。本発明の目的に対して、「lb/トン」は、投入量の単位であり、それは充填剤の2,000ポンド当たりの有効なポリマー(凝固剤または凝集剤)のポンドを意味する。 As discussed above, the first flocculating agent is added in an amount sufficient to uniformly mix in the dispersion without causing significant flocculation of the filler particles. In one embodiment, the first flocculant charge is between 0.2 and 6.0 lb / ton (filler to be treated). In one embodiment, the flocculant charge is between 0.4 and 3.0 lb / ton (filler to be treated). For purposes of the present invention, “lb / ton” is a unit of charge, which means pounds of effective polymer (coagulant or flocculant) per 2,000 pounds of filler.
第2の凝集化剤は、第1の凝集化剤の存在下で充填剤の凝集を開始させることができる任意の材料であってよい。一実施形態において、第2の凝集化剤は、微粒子、凝固剤、凝集剤およびそれらの混合物から選択される。 The second flocculating agent may be any material that can initiate the flocculation of the filler in the presence of the first flocculating agent. In one embodiment, the second flocculant is selected from microparticles, coagulants, flocculants and mixtures thereof.
適当な凝固剤は、一般的に凝集剤より低い分子量を有し、且つカチオン性電荷基のより高い密度を有する。本発明において有用な凝固剤は周知であり、市販されている。それらは無機であっても有機であってもよい。代表的な無機凝固剤として、アラム、アルミン酸ナトリウム、ポリアルミニウム塩化物またはPAC(それらは、アルミニウムクロロヒドロキシド、アルミニウムヒドロキシド塩化物、およびポリアルミニウムヒドロキシクロリドという名で呼ばれることもある)、硫酸化されたポリアルミニウム塩化物、ポリアルミニウムシリカ硫酸塩、硫酸第二鉄、塩化第二鉄等およびそれらのブレンドが挙げられる。 Suitable coagulants generally have a lower molecular weight than the flocculant and have a higher density of cationic charge groups. Coagulants useful in the present invention are well known and commercially available. They may be inorganic or organic. Typical inorganic coagulants include alum, sodium aluminate, polyaluminum chloride or PAC (which may also be referred to as aluminum chlorohydroxide, aluminum hydroxide chloride, and polyaluminum hydroxychloride), sulfuric acid Polyaluminum chloride, polyaluminum silica sulfate, ferric sulfate, ferric chloride and the like and blends thereof.
多くの有機凝固剤は縮合重合によって形成される。このタイプのポリマーの例には、エピクロロヒドリン−ジメチルアミン(EPI−DMA)コポリマー、およびアンモニアで架橋されたEPI−DMAコポリマーが含まれる。 Many organic coagulants are formed by condensation polymerization. Examples of this type of polymer include epichlorohydrin-dimethylamine (EPI-DMA) copolymer, and EPI-DMA copolymer crosslinked with ammonia.
さらなる凝固剤は、二塩化エチレンとアンモニアとのポリマーまたは二塩化エチレンとジメチルアミンとのポリマーに、アンモニア、ジエチレントリアミン、テトラエチレンペンタミン、ヘキサメチレンジアミンなどの多官能性アミンと二塩化エチレンまたはアジピン酸のような多官能性酸との縮合ポリマーおよびメラミンホルムアルデヒド樹脂などの縮合反応により作製されたポリマーを添加したものまたは添加しないものを含む。 Additional coagulants include polyfunctional amines such as ammonia, diethylenetriamine, tetraethylenepentamine, hexamethylenediamine and ethylene dichloride or adipic acid, as well as polymers of ethylene dichloride and ammonia or ethylene dichloride and dimethylamine. And those with or without the addition of a polymer prepared by a condensation reaction such as a condensation polymer with a polyfunctional acid such as melamine formaldehyde resin.
さらなる凝固剤として、(メタ)アクリルアミド、ジアリル−N,N−二置換アンモニウムハロゲン化物、ジメチルアミノエチルメタクリレートおよびその第四級アンモニウム塩、ジメチルアミノエチルアクリレートおよびその第四級アンモニウム塩、メタクリルアミドプロピルトリメチルアンモニウムクロリド、ジアリルメチル(β−プロピオンアミド)アンモニウムクロリド、(β−メタクリロイルオキシエチル)トリメチルアンモニウムメチルスルフェート、四級化されたポリビニルラクタム、ビニルアミン、およびマンニッヒまたは第四級マンニッヒ誘導体を生成するように反応したアクリルアミドまたはメタクリルアミドのポリマー、コポリマー、およびターポリマーなどのカチオン荷電ビニル付加ポリマーが挙げられる。適当な第四級アンモニウム塩は、塩化メチル、硫酸ジメチル、または塩化ベンジルを使用して生成させることができる。ターポリマーは、ポリマーの全体的電荷がカチオン性である限り、アクリル酸または2−アクリルアミド2−メチルプロパンスルホン酸などのアニオン性モノマーを含んでいてもよい。ビニル付加および縮合の両方のこれらのポリマーの分子量は、数百という低さから数百万という高さまでの範囲にわたる。 Further coagulants include (meth) acrylamide, diallyl-N, N-disubstituted ammonium halide, dimethylaminoethyl methacrylate and its quaternary ammonium salt, dimethylaminoethyl acrylate and its quaternary ammonium salt, methacrylamidopropyltrimethyl To produce ammonium chloride, diallylmethyl (β-propionamido) ammonium chloride, (β-methacryloyloxyethyl) trimethylammonium methyl sulfate, quaternized polyvinyl lactam, vinylamine, and Mannich or quaternary Mannich derivatives And cationically charged vinyl addition polymers such as reacted acrylamide or methacrylamide polymers, copolymers, and terpolymers. Suitable quaternary ammonium salts can be formed using methyl chloride, dimethyl sulfate, or benzyl chloride. The terpolymer may contain an anionic monomer such as acrylic acid or 2-acrylamido 2-methylpropane sulfonic acid as long as the overall charge of the polymer is cationic. The molecular weight of these polymers, both vinyl addition and condensation, range from as low as several hundred to as high as several million.
第2の凝集化剤として有用な他のポリマーには、カチオン性、アニオン性、または両性のポリマーが含まれ、それらの化学的性質は凝集剤として上で説明した。これらのポリマーと凝集剤の間の区別は主として分子量である。 Other polymers useful as the second flocculant include cationic, anionic, or amphoteric polymers, and their chemical properties have been described above as flocculants. The distinction between these polymers and flocculants is primarily molecular weight.
第2の凝集化剤は、単独でまたは1種以上の追加の第2の凝集化剤との組合せで使用することができる。一実施形態において、第2の凝集化剤の添加に続いて、1種以上の微粒子が、凝集した充填剤スラリーに添加される。 The second flocculant can be used alone or in combination with one or more additional second flocculants. In one embodiment, following the addition of the second flocculating agent, one or more particulates are added to the flocculated filler slurry.
第2の凝集化剤は、第1の凝集化剤の存在下で充填剤粒子の凝集を開始させるのに十分な量で分散液に添加される。一実施形態において、第2の凝集化剤の投入量は、0.2と8.0lb/トン(処理される充填剤)の間である。一実施形態において、第2の成分の投入量は0.5と6.0lb/トン(処理される充填剤)の間である。 The second flocculant is added to the dispersion in an amount sufficient to initiate agglomeration of the filler particles in the presence of the first flocculant. In one embodiment, the input of the second flocculant is between 0.2 and 8.0 lb / ton (filler to be treated). In one embodiment, the input of the second component is between 0.5 and 6.0 lb / ton (filler to be treated).
一実施形態において、1種以上の微粒子が剪断に先立って凝集した分散液に添加されてもよく、追加の凝集および/または狭い粒子サイズ分布を提供する。 In one embodiment, one or more microparticles may be added to the agglomerated dispersion prior to shearing, providing additional agglomeration and / or narrow particle size distribution.
一実施形態において、第2の凝集化剤と第1の凝集化剤とは電荷が反対である。 In one embodiment, the second flocculant and the first flocculant are opposite in charge.
一実施形態において、第1の凝集化剤はカチオン性であり、第2の凝集化剤はアニオン性である。 In one embodiment, the first flocculant is cationic and the second flocculant is anionic.
一実施形態において、第1の凝集化剤は、アクリルアミドのジメチルアミノエチルメタクリレート(DMAEM)またはジメチルアミノエチルアクリレート(DMAEA)およびそれらの混合物とのコポリマーから選択される。 In one embodiment, the first flocculant is selected from copolymers of acrylamide with dimethylaminoethyl methacrylate (DMAEM) or dimethylaminoethyl acrylate (DMAEA) and mixtures thereof.
一実施形態において、第1の凝集化剤は、アクリルアミドとジメチルアミノエチルアクリレート(DMAEA)のコポリマーであり、5〜50モル%のカチオン性電荷含有率および15dL/g超のRSVを有する。 In one embodiment, the first flocculant is a copolymer of acrylamide and dimethylaminoethyl acrylate (DMAEA) and has a cationic charge content of 5-50 mol% and an RSV of greater than 15 dL / g.
一実施形態において、第2の凝集化剤は、部分的に加水分解されたアクリルアミド、およびアクリルアミドとアクリル酸ナトリウムのコポリマーからなる群から選択される。 In one embodiment, the second flocculant is selected from the group consisting of partially hydrolyzed acrylamide and copolymers of acrylamide and sodium acrylate.
一実施形態において、第2の凝集化剤は、アクリルアミド−アクリル酸ナトリウムコポリマーであり、5〜40モルパーセントのアニオン性電荷および0.3〜5dL/gのRSVを有する。 In one embodiment, the second flocculating agent is an acrylamide-sodium acrylate copolymer having an anionic charge of 5-40 mole percent and an RSV of 0.3-5 dL / g.
一実施形態において、第1の凝集化剤はアニオン性であり、第2の凝集化剤はカチオン性である。 In one embodiment, the first flocculant is anionic and the second flocculant is cationic.
一実施形態において、第1の凝集化剤は、部分的に加水分解されたアクリルアミド、およびアクリルアミドとアクリル酸ナトリウムのコポリマーからなる群から選択される。 In one embodiment, the first flocculant is selected from the group consisting of partially hydrolyzed acrylamide and copolymers of acrylamide and sodium acrylate.
一実施形態において、第1の凝集化剤は、アクリルアミドとアクリル酸ナトリウムのコポリマーであり、5〜75モルパーセントのアニオン性電荷および少なくとも15dL/gのRSVを有する。 In one embodiment, the first flocculant is a copolymer of acrylamide and sodium acrylate and has an anionic charge of 5 to 75 mole percent and an RSV of at least 15 dL / g.
一実施形態において、第2の凝集化剤は、エピクロロヒドリン−ジメチルアミン(EPI−DMA)コポリマー、アンモニアで架橋されたEPI−DMAコポリマー、およびジアリル−N,N−二置換アンモニウムハロゲン化物のホモポリマーからなる群から選択される。 In one embodiment, the second flocculant is an epichlorohydrin-dimethylamine (EPI-DMA) copolymer, an EPI-DMA copolymer cross-linked with ammonia, and a diallyl-N, N-disubstituted ammonium halide. Selected from the group consisting of homopolymers.
一実施形態において、第2の凝集化剤は、0.1〜2dL/gのRSVを有するジアリルジメチルアンモニウムクロリドのホモポリマーである。 In one embodiment, the second flocculant is a homopolymer of diallyldimethylammonium chloride having an RSV of 0.1-2 dL / g.
一実施形態において、第2の凝集化剤は、アクリルアミドのジメチルアミノエチルメタクリレート(DMAEM)またはジメチルアミノエチルアクリレート(DMAEA)およびそれらの混合物とのコポリマーから選択される。 In one embodiment, the second flocculant is selected from copolymers of acrylamide with dimethylaminoethyl methacrylate (DMAEM) or dimethylaminoethyl acrylate (DMAEA) and mixtures thereof.
一実施形態において、第2の凝集化剤は、アクリルアミドとジメチルアミノエチルアクリレート(DMAEA)のコポリマーであり、5〜50モル%のカチオン性電荷含有率および15dL/g超のRSVを有する。 In one embodiment, the second flocculant is a copolymer of acrylamide and dimethylaminoethyl acrylate (DMAEA) and has a cationic charge content of 5-50 mol% and an RSV of greater than 15 dL / g.
本発明による充填剤フロックの分散液は、製紙仕上げへのそれらの添加に先立って調製される。これは、バッチ方式でまたは連続様式で行うことができる。これらのスラリー中の充填剤濃度は、典型的には80質量%未満である。それはさらに典型的には5質量%と65質量%の間である。 Dispersions of filler floc according to the invention are prepared prior to their addition to the papermaking finish. This can be done in a batch mode or in a continuous mode. The filler concentration in these slurries is typically less than 80% by weight. It is more typically between 5% and 65% by weight.
バッチプロセスは、上付き型のプロペラ混合機を備えた大きい混合槽からなっていてもよい。充填剤スラリーは混合槽に装填され、所望量の第1の凝集化剤が、連続した混合下でスラリーに供給される。スラリーと凝集剤とは、第1の凝集化剤を系全体に均一に分布させるのに十分な時間、使用される混合エネルギーに依存して典型的には約10から60秒間混合される。次に、所望量の第2の凝集化剤が添加されて、その間、充填剤フロックを崩壊させるのに十分な混合速度で、使用される混合エネルギーに依存して混合時間を典型的には数秒から数分に増加させながら攪拌する。微粒子は、第2の凝集化剤に先立って、充填剤スラリーに、第1の凝集化剤を添加する前に、それと同時におよび/または後に添加される。場合により、微粒子は第2の凝集化剤の後で添加される。微粒子の添加により充填剤フロックの剪断安定性は向上し、フロックの粒子サイズ分布は狭くなる。充填剤フロックの適当なサイズ分布が得られたら、混合速度は、フロックが安定なレベルに下げる。次に、この凝集した充填剤のバッチはさらに大きい混合槽に移されて、十分な混合により充填剤フロックは分散液中で均一に懸濁されて保たれる。凝集した充填剤は、この混合槽から製紙仕上げにポンプで輸送される。 The batch process may consist of a large mixing vessel equipped with a superscript propeller mixer. The filler slurry is loaded into the mixing vessel and a desired amount of the first flocculant is fed to the slurry under continuous mixing. The slurry and flocculant are typically mixed for about 10 to 60 seconds, depending on the mixing energy used, for a time sufficient to uniformly distribute the first flocculant throughout the system. The desired amount of second flocculant is then added, during which mixing time is typically a few seconds depending on the mixing energy used, at a mixing rate sufficient to disrupt the filler floc. Stir while increasing to a few minutes. The microparticles are added to the filler slurry prior to, simultaneously with, and / or after adding the first flocculant prior to the second flocculant. Optionally, the microparticles are added after the second flocculant. The addition of fine particles improves the shear stability of the filler floc and narrows the floc particle size distribution. Once a suitable size distribution of the filler floc is obtained, the mixing speed is reduced to a level at which the floc is stable. This batch of agglomerated filler is then transferred to a larger mixing vessel, and with sufficient mixing, the filler floc is kept uniformly suspended in the dispersion. Agglomerated filler is pumped from this mixing vessel to the papermaking finish.
連続プロセスにおいては、所望量の第1の凝集化剤が充填剤を含有するパイプ中にポンプ輸送されて、必要であればインラインのスタティックミキサーで混合される。充填剤と凝集剤の適切な混合を可能にするのに十分な長さのパイプまたは混合容器が含まれた後、適当量の第2の凝集化剤を注入することができる。次に、第2の凝集化剤が充填剤を含有するパイプ中にポンプ輸送されて、必要であれば、インラインのスタティックミキサーを用いて混合される。微粒子が充填剤スラリーを含有するパイプ中にポンプ輸送されて、必要であれば、インラインスタティックミキサーを用いて混合される。添加点は、第1の凝集化剤をポンプ輸送する前、それと同時および/または後であり、第2の凝集化剤の添加前である。場合により、微粒子は第2の凝集化剤の後でポンプ輸送される。微粒子の添加により、充填剤フロックの剪断安定性は向上し、フロックの粒子サイズ分布は狭くなる。次に、充填剤フロックの所望のサイズ分布を得るために高速混合が必要とされる。混合デバイスの剪断速度または混合時間のいずれかを調節することにより、フロックのサイズ分布を制御することができる。連続プロセスは、それ自体、固定した体積のデバイスにおいて調節可能な剪断速度を使用することができる。そのような1つのデバイスが、米国特許第4,799,964号に記載されている。このデバイスは、速度が調節可能な遠心ポンプであり、それは、その遮断圧力を超える背圧で作動する場合、ポンプ輸送容量のない機械的剪断デバイスとしてとしてはたらく。他の適当な剪断デバイスには、調節可能な圧力低下を有するノズル、タービンタイプの乳化デバイス、または固定体積の容器中の速度が調節可能な高強度混合機が含まれる。剪断後、凝集した充填剤スラリーは製紙仕上げに直接供給される。 In a continuous process, the desired amount of first flocculant is pumped into a pipe containing filler and mixed with an in-line static mixer if necessary. After a sufficient length of pipe or mixing vessel is included to allow proper mixing of the filler and flocculant, an appropriate amount of the second flocculant can be injected. The second flocculant is then pumped into the pipe containing the filler and, if necessary, mixed using an in-line static mixer. The particulates are pumped into a pipe containing the filler slurry and mixed using an in-line static mixer if necessary. The point of addition is before, simultaneously with and / or after the first flocculant is pumped and before the addition of the second flocculant. Optionally, the microparticles are pumped after the second flocculating agent. The addition of fine particles improves the shear stability of the filler floc and narrows the floc particle size distribution. Next, high speed mixing is required to obtain the desired size distribution of the filler floc. By adjusting either the shear rate or the mixing time of the mixing device, the floc size distribution can be controlled. The continuous process itself can use an adjustable shear rate in a fixed volume device. One such device is described in US Pat. No. 4,799,964. This device is a centrifugal pump with adjustable speed, which acts as a mechanical shear device without pumping capacity when operated with a back pressure that exceeds its shut-off pressure. Other suitable shearing devices include nozzles with adjustable pressure drop, turbine type emulsifying devices, or high intensity mixers with adjustable speed in fixed volume vessels. After shearing, the agglomerated filler slurry is fed directly to the papermaking finish.
上記のバッチプロセスおよび連続プロセスは両方共、サイズが大きすぎる充填剤フロックを除去するためのフィルタまたはスクリーンを使用することができる。これは、紙またはボール紙中に大きい充填剤フロックが含まれることから生じる可能性としての機械操業性および紙品質の問題を排除する。 Both the batch and continuous processes described above can use filters or screens to remove filler flocs that are too large. This eliminates the mechanical maneuverability and paper quality problems that can arise from the large filler flocs contained in the paper or cardboard.
一実施形態において、充填剤フロックの粒子サイズの中央値は少なくとも10μmである。一実施形態において、充填剤フロックの粒子サイズの中央値は10μmと100μmの間である。一実施形態において、充填剤フロックの粒子サイズの中央値は10μmと70μmの間である。 In one embodiment, the median particle size of the filler floc is at least 10 μm. In one embodiment, the median particle size of the filler floc is between 10 μm and 100 μm. In one embodiment, the median particle size of the filler floc is between 10 μm and 70 μm.
少なくとも1つの実施形態において、本発明は、米国特許出願第12/975,596号に記載された少なくとも1種の組成物および/または少なくとも1つの方法を使用して実施される。少なくとも1つの実施形態において、本発明は、米国特許第8,088,213号に記載された少なくとも1種の組成物および/または少なくとも1つの方法を使用して実施される。少なくとも1つの実施形態において、本発明は、米国特許第8,172,983号に記載された少なくとも1種の組成物および/または少なくとも1つの方法を使用して実施される。 In at least one embodiment, the present invention is practiced using at least one composition and / or at least one method described in US patent application Ser. No. 12 / 975,596. In at least one embodiment, the present invention is practiced using at least one composition and / or at least one method described in US Pat. No. 8,088,213. In at least one embodiment, the present invention is practiced using at least one composition and / or at least one method described in US Pat. No. 8,172,983.
前述のことは、以下の実施例を参照することによりさらによく理解することができるが、これらの実施例は例示の目的で提示され、本発明の範囲を限定することは意図されない。 The foregoing can be better understood with reference to the following examples, which are presented for purposes of illustration and are not intended to limit the scope of the invention.
実験方法
充填剤凝集の実験においては、充填剤スラリーを、水道水で固体10%に希釈して、300mLのこの希釈されたスラリーを500mLのガラスビーカーに入れた。攪拌を少なくとも30秒実施してから任意の化学的添加剤を添加した。攪拌機は、R1342、50mm、4枚刃プロペラを備えたIKA(登録商標)EUROSTARディジタル上付き型混合機であった(両方共IKA(登録商標)Works、Inc.(Wilmington、ノースカロライナ州、米国)から入手できる)。最終のフロックサイズ分布をMalvern Instruments Ltd.(Southborough、マサチューセッツ州、米国)からのMalvern Mastersizer Microを使用してレーザ光散乱によりキャラクタライズした。分析は、多分散モデルおよびプレゼンテーション4PADを使用して実施した。このプレゼンテーションは、充填剤の屈折率について1.60の実成分および0の虚成分および連続相としての水について1.33の屈折率を仮定している。分布の特性は、体積を加重したフロックサイズの中央値D(V,0.5)および
式中、D(V,0.1)、D(V,0.5)、およびD(V,0.9)は、充填剤フロックの体積における10%、50%、および90%以上の直径として、それぞれ定義される。スパンの値が小さいほど均一な粒子サイズ分布であることを示し、それは製紙においてより優れた性能を有すると考えられる。各実施例についてD(V,0.5)およびスパンの値を表IおよびIIでリストにした。 Where D (V, 0.1), D (V, 0.5), and D (V, 0.9) are diameters of 10%, 50%, and 90% or more of the filler floc volume. As defined respectively. Smaller span values indicate a more uniform particle size distribution, which is considered to have better performance in papermaking. The D (V, 0.5) and span values for each example are listed in Tables I and II.
(実施例1)
使用した充填剤は、偏三角面体の沈降炭酸カルシウム(PCC)の乾燥粉末(Specialty Minerals Inc.(Bethlehem、ペンシルバニア州、米国)からAlbacar HOとして入手できる)であった。このPCC粉末を、水道水に10%固体で分散した。スラリーを800rpmで攪拌し、少量の試料を採取し、Malvern Mastersizerを使用して粒子サイズ分布を測定した。実験では、a)凝集化剤DEV115(これは、約32dL/gのRSVおよび29モルパーセントの電荷含有率を有する市販のアニオン性アクリル酸ナトリウム−アクリルアミドコポリマーであり、Nalco Company(Naperville、イリノイ州、米国)から入手できる)、b)凝集化剤DEV125(これは、約25dL/gのRSVおよび10モルパーセントの電荷含有率を有する、市販のカチオン性アクリルアミド−ジメチルアミノエチルアクリレート−メチルクロリド第四級塩コポリマーであり、Nalco Company(Naperville、イリノイ州、米国.から入手できる)、およびc)微粒子Nalco−8699(これは、Nalco Company(Naperville、イリノイ州、米国)から入手できる市販のコロイダルシリカ分散液である)を使用した。
Example 1
The filler used was a dry powder of declinated trihedral precipitated calcium carbonate (PCC), available as Albacar HO from Specialty Minerals Inc. (Bethlehem, PA, USA). This PCC powder was dispersed in tap water at 10% solids. The slurry was stirred at 800 rpm and a small sample was taken and the particle size distribution was measured using a Malvern Mastersizer. In the experiment, a) the flocculant DEV115 (which is a commercially available anionic sodium acrylate-acrylamide copolymer having an RSV of about 32 dL / g and a charge content of 29 mole percent, Nalco Company (Naperville, Ill.) B) flocculant DEV125, which is a commercially available cationic acrylamide-dimethylaminoethyl acrylate-methyl chloride quaternary having an RSV of about 25 dL / g and a charge content of 10 mole percent. Salt copolymers, Nalco Company (available from Naperville, Illinois, USA), and c) Fine Particles Nalco-8699 (this is Nalco Company (Naperville, Illinois, USA) ) Was a commercially available a colloidal silica dispersion) available from.
表1中の結果は、未処理のPCCは、粒子サイズの中央値が3.75μmおよびスパンが1.283の単峰性の粒子サイズ分布を有したことを示す。10%PCCスラリーを800rpmで30秒混合した後、注射器を使用して1.5lb/トンのNalco DEV115をスラリーにゆっくり添加し、続いて1.0lb/トンのNalco DEV125をさらに他の注射器を使用してゆっくり添加した。DEV125の添加後、1つの充填剤試料を粒子サイズ測定のために採取し(時間=0分)、次に攪拌速度を1500rpmに上げて8分間保った。試料を2分毎の間隔で採取して粒子サイズ分布を測定した(時間=2、4、6および8分)。この剪断は、充填剤フロックの安定性を評価する目的で行った。結果は表1に示す。 The results in Table 1 indicate that the untreated PCC had a unimodal particle size distribution with a median particle size of 3.75 μm and a span of 1.283. After mixing 10% PCC slurry at 800 rpm for 30 seconds, use a syringe to slowly add 1.5 lb / ton Nalco DEV115 to the slurry, followed by 1.0 lb / ton Nalco DEV125 using another syringe. And slowly added. After the addition of DEV125, one filler sample was taken for particle size measurement (time = 0 minutes) and then the stirring speed was increased to 1500 rpm and held for 8 minutes. Samples were taken every 2 minutes to measure the particle size distribution (time = 2, 4, 6, and 8 minutes). This shearing was performed for the purpose of evaluating the stability of the filler floc. The results are shown in Table 1.
(実施例2)
実験1を、微粒子を処理プログラムにおける成分の1つとして繰り返した。0.5lb/トンのNalco−8699を添加した後DEV115を添加した。
(Example 2)
Experiment 1 was repeated with microparticles as one of the components in the treatment program. After adding 0.5 lb / ton Nalco-8699, DEV115 was added.
(実施例3)
実験1を、微粒子を処理プログラムにおける成分の1つとして繰り返した。1.0lb/トンのNalco−8699を添加した後DEV115を添加した。
(Example 3)
Experiment 1 was repeated with microparticles as one of the components in the treatment program. 1.0 lb / ton Nalco-8699 was added followed by DEV115.
(実施例4)
実験1を、微粒子を処理プログラムにおける成分の1つとして繰り返した。1.5lb/トンのNalco−8699を添加した後DEV115を添加した。
Example 4
Experiment 1 was repeated with microparticles as one of the components in the treatment program. DEV115 was added after 1.5 lb / ton Nalco-8699 was added.
(実施例5)
実験1を、微粒子を処理プログラムにおける成分の1つとして繰り返した。1.0lb/トンのNalco−8699を、DEV115の添加後であるがDEV125の前に添加した。
(Example 5)
Experiment 1 was repeated with microparticles as one of the components in the treatment program. 1.0 lb / ton Nalco-8699 was added after DEV115 but before DEV125.
(実施例6)
実験1を、微粒子を処理プログラムにおける成分の1つとして繰り返した。1.0lb/トンNalco−8699をDEV125の添加後に添加した。
(Example 6)
Experiment 1 was repeated with microparticles as one of the components in the treatment program. 1.0 lb / ton Nalco-8699 was added after the addition of DEV125.
(実施例7)
実験1を、微粒子を処理プログラムにおける成分の1つとして繰り返した。1.0lb/トンのNalco−8699および1.5lb/トンのDEV115を予め混合した後充填剤スラリーに添加し、続いてDEV125を添加した。
(Example 7)
Experiment 1 was repeated with microparticles as one of the components in the treatment program. 1.0 lb / ton Nalco-8699 and 1.5 lb / ton DEV115 were premixed and then added to the filler slurry followed by DEV125.
表I中の結果は、凝集プログラムにおける、Nalco−8699微粒子に関して、アニオン性凝集化剤の前に添加されたか後に添加されたか、アニオン性凝集化剤と予め混合されたか、またはカチオン性凝集化剤の後に添加されたかは問題ではなく、充填剤凝集および生じた充填剤フロックの剪断安定性の両方共顕著に改善されたことを示す。 The results in Table I show that for Nalco-8699 microparticles in the aggregation program, added before or after the anionic flocculant, premixed with the anionic flocculant, or cationic flocculant It was not a problem whether it was added after, indicating that both the filler agglomeration and the shear stability of the resulting filler floc were significantly improved.
(実施例8)
使用した充填剤は、70%が固体の重質炭酸カルシウム(GCC)スラリーであった。このスラリーを水道水で10%固体に希釈した。スラリーを800rpmで攪拌し、少量の試料を採取して、Malvern Mastersizerを使用して粒子サイズ分布を測定した。表IIにおける結果は、未処理のGCCは1.51μmの粒子サイズの中央値および2.029のスパンを有する単峰性の粒子サイズ分布を有したことを示す。
(Example 8)
The filler used was 70% solid heavy calcium carbonate (GCC) slurry. The slurry was diluted with tap water to 10% solids. The slurry was stirred at 800 rpm, a small sample was taken, and the particle size distribution was measured using a Malvern Mastersizer. The results in Table II show that the untreated GCC had a unimodal particle size distribution with a median particle size of 1.51 μm and a span of 2.029.
10%GCCスラリーを800rpmで30秒混合した後、1.5lb/トンのNalco DEV120をスラリーに添加し、続いて注射器を使用して0.75lb/トンのNalco DEV115をスラリーにゆっくり添加し、最後に0.60lb/トンのNalco DEV125をさらに他の注射器を使用してゆっくり添加した。DEV125の添加後、粒子サイズ測定のために1つの充填剤試料を採取し(時間=0分)、次に攪拌速度を1500rpmに上げて8分間保った。試料を2分毎の間隔で採取して粒子サイズ分布を測定した(時間=2、4、6および8分)。結果は表IIに示した。 After mixing the 10% GCC slurry at 800 rpm for 30 seconds, 1.5 lb / ton Nalco DEV120 is added to the slurry followed by a slow addition of 0.75 lb / ton Nalco DEV115 to the slurry using a syringe. To this, 0.60 lb / ton Nalco DEV125 was slowly added using another syringe. After the addition of DEV125, one filler sample was taken for particle size measurement (time = 0 minutes), then the stirring speed was increased to 1500 rpm and held for 8 minutes. Samples were taken every 2 minutes to measure the particle size distribution (time = 2, 4, 6, and 8 minutes). The results are shown in Table II.
(実施例9)
実験8を、微粒子を処理プログラムにおける成分の1つとして繰り返した。0.5lb/トンのNalco−8699をDEV115の添加前に添加した。
Example 9
Experiment 8 was repeated with microparticles as one of the components in the treatment program. 0.5 lb / ton Nalco-8699 was added prior to the addition of DEV115.
(実施例10)
実験8を、微粒子を処理プログラムにおける成分の1つとして繰り返した。1.0lb/トンのNalco−8699をDEV115の添加前に添加した。
(Example 10)
Experiment 8 was repeated with microparticles as one of the components in the treatment program. 1.0 lb / ton Nalco-8699 was added prior to the addition of DEV115.
(実施例11)
実験8を、微粒子を処理プログラムにおける成分の1つとして繰り返した。1.0lb/トンのNalco−8699をDEV115の添加後であるがDEV125の前に添加した。
(Example 11)
Experiment 8 was repeated with microparticles as one of the components in the treatment program. 1.0 lb / ton Nalco-8699 was added after DEV115 but before DEV125.
(実施例12)
実験8を、微粒子を処理プログラムにおける成分の1つとして繰り返した。1.0lb/トンのNalco−8699をDEV125の添加後に添加した。
(Example 12)
Experiment 8 was repeated with microparticles as one of the components in the treatment program. 1.0 lb / ton Nalco-8699 was added after the addition of DEV125.
(実施例13)
実験8を、微粒子を処理プログラムにおける成分の1つとして繰り返した。1.0lb/トンのNalco−8699および0.75lb/トンのDEV115を予め混合してから充填剤スラリーに添加し、続いてDEV125を添加した。
(Example 13)
Experiment 8 was repeated with microparticles as one of the components in the treatment program. 1.0 lb / ton Nalco-8699 and 0.75 lb / ton DEV115 were premixed and then added to the filler slurry followed by DEV125.
表IIにおける結果は、凝集プログラムおけるNalco−8699の微粒子に関して、アニオン性凝集化剤の前に添加されたか後に添加されたか、アニオン性凝集化剤と予め混合して添加されたか、またはカチオン性凝集化剤の後に添加されたかは問題ではなく、充填剤凝集および生じた充填剤フロックの剪断安定性の両方共顕著に改善されたことを示す。 The results in Table II show that for Nalco-8699 microparticles in the aggregation program, added before or after the anionic flocculant, added premixed with the anionic flocculant, or cationic aggregation It did not matter whether it was added after the agent, indicating that both the filler agglomeration and the shear stability of the resulting filler floc were significantly improved.
本発明は、多くの異なった形態で表現され得るが、本明細書には、本発明の特定の好ましい実施形態が詳細に記載されている。本開示は、本発明の原理の具体例であり、本発明を例示された特定の実施形態に限定することは意図されない。本明細書で挙げた全ての特許、特許出願、科学的論文、および任意の他の参考資料は、それらの全体を引用して援用する。さらに、本発明は、本明細書に記載したおよび/または本明細書に援用したいくつかのまたは全ての種々の実施形態の任意の可能な組合せを包含する。それに加えて、本発明は、本明細書に記載したおよび/または本明細書に援用した任意の1つのまたはいくつかの種々の実施形態を特に除外する任意の可能な組合せも包含する。 While this invention may be expressed in many different forms, there are described in detail herein specific preferred embodiments of the invention. This disclosure is an exemplification of the principles of the invention and is not intended to limit the invention to the particular embodiments illustrated. All patents, patent applications, scientific articles, and any other references cited herein are incorporated by reference in their entirety. Furthermore, the present invention encompasses any possible combination of some or all of the various embodiments described herein and / or incorporated herein. In addition, the present invention encompasses any possible combination that specifically excludes any one or several of the various embodiments described and / or incorporated herein.
上の開示は、例示であることが意図され、網羅的ではない。この記載は当業者に多くの変形および代替を示唆するであろう。全てのこれらの代替および変形は、請求項の範囲内に含まれることが意図され、請求項において、用語「含む」は「含むが限定されない」を意味する。当業者ならば、本明細書に記載した特定の実施形態に対する他の均等形態を認識することができ、その均等形態も請求項により包含されることも意図されている。 The above disclosure is intended to be illustrative and not exhaustive. This description will suggest many variations and alternatives to one of ordinary skill in this art. All these alternatives and modifications are intended to be included within the scope of the claims, and in the claims, the term “comprising” means “including but not limited to”. Those skilled in the art will recognize other equivalent forms for the specific embodiments described herein, which equivalent forms are also intended to be encompassed by the claims.
本明細書に開示された全ての範囲およびパラメータは、その中に包含される任意のおよび全ての部分範囲ならびに終点間の全ての数を包含することが理解される。例えば、「1から10」と述べられた範囲は、最小値である1と最大値である10の間の(1および10を含む)任意のおよび全ての部分範囲を含むとみなされるべきである。すなわち、全ての部分範囲は、最小値である1以上(例えば1から6.1)で始まり、最大値である10以下(例えば2.3から9.4、3から8、4から7)で終わり、結局1、2、3、4、5、6、7、8、9、および10の各数も範囲内に含まれる。全てのパーセンテージおよび比は特に断りのない限り重量による。 It is understood that all ranges and parameters disclosed herein include any and all subranges subsumed therein and all numbers between the endpoints. For example, a range stated as “1 to 10” should be considered to include any and all subranges between 1 being the minimum and 10 being the maximum (including 1 and 10) . That is, all the partial ranges start with a minimum value of 1 or more (for example, 1 to 6.1) and have a maximum value of 10 or less (for example, 2.3 to 9.4, 3 to 8, 4 to 7). At the end, the numbers 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, and 10 are also included in the range. All percentages and ratios are by weight unless otherwise indicated.
これで本発明の好ましいおよび代替実施形態の記載を終わる。当業者ならば、本明細書に記載した特定の実施形態に対する他の均等形態を認識できるが、その均等形態は本明細書に添付した請求項によって包含されることが意図されている。 This completes the description of the preferred and alternate embodiments of the invention. Those skilled in the art will recognize other equivalent forms for the specific embodiments described herein, which equivalent forms are intended to be encompassed by the claims appended hereto.
Claims (15)
a)充填剤粒子の水性分散液を提供するステップと;
b)第1の凝集化剤を、充填剤粒子の著しい凝集を生じさせずに、分散液中で均一に混合するのに十分な量で分散液に添加するステップであり、第1の凝集化剤が両性であるステップと;
c)微粒子を、第1の凝集化剤の添加前に、それと同時におよび/または後に、ならびに第2の凝集化剤の前に、充填剤粒子の著しい凝集を生じさせるのに不十分な量で、分散液に添加するステップと;
d)第1の凝集化剤の存在下で、第2の凝集化剤を、充填剤粒子の凝集を開始させるのに十分な量で分散液に添加するステップであり、第2の凝集化剤が両性の第1の凝集化剤の正味の電荷と反対の電荷を有するステップと;
e)凝集した分散液を剪断して所望の粒子サイズを有する充填剤フロックの分散液を提供するステップと;
f)製紙原料は存在しない状態で充填剤粒子を凝集させた後、製紙原料にそれらを添加するステップと
を含むことを特徴とする方法。 A method of preparing a stable dispersion of aggregated filler particles having a specific particle size distribution for use in a papermaking process comprising:
a) providing an aqueous dispersion of filler particles;
b) adding the first flocculating agent to the dispersion in an amount sufficient to mix uniformly in the dispersion without causing significant flocculation of the filler particles; A step wherein the agent is amphoteric;
c) the microparticles in an amount insufficient to cause significant aggregation of the filler particles before, simultaneously with and / or after the addition of the first flocculant and prior to the second flocculant. Adding to the dispersion;
d) adding a second flocculant to the dispersion in an amount sufficient to initiate agglomeration of filler particles in the presence of the first flocculant; Having a charge opposite to the net charge of the amphoteric first flocculant;
e) shearing the agglomerated dispersion to provide a dispersion of filler floc having a desired particle size;
and f) agglomerating the filler particles in the absence of the papermaking raw material and then adding them to the papermaking raw material.
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