KR20000015868A - Compositions and methods for inhibiting deposits in pulp and papermaking systems - Google Patents
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Abstract
Description
본원은 미국 특허원 제08/421,349호(1995.4.12.)[미국 특허 제5,536,363호]의 일부 계속 출원인 미국 특허원 제08/651,077호(1996.5.22.)의 일부 계속 출원이다.This application is part of a continuing application of US Patent Application No. 08 / 651,077 (1996.5.22. 1996), which is part of US Patent Application Serial No. 08 / 421,349 (August 5,536,363).
기술분야Technical Field
본원은 펄프 및 제지 시스템 속에서 유기 오염물의 침착을 억제하는 조성물과 방법에 관한 것이다.The present application relates to compositions and methods for inhibiting deposition of organic contaminants in pulp and paper systems.
발명의 배경Background of the Invention
펄프와 제지 시스템 속에서 유기 오염물이 침착됨으로써 펄프 및 제지 시스템의 품질과 효율 문제가 발생할 수 있다. 일부 성분은 목재 속에서 천연적으로 발생하며 각종 펄핑 및 제지 공정 동안 방출된다. "피치(pitch)"라는 용어는 펄프 속에서 발견할 수 있는 천연 수지, 이의 염 뿐만 아니라 피복 결합제, 사이징제(sizing agent) 및 소포제로부터 생성될 수 있는 유기 성분으로 이루어진 침착물을 지칭하기 위해 사용될 수 있다. 추가로, 피치는 종종 탄산칼슘, 탈크, 클레이(clay), 티탄 및 관련 물질을 함유한다.Deposition of organic contaminants in the pulp and paper system can lead to quality and efficiency problems in the pulp and paper system. Some components occur naturally in wood and are released during various pulping and papermaking processes. The term "pitch" is used to refer to deposits made of natural resins found in the pulp, salts thereof, as well as organic components that can be produced from coating binders, sizing agents, and antifoaming agents. Can be. In addition, the pitch often contains calcium carbonate, talc, clay, titanium and related materials.
"스틱키(stickies)"라는 용어는 재생 섬유를 사용하는 시스템에서 발생되는 침착물을 기술하는 데 점차적으로 사용되고 있다. 이들 침착물은 종종 "피치" 침착물에서 발견되는 동일한 물질 뿐만 아니라 점착재, 고온 용융물, 왁스 및 잉크를 함유한다. 앞에서 언급한 모든 물질은 소수성, 소포성, 점착성, 저 표면 에너지 및 침착, 품질 및 공정상의 효율과 관련된 문제를 발생시킬 가능성을 포함하여, 다수의 공통적인 특성을 갖는다. 표 Ⅰ은 본원에서 논의하는 피치와 스틱키 사이의 복잡한 관계를 나타낸다.The term “stickies” is increasingly used to describe deposits that occur in systems using recycled fibers. These deposits often contain adhesives, hot melts, waxes and inks as well as the same materials found in "pitch" deposits. All of the aforementioned materials have a number of common properties, including the possibility of causing problems with hydrophobicity, antifoaming, tackiness, low surface energy and deposition, quality and process efficiency. Table I shows the complex relationship between the pitch and sticky keys discussed herein.
표 ITable I
유기 오염물의 침착은 펄프 또는 제지 분쇄의 효율을 손상시켜 품질과 작동 효율 둘다를 감소시킬 수 있다. 유기 오염물은 제지 시스템의 가공 장치에 침착되어, 당해 시스템의 작동상의 문제를 일으킬 수 있다. 조도 조절기와 기타 장치 프로브 위에 유기 오염물이 침착되면, 이들 장치를 사용할 수 없게 될 수 있다. 이러한 침착은 당해 시스템의 금속 표면 뿐만 아니라, 기계 와이어, 펠트(felt), 호일, 울(Uhle) 박스 및 헤드박스 부품과 같은 플라스틱 및 합성 표면에 발생할 수 있다.Deposition of organic contaminants can impair the efficiency of pulp or paper milling, thereby reducing both quality and operating efficiency. Organic contaminants may be deposited on the processing equipment of the papermaking system, causing operational problems in the system. Deposition of organic contaminants on light controls and other device probes can render these devices unusable. Such deposition can occur on metal surfaces of the system as well as plastic and synthetic surfaces such as machine wires, felts, foils, wool boxes and headbox parts.
과거부터 유기 침착물 문제의 일부인 "피치"와 "스틱키"는 별도로 상이하게 발생했기 때문에 이들을 구별하여 별도로 처리하였다. 물리적인 관점으로부터, 일반적으로 "피치" 침착물은 제지 또는 펄핑 장치에 축적되는, 스톡 내의 점착 물질(천연 또는 합성)의 미세입자로부터 형성된다. 이들 침착물은 스톡 체스트 기벽(stock chest wall), 제지기 호일, 울 상자, 제지기 와이어, 습식 가압 펠트, 건조기 펠트, 건조기 캔 및 캘린더 스택(calendar stack) 위에서 쉽게 발견할 수 있다. 이들 침착물과 관련된 어려움은 오염된 표면의 효율의 직접적인 방해 및 생산성의 감소와 피복, 전환 또는 프린팅과 같은 후속 공정을 위한 제지의 품질과 유용성을 저하시키는 호울(hole), 더트(dirt) 및 기타 시트 결함을 포함한다.Since the past, "pitch" and "sticky", which are part of the organic deposit problem, have occurred differently, they have been distinguished and treated separately. From a physical point of view, “pitch” deposits are generally formed from microparticles of cohesive material (natural or synthetic) in the stock that accumulate in a papermaking or pulping apparatus. These deposits can easily be found on stock chest walls, paper machine foils, wool boxes, paper machine wires, wet press felts, dryer felts, dryer cans, and calendar stacks. Difficulties associated with these deposits include direct disturbances in the efficiency of contaminated surfaces and reduced productivity and holes, dirt and other deteriorations in the quality and utility of paper for subsequent processes such as coating, conversion or printing. Contains sheet defects.
물리적 관점으로부터, 일반적으로 "스틱키"는 재생 섬유로부터 생성된, 스톡 내의 가시적인 크기 또는 거의 가시적인 크기의 입자이다. 이들 침착물은 "피치"가 나타날 수 있는 다수의 동일한 표면 위에 침착되는 경향이 있고, "피치"가 유발시킬 수 있는 다수의 동일한 문제점을 일으킨다. 그러나, 가장 심각한 "스틱키"와 관련된 침착물은 제지기 와이어, 습식 펠트, 건조기 펠트 및 건조기 캔 위에 나타나는 경향이 있다.From a physical point of view, generally a "sticky" is a particle of visible or nearly visible size in a stock, produced from recycled fibers. These deposits tend to deposit on many of the same surfaces on which "pitch" can appear, and cause many of the same problems that "pitch" can cause. However, deposits associated with the most severe "sticky" tend to appear on paper machine wires, wet felts, dryer felts and dryer cans.
펄프 및 제지 분쇄 장치와 표면 위에 침착물의 침착을 억제하는 방법은 산업상 매우 중요하다. 세정하기 위해 제지기를 중지시킬 수 있지만, 세정을 위해 작업을 중단하면 결과적으로 생산성이 감소되고, 부분적인 오염으로 품질이 불량해지며, 침착물이 이탈되어 시트 속에 혼입될 때 "더트"가 나타나기 때문에 바람직하지 않다. 따라서, 효율적으로 실행될 수 있는 경우, 침착을 방지하는 것이 매우 바람직하다.Pulp and paper mills and methods of inhibiting deposition of deposits on surfaces are of great industrial importance. The paper machine can be stopped for cleaning, but stopping work for cleaning results in reduced productivity, poor quality due to partial contamination, and “dirt” when deposits leave and get incorporated into the sheet. Because it is not desirable. Therefore, it is highly desirable to prevent deposition if it can be performed efficiently.
과거에는, 전형적으로 스틱키 침착물과 피치 침착물이 상이한 시스템 속에서 발견되었다. 실제로 이것은 일반적으로 분쇄시 천연 섬유만을 사용하거나 재생 섬유만을 사용하였기 때문이다. 종종, 매우 상이한 처리용 화학약품과 방법을 이용하여 이러한 별개의 문제를 해결하였다.In the past, sticky deposits and pitch deposits have typically been found in different systems. In practice this is usually because only natural fibers or only recycled fibers are used for grinding. Often, very different treatment chemicals and methods have been used to solve this distinct problem.
현재는 모든 시스템에서 재생 섬유를 점차 강제적으로 이용하는 추세이다. 이로 인해, 스틱키와 피치 문제가 해당 분쇄기 속에서 동시에 발생하고 있다. 둘 이상의 별도의 화학약품을 공급할 필요없이 이 두가지 문제를 모두 해결하기에 매우 효과적인 처리용 화학약품과 방법을 찾는 것이 바람직하다. 본 발명의 물질을 사용하여 이러한 목적을 달성할 수 있음이 명확히 확인되었다.At present, there is a trend to gradually use recycled fibers in all systems. As a result, sticky and pitch problems occur simultaneously in the grinder. It is desirable to find treatment chemicals and methods that are very effective in solving both of these problems without the need to supply two or more separate chemicals. It has been clearly identified that this object can be achieved using the materials of the invention.
발명의 요약Summary of the Invention
본 발명은 펄프 및 제지 시스템 속에서 펄프로부터의 유기 오염물의 침착을 억제하는 조성물과 방법을 제공한다. 본 발명은 폴리비닐 알콜, 고분자량 젤라틴 및 양이온성 중합체를 포함하는 조성물을 펄프 또는 제지 기계 표면에 가함을 포함한다.The present invention provides compositions and methods for inhibiting the deposition of organic contaminants from pulp in pulp and paper systems. The present invention includes adding a composition comprising polyvinyl alcohol, high molecular weight gelatin and cationic polymer to the pulp or paper machine surface.
관련 분야의 기술Related fields of technology
미국 특허 제4,871,424호에는, 가수분해율이 50 내지 100%인 수용성 폴리비닐 알콜을 이용하여 제지 시스템 속에서 펄프로부터의 피치 침착을 억제하는 방법이 교시되어 있다. 미국 특허 제4,886,575호에는, 몇몇 소수성 그룹을 함유하고 가수분해율이 70 내지 99%인 폴리비닐 알콜 잔기를 이용하여, 리펄핑(repulping) 장치의 표면에 고온 용융물 및/또는 감압성 점성 물질인 "스틱키"가 침착 또는 점착되는 것을 억제하는 방법이 교시되어 있다. 문헌[참고: "Pulp and Paper", James Casey, Vol. Ⅲ, 3nd Ed., pp. 1587-1588]에는 젤라틴이 피치 문제를 해결하는 수단으로서 제시되어 있는 것으로 교시되어 있다.US Pat. No. 4,871,424 teaches a method of inhibiting pitch deposition from pulp in a papermaking system using a water soluble polyvinyl alcohol having a hydrolysis rate of 50 to 100%. US Pat. No. 4,886,575 discloses a "stick, which is a hot melt and / or pressure sensitive viscous material on the surface of a repulping apparatus, using a polyvinyl alcohol residue containing some hydrophobic groups and having a hydrolysis rate of 70 to 99%. Teaches how to inhibit the deposition of a key ". See, "Pulp and Paper", James Casey, Vol. III, 3nd Ed., Pp. 1587-1588 teaches that gelatin is suggested as a means to solve the pitch problem.
발명의 상세한 설명Detailed description of the invention
본 발명은 폴리비닐 알콜, 고분자량 젤라틴 및 양이온성 중합체를 포함하는 조성물을 침착을 억제하기에 유효한 양으로 펄프 또는 제지 기계 표면에 첨가함을 포함하여, 펄프 및 제지 시스템 속에서 펄프로부터의 유기 오염물이 제지 기계 표면에 침착되는 것을 억제하는 조성물과 방법에 관한 것이다.The present invention comprises adding a composition comprising polyvinyl alcohol, high molecular weight gelatin and cationic polymer to the pulp or paper machine surface in an amount effective to inhibit deposition, thereby preventing organic contaminants from the pulp in the pulp and paper machine system. A composition and method for inhibiting deposition on the surface of a paper machine.
유기 오염물은 침착되어 제지기 성능 또는 제지 품질을 감소시킬 가능성이 있는, 펄프(천연 펄프, 재생 펄프 또는 이의 혼합물) 속에 나타나는 성분을 포함한다. 이것은 지방산, 수지산, 이의 불용성 염, 지방산 에스테르, 스테롤 및 기타 유기 성분(예: 에틸렌 비스-스테아르아미드)와 같은 천연 수지, 왁스, 사이징제, 점착제, 고온 용융물, 잉크, 소포제 및 제지 시스템 속에 침착될 수 있는 라텍스를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.Organic contaminants include components that appear in pulp (natural pulp, recycled pulp or mixtures thereof) that are likely to deposit and reduce paper machine performance or paper quality. It is deposited in natural resins such as fatty acids, resin acids, insoluble salts thereof, fatty acid esters, sterols and other organic components such as ethylene bis-stearicamide, waxes, sizing agents, tackifiers, hot melts, inks, antifoams and papermaking systems. And latex which may be.
본 발명의 폴리비닐 알콜은 비닐 아세테이트를 중합하여 폴리비닐 아세테이트를 형성시키고, 이를 알콜리시스화 또는 가수분해시킴으로써 유도하거나 합성할 수 있다. 폴리비닐 알콜은 가수분해율이 약 50 내지 100%일 수 있으며, 약 70 내지 약 100%가 바람직하다. "가수분해율"이라는 용어는 가수분해시킨 폴리비닐 아세테이트 중합체(폴리비닐 알콜)의 출발 아세테이트 그룹에 대한 하이드록실 그룹의 몰 비에 100을 곱한 것으로서 정의한다. 가장 바람직하게는, 폴리비닐 알콜의 가수분해율은 약 85.5 내지 약 87%이다. 추가로, 폴리비닐 알콜은 분자량이 약 15,000 내지 약 125,000인 것이 바람직하다. 본 발명에서 유용한 폴리비닐 알콜은 용이하게 구입가능하다. 대표적인 폴리비닐 알콜에는 각각 에어 프로덕츠 인코포레이션(Air Products, Inc.)사의 상품으로서 구입가능한 에어볼(AirvolR) 205(MW 약 25,000), 에어볼R523(MW 약 78,000) 및 에어볼R540(MW 약 125,000)이 포함된다.The polyvinyl alcohol of the present invention can be derived or synthesized by polymerizing vinyl acetate to form polyvinyl acetate, which is alcoholized or hydrolyzed. The polyvinyl alcohol may have a hydrolysis rate of about 50 to 100%, with about 70 to about 100% being preferred. The term "hydrolysis rate" is defined as the molar ratio of hydroxyl groups to the starting acetate group of the hydrolyzed polyvinyl acetate polymer (polyvinyl alcohol) multiplied by 100. Most preferably, the hydrolysis rate of the polyvinyl alcohol is about 85.5 to about 87%. In addition, the polyvinyl alcohol preferably has a molecular weight of about 15,000 to about 125,000. Polyvinyl alcohol useful in the present invention is readily available. Representative polyvinyl alcohols include the Air Products Corporation, respectively (Air Products, Inc.) Company, available Air Products as a ball (Airvol R) 205 (MW about 25,000), an air ball R 523 (MW about 78,000) and the air ball R 540 ( MW approximately 125,000).
시너지 조성물에 사용하기에 바람직한 젤라틴은 분자량의 범위가 약 100,000 내지 약 250,000이다. 가장 바람직하게는, 젤라틴은 분자량이 약 130,000이다. 이러한 젤라틴은 호멜 푸드(Hormel Foods)사로부터 상품명 플라보세트(Flavorset) GP-4로서 구입가능하다. "고분자량 젤라틴"이라는 용어는 분자량이 약 100,000 이상인 젤라틴으로서 정의한다.Preferred gelatin for use in synergistic compositions has a molecular weight ranging from about 100,000 to about 250,000. Most preferably, the gelatin has a molecular weight of about 130,000. Such gelatin is commercially available from Hormel Foods under the trade name Flavorset GP-4. The term "high molecular weight gelatin" is defined as gelatin having a molecular weight of about 100,000 or more.
본 발명에 유용한 양이온성 중합체는 일반적으로 에피할로하이드린과 하나 이상의 아민과의 반응 생성물과 같은 양성자화된 또는 4급화된 암모늄 중합체, 아민 또는 4급 암모늄 그룹을 함유하는 에틸렌계 불포화 단량체로부터 유도된 중합체 및 아크릴아미드와 에틸렌계 불포화 양이온성 단량체를 반응시켜 제조한 아크릴아미드 공중합체이다.Cationic polymers useful in the present invention are generally derived from ethylenically unsaturated monomers containing protonated or quaternized ammonium polymers, amines or quaternary ammonium groups, such as reaction products of epihalohydrins with one or more amines. And an acrylamide copolymer prepared by reacting acrylamide with an ethylenically unsaturated cationic monomer.
이러한 양이온성 중합체는 에피할로하이드린, 바람직하게는 에피클로로하이드린과 디메틸아민, 에틸렌 디아민 및 폴리알킬렌 폴리아민과의 반응으로부터 유도할 수 있다. 바람직한 양이온성 중합체에는 에피할로하이드린과 디메틸아민, 디에틸아민 또는 메틸에틸아민과의 반응 생성물이 포함된다. 더욱 바람직한 중합체에는 폴리아민과 폴리에틸렌이민(PEI)이 포함된다.Such cationic polymers can be derived from the reaction of epihalohydrins, preferably epichlorohydrin with dimethylamine, ethylene diamine and polyalkylene polyamines. Preferred cationic polymers include reaction products of epihalohydrin with dimethylamine, diethylamine or methylethylamine. More preferred polymers include polyamines and polyethyleneimines (PEIs).
본 발명의 양이온성 중합체를 제조하는 데 유용한 전형적인 양이온성 단량체는 아민 함유 단량체, 또는 화학식또는의 4급 암모늄염 함유 단량체(여기서, R1은 수소 또는 저급 C1-C3알킬이고, R2와 R3은 서로 독립적으로 수소 또는 하이드록실이고, R4, R5및 R6은 서로 독립적으로 저급 C1-C3알킬 또는 벤질이고, A는 O 또는 NH이고, y는 1 내지 5이고, X는 클로라이드 또는 메토설페이트이다)일 수 있다.Typical cationic monomers useful for preparing the cationic polymers of the present invention are amine containing monomers, or or Quaternary ammonium salt containing monomers wherein R 1 is hydrogen or lower C 1 -C 3 alkyl, R 2 and R 3 are independently of each other hydrogen or hydroxyl, and R 4 , R 5 and R 6 are independently of each other; Lower C 1 -C 3 alkyl or benzyl, A is O or NH, y is 1 to 5, X is chloride or methosulfate).
아크릴아미드와 통상적으로 공중합시키는 전형적인 양이온성 단량체는, 아미노알킬아크릴레이트 에스테르 및 이의 4급 암모늄염(메틸 클로라이드, 디메틸 설페이트, 벤질 클로라이드 등과 같은 4급화제로 4급화시킴); 아미노알킬메타크릴레이트 에스테르와 이의 상응하는 4급 암모늄염; 아미노알킬아크릴아미드와 이의 상응하는 4급 암모늄염; 아미노알킬메타크릴아미드와 이의 상응하는 4급 암모늄염; 디알릴디알킬암모늄염 단량체; 비닐벤질트리알킬암모늄염 등이다.Typical cationic monomers commonly copolymerized with acrylamide include aminoalkylacrylate esters and quaternary ammonium salts thereof (quaternized with quaternizing agents such as methyl chloride, dimethyl sulfate, benzyl chloride, and the like); Aminoalkylmethacrylate esters and their quaternary ammonium salts; Aminoalkylacrylamides and their quaternary ammonium salts; Aminoalkylmethacrylamides and their quaternary ammonium salts; Diallyldialkylammonium salt monomers; Vinyl benzyl trialkyl ammonium salt, and the like.
본 발명의 방법에 이용할 수 있는 양이온성 단량체의 예에는 디알릴디에틸암모늄 클로라이드, 디알릴디메틸암모늄 클로라이드(DADMAC), 아크릴로일옥시에틸트리메틸암모늄 클로라이드(AETAC), 메타크릴로일옥시에틸트리메틸암모늄 클로라이드(METAC), 메타크릴아미도프로필트리메틸암모늄 클로라이드(MAPTAC), 아크릴아미도프로필트리메틸암모늄 클로라이드(APTAC), 아크릴로일옥시에틸트리메틸암모늄 메토설페이트(AETAMS), 메타크릴로일옥시에틸트리메틸암모늄 메토설페이트(METAMS), 아크릴로일옥시에틸디에틸메틸암모늄 클로라이드 및 메타크릴로일옥시에틸디에틸메틸암모늄 클로라이드가 포함되지만, 이에 제한되지 않는다. 또한, 양이온성 중합체를 제조하기 위한, 양이온성 단량체와 아크릴아미드와의 혼합물도 본 발명에 유용하다. 또한, 본 발명은 아크릴아미드 부재하에 양이온성 단량체 혼합물의 공중합체 뿐만 아니라, 양이온성 단량체의 단독중합체를 유용한 것으로 고려한다. 양이온성 중합체에 대한 위의 기재 사항이 본 발명을 제한하는 것으로 생각해서는 안된다.Examples of cationic monomers that can be used in the process of the invention include diallyldiethylammonium chloride, diallyldimethylammonium chloride (DADMAC), acryloyloxyethyltrimethylammonium chloride (AETAC), methacryloyloxyethyltrimethylammonium Chloride (METAC), methacrylamidopropyltrimethylammonium chloride (MAPTAC), acrylamidopropyltrimethylammonium chloride (APTAC), acryloyloxyethyltrimethylammonium methosulfate (AETAMS), methacryloyloxyethyltrimethylammonium meto Sulfates (METAMS), acryloyloxyethyldiethylmethylammonium chloride and methacryloyloxyethyldiethylmethylammonium chloride. Also useful in the present invention are mixtures of cationic monomers with acrylamide for preparing cationic polymers. The present invention also contemplates that copolymers of cationic monomer mixtures in the absence of acrylamide, as well as homopolymers of cationic monomers, are useful. The above description of cationic polymers should not be construed as limiting the invention.
놀랍게도, 성분들은 혼합하는 경우, 경우에 따라서, 생성된 혼합물이 혼합물을 구성하는 각각의 성분보다 유기 오염물의 침착을 더욱 많이 억제한다. 따라서, 펄프 및 제지 시스템 속에 유용한 매우 효과적인 억제제를 제조할 수 있다. 혼합물의 활성이 향상되어, 처리시 침착 억제제의 총 량을 감소시킬 수 있다. 게다가, 각각의 성분의 농도를 증가시키지 않고서 각각의 성분이 제공하는 높은 억제도를 이용할 수 있다.Surprisingly, the components, when mixed, optionally suppress the deposition of organic contaminants more than the respective components constituting the mixture. Thus, very effective inhibitors useful in pulp and papermaking systems can be prepared. The activity of the mixture can be enhanced to reduce the total amount of deposition inhibitors upon treatment. In addition, the high degree of inhibition provided by each component can be used without increasing the concentration of each component.
폴리비닐 알콜, 고분자량 젤라틴 및 양이온성 중합체로 이루어진 조성물은 PVA 대 젤라틴의 중량비가 약 8:1 내지 약 20:1이고, 젤라틴 대 양이온성 중합체의 중량비는 약 10:1 내지 약 0.2:1인 경우에 침착 억제제로서의 활성이 향상된다.Compositions comprising polyvinyl alcohol, high molecular weight gelatin and cationic polymers have a weight ratio of PVA to gelatin of about 8: 1 to about 20: 1 and a weight ratio of gelatin to cationic polymer of about 10: 1 to about 0.2: 1. In this case, activity as a deposition inhibitor is improved.
본 발명의 조성물은 제지 시스템 속의 유기 오염물의 침착을 억제하기에 효과적이다. 제지 시스템은 크래프트(Kraft), 아황산, 기계 펄프(mechnical pulp) 및 재생 섬유 시스템을 포함할 수 있다. 예를 들면, 크래프트 제지 공정에서 브라운 스톡 워셔(brown stock washer), 스크린 룸 및 덱커(decker) 시스템 속에서의 침착을 억제할 수 있다. "제지 시스템"이라는 용어는 모든 펄프 공정을 내포한다. 일반적으로, 이들 조성물을 이용하여 펄프 분쇄기로부터 pH가 약 3 내지 11인 제지기의 릴(reel)에 이르기까지 다양한 시스템 조건하에서 제지 시스템 표면 위의 침착을 억제할 수 있는 것으로 생각된다. 더욱 상세하게는, 당해 조성물은 금속 표면 뿐만 아니라 기계 와이어, 펠트, 호일, 울 상자, 롤(roll) 및 헤드박스 성분과 같은 플라스틱 및 합성 표면 위의 침착을 효과적으로 감소시킨다.The composition of the present invention is effective to inhibit the deposition of organic contaminants in the papermaking system. Papermaking systems may include kraft, sulfurous acid, mechanical pulp and recycled fiber systems. For example, it is possible to inhibit deposition in brown stock washer, screen rooms, and decker systems in kraft papermaking processes. The term "papermaking system" encompasses all pulp processes. In general, it is believed that these compositions can be used to inhibit deposition on the paper system surface under a variety of system conditions, from pulp mills to reels of paper machines with a pH of about 3-11. More specifically, the compositions effectively reduce deposition on metal surfaces as well as plastic and synthetic surfaces such as machine wires, felts, foils, wool boxes, rolls, and headbox components.
본 발명의 조성물은 기타 펄프 및 제지 첨가물과 혼화될 수 있다. 이들은 전분, 이산화티탄, 소포제, 습윤 강력 증강용 수지(wet stength resin) 및 사이징제를 포함할 수 있다.The composition of the present invention may be mixed with other pulp and paper additives. These may include starch, titanium dioxide, antifoams, wet stength resins, and sizing agents.
본 발명의 조성물은 임의의 단계에서 제지 시스템에 가할 수 있다. 본 발명의 조성물은 직접 펄프 설비에 가하거나, 헤드박스를 통해 간접적으로 펄프 설비에 가할 수 있다. 또한, 본 발명의 조성물은 침착되는 표면, 예를 들면, 와이어, 가압 펠트, 가압 롤 및 기타 침착가능한 표면에 분무시킬 수 있다.The composition of the present invention can be added to the papermaking system at any stage. The composition of the present invention can be added directly to the pulp plant or indirectly through the headbox to the pulp plant. In addition, the compositions of the present invention may be sprayed onto the surfaces to be deposited, such as wires, press felts, press rolls and other depositable surfaces.
본 발명의 조성물은 분말, 슬러리 또는 용액 상태로 순수한 제지 시스템에 첨가할 수 있다. 바람직한 주 용매는 물이지만 이에 제한되지 않는다. 분무 기술에 의해 첨가하는 경우, 바람직하게는 본 발명의 조성물은 물을 사용하여 적합한 억제제 농도로 희석한다. 발명의 조성물은 오염된 것으로 밝혀진 설비에만 특별히 가하거나, 혼합된 펄프에 가할 수 있다. 이 조성물은 침착 문제가 발생하기 전, 임의의 지점에 가하고, 침착 부위가 하나 이상 발생하는 경우, 하나 이상의 부위에 가할 수 있다. 각각의 폴리비닐 알콜 또는 고분자량 젤라틴 또는 양이온성 중합체를 개별적으로 공급하고 펄프 분쇄 스톡에 공급하고, 제지기 설비에 공급하고, 와이어와 펠트에 동시에 분무함으로써 상기 첨가 방법들을 조합하여 이용할 수 있다.The compositions of the present invention can be added to pure papermaking systems in powder, slurry or solution form. Preferred main solvents are but are not limited to water. When added by spraying techniques, the compositions of the present invention are preferably diluted to a suitable inhibitor concentration with water. The compositions of the invention can only be added specifically to equipment found to be contaminated or to mixed pulp. The composition may be added at any point before deposition problems occur and, if more than one deposition site occurs, to one or more sites. Each of these polyvinyl alcohol or high molecular weight gelatin or cationic polymers can be used in combination by adding them individually, feeding them to pulp mill stock, feeding them to paper machine equipment, and spraying them onto wires and felts simultaneously.
제지 시스템에 가하는 조성물의 유효량은 시스템의 pH, 물의 경도, 물의 온도, 추가의 첨가제 및 유기 오염물의 종류와 이의 펄프 중의 함량을 포함하는 다수의 변수에 따라 달라진다. 일반적으로, 본 발명의 조성물은 펄프 백만부당 0.5 내지 약 150부의 양으로 제지 시스템에 가한다. 바람직하게는, 본 발명의 조성물은 펄프 백만부당 약 2 내지 약 100부의 양으로 제지 시스템에 가한다.The effective amount of the composition added to the papermaking system depends on a number of variables, including the pH of the system, the hardness of the water, the temperature of the water, the type of additional additives and organic contaminants and their content in the pulp. Generally, the composition of the present invention is added to the papermaking system in an amount of 0.5 to about 150 parts per million parts of pulp. Preferably, the composition of the present invention is added to the papermaking system in an amount of about 2 to about 100 parts per million parts of pulp.
본 발명은 선행 방법에 비해 몇가지 이점이 있다. 이들 이점에는 시스템 속의 물 경도에 의해 크게 영향을 받지 않으면서 작용하는 능력, 사이징 및 미분 보유성에 역효과를 미치지 않으면서 작용하는 능력, 매우 낮은 함량에서 작용하는 능력, 감소된 환경적 영향 및 증가된 생분해성이 포함된다.The present invention has several advantages over the prior method. These advantages include the ability to work without being significantly affected by the water hardness in the system, the ability to work without adversely affecting sizing and differential retention, the ability to work at very low contents, reduced environmental impact and increased biodegradation. Last name is included.
추가로, 이들 조성물은 다양한 천연 섬유 원료 및 재생 섬유 원료를 이용하는 제지 분쇄의 문제점을 효과적으로 감소시키면서, 유기 오염물 침착 문제인 피치 및 스틱키의 발생에 대하여 효과적인 것으로 입증되었다.In addition, these compositions have proven effective against the generation of organic contaminant deposition problems, pitch and sticky, while effectively reducing the problems of paper milling using various natural fiber stocks and recycled fiber stocks.
아래에 기재한 데이타는 본 발명을 이용함으로써 나타난 예기치 못한 결과를 입증하기 위해 제시하였다. 아래의 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 것으로서 포함되며, 이를 본 발명의 범주를 제한하는 것으로 생각해서는 안 된다.The data described below are presented to demonstrate the unexpected results exhibited by using the present invention. The following examples are included to illustrate the invention and should not be construed as limiting the scope of the invention.
실시예Example
표준 테이프 부점착 시험Standard Tape Adhesion Test
플라스틱 표면 위에서의, 특히 재생 펄프에 나타나는 유형의 점착성 오염물에 대한 침착 억제제로서의 본 발명의 조성물의 효과를 입증하기 위해, 배면에 접착제가 도포된 테이프를 스틱키 쿠폰으로서 이용하여 실험실에서 시험한다. 스틱키 쿠폰은 물 속에 넣는 경우 분해되지 않는 임의의 유형의 접착 테이프로부터 제조할 수 있다. 이 연구를 위해, 스티렌부타디엔 고무와 비닐산 에스테르로부터 제조한 테이프를 사용한다. 이들 잠재적인 유기 오염물 둘 다는 2차 섬유 이용시 스틱키 문제를 일으키는 것으로 알려져 있다. 또 다른 쿠폰을 듀퐁 케미칼 캄파니(DuPont Chemical Company)가 판매하는 제품인 마일라(MYLARR)와 같은 폴리에스테르 필름으로부터 제조한다. 이 재료를 선택하는 것은 직물 제조용 제지기가 종종 스틱키 및/또는 피치에 의해 유발되는 심각한 침착 문제가 발생되기 쉬운 폴리에스테르를 사용하여 제조되기 때문이다.In order to demonstrate the effectiveness of the compositions of the invention as deposition inhibitors on sticky contaminants of the type appearing on recycled pulp, especially on plastic surfaces, adhesive coated tapes on the back are tested in the lab using sticky coupons. Sticky coupons can be made from any type of adhesive tape that does not degrade when placed in water. For this study, tapes made from styrenebutadiene rubber and vinyl esters are used. Both of these potential organic contaminants are known to cause sticky problems when using secondary fibers. Another coupon is made from a polyester film such as MYLAR R , a product sold by DuPont Chemical Company. The choice of this material is that papermaking machines for making fabrics are made using polyester, which is often prone to serious deposition problems caused by sticky keys and / or pitches.
이 시험에서는 2"×4" 규격의 접착 테이프와 2"×4" 규격의 폴리에스테르 마일라 쿠폰을 시험 용액 600mg 속에 침지시킨다. 600㎖ 용량의 비이커 속에 담긴 용액을 교반하면서 수조 속에 방치하고 목적하는 온도로 가열한다. 침지한 지 30분 후, 테이프와 쿠폰을 용액으로부터 꺼내어 1분 동안 10,000lb의 힘으로 압착시킨다. 이어서, 인장 시험 기구[인스트론(Instron)]를 이용하여 테이프와 쿠폰을 분리시키는 데에 필요한 힘을 측정한다. 필요한 힘의 감소는 "스틱키"가 부점착되었음을 나타낸다. 억제율(%) 또는 부점착도(%; detackification)는 아래의 수학식으로 계산한다.In this test, a 2 "x 4" adhesive tape and a 2 "x 4" polyester mylar coupon were immersed in 600 mg of test solution. The solution contained in a 600 ml beaker is left in the bath with stirring and heated to the desired temperature. After 30 minutes of immersion, the tape and coupon are removed from the solution and pressed for 1 minute with a force of 10,000 lbs. The tensile test instrument (Instron) is then used to measure the force required to separate the tape from the coupon. The decrease in force required indicates that the "sticky" is sticky. Inhibition rate (%) or detackification (%) is calculated by the following equation.
부점착도(%) = (미처리시 가한 힘-처리시 가한 힘)/미처리시 가한 힘×100Negative adhesion (%) = (force untreated-force applied) / force untreated × 100
또한, 본 발명의 조성물을 이용하여 접촉각을 측정한다. 마일라 또는 테이프의 점착성 표면을 필름 단계에서 클램핑하고 유리 시험 셀 안에 넣는다. 시험 셀에 시험 용액 15㎖를 주의하여 주입한다. 이어서, 전체 시험 셀을 각도계[크루스(Kruss) G1]의 챔버 내부에 넣는다. 마일란 또는 테이프의 점착성 표면을 30분 동안 시험 용액 속에 침지시켜, 표준 테이프 부점착 시험에서와 같은 접촉 시간을 시뮬레이팅한다. 접촉각으로부터, 시뮬레이팅된 스틱키 표면의 소수성과 계면활성 물질을 표면에 흡수시키고/시키거나 제거한 때의 소수성의 변화에 대해 알 수 있다. 처리한 용액의 접촉각이 미처리 용액의 접촉각보다 작은 경우, 이것은 표면에서 친수성이 더욱 증가하거나 점성이 더욱 감소함을 나타낸다.In addition, the contact angle is measured using the composition of the present invention. The sticky surface of the mylar or tape is clamped at the film stage and placed in a glass test cell. Carefully inject 15 ml of the test solution into the test cell. The entire test cell is then placed inside the chamber of the goniometer (Kruss G1). The sticky surface of the silane or tape is immersed in the test solution for 30 minutes to simulate the contact time as in the standard tape adhesion test. From the contact angle, one can learn about the hydrophobicity of the simulated sticky surface and the hydrophobicity when the surfactant material is absorbed and / or removed from the surface. If the contact angle of the treated solution is smaller than the contact angle of the untreated solution, this indicates that the hydrophilicity on the surface is further increased or the viscosity is further reduced.
아래의 실시예를 위해, 다음 기호를 처리제에 대해 사용한다.For the examples below, the following symbols are used for the treatment agents.
실시예 번호 1은 중량비 9:1:1의 에어볼R540:고분자량(HMW) 젤라틴:폴리아민이다.Example No. 1 is Airball R 540: High Molecular Weight (HMW) gelatin: Polyamine in a weight ratio of 9: 1: 1.
실시예 번호 2는 중량비 8:1의 에어볼R540:HMW 젤라틴이다.Example number 2 is Airball R 540: HMW gelatin in a weight ratio of 8: 1.
실시예 번호 3은 중량비 15:1의 에어볼R540:HMW 젤라틴이다.Example 3 is Airball R 540: HMW Gelatin at a weight ratio of 15: 1.
실시예 번호 4는 에어볼R540이다.Example number 4 is an airball R 540.
에어볼R540은 에어 프로덕츠 인코포레이티드로부터 구입한 폴리비닐 알콜(PVA, MW는 약 125,000이다)이다.Airball R 540 is polyvinyl alcohol (PVA, MW is about 125,000) purchased from Air Products Incorporated.
표 ⅠTable I
25℃에서의 접촉각의 측정-마일라(MYLAR) 표면Measurement of contact angle at 25 ° C-MYLAR surface
표 Ⅰ에서 입증된 바와 같이, PVA, HMW 젤라틴 및 양이온성 중합체로 이루어진 본 발명의 조성물은 공지된 억제제인 PVA보다 더욱 효과적이다. 각종 처리제의 박리력(peel force)을 측정하기 위해 추가의 연구를 수행한다. 이 결과는 표 Ⅱ에 기재되어 있다.As demonstrated in Table I, the compositions of the present invention consisting of PVA, HMW gelatin and cationic polymers are more effective than PVA, a known inhibitor. Further studies are conducted to determine the peel force of various treatments. The results are shown in Table II.
표 ⅡTable II
써던 티슈 밀(Southern Tissue Mill) 백수(白水) 78℉Southern Tissue Mill White Fahrenheit 78 ° F
다른 물에 대해 추가로 접촉각을 측정한다. 이 결과는 표 Ⅲ에 제시되어 있다.Further contact angles are measured for other water. The results are shown in Table III.
표 ⅢTable III
마일라 또는 왁스의 접촉각, 미드웨스턴 라이너 보드(Midwestern Liner Board), 윌헬미(Wilhelmy) 플레이트, 접촉 시간 2초Contact angle of mylar or wax, Midwestern Liner Board, Wilhelmy plate, contact time 2 seconds
표 ⅣTable IV
접촉각에 대한 희석의 효과, 미드웨스턴 라이너 보드Effect of Dilution on Contact Angle, Midwestern Liner Board
표 Ⅲ과 Ⅳ로부터 본 발명에 따르는 세가지 성분으로 처리하면 점성(tackiness)을 감소시키는 데에 PVA보다 더 효과적임이 입증된다.Treatment with three components according to the invention from Tables III and IV proved more effective than PVA in reducing tackiness.
표 ⅤTable Ⅴ
계면 점도, 미드웨스턴 티슈 밀 백수/오일, 125℉의 계면Interfacial Viscosity, Midwestern Tissue Mill White Water / Oil, Interfacial 125 ° F
계면 점도(S.C.P.=표면 센티포이즈; surface centipoise)는 동적 계면 장력을 측정하여 계산한다. 계면 점도로부터 용액 내의 스틱키 또는 피치의 안정성에 대해 알 수 있다. 처리한 용액의 계면 점도가 미처리 용액의 계면 점도보다 높은 경우, 이것은 피치 또는 스틱키 입자가 처리 용액 속에서 더욱 안정하다는 것을 나타낸다. 이것은 피치 또는 스틱키 입자가 덜 침착됨을 나타낸다. 표 Ⅴ에서 입증된 바와 같이, 본 발명의 조성물이 PVA보다 보다 우수한 결과를 제공한다.Interfacial viscosity (S.C.P. = surface centipoise) is calculated by measuring dynamic interfacial tension. The interfacial viscosity tells about the stability of the sticky or the pitch in the solution. If the interfacial viscosity of the treated solution is higher than the interfacial viscosity of the untreated solution, this indicates that the pitch or sticky particles are more stable in the treated solution. This indicates less pitch or sticky particles are deposited. As demonstrated in Table V, the compositions of the present invention provide better results than PVA.
표 ⅥTable VI
처리한 미드웨스턴 티슈 밀의 계면 점도, 80℉의 백수/오일 계면Interfacial Viscosity of Treated Midwestern Tissue Mill, White Water / Oil Interface at 80 ° F
표 Ⅵ에서 입증된 바와 같이, 본 발명의 조성물은 단독의 PVA보다 더 안정하고 덜 침착되는 용액을 제공한다. 표 Ⅶ에서, 더 높은 온도에서도 유사한 결과가 나타남이 입증된다.As demonstrated in Table VI, the compositions of the present invention provide a solution that is more stable and less deposited than PVA alone. In Table VII it is demonstrated that similar results are seen at higher temperatures.
표 ⅦTable Ⅶ
처리한 미드웨스턴 티슈 밀의 계면 점도, 100℉의 백수/오일 계면Interfacial Viscosity of Treated Midwestern Tissue Mill, 100 ° F White Water / Oil Interface
또한, 백수에 대하여 박리력을 시험하고, 그 결과를 표 Ⅷ에 나타내었다.In addition, peel force was tested with respect to white water, and the result is shown in Table VII.
표 ⅧTable Ⅷ
박리력, 미드웨스턴 티슈 밀 백수, 80℉Peeling force, Midwestern tissue mill white water, 80 ℉
표 ⅨTable Ⅸ
박리력, 미드웨스턴 티슈 밀 백수, 100℉Peel Force, Midwestern Tissue Mill White, 100 ℉
표 ⅩTable Ⅹ
박리력, 미드웨스턴 티슈 밀 백수, 109℉, 5분 동안 처리된 테이프Peel Force, Midwestern Tissue Mill White, 109 ° F, 5 Minute Treated Tape
표 XITable XI
박리력, 미드웨스턴 티슈 밀 백수, 120℉, 5분 동안 처리된 테이프Peel Force, Midwestern Tissue Mill White Water, 120 ° F, 5 Minute Treated Tape
표 VIII 내지 XI로부터 본 발명의 PVA/HMW 젤라틴/양이온성 중합체로 이루어진 조성물이 단독의 PVA보다 라이너 보드 용액의 부점착시에 더욱 효과적임이 입증된다.It is demonstrated from Tables VIII to XI that the composition consisting of the PVA / HMW gelatin / cationic polymer of the present invention is more effective at adhering the liner board solution than the PVA alone.
표 XIITable XII
계면 점도, 미드웨스턴 티슈 밀 백수/오일 계면, 120℉Interfacial Viscosity, Midwestern Tissue Mill White / Oil Interface, 120 ° F
표 XIIITable XIII
계면 점도에 대한 온도의 영향, 미드웨스턴 티슈 밀 백수/오일 계면Effect of temperature on interfacial viscosity, midwestern tissue mill white water / oil interface
표 XII와 XIII로부터, 단독의 PVA보다 더 높은 계면 점도에 의해 알 수 있듯이 본 발명의 조성물이 백수 용액에 대한 침착을 더 억제시킬 수 있음이 입증된다.From Tables XII and XIII it is demonstrated that the compositions of the present invention can further inhibit deposition on white water solutions, as can be seen by higher interfacial viscosity than PVA alone.
표 XIVTable XIV
접촉각, 미드웨스턴 티슈 밀 백수, 마일라/접촉 시간=10분Contact angle, midwestern tissue mill white water, mylar / contact time = 10 minutes
표 XVTable XV
계면 점도, 써던 라이너 보드 여액/min. 오일, 124℉Interfacial viscosity, Southern liner board filtrate / min. Oil, 124 ℉
표 XVITable XVI
계면 점도, 써던 라이너 보드 여액/min. 오일, 131℉Interfacial viscosity, Southern liner board filtrate / min. Oil, 131 ℉
표 XV와 XVI로부터, 단독의 PVA보다 더 높은 계면 점도에 의해 알 수 있듯이 본 발명의 조성물이 백수 용액에 대한 침착을 더 억제시킬 수 있음이 입증된다.From Tables XV and XVI, it is demonstrated that the compositions of the present invention can further inhibit deposition on white water solutions, as can be seen by the higher interfacial viscosity than PVA alone.
표 XVIITable XVII
박리력, 미드웨스턴 라이너 보드 용액Peeling force, midwestern liner board solution
표 XVIITable XVII
접촉각에 대한 희석의 효과, 써던 라이너 보드 용액Effect of Dilution on Contact Angle, Southern Liner Board Solution
본 발명은 이의 특정 양태와 관련하여 기재되어 있지만, 확실히 당해 분야의 숙련가들에게 본 발명의 다수의 기타 형태 및 변형은 명백할 것이다. 본 발명의 청구의 범위는 본 발명의 진정한 정신과 범위 내에서 이러한 모든 명백한 형태와 변형을 포함하는 것으로 생각해야 한다.While the invention has been described in connection with specific embodiments thereof, many other forms and modifications of the invention will be apparent to those skilled in the art. It is intended that the claims of the present invention cover all such obvious forms and modifications within the true spirit and scope of this invention.
Claims (29)
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US08/651,077 | 1996-05-22 | ||
US08/700,974 | 1996-08-21 | ||
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1997
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