NO171567B - Fremgangsmaate ved fremstilling av papir - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte ved fremstilling av papir ved anvendelse av et forbedret retensjons- og awanningssystem. Mer spesielt vedrører oppfinnelsen anvendelse av en kombinasjon av en kationisk syntetisk polymer og et anionisk organisk kolloid og aluminat som et retensjons- og awanningssystem ved fremstilling av papir.

Det er tidligere kjent å bruke kombinasjoner av kationiske retensjonsmiddel og uorganiske kolloider som retensjons- og awanningsmiddel ved papirfremstilling, I europeisk patentsøknad 0218674 beskrives bruken av polyakrylamid i kombinasjon med anioniske silikasoler som bindemiddel og retensjonsmiddel. Det antas at de kolloidale partiklene i solene med sin sterke ladning medfører en brobygging hos de polymere retensjonsmidlene og derved erholdes meget god retensjons- og awanningsef f ekt. Det er også fra britisk patent nr. 2015614 tidligere kjent å bruke polymere kationiske retensjonsmidler i kombinasjon med polyaluminium-forbindelser. Videre er det fra det amerikanske patent nr. 4643801 kjent å bruke en kombinasjon av kationisk stivelse, en anionisk silikasol og en anionisk høymolekylær polymer, spesielt et anionisk polyakrylamid, som bindemiddel ved papirfremstilling. Trekomponentsystemet i henhold til det amerikanske patentet kan utnyttes med ytterligere tilsetning av aluminiumforbindelser, alun, natrium-aluminat eller polyhydroksy-aluminium klorid.

I henhold til foreliggende oppfinnelse har det vist seg at retensjons- og awanningseffekten ved papirfremstilling forsterkes dersom et aluminat anvendes i kombinasjon med en kationisk syntetisk polymer og et anionisk organisk kolloid. Ved at awannin<g>sef fekten øker kan hastigheten til papir-maskinen økes og dessuten må mindre vann tørkes bort i papirmaskinens tørkeavdeling.

Foreliggende oppfinnelse vedrører således en fremgangsmåte ved fremstilling av papir ved forming og awanning av en suspensjon av celluloseholdige fibre, og eventuelt fyllmiddel, på en vire, hvorved formingen og awanningen skjer i nærvær av et anionisk uorganisk kolloid, et aluminat og en kationisk syntetisk polymer.

Fremgangsmåten er særpreget ved det som er angitt i krav 1<1>s karakteriserende del. Ytterligere trekk fremgår av kravene 2 - 10.

De tre komponentene kan tilsettes fibermassen i tilfeldig orden. Best effekt oppnås dersom aluminatet settes til massen først, hvoretter den kationiske syntetiske polymeren og deretter det anioniske uorganiske kolloidet tilsettes. Betydelig forbedring sammenlignet med kjent teknikk erholdes selv om det anioniske uorganiske kolloidet tilsettes massen først, fulgt av den kationiske polymeren og aluminatet i tilfeldig orden. Separat tilsetning av de tre respektive komponentene foretrekkes selv om det er mulig å forblande to an komponentene før tilsetningen.

Slike kationiske syntetiske polymerer som kan anvendes i oppfinnelsen er kationiske organiske nitrogen-holdige polymerer som normalt benyttes innen papirfremstilling som retensjonsmiddel og/eller våtstyrkemiddel. Spesielt anvendelige er kationiske polyakryl-amider, polyetylen-iminer, polyamin- og polyamid-aminharpikser etc. Polyamin-harpikser og polyamido-aminharpikser benyttes passende i epiklorhydrin-modifisert form. Andre kationiske syntetiske polymerer som kan benyttes er de kationiske melamin-formaldehyd og urea-formaldehyd våtstyrke-harpikser. Mengden av kationisk syntetisk polymer bør ligge innen området 0.01 til 3 vekt-%, fortrinnsvis 0.03 - 2 vekt-%, regnet på tørre fibre og eventuelt fyllmiddel.

De innsatte anioniske uorganiske kolloidene er tidligere kjent for anvendelse ved papirfremstilling. Som eksempel på slike kan nevnes montmorillonitt, bentonitt, titanylsulfat-soler, silikasoler, aluminium-modifiserte silikasoler eller aluminiumsilikatsoler. Uttrykket kolloid og kolloidal angir meget små partikler. Partiklene av de anioniske midlene bør ha en spesifikk overflate som overstiger ca. 50 m<2>/g og passende over 100 m<2>/g og fortrinnsvis i området 50 - 1000 m<2>/g. Silikabaserte kolloider foretrekkes som anionisk uorganisk kolloid.

Spesielt passende silikabaserte kolloider er de silikasoler med kolloidale partikler som er beskrevet i det europeiske patent nr. 41956, og de aluminiumholdige silikasoler som beskrives i europeisk patentsøknad nr. 0218647. Den kolloidale silikaen i disse soler bør fortrinnsvis ha en spesifikk overflate på 50 - 1000 m<2>/g og enda bedre 100 -1000 m<2>/g, hvorved de beste resultatene er observert når den spesifikke overflaten har vært 300 - 700 m<2>/g. Det er konstatert at de kolloidale silikapartiklene bør ha en midlere partikkelstørrelse under 20 nm og fortrinnsvis fra ca. 10 ned til ca. 1 nm (en kolloidal silikapartikkel med en spesifikk overflate på ca. 550m<2>/g tilsvarer en midler partikkelstørrelse på ca. 5 nm)(. Gode resultater erholdes ved anvendelse av de angitte silikasolene i form av en alkalistabilisert sol, som inneholder ca. 2-60 masse-% Si02, fortrinnsvis ca. 4-30 masse-% Si02. Silikasolen kan stabiliseres med et alkali i et molforhold Si02:M20 av fra 10:1 til 300:1, fortrinnsvis 15:1 til 100:1 (M er et ion av gruppen Na, K, Li og NH4). Som tidligere nevnt erholdes meget gode resultater ved anvendelse av kolloidale partikler, som i det minste har et overflatesjikt av aluminiumsilikat eller aluminium-modifisert silikasol, slik at partiklenes overflategrupper inneholder silisium- og aluminiumatomer i et forhold på fra 9.5:0.5 til 7.5:2.5 med de angitte overflater og partikkelstørrelser. Silikasoler som oppfyller disse spesifikasjonene er kommersielt tilgjengelige f.eks. fra Eka Nobel AB.

Mengden av anionisk kolloid som tilføres massen bør ligge i området 0.005 - 2 vekt-%, fortrinnsvis 0.01 - 0.4 vekt-%, regnet på tørre cellulosefibre og eventuelt fyllmiddel, Konsentrasjonen av kolloid, fortrinnsvis kolloidal silika, i den solen som tilføres massen er ikke kritisk. Av praktiske årsaker er det passende at solene ved dosering til massen har en konsentrasjon på 0.05 - 5.0 vekt-%.

Med aluminat menes alkalimetall-aluminat som er velkjent for anvendelse innen papirfremstilling, spesielt ved hydrofobering med tall-harpiks. Fortrinnsvis benyttes natriumaluminat (Na2Al204), men også kaliumaluminat kan anvendes selv om det er kostnadsmessig mindre gunstig. Mengden av aluminat kan variere innen brede grenser. Tilsetningen av aluminat til massen gjøres enklest i form av vannløsninger der konsentrasjonen ikke er kritisk men avpasses med hensyn til praktiske årsaker. I henhold til oppfinnelsen har det vist seg at alt små mengder aluminat, i forhold til mengden anionisk uorganisk kolloid, gir betydelige forbedringer av awanningseffekten. Forbedringer erholdes ved et masseforhold aluminat, regnet som AL203, til uorganisk kolloid på 0.01:1. Den øvre grensen er ikke kritisk, Ingen nevneverdige forbedringer erholdes selv om forholdet aluminat til uorganisk kolloid overstiger 3:1. Passende ligger forholdet fra 0.02:1 til 1.5:1, fortrinnsvis fra 0.05:1 til 0.7:1. Angitte forhold gjelder alle vektforhold mellom aluminat, regnet som A1203og det uorganiske kolloid.

Den forbedrede retensjons- og awanningseffekt erholdes over et bredt pH-intervall i massen. pH kan ligge innen området

ca. 4 - 10. pH ligger passende over 5 og helst innen området 6-9. Om ønsket pH ikke oppnås ved tilsetning av aluminat-løsningen, som i seg selv er basisk, kan massens pH justeres ved tilsetning av f.eks.natriumhydroksid. Hvis det bruke alkalisk bufrede fyllmidler, som f.eks. kritt, oppnås normalt passende pH uten justeringer. Andre fyllmidler enn kritt kan naturligvis brukes, men da må man passe på at pH i massen holdes innen de angitte grenser.

Ved papirfremstilling i henhold til oppfinnelsen kan det inngå mineralfyllmidler av vanlige typer f.eks. kaolin, titandioksid, gips, kritt og talk. Uttrykket "mineralfyllmidler" brukes her for i tillegg til disse fyllmidlene omfatte også wollastonitt og glassfibre og også mineralske lavtetthets fyllmidler som ekspandert perlitt. Mineralfyllmidler tilsettes vanligvis i de vanlige konsentrasjoner som brukes for slike fyllmidler. Eventuelt kan fyllmiddelet behandles før tilsetning til massen med komponenter av awannings- og retensjonssystemet i henhold til oppfinnelsen, f.eks. ved behandling med den kationiske syntetiske polymeren og aluminatet eller den uorganiske anioniske kolloiden, hvoretter den resterende komponenten tilsettes massen.

Foreliggende fremgangsmåte kan benyttes ved fremstilling av papir fra forskjellige typer av masse av celluloseholdige fibre. Massene bør inneholde minst 50 vekt-% celluloseholdige fibre. Fremgangsmåten kan f.eks. benyttes for masser av fibre fra kjemisk masse, raffinørmasse eller slipmasse fra såvel løv- som barved. Det kan også benyttes masser av returfibre. Begrepene papir og papirfremstilling som brukes her inkluderer ikke kun papir og dets fremstilling men også andre cellulosefiberholdige ark eller baneformede produkter som masseark, papp og kartong og deres fremstilling.

Fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen kan gjennomføres på kjent måte og med øvrige kjente tilsetninger til fibermassen, som f.eks. hydrofoberingsmiddel etc.

Oppfinnelsen belyses nærmere i følgende eksempler der deler og prosenter angir vektdeler og vekt-% dersom ikke annet er oppgitt.

EKSEMPEL 1.

I følgende forsøk er awannin<g>sef fekten undersøkt med en "Canadian Freeness Tester", som er den vanlige metoden for karakterisering av awanningsevnen i henhold til SCAN-C 21:65.

Massen var basert på blekt bjerk/furusulfatmasse (60:40) og inneholdt 30 vekt-% kritt. Massens pH var 8.5 og dens CSF var 300 ml.

I tabellen er viste mengder for kjemikalietilsetninger basert på tonn tørt massesystem (fibre + fyllmiddel). Det anioniske kolloid bestod av en alkali-stabilisert silikasol med en overflate på 500 m<2>/g. Den kationiske syntetiske polymer var en kationisk polyakrylamid med middelstor kationisitet solgt av Allied Colloids under navnet "Percol 292". Natriumaluminatet ble tilsatt i form av en 0.025 % vandig oppløsning og angitte mengder aluminat er uttrykt som kg A1203.

Kjemikalietilsetningene ble gjort til 1 liter fortynnet masse (ca. 0.3 %) med intervall av 15 sekunder under omrøring i rekkefølgen aluminat, kationisk polymer, uorganisk kolloid. Den flokkulerte massen ble overført til freeness apparaturen og målinger ble gjort 15 sekunder etter siste tilsetning. Vannet som ble oppsamlet er et mål på awanningsevnen og angis i ml Canadian Standard Freeness (CSF). Vannet som ble erholdt i forsøket med benyttelse av de tre komponentene var meget klart og dette viser også en god retensjonseffekt av finfibermateriale til de erholdte flokkene.

Som det fremgår gir bruk av selv små mengder aluminat en vesentlig forbedret awanningsevne for systemet kationisk polymer og anionisk kolloid. Tilsvarende effekt av aluminat opptrer ikke dersom den anvendes i kombinasjon kun med kationisk polymer eller kun anionisk kolloid.

EKSEMPEL 2.

Dette eksempelet overensstemte helt med eksempel 1 med den eneste forskjell at andre kationiske syntetiske polymerer ble brukt. Disse var A) en epiklorhydrin-modifisert polyamidoaminharpiks solgt av Hercules Inc. under navnet "Kymene 557 H og B") en modifisert polyaminharpiks solgt av Hercules Inc. under navnet "Delfloc-50".

EKSEMPEL 3.

I dette forsøket ble det brukt en slipemasse som ikke inneholdt fyllmiddel. Massen var tilsatt 0.5 g/l Na2SO4'10H2O for å gi ionestyrke tilsvarende den som forekommer i praksis. Den kationiske polymer var det samme polyakrylamidet som i eksempel 1. Det anioniske kolloid var aluminium-modifisert, 15 % alkali-stabilisert, silikasol der de kolloidale partiklenes overflate var modifisert med 9 % Al atomer og partiklenes overflate var 500 m<2>/g. Rekkefølgen ved tilsetning var natriumaluminat, kationisk polymer fulgt av anionisk kolloid. Forsøkene ble delvis gjort i en masse ved pH 6 og dels ved pH 7.5 der pH ble justert med fortynnet H2S04eller NaOH.

EKSEMPEL 4.

I disse forsøkene ble det i likhet med eksempel 1 brukt en slipemasse med tilsetning av 0.5 g/l Na2SC«4• 10H2O. Massens pH var 6.5 og de tilsatte kjemikalier var natriumaluminat, en kationisk polyetylenimin solgt av BASF under navnet "Polymin SK" og en anionisk kolloid som bestod av en bentonitt kolloid med en spesifikk overflate i vann på ca. 400

- 800 m<2>/g.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte ved fremstilling av papir ved forming og awanning av en suspensjon av celluloseholdige fibreJ eventuelt inneholdende et fyllstoff, på en virekarakterisert vedat formingen og avvanningen skjer i nærvær av en anionisk uorganisk kolloid, med unntagelse av en anionisk uorganisk kolloid som utgjøres av en polymer kiselsyre med en spesifikk overflate på minst 1050 m<2>/g, et aluminat og en kationisk syntetisk polymer.

2. Fremgangsmåte i henhold til krav 1,karakterisert vedat den anioniske kolloiden består av en silikabasert kolloid.

3. Fremgangsmåte i henhold til krav 1 - 2,karakterisert vedat kolloiden er en silikasol, en silikasol med partikler som i det minste har et yttersjikt av aluminiumsilikat eller an aluminium-modifisert silikasol.

4. Fremgangsmåte i henhold til krav 1 - 3,karakterisert vedat kolloidpartiklene har en spesifikk overflate i området 50 - 1000 m<2>/g.

5. Fremgangsmåte i henhold til krav 3,karakterisert vedat kolloidens partikkelstørrelse er høyst 2 0 nm.

6. Fremgangsmåte i henhold til krav 1,karakterisert vedat den kationiske syntetiske polymeren er et kationisk polyakrylamid, polyetylenimin, polyamin eller polyamidoamin.

7. Fremgangsmåte i henhold til krav 1-6,karakterisert vedat aluminatet tilsettes til fibersuspensjonen før den anioniske uorganiske kolloiden og den kationiske syntetiske polymeren.

8. Fremgangsmåte i henhold til krav 1-5,karakterisert vedat mengden anionisk uorganisk kolloid ligger innen området 0.005 - 2 vekt-% i beregnet på tørre fibre og eventuelle fyllmidler.

9. Fremgangsmåte i henhold til krav 1 eller 6,karakterisert vedat mengden kationisk syntetisk polymer ligger innen området 0.01 - 3 vekt-%, beregnet for tørre fibre og eventuelle fyllmidler.

10. Fremgangsmåte i henhold til krav 1,karakterisert vedat vektforholdet mellom aluminat, regnet som AI2O3, til anionisk uorganisk kolloid ligger innen området fra 0.01:1 til 3:1.