NO324377B1 - Fremgangsmate for fremstilling av papir og kartong - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører fremstilling av papir eller kartong ved hjelp av en fremgangsmåte omfattende tildannelse av en vandig cellulosesuspensjon, tilsette et polymert retensjonsmiddel til suspensjonen for å danne flokker, bryte opp flokkene ved skjærkraftbehandling av suspensjonen for å danne mikroflokker, mikroflokkene aggregeres ved at det til suspensjonen tilsettes en vandig blanding av et anionisk bindingsdannende koaguleringsmiddel, tømme ut den aggregerte suspensjon til å danne et ark, og tørke arket. Fremgangsmåter av denne generelle type er vel kjent. For eksempel innebærer "Hydrocol"-(varemerke) prosessen disse prosesstrinn og anvender bentonitt (dvs. en anionisk svellende leire) som det anioniske bindingsdannende koaguleringsmiddel. Slike prosesser er beskrevet for eksempel i US 4753710, 4913775 og EP-A-707673. Vedrørende kjent teknikk, vises det videre til US4969976.

Dannelsen av den flokkulerte suspensjon innebærer generelt tilsetning av én eller flere kationiske polymerer til suspensjonen. For eksempel er det polymere retensjonsmiddel ofte en kationisk polymer med høy molekylvekt, og/eller andre kationiske polymerer kan tilsettes ved tidligere trinn i prosessen. For eksempel kan kationisk stivelse eller andre styrketilsetningsstoffer tilsettes for å øke styrken og/eller kationiske polymerer med lav molekylvekt kan tilsettes for å forbedre retensjonen og/eller for andre formål, som kontroll av harpiks i tykkmassen.

For å forbedre det visuelle inntrykk av de tørre ark er det vanlig å tilsette et anionisk materiale som vil endre det visuelle inntrykk av arket, som for eksempel et pigment eller fargestoff eller, vanlig, et optisk hvitemiddel. Av hensyn til bekvemmelighet og grundig blanding blir disse anioniske materialer alltid tilsatt i et forholdsvis tidlig trinn i prosessen, avgjort før retensjonsmidlet og ofte endog ved tykkmassetrinnet, for eksempel i blandekassen.

En typisk prosess omfatter således tilsetning av et anionisk optisk hvitemiddel til tykkmassen med eller før et fyllstoff som måtte være nødvendig og deretter tilsettes kationisk stivelse og/eller kationisk koaguleringsmiddel med lav molekylvekt (som også kan være blitt tilsatt til tykkmassen som et harpikskontrolltilsetningsstoff), deretter tilsettes det kationiske eller annet polymert retensjonsmiddel og deretter det anioniske bindingsdannende koaguleringsmiddel.

Prosesser av denne type har vært gjennomført i en meget stor målestokk i mange år.

Ved alle papirfremstillingsprosesser er det ønskelig å oppnå optimal yteevne under anvendelse av en minimumsmengde av kjemiske tilsetningsstoffer. Således ønsker den som driver fabrikken å oppnå optimal harpikskontroll, styrke, retensjon og avrenning eller annen awanning under anvendelse av en minimumsmengde polymer, og optimalt visuelt inntrykk under anvendelse av en minimumsmengde av optisk hvitemiddel, fargestoff eller pigment.

Formålet for oppfinnelsen er å tilveiebringe forbedret yteevne i slike prosesser, Spesielt er et formål å tilveiebringe forbedret retensjons- og awannings- (inklusive avrennings-) yteevne slik at operatøren enten kan være i stand til å anvende den samme mengde av kjemiske tilsetningsstoffer og oppnå økt awannings- og retensjonsyteevne eller å tillate at operatøren kan oppnå ekvivalent awannings- og retensjonsyteevne, men med en redusert mengde tilsetningsstoffer. Et ytterligere formål er å oppnå forbedret visuelt inntrykk, slik at operatøren kan oppnå økt hvithet eller farging under anvendelse av den samme dosering av optisk hvitemiddel, fargestoff eller pigment, eller å oppnå ekvivalent hvithet eller farging med en redusert dose av optisk hvitemiddel, fargestoff eller pigment.

Ifølge oppfinnelsen omfatter en fremgangsmåte for fremstilling av papir eller kartong

tildannelse av en vandig cellulosesuspensjon,

tilsetning av et polymert retensjonsmiddel til suspensjonen for å danne flokker,

flokkene brytes opp ved hjelp av skjærkraftbehandling av suspensjonen for å danne mikroflokker,

mikroflokkene aggregeres ved tilsetning til suspensjonen av en vandig blanding som inkluderer et anionisk bindingsdannende koaguleringsmiddel,

awanning av den aggregerte suspensjon for å danne et ark,

og

arket tørkes,

og i denne fremgangsmåte inkluderes minst én kationisk polymer i suspensjonen før skjærkraftbehandlingen og før det anioniske optiske hvitemiddel og/eller fargestoffet og/eller pigmentet for papiret eller kartongen tilsettes til suspensjonen hovedsakelig samtidig med den anioniske blanding av det anioniske bindingsdannende koaguleringsmiddel.

Det anioniske optiske hvitemiddel, fargestoff eller pigment tilsettes således til den skjærkraftbehandlede suspensjon enten umiddelbart før, etter eller mer vanlig sammen med den vandige suspensjon av anionisk bindingsdannende koaguleringsmiddel. Materialene kan tilsettes til suspensjonen separat, men ved nærliggende punkter eller mer vanlig tilsettes de ved et eneste tilsetningspunkt. Foretrukket blir derfor det anioniske optiske hvitemiddel, fargestoff eller pigment blandet inn i den vandige blanding av anionisk bindingsdannende koaguleringsmiddel før dettes tilsetning over suspensjonen. Det kan således blandes inn i produksjonslinjen når den vandige blanding mates mot suspensjonen eller det kan forhåndsblandes.

Oppfinnelsen er anvendelig ved en hvilken som helst prosess hvor kationisk polymer inkluderes i suspensjonen før skjærkraftbehandlingstrinnet og det anioniske bindingsdannende koaguleringsmiddel tilsettes deretter. I praksis betyr dette at den kan anvendes til vesentlig alle prosesser som innebærer tilsetning av polymert retensjonsmiddel etterfulgt av anionisk bindingsdannende koaguleringsmiddel. Dette er p.g.a. at nesten alle slike prosesser innebærer tilsetning av minst én kationisk polymer ved et eller annet trinn før skjærkraftbehandlingen.

Som et resultat av oppfinnelsen er det mulig å oppnå en forbedret

kombinasjon av awannings- og retensjonsegenskaper og utseendeegenskaper.

Oppfinnelsen er av særlig verdi når kationisk polymer inkluderes i suspensjonen før skjærkraftbehandlingen for å tilveiebringe awanning og retensjon, ettersom oppfinnelsen da tilveiebringer forbedring i awannings- og retensjonsegenskapene. I foretrukne prosesser ifølge oppfinnelsen inkluderes kationisk polymer som et retensjonsmiddel. Dette kan være kationisk stivelse for anvendelse som et retensjonsmiddel som foreslått i for eksempel US 4388150, men er foretrukket en kationisk syntetisk polymer med en tilstrekkelig høy molekylvekt til at den gir retensjonsegenskaper. Generelt må derfor dens molekylvekt være over 500.000 og den har vanlig en egenviskositet på minst 4 dl/g. Egenviskositet måles ved hjelp av et viskosimeter med oppslemmet væskehøyde på en vandig blanding ved 25 °C bufret til pH 7,5.

De foretrukne kationiske retensjonspolymerer er hovedsakelig vannoppløselige kopolymerer av én eller flere etylenumettede monomerer. Generelt er de kopolymerer av akrylamid eller annen vannoppløselig etylenumettet monomer med en kationisk allylmonomer som dialkyldimetylammoniumklorid (DADMAC) eller en kationisk akrylisk monomer som dialkylaminoalkyl(met)akrylater eller akrylamider, enten som syreaddisjonssalt eller foretrukket kvaternært ammoniumsalt. Polymerene kan være fullstendig lineære eller noe tverrbundet som beskrevet i EP 202780. Polymerene kan være amfotære, som resultat av inklusjonen av en liten mengde av anioniske grupper. Egnede kationiske polymeriske retensjonsmidler med høy molekylvekt som kan anvendes ved oppfinnelsen er beskrevet i for eksempel US 4753710, 4913775 og EP-A-308752.

Ved prosesser ifølge oppfinnelsen av denne generelle type hvor det anvendes et kationisk polymert retensjonsmiddel med høy molekylvekt er det ofte fordelaktig å forbehandle suspensjonen med en annen kationisk polymer. Denne kan være kationisk stivelse (før tilsetningen av et syntetisk kationisk polymerisk retensjonsmiddel) eller annen kationisk forsterkende harpiks eller den kan være en kationisk polymer med høy ladning og forholdsvis lav molekylvekt som kan modifisere retensjons- og avvanningsegenskapene. Egnede polymerer av denne type inkluderer polyetyleniminer, polyaminer, polyDADMACS og dicyandiamidkondensatpolymerer.

Oppfinnelsen inkluderer også prosesser hvori cellulosesuspensjonen gjøres kationisk ved tilsetning av slike polymerer eller på annen måte behandles med slike polymerer, og et ikke-ionisk eller anionisk retensjonsmiddel anvendes da. Slike prosesser gjennomført under anvendelse av et anionisk retensjonsmiddel er beskrevet i EP-A-308752 og prosesser som anvender ikke-ioniske eller anioniske retensjonsmidler er beskrevet i EP-A-707673.

Oppfinnelsen er også av verdi når en kationisk polymer, generelt en kationisk polymer med høy ladning og lav molekylvekt som for eksempel hvilke som helst av dem som er drøftet i det foregående, tilsettes ved tykkmassetrinnet, for eksempel for kontroll av harpiks. Egnede kationiske polymerer med lav molekylvekt er beskrevet mer detaljert i for eksempel EP-A-308752 og US 4913775.

Doseringen av de kationiske polymerer anvendt ved oppfinnelsen kan være innenfor konvensjonelle grenser. Doseringen av retensjohsmidlet med høy molekylvekt er således generelt fra 50 til 2000, ofte 100 til 1000 g/t og doseringen av en eventuell kationisk polymer med lav molekylvekt er generelt i området 100 til 3000, ofte 500 til 2000 g/t. Den optimale mengde av en hvilken som helst polymer i en hvilken som helst prosess bestemmes ved rutineforsøk på konvensjonell måte.

Selv om de totale mengder som anvendes ved oppfinnelsen er generelt innenfor konvensjonelle grenser vil generelt den faktiske mengde som kreves for å gi en hvilken som helst spesiell retensjons- eller awanningsyteevne ved en hvilken som helst spesiell prosess være mindre enn i en konvensjonell prosess hvor det optiske hvitemiddel, fargestoff eller pigment tilsettes i et tidligere trinn. Typisk kan mengden av kationisk retensjonsmiddel ved oppfinnelsen være minst 5% og ofte minst 10% mindre enn dén mengde som kreves når det optiske hvitemiddel, fargestoff eller pigment tilsettes ved et tidligere trinn. I noen tilfeller kan mengden være opp til 20% til endog 30% mindre. For eksempel er mengden typisk 10 til 100, ofte omtrent 20 til 50 g/t mindre enn i konvensjonelle prosesser.

Retensjonsmidlet og hvilken som helst annen forutgående polymer tilsettes på konvensjonell måte ved en konvensjonell posisjon. Den fører til flokkulering og det er ved oppfinnelsen, som vanlig, nødvendig å nedbryte flokkene ved skjærkraftbehandling av suspensjonen. Tilstrekkelig skjærkraft kan oppnås enkelt ved å la suspensjonen strømme turbulent gjennom en passasje, hvor da retensjonsmidlet kan tilsettes etter for eksempel den endelige "centriscreen". Generelt oppnås imidlertid nedbrytningen ved å føre suspensjonen gjennom et blandetrinn med høy skjærkraft som for eksempel en "centriscreen" eller en skovlpumpe.

Anionisk bindingsdannende koaguleringsmiddel tilsettes så (vanlig etter det siste punkt med høy skjærkraftbehandling, for eksempel ved eller nær innløpskassen) til den skjærkraftbehandlede suspensjon slik at mikroflokkene aggregerer. Denne generelle metode blir ofte benevnt superkoagulasjon eller som mikropartikkelretensjon ettersom det meste av de egnede anioniske bindingsdannende koaguleringsmidler er mikropartikkelformede materialer.

Det foretrukne materialet er bentonitt, dys. en svellende leire som vanlig er basert på en smektitt-, hektoritt- eller montmorillonitt-leirestruktur. Det er imidlertid også mulig å anvende andre uorganiske anioniske mikropartikkelformede eller kolloidale materialer som kolloidal silika, polysilikatmikrogel, polykiselsyremikrogel og aluminiummodifiserte versjoner av disse (se for eksempel US 4643801, EP-A-359552 og EP-A-348366). Anioniske organiske mikropartikkelformede materialer kan også anvendes. Det kan således anvendes anioniske organiske polymere emulsjoner. De emulgerte polymerpartikler kan være uoppløselige p.g.a. at de er dannet av en kopolymer av vannoppløselig anionisk monomer og én eller flere uoppløselige monomerer som etylakrylat, men foretrukket er den polymeriske emulsjon en tverrbundet mirkoemulsjon av vannoppløselig monomermateriale.

Partikkelstørrelsen av det mikropartikkelformede materialet er generelt under 2 jim, foretrukket under 1 u.m og enkelte ganger under 0,1 u.m. For eksempel kan det anvendes anioniske tverrbundne polymeremulsjoner med partikkelstørrelse 0,01 til 0,2 u.m. Foretrukket er imidlertid det bindingsdannende koaguleringsmiddel bentonitt.

Mengden av bindingsdannende koaguleringsmiddel er vanlig minst 300 g/t og ofte minst 1000 g/t, for eksempel opp til 3000 eller endog 5000 g/t.

Det anioniske fargestoff, pigment eller optisk hvitemiddel kan tilsettes til suspensjonen i en hvilken som helst mengde konvensjonell for dette spesielle materialet for den effekt som ønskes. For eksempel anvendes kommersielle optiske hvitemiddelblandinger (som for eksempel det materialet som selges under handelsnavnet "Blanchophor" P01) typisk i mengder på 500 til 5000, ofte 1000 til 3000, g/t. Oppfinnelsen tillater en reduksjon i mengden av fargestoff, pigment eller optisk hvitemiddel mens ekvivalent visuell virkning opprettholdes for eksempel med at reduksjoner på 5 til 30% er typiske. Det er imidlertid vanlig foretrukket å anvende en hvilken som helst mengde av optisk hvitemiddel, fargestoff eller pigment ved det endelige trinn som gir det ønskede visuelle inntrykk uansett hvor mye som måtte ha vært passende hvis de hadde vært tilsatt ved et tidligere trinn.

Cellulosesuspensjonen kan fremstilles fra hvilke som helst konvensjonelle utgangsmasser og kan være ren eller uren. Den kan være fylt eller ikke fylt. Hvis den er fylt er mengden av fyllstoff i suspensjonen typisk 10 til 50 vekt-% av totale faststoffer i suspensjonen. Konvensjonelle fyllstoffer kan anvendes.

Det følgende er et eksempel.

En prosess ble gjennomført i samsvar med den generelle lære i US 4913775. Fyllstoff ble således blandet inn i suspensjonen etterfulgt av 3,5 kg/t kationisk stivelse etterfulgt av 500 g/t polyDADMAC (egenviskositet IV omtrent 1 dl/g) etterfulgt av 200 g/t kationisk polymer med høy molekylvekt etterfulgt av skjærkraftbehandling i "centriscreen" etterfulgt av 1,5 kg/t bentonitt. Den kationiske polymer var en kopolymer av akrylamid og dimetylaminoetylakrylat kvaternært salt med egenviskositet IV omtrent 7 til 10 dl/g.

I en første prosess ble optisk hvitemiddel tilsatt før fyllstoffet i en mengde på fra 1 til 3 kg/t.

I en annen prosess ble hovedsakelig den samme mengde optisk hvitemiddel tilsatt etter stivelsen, men før polyDADMAC.

I en tredje prosess ble hovedsakelig den samme mengde optisk hvitemiddel tilsatt med bentonitten, som en vandig blanding inneholdende både bentonitt og det optiske hvitemiddel.

Det ble funnet at mengden av kationisk retensjonsmiddel i den tredje prosess kunne nedsettes med omtrent 30 g/t (dvs. til 170 g/t) sammenlignet med mengden anvendt i den første og andre prosess uten tap av awannings- og retensjonsyteevne. Den tredje prosess ifølge oppfinnelsen ga således en 15% besparelse i kationisk retensjonsmiddel uten noe tap i awannings- eller retensjonsyteevne og under opprettholdelse av det visuelle inntrykk.

Claims (9)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av papir eller kartong omfattende tildannelse av en vandig cellulosesuspensjon, tilsetning av et polymerisk retensjonsmiddel til suspensjonen for å danne flokker, nedbryte flokkene ved skjærkraftbehandling av suspensjonen for å danne mikroflokker, mikroflokkene aggregeres ved tilsetning til suspensjonen av en vandig blanding av et anionisk bindingsdannende koaguleringsmiddel, den aggregerte suspensjon avvannes for å danne et ark, og arket tørkes, karakterisert ved at en kationisk polymer inkluderes i suspensjonen før skjærkraftbehandlingen og et anionisk fargestoff, pigment og/eller optisk hvitemiddel for papiret eller kartongen tilsettes til suspensjonen hovedsakelig sammen med den vandige blanding av anionisk bindingsdannende koaguleringsmiddel.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det polymeriske retensjonsmiddel velges fra kationisk stivelse og syntetiske vannoppløselige kationiske polymer-retensjonsmidler med egen viskositet minst 4 dl/g.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det polymere retensjonsmiddel omfatter en vannoppløselig kationisk syntetisk polymer dannet fra én eller flere etylenumettede monomerer og med en egenviskositet minst 4 dl/g.

4. Fremgangsmåte ifølge hvilke som helst av de foregående krav, karakterisert'ved at en kationisk polymer tilsettes suspensjonen før det polymeriske retensjonsmiddel.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at den kationiske polymer som er tilsatt før retensjonsmidlet er valgt fra polyDADMAC-, polymin-, polyamin- og dicyandiamid-polymerer.

6. Fremgangsmåte ifølge hvilke som helst av de foregående krav, karakterisert ved at det anioniske optiske hvitemiddel, fargestoff eller pigment inkluderes i den vandige blanding av anionisk bindingsdannende koaguleringsmiddel før tilsetning av dette til suspensjonen.

7. Fremgangsmåte ifølge hvilke som helst av de foregående krav, karakterisert ved at det anioniske bindingsdannende koaguleringsmiddel er valgt fra organiske og uorganiske mikropartikkelformede materialer.

8. Fremgangsmåte ifølge hvilke som helst av de foregående krav, karakterisert ved at det anioniske bindingsdannende koaguleringsmiddel omfatter bentonitt.

9. Fremgangsmåte ifølge hvilke som helst av de foregående krav, karakterisert ved at det anioniske optiske hvitemiddel inkluderes med det anioniske bindingsdannende koaguleringsmiddel.