NO331431B1 - Fremgangsmate for a oke retensjon og drenering i en papirfremstillingsmasse anvendende vannloselige anioniske eller ikke ioniske dispersjonspolymerer med hoy molekylvekt - Google Patents

Abstract

Oppfinnelsen er rettet mot en fremgangsmåte for å øke retensjon og drenering i en papirfremstillingsmasse omfattende å tilsette til massen en effektiv flokkulerende mengde av en høy molekylvekt vannløselig anionisk eller ikke-ionisk polymer.

Description

Teknisk område

Denne oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte for å øke retensjon og drenering i en papirfremstillingsmasse, som anvender høy molekylvekt vannløselige anioniske-eller ikke-ioniske dispersjonspolymerer.

Bakgrunn for oppfinnelsen

I tilvirkningen av papir dannes en papirmasse til et papirark. Papirfremstillingsmassen er en vandig slurry av cellulosefibre med et fiberinnhold på omtrent 4 vektprosent (prosent tørrvekt av faststoff i massen) eller mindre, på vanligvis omtrent 1,5 % eller mindre, og ofte under 1,0 % før papirmaskinen, mens det ferdige ark typisk har mindre enn 6 vektprosent vann. Derved er avvanning og retensjonsaspekter av papirfremstilling ekstremt viktige for effektiviteten og kostnaden av tilvirkningen.

Tyngdekraft avvanning er den foretrukne metode for avvanning på grunn av den selektive lave kostnad. Etter tyngdekraft avvanning anvendes dyrere metoder for avvanning, for eksempel vakuum, pressing, filtmatteavtrekking og pressing, for-dampning og lignende. I virkelig praksis benyttes en kombinasjon av slike metoder for å avvanne, eller tørke arket til det ønskede vanninnhold. Fordi tyngdekraft avvanning både er den første avvanningsmetoden benyttet og den minst kostbare, vil en forbedring i effektiviteten av denne dreneringsprosess øke mengden vann som må fjernes ved andre metoder og derved forbedre den totale effektivitet av avvanning og redusere kostnaden derav.

Et annet aspekt av papirfremstilling som er ekstremt viktig for effektiviteten og kostnaden er retensjon av massekomponenter på og innen fibermaten. Papirfremstillingsmassen representerer et system inneholdende betydelige mengder av små partikler stabilisert ved kolloidale krefter. Papirtilvirkningsmassen inneholder gene-relt, i tillegg til cellulosefibrer, partikler som varierer i størrelse fra omtrent 5 til omtrent 1.000 nm bestående av, for eksempel, cellulosefinstoff, minerale filtstoff (benyttet for å øke opasitet, lyshet og andre papirkarakteristikker) og andre små partikler som vanligvis, uten inkludering av en eller flere retensjonsmidler, i betydelig andel ville passere gjennom åpningene (porer) mellom matten dannet av cel-lulosefibrene på papirmaskinen.

Større retensjon av finstoff, fyllstoff og andre komponenter av massen tillater, for en gitt papirkvalitet, en reduksjon i cellulosefiberinnhold av slik papir. Ettersom masser av lavere kvalitet benyttes for å redusere papirtilvirknings kostnader, blir retensjonsaspekt av papirfremstilling mer viktig fordi det finstoff-innholdet av slike lavere kvalitetsmasser vanligvis er større. Høyere retensjon senker også mengden av slike substanser som går tap i bakvannet og reduserer derved mengden av materiale kostnader, kostnaden av avfallsdeponering og de ugunstige miljøeffekter derifra. Det er vanligvis ønskelig å redusere mengden av materiale benyttet i en papirfremstillingsprosess for et gitt formål, uten å senke det ønskede resultat. Slike tilleggsreduksjoner kan realisere både en materialkostnadsbesparing og håndtering og behandlingsfordeler.

En annen viktig karakteristikk av en gitt papirfremstillingsprosess er formasjonen av papirarket produsert. Formasjon kan bestemmes ved variansen i lys transmisjon innen et papirark, og en høy varians indikerer en dårlig formasjon. Ettersom retensjonen øker til et høyt nivå, for eksempel et retensjonsnivå på 80 eller 90 %, synker vanligvis formasjonspa ra meteren.

Forskjellig kjemiske additiver har blitt benyttet i et forsøk på å øke hastigheten av hvilket vannet dreneres fra det dannede ark, og for å øke mengden av finstoff og fyllstoff gjenholdt i arket. Anvendelsen av høy molekylvekt vannløselige polymerer er en betydelig forbedring i tilvirkningen av papir. Disse høy molekylvekt polymerer virker som flokkulanter, som dannes store fnokker som avsettes på papiret. De hjelper også i avvanningen av arket. For å være effektive krever konvensjonelle enkle og duale polymer-retensjon og dreneringsprogrammer innlemmelsen av en høy molekylvekt komponent som del av programmet. I disse konvensjonelle pro-grammer tilsettes høy molekylvekt komponenten etter et høyt skjærpunkt i masse-flytsystemet som fører opp til innløpskassen av papirmaskinen. Dette er nødvendig fordi fnokker dannes primært ved brobyggingsmekanisme og deres nedbrytning er en hovedsakelig irreversibel prosess. Av denne grunn går det meste av retensjon og dreneringsytelsen av en flokkulant tapt ved å dosere den før et høyt skjærpunkt. Til deres ulempe fører dosering av høy molekylvekt polymerer etter det høye skjærpunkt ofte til formasjonsproblemer. Doseringskravene av høy molekylvekt polymerer og kopolymerer som tilveiebringer forbedret retensjon fører ofte til et kompro-miss mellom retensjon og formasjon.

Selv om de er fremgangsrike, forbedres høy molekylvekt flokkulantprogrammer ved tilsetningen av såkalte uorganiske "mikropartikler". Et slikt program benyttes for å tilveiebringe en forbedret kombinasjon av retensjon og avvanning er beskrevet i US patent nr. 4,753,710 og 4,913,775, i hvilket en høy molekylvekt lineær kationisk polymer tilsettes til den vandige cellulose papirfremstillingssuspensjon før skjær påføres suspensjonen, etterfulgt av tilsetningen av bentonitt etter skjærtilførselen. Skjær tilveiebringes ofte ved en eller flere av rensing, blanding og pumpetrinn av papirfremstillingsprosessen, og skjæret bryter ned de store fnokker dannet ved den høye molekylvekt polymer til mikrofnokker. Videre agglomerering følger deretter ved tilsetningen av bentonittleirepartikler.

Selv om mikropartiklene som beskrevet over typisk tilsettes til massen etter flokkulanten og etter minst en skjærsone, kan mikropartikkeleffekten også observeres dersom mikropartikkelen tilsettes før flokkulanten og skjærsonen (US patent nr. 4,305,781).

Et annet program der additivet tilsettes før flokkulanten er den såkalte "forbedrer/flokkulant"behandling. Forbedrerprogrammer omfattet tilsetningen av en forbedrer, slik som fenolformaldehydharpiks, til massen, etterfulgt av tilsetning av høy molekylvekt, ikke-ionisk flokkulant slik som polyetylenoksid (US patent nr. 4,070,236). I slike systemer forbedrer forbedreren ytelsen av flokkulanten.

I et enkelt polymer/mikropartikkelretensjon og dreneringshjelpmiddelprogram er en flokkulant, typisk en kationisk polymer, det eneste polymer materiale tilsatt sammen med mikropartikkelen. En annen fremgangsmåte for å forbedre flokkuleringen av cellulosefinstoff, minerale fyllstoff og andre massekomponenter på fibermatten anvendende en mikropartikkel er i kombinasjon med et dualt polymerprogram som anvender, i tillegg til mikropartikkelen, et koagulant og flokkulantsystem. I et slikt system tilsettes en koagulant først, for eksempel en lav molekylvekt syntetisk kationisk polymer eller kationisk stivelse. Koagulanten kan også være en uorganisk koagulant slik som alum eller polyaluminiumklorider. Denne tilsetning kan skje ved ett eller flere punkter innen massetilvirkningssystemet inkludert, men ikke begren-set til, tykkmassen, bakvannssystemet eller tynnmassen av en maskin. Denne koagulant reduserer vanligvis den negative overflateladningen til stede på partiklene i massen, slik som cellulosefinstoff og minerale fyllstoff, og oppnår derved en grad av agglomerering av slike partikler. Derimot, i tilstedeværelsen av andre nedbry-tende anioniske arter, tjener koagulanten til å nøytralisere de forstyrrende arter som muliggjør aggregering med den påfølgende tilsetning av en flokkulant. En slik flokkulant er vanligvis en høy molekylvekt syntetisk polymer som brobygger partiklene og/eller agglomeratene, fra en overflate til en annen, som binder partiklene til større agglomerater. Tilstedeværelsen av slike store agglomerater i massen, ettersom fibermatten av papirarket dannes, øker retensjon. Agglomeratene filtreres ut av vannet over på fibernettet, mens uagglomererte partikler ville i en stor utstrek-ning, passere gjennom et slikt papirnett. I et slikt program kan rekkefølgen av tilsetning av mikropartikkelen og flokkulanten reverseres med fremgang.

Derimot er det fortsatt behov for å utvikle nye retensjonshjelpemidler for å øke effektiviteten av masse eller papirtilvirkning.

US patent nr. 5.605.970 beskriver en fremgangsmåte for å fremstille visse høymo-lekylær vekt-anioniske polymerdispersjoner. US patent nr. 5.837.776 beskriver visse høy-molekylvekt anioniske flokkulanter og en fremgangsmåte for deres fremstilling. En fremgangsmåte for produksjonen av en vannløselig polymer dispersjon i nærvær av et dispergeringsmiddel, hvori dispergeringsmidlet kan være en poly(2-akylamid-2-metylpropansulfonsyre (AMPS) eller en kopolymer med 30 mol% AMPS eller mer er beskrevet i EP

0 183 466.

Oppsummering av oppfinnelsen

Denne oppfinnelsen er rettet på en fremgangsmåte for å øke retensjon og drenering i en papirfremstillingsmasse, som er kjennetegnet ved at den omfatter å tilsette til massen på fra 0,01 kg (0,02 Ibs) polymer/tonn til 10 kg (20 Ibs) polymer/tonn av en høy molekylvekt vannløselig dispersjonspolymer hvori dispersjonspolymeren har en bulk Brookfield-viskositet på fra 10 til 25.000 eps ved 25 °C og omfatter fra 5 til 50 vekt% av en vannløselig polymer fremstilt ved polymerisering under fri radikale dannelsesbetingelser ved en pH på fra over 5 til 8 i en vandig løsning av et vannløselig salt i tilstedeværelsen av en stabilisator: i. 0-30 mol% av akrylsyre eller metakrylsyre eller alkalimetallet, jord-alkalimetallet eller ammoniumsaltene derav, og ii. 100-70 mol% av akrylamid;

hvori stabilisatoren er en anionisk vannløselig kopolymer av akrylsyre eller metakrylsyre og 2-akrylamido-2-metyl-l-propansulfonsyre med en intrinsisk viskositet 1 IM NaN03på fra 0,1-10 dl/g og omfatter fra 0,1 til 5 vekt% basert på den totale vekt av dispersjonen, og det vannløselige salt er valgt fra gruppen bestående av ammonium, alkalimetall og jordalkalimetallhalider, sulfater og fosfater og omfatter fra 5 til 40 vekt% basert på vekten av dispersjonen.

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen

"Monomer" betyr en polymeriserbar allylisk, vinylisk eller akrylisk forbindelse.

"Anionisk monomer" betyr en monomer som definert heri som innehar en netto negativ ladning. Representative anioniske monomerer inkluderer akrylsyre, metakrylsyre, 2-akrylamid-2-metyl-l-propansulfonsyre, akrylamidmetylbutansyre, maleinsyre, fumarsyre, itakonsyre, vinylsulfonsyre, styrensulfonsyre, vinylfosfonsy-re, allylsulfonsyre, allylfosfonsyre, sulfometylert akrylamid, fosfonmetylert akrylamid og vannløselige alkalimetall, jordalkalimetall og ammonium-salter derav. Valget av anioniske monomerer er basert på flere faktorer som inkluderer evnen til å få monomeren til å polymerisere med den ønskede komonomer, anvendelsen av den produserte monomer og kostnad. En foretrukket anionisk monomer er akrylsyre.

I visse tilfeller kan det være nødvendig å kjemisk modifisere en ikke-ionisk mono-merkomponent inneholdt i dispersjonspolymeren av oppfinnelsen etter polymerisering for å oppnå en anionisk funksjonell gruppe, for eksempel modifiseringen av en innlemmet akrylamid merenhet til det tilsvarende sulfonat eller fosfonat.

"Ikke-ionisk monomer" betyr en monomer som definert heri som er elektrisk nøyt-ral. Representative ikke-ioniske monomerer inkluderer akrylamid, metakrylamid, N-metylakrylamid, /V-isopropylakrylamid, /V-t-butylakrylamid, /V-metylolakrylamid, /V,/V-dimetyl(met)akrylamid, /V-isopropyl(met)akrylamid, /V-(2-hydroksypropyl)metakrylamid, /V-metylolakrylamid, /V-vinylformamid, /V-vinylacetamid, /V-vinyl-/V-metylacetamid, poly(etylenglykol)(met)akrylat, poly(etylen-glykol)monometyletermono(met)akrylat, /V-vinyl-2-pyrrolidon, glyserolmo-no((met)akrylat), 2-hydroksyetyl(met)akrylat, vinylmetylsulfon, vinylacetat og lignende. Foretrukne ikke-ioniske monomerer inkluderer akrylamid, metakrylamid, N-isopropylakrylamid, /V-t-butylakrylamid og /V-metylolakrylamid. Mer foretrukne ikke-ioniske monomerer inkluderer akrylamid og metakrylamid. Akrylamid er enda mer foretrukket.

RSV står for redusert spesifikk viskositet. Redusert spesifikk viskositet er en indikasjon på polymerkjedelengde og gjennomsnittlig molekylvekt. Polymerkjedelengde og gjennomsnittlig molekylvekt indikerer omfanget av polymerisering ved produksjon. RSV er målt ved en gitt polymerkonsentrasjon og temperatur, og be-regnes som følger:

ri = viskositet for polymerløsning

r|0= viskositet for løsemiddel ved samme temperatur

c = konsentrasjon av polymer i løsning

I denne patentsøknad er enhetene for konsentrasjon "c" (g/100 ml eller g/dl). Der-for er enhetene for RSV dl/g.

I denne patent er løsemidlet anvendt for å måle RSV 1,0 Molar natriumnitratløs-ning. Polymerkonsentrasjonen i

dette løsemidlet er 0,045 g/dl. RSV er målt ved 30 °C. Viskositetene r| og r|0ble målt anvendende en Cannon Ubbelohde semimikro fortynningsviskosimeter, stør-relse 75. Viskosimeteret er montert i en perfekt vertikal posisjon i et konstant temperaturbad justert til 30 ± 0,02°C. Den iboende feil i beregningen av RSV er omtrent 2 dl/g. Når to polymerer med samme sammensetning har like RSVer målt under identiske betingelser, er det en indikasjon på at de har samme molekylvekter.

IV står for intrinsisk viskositet, som er RSV når grensen av polymerkonsentrasjon er null.

"Invers emulsjonspolymer" og "latekspolymer" betyr en selv-inverterende vann-i-olje polymeremulsjon omfattende en polymer ifølge denne oppfinnelsen i den vandige fase, en hydrokarbonolje for oljefasen, et vann-i-olje emulsjonsmiddel og en

inverterende surfaktant. Inverse emulsjonspolymerer er hydrokarbonkontinuerlige med de vannløselige polymerer dispergert som mikronstørrelsespartikler innen hy-drokarbonmatrisen. De inverse emulsjonspolymerer "inverteres" deretter eller ak-tiveres for anvendelse ved å frigi polymeren fra partiklene anvendende skjær, for-tynning og vanligvis en annen surfaktant.

Inverse emulsjonspolymerer fremstilles ved å løse de ønskede monomerer i vannfasen, å løse emulsjonsmidlet i oljefasen, å emulgere vannfasen inn i oljefasen for å fremstille en vann-i-olje-emulsjon, å homogenisere vann-i-olje-emulsjonen, å polymerisere monomerene løst i vannfasen av vann-i-olje-emulsjonen for å oppnå polymeren og deretter å tilsette den selvinverterende surfaktant for å oppnå den vann-i-olje selvinverterende vann-i-olje-emulsjonen.

"Dispersjonspolymer" betyr en vannløselig polymer dispergert i en vandig kontinu-erlig fase inneholdende ett eller flere uorganiske salter. I prosessen av dispersjonspolymerisering er monomeren og initiatoren begge løselige i polymeriseringsmediet, men mediet er et dårlig løsemiddel for den resulterende polymer. Følgelig er reaksjonsblandingen homogen ved start, og polymeriseringen injiseres i en homogen løsning. Avhengig av løseligheten av mediet for de resulterende oligomerer eller makroradikaler og makromolekyler, oppstår faseseparasjon ved et tidlig stadi-um. Dette fører til kjernedannelse og dannelsen av primærpartikler kalt "forløpe-re", og forløperne er kolloidalt stabilisert ved adsorpsjon av stabilisatorer. Partiklene antas å bli svellet av polymeriseringsmediet og/eller monomeren, som fører til dannelsen av sfæriske partikler med en størrelse i området~0,1-10,0 mikron.

"Anioniske dispersjonspolymer" betyr en dispersjonspolymer som definert heri som inneharen netto negativ ladning.

"Ikke-ionisk dispersjonspolymer" betyr en dispersjonspolymer som definert heri som er elektrisk nøytral.

I enhver dispersjonspolymerisering er variablene som vanligvis kontrolleres kon-sentrasjonene av stabilisatoren, monomeren og initiatoren, løseligheten av dispersjonsmediet og reaksjonstemperaturen. Det har blitt funnet at disse variablene kan ha betydelig effekt på partikkelstørrelsen, den molekylære vekt av sluttpolymerpar-tiklene og kinetikken av polymeriseringsprosessen.

Partikler produsert ved dispersjonspolymerisering i fravær av enhver stabilisator er ikke tilstrekkelige stabile, og kan koagulere etter deres dannelse. Tilsetning av en liten prosentdel av en egnet stabilisator til polymeriseringsblandingen produserer stabile dispersjonspartikler. Partikkelstabilisering i dispersjonspolymerisering er vanligvis referert til som "sterisk stabilisering". Gode stabiliserere for dispersjonspolymerisering er polymer- eller oligomerforbindelser med lav løselighet i polymeriseringsmediet og moderat affinitet for polymerpartiklene.

Ettersom stabilisatorkonsentrasjonen økes, synker partikkelstørrelsen, som antyder at antallet av kjerner dannet øker med økende stabilisatorkonsentrasjon. Teorien for koagulasjons-kjernedannelse forklarer meget godt årsaken til den observerte avhengighet av partikkelstørrelse på stabilisatorkonsentrasjonen, fordi desto større konsentrasjon av stabilisator absorbert, desto saktere vil koagulasjonstrinnet være. Dette resulterer i at flere forløpere blir modne partikler, som derved reduserer stør-relsen av partikler produsert.

Ettersom løseligheten av dispersjonsmediet øker, (a) vil oligomerene vokse til en større MW før de blir en forløperkjerne, (b) forankringen av stabilisatorandelen vil antagelig bli redusert og (c) partikkelstørrelsen øker. Ettersom initiatorkonsentra-sjonen økes, har det blitt observert at sluttpartikkelstørrelsen øker. Som for kinetikken er det rapportert at når dispersjonsmediet er et ikke-løsemiddel for polymeren som dannes, så er stedet for polymerisering stort sett innen de voksende partikler og systemet følger bulkpolymeriseringskinetikk, n (den kinetiske kjedelengde) = Rp/Rt, hvor Rp er propageringshastigheten og Rt er termineringshastigheten. Ettersom løseligheten av dispersjonsmediet for den voksende polymerpartikkel øker, fremskrider polymervekst i løsningen. Polymerradikalene som dannes i løsning, fanges deretter av voksende partikler. Følgelig forandres stedet for partikkelpoly-meriseringsprosessen og det er en medfølgende forandring i kinetikken av polymeriseringen.

Dispersjonspolymerene av foreliggende oppfinnelse inneholder fra omtrent 0,1 til omtrent 5 vekt% basert på den totale vekt av dispersjonen av en stabilisator.

Stabilisatorer som anvendt heri inkluderer anionisk ladede vannløselige polymerer med en molekylvekt på fra omtrent 100.000 til omtrent 5.000.000 og fortrinnsvis fra omtrent 1.000.000 til omtrent 3.000.000. Stabiliseringspolymeren må være løselig eller lett løselig i saltløsning, og må være løselig i vann. Stabilisatorpolymerene har vanligvis en intrinsisk viskositet i IM NaN03på omtrent 0,1-10 dl/g, fortrinnsvis omtrent 0,5-7,0 dl/g og mer foretrukket omtrent 2,0-6,0 dl/g ved 30 °C.

Foretrukne stabilisatorer er polyakrylsyre, poly(met)akrylsyre, poly(2-akrylamido-2-metyl-l-propansulfonsyre) og kopolymerer av 2-akrylamido-2-metyl-l-propan-sulfonsyre og en anionisk komonomer valgt fra akrylsyre og metakrylsyre.

Stabilisatorpolymerene er fremstilt anvendende konvensjonelle løsningspolymerise-ringsteknikker, og er fremstilt i vann-i-olje-emulsjonsform eller er fremstilt ifølge dispersjonspolymeriseringsteknikkene beskrevet heri. Valget av en spesiell stabili-satorpolymer vil være basert på partikkelpolymeren som produseres, de spesielle salter som finnes i saltløsningen, og de andre reaksjonsbetingelser som dispersjonen utsettes for under dannelsen av polymeren.

Fortrinnsvis anvendes fra omtrent 0,1 til omtrent 5 vekt%, mer fordelaktig fra omtrent 0,25 til omtrent 1,5 % og enda mer foretrukket fra omtrent 0,4 til omtrent 1,25 vekt% av stabilisator, basert på vekten av den totale dispersjonen eller det ferdige produkt.

Polymerdispersjoner fremstilt i fraværet av stabilisatorkomponenten resulterer i pastalignende slurryer som indikerer at en stabil dispersjon ikke ble dannet. De pastalignende produktene tykner vanligvis innen en relativ kort tidsperiode til en masse som ikke kan pumpes eller håndteres innen de vanlige anvendelser hvor polymerer av denne type benyttes.

Det som er igjen av dispersjonen består av en vandig løsning omfattende fra omtrent 2 til omtrent 40 vekt% basert på den totale vekt av dispersjonen av et vann-løselig salt valgt fra gruppen bestående av ammonium, alkalimetall og jordalkalimetallhalider, sulfater og fosfater.

Saltet er viktig for at polymeren produsert i et slikt vandig medium vil bli gjort ulø-selig ved dannelse, og polymerisering vil følgelig produsere partikler med vann-løselig polymer hvor egnet omrøring er tilveiebrakt. Valget av det spesielle salt som skal benyttes er avhengig av den spesielle polymer som skal produseres, og stabilisatoren som skal benyttes. Valget av salt og mengden av salt til stede bør gjøres slik at polymeren som produseres vil være uløselig i saltløsningen. Spesielt nyttige salter inkluderer en blanding av ammoniumsulfat og natriumsulfat i en slik mengde at den vandige løsningen mettes. Mens natriumsulfat kan anvendes alene, er det funnet at det forandrer utfellingsprosesesen under polymerisering. Salter inneholdende di- eller trivalente anioner er foretrukket på grunn av deres reduserte løselighet i vann sammenlignet med for eksempel alkali, jordalkali eller ammo-niumhalidsalter, selv om monovalente anionsalter kan benyttes i visse tilfeller. Anvendelsen av salter inneholdende di- eller trivalente anioner resulterer vanligvis i polymerdispersjoner med lavere prosentdeler av saltmaterialer sammenlignet med salter inneholdende monovalente anioner.

Det spesielle salt som skal anvendes bestemmes ved å fremstille en mettet løsning av saltet eller saltene, og å bestemme løseligheten av den ønskede stabilisator og den ønskede polymer. Fortrinnsvis anvendes fra omtrent 5 til omtrent 30, mer foretrukket fra omtrent 5 til omtrent 25 og enda mer foretrukket fra omtrent 8 til omtrent 20 vekt% basert på vekten av dispersjonen av saltet. Ved anvendelse av høyere mengder av monomer vil mindre salt være nødvendig.

I tillegg til det ovennevnte kan andre ingredienser benyttes i å lage polymerdispersjoner av den foreliggende oppfinnelse. Disse tilleggsingredienser kan inkludere chelaterende midler designet for å fjerne metalliske urenheter fra å forstyrre aktivi-teten av den frie radikale katalysator benyttet, kjedeoverføringsmidler for å regu-lere molekylvekten, kjernedannende midler og kodispergerende materialer. Når kjernedannende midler anvendes, omfatter de vanligvis en liten mengde av den samme polymer som skal produseres. Dersom en polymer inneholdende 70 mol% akrylsyre (eller dets vannløselige salter) og 30 % akrylamid skulle produseres, kan således et kjernedannende middel eller "frø" av den samme eller lignende polymer-sammensetning benyttes. Vanligvis anvendes opp til 10 vekt%, foretrukket omtrent 0,1 til omtrent 5, mer foretrukket fra omtrent 0,5 til omtrent 4, og enda mer foretrukket fra omtrent 0,75 til 2 vekt% av et kjernedannende middel basert på polymerinnholdet i dispersjonen som anvendes.

Kodispergerende materialer som kan benyttes inkluderer dispergeringsmidler fra klassene bestående av vannløselige sukkere, polyetylenglykoler med en molekylvekt på fra omtrent 2.000 til omtrent 50.000, og andre flerverdige alkoholtype-materialer. Aminer og polyaminer med 2-12 karbonatomer er ofte også nyttige som kodispergerende materialer, men må anvendes med forsiktighet fordi de også kan virke som kjedeoverførende midler under polymerisering. Funksjonen av et kodispergerende middel er å virke som en kolloidalstabilisator under de tidlige trinn av polymerisering. Anvendelsen av kodispergerende materialer er valgfritt, og ikke nødvendig for å oppnå polymerdispersjonene av oppfinnelsen. Når det anvendes, er det kodispergerende middel til stede ved et nivå på opp til omtrent 10, fortrinnsvis omtrent 0,1-4 og mer foretrukket omtrent 0,2-2 vekt% basert på dispersjonen.

Den totale mengde av vannoppløselig polymer fremstilt fra de anioniske og ikke-ioniske vannløselige monomerer i dispersjonen kan variere fra omtrent 5 til omtrent 50 vekt% av den totale vekt av dispersjonen, og fortrinnsvis fra omtrent 10 til omtrent 40 vekt% av dispersjonen. Mest foretrukket inneholder dispersjonen fra omtrent 15 til omtrent 30 vekt% av polymeren fremstilt fra de ikke-ioniske og anioniske vannløselige monomerene.

Polymeriseringsreaksjoner beskrevet heri er initiert på enhver måte som resulterer i generering av en egnet fri-radikal. Termisk avledede radikaler, i hvilke de radikale arter resulterer fra termisk, homolytisk dissosiering av en azo-, peroksid-, hydro-peroksid- og peresterforbindelse, er foretrukket. Spesielt foretrukne initiatorer er azoforbindelser inkludert 2,2'-azobis(2-amidinopropan)dihydroklorid, 2,2'-azobis[2-

(2-imidazolin-2-yl)propan]dihydroklorid, 2,2'-azobis(isobutyronitril) (AIBN), 2,2'-azobis(2,4-dimetylvaleronitril) (AIVN) og lignende.

Monomerene kan være blandet sammen med vannet, salt og stabilisator før polymerisering, eller alternativt kan en eller begge monomerer tilsettes trinnvis under polymerisering for å oppnå ordentlig innlemming av monomerene i den resulterende dispersjonspolymer. Polymeriseringer av denne oppfinnelse kan løpe ved tempe-raturer varierende fra -10 °C til så høyt som kokepunktet for monomerene benyttet. Fortrinnsvis utføres dispersjonspolymerisering ved fra -10 °C til omtrent 80 °C. Mer foretrukket utføres polymerisering ved fra omtrent 30 °C til omtrent 45 °C.

Dispersjonspolymerene av denne oppfinnelse er fremstilt ved en pH på omtrent 3 til omtrent 8. Etter polymerisering kan dispersjonens pH justeres til enhver ønsket verdi så lenge polymeren forblir uløselig for å beholde den dispergerte natur. Fortrinnsvis utføres polymeriseringen under inert atmosfære med tilstrekkelig omrøring for å beholde dispersjonen.

Dispersjonspolymerene av foreliggende oppfinnelse har typisk bulkløsningsviskosi-teter på mindre enn omtrent 25.000 eps ved 25 °C (Brookfield), mer fortrinnsvis mindre enn 5.000 eps og enda mer foretrukket mindre enn omtrent 2.000 eps. Ved disse viskositeter kan polymerdispersjoner lett håndteres i konvensjonelt polymeri-seringsutstyr.

Dispersjonspolymerene av denne oppfinnelse har typisk molekylvekter varierende fra omtrent 50.000 opp til den vandige løselighetsgrense av polymeren. Fortrinnsvis har dispersjonene en molekylvekt på fra omtrent 1.000.000 til omtrent 50 millio-ner.

I et foretrukket aspekt av denne oppfinnelse har stabilisatoren en konsentrasjon fra omtrent 0,25 til omtrent 2 vekt% basert på vekten av den totale dispersjon og en intrinsisk viskositet i IM NaN03på omtrent 0,5-7,0 dl/g.

I et annet foretrukket aspekt av denne oppfinnelse er stabilisatoren poly(akrylsyre); poly(2-akrylamido-2-metyl-l-propansulfonsyre); en anionisk vann-løselig kopolymer dannet ved fri-radikal polymerisering av 2-akrylamido-2-metyl-l-propansulfonsyre med akrylsyre, hvori kopolymeren omfatter fra omtrent 3 til omtrent 60 vekt% 2-akrylamido-2-metyl-l-propansulfonsyre og fra omtrent 97 til omtrent 40 vekt% akrylsyre; eller en anionisk vannløselig kopolymer dannet ved fri radikalpolymerisering av 2-akrylamido-2-metyl-l-propansulfonsyre med metakrylsyre, hvori kopolymeren omfatter fra omtrent 11 til omtrent 95,5 vekt% 2-akrylamido-2-metyl-l-propansulfonsyre og fra omtrent 89 til omtrent 4,5 vekt% metakrylsyre.

I et mer foretrukket aspekt av denne oppfinnelse er den vannløselige polymer poly(akrylsyre/akrylamid) med et vektforhold på 7:93 for akrylsyre til akrylamid og stabilisatoren er poly(2-akrylamido-2-metyl-l-propansulfonsyre/akrylsyre) med et vektforhold på 13:87 2-akrylamido-2-metyl-l-propansulfonsyre:akrylsyre.

I et annet foretrukket aspekt av denne oppfinnelse er den vannløselige polymer poly(akrylsyre/a kryla mid) med et vektforhold på 7:93 for akrylsyre til akrylamid og stabilisatoren er poly(2-akrylamido-2-metyl-l-propansulfonsyre/akrylsyre) med et vektforhold på 51:49 2-akrylamido-2-metyl-l-propansulfonsyre:metakrylsyre.

I et annet mer foretrukket aspekt av denne oppfinnelse er den vannløselige polymer poly(akrylsyre/akrylamid) med et vektforhold på 30:70 for akrylsyre til akrylamid og stabilisatoren er poly(2-akrylamido-2-metyl-l-propansulfonsyre/- metakrylsyre) med et vektforhold på 84,7:15,3 2-akrylamido-2-metyl-l-propansulfonsyre: metakrylsyre.

I et mer foretrukket aspekt av denne oppfinnelse, er den vannløselige polymer poly(akrylsyre/a kryla mid) med et vektforhold på 30:70 for akrylsyre til akrylamid og stabilisatoren er poly(2-akrylamido-2-metyl-l-propansulfonsyre/metakrylsyre) med et vektforhold på 90,6:9,4 2-akrylamido-2-metyl-l-

propansulfonsyre: metakrylsyre.

I et annet mer foretrukket aspekt av denne oppfinnelse tilsettes fra omtrent 0,01 kg (0,02 Ibs) polymer/tonn til omtrent 10 kg (20 Ibs) polymer/tonn, fortrinnsvis fra omtrent 0,5 kg (1 Ibs) polymer/tonn til omtrent 7,5 kg (15 Ibs) polymer/tonn og mer foretrukket, fra omtrent 0,5 kg (1 Ibs) polymer/tonn til omtrent 2 kg (4 Ibs) polymer/tonn av den høy molekylvekt vannløselig dispersjonspolymer til papirfremstillingsmassen.

"Kg (pund) polymer/tonn" betyr kg (pund) av aktuell polymer per 1.000 kg (2.000 pund) av faststoffer til stede i slurry. Forkortelsen for kg (pund) av aktuell polymer per 1.000 kg (2.000 pund) av faststoffer til stede i slurry er "kg (pund) polymer/tonn".

I et annet mer foretrukket aspekt av denne oppfinnelse tilsettes en mikropartikkel til massen.

"Mikropartikler" betyr høyt ladede materialer som forbedrer flokkulering når anvendt sammen med naturlige og syntetiske makromolekyler. De utgjør en klasse av retensjon og dreneringskjemikalie definert primært ved deres submikronstørrelse. En tredje dimensjonal struktur, en ionisk overflate, og en submikronstørrelse er de vanlige krav for effektive mikropartikler. "Mikropartikler" innbefatter et bredt sett av kjemier inkludert polysilikat mikrogel, strukturerte silika, kolloidalt alumina, polymerer og lignende.

Mikropartikkelprogrammer forbedrer ytelsen av nåværende retensjonsprogrammer og optimaliserer våt endekjemi, papirkvalitet og papirmaskineffektivitet. Mikropartikler er ikke designert for å anvende som den eneste behandling. Derimot anvendes de i kombinasjon med andre våte endeadditiver for å forbedre retensjon og drenering på papirmaskinen. Vanlig anvendte mikropartikler inkluderer: i) kopolymerer av akrylsyre og akrylamid;

ii) bentonitt og andre leirer;

iii) dispergert silikabaserte materialer; og

iv) naftalensulfonat/formaldehyd-kondensatpolymerer.

Kopolymerer av akrylsyre og akrylamid nyttige som mikropartikler inkluderer: en representativ kopolymer av akrylsyre og akrylamid er Nalco® 8677 PLUS, tilgjengelig fra Nalco Chemical Company, Naperville, IL, USA. Andre kopolymerer av akrylsyre og akrylamid er beskrevet i US patent nr. 5,098,520.

Bentonitter nyttige som mikropartikkelen for denne prosess inkluderer: ethvert av materialene kommersielt referert til som bentonitter eller som bentonitt-type leirer, dvs. anioniske svellende leirer slik som sepialitt, attapulgitt og montmorillonitt. I tillegg er bentonitter beskrevet i US patent nr. 4,305,781 egnet. En foretrukket bentonitt er en hydrert suspensjon av pulverformet bentonitt i vann. Pulverdannede bentonitter er tilgjengelige fra Nalbrite™, fra Nalco Chemical Company. Representative dispergerte silikaer har en gjennomsnittlig partikkelstørrelse på fra omtrent 1 til omtrent 100 nanometer(nm), fortrinnsvis fra omtrent 2 til omtrent 25 nm, og mer foretrukket fra omtrent 2 til omtrent 15 nm. Denne dispergerte silika kan være i formen av kolloidal, kiselsyre, silikasoler, fordampet silika, agglomerert kiselsyre, silikageler, presipitert silika og alle materialer beskrevet i PCT/US98/19339, så lenge partikkelstørrelsen eller den ultimate partikkelstørrelse er innen de ovennevnte områder. Dispergert silika i vann med en typisk partikkel-størrelse på 4 nm er tilgjengelig fra Nalco® 8671, fra Nalco Chemical Company. En annen type dispergert silika, er borsilikat i vann; tilgjengelig fra Nalco® 8692 fra Nalco Chemical Company.

Representative naftalensulfonat/formaldehydkondensat-polymerer nyttige som mikropartikler er tilgjengelige fra Nalco® 8678 fra Nalco Chemical Company.

Mengden av mikropartikkel tilsatt er fra omtrent 0,025 (0,05) til omtrent 2,5 (5,0), fortrinnsvis fra omtrent 0,75 (1,5) til omtrent 2,25 (4,5) og mer foretrukket omtrent 1 (2) til omtrent 2,25 kg (4,5 pund) mikropartikkel/tonn.

"Kg (pund) mikropartikkel/tonn" betyr kg (pund) av aktuell mikropartikkel per 1.000 kg (2.000 pund) av faststoff til stede i slurry. Forkortelsen for kg (pund) av aktuell mikropartikkel per 1.000 kg (2.000 pund) av faststoff til stede i slurry er "kg (pund) mikropartikkel/tonn".

Mikropartikkelen tilsettes til papirfremstillingsmassen enten før eller etter dispersjonspolymeren tilsettes til massen. Valget av å tilsette mikropartikkelen enten før eller etter polymeren kan gjøres av en fagperson basert på kravene og spesifika-sjonene av papirtilvirkningsmassen.

I et annet foretrukket aspekt av denne oppfinnelsen tilsettes en koagulant til massen før tilsetningen av den anioniske og ikke-ioniske dispersjonspolymer.

I et annet foretrukket aspekt er koagulanten en vannløselig kationisk polymer.

I et annet foretrukket aspekt er den vannløselige kationiske polymer epiklorhydrin-dimetylamin eller polydiallyldimetylammoniumklorid.

I et annet foretrukket aspekt er koagulanten valgt fra alum eller polyaluminiumklorider.

I et annet foretrukket aspekt er koagulanten en kationisk stivelse.

De foregående kan bedre forstås ved referanse til de følgende eksempler.

Fremstilling av AA/ AMPS og MAA/ AMPS kopolvmerstabilisatorer

Eksempel 1

Til en 1,5 liter harpiksreaktor utstyrt med omrører, temperaturkontroll og vannav-kjølt kjøler tilsettes 906,79 g avionisert vann, 200 g akrylsyre, 220,34 g av en 50 % løsning av natriumhydroksid (pH=7,0) og 0,20 g EDTA. Den resulterende løsning luftes med 1.000 cc/min. nitrogen, oppvarmes til 45 °C og 1,00 g av en 12 % løs-ning av natriumbisulfitt og 5,00 g av en 10 % løsning av 2,2'azobis(N,N' 2-amidinopropan) dihydroklorid (V-50,tilgjengelig fra Wako Chemicals USA, Inc., Richmond, VA, USA) tilsettes. Polymerisering begynner innen 5 minutter og etter 20 minutter, ble løsningen viskøs og temperaturen av reaksjonen steg til 80 °C. Reaksjonen fortsettes i totalt 16 timer ved 78-82 °C. Den resulterende polymer har en Brookfield viskositet på 60.000 eps ved 25 °C og inneholder 15 % av en homopolymer av akrylsyre med en intrinsisk viskositet på 2,08 dl/g i 1,0 molar NaN03.

Eksempel 2

Til en 1,5-liter harpiksreaktor utstyrt med rører, temperaturkontroll og vannavkjølt avkjøler tilsettes 910,75 g avionisert vann, 49,45 g av en 58 % løsning av natrium-saltet 2-akrylamido-2-metyl-l-propansulfonsyre (AMPS), 171,32 g akrylsyre, 187,17 g av en 50 % løsning av natriumhydroksid (pH=7,0) og 0,20 g EDTA. Den resulterende løsning luftes med 1.000 cc/min nitrogen, oppvarmes til 45 °C og 1,00 g av en 25 % løsning av natriumbisulfitt og 5,00 g av en 10 % løsning av V-50 tilsettes. Polymerisering begynner innen 5 minutter og etter 15 minutter, blir løsning-en viskøs og temperaturen av reaksjonen stiger til 80 °C. Reaksjonen fortsettes i totalt 16 timer ved 78-82°C. Den resulterende polymerløsning har en Brookfield viskositet på 15.100 eps ved 25 °C og inneholder 15 % av en 87/13 vekt/vekt kopolymer av a kry Isy re/AM PS med en intrinsisk viskositet på 1,95 dl/g i 1,0 molar NaN03.

Egenskapene av AA, AMPS og AA/AMPS-stabilisatorene fremstilt i eksempler 1-8 er oppsummert i tabell 1. Stabilisatorer 3-7 er fremstilt som beskrevet i eksempel 2. Stabilisator 8 er fremstilt som beskrevet i US patent nr. 5,837,776.

Eksempel 9

Til en 1,5-liter harpiksreaktor utstyrt med rører, temperaturkontroll og vannavkjølt avkjøler tilsettes 945,59 g avionisert vann, 141,96 g av en 58 % løsning av natri-umsaltet 2-akrylamido-2-metyl-l-propansulfonsyre (AMPS), 126,18 g av 99 % akrylsyre, 114,9 g av en 50 % løsning av natriumhydroksid (pH=7,0) og 0,20 g EDTA. Den resulterende løsning luftes med 1.000 cc/min nitrogen, oppvarmes til 45 °C og 0,50 g av V-50 tilsettes. Polymerisering begynte innen 15 minutter, og etter 60 minutter blir løsningen viskøs og temperaturen av reaksjonen steg til 50 °C. Reaksjonen fortsettes i totalt 72 timer ved 48-52 °C. Den resulterende polymerløs-ning har en Brookfield viskositet på 61.300 eps ved 25 °C og inneholder 15 % av en 62,5/37,5 vekt/vekt (80/20 M/M) kopolymer av metakrylsyre/AMPS med en intrinsisk viskositet på 4,26 dl/g i 1,0 molar NaN03.

Eksempel 10

Til en 1,5-liter harpiksreaktor utstyrt med rører, temperaturkontroll og vannavkjølt avkjøler tilsettes 939,21 g avionisert vann, 191,92 g av en 58 % løsning av natri-umsaltet 2-akrylamido-2-metyl-l-propansulfonsyre (AMPS), 99,5 g av 99 % metakrylsyre, 92,0 g av en 50 % løsning av natriumhydroksid (pH=7,0) og 0,20 g EDTA. Den resulterende løsning luftes med 1.000 cc/min nitrogen, oppvarmes til 45 °C og 0,50 g av V-50 tilsettes. Polymerisering begynner innen 15 minutter og etter 60 minutter, blir løsningen viskøs og temperaturen av reaksjonen stiger til 50 °C. Reaksjonen fortsettes i totalt 18 timer ved 48-52 °C. Reaksjonsblandingen oppvarmes deretter til 80 °C og beholdes ved 78-82 °C i 24 timer. Den resulterende polymerløsning har en Brookfield viskositet på 43.200 eps ved 25 °C og inneholder 15 % av en 49/51 vekt/vekt (70/30 M/M) kopolymer av metakrylsyre/AMPS med en intrinsisk viskositet på 4,28 dl/g i 1,0 molar NaN03.

Egenskapene av MAA/AMPS-stabilisatorer fremstilt i eksempler 9-19 er oppsummert i tabell 3. Stabilisatorer 11-19 er fremstilt som beskrevet i eksempler 9 og 10.

Fremstilling av anioniske dispersionspolymerer

Eksempel 20

Til en 1,5 liter harpiksreaktor utstyrt med omrører, temperaturkontroll og vannav-kjølt avkjøler tilsettes 442,44 g avionisert vann, 126 g natriumsulfat, 84 g ammoniumsulfat, 0,40 g natriumformat, 40 g av en 15 % løsning av en 87/13 vekt/vekt kopolymer av a kry Isy re/AM PS, 280,99 g av en 49,6 % løsning av akrylamid (139,36 g), 10,64 g akrylsyre, 11,65 g av 50 % vandig natriumhydroksid, 0,40 g natriumformat og 0,25 g EDTA. Blandingen oppvarmes til 35 °C og 0,30 g av en 4 % løsning av 2,2'azobis(N,N'-dimetylenisobutryramidin)dihydroklorid (VA-044, tilgjengelig fra Wako Pure Chemical Industries Ltd, Osaka, Japan) tilsettes. Den resulterende løsning luftes med 1.000 cc/min nitrogen. Etter 30 minutter, begynner polymerisering og løsningen blir viskøs. Etter 2 timer, er blandingen en melkeaktig dispersjon og 0,30 g av en 4 % løsning av VA-044 tilsettes. Etter 4 timer tilsettes 0,30 g av en 4 % løsning av VA-044. Etter 5 timer tilsettes 1,20 g av en 4 % løs-ning av VA-044. Etter 8 timer tilsettes 2,90 g av en 4 % løsning av VA-044. Reak sjonen fortsettes i totalt 16 timer ved 34-36 °C. Den resulterende polymerdispersjon har en Brookfield viskositet på 2.950 eps. Til den resulterende dispersjonspolymer tilsettes 6 g natriumsulfat og 4 g ammoniumsulfat. Den resulterende polymerdispersjon har en Brookfield viskositet på 1.200 eps, en pH på 7,0, og inneholder 15 % av en 93/7 kopolymer av akrylamid/akrylsyre med en redusert spesifikk viskositet på 23,1 dl/g ved 0,045 % i 1,0 N NaN03.

Eksempel 21

Til en 1,5 liter harpiksreaktor utstyrt med omrører, temperaturkontroll og vannav-kjølt avkjøler tilsettes 443,42 g avionisert vann, 126 g natriumsulfat, 84 g ammoniumsulfat, 0,40 g natriumformat, 40 g en 15 % løsning av en 62,5/37,5 vekt/vekt kopolymer av metakrylsyre/AMPS, 280,99 g av en 49,6 % løsning av akrylamid (139,36 g), 10,64 g akrylsyre, 11,8 g av 50 % vandig natriumhydroksid og 0,25 g EDTA. Blandingen oppvarmes til 35 °C, og 0,30 g av en 1 % løsning av VA-0,44 tilsettes. Den resulterende løsning luftes med 1.000 cc/min nitrogen. Etter 30 minutter begynner polymerisering og løsningen blir viskøs. Etter 2 timer er blandingen en melkeaktig dispersjon og 0,30 g av en 1 % løsning av VA-044 tilsettes. Etter 4 timer tilsettes 0,30 g av en 1 % løsning av VA-044. Etter 5 timer tilsettes 1,2 g av en 1 % løsning av VA-044. Etter 6 timer tilsettes 2,9 g av en 1 % løsning av VA-044. Etter 7 timer tilsettes 5,0 g av en 1 % løsning av VA-044. Reaksjonen fortsettes i totalt 16 timer ved 34-36 °C. Til den resulterende dispersjonspolymer tilsettes 6 g av natriumsulfat og 4 g av ammoniumsulfat. Den resulterende polymerdispersjon har en Brookfield viskositet på 825 eps, en pH på 7,0, og inneholder 15 % av en 93/7 kopolymer av akrylamid/akrylsyre med en redusert spesifikk viskositet på 22,9 dl/g ved 0,045 % i 1,0 N NaN03.

Eksempel 22

Til en 1,5 liter harpiksreaktor utstyrt med omrører, temperaturkontroll og vannav-kjølt avkjøler tilsettes 535,81 g avionisert vann, 71,27 g natriumsulfat, 92,78 g ammoniumsulfat, 0,80 g natriumformat, 40 g av en 15 % løsning av en 29,4/70,6 vekt/vekt kopolymer av metakrylsyre/AMPS, 210,81 g av en 49,6 % løsning av akrylamid (104,56 g), 45,44 g akrylsyre, 1,50 g av 50 % natriumhydroksid og 0,25 g EDTA. Blandingen oppvarmes til 35 °C og 1,0 g av en 2 % løsning av VA-0,44 tilsettes. Den resulterende løsning luftes med 1.000 cc/min nitrogen. Etter 1,5 timer er blandingen en melkeaktig dispersjon. Etter 4 timer tilsettes 1,0 g av en 2 % løsning av VA-044. Etter 7 timer tilsettes en 2 % løsning av VA-044. Reaksjonen fortsettes i totalt 27 timer ved 34-36 °C. Den resulterende polymerdispersjon har en Brookfield viskositet på 10.000 eps, en pH på 3,62, og inneholdt 15 % av en 70/30 kopolymer av akrylamid/akrylsyre med en redusert spesifikk viskositet på 18,78 dl/g ved 0,045 % i 1,0 N NaN03.

Egenskapene av representative anioniske polymerdispersjoner er listet i tabell 3. I tabell 3 er polymer I fremstilt som beskrevet i eksempel 20, polymerer II, III og IV er fremstilt som beskrevet i eksempel 21, og polymerer V, VI, VII, VIII, IX, X og XI er fremstilt som beskrevet i eksempel 22 anvendende den passende stabilisator.

Fremstilling av ikke- ioniske dispersionspolvmerer

Eksempel 23

Til en 1,5 liter harpiksreaktor utstyrt med en rører, temperaturkontroll og vannav-kjølt avkjøler tilsettes 403,75 g avionisert vann, 131,25 g natriumsulfat, 87,5 g ammoniumsulfat, 64 g av en 15 % løsning av en 80/20 mol/mol akrylsyre/AMPS-kopolymer (IV=1,94dl/gm), 481,72 g av en 48,6 % løsning av akrylamid (234,1

g), 0,60 g natriumformat og 0,33 g EDTA. Blandingen oppvarmes til 35 °C og 0,30 g av en 2 % løsning av VA-044 tilsettes. Den resulterende løsning luftes med 1.000

cc/min nitrogen. Etter 60 minutter begynner polymerisering og løsningen blir vis-køs. Etter 2,75 timer, blir blandingen en melkeaktig deig til hvilket tilsettes 0,30 g av en 2 % løsning av VA-044. Etter 3,75 timer tilsettes 0,30 g av en 2 % løsning VA-044. Etter 4,75 timer er blandingen en melkeaktig dispersjon og 1,2 g av en 2 % løsning av VA-044 tilsettes. Etter 6,5 timer tilsettes 2,90 g av en 2 % løsning VA-044. Reaksjonen fortsettes i totalt 24 timer ved 34-36 °C. Ved slutten av reaksjonen har dispersjonen (4484-039) en Brookfield viskositet på 2.770 eps. Til denne dispersjon tilsettes 15 g av natriumsulfat og 10 g ammoniumsulfat. Den resulterende dispersjon har en Brookfield viskositet på 487,5 eps og inneholder 20 % av en homopolymer av akrylamid med en intrinsisk viskositet på 15,26 dl/g i 1,0 molar NaN03.

Egenskapene av representative ikke-ioniske dispersjonspolymerer er vist i tabell 4. Polymerene vist i tabell 4 er fremstilt ifølge fremgangsmåten i eksempel 23.

Retenslonstest

Retensjonstesten anvender en Britt CF Dynamic Drainage Jar utviklet av K.W. Britt av New York State University. Britt Jar består vanligvis av et øvre kammer med omtrent 1 kapasitet og et bunndreneringskammer, kammeret er separert av en støttesil og en dreneringssil. Under dreneringskammeret er der en nedover utstrakt fleksibel tube utstyrt med en klemme for lukking. Det øvre kammer er utstyrt med en variabel hastighet, høymoment motor med en 2-tommer 3-bladet propell for å skape kontrollerte skjærforhold i det øvre kammer. Testen utføres ved å plassere celluloseslurryen i det øvre kammeret og deretter å utsette slurryen for de følgende sekvenser:

Materialet drenert fra Britt Jar ("filtratet") samles og fortynnes med vann til en fem-tedel av dets initielle volum. Turbiditeten av slikt fortynnet filtrat, målt i Formazin Turbidity Utints eller FTU bestemmes deretter. Turbiditeten av et slikt filtrat er in-verst proporsjonalt med papirtilvirkning retensjonsytelse; desto lavere turbiditetsverdien, jo høyere er retensjonen av fyllstoff og/eller finstoff. Turbiditetsverdiene bestemmes anvendende et Hach Spectrophotometer, modell DR2000.

Turbiditetsverdiene (i FTU) som ble bestemt konverteres til (Prosent forbedrelse) verdier anvendende formelen:

der Turbiditetuer det avleste turbiditetsresultat for den blanke prøve for hvilken ingen polymer eller mikropartikkel, og hvori Trubiditetter turbiditet avlesningsresul-tatet av testen anvendende polymer, eller polymer og mikropartikkel.

Celluloseslurrier anvendt i retensjonstestene er som følger:

TESTSLURRY 1 er fra en midtvest papirfabrikk som lager syrlig finpapir. Faststoffene i slurryen lages fra omtrent 90 vekt% kjemiske fibre (50/50 blanding i vekt av bleket løvved kraft og bleket nåltre kraft), omtrent 2 vekt% utskudd (eller resirku-lert papir fra fabrikken selv) og omtrent 8 vekt% fyllstoff (titandioksid). Kationisk stivelse er til stede ved et nivå på omtrent 11,5 kg (23 pund) per tonn faststoff og alun ved et nivå på omtrent 12,5 kg (25 pund) per tonn faststoff. Den totale konsistens av faststoffene i slurryen er omtrent 0,9 prosent og pH er grovt sett 4,8.

TESTSLURRY 2 er fra en midtvest papirfabrikk som lager alkalisk finpapir. Faststoffene i slurryen lages fra omtrent 70 vekt% kjemiske fibre (60/40 blanding i vekt av bleket løvved kraft og bleket nåltre kraft), omtrent 25 vekt% utskudd (eller resirku-lert papir fra fabrikken selv) og omtrent 5 vekt% fyllstoff (en blanding av titandioksid og kalsiumkarbonat). Kationisk stivelse er til stede ved et nivå på omtrent 12 kg (24 pund) per tonn faststoff. Den totale konsistens av faststoffene i slurryen er omtrent 0,55 prosent og pH er grovt sett 8,0.

TESTSLURRY 3 omfatter faststoff som er laget av omtrent 80 vekt% fiber og omtrent 20 vekt% fyllstoff, fortynnet til en total konsistens på 0,5 prosent med formu-leringsvann. Fiberen er en 60/40 blanding i vekt av bleket løvved kraft (sulfatkjemisk masse) og bleket nåltre kraft (sulfatkjemisk masse). Til denne slurryen tilsettes et mineralfyllstoff. Fyllstoffet er et kommersielt kalsiumkarbonat, tilveiebragt i tørr form. Formuleringsvannet inneholder 60 ppm kalsiumhardhet (tilsatt som CaCI2), 18 ppm magnesiumhardhet (tilsatt som MgS04) og 134 ppm bikarbonatal-kalinitet (tilsatt som NaHC03). pH av slutt tynnmassen (celluloseslurry pluss fyllstoff og andre additiver tilsvarer en "masse") er mellom omtrent 7,5 og omtrent 8,0.

TESTSLURRY 4 er fra en sørlig papirfabrikk som lager syrlig finpapir. Faststoffene i slurryen lages fra omtrent 90 vekt% kjemiske fibre (50/50 blanding i vekt av bleket løvved kraft og bleket nåltre kraft), omtrent 10 vekt% fyllstoff (en blanding av titandioksid og leire). Kationisk stivelse er til stede ved et nivå på omtrent 2 kg (4 pund) per tonn faststoff og alun ved et nivå på omtrent 3,5 kg (7 pund) per tonn faststoff. Den totale konsistens av faststoffene i slurryen er omtrent 0,5 prosent og pH er grovt sett 4,8.

Retensionsdata i form av prosent forbedring

Retensjonsdata for representative dispersjoner ifølge denne oppfinnelsen er vist i tabeller 7-14. Dataene er til stede i form av prosent forbedring beregnet som beskrevet heri. Alle polymer-, koagulant- og mikropartikkeldoseringer er basert på pund per tonn faststoff i slurryen.

<a>Polymer XXIII er en anionisk latekskopolymer omfattende omtrent 7 mol% natriumakrylat og omtrent 93 mol% AcAm med en RSV på omtrent 30 dl/g, tilgjengelig som Nalco ® 623 fra Nalco Chemical Company, Naperville, IL, USA.

<a>Polymer XXIV er en anionisk latekskopolymer omfattende

omtrent 30 mol% natriumakrylat og omtrent 70 mol% AcAm med en RSV på omtrent 30 dl/g, tilgjengelig som Nalco ® 625 fra Nalco Chemical Company, Naperville, IL, USA.

Tabell 14

(Testslurry 3, Polymerer VIII og IX (dosering av 0,25 kg (0,5 lb)/tonn faststoff-i-slurry) med mikropartikkel blå, koagulant A til stede ved en dosering på 5 kg(10 lb)/tonn faststoff-i-slurry; koagulant B tilstede ved en dosering på 0,25 kg(0,5

lb)/tonn faststoff-i-slurry)

Dataene presentert i Tabeller 7-15 demonstrerer at dispersjonspolymerene beskrevet heri er effektive retensjonshjelpemidler i en papirfremstillingsprosess. Videre er de anioniske dispersjonspolymerer beskrevet heri uventet mer effektive til å forbedre retensjon i en papirfremstillingsprosess enn den tilsvarende latekspolymer. Denne forbedring er også observert når dispersjonspolymerer anvendes sammen med mikropartikkel-retensjonshjelpemidler.

Claims (16)

1. Fremgangsmåte for å øke retensjon og drenering i en papirfremstillingsmasse, karakterisert vedat den omfatter å tilsette til massen på fra 0,01 kg (0,02 Ibs) polymer/tonn til 10 kg (20 Ibs) polymer/tonn av en høy molekylvekt vannløselig dispersjonspolymer hvori dispersjonspolymeren har en bulk Brookfield-viskositet på fra 10 til 25.000 eps ved 25<*>C og omfatter fra 5 til 50 vekt% av en vannløselig polymer fremstilt ved polymerisering under fri radikale dannelsesbetingelser ved en pH på fra over 5 til 8 i en vandig løsning av et vannløselig salt i tilstedeværelsen av en stabilisator: i. 0-30 mol% av akrylsyre eller metakrylsyre eller alkalimetallet, jord-alkalimetallet eller ammoniumsaltene derav, og ii. 100-70 mol% av akrylamid; hvori stabilisatoren er en anionisk vannløselig kopolymer av akrylsyre eller metakrylsyre og 2-akrylamido-2-metyl-l-propansulfonsyre med en intrinsisk viskositet 1 IM NaN03på fra 0,1-10 dl/g og omfatter fra 0,1 til 5 vekt% basert på den totale vekt av dispersjonen, og det vannløselige salt er valgt fra gruppen bestående av ammonium, alkalimetall og jordalkalimetallhalider, sulfater og fosfater og omfatter fra 5 til 40 vekt% basert på vekten av dispersjonen.

2. Fremgangsmåten i krav 1, karakterisert vedat stabilisatoren har en konsentrasjon på fra 0,25 til 2 vekt% basert på vekten av den totale dispersjon og en intrinsisk viskositet i IM NaN03på fra 0,5-7,0 dl/g.

3. Fremgangsmåten i krav 2, karakterisert vedat den vannløselig polymer er poly(akrylsyre/a kryla mid) omfattende fra 7 til 30 vekt% akrylsyre og fra 93 til 70 vekt% akrylamid.

4. Fremgangsmåten i krav 3, karakterisert vedat den vannløselige polymer er poly(akrylsyre/a kryla mid) med et vektforhold på 7:93 for akrylsyre til akrylamid og stabilisatoren er poly(2-akrylamido-2-metyl-l-propansulfonsyre/akrylsyre) med et vektforhold på 13:87 2-akrylamido-2-metyl-l-propansulfonsyre:akrylsyre.

5. Fremgangsmåten i krav 3, karakterisert vedat den vannløselige polymer er poly(akrylsyre/a kryla mid) med et vektforhold på 7:93 for akrylsyre til akrylamid og stabilisatoren er poly(2-akrylamido-2-metyl-l-propansulfonsyre/metakrylsyre) med et vektforhold på 37,5:62,5 2-akrylamido-2-metyl-l-propan-sulfonsyre: metakrylsyre.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert vedat den vannløselige polymer er poly(akrylsyre/a kryla mid) med et vektforhold på 7:93 for akrylsyre til akrylamid og stabilisatoren er poly(2-akrylamido-2-metyl-l-propansulfonsyre/akrylsyre) med et vektforhold på 51:49 2-akrylamido-2-metyl-l-propansulfonsyre:metakrylsyre.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert vedat den vannløselige polymer er poly(akrylsyre/a kryla mid) med et vektforhold på 30:70 for akrylsyre til akrylamid og stabilisatoren er poly(2-akrylamido-2-metyl-l-propansulfonsyre/metakrylsyre) med et vektforhold på 84,7:15,3 2-akrylamido-2-metyl-l-propansulfon-sy re: metakrylsyre.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert vedat den vannløselige polymer er poly(akrylsyre/a kryla mid) med et vektforhold på 30:70 for akrylsyre til akrylamid og stabilisatoren er poly(2-akrylamido-2-metyl-l-propansulfonsyre/metakrylsyre) med et vektforhold på 90,6:9,4 2-akrylamido-2-metyl-l-propan-sulfonsyre: metakrylsyre.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert vedat fra 0,5 kg (1 Ibs) polymer/tonn til 7,5 kg (15 Ibs) polymer/tonn av den høy-molekylvekt vannløselige dispersjonspolymer tilsettes til massen.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert vedat den videre omfatter å tilsette en mikropartikkel til massen.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 10, karakterisert vedat mikropartikkelen er valgt fra kopolymerer av akrylsyre og akrylamid; bentonitter; naftalensulfonat/formaldehyd kondensatpolymerer og dispergerte silikaer.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert vedat den videre omfatter å tilsette en koagulant til massen før tilsetning av den høy molekylvekt vannløselige dispersjonspolymer.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 12, karakterisert vedat koagulanten er en vannløselig kationisk polymer.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 13, karakterisert vedat og den vannløselige kationiske polymer er epiklor-hydrin-dimetylamin eller polydiallyldimetylammoniumklorid.

15. Fremgangsmåte ifølge krav 13, karakterisert vedat koagulanten er valgt fra alun eller polyaluminiumklorider.

16. Fremgangsmåte ifølge krav 13, karakterisert vedat koagulanten er en kationisk stivelse.