RU2258108C2

RU2258108C2 - Method of production of paper (versions) and paper product made by this method

Info

Publication number: RU2258108C2
Application number: RU2003105880/12A
Authority: RU
Inventors: Кевин Рэй АНДЕРСОН (US); Кевин Рэй АНДЕРСОН; Дэвид Эдвард ГЭРЛИ (US); Дэвид Эдвард ГЭРЛИ
Original assignee: Каргилл Инкорпорейтид
Priority date: 2000-08-10
Filing date: 2001-04-20
Publication date: 2005-08-10
Also published as: BR0113168A; CN1237225C; EP1313918A1; CN1466642A; AU2001257144B2; WO2002014602A1; AU5714401A; JP2004506819A; MXPA03001288A; CA2423386A1

Abstract

FIELD: production of improved starch compositions and methods of use of improved starch compositions.

SUBSTANCE: proposed method includes use of starch component containing cationized cross-linked starch at viscosity of from 10 to 3000 cps. Production of paper includes the following stages: boiling the starch component at temperature of 165°C, dehydration of paper composition (paper fibers, inorganic filler, starch) and control of rate of dehydration and/or holding the first pass in the course of dehydration through change in temperature (by at least 10°C) of starch composition boiling.

EFFECT: possibility of performing modifications in accordance with variants on wet end of paper machine.

21 cl, 6 dwg, 2 tbl

Description

Область применения изобретенияThe scope of the invention

Настоящее изобретение относится к созданию улучшенных крахмальных композиций и способов использования улучшенных крахмальных композиций. В частности, настоящее изобретение направлено на создание крахмальных композиций, предназначенных для использования в процессах изготовления бумаги, а также на создание способов подготовки, обработки и использования крахмальных композиций в ходе производства бумажных продуктов.The present invention relates to the creation of improved starch compositions and methods for using improved starch compositions. In particular, the present invention is directed to the creation of starch compositions intended for use in papermaking processes, as well as to the creation of methods for the preparation, processing and use of starch compositions in the production of paper products.

Предпосылки к созданию изобретенияBACKGROUND OF THE INVENTION

Различные бумажные продукты изготавливают из волокон, причем эти продукты часто изготавливают из водной суспензии, которая содержит модифицированные целлюлозные волокна, полученные из различных растений. Такую суспензию получают на мокром конце бумагоделательной машины, где из бумажного волокна образуют разбавленную водную суспензию и добавляют в нее различные материалы, ранее распределения на ленте бумагоделательной машины. Воду затем контролируемым образом удаляют из суспензии, для того, чтобы получить бумажное полотно, которое прессуют и сушат для создания готового бумажного продукта.Various paper products are made from fibers, and these products are often made from an aqueous suspension that contains modified cellulosic fibers obtained from various plants. Such a suspension is obtained at the wet end of a paper machine, where a dilute aqueous suspension is formed from paper fiber and various materials are added thereto, previously distributed on a paper machine belt. The water is then removed in a controlled manner from the suspension in order to obtain a paper web that is pressed and dried to create a finished paper product.

Различные добавки могут быть введены в суспензию для улучшения процесса изготовления бумаги и для улучшения эстетических и функциональных свойств готовой бумаги. Эти добавки могут содержать крахмальные композиции, которые вводят на мокром конце процесса изготовления бумаги, для улучшения осушения и удерживающей способности, повышения прочности и улучшения свойств формирования бумаги. Крахмальные композиции могут повышать время впитывания печатной краски, снижать боковое уширение (растекание) печатной краски, а также улучшать формирование изображений и контраст. Крахмальные композиции могут также повышать целостность поверхности бумаги, в результате чего снижается выщипывание при таком использовании, как печать и фотокопирование.Various additives can be added to the slurry to improve the papermaking process and to improve the aesthetic and functional properties of the finished paper. These additives may contain starch compositions that are introduced at the wet end of the papermaking process to improve drainage and retention, increase strength and improve paper forming properties. Starch compositions can increase the absorption time of printing ink, reduce lateral broadening (spreading) of printing ink, and also improve image formation and contrast. Starch compositions can also increase the integrity of the surface of the paper, resulting in reduced plucking in applications such as printing and photocopying.

Другими ингредиентами, которые могут быть введены в бумагу, являются микрочастицы, в том числе частицы специальных глин и кремнезема, а также другие функциональные мелкие частицы, причем эти микрочастицы часто добавляют на мокром конце бумагоделательной машины. В зависимости от типа получаемой бумаги и от характеристик суспензии, могут быть введены различные микрочастицы. Одной из проблем, связанных с использованием микрочастиц в ходе процесса изготовления бумаги, является то, что не все микрочастицы удерживаются на бумажном полотне при формировании бумаги. Те микрочастицы, которые не удерживаются на полотне, часто уходят в отходы, что приводит к повышению стоимости производства бумаги. Поэтому желательно повысить удержание частиц.Other ingredients that can be incorporated into paper are microparticles, including particles of special clays and silica, as well as other functional fine particles, these microparticles often being added at the wet end of a paper machine. Depending on the type of paper produced and the characteristics of the slurry, various microparticles can be added. One of the problems associated with the use of microparticles during the papermaking process is that not all microparticles are held onto the paper web during paper formation. Those microparticles that are not held on the canvas often go to waste, which leads to an increase in the cost of paper production. Therefore, it is desirable to increase particle retention.

Осушение или обезвоживание является другой важной характеристикой при производстве бумаги, так как она определяет быстроту, с которой бумагоделательная машина может удалять воду из полотна. Обычно улучшенное обезвоживание соответствует более высоким скоростям бумагоделательной машины и более высокому выходу бумаги, то есть приводит к повышению производительности. Изготовители бумаги обычно стремятся удержать все волокна и частицы на полотне при самой высокой экономически возможной скорости, без ухудшения качества продукта. Однако изготовители бумаги, в попытках поддержания качества бумаги, часто сталкиваются с ограничениями, связанными с осушением, поэтому желательно иметь высокие характеристики осушения, для того, чтобы можно было выпускать бумагу хорошего качества с высокими скоростями.Drainage or dehydration is another important characteristic in paper production, as it determines the speed with which the paper machine can remove water from the web. Usually, improved dewatering corresponds to higher paper machine speeds and higher paper yields, i.e., leads to increased productivity. Paper manufacturers typically seek to keep all fibers and particles on the web at the highest cost-possible speed, without compromising product quality. However, paper manufacturers, in their efforts to maintain paper quality, often encounter limitations related to dehumidification, so it is desirable to have high dehumidification characteristics in order to produce good quality paper at high speeds.

Несмотря на то, что изготовители бумаги и поставщики ингредиентов бумаги понимают, что желательны высокие характеристики удержания частиц и осушения, существенную проблему в гарантированном получении бумаги высокого качества создает то, что системы изготовления бумаги являются различными и могут иметь существенные отклонения. Эти отклонения могут быть как результатом изменений ингредиентов в композиции бумаги, так и допусков оборудования для изготовления бумаги. Эти отклонения затрудняют получение бумаги высокого качества с высокой скоростью из-за изменений характеристик удержания частиц и осушения.Despite the fact that paper manufacturers and suppliers of paper ingredients understand that high particle retention and dehumidification characteristics are desired, a significant problem in guaranteed production of high quality paper is that the paper manufacturing systems are different and may have significant deviations. These deviations can be both the result of changes in the ingredients in the paper composition, and tolerances of equipment for making paper. These deviations make it difficult to obtain high quality paper at high speed due to changes in particle retention and dehumidification characteristics.

В настоящее время большинство ингредиентов, которые добавляют в суспензию для изготовления бумаги, оптимизированы для использования при специфических условиях. Это справедливо, например, для крахмальных композиций, которые добавляют на мокром конце процесса изготовления бумаги. К сожалению, условия работы оборудования для изготовления бумаги с течением времени изменяются в результате изменения ингредиентов (суспензии) и параметров системы (изготовления бумаги). В связи с этим возникает необходимость обеспечения удовлетворительного осушения и удержания частиц в диапазоне различных условий процесса изготовления бумаги.Currently, most of the ingredients that are added to the slurry for making paper are optimized for use under specific conditions. This is true, for example, for starch compositions that are added at the wet end of the papermaking process. Unfortunately, the working conditions of paper-making equipment change over time as a result of changes in the ingredients (slurry) and system parameters (paper-making). In this regard, there is a need to ensure satisfactory drainage and retention of particles in the range of various conditions of the paper manufacturing process.

Краткое изложение изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Настоящее изобретение в общем имеет отношение к созданию крахмалов, например, катионоактивных сшитых крахмалов, и к использованию указанных крахмалов при производстве бумаги. Более конкретно, настоящее изобретение направлено на создание крахмала и на его использование на мокром конце бумагоделательной машины. Настоящее изобретение предназначено, в частности, для задания свойств крахмала на мокром конце специфических систем и позволяет производить модифицирование свойств крахмала в соответствии с вариациями на мокром конце бумагоделательной машины.The present invention generally relates to the creation of starches, for example, cationic crosslinked starches, and to the use of these starches in the manufacture of paper. More specifically, the present invention is directed to the creation of starch and to its use on the wet end of a paper machine. The present invention is intended, in particular, to set the properties of starch at the wet end of specific systems and allows modification of the properties of starch in accordance with variations on the wet end of a paper machine.

Крахмал может быть также модифицирован в ходе производства за счет регулировки функциональных свойств крахмала в процессе изготовления бумаги. За счет избирательного изменения уровня сшивания крахмала можно изменять характеристики осушения и удержания частиц композиции бумаги, содержащей крахмал, что позволяет специально задавать свойства крахмала для обеспечения улучшенных эксплуатационных параметров, в зависимости от характеристик композиции бумаги, в которой он будет использован.Starch can also be modified during production by adjusting the functional properties of starch during papermaking. By selectively changing the level of starch crosslinking, it is possible to change the drying and retention characteristics of the particles of the paper composition containing starch, which makes it possible to specifically set the properties of starch to provide improved operational parameters, depending on the characteristics of the paper composition in which it will be used.

Свойства крахмала могут быть дополнительно заданы непосредственно перед его использованием на мокром конце бумагоделательной машины, для того, чтобы приспособить крахмал к специфическим условиям, существующим в бумагоделательной машине, за счет чего можно улучшить осушение и удержание частиц. Такую настройку производят, например, путем изменения температуры, при которой крахмальная композиция сварена, ранее ее добавки на мокром конце, а также путем изменения периода времени варки крахмала, изменения давления, под которым производят варку крахмала, и/или путем изменения содержания сухих веществ в крахмале до проведения варки. За счет изменения этих параметров, индивидуально или в совокупности, свойства крахмала могут быть изменены и приведены в соответствие со специфическими условиями различных процессов изготовления бумаги. Например, за счет варки при более высоких или более низких температурах, свойства крахмала могут быть изменены таким образом, чтобы улучшить эксплуатационные параметры на мокром конце.The properties of starch can be further specified immediately prior to use on the wet end of the paper machine, in order to adapt the starch to the specific conditions existing in the paper machine, whereby drying and particle retention can be improved. Such a setting is made, for example, by changing the temperature at which the starch composition is cooked, previously adding it at the wet end, and also by changing the time period for cooking starch, changing the pressure under which the starch is cooked, and / or by changing the solids content in starch before cooking. By changing these parameters, individually or in combination, the properties of starch can be changed and brought into line with the specific conditions of various paper-making processes. For example, by cooking at higher or lower temperatures, the properties of starch can be changed in such a way as to improve the performance at the wet end.

В соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения, предлагается способ изготовления бумаги, который предусматривает использование композиции бумаги, содержащей целлюлозные волокна в водной суспензии, к которой добавляют крахмальную композицию. Крахмальная композиция обычно представляет собой сшитый катионоактивный крахмал. Крахмал сварен ранее его введения в композицию бумаги, при температуре варки ниже 330°F, а преимущественно от 180 до 250°F, а еще лучше, при температуре ниже 220°F или 230°F. Эти температуры варки представляют собой средние температуры варки, которые соответствуют средним температурам, полученным за счет усреднения двух или нескольких температур, измеренных в ходе варки.According to a first embodiment of the present invention, there is provided a paper manufacturing method which comprises using a paper composition containing cellulosic fibers in an aqueous suspension to which a starch composition is added. The starch composition is usually a crosslinked cationic starch. Starch is cooked before it was introduced into the paper composition, at a cooking temperature below 330 ° F, and preferably from 180 to 250 ° F, and even better, at a temperature below 220 ° F or 230 ° F. These cooking temperatures are average cooking temperatures that correspond to average temperatures obtained by averaging two or more temperatures measured during cooking.

Микрочастицы, в том числе наночастицы, вводят в композицию бумаги для повышения эксплуатационных параметров машины, таких как осушение и удержание частиц, причем указанные микрочастицы имеют средний диаметр менее 1.0 мкм, а преимущественно менее 0.1 мкм. Подходящими микрочастицами являются, например, частицы различных кремнеземов и глин.Microparticles, including nanoparticles, are introduced into the paper composition to increase the operational parameters of the machine, such as drainage and particle retention, and these microparticles have an average diameter of less than 1.0 microns, and mainly less than 0.1 microns. Suitable microparticles are, for example, particles of various silicas and clays.

Катионоактивный сшитый крахмал в соответствии с настоящим изобретением вводят в качестве добавки на мокром конце в композицию бумаги, которая имеет рН на мокром конце ориентировочно от 4.0 до 9.0. Общий процесс производства бумаги, в том числе и термин "на мокром конце", описан в книге Pulp & Paper Manufacture, Vol. III. Papermaking and Paperboard Making, R. G. McDonald, editor, J.N.Franklin, tech. editor, McGraw Hill Book Co., 1970.The cationic crosslinked starch in accordance with the present invention is added as a wet end additive to a paper composition that has a wet end pH of about 4.0 to 9.0. The general paper manufacturing process, including the term “wet end,” is described in Pulp & Paper Manufacture, Vol. III. Papermaking and Paperboard Making, R. G. McDonald, editor, J.N. Franklin, tech. editor, McGraw Hill Book Co., 1970.

В специфическом варианте осуществления настоящего изобретения, крахмал и способы его приготовления используют для улучшения обезвоживания композиций бумаги. Так как обезвоживание композиции бумаги происходит в ходе процесса изготовления бумаги, то производят оценку скорости обезвоживания. Если скорость обезвоживания недостаточна, то изменяют температуру варки крахмала, для того, чтобы изменить свойства обезвоживания. Изменение температуры варки должно быть достаточным для изменения обезвоживания или удержания при первом проходе композиции бумаги. Обычно изменение температуры превышает 1°F, a преимущественно составляет по меньшей мере 5°F. В специфических вариантах осуществления настоящего изобретения изменение температуры составляет от 5 до 10°F, а в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения изменение температуры составляет по меньшей мере около 10°F. Температуру повышают в некоторых вариантах и снижают в других вариантах, в зависимости от характеристик обезвоживания или осушения, ранее изменения температур варки.In a specific embodiment of the present invention, starch and methods for its preparation are used to improve the dehydration of paper compositions. Since the dehydration of the paper composition occurs during the papermaking process, the dewatering rate is estimated. If the dehydration rate is insufficient, then the starch cooking temperature is changed in order to change the dehydration properties. The change in cooking temperature should be sufficient to change the dehydration or retention during the first pass of the paper composition. Typically, the temperature change exceeds 1 ° F, and preferably is at least 5 ° F. In specific embodiments of the present invention, the temperature change is from 5 to 10 ° F, and in some embodiments of the present invention, the temperature change is at least about 10 ° F. The temperature is increased in some embodiments and reduced in other embodiments, depending on the characteristics of dehydration or drainage, previously changing the cooking temperature.

Иногда необходимо определять надлежащее изменение температуры за счет повторяющихся изменений температуры, с последующей оценкой свойств бумаги. Такие повторяющиеся изменения температуры позволяют произвести ступенчатую оценку и регулировку свойств композиции бумаги. Например, в том случае, когда свойства обезвоживания являются неудовлетворительными или имеют тенденцию к ухудшению, температура первоначально может быть понижена на заданное значение (например, на 5°F). Если такое понижение температуры приводит к улучшению обезвоживания, то тогда температуру можно поддерживать на этом новом уровне. Альтернативно, температура может быть дополнительно понижена для еще большего улучшения обезвоживания. Если такое понижение температуры приводит к улучшению свойств обезвоживания, то тогда температуру можно поддерживать на этом новом уровне (или дополнительно понизить для еще большего улучшения обезвоживания). Однако если понижение температуры не приводит к улучшению свойств обезвоживания, то температура может быть вновь повышена до прежнего уровня. Альтернативно, температура может быть частично повышена до более высокого уровня.Sometimes it is necessary to determine the appropriate change in temperature due to repeated changes in temperature, followed by an assessment of the properties of the paper. Such repeated temperature changes allow a stepwise assessment and adjustment of the properties of the paper composition. For example, in the event that the dehydration properties are unsatisfactory or tend to deteriorate, the temperature may initially be lowered by a predetermined value (e.g., 5 ° F). If such a decrease in temperature leads to improved dehydration, then the temperature can be maintained at this new level. Alternatively, the temperature may be further lowered to further improve dehydration. If such a decrease in temperature leads to an improvement in dehydration properties, then the temperature can be maintained at this new level (or further lowered to further improve dehydration). However, if lowering the temperature does not lead to an improvement in the properties of dehydration, then the temperature can again be raised to the previous level. Alternatively, the temperature may be partially raised to a higher level.

Если первоначальное понижение температуры не приводит к улучшению свойств обезвоживания, то температуру обычно повышают относительно исходной температуры, чтобы добиться улучшения свойств обезвоживания. Если свойства обезвоживания не улучшаются, то тогда температура должна быть возвращена к исходной температуре или возвращена к промежуточной температуре, в диапазоне от исходной температуры до повышенной температуры. Если свойства обезвоживания улучшаются, то тогда температуру можно поддерживать на повышенном уровне, или вновь повысить до более высокой температуры.If the initial lowering of the temperature does not lead to an improvement in the dehydration properties, then the temperature is usually increased relative to the initial temperature in order to achieve an improvement in the dehydration properties. If the dehydration properties do not improve, then the temperature should be returned to the initial temperature or returned to an intermediate temperature, in the range from the initial temperature to an elevated temperature. If the dewatering properties are improved, then the temperature can be maintained at a higher level, or again raised to a higher temperature.

Указанным и другим аналогичным образом используют температуру, при которой сварен крахмал, для изменения свойств полученного крахмала, в результате чего можно задавать эти свойства в зависимости от параметров на мокром конце бумагоделательной машины. В дополнение к регулировке свойств удержания и осушения за счет регулировки температуры варки крахмала, регулировка этих свойств может быть произведена за счет изменения давления в ходе варки крахмала и за счет изменения содержания сухих веществ в крахмале до его варки. Например, варку крахмала обычно осуществляют в струйном варочном котле под давлением менее 100 фунтов на квадратный дюйм; причем крахмал обычно вводят в струйный варочный котел при содержании сухих веществ менее 10 %. За счет изменения давления или содержания сухих веществ, можно изменять свойства крахмальной композиции в соответствии со специфическими свойствами композиции бумаги на мокром конце, в которую вводят крахмальную композицию.The indicated and other similar methods use the temperature at which starch is cooked to change the properties of the obtained starch, as a result of which these properties can be set depending on the parameters at the wet end of the paper machine. In addition to adjusting the retention and drainage properties by adjusting the cooking temperature of starch, these properties can be adjusted by changing the pressure during starch cooking and by changing the dry matter content of the starch before it is cooked. For example, starch is typically cooked in a jet digester under a pressure of less than 100 psi; moreover, starch is usually introduced into a jet digester with a solids content of less than 10%. By changing the pressure or solids content, the properties of the starch composition can be changed in accordance with the specific properties of the paper composition at the wet end into which the starch composition is introduced.

Изменение температуры, давления и содержания сухих веществ может быть проведено не только индивидуально для улучшения эксплуатационных параметров на мокром конце, но и совместно, для того, чтобы изменить свойства крахмала. Например, могут быть изменены все три указанных параметра, а также могут быть изменены два параметра, например, температура и давление; температура и содержание сухих веществ; или давление и содержание сухих веществ. К тому же, кроме улучшения осушения и удержания, могут быть получены и другие улучшения свойств на мокром конце, такие как, например, улучшения линейной скорости, которые часто наблюдаются одновременно с улучшениями осушения и удержания.Changes in temperature, pressure and dry matter content can be carried out not only individually to improve operational parameters at the wet end, but also together, in order to change the properties of starch. For example, all three of these parameters can be changed, and also two parameters can be changed, for example, temperature and pressure; temperature and solids content; or pressure and solids content. In addition to improving drainage and retention, other wet end improvements can be obtained, such as, for example, improvements in linear velocity, which are often observed simultaneously with improvements in drainage and retention.

В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения предлагается способ регулировки в ходе процесса изготовления бумаги. Этот способ предусматривает регулирование температуры варки крахмальной композиции, для того, чтобы получить улучшение свойств осушения или удержания композиции бумаги. Указанный способ предусматривает использование композиции бумаги, которая содержит целлюлозные волокна и микрочастицы в водной суспензии, и использование крахмальной композиции, состав которой выбран для введения в композицию бумаги. Порция крахмальной композиции сварена при начальной температуре и затем введена в композицию бумаги. Композиция бумаги затем обезвожена для формирования полотна целлюлозных волокон. Производят оценку скорости обезвоживания или удержания частиц водной суспензии, и если обезвоживание протекает с неудовлетворительной скоростью, то тогда изменяют температуру, при которой крахмальная композиция сварена, на другую температуру, для того, чтобы изменить скорость обезвоживания водной суспензии.According to another embodiment of the present invention, there is provided a method of adjustment during a papermaking process. This method involves controlling the cooking temperature of the starch composition in order to obtain an improvement in the drying or retention properties of the paper composition. The specified method involves the use of a paper composition, which contains cellulosic fibers and microparticles in an aqueous suspension, and the use of a starch composition, the composition of which is selected for introduction into the paper composition. A portion of the starch composition is cooked at an initial temperature and then introduced into the paper composition. The paper composition is then dehydrated to form a web of cellulosic fibers. The rate of dehydration or retention of the particles of the aqueous suspension is estimated, and if the dehydration proceeds at an unsatisfactory rate, then the temperature at which the starch composition is cooked is changed to a different temperature in order to change the rate of dehydration of the aqueous suspension.

Приведенное краткое изложение изобретения не предназначено для описания всех его вариантов. Указанные ранее и другие характеристики изобретения будут более ясны из последующего детального описания, данного в качестве примера, не имеющего ограничительного характера и приведенного со ссылкой на сопроводительные чертежи.The above summary of the invention is not intended to describe all its variants. The foregoing and other features of the invention will be more apparent from the following detailed description, given by way of example, not of a restrictive nature and given with reference to the accompanying drawings.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

На фиг.1 показан график распределения частиц по размерам для примерных крахмалов на мокром конце, один из которых является сшитым, а другой - не сшитым.Figure 1 shows a graph of particle size distribution for exemplary wet end starches, one of which is crosslinked and the other is not crosslinked.

На фиг.2 показан график среднего размера частиц сшитого катионоактивного крахмала, сваренного при различных температурах струйной варки.Figure 2 shows a graph of the average particle size of crosslinked cationic starch, cooked at various temperatures of jet cooking.

На фиг.3 показан график распределения частиц по размерам для примерных добавок на мокром конце.Figure 3 shows a graph of particle size distribution for exemplary wet end additives.

На фиг.4 показан график осушения сшитого катионоактивного крахмала и не сшитого катионоактивного крахмала, которые были сварены при различных температурах.Figure 4 shows a graph of the drying of crosslinked cationic starch and non-crosslinked cationic starch, which were cooked at different temperatures.

На фиг.5 показан график вязкости сшитого катионоактивного крахмала и не сшитого катионоактивного крахмала, которые были сварены при различных температурах.Figure 5 shows a graph of the viscosity of crosslinked cationic starch and uncrosslinked cationic starch, which were cooked at different temperatures.

На фиг.6 показан 6 график среднего размера частиц сшитого катионоактивного крахмала и не сшитого катионоактивного крахмала, которые были сварены при различных температурах.Figure 6 shows a graph of the average particle size of crosslinked cationic starch and uncrosslinked cationic starch, which were cooked at different temperatures.

Несмотря на то, что в качестве примера детально описан предпочтительный специфический вариант осуществления изобретения, совершенно ясно, что в него специалистами в данной области могут быть внесены изменения и дополнения, которые не выходят однако за рамки приведенной далее формулы изобретения.Despite the fact that as an example the preferred specific embodiment of the invention has been described in detail, it is clear that specialists and experts in this field may make changes and additions that do not, however, go beyond the scope of the following claims.

Подробное описание изобретенияDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Настоящее изобретение в общем имеет отношение к созданию крахмалов, в том числе катионоактивных сшитых крахмалов, и к использованию указанных крахмалов при изготовлении бумаги. Более конкретно, настоящее изобретение направлено на создание катионизированного сшитого крахмала и на использование такого крахмала на мокром конце бумагоделательной машины. Крахмал адаптирован к изменению условий на мокром конце и позволяет производить модифицирование (свойств крахмала) в соответствии с вариациями на мокром конце бумагоделательной машины.The present invention generally relates to the creation of starches, including cationic crosslinked starches, and to the use of these starches in the manufacture of paper. More specifically, the present invention is directed to the creation of cationized crosslinked starch and to the use of such starch at the wet end of a paper machine. Starch is adapted to changing conditions at the wet end and allows modification (of starch properties) in accordance with variations on the wet end of the paper machine.

В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения, катионоактивный крахмал, который был сшит после катионизирования, добавляют в бумажную массу или в композицию бумаги в ходе изготовления бумаги. Крахмал сварен ранее введения на мокром конце бумагоделательной машины, причем параметры варки были заданы таким образом, чтобы улучшить свойства композиции бумаги на мокром конце, такие как удержание частиц и осушение композиции бумаги. Указанным образом задают свойства крахмала, так чтобы они соответствовали специфическим условиям на мокром конце бумагоделательной машины.In accordance with a first aspect of the present invention, cationic starch that has been crosslinked after cationization is added to the paper pulp or to the paper composition during paper making. Starch was cooked prior to introduction at the wet end of the paper machine, and the cooking parameters were set so as to improve the properties of the paper composition at the wet end, such as retention of particles and drainage of the paper composition. The starch properties are set in this way so that they correspond to specific conditions at the wet end of the paper machine.

В приведенном далее подробном описании изобретения указаны специфические крахмальные композиции, способы задания (подгонки, регулировки) свойств крахмальных композиций в соответствии с условиями процесса изготовления бумаги, а также описаны улучшения эксплуатационных параметров процесса изготовления бумаги, в том числе улучшения осушения и улучшения удержания при первом проходе и удержания микрочастиц.The following detailed description of the invention indicates specific starch compositions, methods for setting (adjusting, adjusting) the properties of the starch compositions in accordance with the conditions of the paper manufacturing process, and also describes the improvement of operational parameters of the paper manufacturing process, including improving drainage and improving retention during the first pass and retention of microparticles.

А. Модифицируемые крахмальные композицииA. Modifiable Starch Compositions

В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения, предлагаются крахмальные композиции, которые пригодны для использования на мокром конце бумагоделательной машины. Крахмальные композиции в соответствии с настоящим изобретением обладают такими свойствами, которые позволяют их модифицировать в процессе варки, для того, чтобы улучшить эксплуатационные параметры в ходе процесса изготовления бумаги.In accordance with a first aspect of the present invention, starch compositions are provided that are suitable for use on the wet end of a paper machine. Starch compositions in accordance with the present invention have properties that allow them to be modified during the cooking process, in order to improve operational parameters during the papermaking process.

Крахмал может быть получен из кукурузы (такой как кукуруза восковой спелости или кукуруза зубовидная), картофеля, сорго, тапиоки, пшеницы, риса и т.п. Обычно используют кукурузный крахмал, преимущественно крахмал кукурузы зубовидной, а еще лучше, катионизированный крахмал кукурузы зубовидной. Крахмал должен иметь гидроксильные группы или другие функциональные группы, которые позволяют производить сшивание. Ниже описаны дополнительные свойства, связанные с уровнями сшивания, с вязкостью, с уровнями замещения и размером частиц.Starch can be obtained from maize (such as waxy or toothy maize), potatoes, sorghum, tapioca, wheat, rice, and the like. Usually, corn starch is used, mainly starch-like starchy maize starch, and even better, cationized starchy starchy maize starch. Starch must have hydroxyl groups or other functional groups that allow crosslinking. Additional properties related to crosslinking levels, viscosity, substitution levels and particle size are described below.

Крахмал обычно бывает сшит при помощи сшивателя, который является химически активным по отношению к гидроксильным группам крахмала. Сшитый крахмал позволяет иметь больший диапазон размеров частиц по сравнению с не сшитым крахмалом. Этот больший диапазон размеров частиц создает расширенные возможности улучшения эксплуатационных параметров на мокром конце. Не ограничивая себя какой-либо теорией, можно все же полагать, что улучшение эксплуатационных параметров получают в том случае, когда размер частицы крахмала тесно коррелирует с размерами других частиц в композиции бумаги. Несмотря на то, что частицы крахмала могут быть меньшими, чем волокна бумаги, и более крупными, чем добавки микрочастиц, можно полагать, что существует взаимосвязь между размерами различных частиц (волокно, крахмал и микрочастица).Starch is usually crosslinked with a crosslinker, which is chemically active with respect to the hydroxyl groups of starch. Crosslinked starch allows you to have a larger range of particle sizes compared to non-crosslinked starch. This larger particle size range provides enhanced options for improving wet end performance. Without limiting oneself to any theory, one can nevertheless believe that the improvement of operational parameters is obtained when the particle size of starch is closely correlated with the size of other particles in the paper composition. Despite the fact that starch particles can be smaller than paper fibers and larger than microparticle additives, it can be assumed that there is a relationship between the sizes of various particles (fiber, starch and microparticle).

Обратимся теперь к рассмотрению фиг.1, на которой показаны профили размера частиц не сшитого катионоактивного крахмала кукурузы зубовидной и сшитого катионоактивного крахмала кукурузы зубовидной. Можно видеть, что не сшитый катионоактивный крахмал кукурузы зубовидной имеет более узкое распределение частиц по размерам, в то время как сшитый катионоактивный крахмал имеет широкое распределение частиц по размерам. Можно полагать, что более широкое распределение частиц по размерам обеспечивает большую вероятность столкновения (взаимодействия) друг с другом частиц в композиции бумаги на мокром конце и частиц в крахмале, что приводит к улучшению удержания микрочастиц.Turning now to FIG. 1, particle size profiles of uncrosslinked cationic starch of dentate and crosslinked cationic starch of dentiform maize are shown. It can be seen that non-crosslinked cationic starch of dentate maize has a narrower particle size distribution, while crosslinked cationic starch has a wide particle size distribution. It can be assumed that a wider distribution of particle sizes provides a greater likelihood of collision (interaction) between particles in the paper composition at the wet end and particles in starch, which leads to improved retention of microparticles.

В состав крахмала входит сшиватель, в качестве которого может быть выбрано многофункциональное органическое или неорганическое соединение, причем функциональные группы в сшивателе, такие как эпоксидные или ангидридные, являются химически активными по отношению к гидроксильным группам в крахмале. Крахмал может быть сшит полиэпоксидными соединениями, такими как полиаминполиэпоксидная смола, оксихлорид фосфора, 1,4 бутандиол диглицидил эфир, диангидриды, ацетаты и полифункциональные силаны. В качестве сшивателя может быть использован также триметафосфат натрия. Указанные и другие сшиватели и способы сшивания описаны в патентах США № 3790829; 3391018; 3361590 и 5122231.The starch composition includes a crosslinker, for which a multifunctional organic or inorganic compound can be selected, and functional groups in the crosslinker, such as epoxy or anhydride, are chemically active with respect to the hydroxyl groups in the starch. Starch can be crosslinked with polyepoxide compounds such as polyamine polyepoxy resin, phosphorus oxychloride, 1,4 butanediol diglycidyl ether, dianhydrides, acetates and polyfunctional silanes. Sodium trimetaphosphate can also be used as a crosslinker. These and other crosslinkers and crosslinking methods are described in US Pat. Nos. 3,790,829; 3,391,018; 3361590 and 5122231.

Вязкость крахмалаStarch Viscosity

Обычно уровень сшивания существенно влияет на вязкость крахмала. Таким образом, изменение вязкости может быть задано частично за счет изменения уровня сшивания. Объем сшивания является функцией времени и вида сшивателя, а также условий реакции, причем все эти параметры выбирают для обеспечения вязкости в заданном диапазоне.Typically, the level of crosslinking significantly affects the viscosity of starch. Thus, a change in viscosity can be set in part by changing the level of crosslinking. The crosslinking volume is a function of the time and type of crosslinker, as well as the reaction conditions, all of which are chosen to provide viscosity in a given range.

Катионоактивный сшитый крахмал обычно является сшитым до вязкости горячей пасты в диапазоне ориентировочно от 10 сантипуаз до 3000 сантипуаз, обычно ориентировочно от 50 сантипуаз до 3000 сантипуаз, а преимущественно ориентировочно от 200 сантипуаз до 3000 сантипуаз, при измерении на вискозиметре Брукфильда, при содержании в крахмале 2.0% сухих веществ при 95°С, при 20 об/мин, с использованием шпинделя номер 21, в соответствии с методикой, описанной в патенте США № 5122231.Cationically stitched starch is usually crosslinked to a hot paste viscosity in the range of approximately 10 centipoise to 3000 centipoise, typically approximately 50 centipoise to 3000 centipoise, and preferably approximately 200 centipoise to 3000 centipoise, when measured on a Brookfield viscometer, when contained in 2.0 starch % solids at 95 ° C, at 20 rpm, using spindle number 21, in accordance with the procedure described in US patent No. 5122231.

Альтернативно, вязкость крахмала может быть измерена с использованием вязкости разрушения в соответствии с методикой, описанной в патенте США № 5368690, несмотря на то, что эта методика является менее точной при измерениях крахмалов высокой вязкости. Вязкость разрушения обычно составляет более 85%, а преимущественно более 90%. В предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения вязкость превышает 95%.Alternatively, starch viscosity can be measured using fracture toughness in accordance with the method described in US Pat. No. 5,368,690, although this technique is less accurate when measuring high viscosity starch. The fracture toughness is usually more than 85%, and preferably more than 90%. In preferred embodiments of the present invention, the viscosity is greater than 95%.

Уровни замещения крахмалаStarch Substitution Levels

Подходящие крахмальные композиции преимущественно представляют собой катионоактивные крахмалы, которые сохраняют положительный заряд при растворении в воде. Такой крахмал преимущественно содержит четвертичный ион аммония, который обеспечивает повышенную трансформируемость по рН. Часто такой содержащий четвертичный ион аммония крахмал получают за счет эфиризации гидроксильных групп при помощи соответствующего агента эфиризации. В качестве имеющего катионоактивную характеристику агента эфиризации используют, например, (3-хлоро-2-гидроксипропил) триметил хлорид аммония, четвертичную соль метил хлорида N-(2,3-эпоксипропил) диметиламина или N-(2,3-эпоксипропил) дибутиламина или N-(2,3-эпоксипропил) метиланилина.Suitable starch compositions are advantageously cationic starches that retain a positive charge when dissolved in water. Such starch mainly contains a quaternary ammonium ion, which provides increased pH transformability. Often such starch containing quaternary ammonium ion is obtained by esterification of hydroxyl groups with an appropriate esterization agent. As the cationic characteristic of the esterization agent, for example, (3-chloro-2-hydroxypropyl) trimethyl ammonium chloride, the quaternary salt of methyl chloride of N- (2,3-epoxypropyl) dimethylamine or N- (2,3-epoxypropyl) dibutylamine or N- (2,3-Epoxypropyl) methylaniline.

Используемый здесь термин "степень замещения" (DS) может быть определен как среднее число гидроксильных групп в каждом блоке ангидроглюкозы, полученных при помощи замещающих групп. DS используют в качестве меры заряда катионизированного и сшитого крахмала, причем степень замещения связана со средним числом однозарядных катионов гидроксильных групп в каждом блоке ангидроглюкозы.As used herein, the term “degree of substitution” (DS) can be defined as the average number of hydroxyl groups in each anhydroglucose block obtained by substitution groups. DS is used as a measure of the charge of cationized and crosslinked starch, the degree of substitution being related to the average number of singly charged cations of hydroxyl groups in each anhydroglucose block.

Определение степени замещения содержится в публикации STARCH: Chemistry and Technology, second edition, R. L. Whister, J.N.Bemiller, and E. F. Paschall, editors. Academic Press, Inc., 1984. Крахмал обычно является катионизированным до степени замещения (DS) более 0.005, но не более 0.100, а типично ориентировочно от 0.030 до 0.070. Крахмал преимущественно имеет DS в диапазоне от 0.030 до 0.040.Determination of degree of substitution is contained in STARCH: Chemistry and Technology, second edition, R. L. Whister, J.N. Bemiller, and E. F. Paschall, editors. Academic Press, Inc., 1984. Starch is usually cationized to a degree of substitution (DS) of more than 0.005, but not more than 0.100, and typically from about 0.030 to 0.070. Starch predominantly has a DS in the range of 0.030 to 0.040.

Крахмал может быть катионизирован при помощи любого известного способа, такого как проведение реакции в щелочной среде с третичными или четвертичными аминами, с последующей возможной нейтрализацией, промывкой и сушкой. Известные способы катионизации крахмала описаны в патентах США № 4146515 и 4840705. В соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения, кукурузный крахмал катионизируют при помощи реакции крахмала с (3-хлоро-2 гидроксипропил) триметил хлоридом аммония в щелочной среде, образованной гидроксидом натрия, в результате чего получают катионоактивный (2-гидроксипропил) триметил хлорид аммония крахмал эфир с молярной степенью замещения (DS) эфира в крахмале в диапазоне от 0.030 до 0.040.Starch can be cationized using any known method, such as carrying out a reaction in an alkaline medium with tertiary or quaternary amines, followed by possible neutralization, washing and drying. Known methods for cationizing starch are described in US Pat. Nos. 4,146,515 and 4,840,705. In accordance with one aspect of the present invention, corn starch is cationized by reacting starch with (3-chloro-2 hydroxypropyl) trimethyl ammonium chloride in an alkaline medium formed by sodium hydroxide in resulting in a cationic (2-hydroxypropyl) trimethyl ammonium chloride starch ether with a molar degree of substitution (DS) of ether in starch in the range from 0.030 to 0.040.

Размер частиц крахмалаStarch Particle Size

Крахмальные композиции в соответствии с настоящим изобретением являются предпочтительными в том смысле, что они позволяют производить модификацию размера частиц с учетом природы крахмальной композиции и характеристик варки, в том числе температуры, давления и содержания сухих веществ. Это позволяет изменять размеры частиц для того, чтобы обеспечить наиболее благоприятные свойства в композиции бумаги на мокром конце. Размер частиц крахмала может быть определен с использованием анализа распределения размера частиц, например, с использованием Ми теории рассеяния, которую используют в анализаторах гранулометрического состава, выпускаемых фирмой Horiba, Inc., в том числе и в анализаторе гранулометрического состава типа LA910. Ми теория рассеяния не обеспечивает прямое измерение диаметра, а дает по меньшей мере относительный размер частиц.Starch compositions in accordance with the present invention are preferred in the sense that they allow particle size modification to be made taking into account the nature of the starch composition and cooking characteristics, including temperature, pressure and dry matter content. This allows you to change the particle size in order to provide the most favorable properties in the paper composition at the wet end. Particle size of starch can be determined using particle size distribution analysis, for example, using the Mi scattering theory, which is used in particle size analyzers manufactured by Horiba, Inc., including a particle size analyzer of the LA910 type. Mi scattering theory does not provide a direct measurement of diameter, but gives at least a relative particle size.

Обратимся теперь к рассмотрению фиг.2, на которой показан пример распределения частиц по размерам в крахмальной композиции, изготовленной в соответствии с настоящим изобретением. Распределение частиц по размерам сшитого крахмала существенно меняется в зависимости от температуры варки, которая в данном примере изменяется от 190 до 265°F. Максимальный размер частиц получают при низких температурах варки. За счет изменения температуры варки можно изменять средний размер частиц, что позволяет точно задавать размер частиц в соответствии со специфической композицией бумаги на мокром конце, в которую вводят крахмал.We now turn to the consideration of figure 2, which shows an example of the distribution of particle sizes in a starch composition made in accordance with the present invention. The particle size distribution of crosslinked starch varies significantly depending on the cooking temperature, which in this example varies from 190 to 265 ° F. The maximum particle size is obtained at low cooking temperatures. By varying the cooking temperature, the average particle size can be changed, which allows you to precisely set the particle size in accordance with the specific composition of the paper at the wet end into which starch is introduced.

В. Ингредиенты микрочастицB. Microparticle Ingredients

В композицию бумаги также вводят микрочастицы, так как они содействуют осушению и могут работать в качестве флокулянта. Подходящими микрочастицами являются частицы кремнеземов и глин. Концентрация микрочастиц, вводимых в композицию бумаги на мокром конце в соответствии с настоящим изобретением, варьирует в зависимости от желательных свойств готового бумажного продукта, вместе с полученными уровнями удержания частиц. Микрочастицы обычно вводят при концентрации менее 5.0 фунтов на тонну волокна, а преимущественно менее 2.0 фунтов на тонну волокна.Microparticles are also introduced into the paper composition, as they facilitate drainage and can function as a flocculant. Suitable microparticles are silica and clay particles. The concentration of microparticles introduced into the wet end paper composition in accordance with the present invention varies depending on the desired properties of the finished paper product, together with the obtained particle retention levels. Microparticles are typically administered at a concentration of less than 5.0 pounds per ton of fiber, and preferably less than 2.0 pounds per ton of fiber.

Микрочастицы обычно имеют средний диаметр менее 1.0 мкм, а преимущественно менее 0.5 мкм. Средство осушения, такое как коллоидный кремнезем, часто имеет средний диаметр частиц около 0.1 мкм, причем наполнители обычно имеют средний диаметр частиц от 1 до 50 мкм, конгломераты латекса имеют средний диаметр частиц от 10 до 100 мкм, а волокно часто имеет средний размер 200 мкм или больше.Microparticles usually have an average diameter of less than 1.0 microns, and mostly less than 0.5 microns. A drying agent, such as colloidal silica, often has an average particle diameter of about 0.1 microns, with fillers typically having an average particle diameter of 1 to 50 microns, latex conglomerates have an average particle diameter of 10 to 100 microns, and the fiber often has an average size of 200 microns or more.

Обратимся теперь к рассмотрению фиг.3, на которой показано распределение частиц по размерам (гранулометрический состав) для типичных ингредиентов на мокром конце, в том числе для кремнезема, диоксида титана, выпавшего в осадок карбоната кальция (РСС) и белой воды. Можно видеть, что размер частиц варьирует в зависимости от типа частиц. Кремнезем имеет размер частиц около 0.10 мкм, диоксид титана имеет средний размер частиц ориентировочно 0.8 мкм в диапазоне от 0.5 до 1.0 мкм. РСС имеет размер частиц в диапазоне ориентировочно от 1.0 мкм до более 10 мкм. Белая вода имеет размер частиц в диапазоне от менее 1.0 мкм до более 10 мкм. В зависимости от количества добавленных микрочастиц можно задавать оптимальное осушение и удержание частиц в крахмальной композиции. Часто необходимо задавать размер частиц крахмала таким образом, чтобы он соответствовал различным размерам микрочастиц. Это приходится делать в том случае, когда размеры микрочастиц варьируют в ходе процесса изготовления бумаги, за счет сознательного изменения размера частиц или концентрации, или в результате непреднамеренных изменений в процессе изготовления композиции бумаги.We now turn to the consideration of figure 3, which shows the distribution of particle sizes (particle size distribution) for typical ingredients at the wet end, including silica, titanium dioxide, precipitated calcium carbonate (PCC) and white water. You can see that the particle size varies depending on the type of particles. Silica has a particle size of about 0.10 microns, titanium dioxide has an average particle size of approximately 0.8 microns in the range from 0.5 to 1.0 microns. RCC has a particle size in the range of approximately 1.0 μm to more than 10 μm. White water has a particle size in the range from less than 1.0 microns to more than 10 microns. Depending on the amount of added microparticles, it is possible to set the optimal drainage and retention of particles in the starch composition. It is often necessary to set the particle size of the starch so that it corresponds to different sizes of microparticles. This has to be done when the sizes of the microparticles vary during the paper manufacturing process, due to a conscious change in particle size or concentration, or as a result of unintentional changes in the manufacturing process of the paper composition.

С. Условия приготовления крахмалаC. Conditions for the preparation of starch

Настоящее изобретение позволяет производить варку крахмальных композиций таким образом, что свойства крахмала, в том числе размер частиц и распределение частиц по размерам, будут оптимизированы для соответствия свойствам (композиции бумаги) на мокром конце, в том числе для соответствия размерам частиц и распределению частиц по размерам на мокром конце. Не ограничивая себя какой-либо теорией, все же можно полагать, что вариация размера частиц крахмальных композиций коррелирует с изменениями характеристик осушения и удержания частиц. В том случае, когда размер частиц крахмала надлежащим образом коррелирует с размерами органических и неорганических частиц (например, волокна, латекса), добавляемых в крахмал, то композиция бумаги получает улучшенные свойства осушения и удержания частиц, а также другие благоприятные свойства. Широкое распределение частиц по размерам в крахмале может быть получено за счет соответствующего выбора режимов варки крахмала в варочном котле. Способность такого изменения размера частиц и распределения частиц по размерам, которое обеспечивает совпадение с характеристиками на мокром конце бумагоделательной машины, позволяет получить лучшие свойства удержания частиц и осушения.The present invention allows the cooking of starch compositions in such a way that the starch properties, including particle size and particle size distribution, are optimized to match the properties (paper composition) at the wet end, including to match the particle size and particle size distribution on the wet end. Without limiting oneself to any theory, one can still assume that the variation in the particle size of starch compositions correlates with changes in the characteristics of drainage and particle retention. In the case where the particle size of the starch properly correlates with the size of the organic and inorganic particles (for example, fiber, latex) added to the starch, the paper composition obtains improved drying and retention properties of the particles, as well as other favorable properties. A wide particle size distribution in the starch can be obtained by appropriate selection of the starch cooking modes in the digester. The ability of such a change in particle size and particle size distribution, which ensures coincidence with the characteristics at the wet end of the paper machine, allows to obtain better particle retention and drying properties.

D. Способы регулировки свойств крахмальной композицииD. Methods for adjusting the properties of a starch composition

Изменение температуры варкиCooking Temperature Change

В соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения, свойства крахмала модифицируют за счет изменения температуры варки крахмала, а в частности, температуры, при которой производят струйную варку крахмала. В специфических вариантах используют усовершенствованные способы регулировки температуры варки крахмала, позволяющие улучшить характеристики обезвоживания композиции бумаги и/или удержания микрочастиц. Так как обезвоживание композиции бумаги происходит в ходе процесса изготовления бумаги, то производят оценку скорости обезвоживания. Если скорость обезвоживания является неудовлетворительной, то температуру варки крахмала изменяют для того, чтобы изменить свойства обезвоживания.According to a first embodiment of the present invention, the properties of starch are modified by changing the cooking temperature of starch, and in particular, the temperature at which starch is cooked. In specific embodiments, improved methods for adjusting the cooking temperature of starch are used to improve the dewatering characteristics of the paper composition and / or retention of microparticles. Since the dehydration of the paper composition occurs during the papermaking process, the dewatering rate is estimated. If the dehydration rate is unsatisfactory, then the cooking temperature of the starch is changed in order to change the dehydration properties.

Изменение температуры варки должно быть достаточным для надлежащего изменения обезвоживания или удержания первого прохода композиции бумаги. Следовательно, изменения температуры должны быть достаточно большими для того, чтобы оказать воздействие на свойства композиции бумаги. Обычно температуру изменяют на величину более 1°F, а преимущественно более 5°F. В специфических вариантах температуру изменяют на величину от 5 до 10°F, а в некоторых вариантах изменение температуры составляет по меньшей мере около 10°F, причем температуру в некоторых вариантах повышают, а в других вариантах снижают, в зависимости от свойств обезвоживания или осушения до начала изменения температуры варки.The change in cooking temperature should be sufficient to properly alter the dehydration or hold the first pass of the paper composition. Therefore, temperature changes must be large enough to affect the properties of the paper composition. Typically, the temperature is changed by more than 1 ° F, and preferably more than 5 ° F. In specific embodiments, the temperature is varied from 5 to 10 ° F, and in some embodiments, the temperature is at least about 10 ° F, and in some embodiments, the temperature is raised and in other embodiments reduced, depending on the dehydration or dewatering properties, to start of cooking temperature change.

В специфическом варианте процесс изготовления бумаги включает в себя операции варки крахмального компонента, обезвоживания композиции бумаги, а затем регулировки скорости обезвоживания за счет изменения температуры варки крахмального компонента. Первая операция, а именно, варка крахмального компонента, предусматривает проведение варки при первой средней температуре варки ниже 330°F, в течение первого периода времени, катионизированного сшитого крахмала, который имеет вязкость горячей пасты в диапазоне ориентировочно от 50 сантипуаз до 3000 сантипуаз, измеренную на вискозиметре Брукфильда при содержании сухих веществ в крахмале 2.0% при температуре около 95°С, при 20 об/мин, с использованием шпинделя No.21. Композиция бумаги содержит целлюлозные волокна в водной суспензии, неорганические частицы, которые составляют по меньшей мере 50 вес.% частиц, имеющих средний размер частиц не более 1 мкм, и сваренный крахмальный компонент. Скорость обезвоживания задают за счет варки крахмальной композиции при второй температуре, которая отличается по меньшей мере на 10°F от первой средней температуры варки. В специфических вариантах вторая средняя температура варки составляет от 200 до 250°F, а в других вариантах вторая средняя температура варки составляет менее 230°F. Микрочастицами могут быть частицы кремнезема, глины, а также их комбинации.In a specific embodiment, the papermaking process includes cooking the starch component, dewatering the paper composition, and then adjusting the dehydration rate by changing the cooking temperature of the starch component. The first operation, namely the cooking of the starch component, involves cooking at a first average cooking temperature below 330 ° F, for a first period of time, of cationized cross-linked starch, which has a hot paste viscosity ranging from about 50 centipoise to 3000 centipoise, measured at Brookfield viscometer with a solids content of 2.0% starch at a temperature of about 95 ° C, at 20 rpm, using a spindle No.21. The paper composition contains cellulosic fibers in an aqueous suspension, inorganic particles that comprise at least 50% by weight of particles having an average particle size of not more than 1 μm, and a cooked starch component. The dehydration rate is set by cooking the starch composition at a second temperature that is at least 10 ° F. different from the first average cooking temperature. In specific embodiments, the second average cooking temperature is from 200 to 250 ° F, and in other embodiments, the second average cooking temperature is less than 230 ° F. Silica particles, clay, and also combinations thereof may be microparticles.

Дополнительные операции могут включать в себя определение удержания частиц и изменение температуры для регулировки удержания частиц. Крахмальная композиция может быть сварена в струйном варочном котле, под давлением менее 150 фунтов на квадратный дюйм. В специфических вариантах крахмал вводят в струйный варочный котел при содержании сухих веществ от 1 до 10%.Additional operations may include determining particle retention and changing the temperature to adjust particle retention. The starch composition can be cooked in a jet digester, at a pressure of less than 150 psi. In specific embodiments, starch is introduced into a jet digester with a solids content of 1 to 10%.

По причине сложности свойств композиции бумаги, иногда необходимо определять надлежащее изменение температуры за счет итеративных (повторяющихся) изменений температуры с последующей оценкой свойств бумаги. Такие изменения температуры производят начиная от исходной (начальной) температуры варки, причем после каждого изменения определяют, произошло ли улучшение удержания частиц, осушения или качества бумажного продукта. Такие изменения направлены на оптимизацию свойств крахмала за счет изменения температуры варки до тех пор, пока не будет достигнут предпочтительный диапазон свойств.Due to the complexity of the properties of the paper composition, it is sometimes necessary to determine the appropriate change in temperature due to iterative (repeated) changes in temperature, followed by an assessment of the properties of the paper. Such temperature changes are made starting from the initial (initial) cooking temperature, and after each change, it is determined whether there has been an improvement in particle retention, drying, or quality of the paper product. Such changes are aimed at optimizing the properties of starch by changing the cooking temperature until a preferred range of properties is achieved.

Например, в том случае, когда свойства обезвоживания являются неудовлетворительными или имеют тенденцию к ухудшению, температура первоначально может быть понижена на заданное значение (например, на 5°F). Если такое понижение температуры приводит к улучшению обезвоживания, то тогда температуру можно поддерживать на этом новом уровне. Альтернативно, температура может быть дополнительно понижена для еще большего улучшения обезвоживания. Если такое понижение температуры приводит к улучшению свойств обезвоживания, то тогда температуру можно поддерживать на этом новом уровне (или дополнительно понизить для еще большего улучшения обезвоживания). Однако если понижение температуры не приводит к улучшению свойств обезвоживания, то температура может быть вновь повышена до прежнего уровня.For example, in the event that the dehydration properties are unsatisfactory or tend to deteriorate, the temperature may initially be lowered by a predetermined value (e.g., 5 ° F). If such a decrease in temperature leads to improved dehydration, then the temperature can be maintained at this new level. Alternatively, the temperature may be further lowered to further improve dehydration. If such a decrease in temperature leads to an improvement in dehydration properties, then the temperature can be maintained at this new level (or further lowered to further improve dehydration). However, if lowering the temperature does not lead to an improvement in the properties of dehydration, then the temperature can again be raised to the previous level.

Альтернативно, температура может быть частично повышена до более высокого уровня. Если первоначальное понижение температуры не приводит к улучшению свойств обезвоживания, то температуру обычно повышают относительно исходной температуры, чтобы добиться улучшения свойств обезвоживания. Если свойства обезвоживания не улучшаются, то тогда температура должна быть возвращена к исходной температуре или возвращена к промежуточной температуре, в диапазоне от исходной температуры до повышенной температуры. Если свойства обезвоживания улучшаются, то тогда температуру можно поддерживать на повышенном уровне, или вновь повысить до более высокой температуры. Указанным образом используют температуру, при которой сварен крахмал, для изменения свойств полученного крахмала, в результате чего можно задавать эти свойства в зависимости от параметров на мокром конце бумагоделательной машины.Alternatively, the temperature may be partially raised to a higher level. If the initial lowering of the temperature does not lead to an improvement in the dehydration properties, then the temperature is usually increased relative to the initial temperature in order to achieve an improvement in the dehydration properties. If the dehydration properties do not improve, then the temperature should be returned to the initial temperature or returned to an intermediate temperature, in the range from the initial temperature to an elevated temperature. If the dewatering properties are improved, then the temperature can be maintained at a higher level, or again raised to a higher temperature. In this way, the temperature at which the starch is cooked is used to change the properties of the starch obtained, as a result of which these properties can be set depending on the parameters at the wet end of the paper machine.

Изменение давлений варкиCooking Pressure Change

В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения, свойства крахмала модифицируют за счет изменения давлений, при которых производят варку крахмала, а в частности давлений, при которых производят струйную варку крахмала. Так как в ходе процесса изготовления бумаги происходит обезвоживание композиции бумаги, то производят оценку скоростей обезвоживания или удержания частиц. Если скорости обезвоживания или удержания частиц являются неудовлетворительными, то производят изменение давления варки крахмала, для того, чтобы изменить свойства обезвоживания или удержания частиц. Изменение давления варки должно быть достаточным для надлежащего изменения обезвоживания или удержания первого прохода композиции бумаги.In accordance with another embodiment of the present invention, the properties of starch are modified by changing the pressures at which starch is cooked, and in particular the pressures at which starch is cooked. Since the paper composition is dehydrated during the papermaking process, the rates of dewatering or particle retention are estimated. If the dewatering or retention rates of the particles are unsatisfactory, then the starch cooking pressure is changed in order to change the dehydration or retention properties of the particles. The change in cooking pressure should be sufficient to properly alter the dehydration or hold the first pass of the paper composition.

Обычно изменение давления варки превышает по меньшей мере 1 psi (фунт на квадратный дюйм), а преимущественно превышает 5 psi. В специфических вариантах изменение давления варки составляет от 10 до 60 psi, причем в некоторых вариантах изменение давления составляет по меньшей мере около 20 psi, при этом в некоторых вариантах давление увеличивают, а в других вариантах давление снижают, в зависимости от характеристик обезвоживания или осушения ранее проведения изменений давления варки.Typically, the change in cooking pressure exceeds at least 1 psi (psi), and preferably exceeds 5 psi. In specific embodiments, the change in cooking pressure is from 10 to 60 psi, and in some embodiments, the pressure change is at least about 20 psi, while in some embodiments, the pressure is increased, and in other embodiments, the pressure is reduced, depending on the dehydration or dehumidification characteristics previously making changes in cooking pressure.

В специфическом варианте процесс изготовления бумаги включает в себя операции варки крахмального компонента, обезвоживания композиции бумаги, а затем регулировки скорости обезвоживания за счет изменения давления варки крахмального компонента. Первая операция, а именно, варка крахмального компонента, предусматривает проведение варки катионизированного сшитого крахмала, который имеет вязкость горячей пасты в диапазоне ориентировочно от 10 сантипуаз до 3000 сантипуаз, типично от 50 до 3000 сантипуаз, а преимущественно ориентировочно от 200 сантипуаз до 3000 сантипуаз, измеренную на вискозиметре Брукфильда при содержании сухих веществ в крахмале 2.0% при температуре около 95°С, с использованием шпинделя No. 21 при 20 об/мин.In a specific embodiment, the papermaking process includes cooking the starch component, dewatering the paper composition, and then adjusting the dehydration rate by changing the cooking pressure of the starch component. The first operation, namely the cooking of the starch component, involves cooking the cationized crosslinked starch, which has a hot paste viscosity ranging from about 10 centipoise to 3000 centipoise, typically from 50 to 3000 centipoise, and preferably from about 200 centipoise to 3000 centipoise, measured on a Brookfield viscometer with a solids content of 2.0% starch at a temperature of about 95 ° C, using a No. spindle 21 at 20 rpm.

Композиция бумаги содержит целлюлозные волокна в водной суспензии, неорганические частицы, которые составляют по меньшей мере 50 вес.% частиц, имеющих средний размер частиц не более 1 мкм, и сваренный крахмальный компонент. Скорость обезвоживания задают за счет варки крахмальной композиции при втором давлении, которое отличается по меньшей мере на 10 psi от первого среднего давления варки.The paper composition contains cellulosic fibers in an aqueous suspension, inorganic particles that comprise at least 50% by weight of particles having an average particle size of not more than 1 μm, and a cooked starch component. The dehydration rate is set by cooking the starch composition at a second pressure that is at least 10 psi different from the first average cooking pressure.

Дополнительные операции могут включать в себя определение удержания частиц и изменение давления для регулировки удержания частиц. В специфических вариантах крахмал вводят в струйный варочный котел при содержании сухих веществ от 1 до 10%.Additional operations may include determining particle retention and changing the pressure to adjust particle retention. In specific embodiments, starch is introduced into a jet digester with a solids content of 1 to 10%.

По причине сложности свойств композиции бумаги, иногда необходимо определять надлежащее изменение давления за счет итеративных изменений давления с последующей оценкой свойств бумаги. Такие изменения давления производят начиная от исходного (начального) давления варки, причем после каждого изменения определяют, произошло ли улучшение удержания частиц, осушения или качества бумажного продукта. Такие изменения направлены на оптимизацию свойств крахмала за счет изменения давления варки до тех пор, пока не будет достигнут предпочтительный диапазон свойств.Due to the complexity of the properties of the paper composition, it is sometimes necessary to determine the proper change in pressure due to iterative changes in pressure followed by an assessment of the properties of the paper. Such pressure changes are made starting from the initial (initial) cooking pressure, and after each change, it is determined whether there has been an improvement in particle retention, drainage or quality of the paper product. Such changes are aimed at optimizing the properties of starch by changing the cooking pressure until a preferred range of properties is achieved.

Например, в том случае, когда свойства обезвоживания или удержания являются неудовлетворительными или имеют тенденцию к ухудшению, давление первоначально может быть понижено на заданную величину (например, на 10 psi). Если такое понижение приводит к улучшению обезвоживания или удержания, то тогда давление можно поддерживать на этом новом уровне. Альтернативно, давление может быть дополнительно понижено для еще большего улучшения обезвоживания или удержания. Если такое понижение давления приводит к улучшению свойств обезвоживания, то тогда давление можно поддерживать на этом новом уровне (или дополнительно понизить для еще большего улучшения обезвоживания). Однако если такое понижение давления не приводит к улучшению свойств обезвоживания, то тогда давление может быть вновь повышено до прежнего уровня.For example, in the case where the dehydration or retention properties are unsatisfactory or tend to deteriorate, the pressure may initially be reduced by a predetermined amount (for example, 10 psi). If this decrease leads to improved dehydration or retention, then pressure can be maintained at this new level. Alternatively, the pressure may be further lowered to further improve dehydration or retention. If such a decrease in pressure leads to an improvement in dehydration properties, then the pressure can be maintained at this new level (or further reduced to further improve dehydration). However, if such a decrease in pressure does not lead to an improvement in dewatering properties, then the pressure can again be raised to the previous level.

Если первоначальное понижение давления не приводит к улучшению свойств обезвоживания или удержания, то давление обычно повышают относительно исходного значения, чтобы добиться улучшения свойств обезвоживания или удержания. Если указанные свойства не улучшаются, то тогда давление должно быть возвращено к исходному давлению или возвращено к промежуточному давлению, в диапазоне от исходного давления до повышенного давления. Если указанные свойства улучшаются, то тогда давление можно поддерживать на повышенном уровне, или вновь повысить до более высокого давления. Указанным и другим аналогичным образом используют давление, при котором сварен крахмал, для изменения свойств полученного крахмала, в результате чего можно задавать эти свойства в зависимости от параметров на мокром конце бумагоделательной машины.If the initial decrease in pressure does not improve the dehydration or retention properties, then the pressure is usually increased relative to the initial value in order to achieve improved dehydration or retention properties. If these properties do not improve, then the pressure should be returned to the original pressure or returned to the intermediate pressure, in the range from the initial pressure to high pressure. If these properties are improved, then the pressure can be maintained at a high level, or again raised to a higher pressure. In the indicated and other similar ways, the pressure at which the starch is cooked is used to change the properties of the starch obtained, as a result of which these properties can be set depending on the parameters at the wet end of the paper machine.

Изменение содержания сухих веществChange in solids

В соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения, свойства крахмала модифицируют за счет изменения содержания сухих веществ в крахмале, при котором производят варку крахмала, а в частности, содержания сухих веществ, при котором производят струйную варку крахмала. В специфических вариантах используют улучшенный крахмал и усовершенствованные способы для улучшения свойств обезвоживания композиции бумаги и/или удержания микрочастиц. Так как в ходе процесса изготовления бумаги происходит обезвоживание композиции бумаги, то производят оценку скорости обезвоживания. Если скорость обезвоживания является неудовлетворительной, то производят изменение содержания сухих веществ в крахмале, для того, чтобы изменить свойства обезвоживания.In accordance with another embodiment of the present invention, the properties of starch are modified by changing the solids content of the starch at which starch is cooked, and in particular, the solids content at which starch is blasted. In specific embodiments, improved starch and improved methods are used to improve the dewatering properties of the paper composition and / or retention of microparticles. Since the paper composition is dehydrated during the paper manufacturing process, the dehydration rate is estimated. If the dehydration rate is unsatisfactory, a change in the solids content of the starch is made in order to change the dehydration properties.

Изменение содержания сухих веществ должно быть достаточным для надлежащего изменения обезвоживания или удержания первого прохода композиции бумаги. Обычно изменение содержания сухих веществ превышает 1%, а преимущественно превышает 2%. В специфических вариантах изменение содержания сухих веществ составляет от 3 до 10%, а в некоторых вариантах изменение содержания сухих веществ составляет по меньшей мере около 5%, причем содержание сухих веществ в некоторых вариантах увеличивают, а в других вариантах уменьшают, в зависимости от характеристик обезвоживания или осушения до проведения изменения содержания сухих веществ.The change in solids content should be sufficient to properly alter dehydration or hold the first pass of the paper composition. Typically, the change in solids content exceeds 1%, and mainly exceeds 2%. In specific embodiments, the change in solids content is from 3 to 10%, and in some embodiments, the change in solids content is at least about 5%, and the solids content in some embodiments is increased, and in other embodiments, reduced, depending on the characteristics of dehydration or draining prior to the change in the solids content.

В специфическом варианте процесс изготовления бумаги включает в себя операции варки крахмального компонента, обезвоживания композиции бумаги, а затем регулировки скорости обезвоживания за счет изменения содержания сухих веществ в крахмальном компоненте ранее проведения варки в струйном варочном котле. Первая операция, а именно, варка крахмального компонента, предусматривает проведение варки катионизированного сшитого крахмала в струйном варочном котле. Крахмальный компонент до проведения варки имеет вязкость горячей пасты в диапазоне ориентировочно от 10 сантипуаз до 3000 сантипуаз, типично от 50 до 3000 сантипуаз, а преимущественно ориентировочно от 200 сантипуаз до 3000 сантипуаз, измеренную на вискозиметре Брукфильда с малым пробоотборником (Small Sample Brookfield Viscometer System (SSB)), с использованием шпинделя No.21 при 20 об/мин, при содержании сухих веществ в крахмале 2.0% при температуре около 95°С. Композиция бумаги содержит целлюлозные волокна в водной суспензии, неорганические частицы, которые составляют по меньшей мере 50 вес.% частиц, имеющих средний размер частиц не более 1 мкм, и сваренный крахмальный компонент. Скорость обезвоживания задают за счет варки крахмальной композиции при втором содержании сухих веществ, которое отличается по меньшей мере на 1% от первого среднего содержания сухих веществ.In a specific embodiment, the papermaking process includes cooking the starch component, dewatering the paper composition, and then adjusting the dehydration rate by changing the solids content of the starch component before cooking in the jet digester. The first operation, namely the cooking of the starch component, involves cooking the cationized crosslinked starch in a jet digester. Before cooking, the starch component has a hot paste viscosity ranging from about 10 centipoise to 3000 centipoise, typically from 50 to 3000 centipoise, and preferably from about 200 centipoise to 3000 centipoise, measured on a Brookfield viscometer with a small sampler (Small Sample Brookfield Viscometer System ( SSB)), using spindle No.21 at 20 rpm, with a solids content of 2.0% starch at a temperature of about 95 ° C. The paper composition contains cellulosic fibers in an aqueous suspension, inorganic particles that comprise at least 50% by weight of particles having an average particle size of not more than 1 μm, and a cooked starch component. The dehydration rate is set by cooking the starch composition with a second solids content that differs by at least 1% from the first average solids content.

В специфических вариантах второе среднее содержание сухих веществ составляет от 5 до 6%, а в других вариантах второе среднее содержание сухих веществ составляет менее 5%. Микрочастицы могут содержать кремнезем, глину, а также их комбинации.In specific embodiments, the second average solids content is from 5 to 6%, and in other embodiments, the second average solids content is less than 5%. The microparticles may contain silica, clay, as well as combinations thereof.

Дополнительные операции могут включать в себя определение удержания частиц и изменение содержания сухих веществ для регулировки удержания частиц. В специфических вариантах крахмал варят в струйном варочном котле под давлением от 10 до 30 фунтов на квадратный дюйм и при температуре от 200 до 300° F.Additional operations may include determining particle retention and changing the solids content to adjust particle retention. In specific embodiments, starch is cooked in a jet digester at a pressure of 10 to 30 psi and at a temperature of 200 to 300 ° F.

По причине сложности свойств композиции бумаги, иногда необходимо определять надлежащее изменение содержания сухих веществ за счет итеративных изменений содержания сухих веществ с последующей оценкой свойств бумаги. Такие изменения производят начиная от исходного (начального) содержания сухих веществ, причем после каждого изменения определяют, произошло ли улучшение удержания частиц, осушения или качества бумажного продукта. Такие изменения направлены на оптимизацию свойств крахмала за счет изменения содержания сухих веществ до тех пор, пока не будет достигнут предпочтительный диапазон свойств.Due to the complexity of the properties of the paper composition, it is sometimes necessary to determine the proper change in the solids content due to iterative changes in the solids content with subsequent evaluation of the paper properties. Such changes are made starting from the initial (initial) dry matter content, and after each change, it is determined whether there has been an improvement in particle retention, drainage or quality of the paper product. Such changes are aimed at optimizing the properties of starch by changing the solids content until a preferred range of properties is achieved.

Например, в том случае, когда свойства обезвоживания являются неудовлетворительными или имеют тенденцию к ухудшению, то содержание сухих веществ первоначально может быть понижено на заданную величину. Если такое понижение приводит к улучшению обезвоживания, то тогда содержание сухих веществ можно поддерживать на этом новом уровне. Альтернативно, содержание сухих веществ может быть дополнительно понижено для еще большего улучшения обезвоживания. Если такое понижение содержания сухих веществ приводит к улучшению свойств обезвоживания, то тогда содержание сухих веществ можно поддерживать на этом новом уровне (или дополнительно понизить для еще большего улучшения обезвоживания). Однако если такое понижение содержания сухих веществ не приводит к улучшению свойств обезвоживания, то тогда содержание сухих веществ может быть вновь повышено до прежнего уровня. Альтернативно, содержание сухих веществ может быть частично повышено до более высокого уровня.For example, in the case where the dehydration properties are unsatisfactory or tend to deteriorate, the solids content can initially be reduced by a predetermined amount. If such a decrease leads to improved dehydration, then the solids content can be maintained at this new level. Alternatively, the solids content can be further reduced to further improve dehydration. If such a decrease in solids content leads to an improvement in dewatering properties, then the solids content can be maintained at this new level (or further reduced to further improve dehydration). However, if such a decrease in the solids content does not lead to an improvement in the dehydration properties, then the solids content can again be raised to the previous level. Alternatively, the solids content may be partially increased to a higher level.

D. Улучшение эксплуатационных параметров бумагоделательной машиныD. Improvement of paper machine performance

При некоторых условиях можно добиться улучшения эксплуатационных параметров бумагоделательной машины, например, за счет снижения числа отказов тиражеустойчивости, что позволяет повысить объем выпуска продукции. Такая повышенная производительность может быть результатом снижения количества бумаги, которая не отвечает техническим условиям, улучшения осушения бумажной массы и увеличения скорости машины.Under some conditions, it is possible to improve the operational parameters of the paper machine, for example, by reducing the number of failures of print run stability, which allows to increase the volume of output. Such increased productivity may result from a reduction in the amount of paper that does not meet the specifications, improved drainage of the pulp, and increased machine speed.

Крахмал варят и добавляют на мокром конце бумагоделательной машины в композицию бумаги, которая содержит целлюлозные волокна. Композиция бумаги может содержать волокно твердой древесины, мягкой древесины, или же смесь волокон твердой и мягкой древесины. Введение катионизированного сшитого крахмала можно производить в различных точках процесса изготовления бумаги, в том числе ранее преобразования мокрой волокнистой массы в сухое бумажное полотно или лист. Таким образом, такой крахмал можно вводить в процесс, например, когда волокно находится в головной камере, размольном станке, гидропульпере или в баке для пульпы. Композиция бумаги может содержать добавки, красители и/или наполнители, такие как глины, СаСО₃, квасцы и т.п. Настоящее изобретение преимущественно позволяет использовать более высокие уровни крахмала и наполнителей вместо более дорогого целлюлозного волокна, в результате чего получают бумагу с повышенной прочностью, изготовленную из менее дорогого сырья в течение более короткого времени обработки, с улучшенным удержанием мелких частиц и наполнителей.Starch is cooked and added at the wet end of a paper machine to a paper composition that contains cellulosic fibers. The paper composition may comprise hardwood, softwood, or a mixture of hardwood and softwood. The introduction of cationized crosslinked starch can be made at various points in the papermaking process, including previously converting wet pulp to a dry paper web or sheet. Thus, such starch can be introduced into the process, for example, when the fiber is in the head chamber, grinding machine, hydraulic pulper or in the pulp tank. The paper composition may contain additives, colorants and / or fillers such as clays, CaCO ₃ , alum, and the like. The present invention advantageously allows the use of higher levels of starch and fillers instead of the more expensive cellulose fiber, resulting in paper with increased strength, made from less expensive raw materials for a shorter processing time, with improved retention of fine particles and fillers.

Е. ПримерE. Example

Было приготовлено сырье для производства бумаги, предназначенное для проведения сравнения изменений удержания частиц, осушения и вязкости при использовании сшитого и не сшитого катионоактивного крахмала зубовидной кукурузы, причем сравнение проводили на основании изменения свойств варки. Для каждого типа крахмала производили добавку 30 фунтов крахмала на тонну сухого древесного волокна. Варку крахмалов проводили при температурах от 192 до 265°F, причем содержание сухих веществ поддерживали в диапазоне от 1.28 до 1.39%. Средний размер частиц крахмала измеряли с использованием анализатора распределения частиц по размерам LA910 Horiba, а осушение измеряли с использованием методики динамического осушения Jar. Характеристики соответствующих крахмалов приведены в таблицах 1 и 2.Raw materials for papermaking were prepared for comparing changes in particle retention, drying and viscosity when using crosslinked and non-crosslinked cationic starch of dental corn, and the comparison was based on changes in cooking properties. For each type of starch, 30 pounds of starch per ton of dry wood fiber was added. Cooking starches was carried out at temperatures from 192 to 265 ° F, and the solids content was maintained in the range from 1.28 to 1.39%. The average particle size of the starch was measured using a Horiba LA910 particle size analyzer, and dehumidification was measured using the Jar dynamic dewatering technique. Characteristics of the respective starches are given in tables 1 and 2.

Таблица 1 - Сшитый катионоактивный крахмалTable 1 - Crosslinked Cationic Starch ОбразецSample Температура варки (°F)Cooking Temperature (° F) Вязкость (сантипуаз)*Viscosity (centipoise) * Разбавление сухих веществ (%)Solids Dilution (%) Средний размер частиц (мкм)The average particle size (microns) Осушение (мл/20 сек)Drainage (ml / 20 sec) УдержаниеRetention АA 196196 250250 1.281.28 118118 41.641.6 60.7760.77 ВIN 217217 205205 1.391.39 114114 54.754.7 62.2562.25 СFROM 233233 150150 1.371.37 102102 58.658.6 63.4463.44 DD 245245 115115 1.341.34 7676 42.142.1 64.4664.46 ЕE 265265 9595 1.281.28 6161 38.538.5 61.9161.91 *Вязкость по Брукфильду сваренного крахмала измеряли при 150°F, при содержании сухих веществ (%), приведенном в Таблице 1, с использованием шпинделя No.21 при 20 об/мин.* Brookfield viscosity of cooked starch was measured at 150 ° F, with a solids content (%) shown in Table 1, using a No. 21 spindle at 20 rpm.

Таблица 2 - Не сшитый катионоактивный крахмалTable 2 - Unlinked cationic starch ОбразецSample Температура варки (°F)Cooking Temperature (° F) Вязкость (сантипуаз)*Viscosity (centipoise) * Разбавление сухих веществ (%)Solids Dilution (%) Средний размер частиц (мкм)The average particle size (microns) Осушение (мл / 20 сек)Drainage (ml / 20 sec) УдержаниеRetention FF 192192 4040 1.661.66 34.134.1 33.833.8 61.7161.71 GG 218218 30thirty 1.431.43 8.48.4 31.431.4 60.7860.78 НN 240240 20twenty 1.231.23 10.110.1 33.233.2 64.1264.12 II 265265 20twenty 1.381.38 5.35.3 32.932.9 62.8462.84 *Вязкость по Брукфильду сваренного крахмала измеряли при 150°F, при содержании сухих веществ (%), приведенном в Таблице 2, с использованием шпинделя No.21 при 20 об/мин.* Brookfield viscosity of cooked starch was measured at 150 ° F, with a solids content (%) shown in Table 2, using a No. 21 spindle at 20 rpm.

Различие свойств для двух типов крахмала показаны на фиг.4, 5 и 6, на которых приведены графики осушения, вязкости и распределения частиц по размерам для сшитого катионоактивного крахмала зубовидной кукурузы и не сшитого катионоактивного крахмала зубовидной кукурузы, при различных температурах струйной варки. На фиг.4 показано, что в этом примере сшитый катионоактивный крахмал имеет динамическое осушение в диапазоне ориентировочно от 200 до 260°F, с пиком около 230°F. В отличие от этого, не сшитый катионоактивный крахмал имеет относительно плоскую характеристику осушения (при боле низком уровне, чем сшитый катионоактивный крахмал).The difference in properties for the two types of starch is shown in FIGS. 4, 5 and 6, which show graphs of drainage, viscosity, and particle size distribution for crosslinked cationic starch of dental flakes and non-crosslinked cationic starch of dental flakes, at various spray cooking temperatures. Figure 4 shows that in this example, crosslinked cationic starch has a dynamic drainage in the range of approximately 200 to 260 ° F, with a peak of about 230 ° F. In contrast, non-crosslinked cationic starch has a relatively flat drainage characteristic (at a lower level than crosslinked cationic starch).

Более того, как это показано на фиг.5, сшитый катионоактивный крахмал имеет изменения вязкости в широком диапазоне температур. В примере, показанном на фиг.5, сшитый катионоактивный крахмал имеет самую высокую вязкость при низких температурах и самую низкую вязкость при повышенных температурах, причем диапазон температур простирается ориентировочно от 200°F до 265°F. Однако в этом же диапазоне температур не сшитый катионоактивный крахмал не имеет существенных изменений вязкости.Moreover, as shown in FIG. 5, crosslinked cationic starch has viscosity changes over a wide temperature range. In the example shown in FIG. 5, crosslinked cationic starch has the highest viscosity at low temperatures and the lowest viscosity at elevated temperatures, the temperature range extending approximately from 200 ° F to 265 ° F. However, in the same temperature range, uncrosslinked cationic starch does not have significant viscosity changes.

На фиг.6 показаны изменения распределения частиц по размерам в расширенном диапазоне струйной варки для сшитого катионоактивного крахмала и не сшитого катионоактивного крахмала. Изменение распределения частиц по размерам наибольшее при самой низкой температуре струйной варки и снижается при повышении температуры. Обычно в одном и том же диапазоне температур не сшитый крахмал имеет существенно меньшее изменение распределения частиц по размерам, чем сшитый крахмал.Figure 6 shows changes in particle size distribution over an extended range of blast cooking for crosslinked cationic starch and uncrosslinked cationic starch. The change in particle size distribution is greatest at the lowest blast temperature and decreases with increasing temperature. Typically, in the same temperature range, non-crosslinked starch has a significantly smaller change in particle size distribution than crosslinked starch.

Приведенные примеры показывают вариацию свойств крахмала в диапазоне температур варки, а в частности, показывают изменения осушения и удержания частиц при изменениях температур варки.The above examples show the variation of the properties of starch in the cooking temperature range, and in particular, show the changes in the drying and retention of particles with changing cooking temperatures.

Claims

1. A method of producing paper, including the following operations:

a) the use of a starch component that contains a cationized cross-linked starch having a hot paste viscosity in the range of about 10 to 3000 cP when measured on a Brookfield viscometer at a temperature of about 95 ° C using a spindle No. 21 at 20 rpm, with a dry matter content 2%;

b) cooking the first portion of the starch component to obtain a cooked starch component, wherein said cooking involves cooking the starch component at a first cooking temperature below 330 ° F (170 ° C) for a first period of time;

C) dehydration of the paper composition, and the paper composition contains

(i) cellulose fibers in an aqueous suspension,

(ii) microparticles that contain at least 50 wt.% particles having an average particle size of not more than 1 μm, and

(iii) cooked starch component; and

d) adjusting the dehydration rate by cooking a second portion of the starch component at a second average cooking temperature, which is at least 10 ° F. different from the first average cooking temperature.

2. The method according to claim 1, characterized in that the second average cooking temperature is from 200 to 250 ° F (from 90 to 120 ° C).

3. The method according to claim 1, characterized in that the second average cooking temperature is less than 230 ° F (110 ° C).

4. The method according to claim 1, characterized in that the microparticles are selected from the group consisting of silica, clay, as well as combinations thereof.

5. The method according to claim 1, characterized in that it further includes determining particle retention and changing the temperature to adjust particle retention.

6. The method according to claim 1, characterized in that the starch component is boiled in a jet digester.

7. The method according to claim 1, characterized in that the cationized crosslinked starch contains starch of dental corn.

8. The method according to claim 6, in which starch is boiled in a jet digester under a pressure of less than 150 psi (10.5 kg / cm ² ).

9. The method according to claim 1, in which starch is introduced into the jet digester with a solids content of from 1 to 10%.

10. The method according to claim 1, characterized in that the first average cooking temperature is from 180 to 330 ° F (from 80 to 170 ° C).

11. A paper product made by the method according to claim 1.

12. A method of manufacturing paper, including the following operations:

C) dehydration of the paper composition, and the paper composition contains:

(i) cellulose fibers in an aqueous suspension,

(iii) cooked starch component; and

d) adjusting the retention of the first pass during dehydration by cooking a second portion of the starch component at a second average cooking temperature, which is at least 10 ° F. different from the first average cooking temperature.

13. The method according to p. 12, characterized in that the second average cooking temperature is 200 to 250 ° F (from 90 to 120 ° C).

14. The method according to p. 12, characterized in that the second average cooking temperature is less than 230 ° F (110 ° C).

15. The method according to p. 12, characterized in that the microparticles are selected from the group consisting of silica, clay, as well as combinations thereof.

16. The method according to p. 12, characterized in that it further comprises determining the particle retention and temperature change to adjust the particle retention.

17. The method according to p. 12, characterized in that the starch component is boiled in a jet digester.

18. The method according to 17, characterized in that the starch is cooked in a jet digester under a pressure of less than 150 pounds per square inch (10.5 kg / cm ² ).

19. The method according to 17, characterized in that the starch is introduced into the jet digester with a solids content of from 1 to 3%.

20. The method according to p. 12, characterized in that the first average cooking temperature is from 180 to 330 ° F (from 80 to 170 ° C).

21. A paper product made by the method of claim 12.