SE449870B - Vattenloslig polymerkomposition och anvendning derav som hjelpmedel vid tillverkning av papper eller papp - Google Patents

Description

449 870 2 rande cancerframkallande och rigorösa bestämmelser har utfärdats beträffande' hanteringen av monomeren i kommersiellt utnyttjade industrianläggningar av berörda myndigheter.

De nonjoniska och katjoniska vinyladditionspolymererna, vil- ka är fasta ämnen och har hög molekylvikt, är vanligen svåra att lösa i vatten trots deras höga vattenlöslighet. När de sättes till vatten, sväller de fasta partiklarna och de yttre delarna av partiklarna blir täckta med en gelatinös vatten-polymer-blandning, som hindrar att vattnet tränger in i partikeln. Detta leder till att överdrivet långa tider erfordras för att uppnå fullständig upplösning eller också ger den ofullständigt lösta polymeren en betydande effektivitetsförlust inom ett tillämpningsområde. För att undanröja detta problem har under senare år genomförda förbätt- ringar resulterat i en användning av mer snabbupplösta vatten-i- -olja-emulsioner av polyelektrolyter. Dessa material är emeller- ttid svåra att hantera och har en tendens att separera i form av en polymerfattig oljefas och i en polymerrik fas. De innehåller kolväteoljor, vilka är antändbara, förorenar utnyttjad utrust- ning och resulterar i grumliga lösningar av polymer, som löser sig långsamt när den sättes_till vatten. y _ Det är därför ett huvudsyfte med föreliggande uppfinning att ge anvisning på vattenlösliga blandningar av kvaternära ammonium- polymerer med nonjoniska och katjoniska vinyladditionspolymerer och nonjoniska och katjoniska tensider. Étt annat syfte med uppfinningen är att ge anvisning på po- lymerkompositionens användning för att förbättra urvattning och öka kvarhållning av fina fibrer, färgämnen, pigment, fyllnadsäm- nen i stärkelse vid papperstillverkningsprocessen samt för att öka hållfastheten, förbättra limningen och öka den elektriska led- ningsförmågan hos papper och papp.

Dessa och andra syften och fördelar med de nya polymerkompo- sitionerna och användningarna enligt uppfinningen kommer att fram- gå av det följande.

För att åstadkomma dessa och närliggande mål omfattar uppfin- ningen de nedan i detalj beskrivna och i kraven specifikt angiv- _na särdragen, varvid följande beskrivning detaljerat redovisar vissa utföringsformer av uppfinningen för att belysa densamma, vil- ka-dock endast visar några få av alla de vägar enligt vilka upp- finningen kan tillämpas. 449 870 Närmare bestämt avser sålunda föreliggande uppfinning en po- lymerkomposition, vilken är kännetecknad av att den som väsentli- ga beståndsdelar innehåller i blandning ca 1 till ca 10 delar av. en kvaternär ammoniumpolymer, vald ur en grupp bestående av en aminepiklorhydrinkondensationspolymer, som kan vara eller inte va- ra en jonisk polymer, och en jonisk polymer, ca 0,5 till ca 7 de- lar av en vinyl-additionspolymer, vald ur en grupp bestående av nonjoniska och katjoniska, högmolekylära vinyl-additionspolymerer, och ca 0,1 till ca 5 delar av en tensid, vald ur en grupp beståen- de av nonjoniska och katjoniska tensider.

De vattenlösliga, kvaternära ammoniumpolymererna enligt upp- finningen är således valda bland aminepiklorhydrinpolymerer som kan vara eller inte vara en jonisk polymer, och joniska polymerer.

Aminepiklorhydrinpolymererna liknar i strukturhänseende de joniska polymererna. De senare framställes genom att omsätta en dihalogen- förening med en ditertiär amin. När ammoniak eller en primär amin försiktigt omsättes med epiklorhydrin, bildas först en dihalogen- förening med följande formel 1 OH OH 'Cl-CH2-èH-CH2-d-CH2-èfi-CH2ClI R Denna mellanprodukt kan reagera med molekyler av samma slag, innan den omsättes med en tertiär amin, så att man erhåller poly- merer, eller också kan.den reagera med en ditertiär amin under bild- ning av en polymer på liknande sätt som i den joniska polymeren.

Denna typ av polymer kan därför karakteriseras som en grenad jo- nisk polymer.

De katjoniska, vattenlösliga aminepiklorhydrinpolymererna som användes för att framställa blandningarna enligt uppfinningen till- verkas vanligen i en tvâstegsprocess, vid vilken omkring 1 mol am- _moniak omsättes med omkring 3 mol epiklorhydrin eller ca 1 mol av den primära aminen med formeln RNH2 omsättes med ca 2 mol epiklor- hydrin, varigenom bildas en polymer föregångare och varefter denna föregångare omsättes med en tertiär amin med formeln ß! /ypí $II 'OI 3" âll R'-É 1 Q N , R"-N-CH2-CH2~C~NH2 , N-X-N I | R1 Ru Ru 449 870 där R betecknar en rak eller grenad alkylgrupp med 1-20 kolatomer och 0 till 2 dubbelbindningar kol-kol, en rak eller grenad alkyl- grupp med 1-6 kolatomer och 1 eller flera hydroxyl- eller klor- substituenter, en mättad arylgrupp eller en bensylgrupp, och där var och en av de med R' betecknade grupperna-oberoende av varand- ra betecknar en rak eller grenad alkylgrupp med 1-20 kolatomer och 0 till 2 dubbelbindningar kol-kol, en rak eller grenad alkyl- grupp med 1-6 kolatomer och 1 eller flera hydroxyl- eller klor- substituenter, en mättad arylgrupp eller en bensylgrupp, R" be- tecknar en rakkedjig alkylgrupp med 1-6 kolatomer, X betecknar en polymetylengrupp med 1-12 kolatomer, -CH2-ïfl-CH2-, -QH24CH2-O-CH2-CH2- , -CH2-CH=CH-CH2- OH z Dessa polymera aminepiklorhydrinkompositioner beskrives när- mare i amerikanska patentskriften U OSH 5Å2.

De i samband med förelíggmdeuppfinning använda joniska poly- mererna framställes genom att omsätta en organisk dihalogenföre- ning med en sekundär eller en ditertiär amin. Dessa polymerísa- tionsprocesser plus lämpliga reaktioner har beskrivits av D.M.

Ritter i US-patentskrift 2 261 002, N.E. Searle i US-patentskrift 2 271 378 samt av J.W. Bayer et al. i US-patentskrift 3 489 663, till vilka skrifter här hänvisas.

Förutom de i ovanstående skrifter redovisade, organiska dihalogenföreningarna utgöres andra lämpliga dihalogenföreningar av de med formeln Å A-onm-z-unn-A där A betecknar Br, Cl, Y betecknar en CH2-grupp och/eller en substituerad CH2-grupp, i vilken en av väteatomerna är ersatt med alkyl eller hydroxímetyl, och m och n oberoende av varandra betecknar hela tal mellan 1 och 10. Z betecknar: '-o+ , -c-, -N-, -OCH2CH20- , -OCH-CH2-O-' , -0CH2Q- cH3_ 449 870 och arylen.

Fastän såsom angivits ovan antingen en sekundär eller en ditertiär amin kan användas vid förfarandet föredrages i allmänhet användningen av en ditertiär amin, då de organiska díhalogenföre- ningarna reagerar direkt med sådana aminer under bildning av en polykvaternär produkt. Om en sekundär amin användes, reagerar dihalogenföreningen med aminen under bildning av ett ditertiärt aminsalt, vilket vid neutralisering undergår polymerisation med en ytterligare kvantitet av dihalogenföreningen. Reaktionen mellan' dihalogenföreningen och aminen genomföras i närvaro av ett inert lösningsmedel. Vatten föredrages som lösningsmedel. En lämplig reaktionstemperatur varierar mellan 50 och IOOOC.

De nonjoniska viny1-additionspolymererna som är lämpliga komponenter i blandningarna enligt uppfinningen utgöres av poly- mererna och sampolymererna av akrylamid och metakryhmfid med en .molekylvikt över en miljon.

De högmolekylära, katjoniska vinyl-additionspolymererna som ~ utnyttjas i samband med uppfinningen karakteriseras också av mole- kylvikter över omkring en miljon. Som exempel på sådana polymerer kan nämnas homopolymererna och de vattenlösliga sampolymererna av N-vinylpyridin, eteniskt omättade mono-, di- eller trialkylammonium- salter, som t.ex. vinylbensentrimetylammoniumklorid, aminoetyl- akrylat-hydroklorid, N-metylaminoetylakrylat, N,N-dimetylamino- etylmetakrylat, N,N-dimetylaminometyl-N-akrylamid, N,N-dimetyl- aminoetyl-N-akrylamid och liknande material. Föredragna är poly- merer som innehåller ett stort antal kvävesubstituerade amino- ralkyl-akrylamidmerer, i vilka aminalkylsubstituenten är hydrofil, t.ex. innehåller under ca 8 kolatomer.

Användbara katjoniska vinyl-additionspolymerer omfattar i allmänhet sampolymererna enligt US-patentskrift 3 IOÄ 896, ester- sampolymererna enligt US-patentskrift 3 023 162, kvaternära vinyl-_ bensylammoniumhomopolymerer och -sampolymerer enligt US-patent- skrift 5 055 827. Sampolymererna av halvamider enligt US-patent- Skpift 3 157 595, nya kvaternära föreningar enligt US-patentskríft 3 170 901 och allmänt vilken som helst av polymererna i US-pa- tentskrift 3 171 805 med tillräcklig molekylvikt för att här ka- rakteriseras som högmolekylära polymerer.

Det har visat sig, att blandningar av kvaternära ammonium- polymerer med vinyl-additionspolymererna i vatten ger en icke- -homogen blandning som innehåller olösta, gelatinösa partiklar 449 870 6 eller som separerar i två skikt när den får stå. Nä r den lämpliga mängden tensider tillsättes, blir emellertid blandningen en klar till opalescent lösning eller en jämn, homo gen, grumlig och stabil Z 3 lösning eller emulsion.

Det har visat sig, att de nonjoniska tensiderna, vilka är lämpliga som komponenter i blandningarna enligt uppfinningen, ut- göres av kondensationsprodukterna av alkylsubstituerade fenoler eller primära och sekundära alkylalkoholer med 6-18 mol etylenoxid.

Exempel på alkylgrupperna i fenolerna är oktyl, nonyl och dodecyl.

Alkylgrupperna i de primära och sekundära alkoholerna skall inne- hålla från 6-18 kolatomer. Andra lämpliga, nonjoniska tensider är segmentpolymererna av Ä-30 mol etylenoxid med 10-30 mol propylen- oxid. ' Z Katjoniska tensider som kan användas för att åstadkomma bland- ningarna enligt föreliggande uppfinning är de kvaternära ammonium- kloriderna, som t.ex. alkyltrimetylammoniumkloriderna, alkylbensyl- dimetylammoniumkloriderna, alkyldimetyletylbensylammoniumklorider- na, vari alkylgrupperna innehåller 10-18 kolatomer. Kvaterniserade imidazoliner med alkylgrupper med 10-18 kolatomer som substituenter är också effektiva ytaktiva medel. Alkylaminer och kondensations- produkterna därav med 3-10 mol etylenoxid, vari alkvlgrupperna_ innehåller 10-18 kolatomer, är också lämpliga för beredningen av blandningarna enligt föreliggande uppfinning.

Polymerblandningarna enligt uppfinningen kan framställas ge- nom att man helt enkelt blandar samman den lågmolekylära, katjo- niska aminepiklorhydrinpolymeren eller de joniska polymererna och de högmolekylära additionspolymererna med det ytaktiva medlet i vatten. Värme kan tillföras för att underlätta hopblandningen.

Polymererna kan tillsättas som fasta ämnen i partikelform, som lösningar eller som emsulsioner. Det har emellertid visat sig vara att föredra att använda lösningar och emulsioner på grund av den långa tid som erfordras för att solubilisera de fasta ämnena i dessa blandningar. De vattenhaltiga lösningarna av aminepiklor- hydrinpolymererna innehåller vanligen ca 10 vikti till ca 50 vikt% “ eller mera av polymera fastämnen. De polymera blandningarna en- ligt uppfinningen innehåller 1 till ca.10% av aminepiklorhydrin- polymeren eller_jonpolymeren räknat på basis av fast polymer, 0;5 till ca 7% av den högmolekylära vinyl-additionspolymeren och 0,1 till 5% av tensiden. Lösningsmedlet är vanligen vatten, fastän man i vissa fall kan tillsätta små kvantiteter alkoholer eller 449 870 glykoler för att reducera fryspunkten hos dessa blandningar. Bland- ningarna är lätt lösliga i vatten genom att man helt enkelt sätter polymerblandningen till utspädningsvattnet och använder en ringa grad av omröring för att erhålla upplösning.

Uppfinningen avser vidare användningen av den beskrivna poly- merkompositionen som hjälpmedel vid tillverkning av papper eller papp. Härvid utformas en vattenhaltig vätska, som innehåller cel- lulosamassa och andra papperstillverkningskomponenter, till ett ark på en planviraduk, varvid en polymerblandning enligt uppfinningen tillsättes till den vattenhaltiga vätskan, innan mälden bringas i kontakt med planviran. De polymera kompositionerna enligt uppfinnin- gen är sålunda användbara som urvattningshjälpmedel, utformnings- hjälpmedel, kvarhållningshjälpmedel, limningsmedel och som styrke- förbättrande medel för papper och papp samt hartser. När dessa po- lymerblandningar användes som papperstillverkningshjälpmedel för tillverkning av elektriskt ledande papper kan t.ex. en eller flera av dessa.tillsättas kontinuerligt till pappersmaskinsystemet vid lämpliga ställen, som t.ex. maskinkaret, evakueringspumpen eller in- loppslådan, vid koncentrationer mellan 0,05 och 2%, räknat på den torra massans vikt. De önskvärda resultaten, som erhålles genom tillämpning av dessa processer, kan sammanfattas på följande sätt: 1. ökad tillverkning per anläggningsenhet; 2. förbättrade bildnings- och styrkeegenskaper hos papper och papp; 3. ökning i den totala effektiviteten för anläggningen då förlusterna av färgämnen, fina fibrer, pigment, fyllnads- ämnen, stärkelse och andra papperskomponenter reduceras till ett minimum genom ökad kvarhâllning av dessa produk- ter i papper och papp; 4. minskning av vattenkontamineringsproblemen genom använd- ning av polymererna vid utvinningen av de värdefulla mate- rial som finns kvar i processvatten från pappers- och mas- satillverkning.

Närmare bestämt avser sålunda uppfinningen användning av den beskrivna polymerkompositionen som hjälpmedel vid tillverkningen av papper och papp 1) för att öka avvattningshastigheten från våta, fibrösa, ban- formiga material, varvid man tillför polymerkompositionen till pap- 449 870 8 perstillverkningssystemet i en tillräckligt stor mängd för att upp-_ nå den önskade ökningen av avvattningen,V 7 2) för att förbättra kvarhållningen av en papperstillverk- ningsmälds komponenter i den våta, fibrösa banan, varvid man till- sätter polymerkompositionen till papperstillverkningssystemet i en tillräckligtstor mängd för att uppnå den önskade ökningen av kvar- hållningen, 9.: 3)för att öka hâllfastheten hos papper och papp, varvid man tillsätter polymerkompositionen till papperstillverkningssystemet i en tillräckligt stor mängd för att uppnå den önskade ökningen av hållfastheten, '4) för att limma papper eller papp, varvid man tillsätter po- lymerkompositionen till papperstillverkningssystemet i en tillräck- ligt stor mängd för att limma papperet eller pappen, samt ) för att göra ytan av papper eller papp elektriskt ledande, varvid man tillsätter polymerkompositionen till den på ytan av pap- peret eller pappen applicerade beläggningen i tillräcklig mängd för att göra ytan elektriskt ledande.

I syfte att ännu tydligare åskådliggöra uppfinningens natur redovisas nedan följande belysande exempel. Man bör emellertid inse, att uppfinningen inte är begränsad till de i dessa exempel angivna specifika förhållandena eller detaljerna, såvida dessa begränsning- ar inte anges i åtföljande patentkrav.

I beskrivningen och åtföljande patentkrav angivna delar anger viktdelar.

Exempel 1 I ett glasinfodrat, mantlat reaktionskärl infördes 600 delar n-propanol och 800 delar 50%-ig, vattenhaltig metylamin. Lösningen kyldes och 2424 delar epiklorhydrin tillsattes vid en temperatur av °C. När reaktionen slutförts, tillsattes 272 delar koncentrerad svavelsyra. Reaktionskärlet försattes sedan med 2007 delar vatten och 2275 delar av en vattenhaltig lösning innehållande 60% N,N,N',N'- tetrametyletendiamin. Blandningen uppvärmdes vid 70-75OC, tills re- aktionsmassan var mycket viskös vid vilken punkt den utspäddes med /fl 7678 delar vatten. Blandningen uppvärmdes sedan ånyo, tills viskosi- teten ökade igen och polymerisationen stoppades sedan genom till- sättning av 402 delar svavelsyra och 298 delar vatten. Slutlösningen innehöll 25% polymerfastämnen. 449 870, Exempel 2 En jonisk polymer framställdes genom att man blandade H 592 delar N,N,N',N'-tetrametyletendiamin och 6 5 H3 delar vatten, uppvärmde den erhållna lösningen genom att koka under återlopp och sakta tillsätta 5 500 delar bis(21kloretyl)eter. Efter upp- värmning av reaktionsblandningen vid återlopp i 6 timmar, juste- rades koncentrationen till 60% poly[oxieten(dimety1iminio)eten(di- metyliminio)eten-diklorid| genom destillering av vatten från produkten. ' 7 3 Exempel 3 .

Den joniska polymeren, poly[hydroxieten(dimetylimiio)- eten(dimetyliminio)metylen-diklorid] , framställdes genom att man blandade ih0p 375 delar av en vattenhaltig lösning innehållande 60% N,N,N',N'-tetrametyletendiamin (TMEDA) och H H96 delar salt- syra (31,5% H01) vid en temperatur under'S0°C. Medan temperaturen hölls vid H0-5000 genom kylning, tillsattes 3 588 delar epiklor- hydrin. Blandningen omrördes i ytterligare en halv timme och upp- värmdes sedan till 6Ö-70°C, vid vilken temperatur den hölls medan 3 750 delar av ytterligare vattenlösning av TMEDA tillsattes.

Koncentrationen justerades till 60% polymerfastämnen genom att en del av vattnet destillerades bort ur produkten.

Exempel U ' V En högmolekylär polyakrylamid framställdes i en blandning av avjoniserat vatten, paraffinkolväteolja med medelhög kokpunkt och nonjoniska tensider. Polymerisationen initierades med 2,2'- azobis(isobutyronitril) och temperaturen hölls vid H6-ü8°C i 3 timmar. Sedan detta första stadium av polymerisationen slutförts, tillsattes ytterligare monomer, tensid och vatten och ett andra stadium av polymerisationen slutfördes. Slutprodukten innehöll ungefär 35% polyakrylamid, som hade en reducerad viskositet av ca 20 dl per g. A Exemepl 5 Ett förfarande liknande det i exempel H beskrivna genomfördes under användning av en blandning av akrylamidmonomer och dimetyl- aminoetylmetakrylat-metosulfat vid ett viktförhällande av 87,5:12,5.

Slutprodukten innehöll ungefär 35% av den katjoniska sampolymeren, rvilken hade en reducerad viskositet av ca 13 dl per g.

Exempel 6 Den i exempel 1 framställda, katjoniska amin-epiklorhydrin- polymeren blandades med den i exempel H framställda nonjoniska 449 870 Vinyl“addïÜí°nSP0lYmeren, med vatten och med en kommersiell tensid, -tillverkad av d0ÄeCYlf6fl0l 0Ch 9 mol etylenoxid. Dessa bland- ningar bereddes genom att den katjoniska polymeren sattes till Vatten â°m innehöll 0,5 g av-tensiden, varefter man uppvärmde 5 till 50 C. Polyakrylamidblandningen ooh tillräckligt mycket vatten för.att bringa totalvikten till 100 g tillsattes och omrörníngen fortsattes, tills blandningen var jämn och regelbunden. De i tabell 1 nedan beskrivna blandningarna framställdes enligt detta förfarande. D Tabell 1 Katjonisk polymer- Polyakrylamid- Tensid Vatten lösning % blandning % % 1 A 5 4 0,5 90,5 B 10 2 0,5 87,5 c 10 L: 0,5 85,5 D 15 i 3 _ 0,5 81,5 aa 15 3 0,0_ 82,0 F 20 Ä 0,5 75,5 Alla dessa utgjorde jämna, något opaka produkter med undan- tag för E, som innehöll klumpar av polymer som inte kunde gå i lösning i produkten.

Exempel 7 Den i exempel 1 framställda, katjoniska amin-epiklorhydrin- polymeren blandades med den i exempel 5 framställda katjoniska vinyl-additionssampolymeren, med vatten och med en kommersiell tensid som tillverkats av dodecylfenol och 9 mol etylenoxid. Dessa blandningar bereddes genom att man tillsatte båda polymerbland- ningarna till vatten, omrörde noggrant och sedan tillsatte 0,5 g av tensiden. Blandningens slutvikt uppgick till 100 g. Omrör- ningen fick fortsätta, tills blandningen var jämn och regelbunden.

De i tabell 2 nedan beskrivna blandningarna framställdes med hjälp av detta förfarande.

Tabell 2 Katjonisk polymer- Katjonisk sampohmær- Tensid Vatten lösning 1 blandning Z 1 * % A 5,0 5 0,5 39,5 B 7,5 6 0,5 86,0 c 10,0 5 0,5 814,5 n 10,0 6 ' 0,5 83,5 E 10,0 6 0,0 5 814,0 F 15,0 5 0,5 79,5 G 20,0 2 0,5 77,5 449 870 11 Samtliga dessa blandningar var homogena, opaka, stabila blandningar med undantag för E, som innehöll klumpar av polymer, vilka inte kunde dispergeras eller upplösas.

Exempel 8 Den i exempel 2 framställda joniska polymeren blandades med ' den i exempel U framställda, nonjoniska vinyl-additionspolymeren, med vatten och med en kommersiell tensid, framställd av dodecyl- fenol och 9 mol etylenoxid. Dessa blandningar bereddes genom att den katjoniska polymeren sattes till vatten som innehöll 0,5 g av tensiden, varefter man uppvärmde till 50°C. Polyakrylamidbland- ningen och tillräckligt mycket vatten för att ge en totalvikt av 100 g tillsattes och omrörningen fortsattes, tills blandningen var jämn och regelbunden. De i tabell 3 angivna blandningarna framställdes med hjälp av detta förfarande. ' Tabell 3 Katjonisk polymer- Polyakrylamid- Tensid Vatten lösning Z blandning 1 Z 1 A 5 5,0 0,5 39,5 B 10 6,0 0,5 83,5 C 15 H,5 0,5 80,0 D 20 5,0 0,5 7U,5 E 25 U,0 0,5 70,5 F 25 N,0 0,0 71,0 Samtliga dessa produkter var jämna och stabila med undantag för F, som innehöll klumpar av polymer som inte kunde díspergeras eller lösas upp.

Exempel 9 Den i exempel 2 framställda joniska polymeren blandades med den enligt exempel 5 framställda, katjoniska vinyl-additionssam- polymeren, med vatten och med en kommersiell tensid som tillver- kats av dedecylfenol och 9 mol etylenoxíd. Dessa blandningar be- reddes genom att man tillsatte båda polymerblandningarna till vat- ten, omrörde noggrant och sedan tillsatte 0,5 g av tensíden.

Mängden vatten justerades så att man erhöll en totalvikt av 100 g.

Omrörningen fortsattes tills blandningen var jämn och regelbunden.

De i tabell U nedan angivna blandningarna bereddes med hjälp av detta förfarande. 449 87Ü \ 12 Tabell 4 _ Jonisk polymer- Katjonísk polymer- Tensid Vatten lösning, S blandning 1 I 1 A 10 14 0,5 85,5 B 10 5 0,5 8u,5 C l0_ 6 0,5 83,5 D 15 5 0,5 79,5 E 20 N 0,5 75,5 F 20 6 0,5 73,5 Exempel 10 Den i exempel 3 framställda joniska polymeren blandades med den i exempel U framställda nonjoniska vinyl-additionspolymeren, med vatten och med en kommersiell tensid som tillverkats av dode- cylfenol och 9 mol etylenoxid. Dessa blandningar bereddes genom att den joniska polymeren sattes till vatten som innehöll 0,5 g av tensiden, varefter man uppvärmde till 50°C. Polyakrylamiden och tillräckligt mycket vatten för att bringa totalvíkten till 100 g tillsattes och omröringen fortsattes, tills blandningen var jämn och regelbunden. De i tabell 5 angivna blandningarna bereddes med hjälp av detta förfarande.

Tabell 5 Jonisk polymer- Polyakrylamid- Tensid Vatten lösning I blandning 1 1 A 10 H 0,5 85,5 B 10 5 0,5 8U,5 C 15 H 0,5 80,5 D 15 5 0,5 78,5 E 20 U 0,5 75,5 F 20 5 0,5 75,5 Exempel 11 Den i exempel 3 framställda joniska polymeren blandades med den katjoniska vinyl-additionssampolymeren, som framställdes i exempel 5, med vatten och med en kommersiell tensid som tillver- kats av dodecylfenol och 9 mol etylenoxid. Dessa blandningar be- reddes genom att man tillsatte båda polymerblandningarna till vat- ten, omrörde noggrant och sedan tillförde 0,5 g av tensiden.

Mängden vatten justerades så att man erhöll en totalvikt av 100 g.

Omrörningen fortsattes sedan, tills blandningen var jämn och re- gelbunden. De i tabell 6 nedan inkluderade blandningarna fram- ställdes med hjälp av detta förfarande.

ON 449 870 HjEdUOU3> 13 Tabell 6 Jonisk polymer- Katjonisk sampolymer- Tensíd- Vatten lösning blandning % % % 6 0,0 80,0 H 0,5_ 85,5 5 0-,5 814,5 6 0,5 85,5 74 0,5 75,5 6 0,5 75,5 Alla dessa produkter var jämna och homogena med undantag för A, som innehöll polymerklumpar vilka inte kunde díspergeras eller lösas upp.

Exemgel 12 Beredningen av blandning D enligt exempel 6 och blandning C enligt exempel 7 upprepades under användande av följande tensider i stället för den av dodecylfenol och 9 mol etylenoxid erhållna: Kondensationsprodukter av oktylfenol och 9-10 mol etylenoxid oktylfenol och 12-13 mol etylenoxid nonylfenol och 7-8 mol etylenoxid nonylfenol och 15 mol etylenoxid sekundär alkohol (C11-C15) och 9 mol etylenoxid 7 primär alkohol (C12-C15) och 9 mol etylenoxid -primär alkohol (C12-C15) och 12 mol etylenoxid mol etylenoxíd och 43 mol propylenoxid 26 mol etylenoxid och 25 mol propylenoxid Hexadecyltrimetylammoniumklorid Alkyl (C12-C16) bensyldimetylammoniumklorid Decylamin Kondensationsprodukt av alkyl (C16-C18)amin och 5 mol etylenoxid Kondensationsprodukt av alkyl (C12-C16)amin och 5 mol etylenoxid Dimetyloktadecylamín C12H25-ízï--N-CH2CH2OH HN Cfš 14 449 870 Exempel 13 De polymera blandningarna enligt uppfinningen undersöktes beträffande deras effektivitet att förbättra urvattningen hos pappersmassauppslamningar. Försöket genomfördes med en kanadensisk standardmalgradsprovare. Den i detta försök utnyttjade mälden ut- gjordes av en 70/30-blandning av blekt lövträ- och blekt barrträ- kraftpappersmassa, mald vid 1,5% konsistens i en Valley labora- a torieholländare i 25 minuter. Vid detta moment tillsattes lera och titandioxid.så att man erhöll 7,5 resp. 2,55 räknat på vikten av ingående massa. Mälden utspäddes till 0,51 konsistens och över- fördes till ett pH-värde av ca 5 genom tíllsättning av alun vid en koncentration av 9,1 kg Al2(SOu)5-18H20 per ton fastämnen. 1 liter av den O,5%~iga uppslamningen enligt ovan behandlades med tillräckligt mycket lösning av polymerblandningen för att åstadkomma de i tabell 7 nedan angivna koncentrationerna. Bland- ningen omrördes i 15 sekunder och hälldes genom apparaturen. Ökningarna i antalet milliliter uppsamlad vätska finns angivna i tabell 7. 4 w) Tabell 7, , Exempel Produkt Polymerblandning Malningstillstånd enl. användningshastigh. kanadensisk standard kg/ton massa kontrollprov behandlat prov milliliter 6 D 7,3 13N 226 7 A 7,3 128 232 7 B 7,6 - 125 250 7 c 7,3 128 239 7 C 9,1 125 251 7 D 6,5 139 _ 210 7 F 6,5 '159 203 8 c 7,3 1314 216 9 F 7,5 13ü' " 213 A 7,3 1311 183 Exempel lä 7 Flockbildningsegenskaperna hos polymerblandningarna enligt uppfinningen bestämdes under användande av en blandning av massa och lera. Följande procedur användes.

En 800*ml bägare försattes med 550 ml vatten och 50 ml av en 5 uppslamning, som innehöll 0,3 g slipmassa av gran och 0,5 g kaolin- lera. Hassan och leran hade díspergerats genom att förrådslös- ningar omrördes med hjälp av en omrörare av typen Waring blender. v! 449 870 En paddelomrörare som arbetade vid 100 varv/minut infördes sedan' i bägaren, och en lösning av alun i en mängd tillräcklig för att ge Ä0 ppm av Al2(SOu)3'18H20 och en lösning av den polymerbland- ning som skall undersökas tillsattes med en minuts mellanrum.

Blandningen omrördes sedan i 1 minut och därefter sänktes padd- larnas hastighet till 10 varv/minut. Observationer beträffande sedimenteringshastigheterna för leran och massan gjordes efter 1 och 5 minuter. Omröraren stoppades sedan och blandningen fick stå i 10 minuter, innan de slutliga observationerna gjordes.

Flockbildningsegenskaperna och klarheten hos testbland- ningarna graderades på en skala från 0 till 10 (10 är ett perfekt värde) efter de olika tidsperioderna. Flera av de i föregående exempel angivna produkterna undersöktes med följande resultat.

Tabell 8 ' Exempel Produkt Koncentration i använd Flockbildning Klarhet polymerblandning ppm 1 min. 5 min. 1 min. 5 min. 6 C 20 9 _ 9' 7 7 6 D 15 9 '9 '8 7 6 si» 15 9 '9 1 7 7 B 20 8 '~ 9 7 8 7 ' C 20 9 10 6 7 7 D 20 8 8 6 7 8 C 20 8 8 7 7 9 F 20 8 7 5 H A 20 8 8 7 7 11 D 30 3 3 1 5 Obehand- Kontrollprov V -- 0 O 0 O lat Exempel 15 De polymera blandningarna enligt uppfinningen undersöktes be- träffande deras effektivitet vid kvarhållningen av totala fast- ämnen i den i exempel 13 beskrivna pappersmasseuppslamningen. Me- toden som användes liknade den som beskrivits av Britt, K.W., I “Mechanisms of Retention During Paper Formatíon,“ TAPPI 56(10); Ä6-50 (oktober 1973). 7 .

Den utnyttjade apparaturen utgjordes av ett dynamiskt ur- vattnartråg, som var utrustat med en omrörare för att åstadkomma reglerad turbulens och hög dynamisk skärverkan. Det dynamiska ur- vattnartråget bestod av två delar. Provet som skulle undersökas tillsattes till en övre kammare, som hade en kapacitet av 1 liter. _ _-___...pwwfw-wp______, 449 870 16 Den undre kammaren utgjordes av en luftkammare som användes för" att förhindra att provet lämnade den övre kammaren. De två kam- rarna var avskilda med hjälp av en siktduk, belagd med galvaniskt iutfälld nickel och innehållande koniska hål med 0,076 mm diameter f!! i ett sådant antal att de ger 1ü,5% öppen yta. Omröraren i den övre kammaren utgjordes av en 5 cm propeller, driven med hjälp av en synkronmotor med varierbar hastighet. Omrörarens hastighet A ° hölls i samtliga försök vid 1 000 varv/minut.

I dessa försök blandades 500 ml av den 0,51-iga pappers- masseuppslamningen med den erforderliga mängden polymert kvar- hållningshjälpmedel i den övre kammaren. Blandningen omrördes i 1 minut och proppen i den undre kammaren borttogs därefter. Pro- vet filtrerades_sedan genom sikten och sedan 50 ml hade passerat genom sikten uttogs ett prov för analys. 100 ml av detta prov vakuumfiltrerades genom ett vägt filtrerpapper Whatman nr H2.

Detta papper torkades i en 11000 ugn och vägdes ånyo för att be- stämma den procentuella andelen totala fastämnen i filtratet.

Data representerande Z fastämnen i sin helhet i filtratet samlades för kontrollprov (härvid användes inte något kvarhåll- ningshjälpmedel) samt för varje kvarhållningshjälpmedel som skulle undersökas vid varje önskad behandlingshastighet. Flera bland- ningar av i föregående exempel. beskrivna polymerer undersöktes med hjälp av detta förfarande och resultaten.finns sammanställda i tabell 9 nedan. ("Förbättring i kvarhållning" anger den pro- centuella minskningen av fastämnen i fíltratet beroende på till- sättning av polymerblandningen.) Tabell 9 Exempel Produkt Brukshastighet Förbättring i kvar- kg/ton massa hållning 1 6 n 7,3 61 _ 7 A 6,5 56 7 B 7,3 71 7 c 6,5 61 7 n 6,5 68 7 F 6,5 . so i. 8 C 7,3 58 9 F 7,3 g 52 A 7,3 139 i Fastän speciella utföringsformer av uppfinningen beskrivits torde det stå klart, att uppfinningen givetvis inte är begränsad 449 870 17 till dessa, då många modifieringap kan göras och uppfinningen är därför avsedd att genom åtföljande patentkrav även omfatta sådana modifieringar i den mån som de faller inom ramen för uppfinningens verkliga mening och omfattning.

Claims (19)

4-49 870 .aßsmßtax

1. Polymerkomposition. k ä n n e t e c k n a d av att den som väsentliga beståndsdelar innehåller i blandning ca 1 till ca 10 delar av en kvaternär ammoniumpolymer. vald nr en grupp bestående av en aminepiklorhydrinkondensationspolymer. som kan vara eller inte vara en jonisk polymer. och en jonísk polymer. ca 0.5 till ca 7 delar av en vinyl-additíonspolymer. vald ur en grupp bestående av nonjoniska och katjoniska. högmolekylära vinyl-additionspolymerer. och ca 0.1 till ca 5 delar av en tensid. vald ur en grupp bestående av nonjoniska och katjo- niska tensider.

2. , Polymerkomposition enigt krav l. k ä n n e t e c k n a d av att amín-epiklorhydrínkondensationspolymeren är framställd av metylamin. epiklorhydrin och N.N.N',N'-tetrametyletendiamin.

3. Polymerkomposition enligt krav 1. k ä n n e t e c k n a d av att amin-epiklorhydrinkondensationspolymeren är framställd av etylamin. epiklorhydrin och N.N.N'.N'-tetrametyletendiamin.

4. Polymerkomposition enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att den joniska polymeren är framställd av bís(2-kloroety1)eter och N.N.N'.N'-tetrametyletendiamin.

5. Polymerkomposítion enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att den joniska polymeren är framställd av N.N'-bis(3- -kloro-2-hydroxipropyl)-N.N,N'.N'-tetrametyletendiammoniumdi- kloríd och N.N.N'.N'-tetrametyletendiamín.

6. Polymerkomposítion enligt krav 1. k ä n n e t e c k n a d av att den nonjoniska vinyl-additionspolymeren utgöres av en högmolekylär po1yakry1amid.'

7. Polymerkomposition enligt krav 1. k ä n n e t e c k n a d av att den katjoníska vinyl-additionspolymeren utgöres av en 449 870 19 högmolekylär sampolymer av akrylamid och dimetylaminoetyl- metakrylat-metosulfat.

8. Polymerkomposition enligt krav 1. k ä n n e t e c k n a d av att den nonjoniska tensiden utgöres av kondensationspro- dukten av dodecylfenol och etylenoxid i molförhållandet 6-18 mol etylenoxid per mol dodecylfenol.

9. Polymerkomposition enligt krav 1. k ä n n e t e c k n a d av att den nonjoniska tensíden är kondensationsprodukten av oktylfenol och etylenoxid 1 molförhållandet 6-18 mol etylen- oxid per mol oktylfenol.

10. Polymerkompositíon enligt krav 1. k ä n n e t e c k - n a d av att den nonjoniska tensiden är kondensatíonsproduk- ten av nonylfenol och etylenoxid i molförhållandet 6-18 mol etylenoxíd per mol nonylfenol.

11. Polymerkomposition enligt krav 1. k ä n n e t e c k - n a d av att den katjoniska tensiden är alkylbensyldimetyl- ammoniumklorid. som i sin tur är karakteriserad av att alkylgruppen innehåller 10-18 kolatomer.

12. Polymerkompositíon enligt krav 1, k ä n n e t e c k - n a d av att amin-epiklorhydrinkondensationspolymeren är framställd av metylamín. epiklorhydrin och N.N,fl'.N'-tetra- metyletendiamin. att den högmolekylära viny1-additionspo1y- meren utgöres av polyakrylamid och att tensiden är konden- satíonsprodukten av dodecylfenol och etylenoxid i molförhål- landet 9 mol etylenoxid per mol dodecylfenol.

13. Polymerkomposítion enligt krav 1, k ä n n e t e c k - n a d av att amín-epíklorhydrínkondensationspolymeren är framställd av metylamín. epiklorhydrin och N.N.N'.N'-tetra- metyletendíamín. att den högmolekylära. katjoniska vinyl- -addítionspolymeren utgöres av den sampolymer som erhålles av akrylamid och dimetylaminoetylmetakrylat-metosulfat och att tensiden är kondensationsprodukten av dodecylfenol och etylen- 449 870 20 oxid i molförhållandet 9 mol etylenoxid per mol dodecylfenol.

14. Användning av polymerkompositionen enligt krav 1 som hjälpmedel vid tillverkningen av papper och papp.

15. Användning enligt krav 14. k ä n n e t e c k n a d av att man för att öka avvattningshastigheten från våta. fibrösa, banformiga material tillför polymerkompositionen till pap- perstillverkningssystemet i en tillräckligt stor mängd för att uppnå den önskade ökningen av avvattningen.

16. Användning enligt krav 14. k ä n n.e t e c k n a d av att man för att förbättra kvarhållningen av en papperstill- verkningsmälds komponenter i den våta. fibrösa banan till- sätter polymerkompositionen till papperstillverkningssystemet i en tillräckligtstor mängd för att uppnå den önskade ökningen av kvarhållningen.

17. Användning enligt krav 14. k ä n n e t e c k n a d av attzmfliför attêmahâllfastheten hos papper och paPP. tillsätter polymerkompositionen till papperstillverkningssystemet i en tillräckligt stor mängd för att uppnå den önskade ökningen av hållfastheten.

18. Användning enligt krav 14. k ä n n e t e c k n a d av att man för att limma papper eller papp tillsätter polymer- kompositionen till papperstillverkningssystemet i en till~ räckligt stor mängd för att limma papperet eller pappen.

19. Användning enligt krav 14. k ä n n e t e c k n a d av att man för att göra ytan av papper eller papp elektriskt ledande tillsätter polymerkompositionen till den på ytan av papperet eller pappen applicerade beläggningen i tillräcklig mängd för att göra ytan elektriskt ledande. .gyl