SE462721B - Saett vid framstaellning av papper genom formning och avvattning av en suspension av cellulosainnehaallande fibrer - Google Patents

Description

462 721 lO 15 20 25 30 35 2 suspension av pappersframställningsfibrer och eventuella fyllmedel på en vira varvid formningen och avvattningen äger rum i närvaro av en katjonisk kolloidal silika och ett katjoniskt polymert retentionsmedel, såsom definierat i patentkraven.

Katjoniska kolloidala sig kända silikapartiklar och framställning av dessa beskrives t 3620978 och 3719607. för framställning av katjonisk kolloidal silika utgår från vattenhaltiga soler kolloidal silika som reageras med ett basiskt salt av en flervärd metall för att ge kolloidala partiklar med en positiv ytladdning alkalimetallbaser, baser av alkaliska jordartsmetaller, ammoniak etc utnyttjas ofta i processerna. Det flervärda metallsaltet är vanligen ett aluminiumsalt, på grund av lättillgänglighet och lägre kostnader, men det är givetvis även möjligt att använda basiska salter av andra flervärda metaller, t ex av krom, zirkonium med flera, för framställ- ning av katjonisk kolloidal silika. Vilket som helst basiskt salt som är vattenlösligt och ger den önskade positivt laddade ytan kan användas och vanligen framställes de katjoniska kolloiderna med användning av klorider, nitrater eller acetater av metallen.

Den katjoniska kolloidala silikan som utnyttjas enligt föreliggande uppfinning kan vara vilken som helst tidigare känd sådan. Termen kolloidal innebär givetvis en mycket liten medelpartikelstorlek och storleken ligger är, som ovan sagts, i ex i de amerikanska patenten 3007878, De generella metoderna aV och stabilisatorer, såsom borsyra, vanligen inom intervallet från 2 nm till 100 nm. Lämpligen ligger partikelstorleken inom intervallet från 3 till 80, och företrädesvis inom intervallet från 3,5 till 14 nm. De givna värdena motsvarar ungefärligen ytor av från 1300 till 30 mZ/g, 900 till 130 mz/g respektive 700 till 200 m2/g. De katjoniska kolloidala silikapartiklarna kommer att ha positivt laddade grupper av den flervärda metallen, företrädesvis av aluminium, på.sina ytor och molförhàllande aluminium till ytsilika ligger lämpligen inom intervallet från 1:2 till 4:1, företrädesvis inom intervallet från 1:1 10 l5 20 25 30 35 3 462 721 till 3,5:l. Molförhållandet aluminium till ytsilika har här i det amerikanska patentet 3956171, dvs på (nm)2 av silikayta varvid 8xl0"4xA, Den katjoniska beräknats såsom basis av 8 kiselatomer per andelen totalt kisel på ytan blir specifika ytan hos kolloiden i m2/g. kolloidala silikan sättes lämpligen till mälden i form av en vattenhaltig sol. Koncentrationen av kolloidal silika i solen är ej kritisk. Ur praktisk synpunkt är det emellertid lämpligt att späda solerna till en koncentration av från 0,05 till 5,0 viktprocent, företrädesvis från 0,1 till 2 viktprocent, före tillsatsen till mälden.

De katjoniska retentionsmedel som användes i kombina- tion med den katjoniska kolloidala silikan pappersframställning ' i sig konventionella organiska, med katjonisk nettoladdning vid där A är är vid polymera retentionsmedel, de pH vid vilka de användes, och de kan vara baserade på kolhydrater eller syntetiska polymerer. Exempel på lämpliga sådana katjoniska retentionsmedel är katjoniskt guargum, katjoniska polyakrylamider, polyetyleniminer och polyamido- aminer. Föredraget retentionsmedel är katjonisk poly- akrylamid.

Mängden av katjonisk kolloidal silika och av kat- joniskt retentionsmedel som utnyttjas är givetvis beroende av den specifika mälden, förekomst av fyllmedel och övriga betingelser vid papperstillverkningen. Vanligen ger mängder av kolloiden från 0,005 till 2,0 viktprocent, räknat på torra fibrer och eventuella fyllmedel, bra resultat och de är från 0,005 till 1 vikt- procent. Mängder i intervallet från 0,03 till 0,3 procent föredrages. Förhållandet katjoniskt retentionsmedel till katjonisk kolloidal silika kan variera inom ett vitt område beroende t ex på betingelserna vid pappersframställningen, den specifika katjoniska polymeren och på andra effekter som önskas av denna. Vanligen bör viktförhållandet kat- joniskt retentionsmedel till katjonisk kolloidal silika vara minst 0,01:l och lämpligen minst 0,2:1. Den övre gränsen för katjoniskt retentionsmedel med låg katjonicitet är inte kritisk och kan för sådana polymerer vara mycket mängder som lämpligen användes 462 l0 15 20 25 30 35 721 4 hög, upp till ett förhållande av l00:l, och högre, och gränsen sättes vanligen av ekonomiska hänsyn. Förhållanden katjoniskt retentionsmedel till katjonisk kolloidal silika inom intervallet 0,2:1 till 20:1 är lämpliga för de flesta system.

Tvåkomponentsystemet enligt föreliggande uppfinning kan användas vid pappersframställning från olika typer av mäldar av fibrer för pappersframställning, dvs från mäldar som innehåller åtminstone 50 viktprocent cellulosainne- hållande fibrer. Komponenterna kan t ex användas tillsatser till mäldar från fibrer av kemisk massa, såsom sulfat och sulfitmassa, termomekanisk massa, raffinörmassa eller slipmassa från SOm såväl lövved som barrved. Systemet enligt uppfinningen 'kan även med fördel användas för returfibrer. Som nämnts kan mälden även innehålla mineral- fyllmedel av konventionella slag, såsom t ex kaolin, titandioxid, gips, krita och talk. Speciellt goda resultat har erhållits med mäldar vilka vanligen anses svåra och vilka innehåller förhållandevis höga mängder av icke-- t ex olika typer av mekanisk massa såsom slipmassa. Tvåkomponentsys- temet enligt uppfinningen är speciellt lämpligt för mäldar med minst 25 viktprocent mekanisk massa och ger en väsent- lig förbättring i sådana system i jämförelse med anjoniska silikabaserade soler och katjoniskt retentionsmedel. Termen papper som användes här förutom papper, kartong och papp framställd från en mäld som övervägande består av cellulosainnehållande fibrer.

Den katjoniska oorganiska kolloiden och det katjonis- ka polymera retentionsmedlet kan sättas till mälden sepa- rat, samtidigt eller förblandade. De kan även tillsättas i två eller flera omgångar. Det föredrages att de två kom- tillsättes separat och att den katjoniska kolloidala silikan tillsättes först och det katjoniska retentionsmedlet därefter. Tillsatsen av katjonisk kol- loidal silika och katjoniskt retentionsmedel enligt upp- finningen förbättrar avsevärt retention av finfibrer och av fyllmedel, då och tillsatsen cellulosainnehållande substanser såsom lignin, inkluderar givetvis, ponenterna sådana finnes närvarande, 10 15 20 25 30 35 462 721 i jämförelse med 5 förbättrar avvattningen användning av enbart katjoniskt retentionsmedel. Mindre mängder katjonisk polymer kan därför användas för att uppnå en önskad effekt och för dyra katjoniska polymerer, såsom polyakrylamid, kan betydelsefulla kostnadsbesparingar Med utnyttjande av systemet enligt upp- således pappersframställningsprocessen göras styrkan och andra även avsevärt således göras. finningen kan mer effektiv utan negativa effekter på väsentliga egenskaper hos det framställda papperet. Meka- nismerna som bidrager till den positiva effekten av de två komponenterna, vilka båda har samma laddning, har ej helt men det antages att den katjoniska oorganiska lösta anjoniska klarlagts, kolloiden åtminstone delvis neutraliserar vedsubstanser och att den även förbättrar styrkan hos flockarna, vilka bildas från lösta och fasta komponenter i mälden genom det tillsatta katjoniska retentionsmedlet, genom dess förmåga att penetrera och laddningsvis neutra- lisera flockarna.

I föreliggande process för framställning av papper kan konventionella additiv givetvis utnyttjas utöver de två additiven enligt uppfinningen. Fyllmedel har diskuterats ovan och som exempel på andra tillsatser vilka kan ut- nyttjas kan nämnas hydrofoberingsmedel, baserade på kolo- fonium eller syntetiska hydrofoberingsmedel, våtstyrkehart- ser och aluminiumföreningar såsom alun och polyaluminium- föreningar. Pappersframställningsprocessen med föreliggande kombination av substanser för ökad retention och avvattning kan genomföras inom ett brett pH intervall, från cirka 4 till cirka 9. Det är en speciell fördel att träinnehållande papper med hög finfiberhalt kan framställas med hög reten- tion genom föreliggande system utan negativa effekter på pappersformeringen.

'Uppfinningen ringsexempel vilka densamma. Delar och procent viktprocent såvida annat ej anges. _ Exempel 1 De katjoniska silikasolerna illustreras närmare i följande utfö- emellertid ej är avsedda begränsa avser viktdelar respektive som utnyttjades i ex- 462 10 15 20 25 30 35 721 6 emplen framställdes enligt följande. Aluminiumklorhydrat med formeln Al2(0H)5Cl.2H20 värmdes till 47°C under omrör- ning i en kolv försedd med en värmemantel. Då temperaturen hade uppnåtts tillsattes anjoniska silikasoler, vilka hade avjoniserats med avseende på natriumjoner och vilka hade spätts med avjoniserat vatten, tid för reaktion med aluminiumklorhydrat. specifik framställningsprocess kan följande anges: 408 g 50%-ig Al2(0H)5Cl.2H2O lösning värmdes till 47°C. 657 g av en anjonisk silikasol innehållande l5,21% 928 g avjoniserat vatten. under en viss Som en mer silika späddes med Denna sol hade en specifik yta av 500m2/g. Solen tillsattes under 90 minuter vid 47°C och den erhållna katjoniska solen fick därefter svalna till rumstemperatur.

I följande test utvärderades avvattning medelst en "Canadian Freeness Tester" vilket är den vanliga metoden för karakterisering av avvattning eller dräneringskapacitet enligt SCAN-C 21:65.

Mäldsystemet bestod av 60% blekt björksulfatmassa och 40% blekt tallsulfatmassa och 30% lera hade satts till systemet. Kemikalietillsatserna har räknats i kg per ton torrt mäldsystem (mäld + fyllmedel) och mängderna av sol och katjonisk polymer ges som torrsubstans. Alla kemikalie- tillsatser gjordes vid en blandningshastighet av 800 rpm i en "Britt Dynamic Drainage Jar" med blockerad utloppsmynn- ing under 45 sekunder och mäldsystemet sattes därefter till Canadian Freeness apparaturen. I samtliga försök tillsattes solen före polymeren.

Olika soler utnyttjades: a) Katjonisk aluminiummodifierad silikasol med ett molför- hàllande aluminium till ytsilikagrupper av l,30:l och en specifik yta av 460 m2/g. b) Katjonisk aluminiummodifierad silikasol med ett molför- hållande aluminium till ytsilikagrupper av 2,95:1 och en specifik yta av 500 m2/g. c) Katjonisk aluminiummodifierad silikasol med ett molför- hållande aluminium till ytsilikagrupper av 3,25:l och en specifik yta av 680 m2/g.

Tester 10 15 20 25 30 35 ihållande aluminium till ytsilikagrupper av 462 721 7 d) Katjonisk aluminiummodifierad silikasol med ett molför- 2,40:l och en specifik yta av 220 m2/g.

Följande katjoniska polymerer användes: A) Katjonisk polyakrylamid, PAM 1, med medelhög katjonici- tet, såld av Allied Colloids under namnet Percol 292.

B) Polyetylenimin, PEI, såld av BASF AG under namnet Polymin.

C) Katjonisk polyakrylamid, PAM 2, med låg katjonicitet, såld av Allied Colloids under namnet Percol 140.

I tabellen nedan ges resultaten av testen i ml CSF.

Jämförelser med tillsats av enbart respektive katjoniska polymer har gjorts. En jämförelse med niummodifierad silikasol med en speöifik yta 'av 500 m2/g har även gjorts. ' en anjonisk alumi- Sol/Mängd Kat. polymer/Mängd mäld pH CSF kg/ton kg/ton ml a/1,0 PAMl/0,5 4,5 560 a/1,0 PAMl/1,0 _ 4,5 620 a/1,0 PAMl/2,0 4,5 6? b/1,0 PAMl/0,5 4,5 540 b/1,0 PAM1/1,0 4,5 605 b/1,0 PAMl/2,0 4,5 640 c/1,0 PAM1/0,5 4,5 565 C/1,0 PAMl/1,0 4,5 620 C/1,0 PAMl/2,0 4,5 660 d/1,0 PAMl/0,5 4,5 530 d/1,0 PAMl/1,0 4,5 590 d/1,0 PAMl/2,0 4,5 640 - PAMl/0,5 4,5 - 430 - PAMl/1,0 4,5 515 - PAMl/2,0 4,5 570 462 721 a 10 15 20 25 30 35 Sol/Mängd Kat. polymer/Mängd mäld pH CSF kg/ton kg/ton ml Anjon./1,o PAM1/o,5 4,5 305 Anjon./1,o PAM1/1,o 4,5 495 Anjon./1,o PAM1/2,0 4,5 sao a/1,0 PEI/0,6 7,0 430 a/1,0 PEI/1,0 7,0 470 a/2,0 PEI/2,0 7,0 485 - PEI/0,6 7,0 350 - PEI/1,0 7,0 410 - PEI/2,0 7,0 435 a/1,0 PAM2/0,5 4,5 0 555 a/1,0 PAM2/1,0 4,5 625 a/1,0 PAM2/2,0 4,5 690 - PAM2/0,5 4,5 410 - PAM2/1,0 4,5 505 Exempel 2 I detta exempel utvärderades retention av fyllmedel och finfibrer i ett pappersbrukstest. Mâlden var sammansatt av 30% kemisk massa, 24% slipmassa och 46% CaCO3 fyllmedel.

Mäldkoncentrationen var 0,5% och pH 8,3. Uppmätta innehål- let av fyllmedel och finfibrer var 76,9%.

En "Britt Dynamic Drainage Jar“ användes för utvär- dering av retentionen. Omrörningshastigheten sattes till 800 rpm och den använda viran var 200 mesh.

Den katjoniska silikasolen som utnyttjades var sol a) enligt Exempel 1 och denna tillsattes före det katjoniska retentionsmedlet. Följande katjoniska retentionsmedel användes i de olika körningarna: A) Katjonisk polyakrylamid, Percol 292, tillverkad av Allied Colloids.

B) Katjoniskt guargum. ß 10 15 20 25 30 35 462 721 9 Resultatet av försöken visas i tabellen nedan.

Fyllmedels- och finfiberretentionen (FF ret.) ges i procent vid olika tillsatsmängder av de respektive katjoniska polymererna. Dosen är räknad som torr polymer på torr massa plus fyllmedel. Den katjoniska solen användes i en mängd av 1 kg/ton räknat på torr massa plus fyllmedel. Jämförelser gjordes med tillsats av enbart katjonisk polymer.

Tillsatt katj. Tillsatt mängd Sol FF ret. polymer kg/ton kg/ton % A 0,25 l 75 A 0,50 l 97 A 0,75 1 100 A 0,25 - 43 A " B 2 1 95 B 4 1 95 B 6 1 95 B 2 - 45 B 4 - 83 B 6 - 90 Exempel 3 I detta exempel undersöktes ett system av katjonisk silikasol med ett molförhållande aluminium till ytsilika av 1,30:1 och en specifik yta av 460 m2/g och en katjonisk polyakrylamid i ett bruk som tillverkar journalpapper.

Mälden bestod av 19% sulfatmassa, 37% slipmassa, 20% termomekanisk massa och 24% lera, dvs mälden innehöll höga mängder av icke-cellulosainnehållande substanser. pH var 4,45. Retention mättes med en "Britt Dynamic Jar" och "freeness“ mättes med en "Canadian_Freeness Tester". 462 10 15 20 25 30 35 721 10 Tillsats kg/ton Retention % Freeness ml Sol PAM - 0,25 26,4 110 - 0,50 44,6 140 - 1,0 57,6 190 2,0 0,25 41,7 150 2,0 0,50 65,0 200 2,0 1,0 85,6 305 Exemgel 4 I detta exempel undersöktes avvattningseffekten av ett system av den katjoniska aluminiummodifierade silika- solen som i Exempel 1 angivits med beteckningen a) och en polyakrylamid, Percol 292, och en jämförelse-gjordes med ett system av den anjonisk aluminiummodifierad silikasol, med en yta av 500 m2/g, och polyakrylamiden. Mälden bestod av slipmassa uppslagen till 130 ml CSF och pH justerades till 5 med HZSO4. I försöken med den katjoniska solen tillsattes denna till mälden före polyakrylamiden utom i ett fall då doseringsordningen vändes. I försöken med anjonisk sol sattes denna till mälden efter polymeren. De tillsatta mängder som ges i kg/ton är räknade som torra kemikalier på torr massa.

Katjonisk sol Anjonisk sol Polyakryl- CSF kg/ton kg/ton amid kg/ton ml - - - 130 - - 0,5 210 - - 1,0 230 - - 2,0 250 - - 3,0 245 1,0 _ 0,25 290 1,0 - 0,5 325 1,0 - _ 0,75 340 1,0 - 1,0 355 1,0 - 2,0 360 1,0 (omvänd dosering) 1,0 270 m 10 15 20 25 462 721 ll Katjonisk sol Anjonisk sol Polyakryl- CSF kg/ton kg/ton amid kg/ton ml , - 0,25 330 , - 0,5 375 , - 1,0 425 , - 2,0 405 - 1,0 0,5 190 - 1,0 0,75 230 - 1,0 1,0 255 - 1,0 2,0 280 - 3,0 0,5 190 - 3,0 1,0 240 - - 3,0 2,0 320 - 3,0 3,0 360 - 3,0 4,0 350 Som framgår av tabellen u; väsentligt lägre tillsats av poly ås maximal CSF nivå vid ylamid i systemet med katjonisk sol jämfört med systemet med anjonisk sol.

Claims (9)

462 721 12 10 l5 20 25 30 35 Patentkrav

1. Sätt vid framställning av papper, genom formning och avvattning av en suspension av cellulosainnehållande fibrer för pappersframställning och eventuella fyllmedel på en vira, med förbättrad retention och avvattning, k ä n n e t e c k n a t därav, att formningen och avvatt- ningen äger rum i närvaro av en katjoniska silikabaserad sol och ett katjoniskt polymert retentionsmedel valt från grupperna katjoniskt guargummi och syntetiska katjoniska polymerer.

2. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att de katjoniska silikasolpartiklarna är aluminium- modifierade silikapartiklar.

3. Sätt enligt krav- 1 eller 2, k ä n n e t e c k- att de katjoniska silikapartiklarna har partikelstorlekar inom intervallet från 2 nm till 100 nm.

4. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att det katjoniska 'polymera retentionsmedlet är en syntetisk katjonisk polymer.

5. Sätt enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a t därav, att det katjoniska polymera retentionsmedlet är katjonisk polyakrylamid. I

6. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att mängden katjonisk silikasol ligger inom inter- vallet från 0,005 till 2,0 viktprocent, räknat som torrt på torra fibrer och eventuella fyllmedel.

7. Sätt enligt krav 1 eller 6, k ä n n e t e c k- n a t därav, att viktförhållandet katjoniskt retentionsme- del till katjoniska silika är minst 0,01:1.

8. Sätt enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a t därav, att viktförhållandet katjoniskt retentionsmedel till katjonisk silika är minst 0,2:1.

9. Sätt enligt krav 1, 2 eller 6, k ä n n e t e c k- n a t därav, att den katjoniska silikasolen sättes till mälden före det katjoniska polymera retentionsmedlet. n a t därav, i;