SK14193A3 - Viaczložkový retenčný systém - Google Patents

Abstract

Viacložkový retenčný systém na výrobu papierov s obsahom mechanických vláknin pozostáva z 0,1 až 3 % hmotn. katiónového sorbentu na báze zeolitu, smektitu alebo illitu s merným povrchom BET 150 m3/g až 4 m3/g, z 0,2 až 1,5 % hmotn. katiónového alebo amfotémeho pojiva na báze modifikovaných polymérov ako sú škroby, inanogalaktány, polyvinylalkohol a latexy a z 50 ppm až 600 ppm retenčného prostriedku na báze polyamidamínu, polyetylénimínu, katiónového alebo aniónového polyakrylamidu.

Description

(57) Viacložkový retenčný systém na výrobu papierov s obsahom mechanických vláknin pozostáva z 0,1 až 3 % hmotn. katiónového sorbentu na báze zeolitu, smektitu alebo illitu s merným povrchom BET 150 m³/g až 4 m³/g, z 0,2 až 1,5 % hmotn. katiónového alebo amfotémeho pojiva na báze modifikovaných polymérov ako sú škroby, inanogalaktány, polyvinylalkohol a latexy a z 50 ppm až 600 ppm retenčného prostriedku na báze polyamidamínu, polyetylénimínu, katiónového alebo aniónového polyakrylamidu.

U Q; er £250.3!? os or o

Ψio/Ctl m b ι/y Z'&A^ó/y'

Oblasť techniky ;-ú' -Λ/

Vynález sa týka viaczložkového rebenčného systému pri výrobe papiera, kartónu vysokolignif i kovaných vláknin.

1epenky obsahom

Doterajší stav techniky

K zlepšeniu retencie plnív, ostatných nevláknitých komponentov a nulových vlákien možno pristupovať rôzne, avšak úspešnosť podm i enok. zvyšovan i e závisí od konkrétnych riešenia je napríklad (Zellstoff u. Pap. 28, 1987, č. 6, g/m² 248), (Pap. Techn. Ind. formovanie viacvrsbvých formovanie trojvrstvých riešenia viac či menej Jedným zo spôsobov retencie oxidu titaničitého plnením do lúmenu (Colloids Surfaces 16, 1985, 16, č. 3/4, s. 309), (Paper Sci.

11,1985, č. 3, s. 84) vlákien.

Možnosti vo využívaní menej hodnotných surovín a plnív aj pri papieroch s nižšou plošnou hmotnosťou do 32, 1983, č. 6, s.

s. 582) poskytuje štruktúr. Firma Beloit vyvinula pre štruktúr nátokovú skriňu Strataflo.

Aktivácia plnív dáva možnosti zvýšenia obsahu plnív pri zachovaní fyzikálno mechanických vlastností papiera, úspory energie na sušenie, vyššiu belosť a nižšiu abrazivitu.

Sú známe patentované úpravy kaolínu, oxidu titaničitého a mastenca so síranom hlinitým, hlinitanom sodným (Hung. pat. č. 328, Ί981) s obchodným názvom Posalin a Posalin Aktiv (Zellstoff u. Pap. 33, 1984, č. 4, s. 140) pre kaolín, ďalej plnív ako uhličitan vápenatý, kaolín, mastenec, síran vápenatý, oxid titaničitý, oxid zinočnatý, oxid kremičitý a organické pigmenty upravených prídavkom polya1 um í n i um hydroxidu (Jap. pat. č. 137652, 1984) polychloridom hlinitým (Jap. pat. č. hl i nitokremi či tým gélom (U.S

Viaczložkové retenčné tzv. duáIných, používajúcich kat iónového a aniónového pat. č.

, uhličitanu vápenatého J6 1194299, 1986) alebo

3963512, 1976).

systémy prechádzajú vývojom od ťažšie regulovateľnú kombináciu organického polye1ektrolytu ku kombinácii manoga1aktánu (Euro. pat. č. 88-986, 1983), katiónového škrobu (Euro. pat. č. 41-056, 1981) s koloidnou kyselinou kremičitou alebo katiónového polyakry1 am idu

č. 3052595), (Paper Trade J.

s montmori 1on i tom (U.S. pat. 165, 1981, č. 14, s. 34) .

systém

Retenčný vysvetľovaný 1989, s. 179)

Composil firmy mikročasticovou flokuláciou (Papermakers conf. Mechanizmus mikročasticovej flokulácie na báze

EKA

Nobel, )e bentonitu využíva systém Hydrocol firmy Allied Colloids Pri tomto mechanizme flokúl prídavkom

V druhej fáze sa účinkom úč i nkom

V tretej

Systém pri výrobe prídavkov, zm i ešavac i e dochádza v prvej fáze k vzniku veľkých polyméru s vysokou molekulovou hmotnosťou.

zariadenia s vysokým šmykovým sflokulovaná suspenzia zjemňuje na mikrof1 okul e. fáze sa prídavkom bentonitu tvorí m ikročasticová flokulovaná štruktúra s výborným retenčným účinkom a kvalitnou formáciou pri odvodňovaní. Množstvo pridávaného polye1ektrolytu je zväčša o málo vyššie ako je obvyklé pri používaní retenčných prostriedkov. Typické množstvo pridávaného bentonitu je okolo 0,2 %.

Modifikovaným systémom m ikročasticovej flokulácie na báze koloidného oxidu kremíka disponuje tiež firma Nalco, ktorý bol popísaný v (Papermakers conf. 1989, s. 195), (Eucepa Pap. Technol. Conf. 1990, s. 161).

Organopol firmy Allied Colloids Ltd. používaný novinového papiera využíva obrátený postup pričom modifikovaný bentonit, dávkovaný pred čerpadlo, adsorbuje aniónové rozpustené a suspendované organické látky.

Firma BASF vyvinula pre novinový papier, drevité nátur a LWC papiere trojzložkový systém, v ktorom sa používa aktivovaný bentonit Opazi1 AF, modifikovaný polyety1éni m í n Polymín SK a katiónový polyakry1 am i d Polymin KP 7.

Na experimentálnom papierenskom stroji švédskeho DVÚ (Kordiska Cellulosa 2, 1985, č. 6, s. 46) bol vyvinutý trojzložkový systém plnenia, ktorý obsahuje retenčné prostriedky a prostriedky pre zvýšenie pevnosti za mokra. Papiere s obsahom 40 % uhličitanu vápenatého a 3,2 % kat iónového škrobu majú lepšie pevnostné a optické vlastnosti ako papier s obsahom 25 % uhličitanu bez škrobu.

Pri zlepšovaní pevnosti papiera zvyšovaním pevnosti väzby vlákno - vlákno s malou alebo žiadnou zmenou vo väzobnej ploche sa využívajú prostriedky pre pevnosť za sucha. Typickými aditívami sú aniónové, katiónové a amfotérne (Paper 210, 1988, ô. 3, s. 24) škrobové deriváty, aniónové a katiónové polyakry1 am idy a katiónové guarové gumy (manogalaktány). Boli vyvinuté latexy a emulzie (U.S. pat. č. 4225383), (Paper Techn. Ind. 22, 1981, č. 3, s. 84 ), ktoré dávajú lepšie výsledky ako vodorozpustné polyméry, pravdepodobne pre dosiahnutie vyššej koncentrácie polyméru vo väzbe vlákno - vlákno a pre možnosť vyhnúť sa nadmernej flokulácii zanášky.

Systémy agregácie plnív znižujú nepriaznivý vplyv plnív na plochu väzby vlákno - vlákno. Pri použití nižšej zanášky polyméru sa využívajú vysokomolekulárne polyakry1 am idy v množstve 0,02 až 0,1 hmotn. % na plnivo (Bum.

17, 1976, č sa tvoria

2, s.

niečo

Prom. 1981,

2, s. T47). použ i t í m (Pap. a ce1.

4) , (Paper Techn. Ind. slabšie agregáty nízkomolekulárnych polymérov s vysokým nábojom

43, 1988, č. 6, s. 123), (Paper Techn. Ind. 26, 1985, č. 3,

s. 129), (Wbl. f. Papierfabr. 106, 1978, č. 17, s. 655), bez potreby starostlivej regulácie prídavku polyméru.

Pri znižovaní objemu znečistených vôd uzatváraním vodných okruhov a pri zvyšovaní zanášky mechanických vláknin v papieri dochádza k problémom s retenciou a glejením vplyvom zvýšeného množstva rozpustných a aniónových látok.

Fa Aspanger Kaolín und anorganických, organických

Steinwerke ponúka na trhu katiónovo modifikovanú sľudu na báze muskovitu k odľahčeniu okruhových vôd papierenských strojov, ktorá adsorbuje škodlivé živice, aniónové organické (rušivé) látky a lepivé nečistoty pri spracovaní mechanických a sekundárnych vláknin.

Problém aniónových rušivých látok sa v súčasnosti rieši lapačmi rušivých látok, ktoré sú na báze kat iónových organických a anorganických polyelektrolytov.

Pri výrobe novinového papiera (Jap. pat. č. J6 1070098) sa zlepšená absorpcia oleja a odstraňovanie škodlivých živíc rieši napr. úpravou kaolínu kremičitanom sodným (Cel. Bum.

Kart. 1987, č. 2, kremíka (Jap. pat. č. anorgan i ckých

10) alebo zeoiitu amorfným oxidom J6 1070098). Testovaním širokej palety sorbentov pre odstraňovanie rozpustných organických látok z vodných okruhov papierenských strojov sa zaoberali v polovici 90. rokov Mobius a Baumgarten (Wbl. f. Papierfabr. 112, 1984, č. 11/12, s. 395). Účinnosť anorganického sorbentu bola závislá na type vlákniny.

Prípravou modifikovaného smektitu alebo illitu, ktoré sorbujú na svoj povrch škodlivé živice a aniónové organické látky v širokom rozpätí pH vodného prostredia, sa zaoberá PV 1696-92 Modifikované minerály na elimináciu škodlivých látok a 3pôsob ich prípravy.

Podstata vynálezu

Nedostatky a problémy vo výrobe papierov s obsahom mechanickej vlákniny do veľkej miery odstraňuje viaczložkový retenčný systém (VRS) podľa vynálezu.

Na rozdiel od známych, vyššie diskutovaných postupov, využívajúcich aniónové minerály na báze koloidného oxidu kremíka, kyslo alebo alkalický aktivovaných bentonitov, aniónový kaolinit, zeolit upravený alkalickým roztokom alebo koloidom oxidu kremíka, podstata trojzložkového retenčného systému (VRS) podľa vynálezu spočíva v účinku kat iónového sorbentu na báze modifikovaného zeoiitu, smektitu alebo illitu, s výhodou smektitu alebo illitu podľa PV 1696-92, účinku pojiva na báze kat iónových vodorozpustných prírodných, alebo sysntet ických polymérov, ako katiónový škrob, polyviny1alkohol, alebo na báze kat iónových disperzií ako latexy a ďalej účinku katiónového alebo aniónového po1yakry1 am i du.

Prehľad výsledkov

Na grafe 1 uvádzame porovnanie účinnosti glejenia stredozemných papierov hlinitého, ktoré boli rôznymi postupmi.

Postup 1 predstavuje v závislosti od prídavku síranu vyrobené v kyslom prostredí tromi klasický retenčný systém, zložený a katiónového polyakry1 am idu z prídavkov síranu hlinitého v množstve 100 ppm.

Postup 2 predstavuje aplikáciu katiónového škrobu v množstve 1% hmôt. a katiónového po1yakry1 am idu, identického typu ako v postupe 1, v množstve 50 ppm.

Postup 3 predstavuje trojzložkový retenčný systém (VRS) podľa vynálezu, zložený z prídavku katiónového sorbentu v množstve 2 % hmôt., prídavku katiónového pojiva v množstve 1 % hmôt. a katiónového polyakry1amidu v množstve 50 ppm, identických s typmi použitými v postupe 2.

Postup 3 obsahujúci VRS podľa vynálezu umožňuje získať vyšší glejaci účinok v celom rozsahu pod 3 % prídavkom síranu hlinitého v porovnaní s postupom 2. V rozsahu prídavkov 0.6% síranu hlinitého sa dosahujú 2 až zaglejenia postupom využívajúcim klasickému postupu 1. Glejaci účinok postupu 3 na úrovni ako v klasickom postupe je možné získať s 2.5 krát nižším prídavkom síranu hlinitého.

Ďalej sú uvedené výsledky sledovania vplyvu zaťaženia vôd rozpustnými látkami z mechanickej vlákniny (vyjadrovaného hodnotami CHSK) na účinnosť hodnotených troch postupov. Klasický postup 1 obsahuje dávku 100 ppm prostriedku na báze katiónového PAAM, pri katiónového škrobu (postup 2) aj VRS (postup 3) bola použitá iba polovičná dávka PAAM. Dávka disperzného živičného glejiva (30 % účinnej zložky) v množstve 5 % t.q. a síranu hlinitého v množstve 2 % bola pre všetky rovnaká.Účinok jednotlivých postupov na zaglejenie papiera, retenciu plniva a pevnosť papiera je znázornený graficky na grafoch 2 až 4.

až 2.5% hodnoty krát vyššie VRS oproti obdobnej retenčného aplikáci i výrobné postupy

Vplyv zaťaženia papierenských vôd v rozmedzí hodnôt CHSK filtrátu 100 mg02/1 až 900 mg02/1 je dokumentovaný na grafe 2 a grafe 3, pre každý zo sledovaných retenčných postupov.

Porovnaním hodnôt HSTso~ odolnosti voči prieniku kyslého atramentu do papiera, uvedených na grafe 2 je zrejmé, že aplikáciou kat iónového škrobu do hmoty sa oproti klasickému postupu zvyšujú hodnoty zaglejenia cca 1,5 krát (z 68 s na 84 s pri vysokom zaťažení vôd a z 105 s na 160 s pri zaťažení nízkom). Použitím VRS sa zvyšuje glejaci účinok dvojnásobne <na 140 s pri vysokom a na 250 s pri nízkom zaťažení vôd).

Retencia kaolínu v papieri uvádzaná na grafe 3 je pozitívne ovplyvňovaná ako kat iónovým škrobom tak aj VRS, pričom vyšší účinok VRS bol pozorovaný ako pri nízkom, tak aj pri vysokom zaťažení. Pri nízkom zaťažení bolo pozorované zvýšenie retencie plniva zo 60% na 77% pri použití škrobu a 80% pri použití VRS, resp. z 40% na 71% a 73% pri vysokom zaťažení vôd.

Na grafe 4 je znázornený vplyv katiónového škrobu a VRS na pevnosť stredojemného papiera s obsahom 12% kaolínu. Uvedený priebeh hodnôt indexu pevnosti v pretrhnutí platí pre nízko zaťažené vody (CHSK pod 100 mg O2/I). V takto nízko zaťaženom systéme sa zvyšuje pevnosť papiera z 20.9 Nm/g na 23.3 Nm/g pri použití katiónového škrobu a na 25.2 Nm/g pri použití VRS. V prípade vyššieho zaťaženia systému rozpustnými organickými látkami sa pozitívny účinok katiónového škrobu na pevnosť papiera znižuje, zatiaľ čo VRS je stále účinný.

Aplikáciou katiónového pojiva v postupe 2 sa znižuje hodnota CHSK filtrátu sitových vôd o 3 % až 5 % oproti klasickému postupu 1. Účinok VRS podLá patentu, postup 3, je v porovnaní s postupom 2 dvojnásobne vyšší a oproti klasickému postupu 1 umožňuje znížiť CHSK až o 10 %.

Graf 1 Vplyv katíonového škrobu a VRS na zaglejenie stredojemného papiera v závislosti na dávke hliníka

% bielená sulfitová ihličnáčová buničina, drevovi na,

Zanááka

50 l	í b i e 1ená
50	% brúsna
25 ?	í kaolí n,

zaglejenia HSTso je Sizincj Tester .71, u pe ň Hercu 1 es meraný na prístroji

Graf.2

Vplyv retenČného systému na stupeft zaglejenia stredojemných papierov pri troch úrovniach zatajenia papierenských vôd.

postup 1 postup 2 postup 3

Graf 3

Vplyv retenčného systému na retenciu plniva laboratórnych hárkov pri dvoch úrovniach zaťaženia papierenských vôd

postup 1 postup 2 postup 3 ; κ .ík í: :<ľ®;·· í;íí'í.”A<í' :.a

- 10 Graf

Vplyv retenčnéhb systému na index pevnosti v pretrhnutístredojemných papierov s obsahom 12% kaolínu . (Neorientované hárky)

IP (Nm/g)

postup 1 postup 2 postup 3

Príklad prevedenia

Zanáškové zloženie na 1000 kg stredojemného ofsetového papiera¹

300 kg bielená sulfitová smreková buničina, 21°SR

300 kg brúsna drevovína, 73° SR

200 kg vlastný výmet

150 kg kaolín plavený papierenský 0T-80 20 kg kat iónový sorbent, Askat 2H, fy Aspanger 24 kg t.g. disperzné glejivo Furt in FH-30, fy Furtenbach kg síran hlinitý granulovaný kg katiónový zemiakový škrob Amylofax 2200, fy AVEBE

100 g katiónový PAAM, Percol 292, fy Allied Colloids Ltd.

Technologický postup:

Príklad prípravne látky papierenského stroja je znázornený na schéme 1. Na schéme sú zakreslané príklady miest dávkovania jednotlivých pomocných papierenských prostriedkov. Smer toku látky je vyznačený šípkami. Jedná sa o príklad prípravne látky na výrobu stredojemných ofsetových papi erov.

Dlhovláknitá linka sa skladá z horizontálneho rozviákňovača (1) v ktorom je rozv1ákňovaná bielená sulfitová smreková buničina pri konzistencii 4 % . Tá je prečerpávaná do zásobnej nádrže na nemletú látku (2). Po triedení v triediči hustej látky (3) a mletí na kuželovom mlyne (4) na 21°SR ide látka do zásobnej nádrže na mletú dlhovíáknitú látku (5). Do dávkovacej centrály (19) potom dlhovláknitá látka prichádza s konzistenciou cca 3%.

Linka výmetu je určená na spracovanie vlastného výmetu. Suchý výmet je rozv1ákňovaný vo vertikálnom rozv1ákňovači (6). Z dôvodu spracovania mokrého výmetu je v linke zaradený zahustovací bubon (7), v ktorom je látka zahustená na cca 2.5% . Zahustená látka je uskladňovaná v zásobnej nádrži (8). Po triedení na triediči hustej látky (9) a mletí na kuže1ovom mlyne (10) nasleduje zásobná nádrž výmetu (11) a dávkovacia centrál a (19).

Brúsna drevovina z prstencového ďrevobrúsa (14) prechádza vibračným triedičom (15) do zásobnej nádrže (16). Na zahusťovacom bubne (17) je zahusťovaná z cca 1% na cca 4% a uskladňovaná v nádrži (18), odkiaľ je čerpaná pri hustote cca 3.5 % do dávkovacej centrály.

Kat iónový sorbent Askat 2H je dávkovaný do malého hydropulpera (12), uskladňovaný pri hustote 250 g/1 v nádržke (13) a pridávaný hadicovým čerpadlom k hustej drevovine do nádrže (16).

Kaolín 0T-80 vo forme kaolínového mlieka (250 g/1) a zriedené disperzné glejivo Furtin FH 30, sú pridávané do dávkovacej centrály (19) .

Zmiešaná látka z dávkovacej centrály, s hustotou cca 2.5 %, tečie do strojnej nádrže (20) do ktorej je pridávaný aj 5% roztok síranu hlinitého.

čerpaná do prepadovej nádržky

Látka zo strojnej nádrže je (21) a po egalizácii na kuželovom rafinéri pred zmiešavacie z nádrže (31) na plošnej hmotnosti stupňami vírivých v ibračným (22) je dávkovaná gramovým ventilom (25)

Po riedení sitovou vodou 1.2 %, v závislosti od triedičom (30).

čerpadlo (26) hustotu 0.6 % až papiera, je papierovina triedená tromi triedičov (27), tlakovým uzolníkom (28) a Vytriedená papierovina prúdi rozdelovacím potrubím do uzavretej nátokovej skrine (29) papierenského stroja.

Katiónové pojivo Amylofax 2200 sa za miešania disperguje studenou vodou v nádrži (23), v ktorej sa 4% suspenzia škrobových sŕn vyhreje priamou parou na teplotu zmazovatenia a po zriedení na 2 % koncentráciu prečerpáva do zásobnej nádrže (24). Zriedené pojivo sa ďalej dávkuje v predpísanom množstve pred gramový ventil (25).

Katiónový polyakry1 am i d Percol 292 sa po dvojstupňovom riedení vodou (1 : 10 000) dávkuje cez zmiešavaciu hlavicu pred tlakový uzolník (28) .

SCHÉMA 1 SCHÉMA PRIPRAUNE LATKV PS A DAUKOUACICH MIEST

Priemyselná využiteľnosť

Viaczložkový retenčný systém (VRS) podľa vynálezu umožňuje efektívne¹

- zvýšiť účinnosť prostriedkov pre pevnosť za sucha a za mokra (katiónové škroby, živice, latexy a iné)

- použiť aj menej hodnotné a lacnejšie vlákniny (mechanické, sekundárne)

- zlepšiť účinnosť glejenia, znížiť spotrebu glejiva

- znížiť protonizáciu (kyslosť) výrobného prostredia a z toho vyplývajúce výhody (zníženie korózie PS, zvýšenie trvanlivosti papierov, nižšia solnosť a koncentrácia anorganických rozpustných látok).

- zvýšiť retenciu jemného podielu (vláknitý kryl, plnivá, glej ivá)

- zvýšiť účinnosť retenčných prostriedkov resp. znížiť ich spotrebu

- znížiť množstvo usadenín na báze škodlivých živíc a lepivých nečistôt

- znížiť hodnoty CHSK

- zvýšiť okruhovanie obratových papierenských vôd (zníženie mernej spotreby vody)

Z hľadiska prevádzkovateľnosti papierenského stroja na základe spomínaných účinkov je možné počítať so znížením¹ intervalov čistenia plstencov redukciou bodových nečistôt počtu pretrhov papierovej dráhy prášivosti ofsetových papierov

Z pohľadu nákladov 3a aplikácia pojív, napr. katiónových škrobov stáva aj pri výrobe grafických papierov používajúcich lacnejšie vlákniny ako drevovina, TMV a pod. ekonomicky zauj ímavou.

Použ i t i e

VRS podľa vynálezu prináša okrem zlepšenia prevádzkovateľnosti PS, zníženia nákladov na výrobu, zvýšenia kvality papiera a maximálneho využitia pojív, tiež priaznivé ekologické dopady.

požadovaného účinku

Vi

Patentové nároky

Claims (1)

1. ·, ’I.J f AtJ: 5Γ £0.2932 P S C: Γ U ,

   Spôsob výroby papiera z papierenskej vodnej suspenzie í ' ' v kyslom alebo neutrálnom prostredí,,s obsahom 5 % až 90 % bielených a neb-ve-kených vysoko 1 i gn i f i kovaných vláknin ako brúsna, rafinérová, tlaková drevovina, termomechanická, chemotermomechanická vláknina s obsahom jemného podielu 100 % až 5 % hmôt. a 10 % až 95 % drevných vlákien získaných sulfitovým alebo sulfátovým de1 igni f ikačným postupom bielených a nebielených, so stupňom mletia 14° SR až 45° SR, ďalej s obsahom 2 % až 35 % hmôt. plnív na báze kaolinitu, zeolitu, illitu, smektitu alebo uhličitanu vápenatého s priemernou veľkosťou častíc 0.5 ym až 15 μηι sa vyznačuje tým, že ako retenčný systém sa použije sorbent na báze katiónovo modifikovaného zeolitu, smektitu alebo illitu s merným povrchom BET 150 m³/g až 4 m²/g v množstve 0.1 % až 3 % hmôt., s výhodou k vysoko1 igni f i kovanéj vláknine v množstve 2 % až 4 % hmôt., ďalej dávka pojiva na báze katiónovo modifikovaných, amfoterných, prírodných alebo syntetických vodorozpustných polymérov ako škrob, polyviny1alkoho1, na báze katiónovej v množstve 0.2 % až 1.5 % hmôt. a ďalej ppm retenčného prostriedku na manogalaktán alebo disperzie ako latexy dávka 50 ppm až 600 báze polyamidamínu, polyetylénimínu alebo modifikovaného polyakrylamidu s výhodou katiónového alebo aniónového polyakrylamidu s výhodou do