SK2722001A3

SK2722001A3 - Manufacture of paper

Info

Publication number: SK2722001A3
Application number: SK272-2001A
Authority: SK
Inventors: Ian Mark Waring
Original assignee: Ciba Spec Chem Water Treat Ltd
Priority date: 1998-08-28
Filing date: 1999-08-16
Publication date: 2001-09-11
Also published as: TW499527B; BR9913146A; CA2340641A1; KR20010072977A; JP2002525448A; NO20010985L; ID28511A; NO20010985D0; WO2000012819A8; EP1109972A1; GB9818917D0; CN1314962A; WO2000012819A1; PL346277A1; HUP0103273A2; AU5735799A

Description

Spôsob výroby papiera

Oblasť techniky

Vynález sa týka výroby papiera, ktorý je spevnený škrobom.

Doterajší stav techniky

Rôzne spôsoby výroby papiera a výroby papiera spevneného škrobom sa opisujú napríklad v medzinárodnej patentovej prihláške WO 95/33096. Jednotlivými základnými operáciami, ktoré sa bežne realizujú pri výrobe papiera, sú príprava riedkej celulózovej suspenzie papieroviny, flokulácia tejto suspenzie, vystavenie flokulovanej suspenzie strihovému napätiu, reflokulovanie takto spracovanej suspenzie pridaním vodnej reflokulačnej suspenzie, odvodnenie suspenzie na site s cieľom vytvoriť mokrý hárok a vysušenie tohto mokrého hárku. Flokulácia sa zvyčajne realizuje použitím retenčných činidiel na báze prírodných alebo syntetických polymérov, zatiaľ čo reflokulácia sa vo všeobecnosti realizuje použitím vodnej suspenzie bentonitu alebo iného aniónového mikrozrnného materiálu.

Je známe, že k finálnemu hárku sa pridáva škrob s cieľom zlepšiť jeho pevnosť. Podľa jedného z konvenčných spracovaní tohto typu sa roztok v podstate úplne rozvareného škrobu nanáša na hárok papiera pred jeho finálnym vysušením. Takisto je známe nanášanie čiastočne alebo úplne nerozvareného škrobu na hárok papiera bezprostredne pred jeho sušením, pričom k rozvareniu škrobu dochádza až pri n-áslednom sušení. Známe je aj zabudovanie v podstate nerozvareného škrobu do vodnej suspenzie papieroviny pred jej odvodnením, napríklad spoločne s retenčným činidlom alebo s vodnou reflokulačnou kompozíciou. V podstate nerozvarený škrob by sa mohol mierne predvariť s cieľom uľahčiť jeho finálne rozvarenie, avšak podstatná časť rozvarenia alebo úplne celé rozvarenie škrobu sa uskutočňuje až v sušiacom stupni, čím sa v podstate nerozvarený škrob prevedie na v podstate úplne rozvare• · ·· · • ·· ·; · .......

2· · · · · ···· · · · • · · · · · · • •é···· · · · ** ný škrob vo finálnom papierovom páse.

Podstata vynálezu

V rámci vynálezu sa v podstate rozvarený škrob pridáva k suspenzii papieroviny potom, ako sa táto suspenzia vystavila flokulácii, a výhodne potom, ako sa táto flokulovaná suspenzia vystavila účinkom strihového napätia. Výhodne je vodná reflokulačná kompozícia tvorená v podstate úplne rozvareným škrobom.

Vodná reflokulačná kompozícia výhodne obsahuje vodnú disperziu aniónového mikrozrnného materiálu. V podstate úplne rozvarený škrob sa môže predvariť do jeho v podstate úplne rozvareného stavu, a následne sa môže rozvarený škrob a aniónový mikrozrnný materiál zmiešať s cieľom vytvoriť finálnu disperziu, ktorá obsahuje obe uvedené zložky. Tak sa napríklad môže škrob úplne rozvariť a potom zmiešať s vodnou disperziou mikrozrnného materiálu.

Výhodne sa však reflokulačná kompozícia pripraví zmiešaním v podstate nerozvareného škrobu s vodnou disperziou mikrozrnného materiálu a potom rozvarením škrobu v tejto disperzii. V prípade, že je to nevyhnutné alebo žiaduce, môže sa potom výsledná disperzia zriediť vodou. Zdá sa totiž, že rozvarenie škrobu v prítomnosti mikrozrnného materiálu poskytuje obzvlášť žiaducu štruktúru v rámci reflokulačnej kompozície.

Výhodnými aniónovými zrnitými materiálmi sú napučiavajúce hlinky, ako napríklad silika, koloidná kyselina kremičitá a koloidné siliky, polykremičitany a mikrogély kyseliny polykremičitej a hliníkom modifikované verzie uvedených látok, a organické mikročastice, napríklad všetky organické mikrozrnné materiály opísané v medzinárodnej patentovej prihláške WO 95/33096.

Inou reflokulačnou kompozíciou, ktorá sa môže použiť, je vodný roztok polyméru, ktorý vo všeobecnosti tvorí iónový protipól vzhľadom na polymérne retenčné činidlo, ktoré sa použije pri prvotnej flokulácii celulózovej riedkej suspenzie papieroviny, • ·· ·· · ::

, » · · · ···· · · · • · · · j ··· ···· ·· · ·· pričom obzvlášť sa môže na daný účel použiť materiál opísaný v medzinárodnej patentovej prihláške WO 98/29604.

Pred odvodnením mokrého papierového hárku, a výhodne pred pridaním k uvedenej celulózovej riedkej suspenzii papieroviny, musí byť škrob úplne rozvarený, čím sa rozumie, že škrobové granule musia byť rozpukané a musia prejsť do úplne zgélovateného stavu. Prirodzene zvyčajne je nevyhnutné škrob v priebehu varenia miešať do miery, ktorá je zvyčajná.

Výhodne sa v podstate žiadny nerozvarený škrob nezabuduje do suspenzie, ktorá sa odvodňuje, a nie je teda potrebné rátať s rozvarením škrobu v priebehu sušenia mokrého papierového pásu.

Škrobom, ktorý sa môže v danom prípade použiť, môže byť ľubovoľný z konvenčných škrobov, medzi ktoré patria napríklad katiónové, aniónové alebo amfotérne škroby, pričom sa tieto škroby môžu získať napríklad z kukurice, pšenice, zemiakov alebo tapioky, alebo môže ísť o regenerované škroby.

V rámci inej formy uskutočnenia vynálezu môže vodná reflokulačná kompozícia obsahovať ako základnú zložku iba rozvarený škrob, ktorý má dostatočne protiiónový charakter vzhľadom na celulózové vločky vystavené strihovému napätiu, voči ktorým škrob slúži ako reflokulačná kompozícia. V praxi je rozvareným škrobom, ktorý najlepšie spĺňa túto požiadavku, zvyčajne amfotérny rozvarený škrob.

V súlade s tým vynález poskytuje nový spôsob výroby papie- ra, pri ktorom sa reflokulácia suspenzie po jej vystavení strihovému napätiu dosiahne pridaním len rozvareného amfotérneho alebo iného vhodného škrobu bez zvyčajného aniónového mikrozrnného materiálu. Takéto procesy dodávajú papierovine uspokojivé retenčné a drenážne vlastnosti a to i napriek neprítomnosti mikrozrnného materiálu.

Všetky procesy podľa vynálezu dodávajú papieru zlepšenú pevnosť, najmä zlepšenú odolnosť proti roztrhnutiu.

Μ ·· · ··· • ··· · ·· · • ···· · ·· • ·· ······· ·· • · · · · ·· ··· ·· · ·· ···

Množstvo škrobu, ktoré sa má pridať, bude závisieť od miery požadovanej pevnosti papiera a od ostatných zložiek prítomných v suspenzii papieroviny. Vo všeobecnosti toto množstvo predstavuje aspoň 0,5 % hmotn. a zvyčajne aspoň 1 % hmotn., vzťahované na sušinu celulózovej riedkej suspenzie papieroviny.

Polymérnym retenčným činidlom, ktoré sa použije, môže byť katiónový škrob, aj keď týmto činidlom môže byť vo všeobecnosti každý vhodný syntetický polymér. Ako je známe, môže tento syntetický polymér obsahovať kombináciu nizkomolekulárnych a vysokomolekulárnych polymérov, avšak vo všeobecnosti je finálnym polymérnym retenčným činidlom, ktoré sa pridáva, syntetický polymér, ktorý má vnútornú viskozitu (limitné viskozitné číslo) aspoň rovnú 4 dl/g. Uvedeným syntetickým polymérom môže byť neionogénny, aniónový alebo katiónový polymér, avšak zvyčajne je týmto polymérom katiónový polymér. Výhodne je retenčným činidlom syntetický katiónový polymér, ktorý má vnútornú viskozitu aspoň rovnú 4 dl/g. Typicky môžu byť týmito katiónovými polymérmi kopolyméry akrylamidu, napríklad s dimetylamóniumchloridom alebo s dialkylaminoalkyl(met)akrylátovými alebo -akrylamidovými polymérmi (zvyčajne adičné soli s kyselinou alebo kvartérne amóniové soli). Takéto vhodné látky sa opisujú napríklad v medzinárodnej patentovej prihláške WO 95/33096.

Rovnako sa dá odkázať na uvedený dokument aj v súvislosti s vhodnými celulózovými materiálmi a procesnými stupňami.

Spôsob podľa vynálezu sa môže použiť r.a výrobu papiera s ľubovoľnou plošnou hmotnosťou, vrátane papierových lepeniek, a týka sa teda papierov s vysokou i nízkou plošnou hmotnosťou. Vynález má obzvlášť význam pri výrobe materiálov s relatívne nízkou plošnou hmotnosťou, pretože práve u týchto materiálov býva ťažké dosiahnuť adekvátne rozvarenie nerozvareného škrobu v priebehu sušiaceho stupňa. Takto je napríklad vynález obzvlášť významný pri výrobe papierových pásov s plošnou hmotnosťou nižšou než 150 g/m², aj keď sa môže použiť aj v prípade výroby papierov s vyššou plošnou hmotnosťou, ako aj v prípade výroby lepenky.

• ·· · ·· • · · · · · • · · · · · · • · · ······· · • · · · · ·· ·· · ··

V prípade, že sa pri výrobe papiera používa tvrdá voda, môže sa do reflokulačnej kompozície alebo/a do vodnej fázy, v ktorej sa má škrob rozvariť, pridať chelátotvorné činidlo.

V nasledovnej časti opisu sa vynález bližšie opíše pomocou konkrétnych príkladov jeho uskutočnenia, pričom tieto príklady majú iba ilustračný charakter a nijako neobmedzujú rozsah vynálezu, ktorý sa jednoznačne definuje patentovými nárokmi a obsahom opisnej časti.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Príklad 1

Ručný hárok (skúšobný hárok) s plošnou hmotnosťou 110 g/m²sa pripravil konvenčnou flokuláciou celulózovej riedkej suspenzie papieroviny, pričom sa použil vo vode rozpustný katiónový polymér s vyššou molekulovou hmotnosťou, ktorý je odvodený od akrylamidu a katiónového monoméru, ďalej aplikáciou strihových síl a potom pridaním vodnej reflokulačnej kompozície.

Odolnosť proti pretrhnutiu (v kPa) závisela od reflokulačnej kompozície.

V jednej sérii experimentov reflokulačnú kompozíciu tvorila vodná disperzia bentonitu samotného alebo v kombinácii s aniónovým zemiakovým škrobom. V prípade, že sa použil iba bentonit, odolnosť proti pretrhnutiu bola 299 kPa. V prípade, že sa v bentonitovej disperzii rozvaril aniónový škrob, odolnosť proti roztrhnutiu bola 353 kPa, zatiaľ čo v prípade, že sa aniónový škrob rozvaril a pridal sa až potom, ako sa suspenzia vystavila strihovému napätiu, avšak predtým, ako sa pridal bentonit, odolnosť proti roztrhnutiu bola 322 kPa.

Príklad 2

Zopakoval sa postup podía príkladu 1, pričom sa zmenila reflokulačná kompozícia. Keď sa pridal samotný bentonit, odol• · ο · · ······· nosť proti roztrhnutiu bola 169 kPa. Keď sa vopred rozvarený aniónový škrob zabudoval do bentonitovej disperzie, odolnosť proti roztrhnutiu bola 281 kPa. Keď sa aniónový škrob rozvaril v bentonite, odolnosť proti roztrhnutiu bola 350 kPa. Keď sa aniónový škrob predbežne rozvaril a pridal sa po vystavení suspenzie strihovému napätiu, avšak pri absencii akéhokoľvek bentonitu v • priebehu procesu, odolnosť proti roztrhnutiu bola 308 kPa.

₄ V prípade, že sa k bentonitu pridal amfotérny škrob a roz- varil sa v bentonite, odolnosť proti roztrhnutiu bola 271 kPa.

Keď sa amfotérny škrob rozvaril a pridal po vystavení suspenzie strihovému napätiu, avšak nepridal sa bentonit, dosiahla sa dobrá retencia a odolnosť proti roztrhnutiu bola 379 kPa. V tejto sérii experimentov bolo množstvo škrobu 7 %, vzťahované na hmotnosť vlákien.

Príklad 3

V rámci tohto príkladu sa uskutočnil test voľného odvodnenia s materiálom na výrobu baliaceho papiera získaného z odpadu, pričom sa ako retenčné činidlo použil kopolymér akrylamidu s metylchloridovou kvartérnou amóniovou soľou dimetylaminoetylakrylátu, ktorý má vnútornú viskozitu vyššiu než 12 dl/g, a ako reflokulačná kompozícia bentonit alebo rozvarený škrob. Pre každú šaržu sa meral čas v sekundách potrebný na odvodnenie 100 ml, 200 ml a 300 ml kvapaliny. Získané výsledky sa uvádzajú v tabuľke 1.

··

Tabuľka 1	7	·· · · • · • · • · ··· ····	• · · · · • · · · · · • · · ···· · · · • · · · · ·· · ··
Pridané	Dávka	Počet sekúnd	potrebný na	odvodnenie
činidlá	(ppm)	100 1	200 ml	300 ml
Retenčné činidlo	300	5	28	78
Bentónit	3000
Retenčné činidlo	500	5	23	66
Bentónit	3000
Retenčné činidlo	500	3	15	42
Rozvarený škrob	30000
Retenčné činidlo	500	3	15	37
Rozvarený škrob
Retenčné činidlo	500	2,5	12	31
Rozvarený škrob	60000

Ako je zrejmé z uvedených výsledkov, poskytli experimenty uskutočnené použitím rozvareného škrobu miesto bentonitu vyššiu rýchlosť odvodnenia mokrého papierového ručného hárku.

Príklad 4

V rámci tohto príkladu sa uskutočnil Brittov dynamický retenčný test s materiálom na výrobu baliaceho papiera získaného z odpadu, pričom sa ako retenčné činidlo použil kopolymér akrylamidu s metylchloridovou kvartérnou amóniovou soľou dimetylamino• · etylakrylátu, ktorý má vnútornú viskozitu vyššiu než 12 dl/g, a ako reflokulačná kompozícia bentonit a rozvarený škrob. Obsah tuhého podielu vo vode odtečenej z mokrého ručného hárku, ako aj retencia sa stanovili pre každú šaržu. Získané výsledky sa uvádzajú v nasledovnej tabuľke 2.

Tabuľka 2

Pridané činidlá	Dávka (ppm)	Tuhý podiel v odtečenej vode (%)	Retencia (%)
Retenčné činidlo	500	0,240	79,6
Bentonit	3000
Retenčné činidlo	500	0,198	83,8
Rozvarený škrob	40000

Ako je z uvedených výsledkov zrejmé, pri experimente s rozvareným škrobom sa dosiahla lepšia retencia.

Príklad 5

Zopakuje sa postup podľa príkladu 3 s tou výnimkou, že sa použije novinová papierovina tvorená 70 % odfarbeného odpadového papiera a 30 % drevoviny. Získané výsledky sa uvádzajú v nasledovnej tabuľke 3.

·· • ·

Tabulka 3

Pridané činidlá	Dávka (ppm)	Počet sekúnd potrebný na odvodnenie
100 1	200 ml	300 ml
Retenčné	1000	11	45	-
činidlo
Bentonit	3000
Retenčné	1000	5	23	60
činidlo
Rozvarený	40000
škrob
Z uvedených	. výsledkov je zrejmé, že	experiment	s rozvareným
škrobom poskytol	vyššiu	rýchlosť odvodnenia mokrého	ručného hár-

ku.

Príklad 6

Zopakuje sa postup podľa príkladu 4 s tou výnimkou, že sa použije novinová papierovina tvorená 70 % odfarbeného odpadového papiera a 30 % drevoviny. Získané výsledky sa uvádzajú v nasledovnej tabuľke 4.

Λ

		10	• ·· ·· · ·· ···· ··· ·· • · · · · · · · • · · · · ···· · · · • · · · · · · ··· ···· ·· · ··
Tabuľka 4
Pridané činidlá	Dávka (ppm)	Tuhý podiel Retencia (%) v odtečenej vode (%)
Retenčné činidlo	1000	0,38	68,6
Bentonit	3000
Retenčné činidlo	1000	0,27	77,7
Rozvarený škrob	40000
Ako je zrejmé z uvedených výsledkov, pri vareným škrobom sa dosiahla lepšia retencia.	experimente s roz-

Príklad 7

Zopakuje sa postup podľa príkladu 1, pričom sa použije 0,7 % hnedej mletej drevnej papieroviny a 750 g/t kopolyméru akrylamidu s metylchloridovou amóniovou soľou dimetylaminoetylakrylátu, ktorý má vnútornú viskozitu vyššiu než 12 dl/g vo funkcii retenčného činidla. Uskutočnilo sa päť sérií experimentov, pričom sa ako jediná reflokulačná kompozícia použili: aniónový rozvarený škrob, tri typy amfotérneho rozvareného škrobu a nemodifikovaný rozvarený zemiakový škrob v rôznych dávkach. V rámci testu sa merala odolnosť papierových ručných hárkov proti roztrhnutiu a získané výsledky sa uvádzajú v nasledovnej tabuľke

5.

·· ···

• ·	•	• ·
• ·	•	• ·
• ·	• ·	• ·
• ·	····	• · ·
• ·	•	• ·
··	•	··

Tabuľka 5

Reflokulačná kompozícia tvorená rozvareným škrobom	Korigovaná odolnosť proti roztrhnutiu (kPa) pre rôzne dávky škrobu (kg/t)
5	10	20	30 40
Aniónový	228,6	256,8 I	260,41	280,6 279,5
Aniofax AP25
Amfotérny	259,2	284,1	273,9	308,4 316,0
CATO 245
Amfotérny	255,0	253, 9	263,0	289,3 320,5
CATO 247
Amfotérny	257,8	266,7	294,7	314,4 346,7
CATO 255
Nemodifikovaný zemiakový škrob	239,7	243,8	26C, 6	269,1 271,2
S cieľom porovnať	sa uvedený postup	zopakoval s výnimkou
spočívajúcou v tom, že	namiesto	škrobu sa	použil	bentonit. Zís-
kané výsledky týkajúce	sa odolnosti ručného hárku proti roztrh-

nutiu sa uvádzajú v nasledovnej tabuľke 6.

Tabuľka 6

Korigovaná odolnosť proti roztrhnutiu

	(kPa) pre rôzne dávky bentonitu (kg/t)
0,5	1	2	3	4
Bentonit	207	210	208	205	200

Z uvedených výsledkov je zrejmé, že použitím rozvareného škrobu ako flokulačnej kompozície sa oproti bentonitu dosiahne výrazné zlepšenie odolnosti proti roztrhnutiu ručného hárku.

Claims

1. Spôsob výroby papiera v papierenskom stroji, zahŕňajúci prípravu celulózovej riedkej suspenzie papieroviny, flokuláciu tejto suspenzie pridaním vodného roztoku polymérneho retenčného činidla zvoleného z prírodných a syntetických polymérov s cieľom _f získať flokulovanú suspenziu, vystavenie tejto flokulovanej suspenzie strihovému napätiu, reflokuláciu takto získanej suspenzie pridaním vodnej reflokulačnej suspenzie, odvodnenie reflokulovanej suspenzie na site s cieľom vytvoriť hárok a vysušenie tohto hárku, vyznačujúci sa tým, že sa k suspenzii po jej vystavení strihovému napätiu a pred jej odvodnením pridá v podstate úplne rozvarený škrob.

2. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že sa v podstate úplne rozvarený škrob pridá vo vodnej reflokulačnej kompozícii.

3. Spôsob podľa niektorého z predošlých nárokov, vyznačujúci sa tým, že vodná reflokulačná kompozícia obsahuje vodnú disperziu aniónového mikrozrnného materiálu.

4. Spôsob podľa nároku 3, vyznačujúci sa tým, • že vodná reflokulačná kompozícia obsahuje vodnú disperziu napu- * čiavajúcej hlinky, koloidnej siliky, mikrogélu kyseliny polykre- ' mičitej alebo polykremičitanu alebo hliníkom modifikované kremičitany.

5. Spôsob podľa nároku 3 alebo 4, vyznačujúci sa tým, že zahŕňa stupeň prípravy reflokulačnej kompozície spôsobom, ktorý spočíva v zmiešaní v podstate nerozvareného škrobu s vodnou disperziou mikrozrnného materiálu a v rozvarení škrobu v tejto disperzii.

6.

Spôsob podľa nároku 2, vyznaču sa tým, že škrob je amfotérnym škrobom.

7.

Spôsob podľa nároku 6, vyznaču sa tým, že vodná reflokulačná kompozícia v podstate neobsahuje aniónový mikrozrnný materiál alebo syntetické polyméme retenčné činidlo.

8. Spôsob podľa niektorého z nárokov 1 až 7, vyznačujúci sa tým, že retenčné činidlo sa zvolí z množiny zahŕňajúcej katiónový škrob a syntetický polymér.

9. Spôsob podľa niektorého z nárokov 1 až 8, vyznačujúci sa tým, že retenčným činidlom je syntetický katiónový polymér, ktorý má vnútornú viskozitu rovnú aspoň 4 dl/g.