СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БУМАГИ
PRODUCTION METHOD OF PAPER

Настоящее изобретение относится к способу получения бумаги. Более конкретно, изобретение относится к способу получения бумаги, который включает добавление катионного крахмала и полимера P2 к водной целлюлозной суспензии после всех точек высокого усилия сдвига и удаление воды из полученной суспензии для формования бумаги.
Уровень техники
В области бумажного производства водную суспензию, содержащую целлюлозные волокна и необязательные наполнители и добавки, называемую массой, подают через насосы, сортировщики и очистители, которые подвергают массу большим истирающим усилиям, в напорный ящик, который выбрасывает массу на формующую сетку. Воду дренируют из массы через формующую сетку так, что на сетке образуется влажное полотно бумаги, и из полотна дополнительно удаляют воду и высушивают в сушильной секции бумагоделательной машины. Вспомогательные средства для дренирования и удержания традиционно вводят в различных точках потока массы для того, чтобы облегчить дренаж и увеличить адсорбцию тонких частиц, таких как тонкие волокна, наполнители и добавки на волокнах целлюлозы, так, чтобы они оставались с волокнами на сетке. Примеры традиционно применяемых вспомогательных средств для дренажа и удержания включают органические полимеры, неорганические материалы и их комбинации.
EP 0 234513 A1, WO 91/07543 A1, WO 95/33097 A1 и WO 01/34910 A1 раскрывают применение катионного крахмала и анионного полимера в способах бумажного производства. Однако ничего не раскрыто о добавлении обоих этих компонентов к суспензии после всех точек высокого усилия сдвига.
Было бы полезно предоставить способ бумажного производства с дополнительными усовершенствованиями в дренаже, удержании и формовании.
Изобретение
Согласно настоящему изобретению было найдено, что дренаж может быть улучшен без какого либо существенного ухудшения удержания и формования бумаги, или даже с улучшениями удержания и формования бумаги, посредством способа получения бумаги, включающего: (i) обеспечение водной суспензией, включающей целлюлозные волокна, (ii) добавление к суспензии после всех точек высокого усилия сдвига: катионного полисахарида и полимера P2, являющегося анионным полимером; и (iii) удаление воды из полученной суспензии для формования бумаги. Настоящее изобретение предоставляет улучшения в дренаже и удержании в получении бумаги из всех типов масс, в частности масс, содержащих механическую или переработанную бумажную массу, и массы, имеющие высокое содержание солей (высокую проводимость) и коллоидных веществ, и в способах бумажного производства с высокой степенью замыкания сточной воды, т.е. обширной рециркуляцией сточной воды и ограниченной подачей пресной воды. Тем самым настоящее изобретение делает возможным увеличение скорости бумагоделательной машины и применение более низких дозировок полимеров для обеспечения соответствующего эффекта дренажа и/или удержания, таким образом приводя к улучшенному способу получения бумаги и экономическим выгодам.
Термин "вспомогательные средства для дренажа и удержания", как использовано в данном описании, относится к двум или более компонентам, которые, будучи добавленными к водной целлюлозной суспензии, обеспечивают более хороший дренаж и удержание, чем получаемые в отсутствие добавления указанных двух или более компонентов.
Катионный полисахарид согласно этому изобретению может быть выбран из любого полисахарида, известного в области техники, включая, например, крахмалы, гуаровые смолы, целлюлозы, хитины, хитозаны, гликаны, галактаны, глюканы, ксантановые смолы, пектины, маннаны, декстрины, предпочтительно крахмалы и гуаровые смолы. Примеры подходящих крахмалов включают картофельный, зерновой, пшеничный, тапиоковый, рисовый, восковой кукурузный, ячменный и т.д. Соответственно, катионный полисахарид является диспергируемым в воде или предпочтительно растворимым в воде.
Особенно подходящие полисахариды согласно изобретению включают те, которые имеют общую структурную формулу (I):
2
2
1
2
3
1
2
3
-
где P является остатком полисахарида; A - группа, присоединяющая N к остатку полисахарида, соответствующая цепи атомов, включающей атомы С и H, и необязательно атомы O и/или N, обычно алкиленовой группе с от 2 до 18 и, необязательно, от 2 до 8 углеродных атомов, необязательно прерываемых или замещенных одним или более гетероатомами, например, O или N, например, алкиленоксигруппой или гидроксипропиленовой группой (-CH-CH(ОН)-CH-); R, R и R каждый является H или предпочтительно углеводородной группой, соответственно алкильной, содержащей от 1 до 3 углеродных атомов, соответственно 1 или 2 углеродных атома; n является целым числом от приблизительно 2 до приблизительно 300000, соответственно от 5 до 200000 и предпочтительно от 6 до 125000 или, альтернативно, R, R и R вместе с N образуют ароматическую группу, содержащую от 5 до 12 углеродных атомов; и X является анионным противоионом, обычно галоидным, как хлорид.
Катионные полисахариды согласно изобретению могут также содержать анионные группы, предпочтительно в незначительном количестве. Такие анионные группы могут быть введены в полисахарид посредством химической обработки или присутствовать в природном полисахариде.
Средневесовая молекулярная масса катионного полисахарида изменяется в широких пределах, зависящих от вида используемого полимера, и обычно она составляет, по меньшей мере, приблизительно 5000 и часто, по меньшей мере, 10000. Чаще она выше 150000, обычно выше 500000, соответственно выше приблизительно 700000, предпочтительно выше приблизительно 1000000 и наиболее предпочтительно выше приблизительно 2000000. Верхний предел не важен; он может быть приблизительно 200000000, обычно 150000000 и соответственно 100000000,
C
С
Катионный полисахарид может иметь степень катионного замещения (DS), изменяющуюся в широком диапазоне, зависящем от, среди прочего, типа применяемого полимера; DS может составлять от 0,005 до 1,0, обычно от 0,01 до 0,5, соответственно от 0,02 до 0,3, предпочтительно от 0,025 до 0,2.
Обычно плотность заряда катионного полисахарида находится в пределах диапазона от 0,05 до 6,0 мэкв/г сухого полимера, соответственно от 0,1 до 5,0 и предпочтительно от 0,2 до 4,0.
Полимер P2 согласно настоящему изобретению является анионным полимером, который может быть выбран из неорганических и органических анионных полимеров. Примеры подходящих полимеров P2 включают растворимые в воде и диспергируемые в воде неорганические и органические анионные полимеры.
Примеры подходящих полимеров P2 включают неорганические анионные полимеры на основе кремниевой кислоты и силиката, т.е. анионные полимеры на основе окиси кремния. Подходящие анионные полимеры на основе окиси кремния могут быть приготовлены посредством конденсационной полимеризации кремнистых соединений, например кремниевых кислот и силикатов, которые могут быть гомополимеризованы или сополимеризованы. Предпочтительно анионные полимеры на основе окиси кремния включают анионные частицы на основе окиси кремния, которые находятся в коллоидном диапазоне размеров частиц. Анионные частицы на основе окиси кремния обычно поставляют в виде водных коллоидных дисперсий, так называемых золей. Золи на основе окиси кремния могут быть модифицированы и содержать другие элементы, например алюминий, бор, азот, цирконий, галлий и титан, которые может присутствовать в водной фазе и/или частицах на основе окиси кремния. Примеры подходящих анионных частиц на основе окиси кремния включают поликремниевые кислоты, поликремниевокислые микрогели, полисиликаты, полисиликатные микрогели, коллоидную двуокись кремния, коллоидную двуокись кремния, модифицированную алюминием, полиалюмосиликаты, полиалюмосиликатные микрогели, полиборосиликаты и т.д. Примеры анионных частиц на основе окиси кремния включают те, которые раскрыты в патентах США, № 4388150; 4927498; 4954220; 4961825; 4980025; 5127994; 5176891; 5368833; 5447604; 5470435; 5543014; 5571494; 5573674; 5584966; 5603805; 5688482; и 5707493; которые тем самым включены в данное описание в качестве ссылки.
2
2
2
2
Примеры подходящих анионных частиц на основе окиси кремния включают те, которые имеют средний размер частиц менее приблизительно 100 нм, предпочтительно менее приблизительно 20 нм и более предпочтительно в диапазоне приблизительно от 1 до приблизительно 10 нм. Как принято в химии кварца, размер частиц относится к среднему размеру первичных частиц, которые могут быть агрегированы или не агрегированы. Предпочтительно анионный полимер на основе окиси кремния включает агрегированные анионные частицы на основе окиси кремния. Удельная площадь поверхности частиц на основе окиси кремния составляет соответственно, по меньшей мере, 50 м/г и предпочтительно, по меньшей мере, 100 м/г. В целом, удельная площадь поверхности может составлять до приблизительно 1700 м/г и предпочтительно до 1000 м/г. Удельную площадь поверхности измеряют посредством титрования с NaOH, как описано G.W. Sears in Analytical Chemistry 28 (1956): 12, 1981-1983 и в патенте США № 5176891 после соответствующего удаления или регулирования любых соединений, присутствующих в образце, которые могут нарушить титрование, как разновидности алюминия и бора. Данная площадь таким образом представляет среднюю удельную площадь поверхности частиц.
2
2
2
2
2
В предпочтительном варианте осуществления изобретения анионные частицы на основе окиси кремния имеют удельную площадь поверхности в пределах диапазона от 50 до 1000 м/г, более предпочтительно от 100 до 950 м/г. Предпочтительно частицы на основе окиси кремния присутствуют в золе, имеющем S-значение в диапазоне от 8 до 50%, предпочтительно от 10 до 40%, содержащем частицы на основе окиси кремния с удельной площадью поверхности в диапазоне от 300 до 1000 м/г, соответственно от 500 до 950 м/г, и предпочтительно от 750 до 950 м/г, золи которых могут быть модифицированы, как указано выше. S-значение измеряют и вычисляют, как описано Her & Dalton in J. Phys. Chem. 60(1956), 955-957. S-значение указывает на степень агрегации или образования микрогеля, и более низкое S-значение указывает на более высокую степень агрегации.
2
2
2
В еще одном предпочтительном варианте осуществления изобретения частицы на основе окиси кремния имеют высокую удельную площадь поверхности, соответственно выше приблизительно 1000 м/г. Удельная площадь поверхности может быть в диапазоне от 1000 до 1700 м/г и предпочтительно от 1050 до 1600 м/г.
Дополнительные примеры подходящих полимеров P2 включают растворимые в воде и диспергируемые в воде органические анионные полимеры, получаемые посредством полимеризации этиленненасыщенного анионного или потенциально анионного мономера или предпочтительно смеси мономеров, включающей один или более этиленненасыщенных анионных или потенциально анионных мономеров и необязательно один или более других этиленненасыщенных мономеров. Предпочтительно этиленненасыщенные мономеры являются растворимыми в воде. Примеры подходящих анионных и потенциально анионных мономеров включают этиленненасыщенные карбоновые кислоты и их соли, этиленненасыщенные сульфоновые кислоты и их соли, например любую из указанных выше. Смесь мономеров может содержать один или более растворимых в воде этиленненасыщенных неионогенных мономеров. Примеры подходящих сополимеризуемых неионогенных мономеров включают акриламид и вышеуказанные неионогенные мономеры на основе акриламида и акрилата и виниламины. Смесь мономеров также может содержать один или более растворимых в воде этиленненасыщенных катионных и потенциально катионных мономеров, предпочтительно в незначительном количестве. Примеры подходящих сополимеризуемых катионных мономеров включают мономеры, представленные посредством вышеуказанной общей структурной формулы (I) и галидами диаллилдиалкил аммония, например хлорид диаллилдиметил аммония. Смесь мономеров может также содержать один или более многофункциональных поперечно сшивающих агентов. Присутствие многофункционального поперечно сшивающего агента в смеси мономеров предоставляет возможность приготовления полимеров P2, которые являются диспергируемыми в воде. Примеры подходящих многофункциональных поперечно сшивающих агентов включают вышеуказанные многофункциональные поперечно сшивающие агенты. Эти агенты могут быть использованы в вышеуказанных количествах. Примеры подходящих диспергируемых в воде органических анионных полимеров включают раскрытые в патенте США № 5167766, который включен в данное описание в качестве ссылки. Примеры предпочтительных сополимеризуемых мономеров включают (мет)акриламид, и примеры предпочтительных полимеров P2 включают растворимые в воде и диспергируемые в воде анионные полимеры на основе акриламида.
Полимер P2, являющийся органическим анионным полимером согласно изобретению, предпочтительно органическим анионным полимером, растворимым в воде, имеет средневесовую молекулярную массу, по меньшей мере, приблизительно 500000. Обычно средневесовая молекулярная масса составляет, по меньшей мере, приблизительно 1 миллион, соответственно, по меньшей мере, приблизительно 2 миллиона и предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 5 миллионов. Верхний предел не важен; он может составлять приблизительно 50 миллионов, обычно 30 миллионов.
Полимер P2, являющийся органическим анионным полимером, может иметь плотность заряда менее приблизительно 14 мэкв/г, соответственно менее приблизительно 10 мэкв/г, предпочтительно менее приблизительно 4 мэкв/г. Соответственно, плотность заряда находится в диапазоне приблизительно от 1,0 до приблизительно 14,0, предпочтительно приблизительно от 2,0 до приблизительно 10,0 мэкв/г.
В одном способе осуществления настоящего изобретения способ получения бумаги дополнительно включает добавление полимера P1, являющегося катионным полимером, к суспензии после всех точек высокого усилия сдвига.
Необязательный полимер P1 согласно настоящему изобретению является катионным полимером, содержащим плотность заряда соответственно, по меньшей мере, 2,5 мэкв/г, предпочтительно, по меньшей мере, 3,0 мэкв/г. Соответственно, плотность заряда находится в диапазоне от 2,5 до 10,0, предпочтительно от 3,0 до 8,5 мэкв/г.
Полимер P1 может быть выбран из неорганических и органических катионных полимеров. Предпочтительно полимер P1 является растворимым в воде. Примеры подходящих полимеров P1 включают соединения полиалюминия, например хлориды полиалюминия, сульфаты полиалюминия, соединения полиалюминия, содержащие оба иона, хлорид и сульфат, сульфаты силикатов полиалюминия и их смеси.
Дополнительные примеры подходящих полимеров P1 включают катионные органические полимеры, например катионные полимеры на основе акриламида; поли(галиды диаллилдиалкиламмония), в том числе поли(хлорид диаллилдиметиламмония); имины полиэтилена; полиамидоамины; полиамины; и полимеры на основе виниламина. Примеры подходящих катионных органических полимеров включают полимеры, изготовленные посредством полимеризации растворимого в воде этиленненасыщенного катионного мономера или предпочтительно смеси мономеров, включающей один или более растворимых в воде этиленненасыщенные катионных мономеров и необязательно один или более других растворимых в воде этиленненасыщенных мономеров. Примеры подходящих растворимых в воде этиленненасыщенных катионных мономеров включают галиды диаллилдиалкиламмония, например хлорид диаллилдиметиламмония и катионные мономеры, представленные посредством общей структурной формулы (II):
1
3
2
3
4
4
2
6
5
-
где R является H или CH; R и R, каждый, является H или предпочтительно углеводородной группой, соответственно алкильной, содержащей от 1 до 3 углеродных атомов, предпочтительно от 1 до 2 углеродных атомов; A является O или NH; B является алкильной или алкиленовой группой, содержащей от 2 до 8 углеродных атомов, соответственно от 2 до 4 углеродных атомов, или гидроксипропиленовую группу; R является H или предпочтительно углеводородной группой, соответственно алкильной, содержащей от 1 до 4 углеродных атомов, предпочтительно от 1 до 2 углеродных атомов, или заместителем, содержащим ароматическую группу, соответственно фенильную или замещенную фенильную группу, которая может быть присоединена к азоту посредством алкиленовой группы, обычно содержащей от 1 до 3 углеродных атомов, соответственно от 1 до 2 углеродных атома, подходящий R, включает бензильную группу (-CH-CH); и X является анионным противоионом, обычно галидом, как хлорид.
Примеры подходящих мономеров, представленных посредством общей структурной формулы (II), включают четвертичные мономеры, получаемые посредством обработки диалкиламиноалкил(мет)акрилатов, в том числе диметиламиноэтил(мет)акрилата, диэтиламиноэтил(мет)акрилата и диметиламиногидроксипропил(мет)акрилата и диалкиламиноалкил(мет)акриламидов, в том числе диметиламиноэтил(мет)акриламида, диэтиламиноэтил(мет)акриламида, диметиламинопропил(мет)акриламида и диэтиламинопропил(мет)акриламида, метилхлоридом или бензилхлоридом. Предпочтительные катионные мономеры общей формулы (II) включают четвертичную соль диметиламиноэтилакрилат метилхлорида, четвертичную соль диметиламиноэтилметакрилат метилхлорида, четвертичную соль диметиламиноэтилакрилат бензилхлорида и четвертичную соль диметиламиноэтилметакрилат бензилхлорида.
Смесь мономеров может содержать один или более растворимых в воде этиленненасыщенных неионогенных мономеров. Примеры подходящих сополимеризуемых неионогенных мономеров включают акриламид и мономеры на основе акриламида, например метакриламид, N-алкил(мет)акриламиды, в том числе N-метил(мет)акриламид, N-этил(мет)акриламид, N-н-пропил(мет)акриламид, N-изопропил(мет)акриламид, N-н-бутил(мет)акриламид, N-т-бутил(мет)акриламид и N-изобутиловый(мет)акриламид; N-алкоксиалкил(мет)акриламиды, например N-н-бутоксиметил(мет)акриламид, и N-изобутоксиметил(мет)акриламид; N,N-диалкил(мет)акриламиды, например N,N-диметил(мет)акриламид; диалкиламиноалкил(мет)акриламиды; мономеры на основе акрилата, как диалкиламиноалкил(мет)акрилаты; и виниламины. Смесь мономеров может также содержать один или более растворимых в воде этиленненасыщенных анионных или потенциально анионных мономеров, предпочтительно в незначительном количестве. Термин "потенциально анионный мономер", как использовано в данном описании, подразумевает включение мономера, несущего потенциально ионизируемую группу, которая становится анионной после включения в полимер в применении к целлюлозной суспензии. Примеры подходящих сополимеризуемых анионных и потенциально анионных мономеров включают этиленненасыщенные карбоновые кислоты и их соли, например (мет)акриловую кислоту и ее соли, соответственно натрий(мет)акрилат, этиленненасыщенные сульфоновые кислоты и их соли, например 2-акриламидо-2-метилпропансульфонат, сульфоэтил-(мет)акрилат, винилсульфоновую кислоту и ее соли, стиролсульфонат и паравиниловый фенол (гидроксистирол) и их соли. Примеры предпочтительных сополимеризуемых мономеров включают акриламид и метакриламид, т.е. (мет)акриламид, и примеры предпочтительных катионных органических полимеров включают катионный полимер на основе акриламида, т.е. катионный полимер, полученный из смеси мономеров, включающей один или более мономеров акриламида и на основе акриламида.
Полимер P1 в виде катионного органического полимера может иметь средневесовую молекулярную массу, по меньшей мере, 10000, часто, по меньшей мере, 50000. Чаще она составляет, по меньшей мере, 100000 и обычно, по меньшей мере, приблизительно 500000, соответственно, по меньшей мере, приблизительно 1 миллион и предпочтительно выше приблизительно 2 миллионов. Верхний предел не важен; он может составлять приблизительно 30 миллионов, обычно 20 миллионов.
Примеры предпочтительных вспомогательных средств для дренажа и удерживания согласно изобретению включают:
(i) катионный полисахарид, являющийся катионным крахмалом, и полимер P2, являющийся анионными частицами на основе окиси кремния;
(ii) катионный полисахарид, являющийся катионным крахмалом, и полимер P2, являющийся растворимым в воде или диспергируемым в воде анионным полимером на основе акриламида;
(iii) полимер P1, являющийся катионным полимером на основе акриламида, катионный полисахарид, являющийся катионным крахмалом, и полимер P2, являющийся анионными частицами на основе окиси кремния;
(iv) полимер P1, являющийся катионным соединением полиалюминия, катионный полисахарид, являющимся катионным крахмалом, и полимер P2, являющийся анионными частицами на основе окиси кремния;
(v) полимер P1, являющийся катионным полимером на основе акриламида, катионный полисахарид, являющийся катионным крахмалом, и полимер P2, являющийся растворимым в воде или диспергируемым в воде анионным полимером на основе акриламида;
Согласно настоящему изобретению катионный полисахарид, полимер P2 и, необязательно, полимер P1 добавляют к водной целлюлозной суспензии после того, как она прошла через все точки высокого механического усилия сдвига и до дренирования. Примеры точек высокого усилия сдвига включают перекачку и очистительные стадии. Например, включены такие стадии усилия сдвига, при которых целлюлозную суспензию пропускают через смесительные насосы, напорные сортировщики и центробежные грохоты. Соответственно, последняя точка высокого усилия сдвига происходит в центробежном грохоте и, следовательно, катионный полисахарид, полимер P2 и, необязательно, полимер P1, соответственно добавляют последовательно в центробежный грохот. Предпочтительно после добавления катионного полисахарида, полимера P2 и, необязательно, полимера P1, целлюлозную суспензию подают в напорный ящик, который выбрасывает суспензию на формующую сетку для дренирования.
Может быть желательным дополнительное включение добавочных материалов в способ по настоящему изобретению. Предпочтительно эти материалы добавляют к целлюлозной суспензии прежде, чем ее пропустят через последнюю точку высокого усилия сдвига. Примеры таких добавочных материалов включают растворимые в воде органические полимерные коагулянты, например катионные полиамины, полиамидамины, имины полиэтилена, полимеры конденсации дициандиамида и низкомолекулярные высококатионные виниловые аддитивные полимеры; и неорганические коагулянты, например алюминиевые соединения, например квасцы и соединения полиалюминия.
Катионный полисахарид, полимер P2 и, необязательно, полимер P1, могут быть отдельно добавлены к целлюлозной суспензии. В одном способе осуществления катионный полисахарид добавляют к целлюлозной суспензии до добавления полимера P2. В другом способе осуществления полимер P2 добавляют к целлюлозной суспензии до добавления катионного полисахарида. Предпочтительно катионный полисахарид добавляют к целлюлозной суспензии до добавления полимера P2. Если применяется полимер P1, то он может быть добавлен к целлюлозной суспензии до, одновременно с или после катионного полисахарида. Предпочтительно полимер P1 добавляют к целлюлозной суспензии до или одновременно с катионным полисахаридом. Полимер P1 может быть добавлен к целлюлозной суспензии до или после полимера P2. Предпочтительно полимер P1 добавляют к целлюлозной суспензии до полимера P2.
Катионный полисахарид, полимер P2 и, необязательно, полимер, P1, согласно изобретению могут быть добавлены к целлюлозной суспензии, из которой будет удалена вода, в количествах, которые могут изменяться в широких пределах. В целом, катионный полисахарид, полимер P2 и, необязательно, полимер P1, добавляют в количествах, которые обеспечивают лучший дренаж и удержание, чем получаемые в отсутствие внесения добавок.
Катионный полисахарид обычно добавляют в количестве, по меньшей мере, приблизительно 0,001% по массе, часто, по меньшей мере, приблизительно 0,005% по массе рассчитанного в виде сухого полимера на сухую целлюлозную суспензию, и верхний предел обычно приблизительно 5,0, соответственно приблизительно 2,0 и предпочтительно приблизительно 1,5% по массе.
2
Точно так же полимер P2 обычно добавляют в количестве, по меньшей мере, приблизительно 0,001% по массе, часто, по меньшей мере, приблизительно 0,005% по массе рассчитанного в виде сухого полимера или сухого SiO на сухую целлюлозную суспензию, и верхний предел обычно приблизительно 2,0 и соответственно приблизительно 1,5% по массе.
Аналогично, добавочный полимер P1, при применении, обычно добавляют в количестве, по меньшей мере, приблизительно 0,001% по массе, часто, по меньшей мере, приблизительно 0,005% по массе рассчитанного в виде сухого полимера на сухую целлюлозную суспензию, и верхний предел обычно приблизительно 2,0 и соответственно приблизительно 1,5% по массе.
Способ по изобретению применим ко всем способам бумажного производства и целлюлозным суспензиям, и он особенно полезен в изготовлении бумаги из массы, которая обладает высокой проводимостью. В таких случаях проводимость массы, из которой удаляют воду на сетке, обычно составляет, по меньшей мере, приблизительно 1,5 мСм/см, предпочтительно, по меньшей мере, 3,5 мСм/см и более предпочтительно, по меньшей мере, 5,0 мСм/см. Проводимость может быть измерена посредством стандартного оборудования, например прибора WTW LF 539 поставляемого Christian Berner.
Настоящее изобретение дополнительно охватывает способы бумажного производства, в котором сточная вода тщательно перерабатывается, или рециркулируется, т.е. с высокой степенью замыкания сточной воды, например, в котором от 0 до 30 тонн пресной воды применяют на тонну сухой произведенной бумаги, обычно менее 20, предпочтительно менее 15, более предпочтительно менее 10 и особенно менее 5, тонн пресной воды на тонну бумаги. Пресная вода может быть введена в способ на любой стадии; например, пресная вода может быть смешана с целлюлозными волокнами для образования целлюлозной суспензии, и пресная вода может быть смешана с густой целлюлозной суспензией для разбавления ее так, чтобы образовать разбавленную целлюлозную суспензию, к которой добавляют катионный полисахарид, полимер P2 и, необязательно, полимер P1, после всех точек высокого усилия сдвига.
Способ согласно изобретению применяют для получения бумаги. Термин "бумага", как используется в настоящем описании, конечно, включает не только бумагу и продукцию из нее, но также и другие подобные плетеные продукты, такие как, например, картон и бумажный картон, и продукцию из них. Способ может быть использован в получении бумаги из различных видов суспензий целлюлозных волокон, и суспензии должны предпочтительно содержать, по меньшей мере, 25% и более предпочтительно, по меньшей мере, 50% по массе таких волокон на основе сухого вещества. Суспензии могут быть основаны на волокнах из химической целлюлозной массы, такой как сульфатная и сульфитная масса, термомеханической массы, хемо-термомеханической массы, органорастворимой массы, рафинированной древесной массы или дефибрерной древесной массы, как из твердой древесины, так и из мягкой древесины, или волокон, полученных из однолетних растений, таких как слоновая трава, багасса, льна, соломы и т.д., и также могут быть использованы для суспензий на основе переработанных волокон. Изобретение предпочтительно применяют к способам изготовления бумаги из суспензий с содержанием древесной массы.
Суспензия также содержит минеральные наполнители обычных видов, таких как, например, каолин, глина, диоксид титана, гипс, тальк и как естественные, так и синтетические карбонаты кальция, такие как, например, мел, размельченный мрамор, размельченный карбонат кальция и осажденный карбонат кальция. Масса, конечно, может также содержать добавки бумажного производства обычных видов, такие как средства, придающие прочность во влажном состоянии, проклеивающие вещества, такие как основанные на смоле, димеры кетена, мультимеры кетена, алкенил янтарные ангидриды и т.д.
Предпочтительно изобретение применяют к бумагоделательным машинам, производящим бумагу с содержанием древесной массы и бумагу на основе переработанных волокон, такую как SC, LWC и различные виды книг и газетных бумаг, и к машинам, производящим не содержащую древесную массу бумагу для печати и писчую бумагу, термин «не содержащий древесную массу» означает менее приблизительно 15% волокон, содержащих древесную массу. Примеры предпочтительных применений изобретения включают получение бумаги и слоя многослойной бумаги из целлюлозных суспензий, содержащих, по меньшей мере, 50% по массе механических и/или переработанных волокон. Предпочтительно изобретение применяют к бумагоделательным машинам, производящим со скоростью от 300 до 3000 м/мин и более предпочтительно от 500 до 2500 м/мин.
Изобретение дополнительно иллюстрировано в следующих примерах, которые, однако, не предназначены для ограничения ими. Части и % относятся к частям по массе и % по массе, соответственно, если иначе не оговорено.
Примеры
Следующие компоненты были использованы в примерах:
C-PAM
Представляющий полимер P1. Катионный полимер на основе акриламида, приготовленный посредством полимеризации акриламида (60 мол.%), и хлорид акрилоксиэтилтриметил аммония (40 мол.%), полимер, имеющий средневесовую молекулярную массу приблизительно 3 миллиона и катионный заряд приблизительно 3,3 мэкв/г.
C-PS 1:
Катионный крахмал, модифицированный хлоридом 2,3-гидроксипропилтриметиламмония до степени катионного замещения (DS<sub>C</sub>) 0,05 и обладающий плотностью катионного заряда приблизительно 0,3 мэкв/г.
C-PS 2:
Катионный крахмал, модифицированный хлоридом 2,3-гидроксипропилтриметиламмония до степени катионного замещения (DS<sub>C</sub>) 0,11 и обладающий плотностью катионного заряда приблизительно 0,6 мэкв/г.
Двуокись кремния
Представляющий полимер P2. Анионный неорганический полимер конденсации кремниевой кислоты в виде коллоидного золя двуокиси кремния, модифицированного алюминием, имеющий S-значение приблизительно 21 и содержащий частицы на основе окиси кремния с площадью удельной поверхности приблизительно 800 м<sup>2</sup>/г.
A-PAM:
Представляющий полимер P2. Анионный полимер на основе акриламида, приготовленный посредством полимеризации акриламида (80 мол.%) и акриловой кислоты (20 мол.%), полимер, имеющий средневесовую молекулярную массу приблизительно 12 миллионов и плотность анионного заряда приблизительно 2,6 мэкв/г.
A-X-PAM:
Представляющий полимер P2. Анионный поперечно сшитый полимер на основе акриламида, приготовленный посредством полимеризации акриламида (30 мол.%) и акриловой кислоты (70 мол.%), полимер, имеющий средневесовую молекулярную массу приблизительно 100,000 и плотность анионного заряда приблизительно 8,0 мэкв/г.
Пример 1
Эффективность дренажа оценивали посредством Динамического Анализатора Дренирования (DDA), доступного от Akribi, Швеция, который измеряет время дренирования определенного объема массы через сетку при удалении заглушки и приложении вакуума к стороне сетки, противоположной к стороне, на которой располагается масса.
Эффективность удержания оценивали посредством нефелометра, доступного от Novasina, Швейцария, путем измерения мутности фильтрата, сточной воды, получаемой посредством дренирования массы. Мутность измеряли в NTU (Нефелометрические Единицы Мутности).
Масса, использованная в испытании, была основана на 75% TMP и 25% DIP волоконного материала и отбеливающей воды из завода по производству газетной бумаги. Концентрация массы составила 0,76%. Проводимость массы составила 1,5 мСм/см, и pH составил 7,1.
Для воспроизведения внесения добавок после всех точек высокого усилия сдвига массу перемешивали в сосуде с регулируемым перемешиванием. Перемешивание и добавки были выполнены согласно следующему:
(i) перемешивание при 1000 об/мин в течение 25 секунд,
(ii) перемешивание при 2000 об/мин в течение 10 секунд,
(iii) перемешивание при 1000 об/мин в течение 15 секунд при внесении добавок и
(iv) удаление воды из массы с автоматической регистрацией продолжительности удаления воды.
Внесение добавок в массу было выполнено следующим образом: первое внесение добавки (нормы внесения добавки 5, 10 или 15 кг/т) было выполнено за 25 или 15 секунд до удаления воды, и второе внесение добавки (нормы внесения добавки 5, 10 или 15 кг/т) было выполнено за 5 секунд до удаления воды.
2
Таблица 1 показывает влияние удаления воды при внесении добавок в различных пунктах. Нормы добавления катионного крахмала рассчитывали в виде сухого продукта на сухую массу системы и частиц на основе окиси кремния рассчитывали в виде SiO и на основе сухой массы системы.
Испытание № 1 показывает результат без внесения каких-либо добавок. Испытания № 2-6, 8, 10-14 и 16 иллюстрируют способы, примененные для сравнения (Ссылка), и Испытания № 7, 9, 15 и 17 иллюстрируют способы согласно изобретению.
Таблица 1
Исп. №
Первое внесение добавки
Второе внесение добавки
Длител. внесения добавки [с] 1<sup>е</sup>/2<sup>е</sup>
Нормавнесения добавки [кг/т]1<sup>е</sup>/2<sup>е</sup>
Длител.удаления воды [с]
Мутность [NTU]
1
-
-
-
-
85,2
132
2
C-PS 1
Двуокись кремния
25/-
10/-
73,2
62
3
C-PS 1
Двуокись кремния
15/-
10/-
54,8
61
4
C-PS 1
Двуокись кремния
25/-
15/-
81,6
70
5
C-PS 1
Двуокись кремния
15/-
15/-
57,1
57
6
C-PS 1
Двуокись кремния
25/5
10/0,5
54,5
53
7
C-PS 1
Двуокись кремния
15/5
10/0,5
46,4
61
8
C-PS 1
Двуокись кремния
25/5
15/0,5
49,9
59
9
C-PS 1
Двуокись кремния
15/5
15/0,5
38,2
62
10
C-PS 2
Двуокись кремния
25/-
5/-
57,5
66
11
C-PS 2
Двуокись кремния
15/-
5/-
51,7
61
12
C-PS 2
Двуокись кремния
25/-
10/-
48,7
59
13
C-PS 2
Двуокись кремния
15/-
10/-
36,6
52
14
C-PS 2
Двуокись кремния
25/5
5/0,5
52,9
61
15
C-PS 2
Двуокись кремния
15/5
5/0,5
48,7
52
16
C-PS 2
Двуокись кремния
25/5
10/0,5
28,3
43
17
C-PS 2
Двуокись кремния
15/5
10/0,5
25,5
51
Из таблицы 1 очевидно, что способ согласно настоящему изобретению привел к улучшению в удалении воды, в то же самое время показатель удержания остался примерно таким же.
Пример 2
Эффективность дренажа и удержания оценивали согласно примеру 1.
Масса, применяемая в испытании, была основана на 75% TMP и 25% DIP волоконного материала и отбеливающей воде с завода по производству газетной бумаги. Концентрация массы составила 0,78%. Проводимость массы составила 1,4 мСм/см, и pH составил 7,8.
Для воспроизведения внесения добавок после всех точек высокого усилия сдвига массу перемешивали в сосуде с регулируемым перемешиванием при различных скоростях мешалки. Перемешивание и внесение добавки были выполнены согласно следующему:
(v) перемешивание при 1500 об/мин в течение 25 секунд,
(vi) перемешивание при 2000 об/мин в течение 10 секунд,
(vii) перемешивание при 1500 об/мин в течение 15 секунд при внесении добавок согласно изобретению и
(viii) удаление воды из массы с автоматической регистрацией продолжительности удаления воды.
Внесение добавок в массу было выполнено следующим образом: первое внесение добавки было выполнено за 25 или 15 секунд до удаления воды, и второе дополнение было выполнено за 5 секунд до удаления воды.
Внесение добавок в массу было выполнено следующим образом: первое внесение добавки (норма внесения добавки 5 или 10 кг/т) было выполнено за 25 или 15 секунд до удаления воды, и второе внесение добавки (норма внесения добавки 0,1 кг/т) было выполнено за 5 секунд до удаления воды.
Таблица 4 показывает влияние удаления воды при внесении добавки в различных пунктах. Нормы внесения добавок были рассчитаны в виде сухого продукта на сухую массу системы.
Испытание № 1 показывает результат без внесения каких-либо добавок. Испытания № 2, 3, 4 и 6 иллюстрируют способы с применением добавок, примененных для сравнения (ссылка), и испытания № 5 и 7 иллюстрируют способы согласно изобретению.
Таблица 2
Исп.№
Первоевнесение добавки
Второевнесение добавки
Длител.внесения добавки [с] 1<sup>е</sup>/2<sup>е</sup>
Нормавнесения добавки[кг/т] 1<sup>е</sup>/2<sup>е</sup>
Длител.Удаления воды [с]
Мутность[NTU]
1
-
-
-
-
85,3
138
2
C-PS 2
-
25/-
10/-
51,9
74
3
C-PS 2
-
15/-
10/-
43,2
72
4
C-PS 2
A-X-PAM
25/5
10/0,1
34,6
58
5
C-PS 2
A-X-PAM
15/5
10/0,1
33,3
55
6
C-PS 2
A-X-PAM
25/5
5/0,1
57,2
83
7
C-PS 2
A-X-PAM
15/5
5/0,1
48,7
72
Из таблицы 2 очевидно, что способ согласно настоящему изобретению приводит к улучшенному удалению воды и удержанию.
Пример 3
Эффективность дренажа и удержания оценивали согласно примеру 1.
Масса, применяемая в испытании, была основана на 75% TMP и 25% DIP волоконного материала и отбеливающей воде с завода по производству газетной бумаги. Концентрация массы составила 0,61%. Проводимость массы составила 1,6 мСм/см, и pH составил 7,6.
Для воспроизведения внесения добавок после всех точек высокого усилия сдвига массу перемешивали в сосуде с контролируемым перемешиванием при различных скоростях мешалки. Перемешивание и внесение добавки были выполнены согласно следующему:
(ix) перемешивание при 1500 об/мин в течение 25 секунд,
(x) перемешивание при 2000 об/мин в течение 10 секунд,
(xi) перемешивание при 1500 об/мин в течение 15 секунд при внесении добавок согласно изобретению и
(xii) удаление воды из массы с автоматической регистрацией продолжительности удаления воды.
Внесение добавок в массу было выполнено следующим образом (нормы внесения добавок в кг/т): дополнительный полимер Р1 добавляли за 45 и 15 секунд до удаления воды, катионный полисахарид добавляли за 25 и 10 секунд до удаления воды и полимер Р2 добавляли за 5 секунд до удаления воды.
Внесение добавок в массу было выполнено следующим образом: первое внесение добавки (норма внесения добавки 0,5 кг/т) было выполнено за 45 или 15 секунд до удаления воды, второе внесение добавки (норма внесения добавки 5, 10 или 15 кг/т) было выполнено за 25 или 10 секунд до удаления воды и третье внесение добавки (норма внесения добавки 2 кг/т) было выполнено за 5 секунд до удаления воды.
2
Таблица 1 показывает влияние удаления воды при внесении добавок в различных пунктах. Нормы внесения добавок были рассчитаны в виде сухого продукта на сухую массу системы и частиц на основе окиси кремния рассчитывали в виде SiO и на основе сухой массы системы.
Испытание № 1 показывает результат без внесения каких-либо добавок. Испытания № 2, 7, 9-11, 13-15 иллюстрируют способы, примененные для сравнения (ссылка), и испытания № 8, 12 и 16 иллюстрируют способы согласно изобретению.
Таблица 3
Исп.№
Первоевнесение добавки
Второевнесение добавки
Третье внесение добавки
Длител.Внесениядобавки [с]1<sup>е</sup>/2<sup>е</sup>/3<sup>е</sup>
НормаВнесениядобавки[кг/т]1<sup>е</sup>/2<sup>е</sup>/3<sup>е</sup>
Длител.Удаления воды [с]
Мутность[NTU]
1
-
-
-
-
-
54,1
134
2
С-РАМ
-
-
15/-/-
0,5/-/-
41,1
80
3
С-РАМ
-
Двуокись кремния
45/-/5
0,5/-/2
49,4
94
4
С-РАМ
-
Двуокись кремния
15/-/5
0,5/-/2
43,2
97
5
С-РАМ
С-PS 1
Двуокись кремния
45/25/5
0,5/5/2
28,5
76
6
С-РАМ
С-PS 1
Двуокись кремния
45/10/5
0,5/5/2
24,8
78
7
С-РАМ
С-PS 1
Двуокись кремния
15/25/5
0,5/5/2
26,2
75
8
С-РАМ
С-PS 1
Двуокись кремния
15/10/5
0,5/5/2
20,8
73
9
С-РАМ
С-PS 1
Двуокись кремния
45/25/5
0,5/10/2
18,5
72
10
С-РАМ
С-PS 1
Двуокись кремния
45/10/5
0,5/10/2
17,0
70
11
С-РАМ
С-PS 1
Двуокись кремния
15/25/5
0,5/10/2
17,2
74
12
С-РАМ
С-PS 1
Двуокись кремния
15/10/5
0,5/10/2
15,4
65
13
С-РАМ
С-PS 1
Двуокись кремния
45/25/5
0,5/15/2
17,9
73
14
С-РАМ
С-PS 1
Двуокись кремния
45/10/5
0,5/15/2
16,6
69
15
С-РАМ
С-PS 1
Двуокись кремния
15/25/5
0,5/15/2
15,3
73
16
С-РАМ
С-PS 1
Двуокись кремния
15/10/5
0,5/15/2
15,1
63
Из таблицы 3 очевидно, что способ согласно настоящему изобретению приводит к улучшенному удалению воды и удержанию.
Пример 4
Эффективность дренажа и удержания оценивали согласно примеру 2. Применяли те же самые массу и последовательность перемешивания, как и в примере 2.
Внесения добавок в массу выполняли следующим образом: первое внесение добавки (норма внесения добавки 0,5 кг/т) было выполнено за 45 или 15 секунд до удаления воды, второе внесение добавки (норма внесения добавки 5 кг/т) было выполнено за 25 или 10 секунд до удаления воды, и третье внесение добавки (норма внесения добавки 2 кг/т) было выполнено за 5 секунд до удаления воды.
2
Таблица 2 показывает влияние удаления воды при внесении добавок в различных пунктах. Нормы внесения добавок рассчитывали в виде сухого продукта на сухую массу системы и частиц на основе окиси кремния рассчитывали в виде SiO и на основе сухой массы системы.
Испытание №1 показывает результат без внесения каких-либо добавок. Испытания №2-4 иллюстрируют способы, примененные для сравнения (Ссылка), и Испытание №5 иллюстрирует способ согласно изобретению.
Таблица 4
Исп.№
Первое внесение добавки
Второе внесение добавки
Третье внесение добавки
Длител. Внесения добавки [с]1<sup>е</sup>/2<sup>е</sup>/3<sup>е</sup>
Норма внесениядобавки[кг/т]1<sup>е</sup>/2<sup>е</sup>/3<sup>е</sup>
Длител. удаления воды [с]
Мутность [NTU]
1
-
-
-
-
-
54,1
134
2
С-PAM
C-PS 2
Двуокись кремния
45/25/5
0,5/5/2
14,9
75
3
C-PAM
C-PS 2
Двуокись кремния
45/10/5
0,5/5/2
14,5
66
4
C-PAM
C-PS 2
Двуокись кремния
15/25/5
0,5/5/2
17,3
73
5
C-PAM
C-PS 2
Двуокись кремния
15/10/5
0,5/5/2
13,5
64
Из таблицы 4 очевидно, что способ согласно настоящему изобретению приводит к улучшенному удалению воды и удержанию.
Пример 5
Эффективность дренажа и удержания оценивали согласно примеру 1. Применяли те же самые массу и последовательность перемешивания, как и в примере 2.
Внесения добавок в массу были выполнены следующим образом: первый полимер внесли за 45 или 15 секунд до удаления воды, второй полимер внесли за 25 или 10 секунд до удаления воды, и третий полимер внесли за 5 секунд до удаления воды.
Внесения добавок в массу выполняли следующим образом: первое внесение добавки (норма внесения добавки 0,5 кг/т) было выполнено за 45 или 15 секунд до удаления воды, второе внесение добавки (норма внесения добавки 10 кг/т) было выполнено за 25 или 10 секунд до удаления воды, и третье внесение добавки (норма внесения добавки 0,5+0,1 кг/т или 0,1 кг/т) было выполнено за 5 секунд до удаления воды.
Масса, применяемая в испытании, была основана на 75% TMP и 25% DIP волоконного материала и отбеливающей воде с завода по производству газетной бумаги. Концентрация массы составила 0,78%. Проводимость массы составила 1,4 мСм/см, и pH составил 7,8.
2
Таблица 3 показывает влияние удаления воды при внесении добавок в различных пунктах. Нормы внесения добавок рассчитывали в виде сухого продукта на сухую массу системы и частиц на основе окиси кремния рассчитывали в виде SiO и на основе сухой массы системы.
Испытание № 1 показывает результат без внесения каких-либо добавок. Испытания № 2,3,4 и 6-8 иллюстрируют способы, примененные для сравнения (ссылка), и испытания № 5 и 9 иллюстрируют способы согласно изобретению.
Таблица 5
Исп.№
Первое внесение добавки
Второе внесение добавки
Третье внесение добавки
Длител.внесения добавки [с]1<sup>е</sup>/2<sup>е</sup>/3<sup>е</sup>
Норма внесения добавки [кг/т]1<sup>е</sup>/2<sup>е</sup>/3<sup>е</sup>
Длител. удаления воды [с]
Мутность [NTU]
1
-
-
-
-
-
85,3
138
2
С-PAM
C-PS 2
Двуокись кремния+A-PAM
45/25/5
0,5/10/0,5+0,1
19,9
33
3
С-PAM
C-PS 2
Двуокись кремния+A-PAM
45/10/5
0,5/10/0,5+0,1
18,5
37
4
С-PAM
C-PS 2
Двуокись кремния+A-PAM
15/25/5
0,5/10/0,5+0,1
15,1
43
5
С-PAM
C-PS 2
Двуокись кремния+A-PAM
15/10/5
0,5/10/0,5+0,1
13,6
38
6
С-PAM
C-PS 2
A-X-PAM
45/25/5
0,5/10/0,1
30,6
49
7
С-PAM
C-PS 2
A-X-PAM
45/10/5
0,5/10/0,1
24,8
46
8
С-PAM
C-PS 2
A-X-PAM
15/25/5
0,5/10/0,1
25,6
56
9
С-PAM
C-PS 2
A-X-PAM
15/10/5
0,5/10/0,1
22,6
43
Из таблицы 5 очевидно, что способ согласно настоящему изобретению приводит к улучшенному удалению воды, в то же время индекс удержания остается приблизительно таким же.