Способ получения бумаги и картона
Изобретение относится к целлюлозно-бумажной промышленности. Способ включает введение наполнителей, анионных полисахаридов и катионных агентов в зону смешения с образованием композиции наполнителя. Полученную композицию наполнителя вводят с помощью насоса в водную суспензию, содержащую целлюлозные волокна, и обезвоживают ее. Изобретение позволяет улучшить регулирование толщины и прочностные свойства бумаги и картона. 24 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 пр.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к способу получения бумаги и картона. Точнее говоря, изобретение относится к способу получения композиции наполнителя, подходящей для использования в способах получения бумаги и картона, и к способу получения бумаги и картона, в котором композиция наполнителя вводится в целлюлозную суспензию.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Наполнители и композиции наполнителя являются хорошо известными и широко используются в бумагоделательных применениях для того, чтобы снизить стоимость бумаги заменой относительно дорогостоящих натуральных целлюлозных волокон менее дорогостоящими наполнителями. Наполнители также делают возможным улучшить некоторые свойства бумаги, такие как, например, гладкость поверхности, пригодность для нанесения печати и оптические свойства, подобные непрозрачности и степени белизны. Однако другие свойства бумаги могут быть подвергнуты неблагоприятному воздействию. Например, наполненная бумага обычно показывает более низкие прочностные свойства по сравнению с ненаполненной бумагой.
Наполненную бумагу традиционно получают отвечающей определенным техническим требованиям, например, по разрывной прочности, разрывной жесткости, толщине, массе единицы площади, содержанию наполнителя и т.д. При получении бумаги при определенной массе единицы площади наблюдается, что толщина бумаги снижается, когда содержание наполнителя увеличивается. Толщина бумаги согласно техническим требованиям может дать нарастание проблем обработки, например, при высокоскоростной обработке и операциях конечного применении.
Снижение толщины бумаги в наполненной бумаге может быть компенсировано увеличением массы единицы площади, т.е. увеличением количества целлюлозного волокна и наполнителя, используемых в способе в пропорциях согласно техническим требованиям, что означает, что общие производственные затраты будут увеличиваться. Снижение толщины также может быть компенсировано заменой части обычной сульфатной/сульфитной целлюлозы объемной целлюлозой, например ОХТМЦ (ВСТМР (объемная ХТМЦ) (объемная хемотермомеханическая целлюлоза). Однако могут иметься недостатки и проблемы, связанные с использованием таких целлюлоз.
Следовательно, еще имеется необходимость в способах получения наполненных бумаги и картона с улучшенным регулированием толщины, с улучшенной прогонностью в высокоскоростной обработке и операциях конечного применения и с улучшенными или поддерживаемыми прочностными свойствами. Имеется также необходимость в способах получения композиций наполнителя, которые придают вышеуказанные свойства и преимущества бумаге и картону.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Целью настоящего изобретения является создание способа получения бумаги и картона с улучшенным регулированием толщины, т.е. с поддержанием толщины или, по меньшей мере, со сниженной потерей толщины, в частности, когда получается увеличение содержания наполнителя бумаги и картона. Другой целью настоящего изобретения является создание способа получения бумаги и картона с улучшенной прогонностью в высокоскоростной обработке и операциях конечного применения. Поэтому можно избежать или, по меньшей мере, снизить любые проблемы обработки или прогонности, вызванные толщиной бумаги, находящейся за пределами технических требований, например двойная подача или заедание в копировальных аппаратах, сниженная рабочая скорость в формующих прессах и других обрабатывающих машинах и погрешности совмещения на печатных и оберточно-гибочных машинах.
Еще одной целью настоящего изобретения является создание способа получения наполненных бумаги и картона, которые имеют поддерживаемые или улучшенные прочностные свойства, в частности, при увеличении содержания наполнителя получаемых бумаги и картона. Прочностные свойства наполненных бумаги и картона, получаемых согласно настоящему изобретению, которые могут по существу поддерживаться или улучшаться, включают в себя разрывную прочность, разрывную жесткость, сопротивление изгибанию, Z-прочность, связь Скотта и пик воска.
Еще одной целью настоящего изобретения является создание способа получения бумаги и картона, в которых содержание наполнителя и пропорцию наполнителя с другими компонентами, присутствующими в композиции наполнителя, можно легко регулировать в ответ на любое отклонение толщины, например отклонение от технических требований по толщине, с созданием наполненных бумаги и картона, имеющих толщину в пределах технических требований и поддерживаемые или улучшенные прочностные свойства.
При использовании изобретения можно снизить содержание волокна и увеличить содержание наполнителя бумаги и картона при получении улучшенного контроля толщины и поддерживаемых или улучшенных прочностных свойств получаемых бумаги и картона. Толщина бумаги вне технических требований может дать рост проблем обработки, например, в высокоскоростной обработке и операциях конечного применения. Примеры таких проблем включают в себя двойную подачу или заедание в копировальных аппаратах, сниженную рабочую скорость в формующих прессах и других обрабатывающих машинах и погрешности совмещения на печатных и оберточно-гибочных машинах.
Поэтому можно снизить использование натурального целлюлозного волокна, увеличить содержание наполнителя при поддержании прочностных свойств и создать улучшенный способ получения, который дает экологические и экономические выгоды.
Еще одной целью настоящего изобретения является создание способа получения композиции наполнителя, которая является подходящей для использования в способах получения бумаги и картона, в котором пропорция наполнителя к другим компонентам, присутствующим в композиции наполнителя, может легко регулироваться.
Согласно одному аспекту настоящее изобретение относится к способу получения бумаги и картона, который (способ) содержит:
(а) введение одного или более наполнителей, одного или более анионных полисахаридов и одного или более катионных агентов в зону смешения с образованием композиции наполнителя;
(b) введение с помощью насоса композиции наполнителя в водную суспензию, содержащую целлюлозные волокна и
(c) обезвоживание полученной суспензии.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к способу получения композиции наполнителя, который (способ) содержит:
(a) введение одного или более наполнителей, одного или более анионных полисахаридов и одного или более катионных агентов в зону смешения с образованием композиции наполнителя;
(b) введение с помощью насоса композиции наполнителя в емкость для хранения.
Далее указанные и другие цели и аспекты настоящего изобретения будут описаны более подробно.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение содержит использование одного или более наполнителей. Термин «наполнитель», как использовано здесь, означает включение синтетических и природных минеральных наполнителей и пигментов, включая пористые, объемные, пластичные и расширяющиеся наполнители и пигменты. Примеры подходящих наполнителей согласно настоящему изобретению включают в себя волластониты, каолиниты, например каолин, белая глина, прокаленная глина, диоксид титана, гипс, талькиты, например тальк, гидроталькит, манассеит, пироаурит, шегренит, стихтит, барбертонит, таковит, ривесит, дезаутельсит, мотукореаит, вермландит, мейкснерит, коалингит, хлоромагалумит, карбойдит, хонессит, вудвардит, иоваит, гидрохонессит и маунткейтит, диоксиды кремния, например осажденный диоксид кремния и осажденные алюмосиликаты, смектиты, например монтмориллонит/бентонит, гекторит, бейделит, нонтронит и сапонит, гидрированные алюминийоксиды (алюминийтригидроксиды), сульфат кальция, сульфат бария, оксалат кальция, а также природные и синтетические карбонаты кальция. Примеры подходящих природных и синтетических карбонатов кальция включают в себя мел, молотый карбонат кальция ((МКК)(GCC)) и осажденный карбонат кальция (ОКК) (РСС)), включая любую из различных кристаллических форм или структур, которые существуют, например кальцит ромбоэдрической, призматической, пластинчатой, кубоидной и скаленоэдральной форм и арагонит игольчатой формы. Один или более наполнителей подходяще выбираются из каолина, карбоната кальция, например молотого карбоната кальция и осажденного карбоната кальция, и их смесей. Один или более наполнителей подходяще используются в форме водной суспензии.
Настоящее изобретение содержит использование одного или более анионных полисахаридов. Подходяще один или более анионных полисахаридов являются вододиспергируемыми или водорастворимыми, предпочтительно водорастворимыми или, по меньшей мере, частично водорастворимыми. Один или более анионных полисахаридов подходяще используются в форме водной суспензии. Один или более анионных полисахаридов содержат анионные группы, которые могут быть природными и/или введены химической обработкой полисахаридов. Примеры природных анионных полисахаридов включают природный картофельный крахмал, который содержит значительное количество ковалентно связанных фосфатных сложномоноэфирных групп. Один или более анионных полисахаридов могут также содержать катионные группы, если полисахариды являются результирующе анионными или имеют результирующий анионный заряд, т.е. число анионных групп является выше, чем число катионных групп, или степень замещения анионных групп является выше, чем степень замещения катионных групп. Предпочтительно, один или более анионных полисахаридов не содержат или по существу не содержат катионные группы.
Примеры подходящих анионных групп, которые могут присутствовать в одном или более анионных полисахаридов, включают в себя карбоксилатные, например карбоксиалкильные, сульфатные, сульфонатные, например сульфоалкильные, фосфатные и фосфонатные, группы, в которых алкил-группой может быть метил, этил, пропил и их смеси, подходяще, метил; подходяще один или более анионных полисахаридов содержат анионную группу, содержащую карбоксилатную группу, например карбоксиалкильную группу. Противоионом анионной группы обычно является щелочной металл или щелочноземельный металл, подходяще натрий. Анионные группы могут также существовать в их кислотной форме, поэтому соответствующие анионные группы образуются в водной среде.
Примеры подходящих катионных групп, которые могут присутствовать в одном или более анионных полисахаридов, включают в себя соли аминов, подходяще соли третичных аминов, и четвертичные аммониевые группы, предпочтительно четвертичные аммониевые группы. Примеры подходящих анионных полисахаридов, содержащих катионные группы, включают такие анионные полисахариды, полученные взаимодействием анионного полисахарида с кватернизующим агентом, выбранным из 2,3-эпоксипропилтриметил-аммонийхлорида, 3-хлоро-2-гидроксипропилтриметиламмонийхлорида и их смесей.
Один или более анионных полисахаридов изобретения могут содержать неионные группы, такие как алкил- или гидроксиалкил-группы, например гидроксиметил, гидроксиэтил, гидроксипропил, гидроксибутил и их смеси, например гидроксиэтил-метил, гидроксипропил-метил, гидроксибутил-метил, гидроксиэтил-этил, гидроксипропоил и т.п. В предпочтительном варианте изобретения анионный полисахарид содержит как анионные, так и неионные группы.
Примеры подходящих анионных полисахаридов изобретения включают в себя глюканы, например декстраны и целлюлозы, галактоманнаны, например гаргамы, хитины, хитозаны, гликаны, галактаны, ксантангамы, пектины, маннаны, декстрины, альгинаты и каррагенаны. Примеры подходящих крахмалов включают в себя картофель, кукурузу, пшеницу, тапиоку, рис, восковой маис. Предпочтительно, анионный полисахарид выбирается из производных целлюлозы, предпочтительно анионных простых эфиров целлюлозы. Примеры подходящих анионных полисахаридов и производных целлюлозы включают в себя карбоксиалкилцеллюлозу, карбоксиэтилцеллюлозу, карбоксипропилцеллюлозу, сульфоэтилкарбоксиметилцеллюлозу, карбоксиметилгидроксиэтилцеллюлозу ((КМ-ГЭЦ) («CM-НЕС»)), карбоксиметилцеллюлозу, где целлюлоза замещена одним или более неионных заместителей, предпочтительно карбоксиметилцеллюлоза ((КМЦ)("CMC")). Примеры подходящих производных целлюлозы включают в себя производные целлюлозы, рассмотренные в патенте США №4940785, который поэтому приводится здесь в качестве ссылки.
Один или более анионных полисахаридов обычно имеют степень замещения анионных групп, по меньшей мере, около 0,001 или, по меньшей мере, около 0,01, подходяще, по меньшей мере, около 0,0 5 или, по меньшей мере, около 0,10 и, предпочтительно, по меньшей мере, около 0,15, и степень замещения анионных групп составляет обычно до примерно 1,0 или до примерно 0,75, подходяще до примерно 0,65 или до примерно 0,50 и, предпочтительно, до примерно 0,45.
Один или более анионных полисахаридов обычно имеют средневесовую молекулярную массу, по меньшей мере, 2000 Да или, по меньшей мере, примерно 5000 Да, подходяще, по меньшей мере, 50000 Да или, по меньшей мере, примерно 100000 Да, и средняя молекулярная масса составляет обычно до примерно 30000000 Да или до примерно 25000000 Да, подходяще до примерно 1000000 или до примерно 500000 Да.
Настоящее изобретение содержит использование одного или более катионных агентов. Термин «катионный агент», как использовано здесь, означает включение любого катионного органического или неорганического соединения. Термин «катионное органическое соединение», как использовано здесь, также относится к первому катионному агенту. Термин «катионное неорганическое соединение», как использовано здесь, также относится ко второму катионному агенту.
Подходящие катионные органические соединения, или первые катионные агенты, включают в себя водорастворимые и вододиспергируемые, предпочтительно, водорастворимые катионные органические соединения. Один или более катионных агентов подходяще используются в форме водных композиций. Катионные органические соединения могут быть синтетическими или происходящими из природных источников и становятся катионными. Примеры подходящих катионных органических соединений включают в себя катионные органические полимеры, например конденсационные полимеры, например катионные полиамины, катионные полиамидамины, катионные полиэтиленимины и катионные дициандиамидные полимеры, катионные полимеры винильного присоединения катионного мономера с этиленовой ненасыщенностью или мономерной смеси, содержащей, по меньшей мере, один катионный мономер, например катионные акриламидсодержащие полимеры, катионные акрилатсодержащие полимеры, катионные виниламин/винилформамидсодержащие полимеры и катионе полимеры на основе диаллилдиалкиламмонийхлоридов. Примеры подходящих катионных мономеров с этиленовой ненасыщенностью включают в себя диалкиламиноалкил(мет)акрилаты и диалкиламиноалкил(мет)акриламиды, предпочтительно, в кватернизованной форме, и диаллилдиметиламмонийхлорид ((ДАДМАХ) (DADMAC)). Катионные полимеры мономера с этиленовой ненасыщенностью обычно получают из примерно 10-100% мол. катионного мономера и 0-90% мол. другого мономера, причем сумма составляет 100% мол. Количество катионного мономера составляет обычно, по меньшей мере, 80% мол., подходяще 100% мол. Подходяще один или более катионных агентов содержит катионный конденсационный полимер, предпочтительно, катионный полиамин.
Катионное органическое соединение обычно имеет средневесовую молекулярную массу, по меньшей мере, примерно 1000, подходяще, по меньшей мере, примерно 2000 и, предпочтительно, по меньшей мере, примерно 5000. Обычно средневесовая молекулярная масса составляет до примерно 4000000, подходяще до примерно 2000000 и, предпочтительно, до примерно 700000. Плотность заряда катионного органического соединения составляет обычно, по меньшей мере, примерно 0,2 мэкв/г, подходяще, по меньшей мере, примерно 1 мэкв/г, и плотность заряда составляет обычно до примерно 15 мэкв/г, подходяще до примерно 10 мэкв/г.
Примеры подходящих катионных неорганических соединений, или вторых катионных агентов, включают в себя неорганические одно-, двух- и многовалентные катионы и полиэлектролиты, например соединения алюминия. Примеры подходящих соединений алюминия включают в себя квасцы (сульфат алюминия), алюминаты, например алюминаты натрия и калия, и полиалюминиевые соединения, например полиалюминийхлориды, полиалюминийсульфаты, полиалюминийсиликатсульфаты и их смеси. Подходяще один или более катионных агентов содержат полиалюминиевое соединение, предпочтительно, полиалюминийхлорид.
Один или более катионных агентов изобретения подходяще содержат, по меньшей мере, одно катионное органическое соединение, или первый катионный агент, как определено выше, и одно катионное неорганическое соединение, или второй катионный агент, как определено выше. Примеры подходящих комбинаций катионных органических и неорганических соединений включают в себя катионные органические полимеры и полиалюминиевые соединения, подходяще катионный конденсационный полимер и полиалюминиевое соединение, и, предпочтительно, катионный полиамин и полиалюминийхлорид.
Способ данного изобретения содержит введение одного или более наполнителей, одного или более анионных полисахаридов и одного или более катионных агентов в зону смешения с образованием композиции наполнителя и затем введение композиции наполнителя с помощью насоса в водную суспензию, содержащую целлюлозные волокна, далее также называемую как «целлюлозная суспензия», или прокачивание насосом композиции наполнителя в емкость для хранения.
Зоной смешения может быть насос, статический смеситель, емкость, подходящая для смешения, например смесительная камера бумаго- или картоноделательной машины или зона, в которой сходятся потоки наполнителя, анионного полисахарида и одного или более катионных агентов. Предпочтительно, зоной смешения является насос или смесительная емкость. Если зоной смешения является насос, указанный насос тогда, предпочтительно, используется для прокачивания полученной композиции наполнителя в целлюлозную суспензию в способе получения бумаги или картона или в емкость для хранения. Если зоной смешения является смесительная емкость, например смесительная камера, полученная композиция наполнителя тогда подходяще вводится с помощью насоса в целлюлозную суспензию в способе получения бумаги или картона или в емкость для хранения. Емкостью для хранения может быть любая емкость, в которой хранится композиция наполнителя перед перегрузкой на бумаго- или картоноделательную машину, или любая емкость, из которой композиция наполнителя вводится с помощью насоса в целлюлозную суспензию в способе получения бумаги или картона.
Способ может осуществляться при подаче одного или более наполнителей, одного или более анионных полисахаридов и одного или более катионных агентов в любом порядке и в любой предварительно смешанной смеси в зону смешения с образованием композиции наполнителя. Например, один или более наполнителей и один или более анионных полисахаридов могут быть смешаны в зоне смешения с образованием предварительной смеси наполнителя, и затем один или более катионных агентов могут быть введены в зону смешения для смешения с присутствующей здесь предварительной смесью наполнителя с образованием композиции наполнителя.
Способ может также осуществляться при смешении одного или более наполнителей и одного или более анионных полисахаридов в зоне предварительного смешения наполнителя с образованием предварительной смеси наполнителя и затем при введении предварительной смеси наполнителя в зону смешения. Зоной предварительного смешения наполнителя может быть насос, статический смеситель, емкость, подходящая для смешения, например смесительная камера бумаго- или картоноделательной машины или зона, в которой сходятся поток наполнителя и поток одного или более анионного полисахаридов, например, при подходящем расположении труб, по которым подаются потоки. Предпочтительно, зоной предварительного смешения наполнителя является насос или статический смеситель. Если зоной предварительного смешения является смесительная емкость, например смесительная камера, предварительная смесь наполнителя тогда подходяще вводится с помощью насоса в зону смешения.
Когда в способе используются два или более катионных агентов, например первый и второй катионные агенты, способ может осуществляться при смешении первого катионного агента и второго катионного агента в зоне предварительного смешения катионных агентов с образованием предварительной смеси катионных агентов, и затем при введении предварительной смеси катионных агентов в зону смешения. Зоной предварительного смешения катионных агентов может быть насос, статический смеситель, емкость, подходящая для смешения, например смесительная камера бумаго- или картоноделательной машины или зона, в которой сходятся поток первого катионного агента и поток второго катионного агента. Предпочтительно, зоной предварительного смешения катионных агентов является насос, статический смеситель или зона, в которой сходятся потоки первого и второго катионных агентов, например, при подходящем расположении труб, по которым подаются потоки. Если зоной предварительного смешения катионных агентов является смесительная емкость, например смесительная камера, предварительная смесь катионных агентов тогда подходяще вводится с помощью насоса в зону смешения.
Изобретение, предпочтительно, содержит использование насоса. Термин «насос», как использовано здесь, означает любой насос или оборудование, имеющее насосный эффект. Использование одного или более насосов, как описано выше, обеспечивает отдельные выгоды и делает возможным облегчить регулирование дозирования наполнителя, анионного полисахарида и одного или более катионных агентов в зону смешения, дозирование композиции наполнителя в целлюлозную суспензию и, таким образом, регулирование различных свойств получаемых бумаги и картона, в частности толщины бумаги и картона и содержания наполнителя. В способе подходяще используются один или более насосов, имеющих способность регулирования насоса, в частности, на стадии введения композиции наполнителя в целлюлозную суспензию.
Способ подходяще также содержит обеспечение толщины согласно техническим требованиям для получаемых бумаги и картона, измерение толщины получаемых бумаги и картона, например, на линии или вручную в процессе или после получения, сравнение измеренной толщины с толщиной согласно техническим требованиям с идентификацией любой разницы по толщине, и необязательное снижение разницы по толщине с обеспечением бумаги и картона, отвечающих техническим требованиям по толщине, регулированием дозы композиции наполнителя и поэтому регулированием содержания наполнителя в бумаге и картоне. Подходяще один или более компьютеров и компьютерных программ используются в измерении толщины, сравнении измеренной толщины с толщиной согласно техническим требованиям и снижении разницы по толщине с обеспечением бумаги и картона, отвечающих техническим требованиям по толщине, регулированием содержания наполнителя.
В способе один или более наполнителей, один или более анионных полисахаридов, один или более катионных агентов, композиция наполнителя, предварительная смесь наполнителей и предварительная смесь катионных агентов являются, предпочтительно, водными, т.е. они, предпочтительно, содержат воду. Другие компоненты, такие как, например, пестициды, консерванты, побочные продукты способа получения наполнителя, анионного полисахарида и катионных агентов, могут, конечно, также присутствовать в одном или более наполнителей, одном или более анионных полисахаридов, в одном или более катионных агентов, в композиции наполнителя, в предварительной смеси наполнителей и в предварительной смеси катионных агентов.
Один или более наполнителей, один или более анионных полисахаридов и один или более катионных агентов, также совместно называемые здесь как «компоненты», могут использоваться в способе и присутствовать в композиции наполнителя, в предварительной смеси наполнителей и в предварительной смеси катионных агентов в количествах, которые могут варьироваться в широких пределах в зависимости среди прочего от типа и числа компонентов, предназначенного применения, требуемого содержания наполнителя, требуемой экономии затрат, требуемой прочности бумаги и т.д.
Один или более наполнителей обычно присутствуют в композиции наполнителя и в предварительной смеси наполнителей, если используется, в количестве, по меньшей мере, примерно 1% мас. по отношению к общей массе композиции наполнителя или предварительной смеси наполнителей, соответственно, подходяще, по меньшей мере, примерно 2% мас. или, по меньшей мере, примерно 5% мас. и, предпочтительно, по меньшей мере, примерно 10% мас. Один или более наполнителей обычно присутствуют в композиции наполнителя и в предварительной смеси наполнителей, если используется, в количестве до 99% мас. по отношению к общей массе композиции наполнителя или предварительной смеси наполнителей, соответственно, подходяще до примерно 75% мас. или до примерно 50% мас. и, предпочтительно, до примерно 45% мас.
Один или более анионных полисахаридов обычно присутствуют в композиции наполнителя и в предварительной смеси наполнителей, если используется, в количестве, по меньшей мере, примерно 1 кг/т по отношению к массе одного или более наполнителей, подходяще, по меньшей мере, примерно 2 кг/т или, по меньшей мере, примерно 3 кг/т и, предпочтительно, по меньшей мере, примерно 5 кг/т. Один или более полисахаридов обычно присутствуют в композиции наполнителя и в предварительной смеси наполнителей, если используется, в количестве до примерно 100 кг/т по отношению к общей массе наполнителей, подходяще до примерно 50 кг/т или до примерно 30 кг/т и, предпочтительно, до примерно 20 кг/т.
Один или более катионных агентов, например первый и второй катионные агенты, обычно присутствуют в композиции наполнителя и предварительной смеси катионных агентов, если используется, в количестве, по меньшей мере, примерно 0,001 кг/т по отношению к массе наполнителя, используемого в способе, подходяще, по меньшей мере, примерно 0,1 кг/т и, предпочтительно, по меньшей мере, примерно 1,0 кг/т, и они обычно присутствуют в количестве до примерно 30 кг/т по отношению к массе одного или более наполнителей, подходяще до примерно 15 кг/т или до примерно 10 кг/т и, предпочтительно, до примерно 5 кг/т. Когда катионным агентом является соединение алюминия, количества, определенные здесь, рассчитываются как Al2O3 по отношению к массе одного или более наполнителей.
Композиция наполнителя обычно имеет массовое отношение катионных агентов к одному или более анионных полисахаридов от примерно 10:1 до примерно 1:1000, подходяще от примерно 2:1 до примерно 1:100 и, предпочтительно, от примерно 1:1 до примерно 1:40.
Вода обычно присутствует в композиции наполнителя и в предварительной смеси наполнителей, если используется, в количестве от примерно 1% мас. по отношению к общей массе композиции наполнителя или предварительной смеси наполнителей, соответственно, подходяще, по меньшей мере, примерно 25% мас. или, по меньшей мере, примерно 50% мас. и, предпочтительно, по меньшей мере, примерно 55% мас. Вода обычно присутствует в композиции наполнителя и в предварительной смеси наполнителей в количестве до 99% мас. по отношению к общей массе композиции наполнителя или предварительной смеси наполнителей, соответственно, подходяще до примерно 98% мас. или до примерно 95% мас. и, предпочтительно, до примерно 90% мас., причем сумма процентного содержания составляет 100%.
Согласно настоящему изобретению композиция наполнителя может вводиться в целлюлозную суспензию в количествах, которые могут варьироваться в широких пределах в зависимости среди прочего от типа целлюлозной суспензии, типа наполнителя, типа анионных полисахаридов, типа катионных агентов, типа получаемой бумаги, точки введения и т.д. Композиция наполнителя обычно вводится в целлюлозную суспензию в количестве, по меньшей мере, примерно 1 кг/т, рассчитанном как сухой наполнитель по отношению к сухим целлюлозным волокнам, подходяще, по меньшей мере, примерно 10 кг/т или, по меньшей мере, примерно 50 кг/т, предпочтительно, по меньшей мере, 100 кг/т. Композиция наполнителя обычно вводится в целлюлозную суспензию в количестве до 2000 кг/т, подходяще до 1500 кг/т, предпочтительно, до 1000 кг/т или до 750 кг/т, рассчитанном как сухой наполнитель по отношению к сухим целлюлозным волокнам. Бумага согласно настоящему изобретению обычно имеет содержание наполнителя в интервале от 1 до примерно 67% мас., подходяще от примерно 5 до примерно 50% мас. или от примерно 10 до примерно 40% мас., предпочтительно, от примерно 20 до примерно 35% мас. или от примерно 25 до примерно 35% мас.
Предпочтительно, компоненты, используемые в способе, смешиваются в зоне смешения, получаемая композиция наполнителя прокачивается насосом и вводится в целлюлозную суспензию, где компоненты композиции наполнителя смешиваются с целлюлозными волокнами, получаемая суспензия подается в напорный ящик, который выпускает суспензию на формующую проволочную сетку, поэтому вода отводится из суспензии с обеспечением влажного целлюлозного холста или листа, содержащего твердые компоненты композиции наполнителя, холст или лист затем дополнительно обезвоживается и сушится в секции сушки бумаго- и картоноделательной машины с получением наполненных бумаги или картона. Способ изобретения, предпочтительно, осуществляется непрерывно на бумаго- и картоноделательной машине.
В способе изобретения, конечно, могут также использоваться другие добавки либо при введении в целлюлозную суспензию, либо при нанесении на холст или лист получаемых бумаги и картона. Примеры таких добавок включают в себя традиционные наполнители, оптические осветляющие агенты, проклеивающие вещества, упрочняющие в сухом состоянии агенты, упрочняющие во влажном состоянии агенты, катионные коагулянты, дренажные и удерживающие добавки и т.д.
Примеры подходящих традиционных наполнителей включают в себя наполнители, указанные выше, подходяще каолин, белую глину, диоксид титана, гипс, тальк и синтетические карбонаты кальция, например мел, молотый мрамор, молотый карбонат кальция и осажденный карбонат кальция, гидрированные оксиды алюминия (тригидроксиды алюминия), сульфат кальция, сульфат бария, оксалат кальция и т.д. Примеры подходящих упрочняющих во влажном состоянии агентов включают в себя катионные полиамины и полиаминоамиды, включая продукты, получаемые при взаимодействии полиаминов и полиаминоамидов с эпихлоргидрином.
Примеры подходящих проклеивающих веществ включают в себя проклеивающие вещества, не взаимодействующие с целлюлозой, например канифольсодержащие проклеивающие вещества, подобные канифольсодержащим мылам, канифольсодержащим эмульсиям/дисперсиям, проклеивающие вещества, взаимодействующие с целлюлозой, например эмульсии/дисперсии кислотных ангидридов, например алкил- и алкенилянтарные ангидриды ((АЯА)(ASA)), алкенил- и алкилкетеновые димеры ((АКД)(AKD)) и мультимеры, а также анионные, катионные и амфотерные полимеры мономеров с этиленовой ненасыщенностью, например сополимеры стирола и акрилатов. Одно или более проклеивающих веществ могут быть введены в целлюлозную суспензию или нанесены на бумагу при проклеивании поверхности или тем и другим. В предпочтительном варианте, по меньшей мере, одно проклеивающее вещество вводится в целлюлозную суспензию, и, по меньшей мере, одно проклеивающее вещество наносится на бумагу.
Примеры подходящих катионных коагулянтов включают в себя катионные органические полимерные коагулянты и катионные неорганические коагулянты. Примеры подходящих катионных органических полимерных коагулянтов включают в себя катионные органические полимеры, указанные выше. Примеры подходящих катионных неорганических коагулянтов включают в себя катионные неорганические соединения, указанные выше.
Примеры подходящих дренажных и удерживающих добавок включают в себя органические полимеры, неорганические материалы, например анионные микродисперсные материалы, например кремнистые материалы, подобные частицам, содержащим коллоидный диоксид кремния, монтмориллонит/бентонит и их комбинации. Термин «дренажные и удерживающие добавки», как использовано здесь, относится к одной или более добавок, которые при введении в целлюлозную суспензию дают лучший дренаж и/или удерживание, чем получается без введения указанных одной или более добавок. Дренажные и удерживающие добавки могут быть введены в целлюлозную суспензию до, одновременно с, в промежутке и после введения композиции наполнителя изобретения, предпочтительно, после введения композиции наполнителя в целлюлозную суспензию.
Примеры подходящих органических полимеров включают в себя анионные, амфотерные и катионные крахмалы, анионные, амфотерные и катионные акриламидсодержащие полимеры, включая по существу линейные, разветвленные и сшитые анионные и катионные акриламидсодержащие полимеры, а также катионный поли(диаллил-диметиламмонийхлорид), катионные полиэтиленимины, катионные полиамины, катионные полиамидамины и виниламидсодержащие полимеры, меламиноформальдегидные и мочевиноформальдегидные смолы. Подходяще дренажная и удерживающая добавка содержит, по меньшей мере, один катионный или амфотерный полимер, предпочтительно, катионный полимер. Катионный крахмал и катионный полиакриламид являются особенно предпочтительными полимерами, и они могут использоваться отдельно, вместе друг с другом или вместе с другими полимерами, например с другими катионными и/или анионными полимерами. Средневесовая молекулярная масса полимера подходяще составляет выше примерно 1000000 и, предпочтительно, выше примерно 2000000. Верхний предел средневесовой молекулярной массы полимера не является критическим, он может составлять примерно 50000000, обычно примерно 30000000 и подходяще примерно 25000000. Однако средневесовая молекулярная масса полимеров, получаемых из природных источников, может быть выше.
Диоксид кремния содержащие частицы, например, частицы на основе SiO2 или кремниевой кислоты, обычно подаются в форме водных коллоидных дисперсий, так называемых золей. Примеры подходящих диоксид кремния содержащих частиц включают в себя коллоидный диоксид кремния и различные типы поликремниевой кислоты, либо гомополимеризованной, либо сополимеризованной.
Диоксид кремния содержащие золи могут быть модифицированными и содержать другие элементы, например алюминий, бор, азот, цирконий, галлий, титан и т.п., которые могут присутствовать в водной фазе и/или в диоксид кремния содержащих частицах. Примеры подходящих диоксид кремния содержащих частиц данного типа включают в себя коллоидный диоксид кремния, модифицированный алюминием, и алюмосиликаты. Могут также использоваться смеси таких диоксид кремния содержащих частиц. Примеры подходящих диоксид кремния содержащих частиц включают в себя диоксид кремния содержащие частицы, имеющие средний размер частиц ниже примерно 100 нм, предпочтительно, ниже примерно 20 нм и, более предпочтительно, в интервале от примерно 1 до примерно 10 нм. Как общепринято в химии диоксида кремния, размер частиц относится к среднему размеру первичных частиц, которые могут быть агрегированными или неагрегированными. Удельная площадь поверхности диоксид кремния содержащих частиц составляет подходяще выше примерно 50 м2/г и, предпочтительно, выше примерно 100 м2/г. Обычно удельная площадь поверхности может составлять до примерно 1700 м2/г. Удельная площадь поверхности определяется с помощью титрования с использование NaOH хорошо известным образом, например, как описано в работе G.W. Sears, Analytical Chemistry, 28 (1956): 12, 1981-1983 и в патенте США №5176891. Данная площадь, таким образом, представляет среднюю удельную площадь поверхности частиц. Другие примеры подходящих диоксид кремниясодержащих частиц включают в себя частицы, которые присутствуют в золе, имеющем S-значение в интервале от 5 до 59%. S-значение может быть измерено и рассчитано, как описано в работе lier & Dalton. J.Phys.Chem., 60 (1956), 955-957. S-значение показывает степень агрегации или образование микрогеля, и более низкое S-значение показывает более высокую степень агрегации.
Примеры подходящих комбинаций дренажных и удерживающих добавок включают в себя катионные полимеры и анионные микродисперсные материалы, подобные кремнистым материалам, например катионный крахмал и частицы, содержащие анионный коллоидный диоксид кремния; катионный акриламидсодержащий полимер и частицы, содержащие анионный коллоидный диоксид кремния; катионный акриламидсодержащий полимер, анионный акриламидсодержащий полимер и частицы, содержащие анионный коллоидный диоксид кремния или бентонит; и катионный акриламидсодержащий полимер и бентонит.
При использовании других добавок в способе указанные компоненты могут быть введены в целлюлозную суспензию или нанесены на бумагу в количествах, которые могут варьироваться в широких пределах в зависимости среди прочего от типа и числа компонентов, типа целлюлозной суспензии, содержания наполнителя, типа получаемой бумаги, точки введения и т.д. Проклеивающие вещества обычно вводятся в целлюлозную суспензию и/или наносятся на бумагу в количествах, по меньшей мере, примерно 0,01% мас., подходяще, по меньшей мере, примерно 0,1% мас. по отношению к массе сухих волокон, и верхний предел обычно составляет примерно 2% мас., подходяще примерно 0,5% мас. Обычно дренажные и удерживающие добавки вводятся в целлюлозную суспензию в количествах, которые дают лучший дренаж и/или удерживание, чем получается без использования указанных добавок. Дренажные и удерживающие добавки, упрочняющие в сухом состоянии агенты, упрочняющие во влажном состоянии агенты независимо друг от друга обычно вводятся в целлюлозную суспензию в количестве, по меньшей мере, примерно 0,001% мас., часто, по меньшей мере, примерно 0,005% мас. по отношению к массе сухих волокон, и верхний предел обычно составляет примерно 5% мас. и подходяще примерно 1,5% мас.
Способ может быть использован в получении бумаги и картона из различных типов водных суспензий целлюлозных волокон, и суспензии должны подходяще содержать, по меньшей мере, примерно 25% мас. и, предпочтительно, по меньшей мере, примерно 50% мас. таких волокон по отношению к сухому веществу. Суспензия может быть на основе волокон из химической целлюлозы, такой как сульфатная, сульфитная и органозольвная целлюлозы, механической целлюлозы, такой как термомеханическая целлюлоза, хемо-термомеханическая целлюлоза, облагороженная целлюлоза и целлюлоза древесной массы как из твердой древесины, так и из мягкой древесины, и также может быть на основе регенерированных волокон, необязательно из целлюлозы, очищенной от краски, и их смесей. Бумага и картон согласно настоящему изобретению могут использоваться в многочисленных применениях, и подходяще бумага используется как писчая бумага и печатная бумага.
ПРИМЕР
Настоящее изобретение дополнительно иллюстрируется в последующем примере, который, однако, не предназначен для его ограничения. Части и проценты относятся к мас.ч. и % мас., соответственно, и все суспензии являются водными, если не указано иное.
В примере использованы следующие компоненты, если не указано иное:
МКК (GCC) Молотый карбонат кальция (Hydrocarb 60, Omya)
ПАХ (РАС) Полиалюминийхлорид (Ека АТС 8210)
ПА (РА) Катионный полиамин (Ека АТС 4150)
КМЦ (CMC) Карбоксиметилцеллюлоза, плотность анионных групп 0,3-0,4 (Gabrosa 947, Akzo Nobel)
К-крахмал Катионный крахмал (Peribond 970, Nickeby) (C-Starch)
К-ПАМ (С-РАМ) Катионный полиакриламид (Eka PL 1510)
Диоксид кремния Анионный золь анионных (диоксид кремния)-(Silica) содержащих частиц (Eka NP 442)
Бумажные листы получают на установке Dynamic Sheet Former (Formette Dynamique), поставщик - Techpap SAS, Франция. В примере использовали целлюлозную шихту на основе игольчатой отбеленной крафт-целлюлозы ((ИОКЦ)(NBKP)) и листовой отбеленной крафт-целлюлозы ((ЛОКЦ) (LBKP)). Консистенция водной целлюлозной суспензии составляет 0,5% мас., и проводимость была отрегулирована до 0,5 мСм/см введением сульфоната натрия. Целлюлозную суспензию перемешивают со скоростью 700 об/мин и вводят в целлюлозную суспензию, присутствующую в смесительной камере установки Dynamic Sheet Former, с последующим перемешиванием.
В способе суспензия наполнителя МКК подается в смесительную емкость, в которую раствор КМЦ (1% мас. КМЦ) вводится и смешивается с образованием гомогенной предварительной смеси наполнителя. Параллельно ПАХ, ПА и воду вводят в емкость предварительного смешения с образованием предварительной смеси катионных агентов, которую затем вводят в смесительную емкость, после чего полученную композицию наполнителя, имеющего содержание сухого вещества 20% мас., вводят с помощью насоса, имеющего способность регулироваться, в целлюлозную суспензию 105 с перед дренированием. Дренирующие и удерживающие добавки вводят в полученную целлюлозную суспензию в следующей последовательности, дозах и времени перед дренированием: К-крахмал (8 кг/т по отношению к сухому бумажному листу) вводят за 45 с перед дренированием, К-ПАМ (0,2 кг/т по отношению к сухому бумажному листу) вводят за 15 с перед дренированием, диоксид кремния (0,5 кг/т, рассчитанный как SiO2, по отношению к сухому бумажному листу) вводят за 5 с перед дренированием. Бумажные листы формуют при прокачивании насосом целлюлозной суспензии из смесительной камеры через поперечное сопло на вращающийся барабан на пленку воды поверх проволочной сетки, с дренированием шихты с формованием листа, прессованием и сушкой листа. Образцы наполненной бумаги кондиционируют в климатической камере согласно ISO 187:1990 и затем испытывают с определением массы единицы площади согласно ISO 536:1995, толщины, разрывную прочность и разрывную жесткость определяют с помощью прибора Alwetron ТН1 of Lorenzen & Wettre (Швеция) согласно ISO 1924-2 и ISO 1924-3:2005, и связь Скотта определяют с помощью прибора по определению внутренней связи Скотта согласно Tappi Τ 833 pm-94.
В приведенной ниже таблице представлены результаты, полученные при введении композиции наполнителя в целлюлозную суспензию в различных количествах с получением различного содержания наполнителя в образцах бумаги. В экспериментах №№1-3 композиция наполнителя не вводится. Дозировки КМЦ, ПАХ и ПА - все по отношению к сухому наполнителю МКК. GSM означает массу единицы площади, МН означает машинное направление, и ПН означает поперечное направление.
Данные таблицы показывают, что настоящее изобретение делает возможным увеличить содержание наполнителя бумаги и картона при по существу сохранении толщины и по существу сохранении или увеличении прочностных свойств.
1. Способ получения бумаги и картона, причем способ включает:
(a) введение одного или более наполнителей, одного или более анионных полисахаридов и одного или более катионных агентов в зону смешения с образованием композиции наполнителя, где
(i) один или более наполнителей и один или более анионных полисахаридов смешиваются в зоне смешения с образованием предварительной смеси наполнителя и затем один или более катионных агентов вводятся в зону смешения с образованием композиции наполнителя,
(b) введение с помощью насоса композиции наполнителя в водную суспензию, содержащую целлюлозные волокна; и
(c) обезвоживание полученной суспензии.
2. Способ по п. 1, который дополнительно содержит:
(i) обеспечение толщины согласно техническим требованиям для получаемых бумаги или картона;
(ii) измерение толщины получаемых бумаги или картона;
(iii) сравнение измеренной толщины с толщиной согласно техническим требованиям с идентификацией любой разницы по толщине; и
(iv) необязательное снижение разницы по толщине с обеспечением бумаги или картона, отвечающих техническим требованиям по толщине, регулированием дозы композиции наполнителя и поэтому регулированием содержания наполнителя в бумаге или картоне.
3. Способ по п. 1, который содержит смешение одного или более наполнителей и одного или более анионных полисахаридов в зоне смешения с образованием предварительной смеси наполнителя и затем введение одного или более катионных агентов в зону смешения с образованием композиции наполнителя.
4. Способ по п. 1, который содержит смешение одного или более наполнителей и одного или более анионных полисахаридов в зоне предварительного смешения наполнителей с образованием предварительной смеси наполнителя и затем введение предварительной смеси наполнителя в зону смешения.
5. Способ по п. 1, в котором зоной смешения является насос, статический смеситель или смесительная емкость.
6. Способ по п. 4, в котором зоной предварительного смешения наполнителей является насос, статический смеситель или смесительная емкость.
7. Способ по п. 5, в котором насос имеет способность регулирования насоса.
8. Способ по п. 6, в котором насос имеет способность регулирования насоса.
9. Способ по п. 1, в котором один или более наполнителей содержат минеральный наполнитель.
10. Способ по п. 1, в котором один или более наполнителей выбраны из карбоната кальция, предпочтительно осажденного карбоната кальция и молотого карбоната кальция и их смесей.
11. Способ по п. 1, в котором один или более анионных полисахаридов выбраны из анионных крахмалов, анионных производных целлюлозы и их смесей, предпочтительно производных целлюлозы.
12. Способ по п. 1, в котором один или более анионных полисахаридов содержат карбоксиметилцеллюлозу.
13. Способ по п. 1, в котором один или более анионных полисахаридов имеют степень замещения анионных групп до 0,65.
14. Способ по п. 1, в котором один или более катионных агентов содержат два или более катионных агентов.
15. Способ по п. 1, в котором один или более катионных агентов содержат катионный органический полимер.
16. Способ по п. 1, в котором один или более катионных агентов содержат катионное неорганическое соединение, предпочтительно полиалюминиевое соединение.
17. Способ по п. 1, который содержит смешение первого катионного агента и второго катионного агента в зоне предварительного смешения катионных агентов с образованием предварительной смеси катионных агентов и введение предварительной смеси катионных агентов в зону смешения.
18. Способ по п. 1, в котором один или более катионных агентов выбраны из катионных полиаминов, катионных полиамидаминов, катионных полиэтилениминов, катионных дициандиамидных полимеров, катионных акриламидсодержащих полимеров, катионных акрилатсодержащих полимеров, катионных виниламин/винилформамидсодержащих полимеров, полимеров на основе диаллилдиметиламмонийхлорида, сульфата алюминия, алюмината натрия, алюмината калия, полиалюминийхлоридов, полиалюминийсульфатов, полиалюминийсиликатсульфатов и их смесей.
19. Способ по п. 1, который дополнительно содержит введение одной или более дренажных и удерживающих добавок в водную суспензию, содержащую целлюлозные волокна, перед обезвоживанием.
20. Способ по п. 1, который содержит введение композиции наполнителей в целлюлозную суспензию и затем введение одной или более дренажных и удерживающих добавок в целлюлозную суспензию перед обезвоживанием.
21. Способ по 19, в котором одна или более дренажных и удерживающих добавок содержит кремнистый материал, предпочтительно частицы, содержащие диоксид кремния.
22. Способ по п. 19, в котором одна или более дренажных и удерживающих добавок содержит катионный полимер, предпочтительно катионный акриламидсодержащий полимер.
23. Способ по п. 21, в котором одна или более дренажных и удерживающих добавок содержит катионный полимер, предпочтительно катионный акриламидсодержащий полимер.
24. Способ по п. 19, в котором одна или более дренажных и удерживающих добавок содержит анионный полимер, предпочтительно анионный акриламидсодержащий полимер.
25. Способ по п. 21, в котором одна или более дренажных и удерживающих добавок содержит анионный полимер, предпочтительно анионный акриламидсодержащий полимер.
