Проклеивающая композиция, ее применение и способ изготовления бумаги, картона или аналогичного материала
Изобретение относится к композиции для проклеивания поверхности бумаги, картона или аналогичного материала, к ее применению и к способу изготовления бумаги, картона или аналогичного материала. Композиция имеет содержание сухого вещества, составляющее от 3 до 30%. Она содержит разложившийся неионный крахмал и, по меньшей мере, 0,5 мас.% анионного полиакриламида. Анионный полиакриламид имеет молекулярную массу 500000 - 2500000 г/моль и анионность в интервале 4 - 35 мол.%. Обеспечивается одновременное повышение прочности на разрыв и прочности при испытании на сжатие бумаги, картона или аналогичного материала. 3 н. и 26 з.п. ф-лы, 17 табл., 9 пр.
Настоящее изобретение относится к композиции для проклеивания поверхности бумаги, картона или аналогичного материала и к применению композиции согласно преамбулам пунктов прилагаемой формулы изобретения. Кроме того, настоящее изобретение относится к способу изготовления бумаги, картона или аналогичного материала.
Одну основную задачу производства бумаги и картона низких сортов представляет собой его экономичность. Эта задача может быть решена посредством применения всевозможных разнообразных мер, например, посредством уменьшения поверхностной плотности изготавливаемой бумаги или картон, посредством увеличения содержания наполнителя, посредством использования дешевых исходных материалов, например, за счет повторного использования волокон, и/или посредством повышения производительности. Однако многие из этих мер могут производить неблагоприятное воздействие на свойства получаемого бумажного или картонного изделия, в частности, на его прочностные свойства. Эти недостатки устраняются посредством использования различных химических веществ в производстве бумаги или картона. Например, прочностные свойства изготавливаемой бумаги или картона могут улучшаться посредством внутреннего проклеивания и/или посредством поверхностного проклеивания изготавливаемой бумаги или картона. В случае внутреннего проклеивания раствор синтетического полимера или крахмала добавляется в бумажную массу, чтобы улучшались, в частности, внутренние прочностные свойства изготавливаемого полотна. В случае поверхностного проклеивания раствор модифицированного крахмала или синтетического полимера наносится на поверхность изготавливаемого, по меньшей мере, частично высушенного волокнистого полотна, и в результате этого улучшается поверхностная прочность полотна.
Прочность при сжатии и прочность на разрыв представляют собой важные прочностные свойства в случае бумаги и картона, в частности, для сортов, используемых в целях упаковки. Прочность при сжатии часто измеряется и представляется как прочность, полученная в результате испытания на сжатие в коротком диапазоне (SCT), которое может использоваться для прогнозирования сопротивления сжатию конечного изделия, например, картонной коробки. Прочность на разрыв представляет собой сопротивление разрыву бумаги/картона и определяется как гидростатическое давление, которое требуется, чтобы разорвать образец, когда давление прилагается равномерно поперек стороны образца. Как прочность при сжатии, так и прочность на разрыв испытывает неблагоприятное воздействие, когда увеличивается количество неорганических минеральных наполнителей и/или повторно используемых волокон в исходном материале.
Согласно наблюдениям прочность при сжатии и прочность на разрыв можно повышать посредством поверхностного проклеивания. Однако существует проблема, заключающаяся в том, что только одно из этих прочностных свойств улучшается до приемлемого уровня, в то время как другое свойство остается на низком уровне. Для практических приложений, в частности, для изделий, используемых в качестве упаковки, изготавливаемая бумага и картон должны иметь, по меньшей мере, приемлемую или хорошую прочность при сжатии, а также приемлемую или хорошую прочность на разрыв. Следовательно, существует потребность в новых способах одновременного улучшения обоих из этих свойств.
Кроме того, согласно наблюдениям, воздействие на прочность, которое может быть достигнуто посредством проклеивания с применением разнообразных химических веществ и способов, может становиться ограниченным, когда волокнистый материал имеет высокую электропроводность, высокую катионную потребность и/или высокую зольность. В частности, материалы, содержащие механическую целлюлозу, макулатурную массу и/или имеющие высокое содержание наполнителя, оказываются проблематичными в отношении повышения прочности посредством проклеивания. В последние десятилетия в производстве бумаги и картона увеличилось применение недорогостоящих источников волокон, таких как старый гофрированный упаковочный картон (OCC) или макулатурная бумага. OCC содержит, главным образом, повторно используемые волокна небеленой или беленой сульфатной целлюлозы, волокна лиственной полухимической целлюлозы и/или волокна травяной целлюлозы. Аналогичным образом, в производстве бумаги и картона увеличилось применение минеральных наполнителей. Следовательно, также и по этой причине, существует постоянная потребность в поиске новых способов улучшения прочностных свойств бумаги или картона.
Применение повышающих прочность химических веществ для бумаги и/или картона низких сортов, как правило, оказывается ограниченным по соображениям стоимости. Даже если бы существовали подходящие химические вещества, они не могут использоваться, если они являются чрезмерно дорогостоящими и неблагоприятно воздействуют, т. е. увеличивают цену конечного изделия. Следовательно, существует постоянная потребность в новых экономичных альтернативах для улучшения прочностных свойств бумаги и картона.
Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы сократить до минимума или даже устранить существующие недостатки предшествующего уровня техники.
Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить композицию для поверхностного проклеивания в целях улучшения прочностных свойств, в частности, для одновременного повышения прочности на разрыв и прочности при испытании на сжатие в коротком диапазоне (SCT) бумаги, картона или аналогичного материала.
Еще одна задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить композицию для поверхностного проклеивания, которая обеспечивает хорошие результаты проклеивания экономичным способом.
Следующая задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить простой и эффективный способ изготовления бумаги, картона или аналогичного материала с улучшенными прочностными свойствами, такими как прочность на разрыв, прочность при испытании на сжатие в коротком диапазоне (SCT), прочность при испытании на сжатие гофрированного слоя картона прибором Конкора (Concora) (CMT), прочность при растяжении и прочность внутреннего сцепления.
Эти задачи решаются посредством способа и устройства, имеющего характеристики, представленные ниже в отличительных частях независимых пунктов формулы изобретения. Некоторые предпочтительные варианты осуществления описываются в зависимых пунктах формулы изобретения.
Примерные варианты осуществления и преимущества, которые упоминаются в данном тексте, относятся, насколько это применимо, к проклеивающей композиции и ее применению, а также к способу изготовления бумаги, картона или аналогичного материала, даже если это не всегда заявлено особо.
Согласно первому аспекту настоящего изобретения, типичная проклеивающая композиция для проклеивания поверхности бумаги, картона или аналогичного материала, имеет содержание сухого вещества, составляющее от 3 до 30%, и содержит:
- разложившийся неионный крахмал, и
- по меньшей мере, 0,5 мас.% анионного полиакриламида, который имеет молекулярную массу (MW), составляющую более чем 500000 г/моль и менее чем 2500000 г/моль, и анионность в интервале от 4 до 35 мол.%.
Как правило, композиция для поверхностного проклеивания согласно первому аспекту настоящего изобретения используется для поверхностного проклеивания в целях улучшения прочностных свойства бумаги, картона или аналогичного материала.
Согласно второму аспекту настоящего изобретения, типичный способ изготовления бумаги, картона или аналогичного материала включает:
- добавление в волокнистый материал первой упрочняющей композиции, которая содержит катионное вещество,
- изготовление волокнистого полотна из волокнистого материала,
- высушивание волокнистое полотно до сухости, составляющей, по меньшей мере, 60%,
- нанесение на поверхность волокнистого полотна второй упрочняющей композиции, которая содержит анионный гидрофильный полимер.
В настоящее время неожиданно обнаружено, что композиция для поверхностного проклеивания согласно первому аспекту настоящего изобретения, содержащая разложившийся неионный крахмал и анионный полиакриламид, имеющий определенную молекулярную массу и анионность, обеспечивает непрогнозируемое одновременное повышение прочности SCT и прочность на разрыв, когда она добавляется или наносится на поверхность бумаги или картона. Без намерения ограничиваться теорией, авторы считают, что проклеивающая композиция согласно настоящему изобретению обеспечивает оптимальное сцепление между волокнами в бумажном/картонном материале и составляющими компонентами проклеивающей композиции, и это одновременно повышает прочность SCT, а также прочность на разрыв бумаги и картона.
Кроме того, было обнаружено, что оказывается возможным достижение улучшения одного или нескольких из следующих прочностных свойств бумаги и/или картона, а именно, таких как прочность при испытание на сжатие гофрированного слоя картона прибором Конкора (CMT), прочность при испытание по разрушению кольца (RCT) и/или прочность при растяжении, посредством использования проклеивающей композиции согласно настоящему изобретению для обработки или проклеивания поверхности вышеупомянутого бумажного или картонного полотна. В некоторых случаях были достигнуты улучшения поверхностной прочность при измерении прибором IGT и прочность к расслаиванию при измерении прибором Scott Bond для печатной бумаги, поверхность которой была подвергнута проклеиванию с использованием проклеивающей композиции согласно настоящему изобретению. Однако следует отметить, что улучшение всех перечисленных выше прочностных свойств (RCT, CMT, прочность при растяжении) необязательно обеспечивается одновременно или в одинаковой степени.
Кроме того, может оказаться возможным улучшение, т. е. повышение прочностных свойств влажного бумажного или картонного полотна посредством использования проклеивающей композиции согласно настоящему изобретению. Было обнаружено, что когда проклеивающая композиция согласно настоящему изобретению используется для поверхностного проклеивания, проклеенное полотно имеет более высокое содержание сухого вещества после проклеивания, чем в том случае, когда традиционная композиция для поверхностного проклеивания используется для поверхностного проклеивания. Высокое содержание сухого вещества обеспечивает повышенную прочность при растяжении влажного проклеенного полотна даже до его высушивания.
Согласно одному варианту осуществления первого аспекта настоящего изобретения, проклеивающая композиция содержит от 0,5 до 10 мас.%, предпочтительно от 0,75 до 5 мас.%, предпочтительно от 1 до 2,5 мас.% анионного полиакриламида. Неожиданно было обнаружено, что даже в таких малых количествах анионный полиакриламид обеспечивает положительное воздействие на показатели прочности конечной проклеенной бумаги или картона. Кроме того, анионный полиакриламид производит благоприятное воздействие на вязкость проклеивающей композиции, т. е. увеличивает вязкость проклеивающей композиции. Кроме того, анионный полиакриламид производит благоприятное воздействие также и на приклей в резервуарном клеильном прессе, т. е. уменьшает приклей, что, следовательно, уменьшает количество композиции для поверхностного проклеивания, которая требуется в целях проклеивания поверхности.
Анионный полиакриламид проклеивающей композиции согласно первому аспекту представляет собой неразветвленный или сшитый сополимер акриламида и, по меньшей мере, одного анионного мономера, такого как мономер ненасыщенной карбоновой кислоты. Предпочтительно в качестве анионного мономера выбираются ненасыщенные монокарбоновые или дикарбоновые кислоты, такие как акриловая кислота, метакриловая кислота, малеиновая кислота, итаконовая кислота, кротоновая кислота, изокротоновая кислота и любые из их смесей. Кроме того, могут содержаться и другие анионные мономеры, такие как винилсульфоновая кислота, 2-акриламид-2-метилпропансульфоновая кислота, стиролсульфоновая кислота, винилфосфоновая кислота или фосфат метакрилата этиленгликоля. Согласно одному предпочтительному варианту осуществления, анионный полиакриламид представляет собой сополимер мономеров акриламида и ненасыщенной карбоновой кислоты, такой как (мет)акриловая кислота, малеиновая кислота, кротоновая кислота, итаконовая кислота или их смесь. Предпочтительно анионный полиакриламид представляет собой сополимер акриламида и акриловой кислоты, или сополимер акриламида и итаконовой кислоты, или сополимер акриламида и метакриловой кислоты.
В частности, если для конечного бумажного/картонного изделия требуются свойства высокой гидрофобности, в качестве анионного мономера может выбираться метакриловая кислота. Согласно одному варианту осуществления, анионный полиакриламид образуется из более чем 20 мол.% неионных мономеров и от 4 до 35 мол.%, предпочтительно от 4 до 24 мол.%, предпочтительнее от 5 до 17 мол.% анионных мономеров.
Анионный полиакриламид может содержать, помимо акриламида и анионных мономеров, небольшие количества других полимеризационных добавок, таких как сшивающие мономеры. Примерный подходящий сшивающий мономер представляет собой метиленбисакриламид. Однако количество этих полимеризационных добавок является небольшим, составляя, например, менее чем 0,1 мол.%, как правило, менее чем 0,05, типичнее менее чем 0,025, иногда даже менее чем 0,01 мол.%.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, анионный полиакриламид проклеивающей композиции согласно первому аспекту имеет анионность в интервале от 4 до 24 мол.%, предпочтительно от 4 до 17 мол.%, предпочтительнее от 5 до 17 мол.%, еще предпочтительнее от 7 до 15 мол.% или от 9 до 13 мол.%. Когда анионность полиакриламида находится в данных пределах, неожиданно наблюдается одновременное улучшение прочности SCT и прочности на разрыв изготавливаемой бумаги или картона.
Анионный полиакриламид для проклеивающей композиции может представлять собой сухой полимер, в котором содержание сухого вещества составляет от 80 до 98 мас.%, раствор полимера, в котором концентрация активного полимера составляет от 5 до 35 мас.%, эмульсию полимера, в которой концентрация активного полимера составляет от 20 до 55 мас.%, или дисперсию полимера, в которой концентрация активного полимера составляет от 10 до 40 мас.%. Перед использованием сухой полимер или эмульсия полимера растворяется в воде, и получается концентрация полимерного вещества, составляющая от 0,4 до 4 мас.%. Анионный полиакриламид предпочтительно представляет собой сухой полимер или раствор полимера.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления первого аспекта настоящего изобретения, анионный полиакриламид, используемый в проклеивающей композиции, имеет среднюю молекулярную массу в интервале от 530000 до 2000000 г/моль, предпочтительно от 530000 до 1500000, предпочтительнее от 650000 до 1400000 г/моль, еще предпочтительнее от 650000 до 1200000 г/моль.
В настоящей заявке значение средней молекулярной массы используется для описания величины длины цепи полимера. Значения средней молекулярной массы вычисляются по результатам измерений характеристической вязкости известным способом в растворе 1 н NaCl при 25°C посредством использования капиллярный вискозиметр Уббелоде (Ubbelohde). Капилляр выбирается соответствующим образом, и в измерениях для настоящей заявки использовался капиллярный вискозиметр Уббелоде, имеющий константу K=0,005228. Средняя молекулярная масса затем вычисляется по результатам измерения характеристической вязкости известным способом с использованием уравнения Марка-Хаувинка (Mark-Houwink) [η]=K⋅Ma, где [η] представляет собой характеристическую вязкость, M представляет собой молекулярную массу (г/моль), и K и a представляют собой параметры, которые приводит для полиакриламида «Справочник полимеров», четвертое издание, том 2, редакторы J. Brandrup, E. H. Immergut и E. A. Grulke, издательство John Wiley & Sons, Inc. (США), 1999 г., с. VII/11. Соответственно, значение параметра K составляет 0,0191 мл/г, и значение параметра a составляет 0,71. Интервал средней молекулярной массы для параметров в также используемых условиях составляет от 490000 до 3200000 г/моль, но такие же параметры используются для описания величины молекулярной массы, которая выходит за пределы данного интервала. Для полимеров, имеющих низкую среднюю молекулярную массу, составляющую, как правило, приблизительно 1000000 г/моль или менее, средняя молекулярная масса может измеряться посредством использования измерения вязкость по вискозиметру Брукфильда (Brookfield) для 10% концентрации полимера при температуре 23°C. Молекулярная масса [г/моль] вычисляется по формуле 1000000⋅0,77⋅ln(вязкость[мПа*с]). На практике это означает, что в случае полимеров, для которых может измеряться и вычисляться вязкость по вискозиметру Брукфильда, вычисляемое значение составляет менее чем 1000000 г/моль, и вычисляемое значение принимается как значение MW. Если вязкость по вискозиметру Брукфильда не может быть измерена, или вычисляемое значение составляет более чем 1000000 г/моль, значения MW определяются с использованием характеристической вязкости, как описывается выше.
Крахмал, используемый в проклеивающей композиции согласно первому аспекту настоящего изобретения, представляет собой неионный разложившийся крахмал. Способ разложения крахмала предпочтительно тщательно выбирается таким образом, что сокращается до минимума или полностью устраняется количество ионизированных групп, которые вводятся в основную цепь крахмала в течение разложения. Согласно одному предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, крахмал подвергается ферментативной обработке, т. е. ферментативному разложению, или термическому разложению. Например, крахмал может подвергаться ферментативному разложению на месте применения на бумажной или картонной фабрике и смешиваться с анионным полиакриламидом на установке для проклеивания.
Перед возможным разложением крахмала он может иметь содержание амилозы, составляющее от 15 до 30%, предпочтительно от 20 до 30%, предпочтительнее от 24 до 30%. Крахмал может представлять собой крахмал, источником которого является кукуруза, пшеница, ячмень или тапиока, предпочтительно природный кукурузный крахмал или природный маисовый крахмал. Было обнаружено, в частности, что в результате проклеивания бумаги и картона разнообразные прочностные свойства, которые получаются посредством проклеивающих композиций согласно настоящему изобретению, неожиданно улучшаются, когда анионный полиакриламид смешивается с этими крахмалами.
Согласно одному варианту осуществления проклеивающая композиция может содержать одну или несколько добавок для проклеивающей композиции в количестве, составляющем от 0,1 до 4 мас.%, предпочтительно от 0,5 до 3 мас.%, предпочтительнее от 0,5 до 2 мас.%. Добавка для проклеивающей композиции может представлять собой гидрофобизирующее вещество, полимерный акрилатный клей, такой как стиролакрилатный сополимер, алкилкетеновый димер (AKD) и/или алкенилянтарный ангидрид (ASA).
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления первого аспекта, проклеивающая композиция является катионной.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления всех аспектов настоящего изобретения, в проклеивающей композиции отсутствуют неорганические минеральные наполнители или пигменты.
Согласно одному варианту осуществления первого аспекта настоящего изобретения, проклеивающая композиция имеет содержание сухого вещества, составляющее от 5 до 20 мас.%, предпочтительно от 7 до 15 мас.% в расчете на полную массу композиции.
Было обнаружено, что при температуре применения вязкость проклеивающей композиции составляет от 1 до 10, как правило, от 1,5 до 10, предпочтительно 2,5 до 8 по отношению к вязкости соответствующего крахмального раствора, имеющего такое же содержание сухого вещества, но без анионного полиакриламидного компонента, при измерении с помощью вискозиметра Брукфильда, имеющего адаптер для малых образцов (SSA) и шпиндель 18, при скорости 60 об/мин и температуре 60°C. Вязкость соответствующего крахмального раствора, имеющего концентрацию 10%, может составлять от 2 до 80 мПа⋅с, предпочтительно от 2 до 40 мПа⋅с, предпочтительнее от 2 до 20 мПа⋅с при измерении с помощью вискозиметра Брукфильда, имеющего адаптер для малых образцов (SSA) и шпиндель 18, при скорости 60 об/мин и температуре 60°C. Например, композиция для поверхностного проклеивания согласно первому аспекту настоящего изобретения может иметь вязкость, составляющую от 18 до 20 мПа⋅с, в то время как крахмальный раствор при таком же содержании сухого вещества имеет вязкость, составляющую 3 мПа⋅с. Увеличение вязкости композиции производит положительное воздействие на получаемые значения прочности SCT и прочности на разрыв. Кроме того, при увеличении вязкости проклеивающей композиции уменьшается приклей крахмала при проклеивании, что обеспечивает дополнительную экономию расходов на технологические материалы.
Согласно второму аспекту настоящего изобретения, было также неожиданно обнаружено, что прочностные показатели бумаги и картона увеличиваются и улучшаются, когда первая упрочняющая композиция, содержащий катионное вещество добавляется в волокнистый материал, и вторая упрочняющая композиция, т. е. проклеивающая композиция, содержащая, по меньшей мере, один анионный гидрофильный полимер, наносится на поверхность изготавливаемого полотна. Без намерения ограничиваться теорией, авторы считают, что катионное вещество в первой упрочняющей композиции взаимодействует с имеющими анионный заряд центрами на поверхностях волокон целлюлозы. Это улучшает внутренние связи и/или взаимодействия между волокнами в составе полотна и производит благоприятное воздействие на прочность бумажного или картонного полотна. Когда вторая упрочняющая композиция, содержащая, по меньшей мере, один анионный полимер, наносится на поверхность полотна, анионный полимер взаимодействует с катионными зарядами, которые присутствуют в полотне, и, таким образом, дополнительно упрочняет сцепление и/или взаимодействие с разнообразными составляющими ингредиентами бумаги или картона. Результат, который наблюдается, независимо от происхождения эффекта, представляет собой увеличение прочности, в частности, прочности при испытании на сжатие в коротком диапазоне (SCT) и/или прочности на разрыв получаемого бумажного или картонного полотна. Кроме того, могут улучшаться и другие прочностные свойства, такие как прочность при растяжении и прочность внутреннего сцепления. Таким образом, посредством настоящего изобретения достигается синергетический эффект упрочнения, когда первая упрочняющая композиция, содержащая катионное вещество, добавляется в исходный материал, и после этого вторая упрочняющая композиция, содержащая анионный гидрофильный полимер, наносится на поверхность изготавливаемого полотна.
Термин «гидрофильный полимер» в контексте настоящего изобретения следует понимать как полимер, который полностью растворяется и смешивается с водой. Когда гидрофильный полимер смешивается с водой, он полностью растворяется, и в получаемом растворе полимера практически отсутствуют дискретные полимерные частицы, и не может наблюдаться никакое разделение фаз. Термин «гидрофильный» рассматривается в данном контексте в качестве синонима термина «растворимый в воде».
Согласно одному варианту осуществления второго аспекта настоящего изобретения, первая упрочняющая композиция добавляется в волокнистый материал, и вторая упрочняющая композиция наносится на волокнистое полотно таким образом, что соотношение добавляемых катионных зарядов в первой упрочняющей композиции и добавляемых анионных зарядов в упрочняющей композиции для проклеивания находится в интервале от 0,1 до 30, предпочтительно от 0,15 до 25, предпочтительнее от 0,2 до 5, еще предпочтительнее от 1,1 до 4. Таким образом, соотношение зарядов может составлять, например, от 0,1, 0,2, 0,5, 0,75, 0,85, 1,0, 1,1, 1,2, 1,5, 2,0, 2,5, 3,0, 4,0, 4,5, 5 или 5,5 вплоть до 3,5, 4, 4,5, 5, 7, 10, 12,5, 15, 17,5, 20, 22, 25 или 30. Добавляемый заряд вычисляется посредством умножения используемого в дозе количества компонента на плотность заряда компонента. Значение добавляемого заряда вычисляется отдельно для первой упрочняющей композиции и второй упрочняющей композиции, а затем вычисляется соотношение значений добавляемого заряда.
Катионное вещество в первой упрочняющей композиции, которая добавляется в волокнистый материал согласно второму аспекту настоящего изобретения, может содержать катионный крахмал или, по меньшей мере, один катионный синтетический полимер или смесь катионного крахмала и одного или нескольких катионных синтетических полимеров. Первая упрочняющая композиция может также содержать множество катионных синтетических полимеров, и первая упрочняющая композиция может представлять собой смесь синтетических катионных полимеров. В контексте настоящей заявки следует понимать, что катионный полимер может также содержать локальные анионные заряды, при том условии, что чистый заряд синтетического полимера является катионным.
Когда, согласно второму аспекту настоящего изобретения, катионное вещество в первой упрочняющей композиции одновременно содержит катионный крахмал и, по меньшей мере, один катионный синтетический полимер, оказывается возможным смешивание катионного крахмала и катионного синтетического полимера друг с другом для получения первой упрочняющей композиции, которая после этого добавляется в волокнистый материал. В качестве альтернативы, катионный крахмал и один или несколько синтетических катионных полимеров могут добавляться раздельно, но одновременно в волокнистый материал. Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, первая упрочняющая композиция содержит от 10 до 99 мас.%, предпочтительно от 30 до 80 мас.% крахмала и от 1 до 90 мас.%, предпочтительно от 20 до 70 мас.% одного или нескольких синтетических катионных полимеров. Например, первая упрочняющая композиция, содержащая более чем 30 мас.% катионного крахмала, является предпочтительной для обработки волокнистого материала, в котором содержание наполнителя составляет более чем 15%.
Согласно одному варианту осуществления второго аспекта настоящего изобретения, катионный синтетический полимер, который может использоваться в качестве катионного вещества в первой упрочняющей композиции, выбирается из группы, которую составляют сополимеры (мет)акриламида и катионных мономеров; глиоксилированный полиакриламид; поливиниламин, N-винилформамид; эпигалогидрин полиамидоамина и любые из их смесей. Катионный синтетический полимер может быть неразветвленным или сшитым, предпочтительно неразветвленным. Предпочтительно катионный синтетический полимер представляет собой гидрофильный полимер. Согласно одному предпочтительному варианту осуществления, катионный синтетический полимер представляет собой сополимер (мет)акриламида и, по меньшей мере, одного катионного мономера. Катионный мономер может выбираться из группы, которую составляют хлорид метакрилоилоксиэтилтриметиламмония, хлорид акрилоилоксиэтилтриметиламмония, хлорид 3-(метакриламидо)пропилтриметиламмония, хлорид 3-(акрилоиламидо)пропилтриметиламмония, хлорид диаллилдиметиламмония, диметиламиноэтилакрилат, диметиламиноэтилметакрилат, диметиламинопропилакриламид, диметиламинопропилметакриламид или аналогичный мономер. Согласно одному предпочтительному варианту осуществления второго аспекта настоящего изобретения, катионное вещество в первой упрочняющей композиции представляет собой сополимер акриламида или метакриламида с хлоридом (мет)акрилоилоксиэтилтриметиламмония. Полимер на основе акриламида или метакриламида может также обрабатываться после полимеризации для придания ему катионного заряда, например, посредством использования реакций Гофмана (Hofmann) или Манниха (Mannich).
Согласно одному варианту осуществления второго аспекта настоящего изобретения, катионный синтетический сополимер, который может использоваться в качестве катионного вещества в первой упрочняющей композиции, представляет собой сополимер, образующийся из более чем 20 мол.% неионных мономеров и от 3 до 30 мол.%, предпочтительно от 5 до 20 мол.%, предпочтительнее от 6 до 10 мол.% катионных мономеров.
Катионный синтетический полимер, который может использоваться в качестве катионного вещества в первой упрочняющей композиции, может также одновременно содержать катионные и анионные функциональные группы, при том условии, что чистый заряд полимера является катионным. Например, синтетический катионный полимер может представлять собой сополимер (мет)акриламида и катионных мономеров, перечисленных выше, а также анионных мономеров, таких как акриловая кислота, при том условии, что чистый заряд полимера остается катионным. Синтетический катионный полимер может представлять собой, например, сополимер поливиниламина и акриловой кислоты.
Плотность заряда катионного вещества первой упрочняющей композиции предпочтительно оптимизируется таким образом, что поверхностные заряды волокон в исходном материале остаются анионными после добавления первой упрочняющей композиции и перед изготовлением полотна, когда первая упрочняющая композиция добавляется в количестве, определенном ниже. Поверхностный заряд волокон может измеряться посредством использования любой подходящего способа, например, с помощью измерительного прибора Mütek SZP-06. Катионное вещество может иметь плотность заряда, составляющую от 0,05 до 20 мэкв/г, предпочтительно от 0,05 до 5 мэкв/г, предпочтительнее от 0,1 до 3 мэкв/г, еще предпочтительнее от 0,3 до 2 мэкв/г, еще предпочтительнее от 0,5 до 1,4 мэкв/г при pH 7. Плотности заряда измеряются посредством использования измерительного прибора Mütek PCD-03 и титратора PCD-T3. Когда катионное вещество одновременно содержит катионный крахмал и, по меньшей мере, один катионный синтетический полимер, плотность заряда катионного крахмала, как правило, составляет менее чем плотность заряда катионного синтетического полимера.
Согласно второму аспекту настоящего изобретения, когда первая упрочняющая композиция содержит катионное вещество, которое представляет собой синтетический катионный полимер, этот синтетический катионный полимер может иметь среднюю молекулярную массу (MW), составляющую от 200000 до 6000000 г/моль, предпочтительно от 300000 до 3000000 г/моль, предпочтительнее от 500000 до 2000000 г/моль, еще предпочтительнее от 600000 до 950000 г/моль. Молекулярная масса синтетических катионных полимеров измеряется посредством использования известных хроматографических методов, таких как гельпроникающая хроматография, с использованием эксклюзионных хроматографических колонок и калибровки с помощью полиэтиленоксида (PEO). Если молекулярная масса синтетического катионного полимера, измеряемая методом гельпроникающей хроматографии, превышает 1000000 г/моль, регистрируемая молекулярная масса определяется посредством измерения характеристической вязкости с использованием капиллярного вискозиметра Уббелоде, как описывается выше в настоящей заявке. Средняя молекулярная масса синтетического катионного полимера тщательно оптимизируется для улучшения эксплуатационных характеристик, в частности, в условиях высокой катионной потребности, составляющей более чем 300 мкэкв/л, и/или высокой электропроводности, составляющей более чем 2,5 мСм/см. Средняя молекулярная масса синтетического катионного полимера оптимизируется в целях предотвращения его расхода за счет анионных примесных частиц вместо взаимодействия с волокнами, которое может происходить, если молекулярная масса является чрезмерно низкой. Кроме того, было обнаружено, что чрезмерно высокая молекулярная масса может приводить к интенсивной флоккуляции, неудовлетворительному формованию и потере прочности, например, прочности на разрыв и прочности SCT.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления второго аспекта настоящего изобретения, катионное вещество первой упрочняющей композиции содержит синтетический катионный полимер, который представляет собой сополимер (мет)акриламида и катионного мономера, предпочтительно такого как диметиламиноэтилакрилат, хлорид акрилоилоксиэтилтриметиламмония или хлорид диаллилдиметиламмония, и который имеет плотность заряда, составляющую от 0,05 до 5 мэкв/г, предпочтительно от 0,1 до 3 мэкв/г, предпочтительнее от 0,3 до 2 мэкв/г, еще предпочтительнее от 0,5 до 1,4 мэкв/г при pH 7, и среднюю молекулярную массу, составляющую от 200000 до 6000000 г/моль, предпочтительно от 300000 до 3000000 г/моль, предпочтительнее от 500000 до 2000000 г/моль, еще предпочтительнее от 600000 до 950000 г/моль. Предпочтительная первая упрочняющая композиция может также содержать неразложившийся катионный крахмал, который имеет степень замещения в интервале от 0,01 до 0,1, предпочтительно от 0,05 до 0,10.
Синтетический катионный полимер, который используется в качестве катионного вещества в первой упрочняющей композиции согласно второму аспекту, предпочтительно является растворимым в воде. Термин «растворимый в воде» в контексте настоящей заявки следует понимать таким образом, что синтетический катионный полимер способен полностью смешиваться с водой. Когда синтетический катионный полимер смешивается с водой, он полностью растворяется, и в получаемом растворе полимер практически отсутствуют дискретные полимерные частицы.
Согласно одному варианту осуществления второго аспекта настоящего изобретения, катионный крахмал, который может использоваться в качестве катионного вещества в первой упрочняющей композиции, может представлять собой любой подходящий катионный крахмал, который используется в производстве бумаги, такой как крахмал, источником которого является картофель, рис, кукуруза, кукуруза восковой спелости, пшеница, ячмень или тапиока, предпочтительно кукурузный крахмал или картофельный крахмал. Как правило, содержание амилопектина в катионном крахмале находится в интервале от 65 до 90%, предпочтительно от 70 до 85%. Согласно одному варианту осуществления, по меньшей мере, 70 мас.% крахмальных частиц катионного крахмала имеют среднюю молекулярную массу (MW), составляющую более чем 20000000 г/моль, предпочтительно 50000000 г/моль, предпочтительнее 100000000 г/моль.
Для применения в качестве катионного вещества в первой упрочняющей композиции согласно второму аспекту настоящего изобретения крахмал может катионизироваться любым подходящим способом. Предпочтительно крахмал катионизируется посредством использования хлорида 2,3-эпоксипропилтриметиламмония или хлорида 3-хлор-2-гидроксипропилтриметиламмония, причем предпочтительным является хлорид 2,3-эпоксипропилтриметиламмония. Кроме того, оказывается возможной катионизация крахмала посредством использования катионных производных акриламида, таких как хлорид (3-акриламидопропил)триметиламмония. Катионный крахмал обычно имеет степень замещения (DS), которая представляет собой среднее число катионных групп в крахмале в расчете на одно глюкозное звено и находится в интервале от 0,01 до 0,5, предпочтительно от 0,02 до 0,3, предпочтительнее от 0,035 до 0,2, еще предпочтительнее от 0,05 до 0,18, иногда еще предпочтительнее от 0,05 до 0,15.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления второго аспекта настоящего изобретения, катионный крахмал, который используется в качестве катионного вещества в первой упрочняющей композиции, не является неразложившимся, и это означает, что данный крахмал подвергается модификации исключительно посредством катионизации, и его основная цепь не подвергается разложению или сшиванию. Катионный неразложившийся крахмал имеет естественное происхождение.
Согласно второму аспекту настоящего изобретения, первая упрочняющая композиция может добавляться в волокнистый материал в количестве, составляющем от 0,2 до 15 кг/т, предпочтительно от 0,4 до 9 кг на 1 т изготавливаемой бумаги, предпочтительнее от 1 до 5 кг на 1 т изготавливаемой бумаги в пересчете на сухой продукт. Как правило, первая упрочняющая композиция добавляется в густой волокнистый материал и/или до возможного добавления удерживающего полимера. Таким образом, улучшается взаимодействие первой упрочняющей композиции с волокнами, и более эффективно достигаются желательные воздействия на прочность. Здесь густой исходный материал следует понимать как волокнистый материал или целлюлозный материал, который имеет консистенцию, составляющую, по меньшей мере, 20 г/л, предпочтительно более чем 25 г/л, предпочтительнее более чем 30 г/л.
Согласно одному варианту осуществления второго аспекта настоящего изобретения вторая упрочняющая композиция может наноситься на волокнистое полотно в концентрации, составляющей от 0,5 до 10 мас.%, предпочтительно от 1 до 8 мас.%, предпочтительнее от 4 до 7 мас.% в расчете на содержание сухого вещества в композиции. Вторая упрочняющая композиция наносится на поверхность бумажного или картонного полотна посредством использования проклеивающих приборов и устройств, таких как пленочный пресс, ванна или резервуарный клеильный пресс или распылительное устройство. Вторая упрочняющая композиция может наноситься на полотно, например, после прессовальной секции машины для изготовления бумаги или картона. Согласно одному варианту осуществления второго аспекта настоящего изобретения, вторая упрочняющая композиция наносится на поверхность бумажного или картонного полотна, когда сухость полотна составляет более чем 60%, предпочтительно более чем 80%. Согласно одному варианту осуществления, бумага высушивается до сухости, составляющей, по меньшей мере, 90%, и/или вторая упрочняющая композиция добавляется перед разматыванием бумажного рулона.
Согласно одному варианту осуществления второго аспекта настоящего изобретения вторая упрочняющая композиция может наноситься на волокнистое полотно в таком количестве, что анионный гидрофильный полимер наносится на полотно в количестве, составляющем от 0,1 до 5 кг на 1 т сухой бумаги, предпочтительно от 0,2 до 3 кг на 1 т сухой бумаги, предпочтительнее от 0,5 до 2 кг на 1 т сухой бумаги. Вторая упрочняющая композиция может наноситься на одну сторону волокнистого полотна или на обе стороны волокнистого полотна.
Согласно одному варианту осуществления второго аспекта настоящего изобретения, анионный гидрофильный полимер второй упрочняющей композиции представляет собой синтетический неразветвленный или сшитый сополимер (мет)акриламида и, по меньшей мере, одного анионного мономера.
Предпочтительно в качестве анионного мономера выбираются ненасыщенные монокарбоновые или дикарбоновые кислоты, такие как акриловая кислота, малеиновая кислота, фумаровая кислота, итаконовая кислота, аконитовая кислота, мезаконитовая кислота, цитраконовая кислота, кротоновая кислота, изокротоновая кислота, ангеликовая кислота или тиглиновая кислота. Предпочтительный анионный гидрофильный полимер представляет собой сополимер акриламида и акриловой кислоты. Согласно одному варианту осуществления второго аспекта настоящего изобретения, анионный гидрофильный полимер образуется из более чем 20 мол.% неионных мономеров и от 1 до 50 мол.%, предпочтительно от 2 до 25 мол.%, предпочтительнее от 4 до 17 мол.% анионных мономеров. Согласно еще одному варианту осуществления, анионный гидрофильный полимер может содержать от 1 до 90 мол.%, предпочтительно от до 40 мол.%, предпочтительнее от 5 до 25 мол.%, еще предпочтительнее от 6 до 18 мол.% анионных мономеров. Анионный гидрофильный полимер может также содержать катионные группы, из которых образуются локальные катионные заряды в полимерной структуре, при том условии, что чистый заряд гидрофильного анионного полимера является анионным.
Анионный гидрофильный полимер второй упрочняющей композиции согласно второму аспекту может иметь среднюю молекулярную массу, составляющую от 50000 до 8000000 г/моль, предпочтительно от 150000 до 3000000 г/моль, предпочтительнее от 250000 до 1500000 г/моль, еще предпочтительнее от 350000 до 950000 г/моль. Молекулярные массы измеряются, как описано в других разделах настоящей заявки. Средняя молекулярная масса гидрофильного анионного полимера оптимизируется с учетом достигаемой прочности SCT.
Предпочтительно во второй упрочняющей композиции согласно второму аспекту настоящего изобретения также отсутствуют частицы неорганического минерального пигмента.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления второго аспекта настоящего изобретения, вторая упрочняющая композиция содержит крахмальный компонент, который может представлять собой любой подходящий крахмал, который используется для поверхностного проклеивания, такой как крахмал, источником которого является кукуруза, пшеница, ячмень или тапиока, предпочтительно природный кукурузный крахмал. Содержание амилопектина в крахмальном компоненте упрочняющей композиции для проклеивания может находиться в интервале от 65 до 85%, предпочтительно от 75 до 83%. Крахмальный компонент, который используется во второй упрочняющей композиции, предпочтительно представляет собой разложившийся и растворенный крахмал. Крахмальный компонент может представлять собой ферментативно или термически разложившийся крахмал или окисленный крахмал. Крахмальный компонент может представлять собой разложившийся незаряженный природный крахмал или слегка анионный окисленный крахмал, предпочтительно разложившийся незаряженный природный крахмал.
Согласно одному варианту осуществления второго аспекта настоящего изобретения вторая упрочняющая композиция содержит от 0,1 до 20 мас.%, предпочтительно от 0,5 до 10 мас.%, предпочтительнее от 0,7 до 4 мас.% анионного гидрофильного полимера, и от 80 до 99,9 мас.%, предпочтительно от 90 до 99 мас.%, предпочтительнее от 96 до 99 мас.% крахмала.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения вторая упрочняющая композиция согласно второму аспекту настоящего изобретения соответствует композиции для поверхностного проклеивания согласно первому аспекту настоящего изобретения.
Согласно одному варианту осуществления, вторая упрочняющая композиция может также содержать другие материалы и вспомогательные вещества, такие как красящие вещества, гидрофобизирующие вещества и т. д. Например, вторая упрочняющая композиция может содержать гидрофобизирующее вещество, который может представлять собой акрилатный полимер.
Согласно одному варианту осуществления второго аспекта настоящего изобретения, при концентрации 10% вторая упрочняющая композиция может иметь измеряемую при 60°C вязкость по вискозиметру Брукфильда в интервале от 2 до 200 мПа⋅с, предпочтительно от 20 до 60 мПа⋅с.
Проклеивающая композиция согласно первому аспекту настоящего изобретения является особенно подходящей для поверхностного проклеивания бумаги, картона или аналогичного материала, который содержит повторно используемые волокна. Согласно одному варианту осуществления, предназначенная для обработки композицией бумага или картон предпочтительно содержит, по меньшей мере, 30% повторно используемых волокон, предпочтительно, по меньшей мере, 70% повторно используемых волокон, предпочтительнее, по меньшей мере, 90% повторно используемых волокон, иногда даже 100% повторно используемых волокон. Повторно используемые волокна производятся из старого гофрированного картона и/или бумаги смешанных сортов.
Кроме того, согласно одному варианту осуществления первого аспекта настоящего изобретения, композиция для поверхностного проклеивания является особенно подходящей для обработки поверхности бумаги, в качестве которой выбирается немелованная тонкая бумага, или для обработки поверхности картона, который представляет собой облицовочный материал, гофрированный материал или складной коробочный картон (FBB). Немелованная тонкая бумага может иметь поверхностную плотность в интервале от 60 до 250 г/м2, предпочтительно от 70 до 150 г/м2.
Способ согласно второму аспекту настоящего изобретения является предпочтительным для улучшения прочность, в частности, прочности на разрыв и/или прочности SCT картонного полотна, когда изготавливается картон, такой как облицовочный материал, гофрированный материал, складной коробочный картон (FBB), макулатурный мелованный картон (WLC), твердый беленый сульфатный (SBS) картон, твердый небеленый сульфатный (SUS) картон или упаковочный картон для жидкостей (LPB). Как правило, картон может иметь поверхностную плотность, составляющую от 60 до 500 г/м2 или от 70 до 500 г/м2, предпочтительно от 80 до 180 г/м2, и картон может содержать 100% первичных волокон, 100% повторно используемых волокон, или представлять собой любую возможную смесь, содержащую первичные и повторно используемые волокна.
Первая упрочняющая композиция согласно второму аспекту является особенно подходящей для густого волокнистого материала, имеющего значение дзета-потенциала от -35 до -1 мВ, предпочтительно от -10 до -1 мВ, предпочтительнее от -7 до -1 мВ, который измеряется с помощью прибора Mütek SZP-06 для измерения дзета-потенциала перед добавлением первой упрочняющей композиции в волокнистый материал.
Способ согласно второму аспекту настоящего изобретения может также оказываться предпочтительным для повышения прочности немелованной тонкой бумаги или бумаги-основы для мелованной тонкой бумаги, которая имеют поверхностную плотность, например, в интервале от 40 до 250 г/м2.
Как разъясняется выше, композиция для поверхностного проклеивания согласно первому аспекту настоящего изобретения повышает прочность SCT и прочность на разрыв изготавливаемой бумаги и картона, которые подвергаются поверхностному проклеиванию данной композицией. Это повышение прочности делает возможным увеличение содержание наполнителя в бумаге. Таким образом, проклеивающая композиция является подходящей для проклеивания поверхности бумаги или картона, которые имеют зольность, составляющую, по меньшей мере, 6%, предпочтительно, по меньшей мере, 12%, предпочтительнее, по меньшей мере, 15%. Например, зольность может составлять от 3 до 20% для складного коробочного картона или от 10 до 20%, предпочтительно от 15 до 20% для облицовочного материала или гофрированного материала. Для измерений зольности используется стандарт ISO 1762 и температура 525°C.
Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, температура нанесения проклеивающей композиции или второй упрочняющей композиции составляет более чем 50°C, предпочтительно от 50 до 90°C, предпочтительнее от 65 до 85°C, еще предпочтительнее от 60 до 80°C. Это повышает устойчивость упрочняющей композиции для проклеивания, в частности, когда в ней содержится крахмальный компонент. Таким образом, проклеивающие и упрочняющие композиции согласно настоящему изобретению выдерживают даже высокие температуры нанесения без разложения или других неблагоприятных эффектов. Проклеивающая композиция и вторая упрочняющая композиция могут наноситься на поверхность бумаги, картона или аналогичного материала в традиционном устройстве, осуществляющем поверхностное проклеивание, таком как дозирующий клеильный пресс, резервуарный клеильный пресс или распылительное клеильное устройство.
Проклеивающая композиция согласно первому аспекту настоящего изобретения наносится на поверхность бумажного или картонного полотна в количестве, составляющем от 5 до 80 кг на 1 т бумаги/картона в пересчете на сухое вещество, предпочтительно от 10 до 50 кг на 1 т бумаги/картона в пересчете на сухое вещество. Например, когда изготавливается облицовочный материал или гофрированный материал, проклеивающая композиция добавляется в количестве, предпочтительно составляющем от 25 до 70 кг/т картон в пересчете на сухое вещество. В качестве альтернативы, когда изготавливается складной коробочный картон или немелованная тонкая бумага, проклеивающая композиция добавляется в количестве, предпочтительно составляющем от 5 до 30 кг на 1 т бумаги/картона в пересчете на сухое вещество. Как правило, обнаруживается, что по сравнению с традиционным клеем аналогичные или даже улучшенные результаты проклеивания могут быть получены с использованием проклеивающей композиции согласно настоящему изобретению, даже если наносимое количество клея может составлять на 20% менее чем традиционные количества.
Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, когда изготавливается облицовочный материал или гофрированный материал, проклеивающая композиция согласно первому аспекту наносится на поверхность полотна в количестве, составляющем от 0,5 до 4 г/м2, предпочтительно от 0,5 до 3,5 г/м2 на каждую сторону.
Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, когда изготавливается складной коробочный картон или бумага тонких сортов, проклеивающая композиция согласно первому аспекту наносится на поверхность полотна в количестве, составляющем от 0,3 до 2 г/м2 на каждую сторону.
В контексте настоящего изобретения термин «волокнистый материал» следует понимать как означающий водную суспензию, которая содержит волокна и необязательно наполнители. Конечное бумажное или картонное изделие, которое изготавливается из волокнистого материала, может содержать, по меньшей мере, 5%, предпочтительно от 10 до 30%, предпочтительнее от 11 до 19% минерального наполнителя, содержание которого вычисляется как зольность непокрытого бумажного или картонного изделия. Минеральный наполнитель может представлять собой любой наполнитель, который традиционно используется в производстве бумаги и картона, такой как тонкодисперсный карбонат кальция, осажденный карбонат кальция, глина, тальк, гипс, диоксид титана, синтетический силикат, гидроксид алюминия, сульфат бария, оксид магния или любые их смеси. Источники волокон в волокнистом материале предпочтительно представляют собой макулатурная бумага, старый гофрированный упаковочный картон (OCC), небеленая сульфатная целлюлоза и/или нейтральная сульфитная полухимичская (NCOS) целлюлоза. Согласно одному предпочтительному варианту осуществления второго аспекта, волокнистый материал, который подлежит обработке первой упрочняющей композицией, содержит, по меньшей мере, 20 мас.%, предпочтительно, по меньшей мере, 50 мас.% волокон, образующихся из макулатурной бумаги или картона. Согласно некоторым вариантам осуществления волокнистый материал может содержать даже более чем 70 мас.%, иногда даже более чем 80 мас.% волокон, образующихся из макулатурной бумаги или картона.
В проклеивающей композиции и второй упрочняющей композиции согласно первому и второму аспектам настоящего изобретения предпочтительно отсутствуют какие-либо катионные синтетические полимерные компоненты. Кроме того, в проклеивающей композиции и второй упрочняющей композиции отсутствуют добавляемые неорганические растворимые соли, такие как соли щелочных металлов и/или соли щелочноземельных металлов.
Согласно одному варианту осуществления, способ изготовления бумаги, картона или аналогичного материала включает:
- нанесение первой упрочняющей композиции, которая содержит катионное вещество, на волокнистый материал,
- изготовление волокнистого полотна из волокнистого материала,
- высушивание волокнистое полотно до сухости, составляющей, по меньшей мере, 60%,
- нанесение на поверхность волокнистого полотна упрочняющей композиции для проклеивания, которая содержит анионный гидрофильный полимер и необязательный крахмальный компонент.
Экспериментальная часть
Некоторые варианты осуществления и аспекты настоящего изобретения описываются в следующих неограничительных примерах.
Таблица 1 представляет список сокращенных наименований сухих анионных полиакриламидов, которые используются в некоторых из следующих примеров 3-7. Сухие анионные полимеры растворяются в воде перед использованием при концентрации активного полимера, составляющей 1,5 мас.%.
Таблица 2 представляет список сокращенных наименований анионных полиакриламидов, которые используются в следующих примерах 2-7. Полиакриламиды в таблице 2 представляют собой растворы полимеров. Значения вязкости растворов полимеров определяются при концентрации, составляющей 10 мас.%. Сшивающее вещество, если оно используется, представляло собой метиленбисакриламид.
Пример 1. Общая процедура синтеза раствора анионного полиакриламида
Анионные полиакриламиды были синтезированы посредством радикальной полимеризации с использованием следующей общей процедуры. Перед полимеризацией смесь мономеров изготавливали в резервуаре для мономеров, смешивая все мономеры (в том числе возможные сшивающие мономеры), воду, натриевую соль этилендиаминтетрауксусной кислоты (EDTA) и гидроксид натрия. Данная смесь называется далее термином «смесь мономеров». Смесь мономеров продували газообразным азотом в течение 15 минут.
Раствор катализатора изготавливали в резервуаре для катализатора, смешивая воду и персульфат аммония. Данная смесь называется далее термином «раствор катализатора», причем ее изготавливали менее чем за 30 минут перед использованием.
Воду добавляли в реактор полимеризации, оборудованный смесителем и рубашкой для нагревания и/или охлаждения. Воду продували газообразным азотом в течение 15 минут. Воду нагревали до 100°C. Смесь мономеров и раствор катализатора начинали вводить одновременно. Продолжительность введения составляла 90 минут для смеси мономеров» и 100 минут для раствора катализатора». Когда завершалось введение раствора катализатора, смесь в реакторе полимеризации перемешивали в течение 45 минут. Смесь охлаждали до 30°C, а затем водный раствор полимера выпускали из реактора.
Для получаемого водного раствора полимера были проанализированы следующие характеристики. Содержание сухого вещества анализировали посредством использования прибора Mettler Toledo HR73 при 150°C. Вязкость анализировали с помощью вискозиметра Брукфильда модели DVI+, оборудованного адаптером для малых образцов, при 25°C, используя шпиндель S18 для растворов, у которых вязкость составляла менее чем 500 мПа⋅с, и шпиндель S31 для растворов, у которых вязкость составляла 500 мПа⋅с или более, причем для шпинделя использовали максимальную возможную скорость вращения. Значение pH растворов анализировали, используя калиброванный измеритель pH.
Пример 2. Синтез исследуемого полимера AC17HM
Синтез исследуемого полимера AC17HM подробно описывается в качестве примера синтеза.
Перед полимеризацией смесь мономеров изготавливали в резервуаре для мономеров, смешивая 42,4 г воды, 188 г водного раствора 50% акриламида, 19,5 г акриловой кислоты, 0,59 г водного раствора 39% натриевой соли EDTA и 10,8 г водного раствора 50% гидроксида натрия. Смесь мономеров продували газообразным азотом в течение 15 минут.
Раствор катализатора изготавливали в резервуаре для катализатора, смешивая 27 г воды и 0,08 г персульфата аммония.
В реактор полимеризации добавляли 440 г воды. Полимеризацию осуществляли, как описывается выше в примере 1.
Для исследуемого продукта AC17HM были определены следующие характеристики: содержание сухого вещества 15,1%, вязкость 7700 мПа⋅с, pH 5,1. Раствор полимера разбавляли водой до концентрации 10%. Вязкость разбавленного раствора полимера составляла 1200 мПа⋅с.
Пример 3. Исследование на клеильном прессе
Изготовление композиций для поверхностного проклеивания
Раствор 15 мас.% декстринированного крахмального клея для поверхностей (C*Film 07311, Cargill) варили в течение 30 минут при 95°C. Крахмал выбирали таким образом, чтобы моделировать ферментативно разложившийся природный крахмал. Композиции для поверхностного проклеивания изготавливали, смешивая воду, крахмал и используемые химические вещества в вышеупомянутой последовательности. Это означает, что анионный полиакриламид и гидрофобизирующее вещество на основе раствора 1 мас.% катионного акрилата (Fennosize S3000, Kemira Oyj) в пересчете на сухое вещество добавляли в сваренный раствор крахмального клея для поверхностей и перемешивали при 70°C в течение, по меньшей мере, 2 минут. Таблица 3 представляет крахмал, используемые анионные полиакриламиды и их количества в массовых процентах в пересчете на сухое вещество. Вязкость получаемой композиции измеряли, используя вискозиметр Брукфильда модели Visco cP, оборудованный шпинделем 18, при скорости 100 об/мин, температуре 60°C и концентрации 9%. Композиции для поверхностного проклеивания содержали при 70°C до проведения экспериментов по поверхностному проклеиванию.
Эксперименты по поверхностному проклеиванию
Клеильный пресс имел следующие параметры:
Производитель клеильного пресса: компания Werner Mathis AG, Нидерхасли, кантон Цюрих, 8155, Швейцария; модель клеильного пресса: HF 47693 тип 350; рабочая скорость: 2 м/мин; рабочее давление: 1 бар (0,1 МПа); рабочая температура: 60°C; объем раствора для проклеивания: 140 мл/исследование; кратность проклеивания каждого листа: 2.
Проклеивание осуществляется в машинном направлении, и композиция для поверхностного проклеивания наносится в форме раствора, содержащего 12 мас.%.
Бумага-основа представляла собой бумагу типа шренц (Schrenz), имеющую поверхностную плотность 100 г/м2 и содержащую 100% вторичных волокон, образующих покровный материал без клеильного пресса. Бумага-основа имела зольность 16,4% (стандарт ISO 1762, температура 525°C) и объемности 1,57 см3/г (измеряемую согласно стандарту ISO 534).
Высушивание проклеенных листов осуществляли, используя одноцилиндровый покрытый сукном и нагреваемый паром сушильный барабан при 95°C в течение одной минуты. В сушилке была ограничена усадка.
Исследуемые образцы подвергали двойному проклеиванию, и свойства проклеенных листов были измерены. Используемые измерения, измерительные устройства и стандарты представлены в таблице 4.
Результаты измерений после однократного прохода представлены в таблице 5, и результаты после двукратного прохода представлены в таблице 6. Процентные значения приклея в таблице 5 и 6 вычислены по увеличению массы кондиционированного на воздухе листа, причем поверхностная плотность листа измерялась до и после проклеивания. Процентные значения экономии крахмала в таблицах 5 и 6 вычисляли как соотношения значение приклея индивидуального исследуемого образца и значение приклея стандартного образца. Обозначенные индексами значения, которые представлены в таблицах 5 и 6, определяют соотношение прочности и поверхностной плотности бумаги/картона. Среднее геометрическое значение (GM) представляет собой квадратный корень произведения значения MD и значения CD. Значение MD представляет собой значение прочности, измеренное в машинном направлении, и значение CD представляет собой значение прочности, измеренное в поперечном направлении.
Из результатов, представленных в таблице 5 для исследуемых образцов 2 и 6, где количество полимера в проклеивающей композиции составляло 2,5%, можно видеть, что после одного прохода получаемые значения для индекса SCT GM и индекса CMT30 заметно улучшались в сопоставлении со сравнительным исследуемым образцом 4, имеющем такое же содержание полимера. Когда улучшения результатов прочности получаются даже при низком содержании полимера, улучшается общая экономичность процесса.
Кроме того, из результатов, представленных в таблице 5 для исследуемых образцов 3 и 7, где количество полимера в проклеивающей композиции составляло 7,5%, можно видеть, что получаемые значения для индекса SCT GM, индекса прочности на разрыв и индекса CMT30 являются такими же или улучшенными в сопоставлении со сравнительным исследуемым образцом 5, имеющим такое же содержание полимера. Очевидное и неожиданное улучшение можно наблюдать также и в полученных значения Cobb60 (поверхностная впитываемость воды по Коббу в течение 60 секунд), и это означает, что композиции согласно настоящему изобретению обеспечивают улучшенный эффект гидрофобизации. Кроме того, могут быть получены повышенное содержание сухого вещества и повышенная экономия крахмала.
Результаты после двукратного прохода представлены в таблице 6. Эти результаты являются аналогичными результатам, которые представлены в таблице 5. Это означает, что могут наблюдаться улучшения для исследуемых образцов 2 и 6 в отношении получаемых значений индекса SCT GM и индекса CMT30 в сопоставлении со сравнительным исследуемым образцом 4. Аналогичным образом, из результатов, представленных в таблице 6 для исследуемых образцов 3 и 7, можно видеть, что получаемые значения для индекса SCT GM, индекса прочности на разрыв и индекса CMT30 являются такими же или улучшенными в сопоставлении со сравнительным исследуемым образцом 5, имеющим такое же содержание полимера. Заметные улучшения снова наблюдаются в получаемых значениях Cobb60, а также в содержании сухого вещества и экономии крахмала.
Пример 4. Исследования на клеильном прессе
Композиции для поверхностного проклеивания изготавливали таким же способом, как в примере 3.
Эксперименты по поверхностному проклеиванию осуществляли таким же способом с использованием такой же бумаги-основы, как в примере 3, за исключением следующих условий:
- исследуемые образцы проклеивали только один раз, причем объем проклеивающей композиции составлял 100 мл;
- эксперименты осуществляли для каждого исследуемого образца посредством проклеивания при концентрации, составляющей 6 мас.% и 12 мас.%, и в таком случае приклей составлял приблизительно 3% и 5%, соответственно. Результаты для каждого исследуемого образца вычисляли линейно, что соответствовало приклею 3,5%.
Результаты примера 4 представлены в таблице 7. Обозначенные индексами значения вычисляли таким же способом, как в примере 3.
Из таблицы 7 можно видеть, что композиции для поверхностного проклеивания согласно настоящему изобретению обеспечивают одновременное улучшение, т. е. увеличение, индекса SCT GM и индекса прочности на разрыв. Кроме того, можно наблюдать, что для исследуемого образца 16 индекс CMT30 заметно улучшается, даже если содержание полимера в проклеивающей композиции составляет только 2,5%.
Кроме того, из таблицы 7 можно предполагать, что композиции для поверхностного проклеивания, содержащие полимер, имеющий более высокую молекулярную массу, имеют особенно хорошие эксплуатационные характеристики. Предполагается, что низкий уровень сшивания или отсутствие сшивания полимера может оказаться благоприятным для эксплуатационных характеристик.
Пример 5. Исследования на клеильном прессе
Композиции для поверхностного проклеивания изготавливали таким же способом, как в примере 3, за исключением того, что никакое гидрофобизирующее вещество не использовалось.
Эксперименты по поверхностному проклеиванию осуществляли таким же способом с использованием такой же бумаги-основы, как в примере 3, за исключением того, что исследуемые образцы проклеивали только один раз, и объем проклеивающей композиции составлял 100 мл.
Крахмал, используемые анионные полиакриламиды и их количества в массовых процентах в расчете на сухое вещество представлены в таблице 8. Результаты примера 5 представлены в таблице 9. Значения приклея и обозначенные индексами значения вычисляли таким же способом, как в примере 3.
Из таблицы 9 можно видеть, что даже если некоторое улучшение индекса SCT GM и индекса прочность на разрыв может наблюдаться для всех используемых композиций для поверхностного проклеивания, это улучшение оказывается более выраженным, когда в композиции содержится полимер, имеющий более высокую анионность; см. исследуемые образцы 2 и 3 в таблице 9.
Пример 6. Исследования на клеильном прессе
Композиции для поверхностного проклеивания изготавливали таким же способом, как в примере 3, за исключением того, что никакое гидрофобизирующее вещество не использовалось, и используемый для поверхностного проклеивания крахмал представлял собой Stabilys A020 от компании Roquette (Франция).
Эксперименты по поверхностному проклеиванию осуществляли таким же способом с использованием такой же бумаги-основы, как в примере 3, за исключением следующих условий:
- композиция для поверхностного проклеивания наносилась в форме раствора 9 мас.%,
- валики для нанесения клея в устройстве для проклеивания нагревались в водяной бане при 82°C.
Крахмал, используемые анионные полиакриламиды и их количества в массовых процентах в расчете на сухое вещество представлены в таблице 10. Результаты примера 6 представлены в таблице 11. Значения приклея и обозначенные индексами значения вычисляли таким же способом, как в примере 3.
Из таблицы 11 можно видеть, что когда композиция для поверхностного проклеивания содержит полимер, имеющий чрезмерно низкую молекулярную массу (исследуемый образец 2), или полимер, имеющий чрезмерно высокую молекулярную массу (исследуемые образцы 3 и 4), не достигается одновременное улучшение индекса SCT GM и индекса прочности на разрыв.
Пример 7. Исследования на клеильном прессе
Композиции для поверхностного проклеивания изготавливали таким же способом, как в примере 3. Гидрофобизирующее вещество использовалось в некоторых из композиций для поверхностного проклеивания; см. таблицу 12.
Эксперименты по поверхностному проклеиванию осуществляли таким же способом как в примере 3, за исключением следующих условий:
- композиция для поверхностного проклеивания наносилась в форме раствора 9 мас.%,
- бумага-основа представляла собой бумагу типа шренц (Schrenz), имеющую поверхностную плотность 105 г/м2 и содержащую 100% вторичных волокон, образующих покровный материал без клеильного пресса. Бумага-основа имела зольность 15,9% (стандарт ISO 1762, температура 525°C) и объемности 1,75 см3/г (измеряемую согласно стандарту ISO 534).
Крахмал, используемые анионные полиакриламиды и их количества в массовых процентах в расчете на сухое вещество представлены в таблице 12. Результаты примера 7 представлены в таблице 13. Значения приклея и обозначенные индексами значения вычисляли таким же способом, как в примере 3.
Из таблицы 13 можно видеть, что проклеивающие композиции согласно настоящему изобретению, содержащие полимеры, имеющие более высокую молекулярную массу и анионность, чем полимер, который использовался в сравнительной композиции для поверхностного проклеивания исследуемых образцов, обеспечивают более высокую прочность SCT и аналогичную или улучшенную прочность на разрыв, когда учитываются количества полимера в композициях для поверхностного проклеивания. Кроме того, можно наблюдать, что композиция для поверхностного проклеивания исследуемого образца 9 была способна обеспечивать улучшенные прочностные свойства, даже если она содержала гидрофобизирующее вещество.
Пример 8
В качестве исходного материала в примере 8 использовался материал товарного центральноевропейского старого гофрированного коробочного картона (OCC) из Центральной Европы.
Содержащийся в брикетах OCC измельчали, добавляя производственную воду, для достижения консистенции 2,3% исследуемой концентрированной суспензии. Измельчение осуществляли посредством использования лабораторного измельчителя Andritz в течение 35 минут с открытой гарнитурой, т. е. лезвия измельчителя были открыты для предотвращения эффекта размола. Свойства используемого измельченного материала OCC и производственной воды представлены в таблице 14.
Вещества для производства бумаги и композиции, используемые в примере 8, представлены в таблице 15. Молекулярные массы в таблице 15 измеряли методом гельпроникающей хроматографии с использованием эксклюзионных хроматографических колонок и калибровки с помощью полиэтиленоксида (PEO), если не указаны другие условия.
Используемые для производства бумаги вещества и композиции дозировались в измельченный материал OCC. Свежая производственная вода использовалась в качестве технологической воды, которая поступала в смесительный резервуар и перемешивалась с измельченным материалом OCC. Таким образом, концентрированный материал разбавлялся свежей производственной водой до консистенции напорного бака, составляющей 1%.
После разбавления концентрированной суспензии она поступала в напорный бак опытной бумагоделательной машины. Удерживающий полимер и коллоидный диоксид кремния использовались в качестве удерживающих добавок. Удерживающий полимер добавляли перед насосом напорного бака опытной бумагоделательной машины, и коллоидный диоксид кремния дозировали перед напорным баком опытной бумагоделательной машины. Используемый удерживающий полимер представлял собой катионный сополимер акриламида, имеющий молекулярную массу около 6000000 г/моль и плотность заряда 10 мол.%. Коллоидный диоксид кремния имел средний размер частиц 5 нм. Дозировка удерживающего полимера составляла 100 г на 1 т сухого продукта, а дозировка коллоидного диоксида кремния составляла 200 г на 1 т сухого продукта.
Листы облицовочного материала и гофрированного материала OCC, имеющие поверхностную плотность 100 г/м2, были изготовлены на опытной бумагоделательной машине. Для опытной бумагоделательной машины использовались следующие технологические параметры:
Рабочая скорость: 2 м/мин; ширина полотна: 0,32 м; скорость вращения перфорированного валика: 120 об/мин; секция пресса: 2 зажима; секция высушивания: 8 цилиндров для предварительного высушивания, малый цилиндр, 5 цилиндров для высушивания.
После изготовления листы подвергались проклеиванию в прессе с использованием декстринированного крахмала C*Film 07311 (Cargill). Этот разложившийся крахмал моделирует ферментативно разложившийся природный крахмал. Количество клея составляло 50 кг на 1 т сухого вещества. Для клеильного пресса использовались следующие параметры: производитель клеильного пресса: компания Werner Mathis AG, Нидерхасли, кантон Цюрих, 8155, Швейцария; модель клеильного пресса: HF 47693; рабочая скорость: 3 м/мин; рабочее давление: 1,5 бар (0,15 МПа); рабочая температура: 70°C; объем раствора для проклеивания: 300 мл; кратность проклеивания каждого листа: 2. Высушивание проклеенных листов осуществляли, используя одноцилиндровый покрытый сукном и нагреваемый паром сушильный барабан при 93°C в течение двух минут. В сушилке была ограничена усадка.
Перед исследованием прочностных свойств изготовленных листов облицовочного материала они подвергались предварительному кондиционированию в течение 24 часов в условиях температуры 23°C и относительной влажности 50% согласно стандарту ISO 187. Устройства и стандарты, которые были использованы для измерения свойств листов, представлены в таблице 4, за исключением индекса SCT, для которого использовался прибор для измерения прочности при сжатии Lorentzen & Wettre согласно стандарту ISO 9895.
Результаты исследований прочностных свойств представлены в таблице 16. Результаты в таблице 16 представляют собой следующие индексы: полученные при измерениях значения прочности на разрыв и значения SCT делятся в каждом случае на поверхностную плотность исследуемого листа. Прочность SCT затем вычисляется как среднее геометрическое значение прочности в машинном направлении и прочности в поперечном направлении.
Из результатов в таблице 16 можно видеть, что прочность на разрыв и прочность SCT одновременно и заметно повышаются, когда используется способ согласно настоящему изобретению, т. е. первая упрочняющая композиция, содержащая, по меньшей мере, одно катионное вещество, добавляется в целлюлозу, а вторая упрочняющая композиция, которая содержит анионный гидрофильный полимер, наносится на поверхность листа. Такое сочетание согласно второму аспекту настоящего изобретения, в котором первая упрочняющая композиция добавляется перед второй упрочняющей композицией, делает возможным уменьшение количества анионного гидрофильного полимера, который наносится на поверхность волокнистого полотна, и одновременное получение аналогичных или улучшенных прочностных свойств.
Пример 9
Пример 9 осуществляли таким же способом и посредством использования таких же исходных материалов, веществ для производства бумаги и композиций и методов исследования, как в примере 8. Поверхностная плотность изготовленной бумаги-основы составляла 110 г/м2.
Результаты исследований прочностных свойств в примере 9 представлены в таблице 17.
Из результатов в таблице 17 можно видеть, что листы, изготовленные согласно второму аспекту настоящего изобретения, проявляют такие же или даже улучшенные значения индекса прочности на разрыв в сопоставлении со стандартными образцами. Следует отметить, что все листы, изготовленные согласно второму аспекту настоящего изобретения, проявляют пониженные значения приклея. Это означает, что аналогичные или даже улучшенные значения индекса прочности на разрыв получаются посредством использования клея в меньших количествах, что обеспечивает значительную экономию используемого материала.
Несмотря на то, что настоящее изобретение было описано в отношении вариантов осуществления, которые в настоящее время рассматриваются как наиболее практичные и предпочтительные, следует понимать, что настоящее изобретение не должно ограничиваться вариантами осуществления, описанными выше, но настоящее изобретение предназначается для распространения также на различные модификации и эквивалентные технические решения в пределах объема прилагаемой формулы изобретения.
Таблица 1. Анионные полиакриламиды, сухие полимеры, которые используются в примерах 3-7.
| Сокращенное наименование | Примечание | Анионность [мол.%] | Молекулярная масса по Уббелоде [Мг/моль] |
| LMA-V-2 | 12,5 | 1,4 | |
| LK4358/1 | сравнительный | 5 | 2,7 |
Таблица 2. Анионные полиакриламиды, растворы полимеров, которые используются в примерах 3-7.
| Сокращенное наименование | Примечание | Анионность [мол.%] | Вязкость [мПа⋅с] | Молекулярная масса [Мг/моль] | Сшивающее вещество [мол.% по отношению к сумме мономеров] |
| AC8H | 8 | 4300 | 0,5 | - | |
| AC8M | сравнительный | 8 | 300 | 0,44 | - |
| AC8L | сравнительный | 8 | 83 | 0,34 | - |
| AC20H | 20 | 9560 | 0,71 | - | |
| AC20M | сравнительный | 20 | 360 | 0,46 | - |
| AC20L | сравнительный | 20 | 70 | 0,33 | - |
| AC32H | 32 | 4400 | 0,65 | - | |
| AC32M | сравнительный | 32 | 236 | 0,42 | - |
| AC32L | сравнительный | 32 | 63 | 0,32 | - |
| AC13HM | 12,5 | 1170 | 0,55 | - | |
| AC4H | 4 | 6400 | 0,68 | - | |
| AC17HM | 17 | 1200 | 0,55 | - | |
| AC8H-CL2 | 8 | 9940 | 0,71 | 0,018 | |
| AC20M-CL1 | сравнительный | 20 | 194 | 0,41 | 0,030 |
| AC11HM | 11 | 1070 | 0,54 | - |
Таблица 3. Анионные полиакриламиды и их количества в массовых процентах в примере 3.
| Номер исследуемого образца | Примечание | Содержание крахмала [%] | Полимер | Содержание полимера [%] | Вязкость композиции [мПа⋅с] |
| 1 | стандартный | 99 | - | 0 | 3,2 |
| 2 | 96,5 | AC8H | 2,5 | 7,9 | |
| 3 | 91,5 | AC8H | 7,5 | 18,9 | |
| 4 | сравнительный | 96,5 | AC8M | 2,5 | 5,8 |
| 5 | сравнительный | 91,5 | AC8M | 7,5 | 11,2 |
| 6 | 96,5 | AC13HM | 2,5 | 8,2 | |
| 7 | 91,5 | AC13HM | 7,5 | 21,7 |
Таблица 4. Устройства и стандарты, используемые для исследования листов.
| Измерение | Устройство | Стандарт |
| Поверхностная плотность | Mettler Toledo | ISO 536 |
| Индекс SCT GM (испытание на сжатие в коротком диапазоне) | Lorentzen & Wettre (прибор для измерения прочности при сжатии) | ISO 9895 |
| Прочность на разрыв | IDM Test EM-50/80 | ISO 2758 |
| Индекс CMT30 | Sumet-Messtechnik SC-500 Fluter: PTA Group AV-S | ISO 7263:1994 |
| Cobb60 | - | ISO 535 |
Таблица 5. Результаты измерений после одного прохода в примере 3.
| Номер исследуемого образца | Примечание | Проницаемый полимер [кг на 1 т сухого вещества] | Приклей [%] | Индекс SCT GM [Нм/г] | Индекс прочности на разрыв [кПа⋅2/г] | Индекс CMT30 [Нм2/г] | Cobb60 [г/м2] | Содержание сухого вещества [%]* | Экономия крахмала [%] |
| 1 | стандартный | 0 | 4,2 | 23,8 | 1,98 | 1,29 | 106 | 74 | 0 |
| 2 | 1,0 | 3,8 | 24,1 | 2,12 | 1,25 | 90 | 76 | 76 | |
| 3 | 2,7 | 3,6 | 24,5 | 2,06 | 1,28 | 80 | 77 | 15,0 | |
| 4 | сравнительный | 1,0 | 3,9 | 23,6 | 2,12 | 1,24 | 97 | 75 | 6,9 |
| 5 | сравнительный | 2,8 | 3,7 | 24,1 | 2,10 | 1,29 | 100 | 76 | 11,0 |
| 6 | 0,9 | 3,4 | 24,3 | 2,11 | 1,28 | 93 | 78 | 17,9 | |
| 7 | 2,3 | 3,1 | 24,7 | 2,21 | 1,29 | 83 | 80 | 26,5 |
*содержание сухого вещества после клеильного пресса
Таблица 6. Результаты измерений после двух проходов в примере 3.
| Номер исследуемого образца | Примечание | Проницаемый полимер [кг на 1 т сухого вещества] | Приклей [%] | Индекс SCT GM [Нм/г] | Индекс прочности на разрыв [кПа⋅2/г] | Индекс CMT30 [Нм2/г] | Cobb60 [г/м2] | Содержание сухого вещества [%]* | Экономия крахмала [%] |
| 1 | стандартный | 0 | 7,0 | 25,2 | 2,01 | 1,36 | 93 | 63 | 0 |
| 2 | 1,6 | 6,3 | 26,8 | 2,22 | 1,47 | 30 | 66 | 12,7 | |
| 3 | 4,5 | 6,0 | 27,3 | 2,28 | 1,48 | 25 | 67 | 21,8 | |
| 4 | сравнительный | 1,6 | 6,5 | 25,8 | 2,07 | 1,40 | 58 | 65 | 10,6 |
| 5 | сравнительный | 4,7 | 6,3 | 26,5 | 2,30 | 1,49 | 40 | 66 | 17,8 |
| 6 | 1,5 | 5,9 | 26,6 | 2,20 | 1,45 | 26 | 67 | 18,8 | |
| 7 | 4,1 | 5,4 | 27,6 | 2,45 | 1,51 | 27 | 69 | 28,6 |
*содержание сухого вещества после клеильного пресса
Таблица 7. Результаты примера 4.
| Номер исследуемого образца | Примечание | Полимер | Содержание крахмала [%] | Содержание полимера [%] | Вязкость [мПа⋅с] | Индекс SCT GM* [%] | Индекс прочности на разрыв* [%] | Индекс CMT30* [%] |
| 1 | стандартный | - | 100 | 0 | 4 | 0 | 0 | 0 |
| 2 | AC20H | 97,5 | 2,5 | 28 | 3,3 | 5,3 | 4,5 | |
| 3 | AC20H | 92,5 | 7,5 | 65 | 4,5 | 9,0 | 4,3 | |
| 4 | сравнительный | AC32M | 97,5 | 2,5 | 10 | 1,0 | 6,9 | 4,0 |
| 5 | сравнительный | AC32M | 92,5 | 7,5 | 21 | 2,8 | 11,0 | 5,8 |
| 6 | сравнительный | AC20M | 97,5 | 2,5 | 15 | 3,8 | 3,0 | 0,5 |
| 7 | сравнительный | AC20M | 92,5 | 7,5 | 28 | 4,3 | 6,0 | 4,9 |
| 8 | сравнительный | AC8M | 97,5 | 2,5 | 8 | -0,8 | 4,7 | 2,1 |
| 9 | сравнительный | AC8M | 92,5 | 7,5 | 15 | 5,6 | 5,4 | 5,4 |
| 10 | сравнительный | AC20L | 97,5 | 2,5 | 9 | 3,0 | -1,5 | 5,0 |
| 11 | сравнительный | AC20L | 92,5 | 7,5 | 15 | 4,5 | 5,7 | 1,5 |
| 12 | сравнительный | AC20M-CL1 | 97,5 | 2,5 | 14 | 2,6 | 0,9 | 2,6 |
| 13 | сравнительный | AC20M-CL1 | 92,5 | 7,5 | 27 | 4,7 | 4,4 | 4,0 |
| 14 | AC32H | 97,5 | 2,5 | 28 | 2,4 | 4,5 | 4,8 | |
| 15 | AC32H | 92,5 | 7,5 | 72 | 5,7 | 8,9 | 2,9 | |
| 16 | AC8H | 97,5 | 2,5 | 15 | 4,2 | 8,0 | 5,3 | |
| 17 | AC8H | 92,5 | 7,5 | 33 | 8,7 | 13,8 | 5,6 | |
| 18 | сравнительный | AC8L | 97,5 | 2,5 | 7 | 2,3 | 0,5 | 1,7 |
| 19 | сравнительный | AC8L | 92,5 | 7,5 | 11 | 5,3 | 10,6 | 4,2 |
| 20 | AC8H-CL2 | 97,5 | 2,5 | 15 | 4,3 | 7,0 | -0,8 | |
| 21 | AC8H-CL2 | 92,5 | 7,5 | 31 | 7,4 | 13,1 | 13,1 |
* значения приведены как процентное увеличение, вычисленное по отношению к значению для стандартного образца
Таблица 8. Анионные полиакриламиды и их количества в массовых процентах в примере 5.
| Номер исследуемого образца | Примечание | Содержание крахмала [%] | Полимер | Содержание полимера [%] | Вязкость композиции [мПа⋅с] |
| 1 | стандартный | 100 | - | 0 | 3,5 |
| 2 | 97,5 | AC13HM | 2,5 | 12,1 | |
| 3 | 92,5 | AC13HM | 7,5 | 27,1 | |
| 4 | 97,5 | AC4H | 2,5 | 8 | |
| 5 | 92,5 | AC4H | 7,5 | 17,4 |
Таблица 9. Результаты примера 5.
| Номер исследуемого образца | Примечание | Проницаемый полимер [кг на 1 т сухого вещества] | Приклей [%] | Увеличение индекса SCT GM* | Увеличение индекса прочности на разрыв* [%] | Содержание сухого вещества* [%] |
| 1 | стандартный | 0,0 | 3,8 | 0,0 | 0,0 | 76 |
| 2 | 0,9 | 3,4 | 3,7 | 4,6 | 78 | |
| 3 | 2,4 | 3,3 | 2,4 | 9,2 | 79 | |
| 4 | 0,8 | 3,3 | 1,1 | 1,5 | 79 | |
| 5 | 2,4 | 3,2 | 1,9 | 4,3 | 79 |
* значения приведены как процентное увеличение, вычисленное по отношению к значению для стандартного образца
Таблица 10. Анионные полиакриламиды и их количества в массовых процентах в примере 6.
| Номер исследуемого образца | Примечание | Содержание крахмала[%] | Полимер | Содержание полимера [%] | Вязкость композиции [мПа⋅с] |
| 1 | стандартный | 100 | - | - | 7,25 |
| 2 | сравнительный | 97,5 | AC8M | 2,5 | 12,6 |
| 3 | сравнительный | 99 | LK4358/1 | 1 | 22,3 |
| 4 | сравнительный | 97,5 | LK4358/1 | 2,5 | 31,2 |
| 5 | 97,5 | AC13HM | 2,5 | 20,9 |
Таблица 11. Результаты примера 6.
| Номер исследуемого образца | Примечание | Проницаемый полимер [кг на 1 т сухого вещества] | Приклей [%] | Индекс SCT GM [Нм/г] | Индекс прочности на разрыв [кПа⋅м2/г] |
| 1 | стандартный | 0 | 3,8 | 25,9 | 2,3 |
| 2 | сравнительный | 0,9 | 3,7 | 25,9 | 2,3 |
| 3 | сравнительный | 0,4 | 4,3 | 24,8 | 2,2 |
| 4 | сравнительный | 1,1 | 4,3 | 24,3 | 2,2 |
| 5 | 0,9 | 3,6 | 26,1 | 2,4 |
Таблица 12. Анионные полиакриламиды и их количества в массовых процентах в примере 7.
| Номер исследуемого образца | Примечание | Содержание крахмала [%] | Содержание гидрофобизирующего вещества [%] | Полимер | Содержание полимера [%] | Вязкость [мПа⋅с] |
| 1 | стандартный | 100 | - | - | - | 7,25 |
| 2 | сравнительный | 97,5 | - | AC8M | 2,5 | 12,6 |
| 3 | сравнительный | 95 | - | AC8M | 5 | 22,3 |
| 4 | 97,5 | - | AC11HM | 2,5 | 31,2 | |
| 5 | 95 | - | AC11HM | 5 | 20,9 | |
| 6 | 97,5 | - | LMA-V-2 | 2,5 | 20,9 | |
| 7 | 95 | - | LMA-V-2 | 5 | 20,9 | |
| 8 | стандартный | 99 | 1 | - | - | 20,9 |
| 9 | 96,5 | 1 | AC11HM | 2,5 | 20,9 |
Таблица 13. Результаты примера 7.
| Номер исследуемого образца | Примечание | Проницаемый полимер [кг на 1 т сухого вещества] | Приклей [%] | Индекс SCT GM [Нм/г] | Индекс прочности на разрыв [кПа⋅м2/г] |
| 1 | стандартный | 0,0 | 9,2 | 22,9 | 1,96 |
| 2 | сравнительный | 2,3 | 9,4 | 23,3 | 2,10 |
| 3 | сравнительный | 4,5 | 9,0 | 23,7 | 2,13 |
| 4 | 2,4 | 9,4 | 24,0 | 2,11 | |
| 5 | 4,5 | 9,0 | 24,1 | 2,13 | |
| 6 | 2,3 | 9,2 | 23,7 | 2,06 | |
| 7 | 4,5 | 8,9 | 25,2 | 2,26 | |
| 8 | стандартный | 0,0 | 8,9 | 22,6 | 1,98 |
| 9 | 2,2 | 8,8 | 23,1 | 2,03 |
Таблица 14. Характеристики измельченного материала OCC и производственной воды, используемых в примере 8.
| Характеристика | Измельченный материал OCC | Производственная вода | Устройства/стандарты, используемые для измерения |
| pH | - | 7,5 | Knick Portamess 911 |
| Электропроводность | 1,9 | 2,5 | Knick Portamess 911 |
| Заряд (мкэкв/л) | -262 | -283 | Mütek PCD 03 |
| Дзета-потенциал (мВ) | -8,7 | - | Mütek SZP-06 |
| Консистенция (г/л) | 23 | - | ISO 4119 |
| Содержание Ca (мг/л) | - | 643 | ISO 777 |
| Щелочность (ммоль/л) | - | 2,2 | ISO 9963 |
| Химическая потребность в кислороде (мг/л) | 1013 | 630 | ISO 6060 |
Таблица 15. Вещества для производства бумаги и композиции, используемые в примере 1.
| Сокращенное наименование | Вещество/композиция | Заряд при pH 7, мэкв на 1 г сухой массы | Молекулярная масса, 106 г/моль | Примечания |
| STA | Катионный крахмал кукурузы восковой спелости | 0,4 | Вареный крахмал | |
| STA2 | Катионный картофельный крахмал | 0,2 | Вареный крахмал | |
| CPAM1 | Сополимер акриламида и хлорида акрилоилоксиэтилтриметиламмония (ADAM-Cl) | 1,3 | ~0,8 | Катионный полимер |
| GPAM | Сополимер глиоксилированного акриламида и DADMAC | 2 | ~0,4 | Катионный сшитый полимер |
| APAM1 | Сополимер акриламида и акриловой кислоты | -1,1 | ~0,5 | Анионный полимер |
| APAM2 | MBA сополимер акриламида и акриловой кислоты** | -2,8 | ~0,5 | Анионный сшитый полимер |
*Степень гидролиза составляет 40 мол.%. Содержание активного полимера составляет 74%. Процентная степень гидролиза представляет собой количество мономеров, содержащих функциональные аминогруппы в своей структуре.
**Сшивающее вещество: метиленбисакриламид (MBA) 600 частей на миллион частей мономеров.
Таблица 16. Результаты исследований прочностных свойств в примере 8.
| Добавка для целлюлозы | Доза добавки для целлюлозы [кг/т] | Добавка клея | Доза добавки клея [кг/и] | Средний геометрический индекс SCT [кН⋅м/кг] | Индекс прочности на разрыв [кПа⋅м2/г] |
| - | - | - | - | 22,4 | 2,15 |
| - | - | APAM1 | 2,8 | 23,6 | 2,21 |
| - | - | APAM1 | 5,7 | 26,1 | 2,53 |
| CPAM+STA | 0,5+0,5 | - | - | 24,5 | 2,17 |
| CPAM+STA | 0,5+0,5 | APAM1 | 2,7 | 26,4 | 2,57 |
| CPAM+STA | 0,5+0,5 | APAM1 | 5,4 | 28,1 | 2,49 |
Таблица 17. Результаты исследований прочностных свойств в примере 9.
| Добавка для целлюлозы | Доза добавка для целлюлозы [кг/т] | Добавка клея | Доза добавки клея [кг/т] | Приклей [%] | Индекс прочности на разрыв [кПа⋅м2/г] | Примечания |
| STA2 | 10 | - | - | 6,8 | 2,8 | Стандартный |
| STA2 | 10 | APAM1 | 3,2 | 6,4 | 3,1 | Хороший |
| STA2 | 10 | APAM1 | 5,9 | 5,9 | 3,1 | Хороший |
| GPAM | 1 | - | - | 7,9 | 2,9 | Стандартный |
| GPAM | 1 | APAM1 | 3,8 | 7,5 | 2,9 | Хороший |
| GPAM | 1 | APAM1 | 7,1 | 7,1 | 3,0 | Хороший |
| CPAM1+STA | 0,5+0,5 | - | - | 8,4 | 3,0 | Стандартный |
| CPAM1+STA | 0,5+0,5 | APAM2 | 3,6 | 7,2 | 3,1 | Хороший |
| CPAM1+STA | 0,5+0,5 | APAM2 | 6,9 | 6,9 | 3,2 | Хороший |
1. Проклеивающая композиция для проклеивания поверхности бумаги, картона или аналогичного материала, причем проклеивающая композиция имеет содержание сухого вещества, составляющее от 3 до 30%, и содержит:
- разложившийся неионный крахмал и
- по меньшей мере, 0,5 мас.% анионного полиакриламида, который имеет среднюю молекулярную массу (MW), составляющую более чем 500000 г/моль и менее чем 2500000 г/моль, и анионность в интервале от 4 до 35 мол.%.
2. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что анионный полиакриламид имеет среднюю молекулярную массу в интервале от 530000 до 2000000 г/моль, предпочтительно от 530000 до 1500000 г/моль, предпочтительнее от 650000 до 1400000 г/моль.
3. Композиция по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что анионный полиакриламид имеет анионность в интервале от 4 до 24 мол.%, предпочтительно от 4 до 17 мол.%, предпочтительнее от 5 до 17 мол.%.
4. Композиция по п. 3, отличающаяся тем, что анионный полиакриламид имеет анионность в интервале от 7 до 15 мол.%, предпочтительно от 9 до 13 мол.%.
5. Композиция по любому из пп. 1-4, отличающаяся тем, что анионный полиакриламид представляет собой сополимер мономеров акриламида и ненасыщенной карбоновой кислоты, такой как (мет)акриловая кислота, малеиновая кислота, кротоновая кислота, итаконовая кислота или их смесь.
6. Композиция по любому из предшествующих пп. 1-5, отличающаяся тем, что композиция содержит от 0,5 до 10 мас.%, предпочтительно от 0,75 до 5 мас.%, предпочтительно от 1 до 2,5 мас.% анионного полиакриламида.
7. Композиция по любому из предшествующих пп. 1-6, отличающаяся тем, что крахмал представляет собой обработанный ферментом или термически разложившийся крахмал.
8. Композиция по любому из предшествующих пп. 1-7, отличающаяся тем, что крахмал, перед его возможным разложением, имеет содержание амилозы, составляющее от 15 до 30%, предпочтительно от 20 до 30%, предпочтительнее от 24 до 30%.
9. Композиция по любому из предшествующих пп. 1-8, отличающаяся тем, что в данной композиции отсутствуют неорганические минеральные наполнители или пигменты.
10. Применение проклеивающей композиции по любому из пп. 1-9 для улучшения прочностных свойств бумаги, картона или аналогичного материала.
11. Применение по п. 10, отличающееся тем, что бумага, картон или аналогичный материал содержит повторно используемые волокна.
12. Применение по п. 10 или 11, отличающееся тем, что в качестве бумаги или картона выбирается немелованная тонкая бумага, облицовочный материал, гофрированный материал или складной коробочный картон (FBB).
13. Применение по любому из пп. 10, 11 или 12, отличающееся тем, что бумага или картон имеет зольность, составляющую, по меньшей мере, 6%, предпочтительно, по меньшей мере, 12%, предпочтительнее, по меньшей мере, 15%.
14. Применение по любому из предшествующих пп. 10-13, отличающееся тем, что температура нанесения проклеивающей композиции составляет от 50 до 90°C, предпочтительно от 65 до 85°C.
15. Применение по любому из предшествующих пп. 10-14, отличающееся тем, что проклеивающая композиция наносится в количестве от 5 до 80 кг/т бумаги в пересчете на сухое вещество, предпочтительно от 10 до 50 кг/т бумаги в пересчете на сухое вещество.
16. Способ изготовления бумаги, картона или аналогичного материала, причем данный способ включает этапы, на которых:
- наносят первую упрочняющую композицию, которая содержит катионное вещество, на волокнистый материал,
- изготавливают волокнистое полотно из волокнистого материала,
- высушивают волокнистое полотно до сухости, составляющей, по меньшей мере, 60%,
- наносят на поверхность волокнистого полотна вторую упрочняющую композицию, содержащую, по меньшей мере, 0,5 мас.% анионного гидрофильного полимера, который представляет собой анионный полиакриламид, который имеет среднюю молекулярную массу (MW), составляющую более чем 500000 г/моль и менее чем 2500000 г/моль, и анионность в интервале от 4 до 35 мол.%, и крахмальный компонент, который представляет собой разложившийся неионный крахмал.
17. Способ по п. 16, отличающийся тем, что катионное вещество в первой упрочняющей композиции содержит катионный крахмал или, по меньшей мере, один катионный синтетический полимер или смесь катионного крахмала и одного или нескольких катионных синтетических полимеров.
18. Способ по п. 17, отличающийся тем, что катионный синтетический полимер выбирается из группы, которую составляют сополимеры (мет)акриламида и катионных мономеров; глиоксилированный полиакриламид; поливиниламин; N-винилформамид; сополимер акриламида и хлорида диаллилдиметиламмония (DADMAC); эпигалогидрин полиамидоамина и любые из их смесей.
19. Способ по п. 17 или 18, отличающийся тем, что катионный синтетический сополимер представляет собой сополимер, образующийся из более чем 20 мол.% неионных мономеров и от 3 до 30 мол.%, предпочтительно от 5 до 20 мол.%, предпочтительнее от 6 до 10 мол.% катионных мономеров.
20. Способ по пп. 17-19, отличающийся тем, что катионный синтетический полимер имеет среднюю молекулярную массу, составляющую от 200000 до 6000000 г/моль, предпочтительно от 300000 до 3000000 г/моль, предпочтительнее от 500000 до 2000000 г/моль, еще предпочтительнее от 600000 до 950000 г/моль.
21. Способ по любому из предшествующих пп. 16-20, отличающийся тем, что катионное вещество имеет плотность заряда, составляющую от 0,05 до 5 мэкв/г, предпочтительно от 0,1 до 3 мэкв/г, предпочтительнее от 0,3 до 2 мэкв/г, еще предпочтительнее от 0,5 до 1,4 мэкв/г при pH 7.
22. Способ по любому из пп. 16-21, отличающийся добавлением первой упрочняющей композиции в волокнистый материал в количестве, составляющем от 0,2 до 15 кг/т, предпочтительно от 0,4 до 9 кг на 1 т изготовленной бумаги, предпочтительнее от 1 до 5 кг на 1 т изготовленной бумаги в пересчете на сухой продукт.
23. Способ по любому из пп. 16-22, отличающийся тем, что вторая упрочняющая композиция содержит от 0,1 до 20 мас.%, предпочтительно от 0,5 до 10 мас.%, предпочтительнее от 0,7 до 4 мас.% анионного гидрофильного полимера и от 80 до 99,9 мас.%, предпочтительно от 90 до 99 мас.%, предпочтительнее от 96 до 99 мас.% крахмала.
24. Способ по п. 16, отличающийся тем, что в качестве анионного мономера выбираются ненасыщенные монокарбоновые или дикарбоновые кислоты.
25. Способ по любому из предшествующих пп. 16-24, отличающийся тем, что анионный гидрофильный полимер второй упрочняющей композиции имеет среднюю молекулярную массу, составляющую от 350000 до 950000 г/моль.
26. Способ по любому из предшествующих пп. 16-25, отличающийся тем, что анионный гидрофильный полимер второй упрочняющей композиции образуется из более чем 20 мол.% неионных мономеров и от 4 до 17 мол.% анионных мономеров.
27. Способ по любому из предшествующих пп. 16-26, отличающийся тем, что волокнистый материал содержит, по меньшей мере, от 10 до 30%, предпочтительнее от 11 до 19% неорганического минерального наполнителя, измеряемого по зольности при 525°C.
28. Способ по любому из предшествующих пп. 16-27, отличающийся тем, что волокнистый материал содержит, по меньшей мере, 20 мас.%, предпочтительно, по меньшей мере, 50 мас.% волокон, получаемых из макулатурной бумаги или картона.
29. Способ по любому из пп. 16-28, отличающийся нанесением второй упрочняющей композиции на волокнистое полотно в таком количестве, что анионный гидрофильный полимер наносится на полотно в количестве, составляющем от 0,1 до 5 кг/т, предпочтительно от 0,2 до 3 кг/т, предпочтительнее от 0,5 до 2 кг/т.
