專(zhuān)利名稱(chēng)：紙、紙板和卡片紙板的生產(chǎn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生產(chǎn)紙、紙板和卡片紙板的方法，該方法通過(guò)剪切紙料、在最后的剪切階段之后、流漿箱之前將含陽(yáng)離子聚合物和細(xì)微無(wú)機(jī)組分的微顆粒體系加入紙料、使紙料瀝干形成薄片并干燥薄片的步驟實(shí)施。
非離子或陰離子聚合物和膨潤(rùn)土的組合用作造紙中的助留劑公開(kāi)于例如US-A-3,052,595和EP-A-0017353中。
EP-A-0223223公開(kāi)的紙和紙板的生產(chǎn)方法為將紙料瀝干，首先將膨潤(rùn)土加入稠度為2.5到5重量％的紙料，稀釋紙料，加入電荷密度至少為4meq/g的高陽(yáng)離子聚合物，最后，加入基于丙烯酰胺的高分子量聚合物并在徹底混合后將這樣得到的紙漿瀝干。
根據(jù)EP-A-0235893公開(kāi)的造紙方法，首先將基本直鏈的分子量大于500000的合成陽(yáng)離子聚合物計(jì)量加入纖維懸浮液中，其加入量大于0.03重量％(基于干燥紙料計(jì)算)，然后對(duì)混合物進(jìn)行剪切場(chǎng)處理，將初始形成的絮狀物分成帶正電荷的微小絮狀物，計(jì)量加入膨潤(rùn)土，將這樣得到的紙漿瀝干而不用另外的剪切力處理。
EP-A-0335575敘述的造紙方法中，將兩種不同的水溶性陽(yáng)離子聚合物相繼加入紙漿中，紙漿至少經(jīng)一個(gè)剪切階段之后，加入膨潤(rùn)土使之絮凝。
EP-A-0885328描述了一種造紙方法，陽(yáng)離子聚合物首先計(jì)量加入纖維水懸浮液中，所得混合物經(jīng)剪切場(chǎng)的作用，然后加入活化膨潤(rùn)土分散體，將這樣得到的紙漿瀝干。
EP-A-0711377公開(kāi)了另一種造紙方法。其中，將合成的陽(yáng)離子高分子量聚合物加入稠原料纖維懸浮液中。在將絮凝的稠原料稀釋之后并在瀝干之前，加入由無(wú)機(jī)絮凝劑和/或第二種低分子量且高陽(yáng)離子的水溶性聚合物。
EP-A-0910710敘述了紙和卡片紙板的生產(chǎn)方法，一種低分子量或中等分子量的基于聚氮丙啶或聚乙烯胺的陽(yáng)離子聚合物，和此后的一種高分子量的陽(yáng)離子聚合物，如聚丙烯酰胺，聚乙烯胺或陽(yáng)離子淀粉，相繼加入紙漿中，在紙漿經(jīng)歷至少一個(gè)剪切階段的處理之后，加入膨潤(rùn)土使其絮凝并將紙料瀝干。
EP-A-0608980公開(kāi)了在制紙過(guò)程中將陽(yáng)離子助留劑計(jì)量加入稠紙料。在US-A-5,393,381、WO-A-99/66130和WO-A-99/63 159之中，公開(kāi)了另外一種紙和卡片紙板的生產(chǎn)方法，該方法類(lèi)似地使用了含陽(yáng)離子聚合物和膨潤(rùn)土的微顆粒體系。所用陽(yáng)離子聚合物是水溶性支化聚丙烯酰胺。
WO-A-01/34910敘述了一種造紙方法，其中將多聚糖或合成高分子量聚合物計(jì)量加入紙料懸浮液中，然后必須將紙料機(jī)械剪切。通過(guò)計(jì)量加入無(wú)機(jī)組分，如二氧化硅、膨潤(rùn)土或粘土和一種水溶聚合物進(jìn)行絮凝。
US-A-6,103,065公開(kāi)了改進(jìn)紙料的保留和瀝干的方法，將一種分子量100000到2百萬(wàn)且電荷密度大于4.0meq/g的陽(yáng)離子聚合物在最后的剪切之后加入紙料中，將一種分子量至少2百萬(wàn)、電荷密度小于4.0meq/g的聚合物同時(shí)或者隨后加入，而后計(jì)量加入膨潤(rùn)土。在這種方法中，不要求必須在聚合物加入后對(duì)紙料剪切。在聚合物和膨潤(rùn)土加入后，可以使紙漿瀝干、形成片而無(wú)需另外的剪切力作用。
在已知的微顆粒體系用作助留劑的造紙方法中，需要比較大量的聚合物和膨潤(rùn)土。在那些電荷密度大于4.0的陽(yáng)離子聚合物的存在是必須的的方法中，會(huì)產(chǎn)生趨于黃色的紙。
本發(fā)明的目的是提供另一種造紙方法，它使用微顆粒體系，和與已知的方法相比較少的聚合物和膨潤(rùn)土，同時(shí)改善了保留和瀝干，并且所得紙的變黃趨勢(shì)較小。
我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這一目的可以根據(jù)本發(fā)明通過(guò)以下生產(chǎn)紙、紙板和卡片紙板的方法達(dá)到剪切紙料，在最后剪切階段之后、流漿箱之前向紙料中加入含有陽(yáng)離子聚合物和細(xì)微無(wú)機(jī)組分的微顆粒體系以制備紙料，瀝干燥紙料并形成薄片和干燥薄片，如果在微顆粒體系中的陽(yáng)離子聚合物使用平均摩爾質(zhì)量Mw各自為至少500000道爾頓、電荷密度各自為不大于4.0meq/g的陽(yáng)離子聚丙烯酰胺、含乙烯胺單元的聚合物和/或聚二烯丙基二甲基氯化銨，則用作助留劑的微顆粒體系中不含電荷密度大于4.0meq/g的聚合物。
所有各種等級(jí)的紙例如卡片紙板、單層/多層折疊紙箱板、單層/多層襯墊、溝槽介質(zhì)、報(bào)紙用紙、書(shū)寫(xiě)介質(zhì)和印刷紙、天然凹板紙、輕型著色紙，都可以用這種新方法生產(chǎn)。為了生產(chǎn)這些紙，可以從例如碎木、熱機(jī)械紙漿(TMP)、化學(xué)熱機(jī)械紙漿(CTMP)、壓力碎木(PGW)、機(jī)械紙漿和亞硫酸鹽和硫酸鹽紙漿開(kāi)始。紙漿可以是短纖維的或也可以是長(zhǎng)纖維的。可以制出很白的紙的無(wú)木級(jí)產(chǎn)品的生產(chǎn)更適宜于采用這種新方法。
如果需要的話，紙中可以含有最高40，通常是5到35重量％的填料。適宜的填料有例如二氧化鈦、天然的和沉淀的白堊、滑石、高嶺土、緞光白、硫酸鈣、硫酸鋇、粘土和氧化鋁。
根據(jù)本發(fā)明，微顆粒體系由陽(yáng)離子聚合物和細(xì)微的陰離子組分構(gòu)成。適宜的陽(yáng)離子組份是陽(yáng)離子聚丙烯酰胺、含有乙烯胺單元的聚合物、聚二烯丙基二甲基氯化銨、或這些聚合物的混合物。其平均摩爾質(zhì)量Mw都是至少500000道爾頓，電荷密度都不大于4.0meq/g。平均摩爾質(zhì)量Mw至少5百萬(wàn)道爾頓，電荷密度0.1-3.5meq/g的陽(yáng)離子聚丙烯酰胺以及可由含乙烯基甲酰胺單元的聚合物水解而得的聚乙烯胺是特別優(yōu)選的，乙烯基甲酰胺單元的水解度從20到100mol％，聚乙烯胺平均摩爾質(zhì)量至少2000000道爾頓。聚乙烯胺優(yōu)選通過(guò)乙烯基甲酰胺均聚物水解制備，水解度是例如70％-95％。
陽(yáng)離子聚丙烯酰胺是例如可從丙烯酰胺與游離堿形式的堿性丙烯酰胺或至少一個(gè)二C1-到C2-烷基氨基-C2-到C4-烷基的(甲基)丙烯酸酯的、與有機(jī)或無(wú)機(jī)酸的鹽的、或與用烷基鹵化物季銨化的化合物的共聚而得到的共聚物。這樣的化合物的例子是甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯、甲基丙烯酸二乙基氨基乙酯、丙烯酸二甲基氨基乙酯、丙烯酸二乙基氨基乙酯、甲基丙烯酸二甲基氨基丙酯、丙烯酸二甲基氨基丙酯、甲基丙烯酸二乙基氨基丙酯、丙烯酸二乙基氨基丙酯和/或二甲基氨基乙基甲基丙烯酰胺。另外的陽(yáng)離子聚丙烯酰胺和含乙胺單元的聚合物參見(jiàn)與本領(lǐng)域有關(guān)的出版物，例如EP-A-0910701、US-A-6,103,065。直鏈或支化的聚丙烯酰胺都可以使用。這些聚合物是商品。通過(guò)例如丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺與至少一種陽(yáng)離子單體在少量交聯(lián)劑的存在下共聚制得的支化聚合物描述于例如US-A-5,393,381、WO-A-99/661310、WO-A-99/66159等與本領(lǐng)域有關(guān)的出版物中。
另一些適宜的陽(yáng)離子聚合物是平均摩爾質(zhì)量至少是500000，優(yōu)選至少1百萬(wàn)道爾頓的聚二烯丙基二甲基氯化銨(聚DADMAC)。這種類(lèi)型的聚合物是商品。
微顆粒體系的陽(yáng)離子聚合物的加入紙料的量從0.005到0.5重量％，優(yōu)選0.01到0.2重量％。
適宜的微顆粒體系的無(wú)機(jī)組分是例如膨潤(rùn)土、膠態(tài)二氧化硅、硅酸鹽和/或碳酸鈣，膠態(tài)二氧化硅應(yīng)被理解為基于硅酸鹽的產(chǎn)品，如二氧化硅微顆粒凝膠、二氧化硅溶膠、聚硅酸鹽、鋁硅酸鹽、硼硅酸鹽、聚硼硅酸鹽、粘土或沸石。碳酸鈣可以以例如白堊、研磨碳酸鈣或沉淀碳酸鈣的形式用作微顆粒體系的無(wú)機(jī)組分。膨潤(rùn)土一般理解為在水中膨脹的片狀硅酸鹽。這些特別是粘土礦蒙脫石和相似的粘土礦，例如綠脫石、鋰蒙脫石、皂石、鋅蒙脫石、貝得石、allervardite、伊利石、埃洛石、硅鎂土和海泡石。優(yōu)選將這些片狀的硅酸鹽在用前活化，即將其轉(zhuǎn)化成在水中可膨脹的，方法是用堿水處理這些片狀硅酸鹽，例如用氫氧化鈉水溶液、氫氧化鉀水溶液、硅酸鈉水溶液或碳酸鉀水溶液處理這些片狀硅酸鹽。微顆粒體系中優(yōu)選使用的無(wú)機(jī)組分是用氫氧化鈉處理的膨潤(rùn)土。用氫氧化鈉溶液處理的分散在水中的膨潤(rùn)土的小片的直徑是例如1到2μm，其厚度是約1nm。取決于類(lèi)型和活化，膨潤(rùn)土的比表面積是60到800m2/g。典型的膨潤(rùn)土描述于例如EP-B-0235893中。在制紙過(guò)程中，膨潤(rùn)土加入纖維素懸浮液的典型的形式是膨潤(rùn)土水料漿。這種膨潤(rùn)土料漿可以含最多10重量％的膨潤(rùn)土，一般，料漿含有約3-5％的膨潤(rùn)土。
所用的膠態(tài)二氧化硅可以是以硅為基礎(chǔ)的顆粒的產(chǎn)品、二氧化硅微凝膠、二氧化硅溶膠、鋁硅酸鹽、硼硅酸鹽、聚硼硅酸鹽及沸石。它們的比表面積是50-1000m2/g，平均顆粒度分布是1-250nm，通常是40-100nm。這樣的組分的制備可見(jiàn)于例如EP-A-0041056、EP-A-0185068及US-A-5176891。
粘土和高嶺土是含水鋁硅酸鹽，其具有薄片狀結(jié)構(gòu)。其晶體具有層狀結(jié)構(gòu)，其縱橫比(直徑對(duì)厚度的比)可達(dá)30∶1。其顆粒度是至少50％的顆粒小于2μm。
所用碳酸鹽，優(yōu)選碳酸鈣，可以是研磨碳酸鈣(GCC)或沉淀碳酸鈣(PCC)。GCC采用研磨助劑磨碎并分級(jí)而制得。其顆粒度為40-95％的粒子小于2μm，其比表面積為6-13m2/g。PCC是通過(guò)將二氧化碳通入氫氧化鈣溶液而制得。平均顆粒度是0.003-0.6μm。比表面積受沉淀?xiàng)l件選擇的影響很大。其值約為6-13m2/g微顆粒體系的無(wú)機(jī)組分加入紙料中的量從0.01到1.0重量％，優(yōu)選0.1到0.5重量％紙漿的稠度是例如1到100，優(yōu)選4到30g/升。纖維水懸浮液至少經(jīng)過(guò)一個(gè)剪切階段。其至少通過(guò)一次清潔，混合和/或泵送階段，紙漿的剪切可以在例如制漿機(jī)、篩或精制機(jī)中進(jìn)行。在最后的剪切階段之后、流漿箱之前，根據(jù)本發(fā)明，將微顆粒體系計(jì)量加在金屬絲上。這里，特別優(yōu)選的程序是向已經(jīng)過(guò)剪切的紙料中首先計(jì)量加入微顆粒物料的陽(yáng)離子聚合物，然后加入無(wú)機(jī)組分。但也可先加入微顆粒體系的無(wú)機(jī)組分、再加入陽(yáng)離子聚合物，也可以將這兩種組分同時(shí)加入紙料中。然后，紙料在金屬絲上瀝干形成片狀物而無(wú)需另外的剪切力作用。紙片狀物然后被干燥。
除微顆粒體系之外，常用于造紙的化學(xué)品也可以按通常的量加入紙料中，例如固定劑、干強(qiáng)度劑和濕強(qiáng)度劑、工業(yè)膠水(Masseleimungsmittel)、殺菌劑和染料。
與已知的方法相比，新方法使細(xì)料、填料及加工化學(xué)品如淀粉、染料、濕強(qiáng)度劑的保留增加，瀝干速度得以改善，而對(duì)成形和紙的性質(zhì)沒(méi)有負(fù)面影響。而且，對(duì)纖維的回收顯著改善，因此減輕了廢水處理設(shè)備的壓力。
在實(shí)施例中，百分?jǐn)?shù)指重量百分?jǐn)?shù)，除非以上下文中可以明顯知道是另外的意思。
首次通過(guò)保留(FP保留)的測(cè)定方法是計(jì)算白水中固體的量與流漿箱中固體含量之比。以百分?jǐn)?shù)表示。
FPA保留(首次通過(guò)灰分保留)的測(cè)定與FP保留相似，但僅計(jì)算灰分。
實(shí)施例1含無(wú)木漂白紙漿的紙料(稠度為7g/升，填料含量為30％碳酸鈣)用帶有混合成形器的Fourdrinier機(jī)器進(jìn)行加工，以制備書(shū)寫(xiě)和印制質(zhì)量的紙?；旌虾图羟械陌才湃缦禄旌舷?，稀釋至7g/升，混合泵，清潔機(jī)，流漿箱泵，篩和流漿箱。每小時(shí)生產(chǎn)32噸紙。
在篩(在流漿箱之前的最后剪切階段)之后，首先，計(jì)量加入270g/t的商品大分子量陽(yáng)離子聚丙烯酰胺(Polymin PR 8140，平均摩爾質(zhì)量Mw7百萬(wàn))和2500g/t的膨潤(rùn)土。FP保留是81.5％，F(xiàn)PA保留為60.2％對(duì)比例1除了在篩和泵之前計(jì)量加入410g/t陽(yáng)離子聚丙烯酰胺、在篩之后、流漿箱之前計(jì)量加入3000g/t膨潤(rùn)土之外，重復(fù)實(shí)施例。為了使成形象實(shí)施例中一樣好，這樣的加入量是必要的。這時(shí)，F(xiàn)P保留為79.9％，F(xiàn)PA為59.1％。
實(shí)施例的結(jié)果和對(duì)比例的結(jié)果進(jìn)行比較可見(jiàn)，聚合物節(jié)省30％，膨潤(rùn)土節(jié)省17％。在同樣好的成形時(shí)，本發(fā)明的實(shí)施例的保留可以得到改善，在金屬絲上瀝干的改進(jìn)約10％。
實(shí)施例2包含有碎木和化學(xué)紙漿的含木紙料(其稠度是7g/升，由1∶1的粘土和碳酸鈣混合物組成30％的填料含量)由具有窄縫成形器的制紙機(jī)加工以制造LWC質(zhì)量的紙。所用混合和剪切設(shè)備的安排如下混合箱、稀釋、脫色、泵、篩、流漿箱。每小時(shí)生產(chǎn)30噸紙。
在篩(在流漿箱前的最后剪切階段)之后，首先將200g/t的商品大分子量陽(yáng)離子聚丙烯酰胺(Polymin KP 2520，平均摩爾質(zhì)量Mw 5百萬(wàn))及1400g/升的膨潤(rùn)土加入。FP保留是69％，F(xiàn)PA保留是40％。
對(duì)比例2除了280g/t的陽(yáng)離子聚丙烯酰胺在泵和篩之前加入，1400g/t的膨潤(rùn)土在篩之后、流漿之箱前加入以外，重復(fù)實(shí)施例2。為了達(dá)到同樣好的保留，這樣的加入量是必要的。這時(shí)，F(xiàn)P保留為69％，F(xiàn)PA為40％將實(shí)施例2的結(jié)果與對(duì)比例2的結(jié)果進(jìn)行比較可見(jiàn)，聚合物的節(jié)省約30％，盡管在實(shí)施例2中使用的助留劑比在對(duì)比例2中更少，但在實(shí)施例2中可得到同樣好的成形和同樣好的紙的性質(zhì)。
權(quán)利要求
1.制造紙、紙板和卡片紙板的方法，該方法通過(guò)剪切紙料、在最后的剪切階段之后、流漿箱之前向紙料中加入含有陽(yáng)離子聚合物和細(xì)微無(wú)機(jī)組分的微顆粒體系、瀝干燥紙料而形成薄片而并干燥薄片實(shí)施，其中將平均摩爾質(zhì)量Mw各自為至少500000道爾頓、電荷密度各自為不大于4.0meq/g的陽(yáng)離子聚丙烯酰胺、含乙烯胺單元的聚合物和/或聚二烯丙基二甲基氯化銨作為微顆粒體系的陽(yáng)離子聚合物，用作助留劑的微顆粒體系不含電荷密度不大于4.0meq/g的聚合物。
2.權(quán)利要求1的方法，其中將平均摩爾質(zhì)量Mw至少為5百萬(wàn)道爾頓、電荷密度0.1到3.5meq/g的陽(yáng)離子聚丙烯酰胺用作微顆粒體系的陽(yáng)離子聚合物。
3.權(quán)利要求1的方法，其中將可由含乙烯基甲酰胺單元的聚合物水解而得到、乙烯基甲酰胺單元的水解度為從20到100％并且所用聚乙烯基甲酰胺的平均摩爾質(zhì)量至少為2百萬(wàn)道爾頓的聚乙烯胺用作微顆粒體系的陽(yáng)離子聚合物。
4.權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)的方法，其中微顆粒體系的陽(yáng)離子聚合物加入紙料中的量以干燥紙料為基礎(chǔ)計(jì)算從0.005到0.5重量％。
5.權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)的方法，其中微顆粒體系的陽(yáng)離子聚合物加入紙料中的量以干燥紙料為基礎(chǔ)計(jì)算從0.01到0.2重量％。
6.權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)的方法，其中將至少一種膨潤(rùn)土、膠態(tài)二氧化硅、硅酸鹽和/或碳酸鈣用作微顆粒體系的無(wú)機(jī)組分。
7.權(quán)利要求1至6中任意一項(xiàng)的方法，其中微顆粒體系的無(wú)機(jī)組分加入紙料中的量以干燥紙料為基礎(chǔ)計(jì)算從0.01到1.0重量％。
8.權(quán)利要求1至7中任意一項(xiàng)的方法，其中微顆粒體系的無(wú)機(jī)組分加入紙料中的量以干燥紙料為基礎(chǔ)計(jì)算從0.1到0.5重量％。
9.權(quán)利要求1至8中任意一項(xiàng)的方法，其中，首先將微顆粒體系的陽(yáng)離子聚合物計(jì)量加入紙料，然后將微顆粒體系的無(wú)機(jī)組分計(jì)量加入紙料之中。
全文摘要
通過(guò)以剪切紙料、在最后的剪切階段之后、流漿箱之前將含陽(yáng)離子聚合物和細(xì)微無(wú)機(jī)組分的微顆粒體系加入紙料之中、瀝干紙料而形成薄片、干燥薄片的方法紙?jiān)旒?、紙板和卡片紙板，其中將平均摩爾質(zhì)量Mw各自至少500000道爾頓且電荷密度各自不4.0meq/g的陽(yáng)離子聚丙烯酰胺、含乙烯胺單元的聚合物和/或聚二烯丙基二甲氯化銨用作微顆粒體系的陽(yáng)離子分子。
文檔編號(hào)D21H17/45GK1675432SQ03818989
公開(kāi)日2005年9月28日 申請(qǐng)日期2003年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月7日
發(fā)明者R·布盧姆, R·赫梅爾, N·馬爾, R·洛爾斯 申請(qǐng)人:巴斯福股份公司