專利名稱:在造紙過程中使用的微粒體系中的二氧化硅-酸性膠體混合物的制作方法
背景技術(shù):
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種在紙產(chǎn)品如紙或紙板的制備過程中用作助劑的、改進(jìn)的微粒體系,所述體系在留著率,濾水性,以及紙頁勻度方面具有改善的性能。更具體地說,本發(fā)明涉及包含在微粒體系中作為無機(jī)顆粒料的二氧化硅-酸性膠體的微粒體系。
背景技術(shù):
說明在紙或紙板的生產(chǎn)過程中,將稱之為“配料”或“漿料”的稀的含水組合物噴至稱之為“長網(wǎng)”的運(yùn)動的網(wǎng)目上。通過該長網(wǎng)使該組合物的固體成份如纖維素纖維和無機(jī)顆粒填料進(jìn)行濾水或過濾,從而形成紙頁。留著在長網(wǎng)上的固體材料的百分比稱之為造紙過程的“首次通過留著率”(FPR)。在造紙過程使用助濾劑,助留劑以及成形助劑(D/R/F)。
據(jù)信,留著率隨不同的機(jī)理而變化,所述機(jī)理如機(jī)械夾帶物的過濾,靜電吸引,以及配料中纖維和填料之間的橋連。由于纖維素纖維和許多常用的填料均帶負(fù)電,因此,它們相互排斥。一般來說,能增強(qiáng)留著率的唯一的因素是機(jī)械夾帶物。因此,通常使用助留劑來改善纖維和填料在長網(wǎng)上的留著率。細(xì)小纖維和填料的留著率,對于造紙機(jī)是十分重要的,以便保證截留紙頁中膠體施膠的顆粒。首次通過留著率(FPR)測量該留著程序的能力。以前一直將膠體二氧化硅用作堿性高級紙張的助濾劑中的微粒。當(dāng)正確使用時(shí),通過形成截留膠體材料的微絮凝物,二氧化硅能增強(qiáng)細(xì)小纖維和填料的留著率,并且能使紙漿迅速脫水。
濾水與形成紙頁時(shí)從配料中除去的速率有關(guān)。濾水通常指的是在形成紙頁之后對紙頁的壓榨之前所發(fā)生的脫水。因此,助濾劑用來改善生產(chǎn)紙或紙板時(shí)總的脫水效率。
成形涉及在造紙過程中生產(chǎn)的紙張或紙板勻度。勻度通常由紙頁內(nèi)透光率差來評估。透光率差大表明“差”的勻度,而透光率小的話表明“良好”的勻度。一般來說,留著率增加,勻度值通常將從良好的勻度降至差的勻度。
應(yīng)理解的是,出于種種原因,特別希望的是在留著率和濾水方面以及在紙或紙板成形性能方面的改進(jìn),其中最為重要的原因是生產(chǎn)率。良好的留著率和濾水率使得紙機(jī)能更快地運(yùn)行,并減少紙機(jī)故障。良好的紙頁勻度將減少廢紙量。這些改進(jìn)通過使用助留劑和助濾劑而實(shí)現(xiàn)。助留劑和助濾劑通常是用來使存在于配料中的細(xì)小固體材料絮凝從而改善造紙過程中這些參數(shù)的添加劑。使用所述添加劑受絮凝作用對紙頁勻度的影響所限制。如果添加太多的助留劑,細(xì)小固體材料絮凝物的尺寸將增加,然后這通常將改變紙頁的密度,如上所述,這可能將導(dǎo)致所謂的“差”的紙頁勻度。由于過度絮凝最終可能會在紙頁中形成孔洞并在造紙過程的隨后脫水階段中損失真空壓力,因此,過度絮凝還將影響濾水。通常,在紙機(jī)的濕部將助留劑和助濾劑添加至配料中,并且它們通常有三種類型,即(a)單一聚合物;(b)雙組分聚合物;或(c)可以與絮凝劑和/或凝結(jié)劑一起使用的微粒體系。
作為助留劑和助濾劑,微粒體系通常會給出最好的結(jié)果,并且在現(xiàn)有技術(shù)已有廣泛的描述。微粒體系出版物的例子包括EP-B-235,893,其中,以特定的添加順序,連同HMW陽離子聚合物一起,將膨潤土用作無機(jī)材料;WO-A-94/26972,其中披露了乙烯基酰胺聚合物與各種無機(jī)材料如二氧化硅,膨潤土,粘土之一,和有機(jī)材料一起使用;WO-A-97/16598中披露了各種陽離子聚合物一起使用的高嶺土;和EPO805234,其中膨潤土,二氧化硅,或丙烯酸酯聚合物與陽離子分散體聚合物一起使用。
US4,305,781和4,753,710披露了將HMW非離子和離子聚合物與膨潤土一起使用,以便幫助造紙過程的脫水和留著作用。US4,388,150和4,385,961說明了使用陽離子淀粉和膠體二氧化硅。US4,643,801和4,750,974描述了在造紙過程中使用陽離子淀粉,陰離子HMW聚合物,和膠體二氧化硅。US5,185,062描述了相當(dāng)于帶HMW陽離子絮凝劑的微粒的陰離子聚合物。US5,167,766教導(dǎo)了在造紙過程中將帶電荷的有機(jī)聚合物微珠用作微粒。
在紙張中使用蜜胺一甲醛(MF)酸性膠體作為濕強(qiáng)度劑是熟知的。這可參考TAPPI???9的“紙和紙板的濕強(qiáng)度”(C.S.Maxwell,J.P.Weidner,編輯)。US2,345,543描述了穩(wěn)定的蜜胺-甲醛酸性膠體的制備方法,而US2,485,080包括將尿素?fù)饺肟s合產(chǎn)物中。US2,559,220和2,986,489教導(dǎo)了用這些膠體來增加紙張的濕強(qiáng)度。US4,845,148描述了使用帶有丙烯酰胺的氨基-醛酸性膠體來增加紙張的干強(qiáng)度。US5,286,347描述了使用蜜胺-甲醛膠體用于造紙過程中的樹脂障礙控制。US4,461,858描述了使用用于紙張濕強(qiáng)度的聚乙烯醇-蜜胺甲醛膠體摻混物。US4,009,006教導(dǎo)了使用MF膠體和陰離子HMW聚合物使粗糖絮凝。US5,382,378描述了摻合在一起的膠體二氧化硅和蜜胺醛,尿素醛或蜜胺-尿素醛酸性膠體的組合物,用于從生產(chǎn)用水中收集油漆,油和潤滑脂,或色料。
微粒體系通常包含帶或不帶陽離子凝結(jié)劑的聚合物絮凝劑,和細(xì)小顆粒料。細(xì)小顆粒料可以是無機(jī)顆粒料,并且可以改進(jìn)絮凝劑的效率和/或能夠產(chǎn)生更小、更均勻的絮凝物。
為獲得更好的紙機(jī)操作性和/或獲得特定的最終使用紙張的性能,如用于更好適印性的改善的紙頁勻度,或改善的表面強(qiáng)度,盡管有若干種供紙廠使用的微粒體系,但確實(shí)仍需要改善紙張或紙板的改進(jìn)的微粒體系,所述紙張或紙板通過造紙過程中對濾水和留著率的改善和對成形紙頁成形性能的改善而得以改善。
發(fā)明概述本發(fā)明已滿足了上述的需要。本發(fā)明涉及一種在造紙過程中用作助留劑和助濾劑的微粒體系。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面,提供了一種紙張的生產(chǎn)方法,所述方法包括將作為助留劑和/或助濾劑的微粒體系添加至漿料或紙漿配料中,所述助留劑和/或助濾劑包含高分子量聚合物絮凝劑和無機(jī)顆粒料,其中無機(jī)顆粒料包含二氧化硅-酸性膠體摻混物,并且該摻混物包含膠體二氧化硅和酸性膠體。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面,提供了一種作為助留劑和/或助濾劑而添加至漿料或配料中的改進(jìn)的微粒體系,并且所述微粒體系包含高分子量聚合物絮凝劑和無機(jī)顆粒料,其中無機(jī)顆粒料包含二氧化硅-酸性膠體摻混物,并且該摻混物包含膠體二氧化硅和酸性膠體。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面,提供了一種具有在留著率,濾水和勻度方面改善性能的紙張或紙板,其中所述紙張或紙板通過將改進(jìn)的微粒體系添加至含水纖維素漿料或配料中而制得,其中微粒體系包含高分子量聚合物絮凝劑和無機(jī)顆粒料,所述無機(jī)顆粒料包含二氧化硅-酸性膠體摻混物,并且該摻混物包含膠體二氧化硅和酸性膠體。
本發(fā)明的第四方面涉及一種方法,在該方法中,通過形成含水纖維素漿料而制得紙張或紙板,該方法包括(a)在第一剪切階段之后,將高分子量聚合物絮凝劑添加至紙張配料的濃漿流中,(b)在第二剪切階段之后,將包含二氧化硅-酸性膠體摻混物的無機(jī)顆粒粒添加至紙張配料中,所述摻混物包含膠體二氧化硅和酸性膠體;(c)使紙張配料脫水形成紙頁;和(d)對紙頁進(jìn)行干燥。
所述酸性膠體可以由水溶性聚合物的水溶液組成,所述水溶性聚合物可以是蜜胺醛樹脂,尿素醛樹脂,或蜜胺-尿素醛樹脂,所述醛具有如下結(jié)構(gòu)式 式中R1選自直鏈或支鏈的C1-4烷基。優(yōu)選的是,所述酸性膠體為蜜胺甲醛的聚合物,但也可以是蜜胺-甲醛和尿素-甲醛的共聚物,或包含蜜胺醛的共聚物以及胺-醛類和烯屬不飽和單體的縮合物或共聚物。
在二氧化硅-酸性膠體摻混物中,在pH3.0或更低的酸性環(huán)境下,在總固體計(jì),酸性膠體和膠體二氧化硅的混合比相應(yīng)地從約99.5∶0.5至約0.5∶99.5。以配料中固體的干重量計(jì),二氧化硅-酸性膠體摻混物的含量從約0.0005%至約0.5%重量。
以配料中固體的干重量計(jì),高分子量聚合物絮凝劑的含量從約0.0025%至約1.0%重量,以配料中固體的干重量計(jì),二氧化硅-酸性膠體摻混物的含量從約0.0005%重量至約0.5%重量。高電荷密度陽離子凝結(jié)劑或中等分子量絮凝劑可以在第一剪切階段之前添加至配料中,并且在某些場合可以在添加二氧化硅-酸性膠體摻混物之前或之后添加。在某些場合,改變紙機(jī)中化學(xué)添加劑添加位置的順序可能是更為有益的。即二氧化硅-酸性膠體摻混物可以在第一剪切階段之前添加至漿料或配料中,而凝結(jié)劑或中等分子量的絮凝劑可以在第二剪要階段之后或之前添加,高分子量絮凝劑在第二剪切階段之后或之前添加。
附圖的簡要說明附圖是說明常用紙機(jī)部分和以優(yōu)選形式的本發(fā)明微粒體系組份添加位置的草圖。
發(fā)明詳述本發(fā)明涉及用作助留劑和/或助濾劑的微粒體系,該微粒體系特別是用于酸法和堿法高級紙張?jiān)旒堖^程中紙機(jī)的濕部。
在本發(fā)明中使用的術(shù)語“紙張”包括包含纖維素紙頁材料的產(chǎn)品,這些產(chǎn)品包括紙頁,紙板等。
本發(fā)明的“微粒體系”指的是用作絮凝劑的至少一種親水聚合物和在該體系中為微粒的無機(jī)顆粒料,以及可有可無的陽離子凝結(jié)劑或中等分子量絮凝劑的混合物。在本發(fā)明中,無機(jī)顆粒料為二氧化硅-酸性膠體摻混物。該混合物的各組份可以一起添加至待處理的漿料或配料中,但優(yōu)選的是單獨(dú)地添加以及按下面所述的順序添加。
本發(fā)明能利用常規(guī)的造紙機(jī)來實(shí)施。根據(jù)常規(guī)實(shí)踐,濾水形成紙頁的配料或“稀漿”常常通過稀釋濃漿來制備,所述濃漿通常通過摻混顏料或填料,合適的纖維,任何希望的增強(qiáng)劑和/或其它添加劑,以及可以是回用水的水在混合容器或漿池中制得??梢杂贸R?guī)的方式例如利用Vortex錐形除渣器清洗稀漿。通常,借助通過離心篩對稀漿進(jìn)行清洗。稀漿通常借助一臺或多臺稱之為混合漿泵的離心泵沿紙機(jī)泵送。例如,可以借助第一混合漿泵將稀漿泵送至離心篩。濃漿可通過水進(jìn)行稀釋,從而在進(jìn)入第一混合漿泵的位置之前或在第一混合漿泵之前形成稀漿,例如通過借助使?jié)鉂{和稀釋水通過混合泵。稀漿可以借助通過第二離心篩或壓力篩而進(jìn)一步清洗,并在紙機(jī)形成紙頁過程之前通過網(wǎng)前箱。
可以使用任何常規(guī)的紙張或紙板成形機(jī),例如平坦長網(wǎng)紙機(jī),雙網(wǎng)成形器,或圓網(wǎng)成形器或這些成形器的任何組合,來實(shí)施紙頁的成形過程。紙機(jī)的處理體系可以包含圖中所示的部件。這些部件包括混合漿泵1,壓力篩2,和網(wǎng)前箱3。濃漿可以通過水進(jìn)行稀釋,從而借助使?jié)鉂{和稀釋水通過混合泵(未示出),在濃漿進(jìn)入混合漿泵1之前形成稀漿。借助通過壓力篩2而清洗出稀漿中的雜質(zhì),并且在形成紙頁之前,將留在壓力篩2上的稀漿送至網(wǎng)前箱3中。
另外,所述附圖還說明了本發(fā)明微粒體系各組份的優(yōu)選添加位置。優(yōu)選的是,如果使用陽離子凝結(jié)劑或中等分子量(MMW)的絮凝劑,那么在稀漿通過混合漿泵1之前添加至稀漿中;所述混合漿泵按箭頭4所示方向運(yùn)行,而添加由箭頭5指示。如箭頭6所示,如稀漿排出混合漿泵1時(shí),將高分子量(HMW)絮凝劑聚合物添加至稀漿中,并且,如箭頭7所示,在稀漿排出壓力篩2時(shí),將二氧化硅-酸性膠體摻混物添加至稀漿中?;旌蠞{泵1和壓力篩2在紙機(jī)中將形成高剪切階段。
在本發(fā)明中,優(yōu)選在稀漿到達(dá)高剪切的最終位置之前添加微粒體系的HMW絮凝劑聚合物,并且最終的稀漿優(yōu)選例如在高剪切的最終位置處,優(yōu)選的是在添加本發(fā)明微粒體系的二氧化硅-酸性膠體摻混物之前進(jìn)行剪切。在附圖中,所示的HMW絮凝劑在稀漿運(yùn)行通過壓力篩2之前添加;而所示的二氧化硅-酸性膠體摻混物在漿料通過壓力篩2之后添加。
優(yōu)選的是,將本發(fā)明微粒體系的HMW絮凝劑聚合物添加至稀漿中(即所希望的固體含量不大于2%或至多為3%重量),而不添加至濃漿中。因此,可以將HMW絮凝劑聚合物直接添加至稀漿中,或可以添加至用來將濃漿轉(zhuǎn)化成稀漿的稀釋水中。
HMW絮凝劑聚合物包含用于使造紙配料中的固體,尤其是細(xì)小纖維絮凝的制劑。在本發(fā)明中使用的術(shù)語“細(xì)小纖維”意指分別在TAPPI測試方法T261和T269中定義的細(xì)小固體顆粒和纖維。
配料中細(xì)小纖維的絮凝可以通過HMW聚合物本身完成或通過其與高電荷密度陽離子凝結(jié)劑或MMW絮凝劑結(jié)合來完成。細(xì)小纖維的絮凝將使成形紙頁的纖維結(jié)構(gòu)中細(xì)小纖維具有更好的留著率,借此得到改善的脫水或?yàn)V水。
HMW絮凝劑是優(yōu)選通過其本身提供絮凝作用的聚合物。
適用于本發(fā)明的HMW絮凝劑聚合物例子包括分子量約100,000或更大,尤其是500,000或更大的那些聚合物。優(yōu)選的是,所述分子量在約1百萬以上,并且常常在約5百萬以上,最常用的是在一千萬至3千萬或更大。這些聚合物可以是線性的,支鏈的,陽離子的,陰離子的,非離子的,兩性的,或丙烯酰胺或其它非離子單體疏水改性的聚合物。
添加至本發(fā)明漿料或配料中的微粒體系的HMW絮凝劑的量可以是絮凝固體,尤其是細(xì)小纖維時(shí)足以給出實(shí)質(zhì)性作用的量,所述固體存在于配料中。所添加的水溶性聚合物的總量可以從約0.0025%至約1%,更優(yōu)選從約0.01%重量至約0.2%重量,最優(yōu)選從約0.0125%至約0.1%重量(基于存在于配料中固體干重量的聚合物的干重量)。添加可以一次或多次在一個(gè)或多個(gè)添加位置進(jìn)行,優(yōu)選的是,在產(chǎn)生高剪切作用的混合漿泵之后一次添加至稀漿流中。
希望的是,在添加本發(fā)明微粒體系的二氧化硅-酸性膠體摻混物之前,使由HMW聚合物絮凝劑形成的絮凝物經(jīng)受剪切作用。優(yōu)選的是,所述剪切作用由產(chǎn)生高剪切作用的壓力篩所產(chǎn)生。
在優(yōu)選的實(shí)施方案中,本發(fā)明的微粒料由二氧化硅-酸性膠體摻混物組成,如在前述US5,382,378中披露的那些組合物,在此將教導(dǎo)引入作為參考。例如,蜜胺醛,尿素醛,或蜜胺-尿素醛和膠體二氧化硅的摻混物包含本發(fā)明的二氧化硅-酸性膠體摻混物。正如US5,382,378中所述,硅溶膠是兩性二氧化硅不連續(xù)的、膠體大小顆粒于水溶液中的穩(wěn)定分散體。硅溶膠包含5-50%二氧化硅,并且粒徑小于1微米。硅溶膠的穩(wěn)定性取決于二氧化硅顆粒之間保持高的靜電排斥力。pH值必須呈堿性,以保持二氧化硅顆粒上的負(fù)電荷,從而防止聚集。膠體溶液在低pH下是不太穩(wěn)定的并且往往會發(fā)生膠凝。
用于本發(fā)明的合適的硅溶膠,其粒徑小于1微米,優(yōu)選為3-20納米,并且固含量為0.5%至50%重量。
在優(yōu)選的實(shí)施方案中,就微粒的酸性膠體組份而言,可以使用任何蜜胺醛類的聚合物。通過使用a)蜜胺或取代的蜜胺;和b)具有下式的醛來制備所述的這種聚合物 式中R1選自直鏈或支鏈的C1-4烷基。另外也可以使用二醛。所述二醛可以是包含2-8個(gè)碳原子的直鏈或環(huán)狀的二醛,并且它可以是C-取代的并包含雜原子。優(yōu)選的醛是甲醛,乙醛,丙醛,乙二醛,和戊二醛。最優(yōu)選的醛是甲醛。
上述組份a)與組份b)的摩爾比從約1∶1至約1∶10,優(yōu)選的摩爾比從約1∶3至1∶6。最優(yōu)選的摩爾比為約1摩爾蜜胺或其衍生物對約3摩爾醛。因此,最為優(yōu)選的聚合物由蜜胺和甲醛制備,并且蜜胺對甲醛的摩爾比約為1∶3。
本發(fā)明的蜜胺醛類聚合物不溶于水,但能保持在酸性溶液的膠體懸浮液中。盡管優(yōu)選鹽酸,但也能用任何酸或相容的酸混合物來制備本發(fā)明微粒料的蜜胺醛酸性膠體。在酸性懸浮液或溶液中,蜜胺醛型聚合物的活性含量應(yīng)從約0.1%至約20%,優(yōu)選從1%至約15%,最優(yōu)選從約4%至約12%。pH應(yīng)足夠低,即用含水無機(jī)酸或有機(jī)酸使之保持在1.0-2.5之間,以便使蜜胺醛型聚合物呈細(xì)膠體懸浮液。
適用于本發(fā)明的尿素醛型聚合物溶液是其中醛由前面定義的那些,最優(yōu)選的是尿素-甲醛溶液。尿素素對醛的摩爾比應(yīng)從1∶1至1∶10,最優(yōu)選的摩爾比從1∶3至1∶6。
蜜胺尿素醛共聚物溶液也可以用于本發(fā)明。這些溶液是根據(jù)如上所述醛組份,尿素,以及蜜胺或取代蜜胺而制備的。優(yōu)選的是蜜胺-尿素-甲醛共聚物溶液。適用于本發(fā)明的蜜胺-尿素-甲醛共聚物溶液包含1-70%摩爾的尿素,30-99%摩爾的蜜胺,以及對于在酸性含水介質(zhì)中每摩爾復(fù)合的蜜胺和尿素約14%摩爾的醛。用于本發(fā)明的共聚物溶液,其固含量從0.1-20%,優(yōu)選從1-12%。
酸性膠體可以是包含蜜胺醛的共聚物,和包括有氰尿二酰胺-醛,二氰基二酰胺醛,二胍-醛,尿素甲醛聚亞烷基聚胺,和聚酰脲的縮聚物。
通過使特定的醛與胺進(jìn)行反應(yīng)并在通常使用鹽酸的酸性條件下使該溶液進(jìn)行老化而制備酸性膠體。當(dāng)進(jìn)行老化,膠體顆粒將生長至20-200埃的大小。平均聚合度從10-20羥甲基化蜜胺單元。所述顆粒帶陽離子電荷,即某些仲胺單元被質(zhì)子化。膠體溶液在特性上呈藍(lán)色混濁狀。所述溶液以8-12%活性物的濃度儲存。該溶液可以僅由胺和醛組成,或可以是它們的衍生物。該溶液可以用醇,二醇,或其它含羥基的物質(zhì)進(jìn)行部分醚化。該溶液可以是蜜胺-甲醛和另外的氨基塑料的共縮聚物,共縮聚物然后能進(jìn)行醚化。該溶液可以是所述氨基塑料的混合物,它們?nèi)缓笥脕硇纬伤嵝阅z體。形成膠體的氨基塑料也可以是烯屬不飽和單體如丙烯酰胺,丙烯酸二甲氨基乙酯,二烯丙基二甲基氯化銨(DADMAC),或甲基丙烯酰胺基丙基三甲基氯化銨等的共聚物。
在優(yōu)選的實(shí)施方案中,本發(fā)明微粒的組份以及制備方法類似于US5,382,378中所披露的,在此將其引入作為參考。利用10%鹽酸,首先將膠體二氧化硅溶液的pH降至1.3-2.0。然后在攪拌下添加酸性膠體溶液,例如蜜胺尿素醛共聚物。所得到的摻混物其pH約從1.0-3.0,優(yōu)選為1.5。該摻混物的總固含量從1.0-50%。在本發(fā)明中,就制備紙張或紙板而言,這些二氧化硅-酸性膠體摻混物作為濾水,留著,和形成紙頁程序用的微粒體系的一部分施用。
本發(fā)明微粒體系中,添加至紙張或配料中的微粒顆粒料的二氧化硅-酸性膠體的量,以配料中固體的干重量計(jì),從約0.0005%至約0.5%干重量,優(yōu)選從約0.005%至約0.25%干重量。添加可以一次或多次在一個(gè)或多個(gè)添加位置進(jìn)行,優(yōu)選的是,在附圖中壓力篩2之后添加,并且至少在壓力篩2和網(wǎng)前箱3之間添加。
本發(fā)明微粒體系的二氧化硅-酸性膠體摻混物包含膠體二氧化硅和酸性膠體,優(yōu)選的是蜜胺甲醛酸性膠體以及如上所述的衍生物。
添加HMW絮凝劑聚合物通常將在添加聚合物的紙張或配料中形成大的懸浮固體的絮凝物。這些大絮凝物通過高剪切力被立即或隨后破碎成現(xiàn)有技術(shù)中稱之為“微絮凝物”的很小的絮凝物。所述“高剪切力”可以借助使絮凝的配料通過附圖中的壓力篩2而產(chǎn)生。
水溶性凝結(jié)劑,其分子量通常低于在壓力篩2之前添加至漿料中的HMW絮凝劑的分子量,優(yōu)選的是,在漿料通過附
圖1混合漿泵1之前,將凝結(jié)劑添加至漿料中。所述凝結(jié)劑優(yōu)選為高電荷密度的陽離子聚合物。例如,如果凝結(jié)劑聚合物為含氮陽離子聚合物的話,其電荷密度以每公斤聚合物氮克當(dāng)量計(jì)可以約為0.2,優(yōu)選至少0.35,最優(yōu)選為0.4-2.5或更高。當(dāng)所述聚合物借助陽離子烯屬不飽和單體以及可有可無其它單體的聚合而形成時(shí),以用于形成聚合物的單體總量計(jì),陽離子單體的量通常約2%摩爾,常常約5%摩爾,優(yōu)選至少約10%摩爾。
合適的陽離子凝結(jié)劑包括聚二烯丙基二甲基氯化銨(P-DADMAC)、聚烷基胺、表氯醇與二甲胺和/或氨或其它伯胺和仲胺的陽離子聚合物、聚酰氨基胺、非離子單體,如丙烯酰胺與陽離子單體,如DADMAC或丙烯酰氧基乙基三甲基氯化銨的共聚物、氰基胍改性的尿素/甲醛/樹脂的聚合物、蜜胺/甲醛聚合物、尿素/甲醛聚合物、聚乙烯亞胺、陽離子淀粉、陽離子鋁鹽的單體和聚合物、具有凈陽離子電荷的兩性聚合物以及上述凝結(jié)劑的摻混物。
添加至漿料或材料中的本發(fā)明微粒體系的陽離子凝結(jié)劑聚合物的量可以是在對存在于紙張或配料中的固體進(jìn)行凝結(jié)時(shí)足以給出實(shí)質(zhì)性作用的量。以配料中固體的干重量計(jì),水溶性凝結(jié)劑聚合物的總量可以從約0.0025%-1.0%重量,更優(yōu)選從約0.005%-0.50%重量。
如果用MMW絮凝劑替代陽離子凝結(jié)劑,那么,所述絮凝劑可以在漿料通過混合漿泵1之前添加。適用于本發(fā)明的MMW絮凝劑的例子是重均分子量從500,000至約5百萬和6百萬之間的那些絮凝劑。該化學(xué)添加劑可以是丙烯酰胺或任何不飽和單體的共聚物。合適的MMW絮凝劑可以包括得自Calgon Corporation,PA的ECCatTM500共聚物。
MMW絮凝劑的量可以是在對存在于紙張或配料中的固體進(jìn)行凝結(jié)時(shí)足以給出實(shí)質(zhì)性作用的量。以配料中固體的干重量計(jì),MMW絮凝劑的總量可以從約0.0025%-1.0%重量。該劑量在每噸聚合物從0.01-5.0磅的范圍內(nèi)。
如上所述,陽離子凝結(jié)劑或MMW絮凝劑可以在混合漿泵之前添加至濃漿中,HMW絮凝劑聚合物可以在漿料通過混合漿泵1之后添加至稀漿中,而本發(fā)明的二氧化硅-酸性膠體摻混物可以在漿料通過附圖的壓力篩2之后添加至稀漿中。另外,這些化學(xué)添加劑還可以除附圖所示以外不同的順序添加至漿料中。即,可以在混合漿泵1之后添加二氧化硅-酸性膠體摻混物,在壓力篩2之后添加HMW絮凝劑,而在壓力篩2之前添加凝結(jié)劑或MMW絮凝劑。對于紙機(jī)的化學(xué)添加劑而言,還可以有其它加料位置的順序。
一開始的濃漿可以根據(jù)常規(guī)的造紙漿料來制備,所述漿料如傳統(tǒng)的化學(xué)漿,例如漂白和未漂硫酸鹽漿或亞硫酸鹽漿;機(jī)械漿,如磨木漿;熱磨機(jī)械漿;或化學(xué)熱磨機(jī)械漿;或回用紙漿,如由聚集或循環(huán)處理得到的脫墨廢料,纖維填料;以及它們的混合物。
用于本發(fā)明的配料或漿料,和最終的紙張可以不進(jìn)行大量的填充(例如在最終紙張中包含少于10%并且通常少于5%重量的填料),或用填料進(jìn)行填充,所述填料以配料中固體干重量計(jì)能提供至多50%的用量,或以紙張干重量計(jì)提供至多40%的用量。當(dāng)使用填料時(shí),其中可以使用任何常規(guī)白色顏料填料,如碳酸鈣,高嶺土,煅燒高嶺土,二氧化鈦,或滑石,或其組合。如果有填料的話,優(yōu)選用常規(guī)的方式并且在添加本發(fā)明微粒體系各組份之前摻入配料中。
用于本發(fā)明的配料或漿料可以包括其它已知的選擇性添加劑,如松香,明礬,中性施膠劑或光學(xué)增亮劑。配料還可以包括有增強(qiáng)劑或粘結(jié)劑,并且這些物質(zhì)例如可包含淀粉,如陽離子淀粉。配料的pH通常從約4-9。
纖維、填料以及其它添加劑,如增強(qiáng)劑或明礬的用量均為常用量。通常,稀漿的固含量從0.1-3%重量,或纖維含量從0.1-2%重量。稀漿通常的固含量從0.1-2%重量。所述這些百分比均以配料中固體干重量計(jì)。
如上所述,在本發(fā)明微粒體系中用作微粒料的二氧化硅-酸性膠體摻混物包含膠體二氧化硅和酸性膠體或其衍生物。優(yōu)選的是,酸性膠體由水溶性聚合物的水溶液組成,所述水溶性聚合物優(yōu)選是蜜胺醛,優(yōu)選是蜜胺一甲醛。在造紙過程中,該顆粒料容易分散于含水紙漿懸浮液中,從而增強(qiáng)最終紙產(chǎn)品的表面特性。
本發(fā)明者發(fā)現(xiàn),二氧化硅一酸性膠體摻混物與HMW絮凝劑一起,或者與凝結(jié)劑或MMW絮凝劑一起能增加濾水性能和留著率,并改善造紙過程中的紙頁勻度。
實(shí)施例下面的例子將更為詳細(xì)地說明本發(fā)明,但并不意味著對本發(fā)明的范圍以任何方式構(gòu)成限定。在這些實(shí)施例中,使用下列的產(chǎn)品聚合物A25%重量的活性丙烯酰胺-得自Calgon Corporation(Pittsburgh,PA)的丙烯酰氧基乙基三甲基氯化銨共聚物,包含約90%摩爾丙烯酰胺和約10%摩爾丙烯酰氧基乙基三甲基氯化銨。
聚合物B陰離子絮凝劑-得自Calgon Corporation(Pittsburgh,PA)的28%重量活性陰離子丙烯酰胺-丙烯酸共聚物,包含約70%摩爾丙烯酰胺和約30%摩爾丙烯酸。
聚合物C得自Calgon Corporation (Pittsburgh,PA)的,丙烯酰胺和二烯丙基二甲基氯化銨的中等分子量陽離子共聚物。
聚合物D得自Calgon Corporation(Pittsburgh,PA)的,丙烯酰胺、二烯丙基二甲基氯化銨和丙烯酸的中等分子量三元共聚物。
蜜胺-甲醛(MF)酸性膠體得自Calgon Corporation(Pittsburgh,PA)的8%活性物的溶液。
膠體二氧化硅得自DuPont(Wilmington,DE)的,15%活性物的溶液。
Carbital 60得自ECC International Inc.(Atlanta,GA)的無水重質(zhì)碳酸鈣。
Stalok_400(A.E.Staley的美國商標(biāo))和Interbond C得自A.E.Staley的陽離子淀粉。
Hercon 70得自Hercules,Inc.的AKD(烷基烯酮二聚體)施膠劑。實(shí)施例1-16-堿性高級紙張配料配料的制備制備合成堿性高級紙配料,并用于濾水和留著測試和制造手抄紙。所述配料利用下列組份進(jìn)行制備纖維50/50%(重量)漂白闊葉木牛皮紙漿/漂白針葉木牛皮紙漿。
填料50/50%(重量)重質(zhì)碳酸鈣(Carbital 60)/預(yù)沉淀碳酸鈣。
填料加料量以纖維固體計(jì)20%重量。
淀粉以纖維固體計(jì)0.5%重量(Interbond C)。
施膠劑0.25%重量Herxon 70(AKD)。
將干漿板紙漿浸泡在微熱的水中為時(shí)10分鐘,用水稀釋至2%重量固體的濃度,并用實(shí)驗(yàn)室規(guī)模Voith Allis Valley打漿機(jī)精磨或打漿至590毫升的加拿大標(biāo)準(zhǔn)游離度(CSF)。在該程序中,將淀粉,施膠劑,和填料添加至精制的漿液中。漿液的pH通常為7.5±0.3。用自來水進(jìn)一步將漿液稀釋至約1.0%重量的濃度,從而形成用于濾水和留著測試和用于抄造手抄紙的稀漿。該配料為用來制備印刷級和書寫級紙張的常用堿性高級紙張配料。
濾水測試步驟1.將在網(wǎng)前箱處為1%重量濃度的200毫升配料(2克)倒入正方形混合容器中并用自來水稀釋至500毫升。
2.為模擬第二混合漿泵入口,混合漿泵出口,以及壓力篩出口的化學(xué)劑添加,利用標(biāo)準(zhǔn)Britt Jar型螺旋槳混合器(1英寸直徑),在下列混合時(shí)間(秒)和速度(rpm)條件下混合這些組份時(shí)間度(rpm)添加劑 加料位置t01200 凝結(jié)劑 混合漿泵前t101200 絮凝劑 壓力篩前t20600D/R/F助劑 壓力篩后t30停止3.將混合容器中的內(nèi)含物轉(zhuǎn)移至500毫升的帶刻度濾水試管中,其中在底部裝有100目的篩網(wǎng)。將試管反轉(zhuǎn)5次以便保證漿料均勻。將試管底部的塞子除去并測量100,200,和300毫升洗脫體積的洗脫時(shí)間。對于未處理漿料的空白試驗(yàn),300毫升體積的洗脫時(shí)間優(yōu)選應(yīng)大于60秒。
4.對于未處理的空白試樣,以濾水時(shí)間為基礎(chǔ),按如下來計(jì)算通過處理所提供的濾水性能的改進(jìn) 留著率測試步驟(FPR,F(xiàn)PAR)TAPPI測試方法T2691.將500毫升網(wǎng)前箱稠度(1.0%)的配料倒入帶有70目篩的Britt Jar中,同時(shí)以1200rpm的速度對漿料進(jìn)行攪拌。
2.混合時(shí)間(秒)/速度(rpm)順序與上面濾水測試步驟所用的相同,以便模擬化學(xué)劑添加位置,改變之處如下在t30時(shí),打開底部旋塞閥并收集一開始的100毫升洗脫液。
3.使該洗脫液過濾通過4號Whatman濾紙并在105℃進(jìn)行干燥。
4.濾餅在600℃燃燒2小時(shí),以便確定灰分留著率。
手抄紙制備以及測試使用Noble&Wood手抄紙模具,制備定量為70克/米2的手抄紙。該裝置將生產(chǎn)出20cm×20cm的正方形手抄紙。在制備手抄紙時(shí)使用的混合時(shí)間/速度順序與濾水測試步驟所用的順序相同。將處理過的配料試樣倒入Noble&Wood手抄紙?jiān)旒垯C(jī)的定幅箱中,并利用本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員熟知的標(biāo)準(zhǔn)工藝制備手抄紙。
紙頁性能利用MK Systems勻度測試儀(M/K 95OR型)對手抄紙的勻度進(jìn)行測試。利用Technidyne Color Touch(ISO型)對亮度和不透明度進(jìn)行測量。
摻混物的制備根據(jù)下列步驟制備膠體二氧化硅-酸性膠體摻混物1.按表1的比例,計(jì)算膠體二氧化硅固體和酸性膠體固體的量,并就每一溶液稱量具體的重量加入獨(dú)立的燒杯中。
2.將連接pH計(jì)的pH探頭放入膠體二氧化硅溶液中。通過添加10%的鹽酸而將該溶液的pH降至約1.5。
3.在對膠體二氧化硅溶液進(jìn)行攪拌的同時(shí),將酸性膠體溶液添加至其中。
4.通過添加10%的鹽酸,將上述最終的摻混物(3)的pH調(diào)至1.5。
表1概括出了在實(shí)施例1-16中使用的二氧化硅-蜜胺甲醛(MF)摻混物各組份的比例。
表1摻混物概述
實(shí)施例1-7
表2示出了實(shí)施例1-7的濾水結(jié)果,而表3示出了實(shí)施例1-7的留著率結(jié)果。實(shí)施例2和4特別示出了利用4∶1二氧化硅-MF摻混物的效率。
濾水性實(shí)施例1-7中的劑量基于磅/噸干漿的活性物表示。表2中的數(shù)據(jù)示出了4∶1二氧化硅-MF摻混物在增加配料脫水速率方面的效率。正如實(shí)施例2所指出的,利用1.0磅/噸4∶1的摻混物將增加濾水性,即使用4∶1二氧化硅-MF摻混物的實(shí)施例2的濾水速率當(dāng)與實(shí)施例1相比時(shí)顯示出增加值,即與實(shí)施例1其39%的濾水速率相比,實(shí)施例2的濾水速率為57%。由表2中實(shí)施例3和4可以看出,當(dāng)4∶1二氧化硅-MF摻混物的劑量增加時(shí),濾水性將進(jìn)一步增加,即實(shí)施例3的63%和實(shí)施例4的68%。
在4∶1二氧化硅-MF摻混物的劑量(實(shí)施例4)與二氧化硅本身的劑量(實(shí)施例7)以2.0磅/噸相同的劑量時(shí),當(dāng)在混合漿泵入口處添加至配料中時(shí),實(shí)施例4將顯示出更佳的性能;實(shí)施例4中帶有更少量的淀粉,即與實(shí)施例7的15磅/噸相比,實(shí)施例4為5磅/噸。由于通過減少造紙?bào)w系中所需的淀粉用量,紙張制造者能節(jié)省費(fèi)用,因此,這將是意義重大的。
表24∶1摻混物-濾水性改進(jìn)
留著率表3示出了本發(fā)明4∶1二氧化硅-MF摻混物在濾水/留著率/勻度程序方面增加首次通過留著率(FPR)和首次通過灰分留著率(FPAR)的能力。利用上述的混合順序,使用Britt方法(TAPPI測試方法T269)測量留著率。沒有微粒料的實(shí)施例1,其FPR為85.2%。如實(shí)施例4所示,當(dāng)添加2.0磅/噸4∶1二氧化硅-MF摻混物時(shí),F(xiàn)PR將增加至92.0%,PAR將從61%(實(shí)施例1)增加至80.1%(實(shí)施例4)。FPR和FPAR的增加,對于紙張制造者來說是十分重要的因素,這樣的話,造紙過程可以變得更為有效,可以減少填料用量,并且紙頁的性能可以得到改善。另外,本發(fā)明的4∶1二氧化硅-MF摻混物還能使用更少的淀粉,與此同時(shí)取得與只使用二氧化硅的那些實(shí)施例相同的留著率結(jié)果,即與實(shí)施例6(二氧化硅)相比的實(shí)施例3(4∶1摻混物)。
表34∶1摻混物-留著率 實(shí)施例8-12,1∶1摻混物表4示出了實(shí)施例8-12的濾水結(jié)果,表5示出了實(shí)施例8-12的留著率結(jié)果。這些結(jié)果表明當(dāng)將表1的1∶1二氧化硅-MF摻混物的劑量從1.0磅/噸增加至2.0磅/噸時(shí),在濾水性和留著率的增強(qiáng)效率。1∶1摻混物,以及4∶1二氧化硅-MF摻混物相對于二氧化硅其作用類似,但淀粉用量更低,即與二氧化硅的15磅/噸相比,為5磅/噸。
表41∶1摻混物-濾水性改進(jìn) 表51∶1摻混物-留著率 實(shí)施例13-16,1∶4摻混物表6示出了實(shí)施例13-16的濾水結(jié)果,表7示出了實(shí)施例13-16的留著率結(jié)果。這些結(jié)果表明當(dāng)將表1的1∶4的二氧化硅-MF摻混物添加至DRF程序時(shí),濾水性和留著率的改進(jìn)。從表6和7還可以看出,當(dāng)使用本發(fā)明1∶4二氧化硅-MF摻混物時(shí),濾水性和留著率將得到改善,即與不使用摻混物的實(shí)施例13相比的實(shí)施例14-16。
表61∶4摻混物-濾水性
表71∶4摻混物-留著率
(Stalok_是A.E.Staley的美國商標(biāo))摻混物的穩(wěn)定性正如表8所示,在pH=2時(shí),取決于組分,二氧化硅-MF不同比例的摻混物具有不同的穩(wěn)定性。進(jìn)行下面的觀察。
表8摻混物的穩(wěn)定性
正如1∶4二氧化硅-MF摻混所表明的,在酸性pH下,摻混物中酸性膠體越多,摻混物就越穩(wěn)定,即大于180天。通過使8%總固含量的溶液濃縮而制得12%的MF。本發(fā)明的摻混物,其穩(wěn)定性比每一種單獨(dú)的組分要好得多,即15和90天對本以明二氧化硅-酸性膠體摻混物的150天或更長時(shí)間。
實(shí)施例17-21低定量涂布(LWC)的配料這些實(shí)施例使用總固含量為15%的9∶1(固體重量/固體重量)比例的二氧化硅-MF摻混物。所用的二氧化硅是得自杜邦公司(Wilmington,DE)30%固體的二氧化硅。摻混物如上所述進(jìn)行制備。
表9-A和9-B中的實(shí)施例17-21闡明了在改善合成含水配料的濾水性,留著率,以及紙頁性能方面本發(fā)明的效率。該配料為用來制備低定量涂布紙頁常用的配料。在添加助留劑之前,用15磅/噸Stalok 400對配料處理15分鐘。
配料制備利用下列組份制備用于濾水和留著率測試和制備手抄紙的合成配料纖維 45%重量漂白針葉木牛皮漿(SWK);紙漿(CTMP)55%重量化學(xué)熱磨機(jī)械漿;填料 煅燒粘土;填料加入量以絕干纖維重量計(jì)10%重量;明礬 以絕干纖維重量計(jì)0.5%重量。
在制備配料時(shí),將CTMP浸于熱水中為時(shí)15-20分鐘,在水中稀釋至1.5%重量固體,并利用實(shí)驗(yàn)室規(guī)模Voith Allis Valley打漿機(jī)精磨或打漿至200毫升的加拿大標(biāo)準(zhǔn)游離度(CSF)。單獨(dú)地使SWK浸于水中,稀釋至1.5%固體,并精磨或打漿至550毫升的CSF。然后將上述纖維添加至上面列出的制劑中并添加煅燒粘土。利用硫酸將配料的pH調(diào)至5.0,并利用硫酸鈉將導(dǎo)電率調(diào)至2000μS/cm。
表9-ALWC配料 表9-BLWC配料 表9-A和9-B中的實(shí)施例18-21示出了在壓力篩位置之后將微粒摻混物添加至LWC配料中的作用。當(dāng)微粒摻混物的用量增加時(shí),濾水性,F(xiàn)PR,以及FPAR將明顯增加。這些益處是十分重要的,其中紙張制造者能增加紙機(jī)的速度,與不用本發(fā)明微粒體系處理的紙頁相比,紙頁可以更快地干燥,與此同時(shí),可以將配料的填料和細(xì)小纖維更多地保留在紙頁中。另外,表9-A和9-B的結(jié)果還表明了當(dāng)與不用本發(fā)明微粒體系處理的紙頁相比時(shí),借助本發(fā)明,降低了紙頁的勻度,同時(shí)亮度和不透明度保持相對不變。
實(shí)施例22-26紙板配料表10-A和10-B的實(shí)施例22-26闡明了本發(fā)明在改善合成含水配料的濾水性,留著率,以及紙頁性能方面的效率。該配料為用來制備紙板原紙的常用配料。
配料制備借助將360克未漂舊瓦楞紙板(OCC)在溫?zé)崴衅扑椴⒂米詠硭♂屩?3升而制備配料。然后,通過類似于先前實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)室規(guī)模打漿機(jī)將紙漿精磨至300毫升的CSF。將18升該漿料稀釋至0.5%的濃度并添加下列鹽,以便將水的化學(xué)性調(diào)節(jié)紙廠的條件5.61克氯化鈣;0.96克氯化鉀;8.17克明礬(50%重量);15.96克硫酸鈉;0.59克碳酸氫鈉和0.97克硅酸鈉。測得的導(dǎo)電率約為2000μS/cm。用稀硫酸將pH調(diào)節(jié)至5.0。
表10-A紙板配料
表10-B紙板配料 在表10-A和10-B中,實(shí)施例22,25,和26闡明了在紙板配料中將20磅淀粉與本發(fā)明微粒摻混物一起使用的作用。另外,表10-A和10-B還示出了在本發(fā)明微粒摻混物和淀粉的用量增加時(shí),濾水性,F(xiàn)PR,和FPAR將增加。這些結(jié)果還表明當(dāng)在配料中使用10磅淀粉時(shí),本發(fā)明的微粒摻混物也能起很好的作用。這似乎表明為了在某些配料中起作用,本發(fā)明可以不需要高用量的淀粉。業(yè)已表明,傳統(tǒng)二氧化硅程度通常需要高劑量的淀粉,以便起作用,而當(dāng)使用本發(fā)明的微粒體系時(shí),情況似乎不是這樣的。
實(shí)施例27-30新聞紙配料表11-A,11-B和11-C的實(shí)施例27-30闡明了本發(fā)明在改善濾水性,留著率,以及合成含水配料的紙頁性能方面的效率。該配料為用來制備新聞紙?jiān)埑S玫哪ツ緷{配料。
配料制備按如下制備用于濾水和留著測試以及制備手抄紙的合成配料纖維80%重量CTMP
10%重量SWK10%重量回用新聞紙?zhí)盍? 煅燒粘土填料加料量以絕干纖維重量計(jì)4%重量明礬 50磅/噸。
在制備該配料時(shí),將CTMP浸泡于熱水(140°F)中并在摻混機(jī)中分離纖維15-20分鐘。以相同的方法獨(dú)立處理回用新聞紙。將SWK浸泡于溫水中并在摻合機(jī)中分離纖維15-20分鐘。
將CTMP,回用新聞紙和SWK摻混在一起并通過類似于前面實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)室規(guī)模打漿機(jī)于1.5%重量的稠度精制至50-75毫升的CSF。添加煅燒粘土和明礬,以使最終pH從4.8至5.2。利用氯化鈉將漿料的導(dǎo)電率調(diào)至2000μm/cm。
表11-A新聞紙配料
表11-B新聞紙配料 表11-C新聞紙配料 在表11-A至11-C中,實(shí)施例27和28闡明了當(dāng)本發(fā)明的微粒摻混物在壓力篩之后添加至新聞紙配料中時(shí)濾水性,F(xiàn)PR,和FPAR的增加。在高速新聞紙機(jī)中,濾水性,F(xiàn)PR和FPAR的增加可能是十分重要的事項(xiàng)。實(shí)施例27和28的這些結(jié)果還表明甚至在沒有淀粉時(shí),本發(fā)明的微粒體系也是有效的。這些因素使得紙張制造者能降低成本,借此,降低了生產(chǎn)每噸紙的總成本。
工業(yè)化紙機(jī)的應(yīng)用堿性高級紙張?jiān)诠I(yè)化堿性高級紙張?jiān)旒垯C(jī)上對本發(fā)明的性能進(jìn)行評估。將本發(fā)明的微粒摻混物程序與原始程序進(jìn)行比較。在聚合物B于壓力篩前添加(0.15磅/噸活性物),聚合物C在壓力篩后添加至配料中(1.0磅/噸活性物)的紙機(jī)上運(yùn)行原始程度。對于本發(fā)明的微粒程度,在壓力篩之前的階段將聚合物C添加至配料中,并將微粒摻混物在壓力篩之后的階段添加(1.0磅/噸活性物)。應(yīng)指出的是,所述劑量為近似值并且將根據(jù)不同定量和紙的等級而改變。另外,還將本發(fā)明的程序與常用的二氧化硅程序進(jìn)行比較,所述二氧化硅程序中,將聚胺添加至盤中(1.5磅/噸活性物),HMW陰離子聚丙烯酰胺在壓力篩前的階段添加(1.0磅/噸活性物),而膠體二氧化硅在壓力篩之后的階段添加(1.5磅/噸活性物)。所進(jìn)行對比的結(jié)果列于表12和13中。
表12紙機(jī)對比-80磅定量
表13紙機(jī)對比-100磅定量
由表12(80磅定量)可以看出,與其它程序相比,本發(fā)明的微粒摻混物改善了紙頁的勻度(數(shù)值越低越好),降低蒸汽用量,以及更高的壓榨固體物。在相等蒸汽用量時(shí),本發(fā)明的機(jī)速將比原始程序增加13.6%,并比傳統(tǒng)的二氧化硅程序增加3.1%。該因素使得紙張制造者能增加紙機(jī)的速度,生產(chǎn)出更多的紙張和/或用更少的能量產(chǎn)生蒸汽。當(dāng)使本發(fā)明的微粒摻混物時(shí),這些結(jié)果還示出了更好的紙頁勻度。該因素對于能生產(chǎn)出更為均勻,更高質(zhì)量的紙頁來說是十分重要的。
表13(100磅定量)表明了使用本發(fā)明微粒摻混物和使用其它程序之間100磅定量紙張的對比。對于較重的紙張,脫水是關(guān)鍵的,在更厚的紙頁中需要更多的能量進(jìn)行干燥。當(dāng)與原始程序或與二氧化硅程序?qū)Ρ葧r(shí),所示出的本發(fā)明提供了更好的紙頁勻度,更多的壓榨固體,以及更低的蒸汽用量。這些因素使得造紙者能以更高的紙機(jī)速度生產(chǎn)出更高質(zhì)量的紙頁。
所描述的本發(fā)明的特定實(shí)施方案只是說明性的,在不脫離由所附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明下,對本發(fā)明作出各種改進(jìn)和改變,對于本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員是顯而易見的。
權(quán)利要求
1.一種在紙張配料中用作助留劑和助濾劑的微粒體系,包括a)以所述配料中固體干重量計(jì),從約0.0025%至約1.0%重量的HMW聚合物絮凝劑,和b)由下面物質(zhì)組成的二氧化硅-酸性膠體(1)由水溶性聚合物或共聚物的水溶液組成的酸性膠體;和(2)膠體二氧化硅,其中以pH為3.0或更低酸性環(huán)境下的總固體計(jì),所述的酸性膠體和所述的膠體二氧化硅相應(yīng)地以99.5∶0.5至0.5∶99.5的比例摻混,以所述配料中固體的干重量計(jì),所述二氧化硅-酸性膠體摻混物的含量從約0.0005%至約0.5%重量。
2.權(quán)利要求1的微粒體系,其中所述的聚合物選自蜜胺醛,蜜胺為取代或未取代的;而醛為 式中R1選自直鏈或支鏈的C1-4烷基。
3.權(quán)利要求2的體系,其中所述的醛選自甲醛、乙醛、丙醛、乙二醛和戊二醛。
4.權(quán)利要求3的體系,其中所述的醛為甲醛。
5.權(quán)利要求4的體系,其中所述的水溶性聚合物為蜜胺-甲醛。
6.權(quán)利要求5的體系,其中蜜胺-甲醛被線性或支鏈的醇醚化。
7.權(quán)利要求1的體系,其中所述的二氧化硅-酸性膠體摻混物包括膠體二氧化硅以及蜜胺-甲醛和尿素-甲醛共聚物的酸性膠體。
8.權(quán)利要求1的體系,其中所述的二氧化硅-酸性膠體摻混物包括所述的膠體二氧化硅和一共聚物的酸性膠體,所述共聚物包括所述的蜜胺醛和選自如下物質(zhì)的縮聚物蜜胺-醛、二氰基二酰胺醛、尿素甲醛聚亞烷基聚胺和聚酰脲。
9.權(quán)利要求1的體系,其中所述的二氧化硅-酸性膠體摻混物包括所述的膠體二氧化硅和胺-醛型和烯屬不飽和單體的共聚物的酸性膠體,所述單體選自丙烯酰胺、丙烯酸二甲氨基乙酯、二烯丙基二甲基氯化銨和甲基丙烯酰氨基丙基三甲基氯化銨。
10.權(quán)利要求1的體系,還包括高電荷密度的陽離子凝結(jié)劑,以所述配料中固體的干重量計(jì),其用量從約0.005%至約0.5%重量。
11.權(quán)利要求1的體系,還包括中等分子量的絮凝劑,以所述配料中固體的干重量計(jì),其用量從約0.0025%至約1.0%重量。
12.一種利用權(quán)利要求1的微粒體系制得的紙產(chǎn)品。
13.一種利用權(quán)利要求2的微粒體系制得的紙產(chǎn)品。
14.一種紙產(chǎn)品的生產(chǎn)方法,包括如下步驟(a)在第一高剪切階段之后和在第二高剪切階段之前,將高分子量聚合物絮凝劑添加至紙張配料中,以所述配料中固體的干重量計(jì),添加量從約0.0025%至約1.0%重量;和(b)在所述第二剪切階段之前或之后,將二氧化硅一酸性膠體摻混物添加至紙張配料中,以所述配料中固體的干重量計(jì),添加量從約0.0005%至約0.5%重量。
15.權(quán)利要求14的方法,還包括如下步驟(c)在所述第一高剪切階段之前,將高電荷密度的陽離子凝結(jié)劑添加至所述紙張配料中,以所述配料中固體的干重量計(jì),添加量從約0.005%至約0.5%重量。
16.權(quán)利要求14的方法,其中所述的二氧化硅-酸性膠體摻混物由蜜胺-甲醛酸性膠體組成。
17.權(quán)利要求14的方法,還包括如下步驟c)在所述第一高剪切階段之前,將中等分子量的聚合物添加至所述的配料中,以所述配料中固體的干重量計(jì),添加量從約0.0025%至約1.0%重量。
18.一種紙產(chǎn)品的生產(chǎn)方法,包括如下步驟(a)在第一高剪切階段之后和在第二高剪切階段之前,將二氧化硅-酸性膠體摻混物添加至紙張配料中,以所述配料中固體的干重量計(jì),添加量從約0.0005%至約0.5%重量;和(b)在所述第二剪切階段之前或之后,將高分子量聚合物絮凝劑添加至紙張配料中,以所述配料中固體的干重量計(jì),添加量從約0.0025%至約1.0%重量。
19.權(quán)利要求17的方法,還包括如下步驟(c)在所述第一高剪切階段之前,將高電荷密度的陽離子凝結(jié)劑添加至所述紙張配料中,以所述配料中固體的干重量計(jì),添加量從約0.005%至約0.5%重量。
20.權(quán)利要求17的方法,其中所述的二氧化硅-酸性膠體摻混物由蜜胺-甲醛酸性膠體組成。
21.權(quán)利要求17的方法,還包括如下步驟c)在所述第一高剪切階段之前,將中等分子量的聚合物添加至所述的配料中,以所述配料中固體的干重量計(jì),添加量從約0.0025%至約1.0%重量。
全文摘要
本發(fā)明披露了一種在堿法和酸法紙產(chǎn)品生產(chǎn)中用作助留劑和助濾劑的微粒體系,所述微粒體系包含:高分子量的絮凝劑聚合物(6)和二氧化硅-酸性膠體摻混物(7),以及選擇性的陽離子凝結(jié)劑或中等分子量的絮凝劑(5)。所述高分子量絮凝劑聚合物(6)可以在混合漿泵(1)之后并在壓力篩(2)之前添加至配料中;二氧化硅-酸性膠體摻混物(7)可以在壓力篩(2)之后添加至配料中,而選擇性的凝結(jié)劑或中等分子量的絮凝劑(5)可以在混合漿泵(1)之前添加。將微粒體系添加至紙張配料中改善了造紙過程中的留著率和濾水性,以及紙頁的勻度。二氧化硅-酸性膠體摻混物(7)中的酸性膠體為蜜胺-醛酸性膠體的聚合物或共聚物。
文檔編號B01D21/01GK1287585SQ99801858
公開日2001年3月14日 申請日期1999年9月8日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月22日
發(fā)明者保羅·F·理查森, 查爾斯·R·享特 申請人:卡爾貢公司