ДОБАВКА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА БУМАГИ Российский патент 2003 года по МПК D21H23/00 D21H21/14 D21H17/29 

Изобретение относится к добавке для производства бумаги, которую добавляют к волокнистой массе до стадии образования ленты в способе производства бумаги. С помощью этой добавки можно придать бумаге, ко всему прочему, пониженную тенденцию к пылению. Кроме того, было показано, что эта добавка облегчает удаление воды на стадии образования ленты, улучшает удержание наполнителя и положительно влияет на удаление вредных веществ, которые накапливаются в системе циркуляции воды бумагоделательной машины. Добавка также повышает прочность полученной бумаги, как в сухом, так и во влажном состоянии. При использовании добавки для производства бумаги согласно изобретению, также было отмечено улучшение пригодности бумаги для печатания, ко всему прочему, в отношении ее применимости для печатания на струйном принтере.

При производстве бумаги как продукта возникает проблема - повышенная тенденция к пылению бумаги, причиной этого явления является выделение с поверхности бумаги частиц волокон и частиц наполнителя. Эта пыль создает затруднения уже на стации сушки при производстве бумаги, но больше всего, в устройствах и оборудовании, имеющими дело с бумагой, в таком как оборудование для печатания. Способы печатания, как таковые, разработаны для условий высоких скоростей и длительных периодов печатания. Высокие скорости усугубляют образование пыли, а длительные периоды печатания сокращают время остановки, в течение которого было бы возможно осуществить очистку оборудования.

Для решения проблемы пыления известно использование способов, которые, как правило, основаны на химических соединениях, которые необходимо добавлять в волокнистую целлюлозу, до формирования бумажной ленты. Известно применение минеральных веществ и микрочастиц восков, проклеивающих агентов, таких как дисперсии AKD и ASA, смол, упрочняющих ленту, и крахмала, проклеивающего целлюлозу. Однако, несмотря на эти известные приемы, пыление бумаги все же является значительной проблемой.

Известна добавка для производства бумаги, которую вводят в волокнистую массу до формирования бумажного полотна, которую получают из крахмала с вязкостью менее 400 мПа•с (по Брукфельду, 3.0% при 70^o) и катионизируют, используя соединение четвертичного азота (WO 97/46591, кл. D 21 H 17/29, от 11.12.1997).

Заявителем неожиданно было обнаружено, что можно существенно снизить пыление бумаги с помощью добавки согласно изобретению, отличительная особенность которой состоит в том, что проводят катионизацию крахмала до уровня заряда 0,36-1,46 мэкв/г.

Эта добавка основана на крахмале, который модифицирован таким образом, что может применяться посредством уменьшения размера его молекул и взаимодействия с подходящим азотистым соединением для обеспечения крахмалу соответствующего уровня заряда катиона.

Уменьшение размера молекул преимущественно осуществляют путем окисления крахмала, как, например, путем окисления пероксидом. Уменьшение размера молекул целесообразно осуществляют таким образом, чтобы значение вязкости (по Брукфильду) 5%-ной суспензии крахмала при 60^oС находилось в интервале 10-500 мПа•c, предпочтительно 100-400 мПа•с и особенно предпочтительно в интервале 100-200 мПа•с. Это достигается, например, при использовании дозы пероксида водорода, равной приблизительно 0,02-0,3% от сухого вещества крахмала, в слегка щелочной реакционной среде. Кроме того, желаемая степень разложения крахмала связана с желаемым зарядом катиона конечного продукта, поскольку при увеличении заряда катиона снижается вязкость конечного продукта. Кроме того, существует взаимосвязь между размером молекул и зарядом катиона, что влияет на характеристики крахмала в бумагоделательной машине.

В последующем крахмал, который был обработан до заданного уровня вязкости, обрабатывают соединением четвертичного (кватернизированного) азота согласно изобретению таким образом, чтобы его уровень заряда катиона был менее 1,5, предпочтительно в интервале 0,36-1,46, особенно предпочтительно в интервале 0,72-1,10 мэкв/г, в результате чего содержание азота, при использовании агента катионной кватернизации, будет в интервале 0,5-2,5, соответственно 1,0-1,5%. Этот продукт предпочтительно получают при использовании способа катионизации в растворе, в котором на катионизацию крахмал поступает в гранулированном виде, условия этого способа подбирают таким образом, чтобы крахмал полностью растворялся в ходе обработки.

В этой связи, существенными параметрами способа являются концентрация крахмала, подлежащего катионизации, подходящая щелочность среды и повышенная температура. Удобно, чтобы доза щелочи (гидроксид натрия) находилась в интервале приблизительно 1,5-3% от сухого вещества крахмала, а подходящая температура была в интервале приблизительно 60-80^oС. Содержание сухого вещества в реакционной смеси предпочтительно должно составлять свыше 50%, что обеспечивает, кроме прочего, хороший выход конечного продукта. Подходящим агентом катионной кватернизации является хлористый 2,3-эпоксипропилтриметиламмоний), который следует использовать в количестве приблизительно 10-40% от количества крахмала.

Еще одним объектом изобретения является способ уменьшения пыления бумаги путем добавления в волокнистую массу, подаваемую на стадию формирования бумажной ленты добавки, которая уменьшает тенденцию бумаги к образованию пыли, описанной выше.

При этом добавку предпочтительно вводят в волокнистую массу в количестве 1,0-3,0 кг/т.

Целесообразно в волокнистую массу добавлять крахмал.

Функционирование этого изобретения иллюстрируется следующими ниже Примерами, в которых, кроме прочего, проведен контроль свойств бумаги, которые оказывают влияние на пыление бумаги в различных условиях обращения с бумагой. Измерение тенденции бумаги к образованию пыли, само по себе, является проблематичным без длительного пробега бумаги в способе применения, таком как печатание. Однако в общем известно, что тенденция к образованию пыли коррелирует с параметрами прочности, которые могут быть измерены для бумаги, такие как Dennison, IGT и прочность связывания по Скотту.

Пример 1
В этом Примере проводят полномасштабные испытания в практических условиях печати с использованием бумаги, изготовленной на газетном станке. На этом газетном станке, который имеет суточную производительность 700 тонн, готовят бумагу из пульпы прессованного древесного волокна и термомеханической пульпы. До формирования ленты, реагент на основе крахмала согласно изобретению смешивают с пульпой в смесителе пульпы на всасывающем патрубке насоса в дозировке 1,5-2,5 кг/т. Затем полученную таким образом бумагу печатают в типографии, в результате чего можно было установить, что время между очисткой печатных валков увеличивается от 80000 копий до 350000 копий. Применяемая добавка получена таким образом, что крахмал, разложенный окислением до приемлемого уровня вязкости (по Брукфильду, 100-200 мПа•с, 5% при 60^oС), подвергают катионной кватернизации хлористым 2,3-эпоксипропилтриметиламмонием, используя этот катионизирующий агент в количестве приблизительно 25% от сухого вещества крахмала. Содержание азота в крахмале составляет 1,5% (обменная емкость 1,07 мэкв/г). В качестве одной из характеристик для этой бумаги также измеряют параметр связывания по Скотту, который является показателем межслойной прочности (прочности связывания). На фиг.1 эти данные приведены в зависимости от дозы добавки. При сопоставлении с проведенными измерениями пыления, можно установить, что для бумаги параметр связывания по Скотту четко коррелирован с характеристиками пыления и пригодности для печатания.

Пример 2
Проводят серийные испытания на газетном станке, который имеет суточную производительность 800 тонн. Пульпа, используемая для получения бумаги, имеет состав 50/50 TMP/DIP (термомеханическая/без печатной краски). Длительность испытания составляет 24 ч, и в течение этого периода контролируют изменение параметра прочности для различных количеств добавки. Применяемая добавка получена таким образом, что крахмал, разложенный окислением до приблизительного уровня вязкости 200 мПа•с (по Брукфильду, 5% при 60^oС), подвергают катионной кватернизации хлористым 2,3-эпоксипропилтриметиламмонием, используя этот катионизирующий агент в количестве 15% от количества крахмала. Содержание азота в крахмале составляет 1,0% (уровень заряда 0,72 мэкв/г).

Результаты приведены в таблице.

Из этих результатов можно увидеть, что с помощью продукта согласно изобретению существует возможность влиять на прочностные свойства, которые, в свою очередь, влияют на характеристики пыления бумаги.

Пример 3
Проводят эксплуатационное испытание в течение 2 недель на газетном станке, который имеет суточную производительность 400 тонн. В качестве исходного материала используют прессованное древесное волокно, отбеленное пероксидом. К этой пульпе добавляют традиционный целлюлозный крахмал в количестве 10-13 кг/тонна в течение всего эксплуатационного испытания. Эксплуатационное испытание включает период 12 суток (контрольные дни 3-14), и в течение этого времени в пульпу вводят добавку согласно изобретению, до формирования ленты, в количестве 2,5 кг/тонна, в дополнение к традиционному целлюлозному крахмалу, причем эта добавка по сути аналогична добавке из примера 1. Из образца бумаги, отобранного каждый день, в испытуемом печатном станке печатают серию по 4000 листов, и из этой печатной серии определяют количество пыли. Результаты испытаний представлены на фиг.2 в виде диаграммы из столбиков. Эти результаты наглядно демонстрируют уменьшение количества пыли независимо от того, что при производстве бумаги используется традиционный внутренний проклеивающий агент, который должен влиять на снижение пыления.

Пример 4
Проводят эксплуатационное испытание на газетном станке путем прогона газетной бумаги (30-40 г/м²), волокнистая основа которой представляет собой прессованное древесное волокно, термомеханическую пульпу, целлюлозную пульпу и пульпу без печатной краски. Станок работает в интервале кислотных значений рН. В качестве системы удерживания используют систему микрочастиц бентонит/РАМ (полиакриламид). Добавку согласно Примеру 1 подают в емкость смесителя пульпы на всасывающем патрубке насоса, в дозировке 1,0 кг/т.

Свойства конечного бумажного продукта контролируют в оперативном режиме с помощью устройства для замера пыли (Машина для удаления бумажной пыли MB). Результаты представлены на фиг.3. Можно видеть, что пыление уменьшается до 50-60% (контрольные точки 7-12) по сравнению с соответствующей бумагой без добавки согласно изобретению (контрольные точки 1-6).

Кроме того, можно отметить различия в работе бумагоделательной машины, по сравнению с производством соответствующей бумаги без добавки согласно изобретению. В числе других показателей, улучшается дренаж воды, что проявляется в виде снижения потребления пара на стадии сушки. Также можно отметить влияние относительно удерживания, что приводит к уменьшению потребления средства для удерживания (полиакриламид) приблизительно до 50%.

Добавка предназначена для производства бумаги и может быть использована в целлюлозно-бумажной промышленности. Добавку вводят в волокнистую массу до формирования бумажной ленты. Добавку получают из крахмала, молекулярная масса которого снижена до уровня вязкости 10-500 мПа•с, его катионизируют соединением четвертичного азота до уровня заряда 0,36-1,46 мэкв/г. Данную добавку используют в качестве соединения, которое уменьшает тенденцию бумаги к образованию пыли, в способе уменьшения пыления бумаги путем ее добавления в волокнистую массу. Техническим результатом является то, что добавка, кроме того, облегчает удаление воды на стадии образования ленты, улучшает удержание наполнителя, положительно влияет на удаление вредных веществ и повышает прочность бумаги как в сухом, так и во влажном состоянии. 2 с. и 8 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 ил.

1. Добавка для производства бумаги, которую вводят в волокнистую массу до формирования бумажной ленты, которую получают из крахмала, молекулярная масса которого снижена до уровня вязкости 10-500 мПа·с (по Брукфильду, 5%, при 60°С), и катионизируют, используя соединение четвертичного азота, отличающаяся тем, что катионизацию проводят до уровня заряда 0,36-1,46 мЭкв/г.2. Добавка по п.1, отличающаяся тем, что катионизацию проводят до уровня заряда 0,72-1,10 мЭкв/г (1-1,54% азота).3. Добавка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что молекулярная масса крахмала снижена до уровня вязкости 100-200 мПа·с (по Брукфильду, 5%, при 60°С).4. Добавка по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что катионизированный крахмал является растворимым.5. Добавка по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что катионизацию проводят в растворе и содержание сухого вещества в реакционной смеси превышает 50%.6. Добавка по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что уменьшение молекулярной массы крахмала осуществляют путем окисления, предпочтительно окислением, с помощью пероксида.7. Добавка по любому из пп.1-6, отличающаяся тем, что ее применяют в производстве бумаги для уменьшения тенденции бумаги к образованию пыли.8. Способ уменьшения пыления бумаги путем добавления в волокнистую массу, подаваемую на стадию формирования бумажной ленты, соединения, которое уменьшает тенденцию бумаги к образованию пыли, отличающийся тем, что в качестве соединения, которое уменьшает тенденцию бумаги к образованию пыли, используют добавку по любому из пп.1-6, которую добавляют в волокнистую массу.9. Способ по п.8, отличающийся тем, что добавку вводят в количестве 1,0-3,0 кг/т.10. Способ по п.8 или 9, отличающийся тем, что в волокнистую массу добавляют крахмал.