КОМПОЗИЦИЯ ДОБАВКИ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА БУМАГИ Российский патент 2004 года по МПК D21H23/00 D21H21/20 D21H17/29 D21H17/46 D21H17/55 D21H17/71 

Настоящее изобретение относится к композиции добавки для производства бумаги, которую добавляют к волокнистой массе на стадии, предшествующей стадии образования ленты в способе производства бумаги. Эта добавка существенно улучшает прочность влажной бумажной ленты, что является важным фактором на стадии ленты бумагоделательной машины, поскольку при повышенной прочности уменьшается число обрывов и создается возможность использования повышенных скоростей машины.

Основным компонентом композиции добавки является крахмал, который модифицирован таким образом, чтобы лучше соответствовать требованиям этого изобретения, посредством уменьшения размера его молекул и взаимодействия с подходящим азотистым соединением, для обеспечения крахмалу соответствующего уровня катионной емкости.

Уменьшение размера молекул преимущественно осуществляют, используя окисление крахмала, как, например, окисление пероксидом. Уменьшение размера молекул предпочтительно осуществляют таким образом, чтобы суспензия крахмала с консистенцией 5% имела значение вязкости (по Брукфильду) при 60^oС от 10 до 400 мПа•с, предпочтительно от 100 до 400 мПа•с и наиболее предпочтительно от 100 до 200 мПа•с. Эти показатели могут быть достигнуты, например, при использовании пероксида водорода в количестве, равном приблизительно от 0,02 до 0,3% от сухого вещества крахмала, в слегка щелочной реакционной среде. Кроме того, желаемая степень разложения крахмала связана с катионной емкостью конечного продукта, поскольку при увеличении катионной емкости снижается вязкость конечного продукта. Кроме того, существует взаимосвязь между размером молекул и катионной емкостью, что влияет на характеристики крахмала в бумагоделательной машине.

В последующем крахмал, который модифицирован до надлежащего уровня вязкости, обрабатывают соединением четвертичного (кватернизированного) азота согласно изобретению, таким образом, чтобы его катионная емкость была менее 4, предпочтительно в интервале от 0,36 до 2,5, более предпочтительно от 0,72 до 1,10 мЭкв/г. Этот продукт предпочтительно получают при использовании способа катионизации в растворе, в котором на катионизацию крахмал поступает в гранулированном виде, и 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 подходящей щелочи (гидроксид натрия) находилась в интервале приблизительно 1,5-3% от сухого вещества крахмала, а подходящая температура составляла 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 от 10 до 40% от количества крахмала.

В дополнение к основному компоненту композиция добавки включает, по меньшей мере, один дополнительный компонент, с помощью которого свойства основного компонента, которые сами по себе являются предпочтительными для способа производства бумаги, можно модифицировать для достижения желаемого эффекта и/или для получения композиции, в которой синергетический эффект компонентов обеспечивает свойства, существенно отличающиеся от свойств основного компонента.

Известны из, например, US 4613407 модифицированные композиции на основе крахмала для применения в качестве катионного средства, улучшающего прочность бумажной ленты во влажном состоянии в процессах бумажного производства путем включения дополнительного компонента катионного крахмала к основному компоненту. Эти известные композиции, однако, не дают тех предпочтительных результатов в производстве бумаги, что и композиции по настоящему изобретению.

Одним возможным дополнительным компонентом в воплощении настоящего изобретения является полимерная дисперсия на основе крахмала, содержащая привитой сополимер крахмала и мономеров, который в последующем называется привитым компонентом. Этот компонент в расчете на вес сухого продукта содержит следующее:
а) от 5 до 40% крахмала, имеющего степень замещения катионов от 0,01 до 1 и характеристическую вязкость более 1,0 дл/г,
b) от 60 до 95% смеси мономеров, содержащей, по меньшей мере, один виниловый мономер, и обеспечивающей получение полимера с температурой образования пленки от 0 до 70^oС, и воду.

Подробный состав указанного привитого компонента и его получение описаны в одновременно рассматриваемой заявке авторов на патент Финляндии, имеющей ту же дату, что и настоящее изобретение, и название "Полимерная дисперсия и способ ее получения".

Другим возможным компонентом композиции добавки является полиамидная эпихлоргидриновая смола (РААЕ), используемая в бумажной промышленности в качестве смолы, прочной во влажном состоянии, которая в последующем называется смолистым компонентом.

Композицию добавки можно получить из этих компонентов альтернативно, в зависимости от предполагаемого применения, так что к основному компоненту добавляют либо привитой компонент, либо смолистый компонент, или оба этих компонента.

Количественные соотношения между основным компонентом и привитым компонентом могут быть выбраны в интервале (от 30 до 70)/(от 70 до 30)%, предпочтительно (от 40 до 60)/(от 60 до 40)%. Особенно предпочтительна композиция, содержащая равные части компонентов.

Соответственно количественные соотношения между основным компонентом и смолистым компонентом могут изменяться в интервале (от 25 до 75)/(от 75 до 25)%, предпочтительно (от 40 до 60)/(от 60 до 40)%. И в этом случае также особенно предпочтительна композиция, содержащая равные части компонентов.

В случае, когда добавка включает все три компонента, соотношения между ними могут быть выбраны в интервалах:
основной компонент - от 10 до 50%, предпочтительно от 20 до 40%,
привитой компонент - от 10 до 50%, предпочтительно от 20 до 40%,
смолистый компонент - от 10 до 50%, предпочтительно от 20 до 40%,
так чтобы сумма компонентов составляла 100%.

Было отмечено, что для композиции добавки согласно изобретению могут быть получены выгодные результаты, так, например, основной компонент вместе с привитым компонентом приводят к улучшению удерживания на бумагоделательной машине. Кроме того, наблюдается улучшение характеристик печати для бумаги, изготовленной с использованием композиции добавки, а также наблюдается улучшение характеристик прочности и размерной стабильности бумаги.

Основной компонент и смолистый компонент снижают тенденцию к образованию пыли для произведенной бумаги. На стадии производства бумаги в качестве положительных эффектов отмечены улучшение удерживания и улучшение обезвоживания. Кроме того, отмечено, что эта добавка обладает фиксирующим свойством, что имеет значение с точки зрения удаления вредных веществ из системы циркуляции.

Было обнаружено, что прочность бумажной ленты во влажном состоянии особенно возрастает с композицией добавки, которая кроме основного компонента содержит как привитой компонент, так и смолистый компонент.

Функционирование этого изобретения иллюстрируется следующим ниже примером.

Пример 1
Газетную бумагу получают на бумагоделательной машине пилотного масштаба, волокнистое сырье для которой состоит из 50% прессованного древесного волокна и 50% термомеханической пульпы, которая была отбелена дитионитом. В эксплуатационном испытании, до формирования ленты, в пульпу добавляют композицию добавки в количестве 1, 2 и 3 кг/т (в расчете на сухой вес).

Основным компонентом в композиции добавки, используемым в этих испытаниях, является разжиженный крахмал, который подвергают катионизации хлористым 2,3-эпоксипропилтриметиламмонием, используя 25% этого катионизирующего агента в расчете на количество крахмала.

В качестве первого дополнительного компонента, привитого компонента, который может сочетаться с этим основным компонентом, применяют композицию, которая содержит 20% крахмала, имеющего степень замещения катионов, равную приблизительно 0,05, и характеристическую вязкость от 3 до 15 дл/г, 19% акрилонитрила, 30% бутилакрилата, 31% стирола и воду.

В качестве второго дополнительного компонента, смолистого компонента, используют полиамидную эпихлоргидриновую смолу (РААЕ).

Полученные результаты приведены в таблице.

Эталонным образцом в этом испытании является добавка, которая идентична основному компоненту композиции добавки согласно изобретению, и она обозначена в таблице символом "15".

Символ "S" в таблице означает композицию добавки, содержащую 50% основного компонента 15 и 50% привитого компонента. Символ "Р", в свою очередь, означает композицию добавки, содержащую 50% основного компонента 15 и 50% смолистого компонента. Символ "SP", в свою очередь, означает композицию добавки, содержащую 1/3 основного компонента, 1/3 привитого компонента и 1/3 смолистого компонента.

Измеряют прочность бумажной ленты во влажном состоянии, и на этой основе определяют влияние композиции добавки на прочность, принимая во внимание влияние содержания сухого вещества в бумажной ленте на ее прочность. Зависимость между содержанием сухого вещества в бумажной ленте и ее прочностью описывается графиком (см. фиг.1) в связи с таблицей.

На основании результатов испытания можно сделать вывод, что все композиции S, Р и SP увеличивают прочность ленты во влажном состоянии, причем из этих композиций SP является наилучшей.

Изменение прочности бумажной ленты во влажном состоянии по данным, полученным в этом испытании, также описывается графиком, приведенным на фиг.2. Символы 15, S, Р и SP соответствуют указанным выше композициям.

Изобретение предназначено для производства бумаги и может быть использовано в целлюлозно-бумажной промышленности. Композицию добавки вводят в волокнистую суспензию до формирования бумажной ленты. В качестве основного компонента композиция содержит компонент, полученный из крахмала, молекулярная масса которого снижена до уровня вязкости от 10 до 400 мПа•с, который подвергают катионизации в растворе соединением четвертичного азота до уровня катионной емкости меньше 4 мэкв/г, и, по меньшей мере, один дополнительный компонент. Последний представляет собой полиамидную эпихлоргидриновую смолу и полимерную дисперсию на основе крахмала, которая содержит крахмал и сополимер привитого мономера, содержащий, по меньшей мере, один виниловый мономер и обеспечивающий получение полимера с температурой образования пленки от 0 до 70^oС, и воду. Данная добавка существенно улучшает прочность влажной бумажной ленты, что уменьшает число обрывов и создает повышенные скорости машин. 2 с. и 9 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

1. Композиция добавки для производства бумаги, которую вводят в волокнистую массу до формирования бумажной ленты, отличающаяся тем, что в качестве основного компонента композиция содержит компонент, который получают из крахмала, молекулярная масса которого снижена до уровня вязкости 10-400 мПа·с (по Брукфильду, 5%, при 60°С), и подвергают катионизации в растворе, используя соединение четвертичного азота, до уровня катионной емкости меньше 4 мЭкв/г, и по меньшей мере один дополнительный компонент, который представляет собой 1) полимерную дисперсию на основе крахмала, которая содержит крахмал и сополимер привитого мономера, который содержит в расчете на содержание сухого вещества в продукте а) 5-40% крахмала, имеющего степень замещения катионов 0,01-1 и характеристическую вязкость более 1,0 дл/г, б) 60-95% смеси мономеров, содержащей по меньшей мере один виниловый мономер и обеспечивающей получение полимера с температурой образования пленки 0-70°С, и воду, 2) полиамидную эпихлоргидриновую смолу.2. Композиция добавки по п.1, отличающаяся тем, что молекулярную массу основного компонента крахмала снижают до уровня вязкости 100-400 мПа·с (по Брукфильду, 5%, при 60°С).3. Композиция добавки по п.1 или 2, отличающаяся тем, что молекулярную массу основного компонента крахмала снижают до уровня вязкости 100-200 мПа·с (по Брукфильду, 5%, при 60°С).4. Композиция добавки по любому из предшествующих пп.1-3, отличающаяся тем, что основной компонент крахмал подвергают катионизации до уровня обменной емкости 0,36-2,5 мЭкв/г.5. Композиция добавки по любому из предшествующих пп.1-3, отличающаяся тем, что основной компонент крахмал подвергают катионизации до уровня обменной емкости 0,72-1,10 мЭкв/г.6. Композиция добавки по любому из предшествующих пп.1-5, отличающаяся тем, что количественные соотношения между основным компонентом и компонентом 1) находятся в интервале (30-70):(70-30)%, предпочтительно (40-60):(60-40)%, причем наиболее предпочтительны равные части компонентов.7. Композиция добавки по любому из предшествующих пп.1-5, отличающаяся тем, что количественные соотношения между основным компонентом и компонентом 2) находятся в интервале (25-75):(75-25)%, особенно (40-60):(60-40)%, причем наиболее предпочтительны равные части компонентов.8. Композиция добавки по любому из предшествующих пп.1-5, отличающаяся тем, что количественные соотношения между основным компонентом и компонентами 1) и 2) находятся в интервале: основной компонент 10-50%, предпочтительно 20-40%, привитой компонент 10-50%, предпочтительно 20-40%, смолистый компонент 10-50%, предпочтительно 20-40%, так, чтобы сумма компонентов составляла 100%.9. Композиция добавки по любому из предшествующих пп.1-8, отличающаяся тем, что ее применяют для увеличения прочности влажной бумажной ленты в производстве бумаги.10. Способ увеличения прочности влажной бумажной ленты, отличающийся тем, что перед образованием ленты к волокнистой суспензии добавляют композицию по любому из предшествующих пп.1-8.11. Способ по п.10, отличающийся тем, что композицию, увеличивающую прочность влажной бумажной ленты, добавляют в количестве 1,0-3,0 кг/т.