Перекрестные ссылки на родственные заявки
Отсутствуют
Отчет, касающийся государственного финансирования исследования или разработки
Не применим
Предпосылки настоящего изобретения
Настоящее изобретение касается способа увеличения прочности матовой бумаги из волокон, получаемых при производстве бумаги. Матовая бумага содержит воду (обычно в количестве 4-8%) и твердые частицы. Указанная твердая часть матовой бумаги включает волокна (обычно это волокна на основе целлюлозы) и может содержать также наполнитель. Увеличение прочности матовой бумаги должно позволить повысить долю твердых веществ, представляющих собой наполнитель. Это целесообразно, так как снижает затраты на сырье, уменьшает расход энергии, необходимой для процесса производства бумаги, а также повышает оптические свойства самой бумаги. В предыдущей технологии раскрывается матовая бумага, доля наполнителя в которой составляет от 10% до 40%. Однако в этой технологии раскрывается также, что увеличение содержания наполнителя совпадает с потерей прочности изготавливаемой бумаги.
Наполнители представляют собой минеральные частицы, дополнительно вводимые в матовую бумагу в процессе ее производства в целях улучшения непроницаемости получаемой бумаги и повышения светоотражающих свойств. Некоторые примеры наполнителей описаны в патенте США №7,211,608. Наполнители включают неорганические и органические частицы или пигменты, используемые для повышения непрозрачности или яркости, для снижения пористости или уменьшения стоимости бумаги или листа бумажного картона. Некоторые примеры наполнителей включают один или более из следующей группы веществ:
каолин, глина, тальк, диоксид титана, тригидрат алюминия, сульфат бария, гидроксид магния, пигменты (типа карбоната кальция) и им подобные. Предыдущие попытки повысить содержание наполнителя в бумаге без потери ее прочности описаны в Британском патенте GB 2016498 и патенте США №4,710,270; 4,181,567; 2,037,525; 7,211,608 и 6,190,663.
Карбонат кальция в виде наполнителя пригоден в двух формах - измельченный карбонат кальция (GCC) и осажденный карбонат кальция (РСС). Измельченный карбонат кальция - это встречающийся в природе минерал, а осажденный карбонат кальция - синтетически полученный продукт.Благодаря своей большей удельной поверхности осажденный карбонат кальция имеет более высокие свойства по рассеянию света, и он обеспечивает лучшие оптической свойства изготавливаемой с его помощью бумаги. Однако по этой причине матовая бумага с наполнителем из осажденного карбоната кальция обладает более низкой прочностью, чем бумага с наполнителем из измельченного карбоната кальция.
Прочность бумаги является функцией количества и прочности связей, образуемых между взаимно-переплетенными волокнами матовой бумаги. Частицы наполнителя, обладающие более высокой удельной поверхностью, более вероятно сцепляются с волокнами бумаги, препятствуя количеству и прочности этих связей. Из-за более высокой удельной поверхности наполнитель из осажденного карбоната кальция препятствует этим связям сильнее, чем наполнитель из измельченного карбоната кальция.
В результате производители бумаги вынуждены делать нежелательный компромисс. Они должны выбрать или бумагу с очень высокой прочностью, но худшими оптическими свойствами, или выбрать бумагу с очень высокими оптическими свойствами, но с более низкой прочностью. Поэтому очевидно, что необходим способ, который устраняет увеличение содержания наполнителей в бумаге, изготовленная бумага обладает высокой степенью непрозрачности, а присутствие наполнителей обеспечивает ей высокую прочность.
Краткое содержание настоящего изобретения
По меньшей мере один вариант настоящего изобретения адресован способу изготовления бумаги с повышенным содержанием наполнителя, которое не сочетается с потерей прочности получаемой в результате бумаги. Указанный способ включает следующие стадии: обеспечение смеси частиц наполнителя, по меньшей мере одной упрочняющей добавки и сырьевого целлюлозного волокна; обработку указанных частиц наполнителя некоторым составом; объединение указанных частиц наполнителя и сырьевого целлюлозного волокна; и формование матовой бумаги посредством удаления из этой композиции воды. По меньшей мере 10% частиц наполнителя осаждается из осажденного карбоната кальция (РСС) и по меньшей мере 10% частиц наполнителя находится в измельченной форме (GCC). Сырьевое целлюлозное волокно содержит большое количество целлюлозных волокон и воду. Используемый состав препятствует слипанию упрочняющих добавок с частицами наполнителя. По меньшей мере в одном варианте указанное сырьевое целлюлозное волокно и частицы наполнителя объединяются, образуя волокнистый материал, а затем частицы наполнителя обрабатывают предлагаемой композицией.
По меньшей мере один вариант настоящего изобретения адресован способу, по которому указанная смесь частиц наполнителя содержит также одно соединение, выбранное из следующего перечня: карбонат кальция, органический пигмент, неорганический пигмент, глина, тальк, диоксид титана, тригидрат алюминия, сульфат бария, гидроксид магния, а также любое их сочетание.
По меньшей мере один вариант настоящего изобретения адресован способу, по которому указанная композиция представляет собой сополимер акриламид/диаллилдиметилхлорида аммония (AcAm/DADMAC). Еще один вариант настоящего изобретения адресован способу, по которому указанная упрочняющая добавка представляет собой глиоксилированный сополимер акриламид/диаллилдиметилхлорида аммония (Acrylamide/DADMAC). По меньшей мере один вариант настоящего изобретения адресован способу, по которому указанная упрочняющая добавка и указанная композиция несут одинаковый заряд.
По меньшей мере один вариант настоящего изобретения адресован способу, по которому карбонат кальция находится в одной из форм, выбранных из следующего перечня: высушенный карбонат кальция, диспергированная суспензия карбоната кальция, мел, а также любые их сочетания. По меньшей мере часть карбоната кальция может присутствовать в форме диспергированной суспензии, такая диспергированная суспензия карбоната кальция содержит также по меньшей мере одно вещество, выбранное из следующего перечня: диспергирующие агенты полимерной полиакриловой кислоты, диспергирующие агенты полифосфата натрия, суспензия на основе каолина и глины, а также любые их сочетания. Указанная смесь частиц наполнителя может представлять собой 50% осажденного карбоната кальция (РСС) и 50% измельченного карбоната кальция (GCC). Указанная смесь веществ может представлять собой коагулянт и может быть выбрана из следующего перечня: неорганические коагулянты, органические коагулянты, коагулянты конденсационной полимеризации, а также любые их сочетания. Молекулярная масса указанного коагулянта может составлять от 200 до 1000000.
По меньшей мере один вариант настоящего изобретения адресован способу, по которому указанная смесь веществ может представлять собой коагулянт и может быть выбрана из следующего перечня: квасцы, алюминат натрия, хлориды полиалюминия, хлорогидроксид алюминия, гидроксихлорид алюминия, гидроксихлорид полиалюминия, сульфированные гидроксихлориды полиалюминия, сульфат полиалюминия и кремния, сульфат железа, хлорид железа, эпихлорогидриндиметиламин (EPI-DMA), сшитые сополимеры эпихлорогидриндиметиламина, полимеры дихлорида этилена и аммиака, конденсационные полимеры полифункционального диэтиленамина, конденсационные полимеры полифункционального тетраэтиленпентамина, конденсационные полимеры полифункционального гексаметилендиамина, конденсационные полимеры полифункционального этилендихлорида, меламиновые полимеры, полимеры на основе формальдегидных смол, катионноактивные виниловые полимеры, а также любые их сочетания.
По меньшей мере один вариант настоящего изобретения адресован способу, по которому соотношения упрочняющей добавки к твердой части матовой бумаги может составлять 0,3-5 кг указанной добавки на 1 тонну бумаги. По меньшей мере некоторые частицы измельченного карбоната кальция могут быть обработаны указанной композицией. По меньшей мере один вариант настоящего изобретения адресован способу, по которому никакие частицы осажденного карбоната кальция не обрабатываются указанной композицией. Указанная упрочняющая добавка может представлять собой катионноактивный крахмал. Указанные частицы наполнителя могут иметь массу, до 50% которой составляет твердая часть матовой бумаги. Упрочняющая добавка и указанная композиция могут нести один и тот же заряд.
По меньшей мере один вариант настоящего изобретения адресован композиции, предназначенной для использования в процессе изготовления бумаги. Указанная композиция содержит целлюлозу, частицы наполнителя, упрочняющую добавку, а также оболочку, окружающую по меньшей мере некоторые частицы наполнителя. Указанная оболочка разработана и построена таким образом, чтобы предотвратить слипание упрочняющей добавки с частицами наполнителя. По меньшей мере в одном варианте настоящего изобретения по меньшей мере некоторые частицы наполнителя представляют собой карбонат кальция. По меньшей мере в одном варианте настоящего изобретения указанные частицы наполнителя представляют собой измельченный карбонат кальция, осажденный карбонат кальция или сочетание этих двух веществ. По меньшей мере в одном варианте настоящего изобретения указанные частицы наполнителя содержат по меньшей мере 10% осажденного карбоната кальция и 10% измельченного карбоната кальция.
Подробное описание настоящего изобретения
По меньшей мере один вариант настоящего изобретения представляет собой способ изготовления бумаги, обладающей достаточной прочностью, имеет высокое содержание наполнителя, имеет высокое содержание осажденного карбоната кальция и обладает очень высокими оптическими свойствами. По меньшей мере один вариант настоящего изобретения представляет собой способ изготовления бумаги, включающий следующие стадии: приготовления смеси наполнителя из осажденного карбоната кальция и измельченного карбоната кальция, в которой осажденный карбонат кальция составляет по меньшей мере 10% от массы наполнителя, и измельченный карбонат кальция составляет по меньшей мере 10% от массы наполнителя; предварительный нагрев по меньшей мере некоторых частиц наполнителя с оболочкой, что снижает адгезию между упрочняющей добавкой и частицами наполнителя; и введение в матовую бумагу как смеси наполнителя, так и упрочняющей добавки.
Было известно, что введение упрочняющих добавок в матовую бумагу увеличивает прочность получаемой при этом бумаги. Некоторые примеры упрочняющих добавок описаны в патенте США 3 4,605,702. Некоторые примеры упрочняющих добавок представляют собой катионноактивные крахмалы, которые слипаются с волокнами целлюлозы и крепко соединяют их вместе.
Однако непрактично вводить большие количества упрочняющих добавок для того, чтобы скомпенсировать непрочность, обусловленную применением в матовой бумаги больших количеств наполнителя. Одной причиной этого является то, что упрочняющие добавки дороги, и использование больших количеств указанных добавок приведет к увеличению стоимости производства. Помимо этого, введение избыточного количества упрочняющих добавок влияет на процесс изготовления бумаги и является помехой для эксплуатационных свойств различных видов бумагоделательного оборудования. Например, в случае катионноактивных упрочняющих добавок на основе крахмала замедляется процесс дренажа и дегидратации, что очень сильно замедляет процесс изготовления бумаги.
Более того, волокна целлюлозы способны абсорбировать только ограниченное количество упрочняющих добавок. Это накладывает ограничения на то, какое количество указанных добавок, а следовательно, и какое количество наполнителя можно использовать. Одной причиной этого является то, что упрочняющие добавки имеют тенденцию нейтрализовывать заряды анионноактивного волокна/наполнителя. А когда эти заряды излишне нейтрализованы, то подавляется дальнейшая абсорбция упрочняющих добавок.
К сожалению, введение в матовую бумагу наполнителя снижает также эффективность упрочняющих добавок, которые имеют тенденцию покрывать указанные частицы наполнителя. Чем больше частиц наполнителя, тем упрочняющие добавки сильнее закрывают эти частицы, а поэтому для связывания с волокнами целлюлозы доступно меньшее количество указанных добавок. Поскольку существует максимально возможное количество вводимых упрочняющих добавок, то увеличение количества наполнителя всегда означает снижение эффективности упрочняющих добавок. Этот эффект более силен для осажденного карбоната кальция, чем для измельченного карбоната кальция, так как большая площадь поверхности осажденного карбоната кальция покрыта упрочняющими добавками сильнее, чем поверхность измельченного карбоната кальция.
По меньшей мере в одном варианте настоящего изобретения по меньшей мере некоторые частицы наполнителя предварительно обработаны композицией, это делается для того, чтобы по меньшей мере частично предотвратить слипание упрочняющих добавок с частицами наполнителя. Такая предварительная обработка предполагает полное покрытие указанной композицией некоторых (или всех) частиц наполнителя. В альтернативном варианте эта предварительная обработка предполагает нанесение указанной композиции только на часть одной или более частиц наполнителя, или полное покрытие некоторых частиц наполнителя и нанесение композиции только на часть из некоторых других частиц.
По меньшей мере в одном варианте настоящего изобретения указанная предварительная обработка осуществляется по меньшей мере некоторыми композициями, раскрытыми в патенте США №5,221,435; в частности, в нем описывается катионноактивные смеси. По меньшей мере в одном варианте настоящего изобретения указанная предварительная обработка проводится с помощью сополимера диаллил-N-дизамещенного галогенида аммония и акриламида, описанного в патенте США №6,592,718.
Несмотря на то, что в данной технологии известна предварительная обработка частиц наполнителя, но более ранние способы предварительной обработки частиц наполнителя не нацелены влиять на слипание упрочняющих добавок и частиц наполнителя. Действительно, многие предварительные обработки по данной технологии повышают адгезию упрочняющих добавок к частицам наполнителя. Например, в патенте США №7,211,608 описывается способ предварительной обработки гидрофильными полимерами. Однако такая предварительная обработка не влияет на адгезию между упрочняющими добавками и частицами наполнителя, а только отталкивает воду в целях уравновешивания избытка воды, который абсорбирован упрочняющими добавками. Напротив, настоящее изобретение уменьшает взаимодействие между упрочняющей добавкой и частицами наполнителя, и это приводит к неожиданно большому повышению прочности бумаги. Это может быть лучше понято при ссылке на фиг.1.
На фиг.1 приведен график зависимости прочности на разрыв исследуемой бумаги от процентного содержания наполнителя относительно общего количества твердых веществ матовой бумаги, используемых для ее изготовления. Как показано на фиг.1, соотношение между увеличением содержания наполнителя и снижением прочности бумаги представляет собой линейную зависимость. Это объясняется тем, что уменьшение эффективности упрочняющей добавки прямо пропорционально увеличению количества упрочняющей добавки, удерживаемой частицами наполнителя. На фиг.1 показано также, что по предыдущей технологии при любом заданном соотношении наполнителя и матовой бумаги в случае, если указанный наполнитель представляет собой чистый осажденный карбонат кальция, то часто прочность будет ниже, чем в случае частичного присутствия измельченного карбоната кальция.
Фиг.1 демонстрирует также, что бумага, изготовленная согласно способу по настоящему изобретению, обладает неожиданной высокой прочностью. На фиг.1 образец матовой бумаги, содержащей 32 мас.% наполнителя (из которых 50% представляет собой осажденный карбонат кальция, а 50% предварительно обработанный упрочняющей добавкой измельченный карбонат кальция) и отталкивающей коагулянт, имеет более высокую прочность, чем образец матовой бумаги, содержащей в виде наполнителя только 20% чистого измельченного карбоната кальция. Такой результат неожиданен по двум причинам: а) использование наполнителя, содержащего осажденный карбонат кальция, дает бумагу более высокой прочности, чем применение чистого измельченного карбоната кальция; и б) увеличение допустимого количества наполнителя более 12% является чрезмерным. Высокая прочность бумаги является результатом присутствия измельченного карбоната кальция, который снижает мешающее воздействие связей волокон целлюлозы, а предварительная обработка с помощью упрочняющих добавок делает возможным достичь максимальной прочности бумаги или приблизиться к ней.
По меньшей мере некоторые из наполнителей, охватываемых настоящим изобретением, хорошо известны и доступны коммерчески. К ним относятся любые неорганические или органические частицы или пигменты, применяемые для увеличения непрозрачности или яркости, снижения пористости, или уменьшения стоимости бумаги или листа бумажного картона. Наиболее употребимыми наполнителями являются карбонат кальция и глина. Однако пригодны также и тальк, диоксид титана, тригидрат алюминия, сульфат бария и гидроксид магния. Карбонат кальция включает измельченный карбонат кальция в высушенной форме или в виде диспергированной суспензии, мел, осажденный карбонат кальция любой морфологии и осажденный карбонат кальция в форме диспергированной суспензии. Такие диспергированные суспензии, сформированные из измельченного карбоната кальция и диспергированного карбоната кальция, обычно получают путем применения дисперсантов полимеров на основе полиакриловой кислоты или дисперсантов полифосфата натрия. Каждый из указанных дисперсантов сообщает частицам карбоната кальция существенный анионный заряд. Суспензии каолиновой глины также диспергируют с помощью полимеров на основе полиакриловой кислоты или полифосфата натрия.
По меньшей мере в одном варианте настоящего изобретения указанная обрабатывающая композиция представляет собой любое сочетание композиций, описанных в патенте США №6,592,718. В частности, пригодны подробно раскрытые в нем любые композиции, содержащие сополимер акриламид/диаллилдиметилхлорида аммония (AcAm/DADMAC). Пример композиции на основе сополимера акриламид/диаллилдиметилхлорида аммония (AcAm/DADMAC) представляет продукт Nalco-7527, фирма Naico Company of Naperville, Illinois (здесь и далее называемый 7527).
Обрабатывающая композиция может представлять собой коагулянт.Коагулянты, охватываемые настоящим изобретением, хорошо известны и являются коммерчески доступными. Они могут быть неорганическими или органическими. Представители неорганических коагулянтов включают квасцы, алюминат натрия, хлориды полиалюминия (или PACs, известные также как хлорогидроксид алюминия, гидроксихлорид алюминия, гидроксихлорид полиалюминия), сульфированные хлориды полиалюминия, сульфат полиалюминия и кремния, сульфат железа, хлорид железа, а также им подобные и любые их сочетания.
Некоторые органические коагулянты, пригодные в качестве обрабатывающей композиции, получают в процессе конденсационной полимеризации. Примеры полимеров этого типа включают эпихлорогидриндиметиламин (EPI-DMA), а также сшитые сополимеры эпихлорогидриндиметиламина(ЕРI-ОМА).
Другие коагулянты, пригодные в качестве обрабатывающей композиции, включают полимеры дихлорида этилена и аммиака, или полимеры этилендихлорида и диметиламина с добавлением аммиака (или без его добавления), конденсационные полимеры полифункциональных аминов (типа диэтилентриамина, тетраэтиленпентамина, гексаметилен-диамина и им подобных) с этилендихлоридом, а также полимеры, полученные в результате конденсации (типа меламинформальдегидных смол).
Дополнительные коагулянты, пригодные в качестве обрабатывающей композиции, включают катионноактивные аддитивные полимеры, типа полимеров, сополимеров и тримеров (мет)акриламида, диаллил-N-дизамещенного галогенида аммония, диметиламино-этилметакрилат и его четвертичные аммонийные соли, диметиламино-этилакрилат, хлорид метакриламидопропилтриметил аммония, диаллил-метил(β-пропионамидо)хлорид аммония, метилсульфат (β-метакрил-оксиэтил)триметиламмония, виниламин и акриламид или метакриламид, которые взаимодействуют с получением производных по реакции Манниха. Предпочтительные четвертичные аммонийные соли могут быть получены с использованием метилхлорида, диметилсульфата или бензилхлорида. Тримеры могут включать анионноактивыне мономеры, типа акриловой кислоты или 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты, так как суммарный заряд на этих полимерах отрицательный. Молекулярные массы этих полимеров как аддитивных виниловых полимеров, так и конденсационных полимеров, составляет от нескольких сотен до нескольких миллионов. Предпочтительно, чтобы молекулярная масс составляла от приблизительно 20000 до приблизительно 1000000. По меньшей мере в одном варианте настоящего изобретения указанная предварительная обработка проводится путем объединения одной, нескольких, какой-либо, или всех композиций, описанных в качестве пригодных для предварительной обработки частиц наполнителя.
По меньшей мере в одном варианте настоящего изобретения упрочняющие добавки несут такой же заряд, как и композиция, пригодная для обработки частиц наполнителя. Если два эти компонента несут один и тот же заряд, то менее вероятно, что частицы наполнителя абсорбируют упрочняющие добавки на своей поверхности. По меньшей мере в одном варианте настоящего изобретения указанная упрочняющая добавка представляет собой катионноактивный крахмал. Упрочняющие добавки, охватываемые настоящим изобретением включают любую композицию, из описанных в патенте США №4,605,702 и в заявке на патент США 2005/0161181 А1, в частности различные композиции на основе глиоксилированных сополимеров акриламид/диаллилдиметилхлорида аммония (AcAm/DADMAC). Примером композиции на основе глиоксилированных сополимеров акриламид/диаллилдиметилхлорида аммония (AcAm/DADMAC) является продукт Naico 64170, фирма Naico Company ofNaperville, Illinois.
По меньшей мере в одном варианте настоящего изобретения используемыми наполнителями являются осажденный карбонат кальция, измельченный карбонат кальция, и/или каолиновая глина. По меньшей мере в одном варианте настоящего изобретения используемыми наполнителями являются осажденный карбонат кальция, измельченный карбонат кальция, и/или каолиновая глина в сочетании с дисперсантом полимерной полиакриловой кислоты или их смеси. Соотношение упрочняющей добавки к твердой матовой бумаге может составлять 3 кг указанной добавки на 1 тонну бумаги.
Дальнейшее будет лучше понято со ссылкой на приводимые примеры, целью которых является иллюстрация, но не ограничение настоящего изобретения.
Пример 1
1 (i) Предварительная обработка наполнителя
Смесь частиц наполнителя была получена с целлюлозно-бумажного предприятия. Указанная смесь являлась смесью 50% осажденного карбоната кальция и 50% измельченного карбоната кальция. Осажденный карбонат кальция представлял собой недиспергированный продукт Albacar НО (произведенный Specialty Mineral of Bethlrhem, Pennsylvania), a измельченный карбонат кальция (также произведенный Specialty Mineral of Bethlrhem, Pennsylvania), который был диспергирован химическим путем. В целях настоящего изобретения термин «недиспергированный» означает, что вещество распределено в жидкости без помощи химического диспергирующего агента. В целях настоящего изобретения термин «химически диспергированный» означает, что вещество распределено в жидкости при помощи химического диспергирующего агента.
Смесь наполнителя была разбавлена 200 мл водопроводной воды до 18% содержания твердых частиц, эту разбавленную смесь поместили в 500 мл стеклянную мензурку. В течение по меньшей мере 30 с вплоть до введения коагулянта проводили перемешивание. Мешалка представляла собой 4-лопастное устройство EUROSTAR DIGITAL R1342. После первых 30 с перемешивания медленно добавляли раствор коагулянта. При этом перемешивание проводили с частотой 800 об/мин. В качестве раствора коагулянта использовали продукт 7527. Доза коагулянта составляла 1 кг/тонну из расчета на массу сухого наполнителя. Перемешивание с частотой 800 об/мин проводили вплоть до введения всего коагулянта. После этого скорость перемешивания увеличили до 1500 об/мин.
1 (ii) Применение наполнителя
С целлюлозно-бумажного предприятия была получена бумажная масса. Указанную массу охладили, а затем разбавили очищенной белой водой (эмульсия от нейтрализации кислого нефтепродукта едкой щелочью) до консистенции, составляющей приблизительно 0,7%. Волокна целлюлозы представляли собой смесь, состоящую из 60% отбеленной пульпы твердых пород (НВКР), 20% отбеленной пульпы мягких пород (SBKP) и 20% механической пульпы, отбеленной химиотермически (ВСТМР). Затем добавили образцы различных композиций наполнителя, приведенные на фиг.1, и ввели также упрочняющую добавку 64170. После этого измеряли предел прочности бумаги, изготовленной из каждого образца, на фиг.1 приведен полученный график.
Анализ прочности образцов выявил следующее. Замена чистого осажденного карбоната кальция на 50% осажденного карбоната кальция и 50% измельченного карбоната кальция дало приблизительно 3% последовательное увеличение содержания наполнителя, при этом не происходило никакой потери прочности бумаги.
Однако объединение 50% осажденного карбоната кальция и 50% измельченного карбоната кальция, частицы которого были предварительно обработаны упрочняющей добавкой 64170 и коагулянтом 7527, привело к возможности 12% увеличения содержания наполнителя, при этом потери прочности бумаги не наблюдалось. В результате этого эксперимента очевидно, что стадии способа по настоящему изобретению допускают применение большего количества наполнителя при производстве бумаги, при этом оптические свойства вырабатываемой бумаги повышаются.
Пример 2
Целлюлозная смесь и наполнитель были получены так же, как и в примере 1. Наполнитель обрабатывали так же, как и в примере 1. В 3 образца дополнительно ввели упрочняющую добавку 64170 в количестве 3 кг/тонну. Один образец содержал 50% осажденного карбоната кальция, другой - 50% осажденного карбоната кальция и 50% измельченного карбоната кальция, а третий образец содержал 50% осажденного карбоната кальция и 50% измельченного карбоната кальция, который был предварительно обработан продуктом 7527. Полученные после этого образцы бумаги подвергли анализу, результаты которого показаны на фиг.2. На указанном чертеже приведена графическая зависимость прочности на разрыв от процентного содержания наполнителя относительно общей доли твердой части в изготавливаемой с его помощью матовой бумаге.
Установлено, что при введении упрочняющей добавки 64170 в количестве 3 кг/тонну при 100% содержании осажденного карбоната кальция без потери прочности образца возможно лишь 3% увеличение содержания наполнителя. При приблизительно 34% содержании наполнителя увеличение прочности составило 12%. Когда 100% осажденный карбонат кальция был заменен на состав, содержащий 50% осажденного карбоната кальция и 50% измельченного карбоната кальция, то прочность увеличилась, и это позволило увеличить содержание наполнителя на 3,5% без потери прочности. При введении упрочняющей добавки 64170 в количестве 3 кг/тонну стало возможным дальнейшее увеличение содержания наполнителя приблизительно на 2,5% без снижения прочности листа. При 35% содержании наполнителя введение упрочняющей добавки 64170 в количестве 3 кг/тонну повысило прочность листа на 14%. По сравнению с образцом, содержащим 50% осажденного карбоната кальция и 50% измельченного карбоната кальция, образец из 50% осажденного карбоната кальция и 50% обработанного предварительно продуктом 7527 измельченного карбоната кальция, способен дать 2% увеличение содержания наполнителя без потери прочности. При введении упрочняющей добавки 64170 в количестве 3 кг/тонну к загрузке вместе с предварительно обработанным составом из 50% осажденного карбоната кальция и 50% измельченного карбоната кальция, возможно увеличение содержания наполнителя еще приблизительно на 4% по сравнению с составом, содержащим только предварительно обработанный образец из 50% осажденного карбоната кальция и 50% измельченного карбоната кальция, при этом прочность листа не снижается. При 36% содержании наполнителя дополнительное введение упрочняющей добавки 64170 в количестве 3 кг/тонну увеличило прочность на 19%. Этот эксперимент показал, что при одном и том же количестве упрочняющей добавки 64170 эффективность повышения прочности листа значительно увеличивается в случае предварительной обработки наполнителя.
Пример 3
Были проведены испытания, в которых использовали бумагоделательную машину, изготавливающую основную бумагу с покрытием, скорость указанной машины составила 1360 м/мин. Был получен состав, содержащий целлюлозные волокна, 40% из которых составляла механическая пульпа, отбеленная химиотермически (ВСТМР), 40% - отбеленная пульпа твердых пород (НВКР) и 20% отбеленная пульпа мягких пород (SBKP). Указанная загрузка содержала также смесь наполнителя, представляющую собой 70% осажденного карбоната кальция и 30% измельченного карбоната кальция. В течение испытания все увлажненные добавки, включая агенты, обладающие удерживающей способностью, клеящие вещества и катионноактивный крахмал, оставались неизменными. Прочность полученной в результате бумаги измерили с помощью тестера Scott Bond.
На фиг.3 приведены значения прочности бумажной смеси, включая смеси с различным содержанием продуктов 7527 и 64170, полученные при использовании Scott Bond. Если не содержалось ни продукта 7527, ни продукта 64170, то прочность составляла 0,92 кг/см. При добавлении продукта 64170 в количестве 2,5 кг/тонну прочность выросла до значения 1,14 кг/см, что составило 24% повышение. Однако при последующем добавлении продукта 7527 в количестве 0,5 кг/тонну прочность выросла с 1,14 кг/см до величины 1,30 кг/см, что составило дальнейшее 14% увеличение прочности. Проведенные испытания показали, что при добавлении небольших количеств коагулянта эффективность продукта 64170 значительно выше
Люди с обычной квалификацией в данной области должны понять, что все описанные ранее способы применимы к матовой бумаге, содержащей волокнистые вещества, основой которых не является целлюлоза; к матовой бумаге, содержащей смеси волокнистых веществ на основе целлюлозы, а также волокнистые вещества, основой которых не целлюлоза является; и/или синтетические волокнистые материалы.
Возможны изменения, касающиеся состава, процесса и организации описанного здесь способа по настоящему изобретению, если они не отступают от сущности и границ этого изобретения, раскрытых в формуле изобретения. Несмотря на то, что настоящее изобретение может быть реализовано в различных формах, здесь были описаны подробно специфические предпочтительные воплощения. Настоящее раскрытие представляет пример принципов этого изобретения, оно не предназначено для ограничения настоящего изобретения конкретными проиллюстрированными вариантами. Далее, настоящее изобретение охватывает любые возможные сочетания некоторых или всех описанных здесь различных вариантов. Все патенты, заявки на патенты и другие материалы, упоминаемые каким-либо образом в настоящем описании, или в другом цитируемом патенте, цитируемой заявке на патент или другой цитируемый материал включены во всей полноте.
Изобретение относится к производству бумаги. Способ включает обработку частиц наполнителя коагулянтом - сополимером акриламид/диаллилдиметилхлорида аммония (AcAm/DADMAC), смешивание частиц наполнителя и волокон целлюлозы, обработку полученной смеси упрочняющей добавкой - глиоксилированным сополимером акриламид/диаллил-диметилхлорида аммония (AcAm/DADMAC) и формирование матовой бумаги. По меньшей мере 10% частиц наполнителя представляют собой осажденный карбонат кальция, и по меньшей мере 10% указанных частиц наполнителя представляют собой измельченный карбонат кальция. Изобретение обеспечивает возможность изготовления матовой бумаги с повышенным содержанием минерального наполнителя без потери прочности бумаги. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 3 ил.
1. Способ изготовления бумаги с повышенным содержанием наполнителя, включающий получение смеси из частиц наполнителя по меньшей мере одной упрочняющей добавки и сырьевых волокон целлюлозы, отличающийся тем, что способ включает следующие стадии:
обработку указанных частиц наполнителя коагулянтом - сополимером акриламид/диаллилдиметилхлорида аммония (AcAm/DADMAC), смешивание указанных частиц наполнителя и сырьевых волокон целлюлозы, обработку полученной смеси упрочняющей добавкой - глиоксилированным сополимером акриламид/диаллил-диметилхлорида аммония (AcAm/DADMAC) и формирование из полученной смеси матовой бумаги, при этом по меньшей мере 10% указанных частиц наполнителя представляют собой осажденный карбонат кальция, и по меньшей мере 10% указанных частиц наполнителя представляют собой измельченный карбонат кальция.
2. Способ по п.1, в котором матовую бумагу формируют путем удаления некоторого количества воды из указанной смеси.
3. Способ по п.1, в котором по меньшей мере некоторое количество карбоната кальция находится в форме, выбранной из перечня, включающего недиспергированный карбонат кальция, диспергированную суспензию карбоната кальция, мел, а также любые их смеси.
4. Способ по п.1, в котором по меньшей мере некоторое количество карбоната кальция находится в форме диспергированной суспензии карбоната кальция, причем указанная диспергированная суспензия карбоната кальция содержит также по меньшей мере одно вещество, выбранное из дисперсантов полимерной полиакриловой кислоты, дисперсантов полифосфата натрия, суспензии каолиновой глины, а также любых их смесей.
5. Способ по п.1, в котором указанная смесь частиц наполнителя представляет собой 50% измельченного карбоната кальция и 50% осажденного карбоната кальция.
6. Способ по п.1, в котором соотношение указанной упрочняющей добавки к твердой части матовой бумаги составляет 0,3-5 кг упрочняющей добавки на 1 тонну матовой бумаги.
7. Способ по п.1, в котором указанная матовая бумага содержит твердую часть, а частицы наполнителя в матовой бумаге составляют более 50% от общей массы указанной твердой части.
8. Способ по п.1, в котором указанная смесь частиц наполнителя содержит также одно вещество, выбранное из следующего перечня, включающего органический пигмент, неорганический пигмент, глину, тальк, диоксид титана, тригидрат алюминия, сульфат бария, гидроксид магния, а также любые их сочетания.
9. Способ усиления взаимодействия между упрочняющей добавкой и волокнами целлюлозы, смешанными с частицами наполнителя, выбранного из следующего перечня, включающего осажденный карбонат кальция, измельченный карбонат кальция и любые их сочетания, отличающийся тем, что указанный способ включает следующие стадии:
предварительную обработку частиц наполнителя коагулянтом, в качестве которого используют сополимер акриламид/диаллилдиметилхлорида аммония (AcAm/DADMAC), смешивание указанных предварительно обработанных частиц наполнителя с волокнами целлюлозы, а также обработку полученной смеси упрочняющей добавкой, в качестве которой используют глиоксилированный сополимер акриламид/диаллилдиметилхлорида аммония (AcAm/DADMAC).
