КОМПОЗИЦИЯ НАПОЛНИТЕЛЯ Российский патент 2015 года по МПК D21H17/63 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к композиции наполнителя, способу получения композиции наполнителя, разнообразным вариантам применения композиции наполнителя, включая применение в качестве добавки в производстве бумаги, способу получения бумаги, в котором композицию наполнителя добавляют к водной целлюлозной суспензии, бумаге, полученной данным способом, а также разнообразным вариантам применения бумаги, полученной данным способом.

Предшествующий уровень техники

Наполнители и композиции наполнителей хорошо известны и широко используются в производственных процессах при изготовлении бумаги, чтобы снизить стоимость бумаги путем замены более дорогостоящих волокон натуральной целлюлозы менее дорогим наполнителем. Наполнители также обеспечивают возможность улучшения определенных свойств бумаги, например, таких как гладкость поверхности, пригодность к печати и оптические характеристики, такие как матовость и степень белизны. Однако другие свойства бумаги могут ухудшиться. Например, бумага с наполнителем обычно проявляет пониженные прочностные свойства по сравнению с бумагой, не содержащей наполнителей.

Была бы полезной возможность создания композиции наполнителя, которая придаст бумаге улучшенные прочностные и прочие свойства. Была бы также полезной возможность разработать способ получения такой композиции наполнителя. Кроме того, было бы полезно получить в распоряжение бумагу с наполнителем, проявляющую повышенную прочность и другие характеристики. Также была бы преимущественной разработка усовершенствованного способа получения бумаги с наполнителем.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение относится к композиции наполнителя, содержащей:

а) наполнитель,

b) катионное неорганическое соединение,

с) катионное органическое соединение и

d) анионный полисахарид,

где наполнитель присутствует в количестве по меньшей мере около 1% по массе, в расчете на общую массу композиции, анионный полисахарид присутствует в количестве от около 1 до около 100 кг/тонна, в расчете на массу наполнителя, и где композиция по существу не содержит волокон.

Настоящее изобретение также относится к композиции наполнителя, содержащей:

а) наполнитель,

b) катионное неорганическое соединение,

с) катионное органическое соединение и

d) анионный полисахарид,

где наполнитель присутствует в количестве по меньшей мере около 1% по массе, в расчете на общую массу композиции, каждое из катионных неорганического и органического соединений присутствует в количестве от около 0 до около 30 кг/тонна, в расчете на массу наполнителя, причем композиция содержит по меньшей мере одно из катионных неорганического и органического соединений и анионный полисахарид имеет степень замещения стехиометрически избыточными анионными группами вплоть до около 0,65.

Далее, настоящее изобретение относится к способу получения композиции наполнителя, включающему смешение

а) наполнителя,

b) катионного неорганического соединения,

с) катионного органического соединения и

d) анионного полисахарида,

причем в полученной композиции наполнителя наполнитель присутствует в количестве по меньшей мере около 1% по массе, в расчете на общую массу композиции, анионный полисахарид присутствует в количестве от около 1 до около 100 кг/тонна, в расчете на массу наполнителя, и в котором смешение выполняют по существу при отсутствии волокон.

Далее, настоящее изобретение относится к способу получения композиции наполнителя, включающему смешение

а) наполнителя,

b) катионного неорганического соединения,

с) катионного органического соединения и

d) анионного полисахарида,

причем в полученной композиции наполнителя наполнитель присутствует в количестве по меньшей мере около 1% по массе, в расчете на общую массу композиции, каждое из катионных неорганического и органического соединений присутствует в количестве от около 0 до около 30 кг/тонна, в расчете на массу наполнителя, причем композиция содержит по меньшей мере одно из катионных неорганического и органического соединений и анионный полисахарид имеет степень замещения стехиометрически избыточными анионными группами вплоть до около 0,65.

Настоящее изобретение также относится к композиции наполнителя, которая может быть получена способом, как описано в данном описании.

Настоящее изобретение также относится к применению композиции наполнителя, как описано в данном описании, в качестве добавки в процессе производства бумаги.

Изобретение далее относится к способу получения бумаги, включающему добавление композиции наполнителя, как описано в данном описании, к целлюлозной суспензии и дренирование полученной суспензии.

Далее, изобретение относится к бумаге, которая получена способом, как описано в данном описании, причем бумага включает композицию наполнителя, как описано в данном описании, и разнообразные варианты применения бумаги.

Подробное описание изобретения

В соответствии с настоящим изобретением, представлена композиция наполнителя, которая может быть использована в многочисленных вариантах применения, которая в особенности пригодна для использования в качестве добавки при производстве бумаги и которая придает бумаге улучшенные прочностные свойства. Например, при постоянных уровнях содержания наполнителя, наполненная бумага, содержащая композицию наполнителя настоящего изобретения, проявляет улучшенные прочностные характеристики. При постоянных прочностных характеристиках бумаги наполненная бумага, содержащая композицию наполнителя настоящего изобретения, может иметь значительно более высокие уровни содержания наполнителя. Прочностные характеристики бумаги с наполнителем настоящего изобретения, которые по существу сохраняются или улучшаются, включают прочность на растяжение, жесткость при растяжении, показатель предела прочности при разрыве, прочность на изгиб, z-прочность (прочность внутренней связи), Scott Bond (сопротивление расслаиванию), wax pick (поверхностная прочность). Кроме того, в существенной мере сохраняются и/или улучшаются характеристики пыления и образования бумажного пуха. Дополнительные преимущества, связанные с композицией наполнителя настоящего изобретения при применении в производстве бумаги, включают хорошую или улучшенную пригодность бумаги к машинной печати, хорошую совместимость со средствами, способствующими дренированию и удержанию тонкодисперсных частиц, хорошее или улучшенное удержание наполнителя и добавок, благодаря чему белая бумага может иметь низкие уровни содержания таковых, хорошую совместимость с проклеивающими веществами, то есть хорошее или улучшенное действие проклеивающих средств, в частности, в комбинациях с проклейкой бумажного материала (внутренней) и поверхностным (наружным) проклеиванием, легкое каландрование, в котором может быть приложено невысокое давление для получения хорошей гладкости бумаги, и возможности энергосбережения, в частности, в сушильной секции бумагоделательной машины. Далее, композиция наполнителя может быть получена простым, эффективным и универсальным способом с использованием общепринятых в производстве бумаги наполнителей и прочих недорогих сырьевых материалов. Соответственно, настоящее изобретение обеспечивает возможность повысить содержание наполнителя в бумаге для получения наполненной бумаги с улучшенной прочностью и другими свойствами и создать усовершенствованный способ выделки бумаги, тем самым получая улучшенный бумажный продукт и экономические выгоды.

Далее, в отношении иных вариантов применения, нежели производство бумаги, композиция наполнителя настоящего изобретения может быть использована для повышения прочности (прочности в сыром состоянии) традиционных и современных керамических материалов, порошковых композиций, а также в порошковой металлургии. При улучшенной прочности в сыром состоянии обращение с изделиями перед обжигом или спеканием будет обеспечивать меньшее повреждение изделий, и изделия с повышенной прочностью в сыром состоянии будут легче или лучше выдерживать машинную обработку с сохранением размеров и форм.

Композиция согласно настоящему изобретению содержит наполнитель. Термин «наполнитель», как использовано в данном описании, предполагает включение синтетических или натуральных минеральных наполнителей и пигментов, в том числе пористых, рыхлых, пластичных и расширяемых наполнителей и пигментов. Примеры пригодных наполнителей настоящего изобретения включают волластониты, каолиниты, например каолин, фарфоровую глину, диоксид титана, гипс, талькиты, например тальк, гидроталькит, манассеит, пироаурит, шегренит, стихтит, барбертонит, таковит, ривесит, десотельсит, мотукореаит, вермландит, мейкснерит, коалингит, хлоромагалумит, каррбойдит, хонессит, вудвардит, айоваит, гидрохонессит и маунткейтит, оксиды кремния, например осажденный оксид кремния и осажденные алюмосиликаты, смектиты, например монтмориллонит/бентонит, гекторит, бейделит, нонтронит и сапонит, гидрированные оксиды алюминия (тригидроксиды алюминия), сульфат кальция, сульфат бария, оксалат кальция, а также природные и синтетические карбонаты кальция. Примеры пригодных природных и синтетических карбонатов кальция включают мел, размолотый мрамор, размолотый карбонат кальция (GCC) и осажденный карбонат кальция (PCC), включая любую из разнообразных существующих кристаллических форм или морфологий, например кальцит ромбоэдрической, призматической, пластинчатой, кубоидной и скаленоэдрической формы и арагонит игольчатой формы. Подходящим наполнителем является каолин или карбонат кальция, такой как размолотый карбонат кальция и осажденный карбонат кальция.

Композиция согласно настоящему изобретению может содержать одно или более катионных неорганических соединений. Примеры пригодных катионных неорганических соединений включают неорганические одно-, двух- и поливалентные катионы и полиэлектролиты, например соединения алюминия. Примеры пригодных соединений алюминия включают квасцы (сульфат алюминия), алюминаты, например алюминаты натрия и калия, и полиалюминиевые соединения, например полиалюминийхлориды, сульфаты полиалюминия, силикат-сульфаты полиалюминия и их смеси. Предпочтительно катионное неорганическое соединение представляет собой полиалюминийхлорид.

Композиция согласно настоящему изобретению может включать одно или более катионных органических соединений. Обычно катионное органическое соединение является водорастворимым или диспергируемым в воде, предпочтительно водорастворимым. Катионное органическое соединение может быть синтетическим и иметь природное происхождение, каковому приданы катионные свойства. Примеры пригодных катионных органических соединений включают катионные органические полимеры, например конденсационные полимеры типа катионных полиамидов, катионных полиамидаминов, катионных полиэтилениминов и катионных дициандиамидных полимеров, катионных полимеров, полученных полиприсоединением винильных производных, таких как катионный мономер с этиленовой ненасыщенностью или смесь мономеров, содержащая по меньшей мере один катионный мономер, такой как катионные полимеры на основе акриламида, катионные полимеры на основе акрилата, катионные полимеры на основе виниламина/винилформамида и катионные полимеры, основанные на диаллилдиалкиламмонийхлоридах. Примеры пригодных катионных мономеров с этиленовой ненасыщенностью включают диалкиламиноалкил(мет)акрилаты и диалкиламиноалкил(мет)акриламиды, предпочтительно в кватернизованной форме, и диаллилдиалкиламмонийхлорид (DADMAC). Катионные полимеры из мономера с этиленовой ненасыщенностью обычно получают из катионного мономера в количестве от около 10 до 100 мольных процентов и другого мономера в количестве от 0 до 90 мольных процентов, причем сумма процентов составляет 100. Количество катионного мономера обычно составляет по меньшей мере 80 мольных процентов, преимущественно 100 мольных процентов.

Катионное органическое соединение обычно имеет среднемассовую молекулярную массу по меньшей мере около 1000, преимущественно по меньшей мере около 2000 и предпочтительно по меньшей мере около 5000. Обычно среднемассовая молекулярная масса составляет вплоть до около 4000000, преимущественно вплоть до около 2000000 и предпочтительно вплоть до около 700000. Плотность заряда катионного органического соединения обычно составляет по меньшей мере около 0,2 мэкв/г, преимущественно по меньшей мере около 1 мэкв/г, и обычно плотность заряда составляет вплоть до около 15 мэкв/г, преимущественно вплоть до около 10 мэкв/г.

Композиция согласно настоящему изобретению содержит анионный полисахарид. Преимущественно анионный полисахарид является диспергируемым в воде или водорастворимым, предпочтительно водорастворимым или по меньшей мере частично растворимым в воде. Анионный полисахарид содержит анионные группы, которые могут присутствовать изначально и/или могут быть введены химической обработкой полисахарида. Примеры анионных по своей природе полисахаридов включают натуральный картофельный крахмал, который содержит значительное количество ковалентно связанных фосфатных сложных моноэфирных групп. Анионный полисахарид также может содержать катионные группы в такой степени, что полисахарид в целом является анионным или имеет результирующий анионный заряд, то есть число анионных групп превышает число катионных групп или степень замещения анионными группами является более высокой, чем степень замещения катионными группами. В предпочтительном варианте осуществления анионный полисахарид не содержит или по существу не содержит катионных групп.

Примеры пригодных анионных групп включают карбоксилатную, например карбоксиалкильную, сульфатную, сульфонатную, например сульфоалкильную, фосфатную и фосфонатную группы, где алкильная группа может представлять собой метильную, этильную, пропильную группы или их смесь, преимущественно метильную; преимущественно анионный полисахарид содержит анионную группу, содержащую карбоксилатную группу, например карбоксиалкильную группу. Противоионом для анионной группы обычно служит ион щелочного металла или щелочноземельного металла, преимущественно натрия. Анионные группы также могут существовать в своей кислотной форме, для чего соответствующие анионные группы формируют в водной среде.

Примеры пригодных катионных групп включают соли аминов, преимущественно соли третичных аминов, и четвертичные аммониевые группы, предпочтительно четвертичные аммониевые группы. Заместители, присоединенные к атому азота аминных и четвертичных аммониевых групп, могут быть одинаковыми или различными, и могут быть выбраны из алкильных, циклоалкильных и алкоксиалкильных групп, и один, два или более заместителей вместе с атомом азота могут образовывать гетероциклическое кольцо. Заместители независимо друг от друга обычно содержат от 1 до около 24 атомов углерода, предпочтительно от 1 до около 8 атомов углерода. Атом азота катионной группы может быть присоединен к полисахариду через цепь атомов, которая преимущественно включает атомы углерода и водорода и, необязательно, атомы кислорода (О) и/или азота (N). Обычно цепь атомов представляет собой алкиленовую группу с числом атомов углерода от 2 до 18, преимущественно от 2 до 8, необязательно с включением в цепь или с присоединением в качестве заместителей одного или более гетероатомов, например О или N, образуя, например, алкиленоксигруппу или гидроксипропиленовую группу. Предпочтительные анионные полисахариды, содержащие катионные группы, включают группы, полученные реакцией анионного полисахарида с кватернизующим реагентом, выбранным из 2,3-эпоксипропилтриметиламмонийхлорида, 3-хлор-2-гидроксипропилтриметиламмонийхлорида и их смесей.

Анионный полисахарид согласно настоящему изобретению может содержать неионные группы, такие как алкильные или гидроксиалкильные группы, например гидроксиметильные, гидроксиэтильные, гидроксипропильные, гидроксибутильные группы и их смеси, например гидроксиэтилметильные, гидроксипропилметильные, гидроксибутилметильные, гидроксиэтилэтильные, гидроксипропоксильные и подобные. В предпочтительном варианте осуществления изобретения анионный полисахарид содержит как анионные, так и неионные группы.

Примеры пригодных анионных полисахаридов настоящего изобретения включают глюканы, например декстраны и целлюлозы, галактоманнаны, например гуаровые камеди, хитины, хитозаны, гликаны, галактаны, ксантановые камеди, пектины, маннаны, декстрины, альгинаты и каррагенины. Примеры пригодных крахмалов включают картофельный, кукурузный, пшеничный, тапиоковый, рисовый крахмал, крахмал из восковой кукурузы и т.д. Предпочтительно анионный полисахарид выбирают из производных целлюлозы, предпочтительно анионных простых эфиров целлюлозы. Примеры пригодных анионных полисахаридов и производных целлюлозы включают карбоксиалкилцеллюлозы, например карбоксиметилцеллюлозу, карбоксиэтилцеллюлозу, карбоксипропилцеллюлозу, сульфоэтилкарбоксиметилцеллюлозу, карбоксиметилгидроксиэтилцеллюлозу («СМ-НЕС»), карбоксиметилцеллюлозу, в которой целлюлоза замещена одним или более неионными заместителями, предпочтительно карбоксиметилцеллюлозу («CMC»). Примеры пригодных производных целлюлозы включают такие, как описано в патенте США 4940785, который включен в данное описание посредством ссылки.

Анионный полисахарид обычно имеет степень замещения стехиометрически избыточными анионными группами (“DS_NA”) на уровне по меньшей мере около 0,001 или по меньшей мере около 0,01, преимущественно по меньшей мере около 0,05 или по меньшей мере около 0,10 и предпочтительно по меньшей мере около 0,15. Степень замещения анионного полисахарида стехиометрически избыточными анионными группами обычно составляет вплоть до около 1,0 или до около 0,75, преимущественно вплоть до около 0,65 или до около 0,50 и предпочтительно вплоть до около 0,45. Когда анионный полисахарид не содержит катионных групп, он имеет степень замещения анионными группами (“DS_A”), которая равна степени замещения стехиометрически избыточными анионными группами, как описано в данном описании, то есть DS_A=DS_NA.

Анионный полисахарид обычно имеет среднемассовую молекулярную массу по меньшей мере 2000 Дальтон или по меньшей мере около 5000 Дальтон, преимущественно по меньшей мере 20000 Дальтон или по меньшей мере около 50000 Дальтон, и средняя молекулярная масса обычно составляет вплоть до около 30000000 Дальтон или до около 25000000 Дальтон, преимущественно до около 1000000 Дальтон или до около 500000 Дальтон.

Настоящая композиция наполнителя предпочтительно представляет собой водную композицию, то есть предпочтительно она содержит воду. Разумеется, в композиции наполнителя могут также присутствовать другие компоненты, например, такие как биоциды, консерванты, побочные продукты процессов образования наполнителя, катионных неорганических и органических соединений и анионного полисахарида, например соли и диспергаторы, и т.д. В предпочтительном варианте осуществления композиция наполнителя по существу не содержит волокон и фибрилл целлюлозы или лигноцеллюлозы. В еще одном предпочтительном варианте осуществления композиция наполнителя по существу не содержит волокон длиной по меньшей мере около 4 мм. В еще одном дополнительном предпочтительном варианте осуществления композиция наполнителя содержит волокна или фибриллы целлюлозы или лигноцеллюлозы. В еще одном дополнительном предпочтительном варианте осуществления композиция наполнителя по существу не содержит катионного крахмала.

Компоненты композиции наполнителя, содержащей наполнитель, катионные неорганические и органические соединения и анионный полисахарид, могут присутствовать в композиции наполнителя в количествах, которые могут варьировать в широких пределах в зависимости, помимо всего прочего, от типа и числа компонентов, предполагаемого применения, желаемой экономии расходов, желаемой прочности бумаги и т.д.

Наполнитель обычно присутствует в композиции наполнителя в количестве по меньшей мере около 1% по массе, в расчете на общую массу композиции, преимущественно по меньшей мере около 2% по массе или по меньшей мере около 5% по массе и предпочтительно по меньшей мере около 10% по массе. Наполнитель обычно присутствует в количестве вплоть до 99% по массе, в расчете на общую массу композиции, преимущественно вплоть до около 75% по массе или до около 50% по массе и предпочтительно вплоть до около 45% по массе.

Согласно одному варианту осуществления, катионное неорганическое соединение в композиции наполнителя не присутствует. Однако если таковое присутствует, катионное неорганическое соединение обычно присутствует в композиции наполнителя в количестве по меньшей мере около 0,01 кг/тонна, в расчете на массу наполнителя, преимущественно по меньшей мере около 0,1 кг/тонна или по меньшей мере около 0,5 кг/тонна и предпочтительно по меньшей мере около 1,0 кг/тонна. Далее, если таковое присутствует, катионное неорганическое соединение обычно присутствует в композиции наполнителя в количестве вплоть до около 30 кг/тонна, в расчете на массу наполнителя, преимущественно до около 15 кг/тонна или до около 10 кг/тонна и предпочтительно вплоть до около 5 кг/тонна. Когда катионное неорганическое соединение представляет собой соединение алюминия, определенные в данном описании количества рассчитывают как оксид алюминия (Al₂O₃), в расчете на массу наполнителя.

Согласно одному варианту осуществления, катионное органическое соединение в композиции наполнителя не присутствует. Однако если таковое присутствует, катионное органическое соединение обычно находится в композиции наполнителя в количестве по меньшей мере около 0,01 кг/тонна, в расчете на массу наполнителя, преимущественно по меньшей мере около 0,1 кг/тонна или по меньшей мере около 0,5 кг/тонна и предпочтительно по меньшей мере около 1,0 кг/тонна. Далее, если таковое присутствует, катионное органическое соединение обычно находится в композиции наполнителя в количестве вплоть до около 30 кг/тонна, в расчете на массу наполнителя, преимущественно до около 15 кг/тонна или до около 10 кг/тонна и предпочтительно вплоть до около 5 кг/тонна.

Согласно одному варианту осуществления, анионный полисахарид обычно присутствует в композиции наполнителя в количестве по меньшей мере около 1 кг/тонна, в расчете на массу наполнителя, преимущественно по меньшей мере около 2 кг/тонна или по меньшей мере около 3 кг/тонна и предпочтительно по меньшей мере около 5 кг/тонна. Анионный полисахарид обычно присутствует в композиции наполнителя в количестве вплоть до около 100 кг/тонна, в расчете на массу наполнителя, преимущественно до около 50 кг/тонна или до около 30 кг/тонна и предпочтительно вплоть до около 20 кг/тонна.

Композиция наполнителя обычно имеет массовое отношение катионного(ных) фиксирующего(щих) средства(ств) к анионному полисахариду от около 10:1 до около 1:1000, преимущественно от около 2:1 до около 1:100 и предпочтительно от около 1:1 до около 1:40. Согласно одному варианту осуществления, катионное(ные) фиксирующее(щие) средство(ства) включает(ют) катионное неорганическое соединение и/или катионное органическое соединение.

Композиция наполнителя настоящего изобретения может не содержать воды. Если вода присутствует, она обычно находится в композиции наполнителя в количестве от около 1% по массе, в расчете на общую массу композиции, преимущественно по меньшей мере около 25% по массе или по меньшей мере около 50% по массе и предпочтительно по меньшей мере около 55% по массе. Если вода присутствует, она обычно находится в количестве вплоть до около 99% по массе, в расчете на общую массу композиции, преимущественно до около 98% по массе или до около 95% по массе и предпочтительно вплоть до около 90% по массе, при сумме процентных долей, равной 100.

Композиция наполнителя может иметь содержание волокон от около 0 до около 5% по массе, в расчете на композицию. Предпочтительно, композиция наполнителя включает волокна или фибриллы целлюлозы или лигноцеллюлозы в количестве менее чем около 1% по массе, в расчете на наполнитель.

Настоящее изобретение также относится к способу получения композиции наполнителя, который включает смешение компонентов, как определено в данном описании, предпочтительно в количествах и пропорциях, как определено в данном описании. Компоненты могут быть смешаны в любом порядке, и предпочтительно после каждого добавления проводить перемешивание. Предпочтительно, катионные неорганические и органические соединения добавляют к наполнителю либо по отдельности, либо в виде предварительно приготовленной смеси (премикса). Когда используют режим добавления по отдельности, то катионное неорганическое соединение может быть добавлено к наполнителю до внесения катионного органического соединения, катионное органическое соединение может быть добавлено к наполнителю до внесения катионного неорганического соединения или катионные неорганические и органические соединения могут быть добавлены одновременно, но раздельно. Обычно анионный полисахарид добавляют к наполнителю вслед за внесением катионных неорганических и органических соединений. Если присутствует вода, то предпочтительно, вода находится с самого начала осуществления способа смешения, например, с использованием водной суспензии, содержащей наполнитель. Остальные компоненты также могут быть использованы в виде водных растворов, дисперсий или суспензий. Способ может быть осуществлен периодическим, полупериодическим или непрерывным методом.

В предпочтительном варианте осуществления смешение выполняют в полупериодическом режиме или непрерывно в линии наполнителя бумагоделательной машины. Для этого компоненты композиции наполнителя вводят в водный поток и полученный поток водной композиции наполнителя настоящего изобретения добавляют к водной суспензии, содержащей целлюлозные волокна, которую подают в напорный ящик, из которого полученная суспензия поступает на формную сетку бумагоделательной машины. Вода стекает из суспензии с образованием влажного бумажного полотна, которое затем обезвоживают и сушат в сушильной секции бумагоделательной машины.

Композиция наполнителя настоящего изобретения может быть использована в качестве добавки при производстве керамических материалов, красок, бумаги, пластических материалов, порошковых композиций и т.д. Предпочтительно композицию наполнителя используют в производстве бумаги, и в этом качестве ее используют в качестве добавки к водной суспензии, содержащей целлюлозные волокна.

Настоящее изобретение также относится к способу получения бумаги, который включает приготовление водной суспензии, содержащей целлюлозные волокна («целлюлозной суспензии»), добавление к целлюлозной суспензии настоящей композиции наполнителя и обезвоживание целлюлозной суспензии с образованием полотна или листа бумаги. Конечно, в способе могут быть также использованы прочие добавки, будучи либо введенными в целлюлозную суспензию, либо нанесенными на полотно или лист полученной бумаги. Примеры таких добавок включают общепринятые наполнители, оптические отбеливатели, проклеивающие средства, средства для повышения прочности в сухом состоянии, средства для повышения прочности во влажном состоянии, катионные коагулянты, средства, способствующие дренированию и удержанию тонкодисперсных частиц, и т.д.

Примеры пригодных общепринятых наполнителей включают наполнители, приведенные выше, преимущественно каолин, фарфоровую глину, диоксид титана, гипс, тальк, природные и синтетические карбонаты кальция, например мел, размолотый мрамор, размолотый карбонат кальция и осажденный карбонат кальция, гидрированные оксиды алюминия (тригидроксиды алюминия), сульфат кальция, сульфат бария, оксалат кальция и т.д.

Примеры пригодных средств для повышения прочности во влажном состоянии включают катионные полиамины и полиаминоамиды, включая продукты, полученные реакцией полиаминов и полиаминоамидов с эпихлоргидрином.

Примеры пригодных проклеивающих средств включают нереакционноспособные в отношении целлюлозы проклеивающие средства, например проклеивающие средства на основе канифоли, такие как мыла на основе канифоли, эмульсии/дисперсии на основе канифоли, реагирующие с целлюлозой проклеивающие средства, например эмульсии/дисперсии ангидридов кислот, таких как алкил- и алкенилсукциновые (янтарные) ангидриды (ASA), алкенил- и алкилзамещенные димеры (AKD) и мультимеры кетенов, а также анионные, катионные и амфотерные полимеры из мономеров с этиленовой ненасыщенностью, например сополимеры стирола и акрилатов. Одно или более проклеивающих средств могут быть добавлены к целлюлозной суспензии, нанесены на бумагу в ходе поверхностного нанесения проклеивающего средства или обоими путями. В предпочтительном варианте осуществления по меньшей мере одно проклеивающее средство добавляют в целлюлозную суспензию и по меньшей мере одно проклеивающее средство наносят на бумагу. Проклеенная и наполненная бумага настоящего изобретения проявляет превосходную прочность и характеристики проклеивания.

Примеры пригодных кетеновых димеров включают димеры приведенной ниже общей формулы (I), где R¹ и R² представляют собой насыщенные или ненасыщенные углеводородные группы, обычно насыщенные углеводородные фрагменты, причем углеводородные группы преимущественно имеют от 8 до 36 атомов углерода, обычно представляя собой алкильные группы с линейными или разветвленными цепями, содержащими от 12 до 20 атомов углерода, такие как гексадецильные и октадецильные группы. Примеры пригодных ангидридов кислот включают ангидриды приведенной ниже общей формулы (II), где R³ и R⁴ могут быть одинаковыми или различными и представляют собой насыщенные или ненасыщенные углеводородные группы, преимущественно содержащие от 8 до 30 атомов углерода, или радикалы R³ и R⁴ вместе с фрагментом -С-О-С- могут образовывать 5-6-членное кольцо, необязательно дополнительно замещенное углеводородными группами, содержащими вплоть до 30 атомов углерода, такими как изооктадеценилянтарный ангидрид.

Пригодные проклеивающие средства включают соединения, раскрытые в патенте США 4522686, который включен в данное описание посредством ссылки.

Примеры пригодных катионных коагулянтов включают водорастворимые органические полимерные коагулянты и неорганические коагулянты. Катионные коагулянты могут быть использованы по отдельности или в сочетании, то есть полимерный коагулянт может быть применен в комбинации с неорганическим коагулянтом. Примеры пригодных водорастворимых органических полимерных катионных коагулянтов включают конденсационные полимеры, такие как катионные полиамины, катионные полиамидамины, катионные полиэтиленимины и катионные дициандиамидные полимеры, катионные полимеры, полученные полиприсоединением винильных производных, таких как катионный мономер с этиленовой ненасыщенностью или смесь мономеров, содержащая по меньшей мере один катионный мономер, такой как катионные полимеры на основе акриламида, катионные полимеры на основе акрилатов, катионные полимеры на основе виниламина/винилформамида и катионные полимеры, основанные на диаллилдиалкиламмонийхлоридах. Примеры пригодных катионных мономеров с этиленовой ненасыщенностью включают диалкиламиноалкил(мет)акрилаты и диалкиламиноалкил(мет)акриламиды, предпочтительно в кватернизованной форме, и диаллилдиалкиламмонийхлорид (DADMAC). Катионные полимеры из мономера с этиленовой ненасыщенностью обычно получают из катионного мономера в количестве от около 10 до 100 мольных процентов и другого мономера в количестве от 0 до 90 мольных процентов, причем сумма процентных долей составляет 100. Количество катионного мономера обычно составляет по меньшей мере 80 мольных процентов, преимущественно 100 мольных процентов. Органические полимерные катионные коагулянты обычно имеют среднемассовую молекулярную массу по меньшей мере около 1000, преимущественно по меньшей мере около 2000 и предпочтительно по меньшей мере около 5000. Обычно среднемассовая молекулярная масса составляет вплоть до около 4000000, преимущественно вплоть до около 2000000 и предпочтительно вплоть до около 700000. Примеры пригодных неорганических коагулянтов включают соединения алюминия, например квасцы, алюминаты, например алюминаты натрия и калия, и полиалюминиевые соединения, например полиалюминийхлориды, сульфаты полиалюминия, силикат-сульфаты полиалюминия и их смеси.

Примеры пригодных средств, способствующих дренированию и удержанию тонкодисперсных частиц, включают органические полимеры, неорганические материалы, например анионные микродисперсные материалы, например кремнийсодержащие материалы типа коллоидальных частиц на основе оксида кремния, монтмориллонит/бентонит и их комбинации. Термин «средство, способствующее дренированию и удержанию тонкодисперсных частиц», как использовано в данном описании, имеет отношение к одной или более добавок, которая, будучи добавленной к водной целлюлозной суспензии, обеспечивает лучшее дренирование и/или удержание тонкодисперсных частиц, чем это достигается в случае, когда названные одна или более добавок не вносятся.

Примеры пригодных органических полимеров включают анионные, амфотерные и катионные крахмалы; анионные, амфотерные и катионные полимеры на основе акриламида, включая, главным образом, линейные, разветвленные и сшитые анионные и катионные полимеры на основе акриламида; а также катионный полимер диаллилдиметиламмонийхлорида; катионные полиэтиленимины; катионные полиамины; катионные полиамидамины и полимеры на основе виниламида, меламиноформальдегидные и мочевиноформальдегидные смолы. Преимущественно, средство, способствующее дренированию и удержанию тонкодисперсных частиц, включает по меньшей мере один катионный или амфотерный полимер, предпочтительно катионный полимер. Катионный крахмал и катионный полиакриламид являются особенно предпочтительными полимерами, и они могут быть использованы по отдельности, в сочетании друг с другом или вместе с другими полимерами, например другими катионными и/или анионными полимерами. Среднемассовая молекулярная масса полимера преимущественно составляет более чем около 1000000 и предпочтительно свыше примерно 2000000. Верхний предел среднемассовой молекулярной массы полимера не имеет существенного значения; он может быть около 50000000, обычно около 30000000 и преимущественно около 25000000. Однако среднемассовая молекулярная масса полимеров, имеющих природное происхождение, может быть более высокой.

Частицы на основе оксида кремния, то есть частицы, основанные на SiO₂ или кремниевой кислоте, обычно поставляются в форме водных коллоидальных дисперсий, так называемых золей. Примеры пригодных частиц на основе оксида кремния включают коллоидальный оксид кремния и различные типы поликремниевой кислоты, либо гомополимеризованной, либо сополимеризованной. Золи на основе оксида кремния могут быть модифицированы и могут содержать другие элементы, например алюминий, бор, азот, цирконий, галлий, титан и подобные, которые могут находиться в водной фазе и/или в частицах на основе оксида кремния. Примеры пригодных частиц на основе оксида кремния этого типа включают коллоидальный оксид кремния, модифицированный алюминием, и алюмосиликаты. Также могут быть применены смеси таких пригодных частиц на основе оксида кремния. Примеры пригодных анионных частиц на основе оксида кремния включают частицы, имеющие средний размер частиц ниже примерно 100 нм, предпочтительно менее чем около 20 нм и более предпочтительно в диапазоне от около 1 до около 10 нм. Как это является обычным для химии оксида кремния, размер частиц имеет отношение к среднему размеру первичных частиц, которые могут быть агрегированными или неагрегированными. Удельная площадь поверхности частиц на основе оксида кремния преимущественно составляет свыше примерно 50 м²/г и предпочтительно более чем около 100 м²/г. Как правило, удельная площадь поверхности может быть вплоть до около 1700 м²/г. Удельную площадь поверхности измеряют путем титрования с использованием NaOH общеизвестным методом, например, как описано G.W. Sears в журнале Analytical Chemistry, том 28 (1956): № 12, стр.1981-1983, и в патенте США 5176891. Данная площадь тем самым представляет собой среднюю удельную площадь поверхности частиц. Дополнительные примеры пригодных частиц на основе оксида кремния включают частицы, которые присутствуют в золе, имеющем S-значение в диапазоне от 5 до 50%. S-Значение может быть измерено и рассчитано, как описано Iler и Dalton в журнале J. Phys. Chem, том 60 (1956), стр.955-957. S-Значение означает степень агрегации или образования микрогеля, и более низкое S-значение является показателем более высокой степени агрегации.

Примеры пригодных комбинаций средств, способствующих дренированию и удержанию тонкодисперсных частиц, включают катионные полимеры и анионные микродисперсные материалы, такие как кремнеземные материалы, например катионный крахмал и анионные коллоидальные частицы на основе оксида кремния; катионный полимер на основе акриламида и анионные коллоидальные частицы на основе оксида кремния; катионный полимер на основе акриламида, анионный полимер на основе акриламида и анионные коллоидальные частицы на основе оксида кремния или бентонит и катионный полимер на основе акриламида и бентонит.

Композиция наполнителя настоящего изобретения может быть добавлена к целлюлозной суспензии в количествах, которые могут варьировать в пределах широкого диапазона в зависимости, помимо всего прочего, от типа целлюлозной суспензии, типа наполнителя, типа получаемой бумаги, места внесения и т.д. Композицию наполнителя обычно добавляют в количестве по меньшей мере около 1 кг/тонна, рассчитанную как сухой наполнитель в расчете на сухие целлюлозные волокна, преимущественно по меньшей мере около 10 кг/тонна или по меньшей мере около 50 кг/тонна, предпочтительно по меньшей мере 100 кг/тонна. Композицию наполнителя обычно добавляют в количестве вплоть до 3000 кг/тонна, или до 1000 кг/тонна, или 750 кг/тонна, рассчитанную как сухой наполнитель в расчете на сухие целлюлозные волокна, преимущественно вплоть до около 500 кг/тонна или до около 450 кг/тонна, предпочтительно до 400 кг/тонна. Бумага настоящего изобретения обычно имеет содержание наполнителя в пределах диапазона от 0,1 до около 75% по массе, преимущественно от около 1 до около 50% по массе и предпочтительно от около 10 до около 40% по массе.

Когда в способе используют другие компоненты, такие компоненты могут быть добавлены к целлюлозной суспензии или нанесены на бумагу в количествах, которые могут варьировать в пределах широкого диапазона в зависимости, помимо всего прочего, от типа и числа компонентов, типа целлюлозной суспензии, содержания наполнителя, типа получаемой бумаги, места внесения и т.д. Проклеивающие средства обычно вносят в целлюлозную суспензию и/или наносят на бумагу в количествах по меньшей мере около 0,01% по массе, преимущественно по меньшей мере около 0,1% по массе, в расчете на массу сухих волокон, и верхний предел обычно составляет около 2% по массе, преимущественно около 0,5% по массе. В общем, средства, способствующие дренированию и удержанию тонкодисперсных частиц, вносят в целлюлозную суспензию в количествах, которые обеспечивают лучшее дренирование и/или удержание тонкодисперсных частиц, нежели то, что получается, когда такие средства не используют. Средства, способствующие дренированию и удержанию тонкодисперсных частиц, средства для повышения прочности в сухом состоянии и средства для повышения прочности во влажном состоянии, независимо друг от друга, обычно вносят в количестве по меньшей мере около 0,001% по массе, конкретно по меньшей мере около 0,005% по массе, в расчете на массу сухих волокон, и верхний предел обычно составляет около 5% по массе и преимущественно около 1,5% по массе.

Композицию наполнителя согласно настоящему изобретению используют для производства бумаги. Термин «бумага», как использовано в данном описании, конечно, включает не только бумагу и ее производство, но также другие целлюлозные листовые или ленточные продукты, например, такие как жесткий картон и упаковочный картон, и их производство. Способ может быть использован в производстве бумаги из различных типов водных суспензий целлюлозных волокон, и суспензии преимущественно должны содержать такие волокна в количестве по меньшей мере около 25% по массе и предпочтительно по меньшей мере около 50% по массе, в расчете на сухое вещество. Суспензия может быть основана на волокнах из химической целлюлозы, такой как сульфатная, сульфитная целлюлоза и целлюлоза из процесса “Organosolv” (с применением органических растворителей), механической целлюлозы, такой как термомеханическая целлюлоза, хемо-термо-механическая целлюлоза, рафинерной древесной массы и целлюлозы в виде размолотой древесной массы, из древесины как лиственных, так и хвойных пород, а также может быть основана на волокнах из вторичного сырья, необязательно из очищенной от краски целлюлозы, и их смесей. рН суспензии, массы, может находиться в пределах диапазона от около 3 до около 10. Величина рН преимущественно составляет более чем около 3,5 и предпочтительно в пределах диапазона от около 4 до около 9.

Бумага настоящего изобретения может быть использована в многообразных вариантах применения, преимущественно бумагу используют в качестве писчей бумаги и бумаги для печати.

Изобретение далее проиллюстрировано следующими примерами, которые, однако, не предполагают его ограничения. Части и проценты (%) относятся к массовым частям и процентам по массе, соответственно, если только не оговорено нечто иное.

Пример 1

В примерах использовали следующие компоненты, если не оговорено иное:

GCC: измельченный карбонат кальция (Hydrocarb 60, фирма Omya),

PAC: полиалюминийхлорид (Eka ATC 8210),

РА: катионный полиамин (Eka ATC 4150),

Polydadmac: катионный polyDADMAC (RB 2329, фирма SNF),

CMC 1: карбоксиметилцеллюлоза (Finnfix 300, фирма Noviant), степень замещения стехиометрически избыточными анионными группами 0,76,

CMC 2: карбоксиметилцеллюлоза (Gabrosa 947A, фирма Akzo Nobel), степень замещения стехиометрически избыточными анионными группами 0,3-0,4,

A-starch: анионный крахмал (Pearlsize 158, фирма Lyckeby),

С-Starch: катионный крахмал (Perlbond 970, фирма Lyckeby),

C-PAM 1: катионный полиакриламид (Eka DS 22),

C-PAM 2: катионный полиакриламид (Eka PL 1510),

Silica: водный золь анионных частиц на основе оксида кремния (Eka NP 320).

Пример 2

Данный пример иллюстрирует способ получения композиций наполнителя настоящего изобретения. Водный раствор PAC (10% по массе PAC, рассчитанного как Al₂O₃) по каплям при перемешивании добавляли к водной суспензии GCC (45% по массе GCC) и полученную суспензию перемешивали в течение нескольких минут, затем добавляли водный раствор CMC (1% по массе CMC) и полученную композицию наполнителя разбавляли водой до концентрации 20% по массе твердого вещества. Полученные композиции наполнителя показаны в таблице 1 (испытания 7-12 и 16-21) и в таблице 2 (испытания 7, 13 и 19).

Пример 3

Данный пример иллюстрирует еще один способ получения композиций наполнителя настоящего изобретения. Водный раствор PA (0,5% по массе PA) по каплям при перемешивании добавляли к водной суспензии GCC (45% по массе GCC) и полученную суспензию перемешивали в течение нескольких минут, затем добавляли водный раствор CMC (1% по массе CMC) и полученную композицию наполнителя разбавляли водой до концентрации 20% по массе твердого вещества. Полученные композиции наполнителя показаны в таблице 2 (испытания 2-6).

Пример 4

Данный пример иллюстрирует еще один дополнительный способ получения композиций наполнителя настоящего изобретения. Водный раствор PAC (10% по массе PAC, рассчитанного как Al₂O₃) по каплям при перемешивании добавляли к водной суспензии GCC (45% по массе GCC) и полученную суспензию перемешивали в течение нескольких минут, затем по каплям добавляли водный раствор PA (0,5% по массе PA). Полученную суспензию перемешивали в течение нескольких минут, затем добавляли водный раствор CMC (1% по массе CMC) и полученную композицию наполнителя разбавляли водой до концентрации 20% по массе твердого вещества. Полученные композиции наполнителя показаны в таблице 2 (испытания 8-12, 14-18 и 20-24).

Пример 5

Данный пример иллюстрирует способы получения композиций наполнителя, использованных для сравнения. Некоторые композиции наполнителя получали с использованием методики примера 2, за исключением того, что не использовали PAC. Полученные композиции наполнителя показаны в таблице 1 (испытания 4-6 и 13-15) и таблице 2 (испытание 1). Одну композицию наполнителя получали с использованием способа примера 2 без добавления PAC и CMC. Такие композиции наполнителя показаны в таблице 1 (испытания 1-3).

Пример 6

Данный пример иллюстрирует применение композиций наполнителя согласно примерам 2 и 5 в производстве бумаги и оценку прочностных характеристик полученных бумажных продуктов. Бумажные листы получали с использованием установки Dynamic Sheet Former (Formette Dynamique), поставляемого фирмой Fibertech AB, Швеция, и прочность полученной бумаги в сухом состоянии оценивали с помощью динамометра Tensile Strength Tester, поставляемого фирмой Lorentzen & Wettre, Швеция. Композиция бумаги была основана на беленой хвойной крафт-целлюлозе (NBKP), беленой лиственной крафт-целлюлозе (LBKP) и GCC в качестве наполнителя. Консистентность водной целлюлозной суспензии (содержание твердого вещества) составляла 0,5% по массе, и удельную проводимость регулировали до 0,5 мС/см добавлением сульфоната натрия. Массу перемешивали со скоростью 700 об/мин и химические ингредиенты добавляли к массе, находящейся в смесительной камере установки Dynamic Sheet Former, с последующим перемешиванием. Композиции наполнителя согласно примерам 2-5 добавляли к массе в различных количествах для получения разнообразных уровней содержания наполнителя в диапазоне от 23 до 35,6% по массе. Следующие химические соединения также добавляли единообразным путем в следующей последовательности перед изготовлением бумажных листов: C-Starch (8 кг/тонна, в расчете на сухой бумажный лист) добавляли за 45 сек до дренирования, C-PAM 1 (1 кг/тонна, в расчете на сухой бумажный лист) вносили за 30 сек до дренирования, C-PAM 2 (0,2 кг/тонна, в расчете на сухой бумажный лист) вносили за 15 сек до дренирования, Silica (0,5 кг/тонна, рассчитанный как SiO₂, в расчете на сухой бумажный лист) вносили за 5 сек до дренирования. Бумажные листы затем сформировали нагнетанием массы из смесительной камеры через форсунку, перемещающуюся по траверсе, во вращающийся барабан на водяную пленку на верхней стороне проволочной сетки, проводили дренирование массы с образованием листа, прессовали и сушили лист. Затем листы оценивали с использованием динамометра Tensile Strength Tester. Результаты показаны в таблице 1 и на фиг.1, в которой PAC [кг/тонна] означает количество PAC, рассчитанное как Al₂O₃, на тонну GCC, и CMC 1 [кг/тонна] и CMC 2 [кг/тонна] означают количество конкретной карбоксиметилцеллюлозы (CMC) на тонну измельченного карбоната кальция (GCC).

Таблица 1 Испытание № Полиалюминийхлорид (PAC) [кг/тонна] Карбоксиметилцеллюлоза (CMC 1) [кг/тонна] Карбоксиметилцеллюлоза (CMC 2) [кг/тонна] Содержание наполнителя [массовых процентов] Показатель предела прочности при разрыве [кНм/кг] 1 - - - 24,9 40,43 2 - - - 27,6 35,57 3 - - - 32,5 31,01 4 - 10 - 23,0 44,81 5 - 10 - 28,2 38,61 6 - 10 - 32,9 34,35 7 0,2 10 - 23,6 45,53 8 0,2 10 - 28,2 39,79 9 0,2 10 - 33,2 34,24 10 0,8 10 - 24,6 45,54 11 0,8 10 - 30,3 38,34 12 0,8 10   34,8 33,78 13 - - 10 25,6 46,81 14 - - 10 29,9 40,84 15 - - 10 34,9 35,71 16 0,2 - 10 26,1 46,4 17 0,2 - 10 30,9 40,83 18 0,2 - 10 34,9 36,73 19 0,8 - 10 26,1 46,89 20 0,8 - 10 30,8 41,62 21 0,8 - 10 35,6 36,22

Пример 7

Данный пример иллюстрирует применение композиций наполнителя согласно примерам 2-5 в производстве бумаги. Прочностные характеристики полученных бумажных продуктов оценивали согласно общей методике примера 6, за исключением того, что композиции наполнителя добавляли в таких количествах, чтобы довести содержание наполнителя в полученных бумажных продуктах приблизительно до 35% по массе. Эффективность дренирования оценивали с помощью прибора Dynamic Drainage Analyser (DDA), производимого фирмой Akribi AB, Швеция, который измеряет время, расходуемое на дренирование заданного объема массы. Массу перемешивали в резервуаре с лопастной мешалкой со скоростью 1500 об/мин на протяжении всего испытания, в то время как добавляли композиции наполнителя, а также химические добавки, как описано в примере 6 (за исключением того, что C-PAM 1 не добавляли). Массу с объемом 800 мл дренировали через проволочную сетку, когда удалили пробку и создали вакуум с той стороны сетки, которая противоположна стороне, на которой находится масса. Эффективность дренирования описана как время обезвоживания в секундах [сек]. Эффективность удержания тонких фракций (удержание при первом проходе) оценивали с использованием нефелометра путем измерения мутности фильтрата из прибора Dynamic Drainage Analyser (DDA), белой воды, полученной при дренировании массы, образованной в испытании эффективности дренирования. Мутность выражали в нефелометрических единицах [NTU]. Значение катионной потребности частиц (PCD) оценивали с помощью прибора Mütec PCD на фильтрате из прибора DDA. Использовали 10 мл смешанного фильтрата. Значение PCD выражали в микроэквивалентах анионного заряда на литр жидкости (мэкв/л). Результаты показаны в таблице 2, в которой значение PA [кг/тонна] означает количество катионного полиамина (PA) на тонну измельченного карбоната кальция (GCC).

Таблица 2 Исп. № Полиалюминийхлорид (PAC) [кг/тонна] Катионный полиамин (PA) [кг/тонна] Карбоксиметилцеллюлоза (CMC 2) [кг/тонна] Время обезвоживания [секунд] Мутность [NTU, нефелометрических единиц мутности] Катионная потребность частиц (PCD) (мэкв/л) Показатель предела прочности при разрыве [кНм/кг] 1 - - 10 7,8 518 125 28,60 2 - 0,25 10 7,4 442 114 - 3 - 0,5 10 7,0 352 91 29,70 4 - 1 10 7,5 191 84 30,10 5 - 2 10 7,0 164 53 29,90 6 - 4 10 4,9 168 22 33,20 7 0,5 - 10 7,4 318 97 30,10 8 0,5 0,25 10 7,0 223 89 - 9 0,5 0,5 10 6,2 199 64 29,80 10 0,5 1 10 6,7 132 51 31,20 11 0,5 2 10 4,6 120 32 31,90 12 0,5 4 10 4,5 140 14 33,30 13 1 - 10 6,8 168 73 30,40 14 1 0,25 10 5,7 206 51 - 15 1 0,5 10 5,6 104 46 30,70 16 1 1 10 5,2 120 36 31,80 17 1 2 10 3,9 103 23 31,00 18 1 4 10 4,1 113 13 33,60 19 2 - 10 4,1 100 26 30,40 20 2 0,25 10 4,1 101 28 - 21 2 0,5 10 4,3 82 23 29,90 22 2 1 10 3,6 84 21 32,00 23 2 2 10 4,2 75 16 30,20 24 2 4 10 4,2 68 11 32,70

Пример 8

Данный пример иллюстрирует еще один способ получения композиций наполнителя настоящего изобретения. Водный раствор полимера диаллилдиалкиламмонийхлорида (polydadmac) (0,5% по массе продукта polydadmac) по каплям при перемешивании добавляли к водной суспензии GCC (45% по массе GCC), полученную суспензию перемешивали в течение нескольких минут, затем добавляли водный раствор CMC (1% по массе CMC) и полученную композицию наполнителя разбавляли водой до концентрации 20% по массе твердого вещества. Полученные композиции наполнителя показаны в таблице 3.

Пример 9

Данный пример иллюстрирует еще один дополнительный способ получения композиций наполнителя настоящего изобретения. Водный раствор PAC (10% по массе PAC, рассчитанного как Al₂O₃) по каплям при перемешивании добавляли к водной суспензии GCC (45% по массе GCC) и полученную суспензию перемешивали в течение нескольких минут, затем по каплям добавляли водный раствор polydadmac (0,5% по массе продукта polydadmac). Полученную суспензию перемешивали в течение нескольких минут, затем добавляли водный раствор CMC (1% по массе CMC) и полученную композицию наполнителя разбавляли водой до концентрации 20% по массе твердого вещества. Полученные композиции наполнителя показаны в таблице 3.

Пример 10

Данный пример иллюстрирует способ получения композиций наполнителя настоящего изобретения. Водный раствор PAC (10% по массе PAC, рассчитанного как Al₂O₃) по каплям при перемешивании добавляли к водной суспензии GCC (45% по массе GCC), полученную суспензию перемешивали в течение нескольких минут, затем добавляли водный раствор крахмала A-starch (2% по массе A-starch) и полученную композицию наполнителя разбавляли водой до концентрации 20% по массе твердого вещества. Некоторые композиции наполнителя были получены без добавления PAC. Полученные композиции наполнителя показаны в таблице 4.

Пример 11

Данный пример иллюстрирует применение композиций наполнителя согласно примерам 2, 5 и 8 в производстве бумаги. Дренирование, удержание частиц и катионную потребность частиц (PCD) оценивали согласно общей методике примера 7. Композиции наполнителя добавляли в таких количествах, чтобы довести содержание наполнителя приблизительно до 35% по массе. Для измерения количества карбоксиметилцеллюлозы (CMC), связанной с наполнителем, колориметрически оценивали остаточное содержание CMC в жидкой фазе композиции наполнителя с помощью антронового метода (калиброванного по CMC). Образцы готовили центрифугированием жидкости, выделенной из наполнителя. Жидкость анализировали на содержание CMC, выраженное как концентрация (г/л). Теоретическая концентрация CMC в жидкой фазе во всех испытаниях в таблице составляет 2,5 г/л. Результаты показаны в таблице 3, в которой PAC [кг/тонна] означает количество PAC, рассчитанное как Al₂O₃, на тонну GCC и в которой polydadmac [кг/тонна] означает количество полимера диаллилдиалкиламмонийхлорида (polydadmac) на тонну измельченного карбоната кальция (GCC).

Таблица 3 Испыт. № Хлорид полиалюминия (PAC) [кг/тонна] Полимер диаллилдиалкиламмонийхлорида (polydadmac) [кг/тонна] Карбоксиметилцеллюлоза (CMC 2) [кг/тонна] Время обезвоживания [секунд] Мутность [NTU, нефелометрических единиц мутности] Катионная потребность частиц (PCD) (мэкв/л) Содержание CMC в жидкости (г/л) 1 - - 10 9,9 400 162 2,37 2 - 0,5 10 9,4 272 136 2,23 3 - 1 10 8,9 300 125 2,05 4 0,5 - 10 8,5 245 128 1,53 5 0,5 0,5 10 7,6 200 102 1,27 6 0,5 1 10 6,8 160 87 1,03 7 1 - 10 7,2 184 94 1,04 8 1 0,5 10 6,3 165 82 0,75 9 1 1 10 6,1 135 64 0,54

Пример 12

Данный пример иллюстрирует применение композиций наполнителя согласно примеру 10 в производстве бумаги. Дренирование, удержание тонкодисперсных частиц и катионную потребность частиц (PCD) оценивали согласно общей методике примера 7. Композиции наполнителя добавляли в таких количествах, чтобы довести содержание наполнителя приблизительно до 35% по массе. Результаты показаны в таблице 4, в которой PAC [кг/тонна] означает количество PAC, рассчитанное как Al₂O₃, на тонну GCC, и PS 158 [кг/тонна] означает количество конкретного крахмала (A-starch) на тонну измельченного карбоната кальция (GCC).

Таблица 4 Испыт. № Полиалюминийхлорид (PAC) [кг/тонна] Анионный крахмал (PS 158) [кг/тонна] Время обезвоживания [секунд] Мутность [NTU, нефелометрических единиц мутности] Катионная потребность частиц (PCD) (мэкв/л) 1 - - 5,1 120 33 2 - 10 5,8 120 66 3 - 20 5,8 185 98 4 - 40 6,5 190 150 5 0,5 10 3,6 100 39 6 0,5 20 4,3 115 63 7 0,5 40 4,7 140 117 8 1 10 3,5 90 30 9 1 20 4,0 95 55 10 1 40 4,3 90 103 11 2 10 3,6 100 25 12 2 20 3,6 100 42 13 2 40 4,1 125 88

Пример 13

Пример иллюстрирует способ непрерывного получения композиций наполнителя. Водную суспензию GCC (75% по массе GCC) непрерывно разбавляли водой до содержания 45% по массе. К воде для разбавления непрерывно добавляли водный раствор PA (20% по массе PA) и водный раствор PAC (10% по массе, рассчитанных как Al₂O₃). Полученную композицию подавали в 1-й статический смеситель и добавляли водный раствор CMC (2% по массе CMC). Полученную композицию подавали во 2-й статический смеситель. Конечная композиция содержала 30% по массе твердого вещества.

Пример 14

Данный пример иллюстрирует применение композиций наполнителя согласно примеру 13 в пилотных экспериментах по производству бумаги. Бумагу с массой приблизительно 80 GSM (г/м²) получали в непрерывном режиме на пилотной экспериментальной бумагоделательной машине PMXp в г. Маркарид, Швеция. Пульпа была основана на хвойной крафт-целлюлозе (NBKP) и беленой лиственной крафт-целлюлозе (LBKP). Химические ингредиенты и композиции наполнителя добавляли в разнообразных положениях в системе подачи мокрой части бумагоделательной машины. Крахмал С-starch (2% по массе C-starch) добавляли перед насосом машинной камеры, PAC (10% по массе, рассчитанных как Al₂O₃) добавляли в лоток с фильтратом, композиции наполнителя добавляли перед насосом напорного ящика, C-PAM 2 (0,067% по массе) добавляли после насоса напорного ящика и оксид кремния (0,5% по массе) добавляли непосредственно перед входным патрубком напорного ящика. Масса в напорном ящике составляла 0,4% по массе. Прочностные характеристики полученной бумаги оценивали измерением прочности на разрыв, Scott Bond (сопротивление расслаиванию), Z-прочность (прочность внутренней связи) и Wax pick (поверхностная прочность) (все поставляются фирмой Lorenzen & Wettre, Швеция). Оценивали удельный расход энергии на высушивание (кВт).

Таблица 5 Исп. № Химические ингредиенты (в расчете на получаемую бумагу) Композиция наполнителя (в расчете на сухой наполнитель) Полиалюминийхлорид (PAC), кг/тонна Катионный крахмал (С-Starch, CS), кг/тонна Катионный полиакриламид (PL 1510), кг/тонна Водный золь анионных частиц на основе оксида кремния (NP 320), кг/тонна Карбоксиметилцеллюлоза (CMC 2), кг/тонна Полиалюминийхлорид (PAC), кг/тонна Катионный полиамин (РА), кг/тонна 1 1 8 0,2 6 0 0 0 2 1 11,2 0,28 6 0 0 0 3 1 9,6 0,24 6 10 1 3 4 1 11,2 0,28 6 10 1 3

Исп. № Свойства листа Характеристики бумагоделательной машины (PM) Наполнитель, % Показатель предела прочности при разрыве, кНм/кг Сопротивление расслаиванию (Scott Bond), Дж/м ² Прочность внутренней связи (Z-tensile strength), кПа Коэффициент поверхностной прочности (Wax pick) Настройка сушильной секции, кВт 1 24,6 28,91 164,22 475,9 7 90 2 35,6 19,77 128,1 427 6 50 3 23,9 40,25 364,14 524,4 13 80 4 35,9 30,99 299,04 490,1 9 45

Пример 15

Данный пример иллюстрирует применение композиций наполнителя согласно примерам 2 и 5 в производстве бумаги. Дренирование и удержание тонких фракций, представленные ниже в таблице 6, оценивали согласно общей методике примера 7. Следующие химические соединения также добавляли единообразным путем в следующей последовательности перед проведением испытаний дренирования и удержания тонких фракций: C-Starch (8 кг/тонна, в расчете на сухой бумажный лист) добавляли за 45 сек до дренирования, C-PAM 2 (0,1 кг/тонна, в расчете на сухой бумажный лист) вносили за 15 сек до дренирования, Silica (0,5 кг/тонна, рассчитанный как SiO₂, в расчете на сухой бумажный лист) вносили за 5 сек до дренирования.

Таблица 6 Испыт. № Полиалюминийхлорид (PAC) [кг/тонна] Карбоксиметилцеллюлоза (CMC 1) [кг/тонна] Карбоксиметилцеллюлоза (CMC 2) [кг/тонна] Время обезвоживания (секунд) Мутность (NTU, нефелометрических единиц мутности) 1 - - - 6,4 223 2 - 1 - 15,6 453 3 - 3 - 20,5 585 4 - 5 - 23 730 5 - 10 - 27,4 1150 6 0,2 1 - 4,9 177 7 0,6 3 - 13 408 8 1 5 - 18,5 537 9 -   1 8,1 273 10 -   3 14,2 355 11 -   5 17,6 427 12 0,2   1 - - 13 0,6   3 4,1 240 14 1   5 8,5 276

Изобретение относится к композиции наполнителя, содержащей а) наполнитель, b) катионное неорганическое соединение, с) катионное органическое соединение и d) анионный полисахарид, где наполнитель присутствует в количестве по меньшей мере около 1% по массе, в расчете на общую массу композиции, анионный полисахарид присутствует в количестве от около 1 до около 100 кг/тонна, в расчете на массу наполнителя, и где композиция по существу не содержит волокон. Изобретение также относится к композиции наполнителя, содержащей а), b), с) и d), как определено выше, где наполнитель присутствует в количестве по меньшей мере около 1% по массе, в расчете на общую массу композиции, каждое из катионных неорганического и органического соединений присутствует в количестве от около 0 до около 30 кг/тонна, в расчете на массу наполнителя, причем композиция содержит по меньшей мере одно из катионных неорганического и органического соединений и анионный полисахарид имеет степень замещения стехиометрически избыточными анионными группами вплоть до около 0,65. Изобретение также относится к способу получения композиции наполнителя, включающему смешение а), b), с) и d), как определено выше. Изобретение также относится к композиции наполнителя, которая получена данным способом, применению композиции наполнителя в качестве добавки к водной целлюлозной суспензии в процессе производства бумаги и способу получения бумаги, включающему добавление композиции наполнителя к водной целлюлозной суспензии. Изобретение также относится к бумаге, полученной данным способом, и бумаге, включающей композицию наполнителя. 9 н. и 29 з.п. ф-лы, 1 ил., 6 табл.

1. Композиция наполнителя, содержащая
а) наполнитель,
b) катионное неорганическое соединение, которое представляет собой полиалюминиевое соединение,
с) катионное органическое соединение и
d) анионный полисахарид,
где наполнитель присутствует в количестве по меньшей мере около 1% по массе, в расчете на общую массу композиции, анионный полисахарид присутствует в количестве от около 1 до около 100 кг/тонна, в расчете на массу наполнителя, и где композиция по существу не содержит волокон.

2. Композиция наполнителя, содержащая
а) наполнитель,
b) катионное неорганическое соединение, которое представляет собой полиалюминиевое соединение,
с) катионное органическое соединение, которое представляет собой катионный полиаминный конденсационный полимер, и
d) анионный полисахарид,
где наполнитель присутствует в количестве по меньшей мере около 1% по массе, в расчете на общую массу композиции, каждое из катионных неорганического и органического соединений присутствует в количестве от около 0 до около 30 кг/тонна, в расчете на массу наполнителя, причем композиция содержит по меньшей мере одно из катионных неорганического и органического соединений и анионный полисахарид имеет степень замещения стехиометрически избыточными анионными группами вплоть до около 0,65.

3. Способ получения композиции наполнителя по п.1, включающий смешение
а) наполнителя,
b) катионного неорганического соединения, которое представляет собой полиалюминиевое соединение,
с) катионного органического соединения и
d) анионного полисахарида,
причем в полученной композиции наполнителя наполнитель присутствует в количестве по меньшей мере около 1% по массе, в расчете на общую массу композиции, анионный полисахарид присутствует в количестве от около 1 до около 100 кг/тонна, в расчете на массу наполнителя, в котором смешение выполняют по существу при отсутствии волокон.

4. Способ получения композиции наполнителя по п.2, включающий смешение
а) наполнителя,
b) катионного неорганического соединения, которое представляет собой полиалюминиевое соединение,
с) катионного органического соединения, которое представляет собой катионный полиаминный конденсационный полимер, и
d) анионного полисахарида,
причем в полученной композиции наполнителя наполнитель присутствует в количестве по меньшей мере около 1% по массе, в расчете на общую массу композиции, каждое из катионных неорганического и органического соединений присутствует в количестве от около 0 до около 30 кг/тонна, в расчете на массу наполнителя, причем композиция содержит по меньшей мере одно из катионных неорганического и органического соединений и анионный полисахарид имеет степень замещения стехиометрически избыточными анионными группами вплоть до около 0,65.

5. Композиция по п.1 или 2, где наполнитель выбирают из группы, состоящей из каолина, фарфоровой глины, диоксида титана, гипса, талька и карбоната кальция.

6. Композиция по п. 5, где наполнитель представляет собой карбонат кальция.

7. Композиция по п. 5, где наполнитель представляет собой размолотый карбонат кальция и осажденный карбонат кальция.

8. Композиция по п.1 или 2, где полиалюминиевое соединение, выбрано из полиалюминийхлоридов, сульфатов полиалюминия, силикат-сульфатов полиалюминия и их смесей.

9. Композиция по п.1 или 2, где полиалюминиевое соединение представляет собой полиалюминийхлорид.

10. Композиция по п.1 или 2, где наполнитель присутствует в композиции в количестве от около 5 до около 50% по массе, в расчете на композицию.

11. Композиция по п.1 или 2, где катионное неорганическое соединение присутствует в композиции в количестве от около 0,1 до около 15 кг/тонна, в расчете на массу наполнителя.

12. Композиция по п.1 или 2, где катионное органическое соединение имеет среднемассовую молекулярную массу от около 1000 до около 4000000.

13. Композиция по п.1 или 2, где катионное органическое соединение имеет плотность заряда в диапазоне от около 0,2 до около 15 мэкв/г.

14. Композиция по п.1 или 2, где катионное органическое соединение присутствует в композиции в количестве от около 0,1 до около 15 кг/тонна, в расчете на массу наполнителя.

15. Композиция по п.1 или 2, где анионный полисахарид представляет собой производное целлюлозы.

16. Композиция по п.12, где анионный полисахарид представляет собой карбоксиметилцеллюлозу.

17. Композиция по п.1 или 2, где анионный полисахарид по существу не содержит катионных групп.

18. Композиция по п.1 или 2, где анионный полисахарид имеет четвертичные аммониевые группы.

19. Композиция по п.1 или 2, где анионный полисахарид имеет степень замещения стехиометрически избыточными анионными группами в диапазоне от около 0,15 до около 0,65.

20. Композиция по п.1 или 2, где анионный полисахарид присутствует в композиции в количестве от около 3 до около 30 кг/тонна, в расчете на массу наполнителя.

21. Композиция по п.1 или 2, где композиция представляет собой водную композицию.

22. Композиция по п.1 или 2, где композиция имеет содержание волокон от около 0 до около 5% по массе, в расчете на композицию.

23. Композиция по п.1 или 2, где композиция по существу не содержит волокон и фибрилл целлюлозы или лигноцеллюлозы.

24. Композиция по п.1 или 2, где композиция содержит волокна или фибриллы целлюлозы или лигноцеллюлозы в количестве менее чем около 1% по массе, в расчете на наполнитель.

25. Композиция по п.1 или 2, где композиция по существу не содержит катионного крахмала.

26. Композиция по п.1 или 2, где массовое отношение катионного неорганического соединения и катионного органического соединения к анионному полисахариду составляет от около 1:1 до около 1:40.

27. Способ по п.3 или 4, в котором катионное неорганическое и катионное органическое соединения добавляют к наполнителю в виде премикса.

28. Способ по п.3 или 4, в котором катионное неорганическое и катионное органическое соединения добавляют к наполнителю по отдельности.

29. Способ по п.3 или 4, в котором анионный полисахарид добавляют к наполнителю после добавления катионных неорганического и органического соединений.

30. Способ по п.3 или 4, в котором способ осуществляют на линии наполнителя бумагоделательной машины.

31. Композиция наполнителя, которая может быть получена способом по п.3 или 4.

32. Применение композиции наполнителя по любому из пп.1, 2, 5-26 и 31 в качестве добавки к водной целлюлозной суспензии в процессе производства бумаги.

33. Способ получения бумаги, включающий добавление композиции наполнителя по любому из пп.1, 2, 5-26 и 31 к водной целлюлозной суспензии и дренирование полученной суспензии.

34. Способ по п.33, дополнительно включающий добавление кремнеземного материала к водной целлюлозной суспензии.

35. Способ по п.33 или 34, в котором кремнеземный материал включает частицы на основе оксида кремния или бентонит.

36. Способ по п.33, в котором проклеивающее средство либо добавляют в водную целлюлозную суспензию, либо наносят на бумагу.

37. Бумага, получаемая способом по любому из пп. 33-36.

38. Бумага, содержащая композицию наполнителя по любому из пп. 1, 2, 5-26 и 31.