Способ изготовления бумаги Советский патент 1990 года по МПК D21H21/16 D21H23/14 D21H17/21 D21H17/28 D21H17/68 

Изобретение относится к целлюлозно-бумажной промьшшенности, в частности- к изготовлению бумаги.

Цель изобретения - повышение эффективности процесса;

В способе изготовления бумаги, включающем введение в водную бумажную массу, содержащую целлюлозное волокно и возможно наполнитель, связующего, состоящего из смеси анионоактив- ных кремнийсодержащих коллоидньс; час- тиц и катионоактивного углевода, формование бумажного полотна и сушку, в качестве анионоактивных кремнийсодержащих коллоидных частиц используют.

золь силиката алюминия или золь модифицированной алюминием кремневой кислоты с соотношением атомов крем. ния и алюминия в поверхностных группах этих частиц от 9,5-0,5 до 7,5- ,2,5, а в качестве катионоактивного углевода используют соединение, выб,ранное из группы, содержащей крахмал, амилопектин и камедь рожкового дерева, со степенью замещения 0,01-0,3.

В том случае, если в качестве коллоидных частиц используют чистый золь силик.ата алюминия, этот золь можно

. получать по известному методу, т.е. пу: тем осаждения жидкого стекла алюминатом

Ф

О

О5

со

ы

3160769:

натррш. Такой золь включает гомогент ные частицы, благодаря чему соотношение между атомами кремния и алюминия на поверхности этих частиц составля- г ет 7,5:2,5, По другому варианту можно использовать золь модифицированной алюминием кремневой кислоты, т.е. зольf поверхностный слой частиц которого содержит как атомы кремния, так: fo и. атомы алюминия. Такой модифицированный алюминием золь получают модификацией кремниевой поверхности золя кремневой кислоты алюминатными ионами, что возможно благодаря тому, что 15 в соответствующих условиях алюминий и кремний оказываются способньми приобретать координационное число 4 или 6 в отношении кислорода, благодаря чему они оба характеризуются прибли- 20 зительно одинаковыми атомными диаметрами. Поскольку ион AlCOn) геометрически идентичен иону Si(OH), он .способен внедряться или замещаться на поверхности двуокиси кремния, благо- 25 даря чему возникает- седло силиката алюминия с фиксированным отрицательным зарядом. Такой золь кремневой кислоты, модифицированной алюминием, является значительно более стойким JQ против образования геля в интервале величин рП 4-6, внутри которого золи немодифицированной кремневой кислоты способны довольно быстро желатинизи- роваться и оказьюаются менее чувстви- тельными к действию соли. Процессы получения золей кремневой кислоты, модифицированной алюминием, хорошо известны.

Таким образом, модифицирование зо- др ля кремневой кислоты означает, что при высокой величине рН (приблизительно 10) проводят реакцию заданного количества алюмината натрия с коллоид- ной кремневой кисло .:7ой, а это значит, что коллоидные частицы образуют поверхностные группы,, которые состоят из А1-01Г . При низких величинах рН (Д-б) эти группы обладают сильньм анионным характером. Такой сильный анионный характер при низких величи- нах рН не достигается в случае i; золя из чистой немодифицировашшй кремневой кислоты, поскольку кремневая кислота является слабой кислотой с величиной pHj равной приблизительно 7,

Предлагаемый способ применим для изготовления бумаги всех сортов и ти

55

пов для печати, включая газетную бумагу, тонкую бумагу, картон, бумагу с водяными знаками в виде линий и мешочную бумагу, бумажные полотна и т.п.

Целесообразно связующее применять в сочетании с технической целлюлозой в частности с сульфатной и сульфитной целлюлозой, получаемой из древесины как твердых, так и мягких пород а также при использовании термомеханической и древесной массы. Присутствие избыточных количеств лигнина в древесной массе ухудшает эффективность связующего, благодаря чему такая древесная масса требует либо использования более значительных количеств связующего, либо добавления большего количества древесных масс других типов с низким содержанием лигнина для достижения желаемого ре

зультата

ч

Гермины целлюлозная масса

5

и целлюлозные волокна применены относительно к технической целлюлозе, термомеханической целлюлозе и древесной или дефибрерной древесной массе, а также к содержащимся в них волокнам.

Достижение цели изобретения обеспечивается благодаря взаимодействию или ассоциации агломерата с целлюлозными волокнами. Предпочтительно .готовая бумага или полотно содержит свьпне 50% целлюлозных полокон, но можно изготовить бумагу, которая содержит меньшие количества целлюлозных волокон и обладает улучшенными свойствами в сравнении с бумагой, изготовленной из аналогичных масс, но без применения связующего агломерата.

Используемые t-мнеральные наполнители включают все известные г-шнераль- ные наполнители, имеющие поверхность, которая о.бладает по меньшей мере частично анионным характером. Кроме того, можно использовать такие мине- / ральные наполнители, как каолин, тонит, двуокись титана, гипс, мел и тальк. Термин м инеральный наполнитель, помимо указанных материалов, применим к волластониту я стеююво- локну а также к минеральным наполнителям низкой плотности, в частности вспененному перлиту. В случае использования описанного связующего комплекса такие минеральные наполнители в существенной степени удерживаются . бумажными изделиями,, поэтому прочность бумаги не снижается до той сте

пени, которой она достигает в случаях;, когда связующее не применяют.

Обычно минеральный наполнитель добавляют в форме водного шлама в кон-i центрациях, известных для таких на- полнитепей,

В качестве минеральных наполнителей в состав бумаги может входить или полностью составлять компонент минерального наполнителя наполнитель низкой плотности- или большого насьт- ного веса. Возможность добавления таких наполнителей в обьп1ныё бумажные массы ограничивается удержанием наполнителей на сетке, обезвоживанием бумажной массы на сетке, а также прочностью изготовляемой бумаги во влажном и сухом состоянии. Проблемы, которые возникают при добавлении таких наполнителей, могут быть практически устранены путем применения связующего комплекса по изобретению, что позволяет добавлять такие напол- . нитёли в количествах, превышающих обычные, для достижения особых свойств бумажных изделий. Так, например, использование связующего комплекса в соответствии с изобретением обеспечивает получение бумажных изделий низкой плотности и, следовательно, повьппенной жесткости при той же удельной плотности, одновременно сохраняя прочностные свойства бумажных изделий (в частности, модуль эластичности, прбчность на разрьш, поглощение энергии растяжения и сопротивление поверхностного выщипывания) при том же или более высоком уровне.

Предлагаемое связующее представляет собой сочетание катионоактивного компонента и в качестве анионоактивно- го компонента анионоактивного золя коллоидного силиката алюминия или анионоактивного коллоидного золя модифицированной алюминием кремневой кислоты. Оптимальная удельная плошадь поверхности анионоактивных коллоидных частиц золя составляет 50-1000 м /г, предпочтительно 200-1000 , причем наилучшие результаты наблюдали при .удельной площади поверхности приблизительно 300-700 .

При применении коллоидной модифицированной алюминием кремневой кисло- ты в форме золя используют золь, который до модифицирования алюминием содержит примерно 2-60 мас,% двуокиси

0

5

кремния, предпочтительнее приблизительно 4-30 мас.% двуокиси кремния, и которьй модифицируют таким образом, что на поверхности частиц золя полу- . чают поверхностные группы с приведенным соотношением атомов кремния и алюминия. Такой золь может быть стабилизирован щелочью при молярном со- отношении двуокиси кремния и - JO:) - 300:1, предпочтительнее 15:1 - J00:l (М - ион, вьтбираемый из класса, который включает атомы натрия, калия, лития и аммоний). Размер коллоидных 5 частиц должен составлять менее 20 нм, предпочтительно средний размер частиц должен находиться в интервале приблизительно 10 - 1 нм (удельная площадь поверхности коллоиднък частиц модифицированной алюминием кремневой кислоты, равная приблизительно 550 м /г, соответствует средне размеру частиц, равному примерно 5,5 нм),

По предпочтительному варианту предусматривается использование золя модифицированной алюминием кремневой кислоты в сочетании с анионоактивны- ми коллоидными частицами кремневой кислоты, обладающими максимальней активной поверхностью, а также малым размером, который в среднем обычно составляет 4-9 нм,

В соответствии с изобретением в качестве катионоактивного или амфо- терного компонента связующей системы используют катионоактивный или амфо- терный углевод, катионизированный до степени замещения по меньшей мере 0,01, но не свыше 1,0. Наилучшие результаты получают в тех случаях, когда углеводный компонент состоит из крахмала, амилопектина и/или камеди рожкового дерева, которые, следовательно, являются предпочтительными углеводами.

Камедь рожкового дерева, которую можно использовать в составе связующего в соответствии с изобретением, представляет собой амфотерную или катионоактивную камедь рожкового дерева. Камедь рожкового дерева находят в природных условиях в семенах рожкового дерева, например Cyamopsis tetragonalobus. Молекула камеди представляет собой маннан с практически прямой цепью, которая разветвляется через разные интервалы с единствен- ными галактозными звеньями на чередующихся маннозных звеньях, Маннозные

0

5

0

5

0

5

звенья связаны между собой посредством бета-(1-4)-гликозидных связей.-t Галактозные разветвления получают посредством альфа-()-связей, Ка- тионоактивные производные получают реакцией между гидроксильными группами полигалактоманнана и реакдион- носпособными четвертичными аммониевыми соединениями, В случае использования камеди рожкового дерева приемлемая степень замещения катионных групп составляет по меньшей мере 0,01 предпочтительно 0,05, но она может достигать 1,0. Приемлемый интервал может составлять 0,08-- 0,5. Молекулярный вес камеди рожкового дерева находится в интервале 100000 - 1000000, обычно приблизительно 220000 При использовании в. качестве химического средст ва для изготовления бумаги природная камедь рожкового дерева придает повьшенную прочность, снижает уровень пьшеобразования и улучшает условия продесса-формования бумажного полотна. Однако природная камедь рожкового дерева затрудняет процесс обезвоживания, в результате чего снижается производительность или увеличивается требуемая продолжительность сушки. Для исключения этого применяют химически модифицированные камеди рожкового дерева, которые являются амфо- терными или катиоНоактивными.

При использовании в качестве ка- тионоактивного компонента катионоак- тивного крахмала последний получают из крахмалов, которые готовят из любых обычных материалов, в частности из кукурузного, пшеничного, картофельного, рисового и других крахмалов, Катионоактивный крахмал получают замещением аммониевых групп в соответствии с известной технологией, причем продукт характеризуется различными степенями замещения. Согласно изобретению предпочтительно использовать материалы со степеньк замещения 0,01 - 0,1 для катионоактив- ного крахмала. Наилучшие результаты получают в том случае, когда степень замещения находится в интервале приблизительно 0,01 - 0,05, предпочтительно примерно 0,02 - 0,04 (выше приблизительно 0,025, но ниже примерно 0,04). Несмотря на широкое разнообр 1 зие аммониевьк соединений при получении катионоактивньк крахмалов предусмотренных для осуществления изобре5

0

5

0

5

0

5

0

5

тения в составе связующего, предпочтительно использовать четвертичные соединения. Преимущественно примеряют ка- тионизированный кракмал, который готовят обработкой исходного крахмала 3- хлор-2-оксипропилтриметиламмонийхлоридом или 2,3-этоксипропилтриметилам- монийхлоридом, что позволяет получить катионизированный крахмал со степенью замещения 0,02-0,04,

При использовании в качестве ка- тионоактивного углевода амилопектина предпочтите льная степень замещения составляет 0,01-0,1, В этом случае приемлемы также аналогичный суженный интервал и более предпочтительные интервалы, что и для катионоактивного крахмала.

В процессе изготовления бумаги или изготовления бумажного полотна связующее добавляют в бумажную массу перед формованием бумаги или бумажного изделия соответственно на бумагоделательной или обезвоживающей машине. Порядок и место добавления обоих компонентов зависят от типа бумагоделательной машины, которую применяют в процессе, а также от механического усилия, которому бумажная масса подвергается до ее подачи на металлическую сетку. Компоненты должны быть распределен1 1 в бумажной массе с учетом необходимости их совместного наличия при подаче на проволочную сетку, а также с учетом того, что они должны иметь предварительное время для взаимодействия между собой и с компонентами бумажной массы.

Величина рН бумажной массы в процессе изготовления бумаги с использованием связующего комплекса в соответствии с изобретением не имеет решающего значения, поэтому она может находиться в интервале ,4 - 10, Однако величины рН, превьш1ающие 10 и составляющие менее 4, неприемлемы. Тем не менее в сравнении с немодифицированной кремневой кислотой, используемой в качестве анионоактивного компонента, получают значительно более высокие результаты, особенно при низких величинах рН в этом интервале,

Можно также использовать другие химические средства, применяемые при изготовлении бумаги, Е частности проклеивающие вещества, квасцы и тому подобноеS однако при этом необходимо, чтобы содержание таких средств не былЪ достаточно высоким, поскольку в противном случае они препятствуют образованию агломерата анионоактивной модифицированной алюминием кремневой кислоты и катионоактивного крахмала и/или камеди рожкового дерева, и чтобы содержание данных добавок в рецир- кулируемрй оборотной воде не стало слишком высоким и не препятствовало образованию связующего агломерата, Таким образом, указанные химические средства обычно добавляют в систему на стадии, на которой образование агломерата уже завершено,

По изобретению весовое соотношение амфотерного или предпочтительно катионоактивного компонента и анионо- активного коллоидного компонента из модифицированной алюминием кремневой кислоты должно находиться в интервале 0,01:1 - 25:1, предпочтительно в интервале 0,25: 1 - 12,5: 1,

Количество связующего, которое необходимо использовать, изменяется в зависимости от достигаемого эффекта и характеристик конкретных компонентов, которые выбирают при приготовлении такого связующего. Так, например, если связующее включает полимерную модифицированную алюминием кремневую кислоту в качестве компонента, состоящего из коллоидной модифицирован- ной алюминием кремневой кислоты, может пофребоваться большее количество связующего, чем в том случае, когда компонент коллоидной модифицированной алюминием кремневой кислоты представляет собой коллоидную модифицированную алюминием кремневую кислоту с удельной площаью поверхности 300-700 , Аналогично в том случае, если для катионоактивного Компонента используют пониженную степень замещения, может потребоваться большее количество связующего при условии, что коллоидный компонент модифицированной алюминием кремневой кислоты остается неизменным,

Когда бумажная масса не содержит минерального наполнителя, количество связующего обычно находится в интервале 0,1 - 15 мас.%, предпочтительно 0,25 - 5 мас,% в пересчете на весовое количество целлюлозного волокна. Эффективность связующего с использованием технических целлюлоз вьш1е, благодаря чему для достижения заданного эффекта при таких целлюлозах необходимо использовать меньшее количество

10

15

20

25

30

10

связующего, чем при использовании целлюлоз других типов. При применении минерального наполнителя количество связующего может быть выбрано на основе массы наполнителя и находится в интервале 0,5 - 25 мас,%, обычно 2,5 - 15 мас,% в пересчете на наполнитель,

В примерах осуществления изобретения уписаны различные методы помола и свойства готовой продукции, при этом используют следую1цие стандарты:

Измельчение в массном ролле Велли

Степень помола:

Канадский стандартный прибор для определения степени помола

Шоппер - Риеглер

Формование полотна

Весовой показатель

Плотность

Содержание наполнителя

Прочность при растяжении

Z-прочность

Содержание золы (по быстрому анализу на зольность)

погло- при

SCAN-C 25:76

SCAN-C 21:65 SCM-C 19:65 SCAN-C 26:76

SCM-P SCAN-P

6:75

7-75

SCAN-P 5:63

SCAN-P 38:80

Олврртон Грайнер унд Гасснер ГмбХ, Мюнхен

Показатель щения энергии растяжении

SCAN-P 38:80

5

0

5

0

5

В процессе испытаний готового бумажного полотна его вначале подвергают кондиционированию при 20°С на воздухе в условиях относительной влажности 65%.

Измерения способности удерживаться, проводимые по примерам, осуществляют с помощью камеры динамического - обезвохч ивания (Britt-jar), которая снабжена вакуумным насосом и измерительной склянкой для отбора первых 100 мл отсасываемой воды. Для измерений используют сосуд для обезвоживания, снабженный отводом, а также проволочной сеткой (проволока калибра АО мил, 1,024 мм) с размером ячеек 310 мк. Скорость отсасьшания воды регулируют посредством стеклянных тру-, бок различного диаметра, причем в экспериментах эта скорость соответствовала 100 мл/15 с, В данном случае используют следующий метод измерения:

1, при перемешивании 500 мл сус;7 пензии бумаги со скоростью 1000 об/мин начинают отсчет времени;

2,по истечении 15 с добавляют колловдную кремневую кислоту и наполнитель; общее содержание сухого вещества (волокна + наполнитель) должно составлять 0,5%;

3.по истечении 30 с добавляют камедь рожкового дерева, амилопектин и/или катионоактивный крахмал;

4,по истечении 45 с начинают отсасывание воды;

5.первые 100 мл воды собирают и профильтровывают через фильтровальную бумагу сорта 00, которую предварительно взвешивают;

6,фильтровальную бумагу высушивают, взвешивают и с ;игают до образования золы;

7.рассчитывают способность удерживаться.

В ходе экспериментов используют технически доступные глину и мел, а также катионоактивный крахмал. Однако в качестве средств, для удержания при этом используют указанные технически доступные средства.

Используемый в экспериментах данных примеров мел SJOHl - STEN® Np представляет собой натуральный высокосортный карбонат кальдия аморфной . структуры. Используемые глина сорта С и глина Сьюперфил представляет собой каолин.

В качестве камеди рожкового дерева используют продукты следующих различных типов:

дарИДРИВ® 158 и 162 представляет собой камеди рожкового дерева катио- ноактивных типов, причем камедь ДЖЕНДРИВ 158 характеризуется умеренной, ДН{ЕНДРИВ ® 162 высокой катионной активностью;-.

СЕЛ БОНД 120 и СЕЛБОНД®22 представляют сойрй камеди рожкового дерева,СЕЛБОНД® 120 представляет собой амфотерную камедь рожкового дерева как с,катионоактивными, так и с анионоактив ными свойствами,СЕЛБОНД®22 представляет собой слабо замещенщ ю катионоактив- кую камедь рожкового дерева с добавленными четвертичными аммониевыш-i группами.

ПЕРКОЛ® 140 представляет собой катионоактивный полиакриламид, который используют в качестве добавки, спо- собуствующей удержанию,

П Р И м. е р 1. Приготавливают бумажную массу, содержащую 70% полностью отбеленной технической целлюлозы

5

0

5

0

5

0

5

(полностью отбеленной березовой сульфатной целлюлозы и сосновой сульфатной целлюлозы, сосновый сульфат в соотношении 60;40) и 30% глины С.

Техническую целлюлозу предварительно измельчают в лабораторном массном ролле до степени помола по канадскому стандартному прибору 200 мл. Бумажную массу разбавляют до содержания сухого вещества 0,5% и добавляют в нее 1% квасцов, после чего величину рН бумажной массы добавлением серной кислоты доводят до 4,0-4,5,

Характеристики удержания и обезвоживания бумагкной массы определяют при различных дозировках химического средства. При измерении способности к удержанию применяют камеру динамического обезвоживания (Britt - jar). Скорость мешалки составляет 800 об/мин, а номер сетки - 200 меш. Степень удержания этой тонкодисперсной фракции определяют при различных химических добавках. Катионоактивный крахмал представляет собой продукт на картофельной основе, степень замещения которого составляет 0,04.

Р1спытаниям подвергают три различных анионоактивных компонента:

А. Золь 15%-ной кремневой кислоты

с удельной площадью поверхности 500

2./ м /Г И величиной соотношения двуокиси

кремния и окиси натрия приблизительно 40;

В,Золь 15%-ной модифицированной алюминием кремневой кислоты с удельной площадью поверхности 500 и величиной соотношения двуокиси кремния и окиси натрия приблизительно 40 и содержанием 9% атомов алюминия на,поверхности золя, что дает в общем 0,46%-ное содержание окиси алюминия в пересчете на содержание сухого вещества в золе. Соотношение Si:Al составляет 5,05:0,5. Соотношение углеводов к SiOg. составляет 0,25: 1,

С. То же, что и в п.В, но с со- дер ханием 25% атомов алюминия на поверхности золя, что дает 1,2% окиси ялюминия в пересчете на общее содержание сухого вещества в золе. Соотношение. Si:Al составляет 7,5:2,5, а соотно- шение углеводов к SiOj - 0,21:1,

На фиг.1 и 2 полученные результа- ты анализа представлены в форме диаграмм. Дозированное количество катио- ноактивного крахмала сопоставляют с добавленным количеством в пересчете

13

на сухое вещество бумажной ьассы. Дозирование осуществляют в следующем порядке: вначале катионоактивный к крахмал, а затем аниоиоактивный компонент. Нз фиг,1 и 2 видно, что эффективность анионоактивного компонента заметно повышается с повышением содержания алюминия в золе,

П р и м е р 2, 0,5%-ную бумажную массу из неотбеленной технической целлюлозы (сосновой сульфатной целлюлозы с перманганатным числом приблизительно 53 в соответствии со SCAN- С1) приготавливают аналогично описан- в примере 1 и подвергают измельчению до 23 ШР, причем величину рН доводят до 4,5, В бумажную массу добавляют 10% глины С,

Удержание тонкодисперсной массы при различных дозировках химических средств определяют аналогично примеРУ.} По этому примеру посредством

финского проволочного сетчатого фор- мующего цилиндра (SCAN-C2676) изго- тавливают лабораторные бумажные полотна, В качестве катионоактивното крахмала используют крахмал на картофельной основе со степенью замеще- ния 0,04, В данном примере используют два анионоактивных компонента:

A,Золь 15%-ной кремневой кислоты с удельной площадью поверхности 500 и величиной соотношения двуокиси кремния и окиси натрия приблизительно 40;

B,Золь модифицированной алюминием 15%-ной кремневой кислоты с удельной площадью поверхности 500 и величиной соотношения двуокиси кремния и окиси натрия приблизительно 40. Содержание алюминия в пересчете на общее количество поверхностных групп составляет 9%, что соответствует 0,46% общего количества сухого вещества в золе. Соотношение Si:Al составляет 5,05:0,5, а соотношение углеводов к SiOj - 0,22:1.

Порядок дозирования аналогичен описанному в примере 1.

Результаты анализов сведены в табл,1 и 2, а на фиг.З эти результа- ты приведены графически.

П р и м е р 3, Удержание тонкодисперсной фракции определяют на бумажной массе как в примере 1-, В качестве химических средств используют катио

.- ,е у

25 . о.

76911А

ноактивную камедь рожкового дерева (ДЖЕНДРИВ 162) со степеньк) замещения 0,18, Величину рН бумажной массы доводят до уровня приблизительно 4,5, В качестве анионоактивных компонентов используют следующие:

A,Золь 15%-ной кремневой кислоты с удельной площадью поверхности 500 и величиной соотношения двуокиси кремния и окиси натрия приблизительно 40;

B,Золь модифицированной алюминием 15%-ной кремневой кислоты с удельной площадью поверхности 500 и величиной соотношения двуокиси кремния и окиси натрия приблизительно 40, Золь содержит 25% атомов алюминия в пересчете на общее число поверхностных групп (кремний + алюминий), которое соответствует 1,2% окиси алюминия в пересчете на общее количество сухого вещества золя. Соотношение Si:Al составляет 7,5:2,5, а соотношение углеводов к SiOg - 0,3:1,

C,Золь чистого силиката а.пюминия, полученного осаждением жидкого стекла алюминатом натрия. В лабораторных условиях могут быть приготовлены коллоиды с размерами частиц примерно 200 Л (приблизительно удельная площадь поверхности 200 м /г). Химический состав: 88,0% двуокиси кремния; 7,5% окиси алюминия и 4,4% окиси натрия. Содержание сухого вещества в продукте составляет 15,9%, Соотношение Si:Al составляет 4,2:0,5, а соотношение углеводов к 510„ - 0,5:1,

Результаты данного анализа сведены в табл.3.

Из табл.3 видно, что с повышением содержания алюминия в анионоактивном компоненте заметно повьш1ается зффекTtffiHOCTb,

П р и м е р 4. Приготавливают бумажную массу сле; ующего состава: 19,7 г/л термомеханической массы, измельченной до 70 мл CSF (по канадскому стандартному прибору). Суспензию волокон разбавляют до 3 г/л добавлением воды из машины производства журнальной бумаги. Добавлением серной кислоты величину рП бумажной массы доводят до 5,8-6,0,

Характеркстики обезвоживания бу- мажной массы определяют при различных дозировках химических средств, после чего добавки в соответствии с Изобретением сопоставляют с технически до35

40

45

50

ступным агентом для обезвоживания с известной эффективностью, а именно с системой ОРТАНОПОЛ-ОРГАНСОРБ®. Эта система химических средств состоит из бентонитовой глины и анионоактив- ного высокомолекулярного полиакрила- мида. Такие химические средства дозируют в количествах, которые явлуштся обычными при использовании химически средств в бумагоделательной машине. Данную систему сравнивают с системой в соответствии с настоящим изобретением, которая состоит из катионоак- тивной камеди рожкового дерева со степенью замещения О.,28 (МЕШРОЙД® 9801) и золяЛ5%-ной замещённой алюминием кремневой кислоты с удельной площадью поверхности 500 и величиной соотношения двуокиси кремния и окиси натрия приблизительно 40, причем на поверхности золя содержится 9% алюминиевых атомов (от общего количества кремния и алюминия), что дает 0,46% окиси алюминия от общего содержания сухого вещества в золе. Соотношение Si:Al составляет , 0,5.

Результаты анализа сведены в табл.4.

Дозировку химических средств производят в пересчете на добавляемое количество на тонну сухой бумажной массы. Из результатов табЛв4 очевидно, что химическая система в соответствии с изобретением оказьшает значительный положительный эффект на характеристики обезвоживания бумажно

массы.

П р и м е р 5, Данный пример приведен с целью показать, что золь модифицированной кремневой кислоты (в особенности при малых величинах рН) обладает повьшенной эффективностью . действия на катионоактивный крахмал в сравнении с золем немодифицированно кремневой кислоты. Реакционную способность можно рассматривать как меру эффекта5 достигаемого в бумаж:ной массе и в готовой бумаге

Испытание проводят следующим образом,

Катионоактиэньш крахмал со степе- дью замещения Os028 расворяют в воде до получения 055%-ного раствора. К 100 г этого раствора добавляют анио- ноактивный.компонент, В качестве анионоактивных компонентов исполь- , ..зуют сл здунлдие продукты;

5

0

5

0

5

0

5

0

5

A,Золь 15%-ной кремневой кислоты с удельной площадью поверхности 500 и величиной соотнощения между двуокисью кремния и окисью натрия : приблизительно

B,Золь 15-ной модифицированной алюминием кремневой кислоты с удельной площадью поверхности 500 , величиной соотношения двуокиси кремния и окиси натрия приблизительно 40 и содержанием 5% алюминия в пересчете на общее число поверхностных групп (крем- ний+алюминий), что соответствует 0,25% окиси алюминия в пересчете на общее количество сухого вещества золя. Соотношение Si:Al составляет 9,5:-0,5,

а соотношение углеводов к SiO. - 0,36:1,

После добавления анионоактивного компонента раствор тщательно перемешивают с помоп№Ю высокоскоростного смесителя (Турбо-Микс), Далее этот раствор помещают в пробирку для центрифугирования и после 10-минутной обработки при скорости 3500 об/мин отделяют твердую фазу (комплекс анионо- активный компонент/крахмал). После центрифугирования с помощью пипетки отбирают 1 мл верхнего слоя. Образец подвергают анализу на определение растворенного крахмала (непрореагировавший крахмал), Таким образом можно огфеделить долю прореагировавшего крахмала в пересчете на общее количество добавляемого крахмала, что также является мерой реакционной способности анионоактивного компонента в отношении катионоактивного крахма-. ла.

Результаты испытаний приведены в табл.5. .

Количество компонентов А и В вы- pajKeHo в массовых процентах от массы анионоактивного компонента в пробе.

Результаты испытаний показывают, НТО золь модифицированной алю -Ф1Нием кремневой кислоты обладает повьш1ен- нсй реакционной способностью в отношении катионоактивного крахмала в сравнении с золем немодифицированной кремневой кислоть, что особенно заметно при пониженной величине рН,

П р и м е р 6 Изготовление картона для складных коробок на больщой бумагоделательной машине с интерфор- мующими установками. Картон такого...,, сорта состоит из 5 слоев, из которых первьм слой выполнен из 90% полностью

17160

отбеленной сульфатной целлюлозы и 10% наполнителя (талька), слои с второго по четвертый выполнены из 80% уплотненной древесной массы и 20% оборот- ного бумажного брака, а пятый слой выполнен исключительно из полуотбеленной сульфатной целлюлозы.

В ходе испытаний сопоставляют химические системы трех различных ти-

пов: А

1,ПОЛНМИН SK, технический обезвоживающий агент;

2,Катионоактивньш картофельный крахмал со степенью замещения 0,ОЛ и коллоидная кремневая кислота с удельной площадью поверхности 500 M Vr;

3,Катионоактивный картофельный крахмал со степенью замещения 0,04 и коллоидная замещенная алюминием кремневая кислота с удельной площадью поверхности 500 и соотношением Si:Al 6:0,5 (поверхностные группы) .

Химические средства дозируют следующим образом: 200 г/т продукта ПОЛИОЛ1®5К после прохождения сит под давл 5нием тремя центральными слоями (случай 1). В случае 2 в машинную ка меру добавляют 6 кг катионоактивного крахмала/т и ,5 кг коллоидной кремневой кислоты/т также после сит под давлением. В случае 1 химические средства дозируют на том же этапе, что и в случае 2. Поскольку различ-. ные химические системы оказывают различные эф{1)екты обезвоживания на мащи не, скорость и производительность ре

гулируют так, чтобы потребление водяного пара поддерживалось на максимальном уровне, т.е. производительность является мерой эффективности действия различных химических систем

Результаты анализа в форме диаг- .раммы представлены на фиг.4.. Золь модифицированной aлю lиниeм кремневой кислоты оказывает более сильный эффект, чем золь немодифицированной кремневой кислоты, и еще более значительный эффект, чем технически доступный продукт особенно при высоких величинах удельной массы картона.

Пример. В данном примере углевод используют в форме амилопек- тина оо степенью катионизации приблизительно 0,035 и содержанием азота приблизительно 0,31%. Этот углевод

о 5

Q

5

0

с

0

18

используют совместно с золем модифицированной алюминием кремневой кислоты с удельной площадью поверхности приблизительно 500 , соотноще- нием двуокиси кремния и окиси натрия приблизительно 40;1 и содержанием 9% алюминия в пересчете на общее число поверхностных групп. Соотношение Si: А1 составляет 5,05:0,5, а углеводов к SiOj - 0,1:1, В качестве бумажной массы приготавливают бумажную массу для производства журнальной бумаги, содержащую 76% волокон и 24% наполни- теля (глина С). Волокнистая фракция бумажной массы состоит из 22% технической сосновой сульфатной целлюлозы, 15% термомеханической массы, 35% древесной массы и 28% оборотного бумажного брака, отводимого из той же самой бумагоделательной машины. Бумажную массу отбирают из машины для производства журнальной бумаги и разбавляют оборотной водой, отводимой из той же машины, до концентрации 3 г/л, что оказьюается приемлемьш для испы- . таний на обезвоживание. Величиьгу рН бумал тюй массы добавлением водного раствора гидрата окиси натрия доводят до 5,5. Способность к обезвоживанию бумажной массы (измерена в виде степени помола по канадскому стандартному прибору) определяют при раз-i личных дозах одного амилопектина или совместно с золем модифицированной алюминием кремневой кислоты. Химические средства дозируют в 1 л бумажной массы, концентрация которой составлят ет 3 г/л, при перемешивании со скоростью вращения 800 об/мин. Амилопек- тин добавляют в первую очередь при перемешивании, после чего перемешивание продолжают в течение 30 с. Затем при перемешивании добавляют золь, после чего перемешивание продолжают в течение еще 15 с. Проводят обезвоживание. Далее бумажную массу перемешивают в течение 45 с. Затем добавляют амилопектин и производят обезвоживание.

Из данных табл.6 и фиг.5 очевидно, что амилопектин сам по себе дает незначительный обезвоживающий эффект и что сочетание золя модифицированной алюминием кремневой кислоты и амилопектина дает значительно более сильный эффект обезвоживания. В лучшем случае значение степени помола по канадскому стнадартному прибору удваивеется при 2% амилопектина и 0,3% золя.

-

Примерз, Исследуют воздействие на обезвоживание.. Способность к обезвоживанию бумажной массы с использованием различных связующих определяют в виде степени помола по канадскому стандартному прибору. Применяемые связующие добавляют в 0,3% массы из 60% отбеленной сульфатной березовой целлюлозы и 40% отбеленной сульфатной сосновой целлюлозы. Вода, которая собирается в измерителе, является мерой обезвоживающего воз-, действия. Результаты даны в мл-степени помола по канадскому стандарту. Исследованы; анионные зЪли кремневой кислоты, обозначенные буквами А и В в Примере 1. Катионный компонент представляет собой катионньй крахмал с дозировкой 10 кг/т.

Результаты при различном рН и различной дозировке А и В даны в табл.7

Из табл.7 следует, что, обезвоживание значительно улучшается с использованием золя модифицированной алюминием кремневой кислоты согласно изобретению.

Пример9. В этом примере анализируют эффект обезвоживания. Сушку сырья определяют в соответствии с процедурой SCAN-C 2 1:65 на jCaнaд,cкoм тестере Степени Помола. Химические агенты добавляют в 0,3% сырья стандартной композиции, включающей 60% отбеленной березовой сульфатной целлюлозы и 40% отбеленной сосновой сульфатной целлюлозы и содержап1ей 30% карбоната кальция. Вода,.которую собирают в измерителе, является мерой обезволсивающего воздействия, и результаты даны в мл степени помола по канадскому стандарту. Использованный анионный золь кремневой кислоты был таким, как в примере 1 (обозначен буквой В). Катионным крахмалом бьш крахмал, имеющий степень замещения примерно 0,01, который производится промьппленностью под названием Като 302, Испытания проводят с массой, имеющей рН 7.

5

fO

15

25

20

.

769120

Результаты испытаний приведены в табл, 8.

Формула ИЗ обретения

I. Способ изготовления бумаги, включающий введение в водную бумажную массу, содержащую целлюлозное волокно.и возможно наполнитель, связующего, состоящего из смеси анионо- активных кремнийсодержащих коллоидных частиц и катионоактивного углевода, формование бумажного полотна и сушку, от ли ча ющ ий ся тем, что, с целью повьшения эффективности процесса, в качестве анионоактивных кремнийсодержащих коллоидных-частиц использ уют золь силиката алюминия или золь модифицированной алюминием кремневой кислоты с соотношением атомов кремния и алюминия в поверхностных группах этих частиц от 9,5-0,5 до 7,5-2,5, а в качестве катионоактивного углевода используют соединение, выбранное из группы, содержащей крахмал, амилопек- тин и камедь рожкового дерева, со . степенью замещения 0,01-0,3.

2.Способ по П.1, отличающийся тем, что связующее вводят в бумажную массу в количестве 0,2- 0,5 мас.% при соотношении углевода и двуокиси кремния О, - 10:.

3.Способ по пп,1 и 2, отличающийся тем, что золь силиката алюминия или модифицированной алюминием кремневой кислоты имеет удельную поверхность частиц 500 ,

4.Способ по пп,1-3, о т л и - чающийся тем, что используют бумажную массу с рН 4-7.

5.Способ поп.1,отлича-ю- щ и и с я тем, что бумажная масса содержит 70-90 мас.% целлюлозного волокна.

6.Способ поп,1,отлИчаю- щ и и с я тем, что золь силиката алюминия или модифицированной алюминием кремневой ки1:шоты перед введением в бумажную массу смешивают с наполнителем, а после введения этой смеси в бумажную массу добавляют катионоак- , тивный углевод.

30

35

40

45

50

21

160769

Таблица I

22

Изобретение относится к целлюлозно-бумажной промышленности и позволяет повысить эффективность процесса. Способ изготовления бумаги включает введение в водную бумажную массу, содержащую целлюлозное волокно и, возможно, наполнитель,связующее, формование бумажного полотна и сушку. В качестве связующего используют смесь золя силиката алюминия или золя модифицированной алюминием кремневой кислоты с соотношением атомов кремния и алюминия в поверхностных группах этих частиц 9,5-0,5 - 7,5-2,5 и соединения, выбранного из группы, содержащей крахмал, аминопектин и камедь рожкового дерева, со степенью замещения 0,01-0,3. Связующее вводят в бумажную массу в количестве 0,2 - 0,5 мас.% при соотношении углевода и двуокиси кремния (0,1 - 10):1. Бумажная масса содержит 70 - 90 мас.% целлюлозного волокна. 5 з.п. ф-лы,5 ил., 8 табл.

О

О

О

О

0,3

0,3

0,3

0,3

0,3

О

о о о о

Масса бумажного полотна, г/м Содержание наполнителя, % Прочность при растяжении, Нм/г Сопротивление

лродавливанию,

н/м

Сопротивление выдипыванию покровного слоя

(по Деннисону) Модуль эластичности

20,5 30,5 38,0 30,0 31,0 46,5 44,5 30,0 20,0 30,0 56,0 59,5 38,0 20,0

Та. блица2

115 ,11,6

58 56

П 2,7

111 10,6

68 58

14 3,0

ТаблицаЗ

Химические средства

Без добавок химических средств

5% ОРГАНОСОРБа + 0,05% ОРГАНОПОЛа®

0,4% камеди рожкового дерева .

0,4% камеди рожкового дерева +0,3% золя модифицированной алюминием кремневой кислоты

Таблица5 Количество прореагировавшего крахмала в % от общего коли- чества крахмала

Таблица4

Степень помола по канадскомустандартному прибору CSF (мл)

Таблиц

а 6

Катионный крахмал, кг/т

10 10 15 15

Удбртние,/о

30

20

Ю

0,5W7,5 , 2,0

фц 7 KomuOHOQiffnudHbiu крахмал, %

Таблицав

Золь В, кг/т

Степень прмо- ла (CSF), мд

305 395 300 405

0.dJoC

Степень тнаий

т

SOO

5Ю

юо

УО6S ijO 15 2ff . |5 VM.2 шпианооктЛныЗ л

ЛШ

Удериагние,

60

30

X

Jo Jff W

ftfg 3 КупдюагуяАшй KfutnCk

аэ%с

ЛгПЮноаг 1пЛный тппомент

5 л

ЛШ0Ю)

OJ%8

,m/wc

I { одифииироЬанная AS тичрстбо а I КремнеШ Kuc/tofna

I Неподс/фицироданная моличестИо 15кг/т ° I /{oawAWfe;; nuc/iofna

Поликт SKкоАшесш о,2 кг/г

рн массы 6.0

О

Ф(М 00 ума2и,9/п W

Оавзеныюний МЩ

too

И УЛ

2,

т. т.

W

.0

0,

Х-.---р---Ч5 .. . « .

Редактор А.Лежнина

б в ft ЗЭ W f.25 tjo Г,15 10 i25 ISO

§ . iKMfV muH,%

Составитель О.Маслаченко

Техред Л.Сердюкова Корректор А.Осауленко

Заказ 3556

Тираж 330

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб. д. 4/5

0,

Х-.---р---Ч5 .. . « .

Подписное