紙和紙板的製造技術
2023-09-19 10:03:10 1
專利名稱：紙和紙板的製造技術
本發明涉及用以下方法製備紙或紙板形成水性纖維素懸浮體，將聚合物助留劑加入到懸浮體中以形成絮凝物，通過剪切懸浮體分解絮凝物以形成微絮凝，通過向懸浮體中加入陰離子架橋促凝劑的水性組合物凝結微絮凝，凝結的懸浮體濾水形成紙片，和乾燥紙片。這種普通方法為大家所熟悉。例如Hydrocol(商標)方法涉及這些步驟並且使用膨潤土(即陰離子型膨脹土)作為陰離子架橋促凝劑。這種方法在如US4753710,4913775和EP-A-707673中有描述。
一般絮凝懸浮體的形成涉及將一種或多種陽離子聚合物加入到懸浮體中。例如聚合物助留劑經常是一種高分子陽離子聚合物，和/或在方法的早期步驟中可以加入其它陽離子聚合物。例如陽離子澱粉或其它增強劑被加入以增加強度和/或可以加入低分子量陽離子聚合物以提高保留性能和/或其它用途，如控制稠料中的樹脂障礙(pitch)。
為了提高幹燥紙片的視覺外觀，加入會改變紙片視覺外觀的陰離子材料是常用的，如顏料或染料或通常加光學增白劑。出於方便和充分混合的原因，這些陰離子材料經常在方法中相對較早的步驟加入，當然是在助留劑之前，甚至經常在稠料步，例如在混料箱中。
因此典型的方法包括和任何所需填充劑一起或在此之前向稠料中加入陰離子光學增白劑，然後加入陽離子澱粉和/或低分子量陽離子促凝劑(它也可以加入稠料中作為樹脂障礙控制添加劑)，隨後加入陽離子或其它聚合物助留劑和陰離子架橋促凝劑。
這種類型方法已經大規模地使用許多年。
在所有的造紙方法中希望使用最少量的化學添加劑得到最佳性能。因此滾軋工人想使用最少量的聚合物得到最佳的樹脂障礙控制，強度，保留性能和濾水性能或其它去水性能，以及使用最少量的光學增白劑，染料或顏料得到最佳視覺外觀。
本發明的目的是將用這種方法提供改進的性能。特別是，一個目的是將得到改進的保留性能和去水性能(包括濾水)以使操作員能夠使用同樣量的化學添加劑而得到提高的去水和保留性能或允許操作員得到相等的去水和保留性能而用更少量的添加劑。另一目的是得到改進的視覺外觀，因此允許操作員使用同樣劑量的光學增白劑、染料或顏料而得到更好增白或色彩，或使用更少劑量光學增白劑，染料或顏料而得到相同增白或色彩。
根據本發明，造紙和紙板方法包括形成水性纖維素懸浮體，懸浮體中加入聚合物助留劑以形成絮凝，通過剪切懸浮體分解絮凝以形成微絮凝，通過向懸浮體中加入包括陰離子架橋促凝劑的水性成分凝結微絮凝，凝結懸浮體濾水以形成紙片，以及給紙片染色，並在這一方法中至少一種陽離子聚合物在剪切之前加入到懸浮體中，以及用於紙或紙板的陰離子光學增白劑和/或染料和/或顏料基本上和陰離子架橋促凝劑的陰離子組合物一起加入到懸浮體中。
因此陰離子光學增白劑，染料或顏料就在陰離子架橋促凝劑的水性組合物之前，之後或一般與它一起加入到剪切的懸浮體中。這些材料可以分開但必須在緊挨的位置添加到懸浮體中或通常在單一的添加位置加入。因此優選陰離子光學增白劑，染料或顏料在它加到懸浮體中之前混入陰離子架橋促凝劑的水性組合物。因此它可以當水性組合物加入到懸浮體中時在線混合或可以預先混合。
本發明適用於任何方法，其中陽離子聚合物在剪切之前加入到懸浮體中，接著加入陰離子架橋促凝劑。實際上這意味著本發明可適用幾乎所有的方法，這些方法涉及加入聚合物助留劑，接著加入陰離子架橋促凝劑。這是因為幾乎所有這樣的方法確實涉及在剪切之前的某一步中加入至少一種陽離子聚合物。
本發明的結果是，我們能夠得到去水和保留性能及外觀特性的改進的綜合性能。
當陽離子聚合物在為得到去水和保留性能的剪切之前加入到懸浮體中時本發明具有特殊的價值，因為本發明隨後在去水和保留性能方面得到改進。在本發明的優選方法中，陽離子聚合物作為助留劑被加入。如同在US4388150中提出的，可以使用陽離子澱粉作為助留劑，但是優選一種有足夠高分子量以賦予保留性能的合成陽離子聚合物。因此一般它的分子量必須在500,000以上並且通常它具有至少4dl/g的特性粘度。特性粘度是用粘度計的懸浮槓桿在25℃緩衝到pH7.5的水性組合物上測定的。
優選的陽離子助留聚合物大部分是一種或多種烯類不飽和單體的水溶性聚合物。一般它們是丙烯醯胺或其它水溶性烯類不飽和單體與陽離子烯丙基單體如二烷基二甲基氯化銨(DADMAC)或一種陽離子丙烯酸單體如二烷基氨基烷基(甲基)丙烯酸酯或丙烯醯胺作為酸添加劑或優選季銨鹽的共聚物。如同在EP202780中描述的，聚合物可以是全部線型的或輕度交聯。聚合物可以由於含少量陰離子基團而呈兩性的。在本發明使用的適當的高分子量陽離子聚合物類助留劑在如US4753710,4913775和EP-A-308752中有描述。
在使用高分子量陽離子聚合物類助留劑這一普通類型的本發明方法中，用其它陽離子聚合物預處理懸浮體通常是有利的。這可以是陽離子澱粉(在合成陽離子聚合物類助留劑之前)或其它陽離子增強樹脂或者可以是一種分子量相對較低但高度荷電並且可以改進保留和去水性能的聚合物。這類適當的聚合物包括聚乙烯亞胺，聚胺，聚(DADMACS)和二氰二醯胺縮聚物。
本發明也包括這樣一些方法，其中纖維素懸浮體通過施用這樣的聚合物而陽離子化或者用這些的聚合物處理，然後使用非離子或陰離子助留劑。使用陰離子助留劑實現的這種方法在EP-A-308752中有描述，使用非離子或陰離子助留劑的方法在EP-A-707673中有描述。
當在稠料步加入一種陽離子聚合物，一般為高度荷電低分子量陽離子聚合物如上面討論的聚合物例如以控制樹脂障礙時，本發明也是有價值的。適當的低分子量陽離子聚合物在如EP-A-308752和US4913775中有更詳細地描述。
在本發明使用的陽離子聚合物劑量可以在常用範圍內。因此高分子量助留劑的劑量一般為50～2000，經常為10～1000g/t，以及任何低分子量陽離子聚合物的劑量一般在100～3000，經常在500～2000g/t。在任何方法中聚合物的最佳量是用常用方法的常規試驗測定。
雖然在本發明的總量一般在常用範圍內，但是在任何特殊方法中賦予特殊保留或去水性能所要求的實際量一般將少於在常用方法中的量，在常用方法中光學增白劑，染料或顏料在早期步驟中被加入。典型地在本發明中陽離子助留劑量比光學增白劑，染料或顏料在早期步驟中加入時的所需量至少少5％並經常至少少10％。在某些情況中可以達少20％～甚至30％。例如典型地該量比在常用方法中的少10～100，經常約20～50g/t。
助留劑和其它前面的聚合物以常用方法在常用的位置加入。它導致絮凝化並且在本發明中如同常用的，通過剪切懸浮體分解絮凝是必要的。只需通過將懸浮體紊流地流經一導管就可以達到足夠的剪切，在這種情況下在例如最後的離心濾網後可以加入助留劑。但是一般通過讓懸浮體流經一相對較高的剪切混合步驟如一離心過濾網或一扇形泵就可分解。
陰離子架橋促凝劑然後加入到剪切的懸浮體中以凝結微絮凝(一般在最後的高剪切點後面，例如在或接近網前箱處)。這種一般技術經常被認為是超凝結化或微顆粒保留，因為大部分適當的陰離子架橋促凝劑是微顆粒材料。
優選材料是膨潤土，也就是說一種膨脹土，它通常基於蒙脫土，鋰蒙脫土或高嶺土結構。但是使用其它無機陰離子微顆粒或膠態材料也是可能的，如膠態二氧化矽，聚矽酸鹽微膠，聚矽酸微膠以及這些物質的鋁改性物(參見例如U.S.4643801,EP-A-359552和EP-A-348366)。也可使用陰離子有機微顆粒材料。因此可以使用陰離子有機聚合物乳液。乳化聚合物顆粒由於是由水溶性陰離子單體和一種或多種非溶性單體如丙烯酸乙酯的共聚物而是不溶的，但是優選聚合物乳液是一種水溶性單體材料的交聯微乳液。
微顆粒材料的顆粒尺寸一般低於2μm，優選低於1μm以及有時低於0.1μm。例如可以使用尺寸為0.01-0.2μm的陰離子交聯聚合物乳液，但是優選架橋促凝劑是膨潤土。
架橋促凝劑的量一般至少為300g/t，經常至少1000g/t，例如達3000或甚至5000g/t。
陰離子染料，顏料或光學增白劑可以以任何量加入到懸浮體中，這些量對特殊材料和所希望的效果是常用的。例如商用光學增白劑組合物(例如商標名為Blanchophor P01所售的材料)典型地使用量為500～5000，經常為1000～3000g/t。本發明確實允許減少染料，顏料或光學增白劑的量而同時保持相同的視覺效果，例如典型地減少5～30％。但是一般優選在最後步驟中使用可給出所希望的視覺外觀的任何量的光學增白劑、染料或顏料，而不管如果已在早期步驟中加入，則多少量可能是適當的。
纖維素懸浮體可以由任何常用的輸入料製得並且可能是乾淨的或髒的。它可以加填料或不加填料。如果加填料，在懸浮體中的填料量典型地為懸浮體中固體總重量的10～50％。可以使用常用的填料。
以下是一個實施例。
根據US4913775的一般內容進行該方法。填料混入懸浮體，隨後分別順序加入3.5kg/t陽離子澱粉，500g/t聚DADMAC(特性粘度約為1dl/g)，200g/t高分子量陽離子聚合物，在離心過濾網中進行剪切，然後加入1.5kg/t膨潤土。陽離子聚合物是丙烯醯胺和二甲基氨基乙基丙烯酸酯季鹽的共聚物，其特性粘度為7～10dl/g。
在第一個方法中，在填料之前加入1～3kg/t的光學增白劑。
在第二個方法中，在澱粉之後但在聚DADMAC之前加入大致相同量的光學增白劑。
在第三個方法中，和膨潤土一起加入大致相同量的光學增白劑，作為含有膨潤土和光學增白劑的水性組合物。
已經發現在第三個方法中的陽離子助留劑量相對於在第一個和第二個方法中使用量可以減少約30g/t(即減至170g/t)而沒有損失去水和保留性能。因此根據本發明第三個方法節省15％陽離子助留劑而沒有損失去水或保留性能並且保持視覺外觀。
權利要求
1．紙和紙板的製造方法，它包括形成水性纖維素懸浮體，向懸浮體中加入聚合物類助留劑以形成絮凝，通過剪切懸浮體分解絮凝物以形成微絮凝，通過向懸浮體中加入陰離子架橋促凝劑的水性組合物凝結微絮凝，凝結的懸浮體濾水以形紙片，乾燥紙片，其中在剪切之前懸浮體中加入陽離子聚合物並且用於紙或紙板的陰離子染料，顏料或光學增白劑基本上和陰離子架橋促凝劑的水性組合物一起加入到懸浮體中。
2．權利要求1的方法，其中聚合物助留劑選自陽離子澱粉和合成的水溶性陽離子聚合物助留劑，其特性粘度至少為4dl/g。
3．權利要求1的方法，其中聚合物助留劑包括由一種或多種烯類不飽和單體形成的水溶性陽離子合成聚合物，聚合物特性粘度至少4dl/g。
4．前面權利要求任何一項的方法，其中陽離子聚合物在聚合物助留劑之前加入到懸浮體。
5．權利要求4的方法，其中在助留劑之前加入的陽離子聚合物選自聚DADMAC，聚亞胺，聚胺和二氰二醯胺聚合物。
6．前面權利要求任何一項的方法，其中陰離子光學增白劑，染料或顏料在加入到懸浮體中之前加入到陰離子架橋促凝劑的水性組合物中。
7．前面權利要求任何一項的方法，其中陰離子架橋促凝劑選自有機和無機微顆粒材料。
8．前面權利要求任何一項的方法，其中陰離子架橋促凝劑包括膨潤土。
9．前面權利要求任何一項的方法，其中陰離子光學增白劑和陰離子架橋促凝劑一起被加入。
全文摘要
紙和紙板是按如下步驟製造的將陽離子聚合物助留劑加入到纖維素懸浮體中，剪切懸浮體以分解所得的絮凝物，通過在陰離子染料，顏料或光學增白劑存在下加入膨潤土或其它陰離子架橋促凝劑的水性組合物來凝結懸浮體，由凝結的懸浮體製成紙。
文檔編號D21H17/00GK1238819SQ97180080
公開日1999年12月15日 申請日期1997年11月27日 優先權日1996年11月28日
發明者P－O·艾利克森, I·艾利克森, B·哈雅爾瑪森, J·G·朗格雷 申請人:希巴特殊化學水處理有限公司, Cdm公司