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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von
wasserlöslichen
Polyaluminiumsilicatmikrogelen bzw. Polyalumosilicatmikrogelen und
insbesondere ein Papierherstellungsverfahren, welches die Verwendung
von wasserlöslichen
Polyaluminiumsilicatmikrogelen bzw. Polyalumosilicatmikrogelen als
Retentions- und Entwässerungshilfsmittel
einbezieht.
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Die
Bildung von wasserlöslichen
Polysilicatmikrogelen und deren Verwendung zur Papierherstellung ist
bekannt.
US 4,954,220
A betrifft Polysilicatmikrogele und deren Verwendung zur
Papierherstellung. Das Tappi Journal vom Dezember 1994 (Vol. 77,
Nr. 12), Seiten 133–138,
enthält
eine Übersicht
bezüglich
solcher Produkte und deren Verwendungen.
US 5,176,891 A beschreibt
ein Verfahren zur Herstellung von Polyaluminosilicatmikrogelen,
welches die anfängliche
Bildung eines Polykieselsäuremikrogels,
gefolgt von der Umsetzung des Polykieselsäuregels mit einem Aluminat
unter Bildung des Polyaluminiumsilicats einbezieht. Die Verwendung
der Polyaluminiumsilicatmikrogele als verbesserte Retentions- und
Entwässerungshilfsmittel
in der Papierherstellung ist ebenfalls beschrieben.
US 5,127,994 A beschreibt
ein Verfahren zur Herstellung von Papier durch Bilden und Entwässern einer
Zellulosefasersuspension in Gegenwart von drei Verbindungen: einem Aluminiumsalz,
einem kationischen polymeren Retentionsmittel und Polykieselsäure.
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Das
in der
US 5,176,891
A beschriebene Polyaluminiumsilicatmikrogelverfahren umfaßt drei
Schritte, nämlich
(1) die Acidifizierung einer Wasserlösung von einem Alkalimetallsilicat
zur Bildung eines Polykieselsäuremikrogels,
(2) die Zugabe eines wasserlöslichen
Aluminats zu dem Polykieselsäuremikrogel
zur Bildung des Polyaluminiumsilicats und (3) die Verdünnung zur
Stabilisierung des Produkts gegen Gelierung bzw. Gelbildung. Eine
dem Acidifizierungsschritt folgende Alterungsperiode ist notwendigerweise
eingeschlossen, während
der die zunächst
gebildete Kieselsäure
zu linearer Polykieselsäure
und anschließend
zu der Mikrogelstruktur polymerisiert, welche bezüglich des
Verhaltens der Polyaluminiumsilicatprodukte kritisch ist. Es ist beschrieben,
daß die
Produkte eine Oberfläche
von größer als
1000 m
2/g, eine Oberflächenacidität von größer als etwa 0,6 Milliäquivalente
pro Gramm und ein molares Verhältnis
von Aluminiumoxid/Siliciumdioxid von größer als 1:100, vorzugsweise
zwischen 1:25 und 1:4, aufweisen.
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WO 95/25068 A1 beschreibt
eine Verbesserung hinsichtlich des in der
US 5,176,891 A beschriebenen Verfahrens
dahingehend, daß es
die Acidifizierungs- und Aluminierungsschritte kombiniert. Ein unerwarteter und
daraus resultierender wichtiger Nutzen liegt darin, daß die zum
Auftreten für
die Mikrogelbildung erforderliche Alterungsperiode signifikant vermindert
ist. Die polyteiligen Polyaluminiumsilicatprodukte, welche durch das
Verfahren dieser Erfindung hergestellt werden, weisen gute Aktivität als Retentions-
und Entwässerungsmittel
in der Papierherstellung sofort nach der Bildung (keine Alterungsperiode)
auf, und sie erreichen ihr optimales Verhalten in signifikant kürzerer Zeit
als solche, die durch frühere
Verfahren hergestellt werden. Die zur Produktbildung erforderlichen
Alterungsperioden werden vermieden oder minimiert, wann auch immer
in der Papierherstellung möglich,
da sie zusätzliche
oder übergroße Ausstattung
erfordern und von ihnen bekannt ist, daß sie Probleme aufweisen, wie
Produkte ungleicher Qualität.
Eine Verminderung in der Alterungsperiode ist daher eine Verbesserung
für das
Verfahren zur Herstellung von Papier und für die Produktqualität.
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Ein
wichtiger Aspekt des in der
WO 95/25068 A1 beschriebenen Verfahrens ist
die Zugabe eine wasserlöslichen
Aluminiumsalzes zu einer Säure,
die für
die Acidifizierung einer Alkalimetallsilicatlösung verwendet wird. Hydratisiertes
Aluminiumhydroxid wird zur gleichen Zeit wie Kieselsäure hergestellt
und daher wird während
der Polymerisation der Kieselsäure
zu Polykieselsäure
und der Bildung eines polyteiligen Mikrogels Aluminiumhydroxid direkt
in das Polymer mit der begleitenden Bildung von Polyaluminiumsilicat
eingebracht bzw. eingeführt.
Dieses Verfahren kann verwendbare Polyaluminiumsilicate (PAS) über einen
weiten Bereich von Zusammensetzungen mit molaren Verhältnissen
von Aluminiumoxid/Siliciumdioxid im Bereich von etwa 1:1500 bis
1:10, aber im allgemeinen etwa 1:1000 oder mehr bevorzugt 1:750
zu 1:25 und am meisten bevorzugt 1:500 zu 1:50, liefern. Aufgrund
des geringen Aluminiumoxid/Siliciumdioxid-Verhältnisses unterscheidet sich
die Gesamtoberflächenacidität der Polyaluminiumsilicate
nicht signifikant von derjenigen von nicht-aluminierten Polysilicatmikrogelen.
Gleichzeitig wird eine anionische Ladung bei niedrigeren pH-Bereichen
beibehalten, als es bei nicht-aluminierter Polykieselsäure beobachtet
wird.
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Das
Verfahren der
WO 95/25068
A1 kann als ein Zweistufenverfahren durchgeführt werden,
umfassend
- (a) das Acidifizieren einer wäßrigen Lösung eines
Alkalimetallsilicats, das 0,1 bis 6 Gew.-% SiO2 enthält, auf
einen pH-Wert von 2 bis 10,5 unter Verwendung einer wäßrigen,
sauren Lösung,
die ein Aluminiumsalz enthält,
und
- (b) das Verdünnen
des Produkts von Schritt (a) mit Wasser vor der Gelierung auf einen
SiO2-Gehalt von ≤ 2 Gew.-%.
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Gegebenenfalls
kann nach dem Acidifizierungsschritt ein Alterungsschritt zur weiteren
Verbesserung des Produktverhaltens angewendet bzw. eingerichtet
werden.
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Eine
solche Alterungsperiode ist nicht erforderlich und läuft dem
aus dem Verfahren erzielten Nutzen bzw. Vorteil, nämlich einer
Verminderung in der für
die Polyaluminiumsilicatprodukte erforderlichen Zeit zum Erreichen
der maximalen Aktivität,
entgegen.
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Irgendein
wasserlösliches
Silicatsalz kann in dem Verfahren verwendet werden, wobei Alkalimetallsilicate,
wie Natriumsilicat, bevorzugt sind. Beispielsweise kann Natriumsilicat,
Na2O:3,2SiO2, bezogen
auf das Gewicht, verwendet werden.
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Irgendeine
Säure mit
einem pKa von weniger als etwa 5 kann verwendet werden. Anorganische
Mineralsäuren
werden organischen Säuren
vorgezogen, Schwefelsäure
ist die am meisten bevorzugteste.
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Irgendein
Aluminiumsalz kann verwendet werden, welches in der verwendeten
Säure löslich ist.
Geeignete Wahlmöglichkeiten
sind Aluminiumsulfat, -chlorid, -nitrat und -acetat. Basische Salze,
wie Natriumaluminat oder Chlorhydrol, Al(OH)2Cl,
können ebenfalls
verwendet werden. Wenn Alkalimetallaluminate verwendet werden, können sie
zunächst
zu einem Aluminiummetallsalz durch Umsetzung mit der Säure umgewandelt werden.
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Zur
Durchführung
des Verfahrens der
WO
95/25068 A1 wird eine verdünnte wäßrige Lösung eines Alkalimetallsilicats,
die etwa 0,1 bis 6 Gew.-% SiO
2, vorzugsweise
etwa 1 bis 5 Gew.-% SiO
2 und am meisten bevorzugt
2 bis 4 Gew.-%, enthält,
rasch mit einer verdünnten
wäßrigen Lösung einer
Säure gemischt,
die ein gelöstes
Aluminiumsalz enthält,
um derart eine Lösung
innerhalb eines pH-Bereichs von etwa 2 bis 10,5 herzustellen. Ein
mehr bevorzugter pH-Bereich ist von 7 bis 10,5, wobei der am meisten
bevorzugte Bereich ein pH von 8 bis 10 ist. Geeignete Säurekonzentrationen
liegen im Bereich von 1 bis 50 Gew.-%, obwohl sowohl niedrigere
als auch höhere
Konzentrationen verwendet werden können, vorausgesetzt ein ausreichendes
Mischen wird angewendet. Im allgemeinen ist eine Konzentration von
etwa 20 Gew.-% Säure
bevorzugt. Die Menge des in der sauren Lösung gelösten Aluminiumsalzes kann von
etwa 0,1 Gew.-% bis zu der Löslichkeitsgrenze
des Salzes in der Säure
variieren.
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Das
molare Verhältnis
von Al
2O
3/SiO
2 in den durch diese Verfahren hergestellten
Polyaluminiumsilicatmikrogelen kann weithin von etwa 1:500 bis 1:10
variieren, abhängig
von der Konzentration der verwendeten Säure, der in der Säure gelösten Menge
des Aluminiumsalzes und dem pH-Wert der resultierenden, teilweise neutralisierten
Silicatlösung.
Die Acidifizierung zu niedrigeren pH-Bereichen erfordert die Verwendung
von mehr Säure
und kann in der Herstellung von Polyaluminiumsilicaten resultieren,
die höhere
molare Verhältnisse
von Aluminiumoxid/Siliciumdioxid aufweisen. Löslichkeitsdaten eines Al
2(SO
4)
3-H
2SO
4-H
2O-Systems (Linke, "Solubility of Inorganic
Compounds", 4. Ed.,
1958, Vol. 1) liefern eine Grundlage zur Berechnung der maximalen
Al
2O
3/SiO
2-Verhältnisse,
die in Polyaluminiumsilicaten (wenn Na
2O:3,2SiO
2 als Silicat verwendet wird) unter Verwendung
von Schwefelsäurelösungen,
die 10–50
Gew.-% Säure
enthalten, gesättigt
mit Aluminiumsulfat, für
die Acidifizierung einer Silicatlösung auf einen pH-Wert 9 erhältlich sind.
(Bei diesem pH-Wert wird etwa 85% der Basizität von Na
2O:3,2SiO
2 neutralisiert).
H2SO4 | Al2(SO4)3 | Polyaluminiumsilicat |
Gew.-% | Gew.-% | Al2O3/SiO2 molares
Verhältnis |
10 | 19,6 | 1/22 |
20 | 13,3 | 1/32 |
30 | 8,1 | 1/61 |
40 | 4,3 | 1/138 |
50 | 2,5 | 1/283 |
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Es
wurde festgestellt, daß das
Verfahren zur Herstellung von PAS-Mikrogelen vorzugsweise unter
Verwendung einer Säurelösung, die
etwa 20 Gew.-% Schwefelsäure
und 1 bis 6 Gew.-% gelöstes
Aluminiumsulfat enthält,
durchgeführt
werden kann. Unter Verwendung solcher Säurelösungen über den bevorzugten pH-Bereich von 8–10 (entspricht
etwa 95–60
Gew.-% Neutralisation von Na2O:3,2SiO2) können
Polyaluminiumsilicatmikrogele mit Al2O3/SiO2-molaren Verhältnissen
von etwa 1:35 bis 1:400 erhalten werden. Innerhalb der bevorzugten
Konzentrations- und pH-Bereiche sind die Polyaluminiumsilicatlösungen klar
und nach Verdünnung
auf etwa 0,5 Gew.-% SiO2 behalten sie ihre
Aktivität
in Ausflockungs- bzw. Koagulationsverfahren für etwa 24 Stunden.
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Während das
in der
WO 95/25068
A1 beschriebene Verfahren PAS-Mikrogele liefert, welche
von besonderem Vorteil in der Papierherstellung sind, wurde nun überraschenderweise
festgestellt, daß noch
bessere Ergebnisse mit Polyaluminiumsilicatmikrogelen mit einer
durchschnittlichen Teilchen-(Mikrogel)größe oder -Dimension zwischen
20 und 250 nm erhalten werden können.
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Demgemäß liefert
die vorliegende Erfindung ein Papierherstellungsverfahren, welches
die Schritte
- (a) des Zugebens eines wasserlöslichen
polypartikulären
Polyaluminiumsilicatmikrogels mit einem molaren Verhältnis von
Aluminiumoxid:Siliciumdioxid zwischen 1:10 und 1:1500, einer durchschnittlichen
Teilchengröße von 20–250 nm
und einer Oberfläche
von mehr als 1000 m2/g, hergestellt durch
ein Verfahren, umfassend die Schritte
(i) des Acidifizierens
einer wässrigen
Lösung
eines Alkalimetallsilicats, das 0,1–6 Gew.-% SiO2 enthält, auf einen
pH-Wert von 7 bis 10,5 durch Zugeben einer wässrigen, sauren Lösung, die
ausreichend Aluminiumsalz enthält,
um die molaren Verhältnisse
zu liefern,
(ii) des Alternlassens des Produkts von Schritt
(i) für
4 bis 40 Minuten, und
(iii) des Einstellens des pH-Werts des
Produkts von Schritt (ii) auf zwischen 1 bis 4 bevor, nach oder
gleichzeitig mit einem Verdünnungsschritt,
aber vor der Gelierung, um einen SiO2-Gehalt
von ≤ 5 Gew.-%
zu erzielen, und
mindestens 0,001 Gew.-%, bezogen auf das Trockengewicht
des Rohstoffs, eines wasserlöslichen
kationischen Polymers zu einem wässrigen
Papierrohstoff, der Zellstoff enthält, und
- (b) des Bildens und Trocknens des Produkts von Schritt (a)
umfaßt.
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Die
in der vorliegenden Erfindung verwendeten Mikrogele sind vorzugsweise
solche, die eine durchschnittliche Teilchengröße im Bereich von 40 bis 250
nm, mehr bevorzugt 40 bis 150 nm, und am meisten bevorzugt 50 bis
100 nm, aufweisen. Sie sind PAS-Mikrogele, welche beispielsweise
durch das in der
WO 95/25068
A1 beschriebene Zweistufenverfahren hergestellt werden,
wobei auf den Acidifizierungsschritt folgend das Produkt für eine von
den gewählten
Verfahrensbedingungen (d. h. pH, Siliciumdioxidkonzentration, Aluminiumkonzentration,
Temperatur) abhängige
Zeitdauer altern gelassen wird. Alterungszeiten im Bereich von 4
bis 40 Minuten, bevorzugt 5 bis 30 Minuten, werden zur Herstellung
der gewünschten
Teilchengröße verwendet.
Beispielsweise kann eine Alterungsdauer von 15 Minuten ein Mikrogel
mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von etwa 100 nm liefern.
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Die
Oberfläche
der Mikrogele beträgt
mindestens 1000 m2/g, vorzugsweise 1360
bis 2720 m2/g.
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Die
Mikrogele sind Polyaluminiumsilicatmikrogele, mit einem molaren
Verhältnis
von Aluminiumoxid:Siliciumdioxid von zwischen 1:10 und 1:1500. Die
Aktivität
der Polyaluminiumsilicatmikrogele wird weiter verbessert und diese
Aktivität
wird für
längere
Zeitdauern beibehalten, indem der pH-Wert des Mikrogels auf etwa
pH 1 bis 4 vor, nach oder gleichzeitig mit dem Verdünnungsschritt
eingestellt wird. Ein weiterer Vorteil des Einstellens des pH-Werts
des Mikrogels auf etwa einen pH-Wert von 1 bis 4 liegt darin, daß die Mikrogele
bei höheren
Siliciumdioxidkonzentrationen gelagert werden können. Die Einstellung des pH-Werts
auf zwischen etwa 1 bis 4 erlaubt das Lagern der Polyaluminiumsilicatmikrogele
bei bis zu 4 bis 5 Gew.-%. Irgendeine Säure, welche den pH des Mikrogels
auf etwa pH-Wert 1 bis 4 erniedrigt, kann verwendet werden. Anorganische
Mineralsäuren
werden organischen Säuren
vorgezogen; Schwefelsäure
ist die am meisten bevorzugteste.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung enthält
der Papierrohstoff weiter anorganischen Füllstoff, bis zu 1 Gew.-%, bezogen
auf das Trockengewicht des Rohstoffs, vorzugsweise 0,01 bis 1 Gew.-%,
bezogen auf das Trockengewicht des Rohstoffs.
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Die
Einstellung des pH-Wertes in obigem Schritt (a)(ii) ist eine Verminderung
des pH-Wertes, die
Acidifizierung in (a)(i) liefert einen pH-Wert von 7 bis 10,5, mehr
bevorzugt 8 bis 10, und am meisten bevorzugt 8 bis 8,5. Die Lösung eines
Alkalimetallsilicats enthält
vorzugsweise 2 bis 3 Gew.-% SiO2.
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Die
in der vorliegenden Erfindung verwendeten Polysilicate können in
einer weiten Vielfalt von Flockungs- bzw. Koagulationsverfahren
verwendet werden und wirken als Retentions- und Entwässerungsmittel in
der Papierherstellung (verwendet in der Menge von bis zu 1 Gew.-%,
vorzugsweise 0,01 bis 1 Gew.-%, bezogen auf das Trockengewicht des
Papierrohstoffs). Sie können
in Verbindung mit kationischen Polymeren, wie kationische Stärken, kationische
Polyacrylamide und kationisches Guaran, verwendet werden. Diese
sind in
US 4,927,498
A und
US 5,176,891
A beschrieben. Solche (wasserlösliche) kationische Polymere
liegen erfindungsgemäß in einem
Ausmaß von
mindestens 0,001 Gew.-%, bezogen auf das Trockengewicht des Rohstoffs,
vor.
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Anionische
Polymere, wie anionisches Polyacrylamid, anionische Stärken, anionisches
Guaran, anionisches Polyvinylacetat und Carboxymethylcellulose und
deren Derivate, können
ebenfalls in Verbindung mit den Polysilicatmikrogelen und kationischen
Polymeren mit vorteilhaften Ergebnissen verwendet werden. Abhängig von
den Papierherstellungsbedingungen können ebenfalls verschiedene
andere Chemikalien in Verbindung mit den Polysilicatmikrogelen und
den kationischen Polymeren mit hohem Molekulargewicht verwendet
werden. Zu Systemen, die große
Anteile von anionischem Ausschuß ("trash") enthalten, können beispielsweise
kationische Polymere mit niedrigem Molekulargewicht und hoher Ladungsdichte,
wie Polyethylenimin, Polydiallyldimethylammoniumchlorid und Amin-Epichlorhydrin-Kondensationsprodukte,
zugegeben werden, um innerhalb des Systems wirksamer einen Ladungsausgleich
zu erzielen und verbesserte Ergebnisse zu erhalten. Zusätzliche
Mengen an Aluminiumsalzen über
diese hinaus, die in der sauren Lösung enthalten sind, wie Alaun
und Natriumaluminat, können
ebenfalls unter gewissen Umständen
für verbesserte
Ergebnisse zugegeben werden. Diese können entweder durch Vormischen
mit den Polysilicatmikrogelen der vorliegenden Erfindung oder separate
Zugabe zu dem Papierherstellungsrohstoff zugegeben werden.
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Schließlich liefert
die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines wasserlöslichen
polypartikulären
Polyaluminiumsilicatmikrogels mit einem molaren Verhältnis von
Aluminiumoxid:Siliciumdioxid zwischen 1:10 und 1:1500, einer durchschnittlichen
Teilchengröße von 20–250 nm
und einer Oberfläche
von mehr als 1000 m2/g, umfassend die Schritte
- (i) des Acidifizierens einer wässrigen
Lösung
eines Alkalimetallsilicats, das 0,1–6 Gew.-% SiO2 enthält, auf einen
pH-Wert von 7 bis 10,5 durch Zugeben einer wässrigen, sauren Lösung, die
ausreichend Aluminiumsalz enthält,
um die molaren Verhältnisse
zu liefern,
- (ii) des Alternlassens des Produkts von Schritt (i) für 4 bis
40 Minuten, und
- (iii) des Einstellens des pH-Werts des Produkts von Schritt
(ii) auf zwischen 1 bis 4 bevor, nach oder gleichzeitig mit einem
Verdünnungsschritt,
aber vor der Gelierung, um einen SiO2-Gehalt
von ≤ 5 Gew.-%
zu erzielen.
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Wie
schon vorstehend beschrieben, liefert die Acidifizierung in Schritt
(i) bevorzugt einen pH-Wert von 8 bis 10. Darüber hinaus, wie schon vorstehend
beschrieben, weist das Mikrogel bevorzugt eine durchschnittliche
Teilchengröße im Bereich
von 40 bis 250 nm, mehr bevorzugt im Bereich von 50 bis 150 nm auf.
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Die
folgenden Beispiele werden zum Zweck der Erläuterung angegeben, beschränken aber
nicht die Erfindung.
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Beispiel 1
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Eine
Polyaluminiumsilicat(PAS)-Lösung
wurde hergestellt, indem 21 g von Natriumsilicat (Verhältnis 3,22),
das 28,5% SiO2 enthält, mit 260 g deionisiertem
Wasser gemischt wurden. Zu der resultierenden 2,1 Gew.%igen SiO2-Lösung
wurden 9,84 ml einer 5N H2SO4-Lösung, die
0,052 g Al2(SO4)3·17H2O enthielt, zugegeben, wodurch sich ein
pH-Wert von 8,6 ergab. Gleiche Teilmengen der resultierenden 2 Gew.-%igen PAS-Lösung (auf
SiO2-Basis) wurden verdünnt und bei 0,125 Gew.-% PAS
(auf SiO2-Basis) bei einem pH-Wert von 2,5
durch Verdünnen
mit 0,0085 N H2SO4-Lösung bei
verschiedenen Zeiten stabilisiert.
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Durchschnittliche
Mikrogelgrößen der
0,125 Gew.-%igen (auf SiO2-Basis) PAS-Proben wurden unter Verwendung
eines Brookhaven Instrument-Lichtstreuungsgoniometers, Modell BI-200SM,
bestimmt. Die Messungen wurden bei Raumtemperatur unter Verwendung
eines Argonionenlasers mit einer Wellenlänge von 488 nm, der bei 200
mW Leistung betrieben wurde, durchgeführt. Die Lichtstreuungsintensitätsmessungen wurden
bei verschiedenen Winkeln durchgeführt und die Daten wurden unter
Verwendung eines Zimm-Diagramms analysiert. Die durchschnittlichen
Mikrogelteilchengrößen wurden
aus der Teilchengrößenverteilung erhalten.
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Das
Verhalten der 0,125 Gew.-%-igen PAS-Lösungen als ein Papierherstellungsretentions-
und Papierherstellungsentwässerungshilfsmittel
wurde bestimmt, indem Canadian Standard-Entwässerungsgradbestimmungen unter
Verwendung eines gebleichten Kraftrohstoffs mit 0,3 Gew.-% Stoffdichte
bzw. Konsistenz und pH 8, der 35% Hartholz, 35% Weichholz und 30%
ausgefälltes
Calciumcarbonat enthielt, durchgeführt wurden. Das Produktverhalten
wurde durch Zugeben von 20 Pfund/Tonne (auf Basis des trockenen
Rohstoffs) BMB-40 kationischer Kartoffelstärke zu dem Papierrohstoff 15
Sekunden vor der Zugabe von 2 Pfund/Tonne der PAS-Lösungen (auf
SiO2-Basis) getestet. Das Mischen wurde
in einem Britt-Gefäß ("Britt jar") bei 750 Upm durchgeführt und
der koagulierte bzw. ausgeflockte Rohstoff wurde anschließend in
einen Canadian Standard Entwässerungsgradprüfer übergeführt und
Entwässerungsmessungen
wurden durchgeführt.
Die Entwässerungsgradergebnisse
(in ml) und die durchschnittliche Siliciumdioxidteilchen(mikrogel)größe (in nm)
gegen die Verdünnungszeit
sind in Tabelle 1 nachstehend gezeigt.
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Die
Retention wurde ebenfalls unter Verwendung eines Britt-Gefäßes ("Britt jar") bei 750 Upm durch Zugeben
von 20 Pfund/Tonne BMB-40 (siehe oben) zu dem Papierrohstoff 15
Sekunden vor der Zugabe von 2 Pfund/Tonne der PAS-Lösungen (auf
SiO2-Basis) bestimmt. Nach weiteren 15 Sekunden
Rühren
wurde das Entwässern
begonnen. 5 Sekunden später
wurde begonnen, Siebabwasser bzw. Kreidewasser zu sammeln und dies
wurde fortgesetzt, bis 100 ml Kreidewasser gesammelt worden waren.
Dieses wurde durch einen Glasfaserfilter gefiltert, die Feststoffe
wurden getrocknet und anschließend
verbrannt. Die resultierende Asche wurde gewogen und die Ascheretention
wurde berechnet. Die Ergebnisse sind ebenfalls in Tabelle 1 angeführt. Die
Ergebnisse sind auch graphisch in 1 gezeigt,
welche den Entwässerungsgrad,
geplotted gegen die Mikrogelgröße zeigt;
und in 2, welche eine graphische Darstellung der Ascheretention
gegen die Mikrogelgröße darstellt.
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Das
Verhalten der PAS-Lösungen
wurde ebenfalls (unter Verwendung der vorgenannten Canadian Standard-Entwässerungsgradbestimmungsvorgehensweise)
in verschiedenen Papierherstellungsformulierungen getestet, nämlich
- (i) wobei 10 Pfund/Tonne von BMB-40 kationischer
Kartoffelstärke
zu dem Papierrohstoff 15 Sekunden vor der Zugabe von 0,25 Pfund/Tonne
von kationischem Percol 182 zugegeben wurden, 15 Sekunden später gefolgt
von der Zugabe von 1 Pfund/Tonne der PAS-Lösungen;
- (ii) wobei 15 Pfund/Tonne von BMB-40 kationischer Kartoffelstärke zu dem
Papierrohstoff 15 Sekunden vor der Zugabe von 0,25 Pfund/Tonne von
Alaun (auf Al2O3-Basis)
zugegeben wurden, 15 Sekunden später
gefolgt von der Zugabe von 1 Pfund/Tonne der PAS-Lösungen;
- (iii) wobei 20 Pfund/Tonne von BMB-40 kationischer Kartoffelstärke zu dem
Papierrohstoff 15 Sekunden vor der Zugabe von 0,25 Pfund/Tonne von
anionischem Percol 90L zugegeben wurden, 15 Sekunden später gefolgt
von 1 Pfund/Tonne der PAS-Lösungen;
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Die
Ergebnisse dieser 3 Tests sind graphisch in den
3 bis
5 gezeigt,
welche für
die Tests (i) bis (iii) den Entwässerungsgrad
geplottet gegen die Mikrogelgröße zeigen. Tabelle 1
Verdünnungszeit | Entwässerungsgrad | Mittlere
Teilchengröße | Ascheretention |
(Minuten) | (ml) | (nm) | (%) |
0,5 | 580 | 8,1 | 21 |
1 | 615 | 11,9 | 23 |
2 | 640 | 18,1 | 31 |
5 | 660 | 41,0 | 31 |
15 | 660 | 107,7 | 35 |
30 | 640 | 250 | 28 |
35 | 610 | 357 | 26 |
37 | 610 | 530 | 23 |
39 | 595 | 838 | 23 |
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Beispiel 2
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Eine
PAS-Lösung
wurde hergestellt, indem 21 g von Natriumsilicat (Verhältnis 3,22),
das 28,5% SiO2 enthält, mit 260 g deionisiertem
Wasser gemischt wurden. Zu der resultierenden 2,1 Gew.-%igen SiO2-Lösung wurden
8,75 ml 5N H2SO4-Lösung, die
0,80 g Al2(SO4)3·17H2O enthielt, zugegeben, wodurch sich ein
pH-Wert von 8,5 ergab. Gleiche Teilmengen der resultierenden 2 Gew.-%igen
PAS-Lösung
(auf SiO2-Basis) wurden verdünnt und bei 0,125 Gew.-% PAS
(auf SiO2-Basis) bei einem pH-Wert von 2,0 durch
Verdünnen
mit 0,0085 N H2SO4-Lösung bei
verschiedenen Zeiten stabilisiert.
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Die
durchschnittlichen Mikrogelgrößen der
0,125 Gew.-%igen PAS-Proben (auf SiO
2-Basis) wurden wie
vorgenannt bestimmt und die Entwässerungsgradbestimmungen
wurden, wie in Beispiel 1 beschrieben, durchgeführt. Die Ergebnisse sind in
Tabelle 2 aufgeführt. Tabelle 2
Verdünnungszeit | Entwässerungsgrad | Mittlere
Teilchengröße |
(Minuten) | (ml) | (nm) |
0,5 | 580 | 4,4 |
5 | 650 | 43,5 |
17 | 620 | 296 |
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Vergleichsbeispiel 1
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Eine
nicht-aluminierte Polysilicat(PS)-Lösung wurde hergestellt, indem
21 g von Natriumsilicat (Verhältnis
3,22), das 28,5% SiO2 enthält, mit
260 g deionisiertem Wasser gemischt wurden. Zu der resultierenden 2,1
Gew.-%-igen SiO2-Lösung wurden 10 ml 5N H2SO4-Lösung zugegeben.
Gleiche Teilmengen der resultierenden 2 Gew.-%igen PS-Lösung (auf
SiO2-Basis) wurden verdünnt und bei 0,125 Gew.-% PS
(auf SiO2-Basis) bei einem pH-Wert von 2,0
durch Verdünnen
mit 0,0085 N H2SO4-Lösung bei
verschiedenen Zeiten stabilisiert.
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Die
durchschnittlichen Mikrogelgrößen wurden
bestimmt und die Entwässerungsgradmessungen
wurden wie in Beispiel 1 durchgeführt. Die Ergebnisse sind in
Tabelle 3 aufgeführt. Tabelle 3
Verdünnungszeit | Entwässerungsgrad | Mittlere
Teilchengröße |
(Minuten) | (ml) | (nm) |
0,5 | 550 | 3,7 |
15 | 640 | 40,5 |
30 | 630 | 60,5 |
420 | 590 | 201 |
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Wie
aus den Daten gesehen werden kann, gewährleistet die Mikrogelgröße in dem
Bereich der vorliegenden Erfindung das beste Verhalten für die Papierherstellung
(wie sowohl durch den Entwässerungsgrad als
auch durch die Ascheretention gemessen).