DE2830699A1

DE2830699A1 - Verfahren zur herstellung einer waessrigen dispersion, die mit einem fuellstoff zur papierherstellung verwendet wird und ein solubilisiertes polymeres bindemittel enthaelt

Info

Publication number: DE2830699A1
Application number: DE19782830699
Authority: DE
Inventors: David Ernest Smith
Original assignee: Blue Circle Industries PLC
Current assignee: Blue Circle Industries PLC
Priority date: 1977-07-12
Filing date: 1978-07-12
Publication date: 1979-02-01
Also published as: FR2397488A1; SE7807611L; ES471675A1; US4295933A; ZA783828B; BE868917A; DK304478A; SE444015B; NO153583C; FR2397488B1; NO153583B; NO782362L; CA1126909A; IE47019B1; IE781336L

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft polymere Materialien, die im allgemeinen mit Füllstoffen zur Herstellung von Papier, wie Ton, Lithopone, Bariumsulfat, Titanpigment, Talk, Satinweiß oder Calciumcarbonat, wie z. B. Kreide, verwendet werden.

Derartige mineralische Füllstoffe werden dem Eintrag zur Herstellung von verschiedenen Papiertypen zugesetzt. Mit zunehmendem Mengenverhältnis des Füllstoffs zu der Cellulose nimmt die Opazität des Papiers zu, die Festigkeitseigenschaften nehmen jedoch ab. Darüber hinaus gehen die Füllstoffe in das Wasser verloren, das aus der naßgebildeten Papierbahn abläuft, so daß man gewöhnlich sog. Retentxonshilfsstoffe zusetzt. Es handelt sich dabei normalerweise um Polymere mit hohem Molekulargewicht, die dazu neigen, zusammen mit den Füllstoffteilchen und den feinen Cellulosefasern auszuflocken. Füllstoffe können ferner als solche in Suspension mit Polymeren mit einem Ausflockungseffekt vor der Einführung des Füllstoffs in dem Papiereintrag zur Erzeugung von sog. zuvor ausgeflockten Füllstoffen behandelt werden.

Die Erfindung betrifft insbesondere die Solubilisierung eines polymeren Materials auf kontinuierlicher Basis, das in Gegenwart eines derartigen Füllstoffs als Bindemittel und möglicherweise als Ausflockungsmittel dient. Die Erfindung betrifft insbesondere die kontinuierliche Solubilisierung von polymeren Materialien, die Stärkeverbindungen enthalten, im allgemeinen des vorgelatinisierten Typs, die als kaltwasserlösliche Stärken bezeichnet werden, ferner die kontinuierliche Herstellung von zuvor ausgeflockten Füllstoffen, die mit einem derartigen solubilisierten Material für eine Verwendung zur Papierherstellung hergestellt werden.

Ferner betrifft die Erfindung Polymerdispersionen sowie zuvor ausgeflockte Füllstoffdispersionen, die nach diesem Verfahren hergestellt werden. Die Erfindung kann auf poly-

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mere Materialien angewendet werden, wobei die Bindemittel- und Ausflockungsmittelfunktionen durch das gleiche polymere Bindemittel oder durch ein polymeres Bindemittel und eine andere Komponente oder andere Komponenten , die polymer sein können, z,ur Verfügung gestellt werden, und zwar in Gegenwart oder Abwesenheit wenigstens eines Füllstoffs oder Pigments für Papier.

Man kann feststellen, daß. polymere Substanzen, die bezüglich der Wirksamkeit oder niedriger Kosten geeignet sind, nur langsam oder schwierig in einen geeigneten Zustand einer wäßrigen Dispersion zu bringen sind, insbesondere wenn ein Erhitzen vermieden werden soll ^ Dies ist insbesondere bei Polymeren mit hohem Molekulargewicht sowie bei Polymeren auf Stärkebasis, d. h. polymeren Materialien, die eine Stärkekomponente enthalten, der Fall, wobei der letztere Fall als Beispiel · für polymere Bindemittel angegeben wird, auf welche die Erfindung mit besonderem Vorteil angewendet werden kann.

Eine wäßrige Dispersion, die polymere Materialien enthält, die für den vorgesehenen Verwendungszweck geeignet sind, ist eine solche, in welcher die Materialien solubilisiert sind, d. h. auf im wesentlichen molekularer Basis und nicht bloß auf der B'tsis von Einzelteilchen dispergiert sind. In diesem Zusammenhang ist unter dem Begriff "Lösung" nicht nur eine echte molekulare Lösung zu verstehen, vielmehr fallen auch Dispersionen des Polymeren unter diesen Begriff, wobei das Polymere so stark solubilisiert ist, daß die Dispersion visuell homogen ist, falls sie nicht sogar visuell klar ist, wobei im wesentlichen keine Materialien als einzelne Teilchen oder Kügelchen sichtbar sind. Zur Herstellung einer derartigen Lösung sind drei Merkmale wesentlich: es muß eine gründliche Dispersion der Ausgangsteilchen als solchen in Wasser erfolgen, d, h. als Einzelteilchen, ferner muß ein Quellen der Teilchen durch Wasser oder eine Absorption von Wasser durch die Teilchen erfolgen, außerdem muß in gesteuertem Ausmaße eine Scherwirkung, beispielsweise durch Vermischen, ausgeübt werden, so daß die Dimensionen

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der feinverteilten Teilchen in der Größenordnung von Molekülen liegen, wobei jedoch keine zu starke Molekülspaltung erfolgen darf.

Das Problem der Gewinnung einer zufriedenstellenden solubilisierten Dispersion des polymeren Materials, insbesondere unter Einsatz von Polymeren auf Stärkebasis, wird erfin— dungsgemäß durch die Notwendigkeit verschärft, daß man es mit Feststoffgehalten von 0,5 Gew.-% oder darüber zu tun hat, die in diesem Zusammenhang relativ hoch sind.

Bisher wurde normalerweise ein Chargensolubilisierungssystem verwendet, wobei das polymere Material Wasser in einem mit einem geeigneten Rührer ausgestatteten Kessel zugesetzt wird, in dem die Dispergierung und anschließende Quellung und Solubilisierung unter einer Scherwirkung während einer Zeitspanne von beispielsweise 10 bis 30 Minuten erfolgt. Das solubilisierte Material wird dann entweder in ein Lagerungsgefäß überführt, von welchem es einer dosierten Zufuhr des oder der Füllstoffe zudosiert wird, oder in ein zweites mit einem Rührer versehenes Gefäß überführt und chargenweise mit einer Suspension eir.es oder mehrerer Füllstoffe vermischt und dann dem Papierherstellungsverfahren zudosiert. Das Cborgensystem kann manuell oder automatisch zur Erzeugung einer kontinuierlichen Zufuhr ausgeführt werden. Um jedoch eine große Papierherstellungsmaschxne bedienen zu können, erfordert das Chargenverfahren Kessel mit großen Volumina, wobei sich das hergestellte Material bei der Lagerung durch eine bakteriologische Wirkung zersetzen kann. Dabei können Füllstoffteilchen, insbesondere Ton, einen Teil des polymeren Materials absorbieren, so daß ihre Bindewirkung und Ausflockungseigenschaften verlorengehen. Ferner besteht die Gefahr, daß beim zu starken Vermischen eine zu große Scherwirkung ausgeübt wird.

Es ist zweckmäßig, eine Zufuhr des polymeren Materials des angegebenen Typs zu erzeugen, die auf kontinuierlicher Basis solubilisiert worden ist. Es ist ferner zweckmäßig, das

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Solubilisierungsverfahren so einfach wie möglich und in einer gesteuerten Weise durchzuführen, so daß die zugeführte Dispersion gleichmäßig ist und exakt dem Papierherstellungsverfahren zudosiert werden kann, und zwar in zweckmäßiger Weise automatisch.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich die Gefäßkapazitäten im Vergleich zu den Kapazitäten von Chargensystemen herabsetzen. Das Verfahren kann kontinuierlich durch Erzeugung eines Fließvorganges durchgeführt werden, beispielsweise mittels eines Siphons, eines Überlaufs oder einer Dosiereinrichtung zwischen den angegebenen Gefäßen oder anderen Gefäßen, die beispielsweise in einer Reihe oder in einer Kaskade angeordnet sein können.

Es ist bekannt, eine Dispersion eines solubilisierten PoIyelektrolyten zu erzeugen, wie er beispielsweise zur Aufflokkung von wäßrigen Abwässern für Klärungszwecke verwendet wird, beispielsweise mittels eines kontinuierlichen Verfahrens unter Einsatz einer Reihe von Gefäßen, wobei der in Form von Einzelteilchen vorliegende Polyelektrolyt in einem Wasserstrom mitgeschleppt und als Ausgangsdispersion in dem ersten Gefäß gesammelt wird, die über ein Überlaufrohr in das zweite Gefäß fließt. Beim Durchlaufen durch das •sweite Gefäß und beim überlaufen durch ein Überlaufrohr in das dritte sowie beim Durchlaufen des dritten Gefäßes und beim Überlaufen in eine Vorratskammer wird die Dispersion entsprechend den Gefäßkapazitäten sowie der Fließgeschwindigkeit gealtert. Die Fließgeschwindigkeit des Feststoffs sowie der Flüssigkeitszufuhren wird vorher festgelegt. Der Beginn sowie das Aufhören des Fließens richtet sich nach der Aufrechterhaltung zuvor bestimmter Volumina zwischen zuvor eingestell-¹'. ten Spiegeln in einem Lagerungsgefäß, aus dem die gereifte Dispersion kontinuierlich abgezogen wird, beispielsweise mittels einer Dosierungspumpe, und ihrer Verwendung zugeführt wird. Während die Dispersion sich in '.den Gefäßen befindet, wird sie durch Rührer mit langsamer Geschwindigkeit in einer leichten Bewegung gehalten, um eine Scherwirkung zu vermei-

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den. Ohne Modifizierung ist dieses Verfahren im. allgemeinen nicht zur Solubilisierung von polymeren Bindemitteln zufriedenstellend.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Erzeugung eines Zufuhrmaterials für die Papierherstellung zusammen mit einem Füllstoff geschaffen, das aus einer wäßrigen Dispersion besteht, die ein solubilisiertes polymeres Bindemittel enthält. Dieses Verfahren besteht darin, kontinuierlich eine Suspension des polymeren Bindemittels in Form von Einzelteilchen in einem wäßrigen Medium zu erzeugen, wobei die Konzentration der Bindemittelfeststoffe in der Suspension wenigstens 0,5 Gew.-% beträgt, die gebildete Suspension kontinuierlich durch eine Behandlungszone zu leiten, in welcher das suspendierte polymere Material in Form von Einzelteilchen in dem wäßrigen Medium anquellen gelassen und einer Scherwirkung ausgesetzt wird, und die Fließgeschwindigkeit der erhaltenen Dispersion durch die Behandlungszone und das Ausmaß der ausgeübten Scherwirkung derart einzustellen, daß die Verweilzeit des dispergierten polymeren Bindemittels in der Behandlungszone wenigstens für ein optimales Quellen des polymeren Bindemittels in dem Wasser sowie dazu ausreicht, daß die erhaltene·. Lösung des polymeren Bindemittels in dem wäßrigen Medium visuell homogen ist.

Die Fließgeschwindigkeit wird dem Papierherstellungsverfahren angepaßt. Das Gefäß oder die Gefäße, welches die Behandlungszone darstellen, werden mit einer ausreichenden Kapazität versehen, um die Dispersion während der erforderlichen Verweilzeit bei der gegebenen Fließgeschwindigkeit zu halten.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird eine kontinuierliche Zufuhr einer zuvor ausgeflockten Füllstoffdispersion in der Weise erhalten, daß ein Füllstoff in das wäßrige Medium, das zur Durchführung der Solubilisierungsmethode verwendet wird, zu jeder beliebigen Stufe der Solubilisierung eingebracht wird. Der Bedarf an einem getrennten in Rei-

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he geschalteten Mischer oder einer anderen getrennten Stufe zur Kontaktierung des Füllstoffs mit dem polymeren Material entfällt damit. Der Füllstoff kann, unabhängig davon, ob er in trockener Form oder in Form einer Aufschläminung vorliegt, beispielsweise in die Ausgangssuspension zusammen mit dem polymeren Bindemittel oder nach diesem eingeführt werden oder der vorstehend beschriebenen Behandlungszone oder einer Verlängerung derselben zugesetzt werden. Ferner kann er zusätzlich zu Wasser oder, in Form einer Aufschlämmung, anstelle von Wasser bei der Bildung der Ausgangssuspension verwendet werden.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung von Papier, wobei der Papierherstellungseintrag kontinuierlich mit dem zuvor ausgeflockten Füllstoffprodukt zugeführt wird, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt worden ist.

Im allgemeinen wird die Suspension aus dem zuvor ausgeflockten Füllstoff in das Papierherstellungssystem an einer Stelle eingeführt, wo gewöhnlich derartige Füllstoffe zugesetzt werden. Normalerweise wird die zuvor ausgeflockte Füllstoffaufschläinmung zur Papierherstellung oder zur Durchführung ähnlicher Verfahren nach der Zugabe der Leimungschemikalien verwendet, wobei sie beispielsweise der Gebläsepumpe zugesetzt wird, in welche sie kontinuierlich eindosiert werden kann. Hilfsstoffe für die Retention von organischen polymeren Materialien können ebenfalls zugemengt oder getrennt vor der Bildung der Papierbahn zugemischt werden.

Die Konzentration der polymeren Bindemittelfeststoffe in der wäßrigen Suspension beträgt wenigstens 0,5 Gew.-%, vorzugsweise wenigstens 2,0 %.

Die Konzentration des Füllstoffs in der Suspension aus dem zuvor ausgeflockten Füllstoff beträgt in typischer, jedoch nicht notwendiger Weise, 40 bis 50 Gew.-%, bezogen auf die

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Suspension, kann jedoch in die Gegend von 80 % bei Verwendung von Viskositätsmodifizierungsmitteln steigen.

Wie bereits erwähnt wurde, kann das zu solubilisierende polymere Material aus einer oder mehreren Komponenten bestehen , die allein oder zusammen als Bindemittel und Ausflockungsmittel in einer Suspension aus Füllstoff und Papierfasern wirken. Typische polymere Bindemittel sind Polymere auf Stärkebasis, wasserlösliche Vinylpolymere, wie Polyvinylalkohol, sowie Gums, wie Xanthangum. Ein bevorzugtes Material besteht aus einem in kaltem Wasser löslichen Polymeren auf Stärkebasis, das, insbesondere wenn es kationisch ist, allein oder zusammen mit anderen Komponenten, wie Alginaten oder Ausflockungsmitteln, beispielsweise PoIyacry!amiden, behandelt werden kann. Weitere Polyelektrolyte können in der zu solubilisierenden Dispersion vorliegen. Polymeres Material kann der Dispersion in der Behandlungszone zugegeben werden. Die Menge an zugesetztem Ausflockungsmittel kann beispielsweise von 1 bis 10 %, bezogen auf das Bindemittel, schwanken, wobei eine typische Menge 5 %, bezogen auf das Bindemittel, oder 0,2 %, bezogen auf den Füllstoff, ist, wobei die Menge an Ausflockungsmittel und Bindemittel zusammen in typischer Weise 4 bis 5 %, bezogen auf den Füllstoff, ausmachen.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung besteht die Behandlungszone aus verschiedenen Gefäßen oder einem unterteilten Gefäß, wobei eine Reihe von beispielsweise drei Kammern geschaffen wird, durch welche die Dispersion, die solubilisiert werden soll, nacheinander fließt. Eine erste Kammer kann zur Aufnahme der sich bildenden Suspension vorgesehen sein. Das Quellen des polymeren Materials beginnt in der ersten Kammer und setzt sich in der zweiten Kammer fort und wird in der dritten Kammer beendet. Eine Scherwirkung wird wenigstens in der dritten Kammer ausgeübt, vorzugsweise jedoch auch in der zweiten Kammer und, erforderlichenfalls in der ersten Kammer, um die Solubilisierung des polymeren Materials zu beenden, bevor es in einen Vorratsbehälter

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fließt-

In den beigefügten Zeichnungen zeigt die Fig. 1 in schematischer-Ansicht'einen vertikalen Längsschnitt durch eine Tankvorrichtung, die in geeigneter Weise zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet wird. Fig. 2 zeigt in schematischer Ansicht einen vertikalen Querschnitt einer Ausführungsform einer Dispergiervorrichtung, mit welcher eine Ausgangsdispersion der Polymerteilchen in Wasser einer Vorrichtung, beispielsweise der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung, zugeführt wird.

Wie der Fig. 1 zu entnehmen ist, besteht die Vorrichtung ".aus einem Tank 1, der durch zwei Paar Leitbleche in drei Abteile 2, 3 und 4 aufgeteilt wird. Ein erster Satz Leitbleche 5, und 7 trennt das Abteil 2 von dem Abteil 3 und ein zweiter Satz Leitbleche 8, 9 und 10 das Abteil 3 von dem Abteil 4. Die maximale Flüssigkeitskapazität des Tanks wird durch die Überlaufeinrichtung 11 am Ende des Tanks, in dem sich das Abteil 4 befindet, bestimmt. Der überlauf 11 ist so angeordnet, daß überlaufende Flüssigkeit sich in einem Vorratsbehälter 12 sammelt, der gegebenenfalls durch ein weiteres Abteil in dem Tank 1 gebildet v/erden kann und von dem Abteil 4 durch einen Satz Leitbleche 13 und 14 getrennt ist, wobei das Leitblech 14 den überlauf 11 bildet.

Die Leitbleche 6, 8, 10 und 11 erstrecken sich in Querrichtung zu dem Tank von dem Boden bis zu einer vorherbestimmten Höhe unterhalb des Oberteils des Tanks, so daß Flüssigkeit über das Leitblech fließen kann, während die Leitbleche 5, 7, 9 und 13 sich quer zu dem Tank von einer Stelle oberhalb des vorherbestimmten Spiegels bis herab zu einer vorherbestimmten Höhe oberhalb des Bodens des Tanks erstrecken, so daß Flüssigkeit unter den Leitblechen von einem Abteil zu dem nächsten fließen kann. Auf diese Weise passiert Flüssigkeit, die dem vollen Tank an der Stelle 15 zugeführt wird, die Leitbleche, wie durch die Pfeile angegeben ist, so daß eine vorherbestimmte Verweilzeit der Flüssigkeit in den Ab-

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teilen gewährleistet ist. Die Möglichkeit, daß sich ein Teil der wäßrigen Suspension oder Dispersion durch das System kurzschließt, wird auf einem Minimum gehalten.

Die Polymerteilchen werden in Wasser dispergiert, worauf man die erhaltene Dispersion kontinuierlich an der Stelle 15 in das Abteil 2 gießt, wo sich eine Anfangssuspension bildet, die kontinuierlich unter und über den Leitblechen 5, 6 und 7 durch das Abteil 3 fließt, wo sie anquillt und dann in ähnlicher Weise in das Abteil 4 gelangt. Durch Turborührer 16 und 17 wird eine Scherwirkung auf die Suspension in den Abteilen 3 und 4 ausgeübt. Ein nicht gezeigter Rührer ist in dem Abteil 2 vorgesehen, um ein Absetzen des Materials zu verhindern.

Nach der erforderlichen Verweilzeit und dem Einv/irken der Scherkraft erreicht die kontinuierlich fließende Suspension den Vorratsbehälter 12, aus welchem sie durch ein Auslaßventil 18 entnommen und der Papiermaschine zugeführt wird.

Die Verweilzeit beträgt vorzugsweise 10 bis 120 Minuten und insbesondere 30 bis 90 Minuten.

Es ist darauf hinzuweisen, daß weitere Abteile in P.cihe in dem Tank durch eine weitere Unterteilung oder durch eine Verlängerung des Tanks geschaffen werden können. Füllmaterial für die bevorzugte Erzeugung einer zuvor ausgeflockten Füllstoffdispersion können eingeführt und in geeigneter Weise verteilt werden, möglicherweise zusammen mit zugesetztem Ausflockungsmittel, beispielsweise kann die Einführung in das letzte Abteil an der Stelle 19 erfolgen, wobei es sich um das dritte Abteil oder um ein weiteres viertes Abteil handeln kann. Wahlweise können derartige Materialien an der Stelle 15 zugesetzt werden.

Die intensität sowie die Zeitdauer der Einwirkung der Scherkraft, beispielsweise durch eine geeignete Rühreinrichtung, sollten in idealer Weise derartig sein, daß die Dispersion

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gleichmäßig und homogen wird, d. h. im wesentlichen frei von sichtbaren Kügelchen, wenn ein.dünner Film der Dispersion auf einem Glas unter Einwirkung von diffusem Licht betrachtet wird. Eine übermäßige Scherwirkung, die sich durch eine Verdünnung der Dispersion zu erkennen gibt, ist zu vermeiden..

Die erste Stufe der Dispergierung des polymeren Bindemittels als Suspension in Wasser wird, und zwar mit oder ohne weiterem polymeren Material oder Füllstoff, in einer solchen Weise durchgeführt, daß das maximale Ausmaß der Verteilung der Polymerteilchen in der Suspension erzielt wird, insbesondere in der Weise, daß die Bildung von Teilchen aus trok— kenem Feststoff in Wasser vermieden wird, die von gelatinösem teilweise solubilisierten Polymeren, beispielsweise einem Polymeren auf Stärkebasis, umhüllt sind.

Dies kann nach einer Vielzahl von Methoden erfolgen, beispielsweise durch einen Eduktor oder eine Dispergiereinrichtung mit hoher Scherwirkung, beispielsweise einen Funken-Auto -Jet-Mixer oder einen Sxlverson-Flash-Mixer. Gemäß einer bevorzugten Methode kann das polymere Bindemittel oder eine Mischung, welche dieses Bindemittel enthält, mit dem Wasser in der Weise mitgeschleppt werden, daß man einen ausreichend dünnen Strom der Polymerteilchen in eine Dispergiervorrichtung fallen läßt, die nach innen gerichtete Wasserstrahlen aufweist, welche einen gesteuerten Wasservorhang bilden, der dann in den Anfangsteil der Behandlungszone fällt.

Die Fig. 2 zeigt eine verbesserte Form einer Dispergiervorrichtung (wesentlich vergrößert im Vergleich zu Fig. .1) zur der Beschickung, die an der Stelle 15 in Fig. 1 zugeleitet wird. Gemäß Fig. 2 weist eine ringförmige Kammer 20 eine Vielzahl von Löchern 21 in ihrer inneren Wand 22 auf und ist mit einem Rohr 23 mit einer Wasserzufuhr 24 verbunden, so daß Wasserstrahlen 25 durch die Löcher 21 unter Bildung eines gesteuerten Wasservorhangs gebildet werden.

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Ein Zuführungsrohr 26 für polymere Bxndemxfctelfcexlchen weist einen Auslaß 27 oberhalb der Ringkamnter 20 sowie auf deren Achse auf, die nach unten gerichtet ist_r so daß in Form von Einzelteilchen vorliegendes Material, das durch die Leitung 26 zugeführt wird, in den Wasservorhang fällt. Unterhalb des Auslasses 27 befindet sich ein Verteiler 28 in Form eines Konus, der symmetrisch um die Kammerachse herum oberhalb des Wasservorhangs montiert ist. Die Verteilungseinrichtung 28 ist vorzugsweise vertikal durch die Einrichtung 29 einstellbar.

Das polymere Bindemittel oder eine Mischung, die dieses Bindemittel enthält, welche als Material in Form von Einzelteilchen durch die Leitung 26 zugeleitet wird, wird von dem Wasser dadurch mitgeschleppt, daß es in einen dünnen Strom aus nach innen gerichteten Strahlen 25 fällt. Die erhaltene Dispersion des in Form von Einzelteilchen vorliegenden Materials in dem Wasser entweicht als Strom aus dem Bodenteil der Dispergiereinrichtung und ist für eine Einführung in das Suspensionsabteil der Vorrichtung gemäß Fig. 1 geeignet.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung. Beispiel 1

Eine Reihe von Leitblechen teilen einen Tank in drei-mal-233-Liter-Kammern und ein abschließendes Vorratsabteil auf. Die erste Kammer ist mit einem sich langsam drehenden Paddelrührer (9 0 Watt, 90 üpm) und die zweite und dritte Kammer jeweils mit einem Hochgeschwindigkeits-P2-Turborührer (2 PS, 1440 üpm (Moritz)) versehen.

Wasser wird mit 800 l/h in eine Dispergiereinheit eindosiert, die mit einem Ausbreitungskeil (siehe Fig. 2) versehen ist, desgleichen 42 kg/h eines Polymeren auf Stärkebasis ("Snowfloc"). Die erhaltene Dispersion wird durch die Kammern des Tanks geschickt. Die nominelle Verweilzeit in jeder Kammer beträgt 18 Minuten.

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Die erste Kammer enthält eine gute Dispersion von Einzelteilchen in Wasser, wobei das Anquellen fortschreitet. Die kontrollierte Scherwirkung in der zweiten und dritten Kammer erzeugt eine solubilisierte Polymerdispersion mit einem visuell homogenen Aussehen bei einem Gehalt von ungefähr 5 Gew.-% des Polymeren in Wasser. Diese Dispersion ist in dem Vorratsbehälter verfügbar und eignet sich zur Vorausflockung eines Papierfüllstoffs.

Beispiel 2

Die in Beispiel 1 beschriebene Arbeitsweise wird eingehalten, wobei jedoch eine vierte 233-Liter-Kammer vor dem Vorratsbehälter vorgesehen ist₇ die mit einem 2-PS-Turborührer (Moritz) oder einem Hochgeschwindigkeitspropellerrührer versehen ist. Eine 40 Gew.-%ige Kreideaufschlämmung in Wasser wird in die vierte Kammer mit 1490 l/h eindosiert. Das Produkt, das zu dem Vorratsbehälter fließt, ist eine zuvor ausgeflockte Füllstoffdispersion, die sich zur Papierherstellung eignet.

Beispiele für andere Materialien, die in diesem Zusammenhang geeignet sind, sind kationische Stärken, Stärke mit Polyacrylamid sowie Polyvinylalkohol mit Polyacrylamid, und zwar mit oder ohne Füllstoff.

Vergleichsbeispiel

Es wird die in Beispiel 1 beschriebene Methode eingehalten, wobei jedoch drei langsame Paddelrührer (90 Watt, 90 Upiri) verwendet werden, und zwar jeweils einer in jedem Abteil, anstelle des einzigen langsamen Rührers sowie der Turborührer, wobei eine Dispergiereinheit ohne Ausbreitungskeil verwendet wird, Wasser wird mit 1000 l/h anstelle von 800 l/h zugeleitet. Unter Bedingungen, die im übrigen den Bedingungen des Beispiels 1 ähnlich sind, werden Produkte erhalten, die viele sog. "Fischaugen" enthalten, d. h. sichtbares unvollständig solubilisiertes Polymeres,

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In der Praxis hängt die Fließgeschwindigkeit von dem maximalen Durchsatz ab, der für eine Papierherstellungsmaschine erforderlich ist, so daß die Vorrichtung entsprechend dimensioniert wird. Beispielsweise bei Mengen bis zu 1000 l/h einer 5 %igen Polymerlösung ist eine Behänd lungszone, die durch einen Tank mit einer Kapazität von 1000 1 gebildet wird, für eine minimale Verweilzeit von 60 Minuten geeignet. Für sehr große Papiermaschinen können bis zu 6000 1/ h einer 5 %igen Polymerlösung erforderlich sein. Kleinere Maschinen können nur 100 l/Stunde benötigen. Diese geringe Menge kann aus dem Vorrat eines 1000-1-Systems zugeführt werden. Typische Kapazitäten für jedes Abteil oder jede Zelle der Behandlungszone liegen daher zwischen 200 und 1500 Litern.

Bei den Ausführungsformen der Erfindung, bei denen der Füllstoff dem Produkt zugemengt wird, ist es erforderlich, eine ausreichende Scherwirkung auf die Einführungsstelle des Füllstoffs in die Dispersion des polymeren Materials auszuüben, um die Viskositätsspitze zu beseitigen, die durch die anfängliche Ausflockung des Füllstoffs verursacht wird. Dies kann eine Modifizierung des vorstehend beschriebenen Scherwirkungs sys tems bedingen.

Von den Hauptvorteilen der Erfindung seien hervorgehoben, daß die Produkte in reproduzierbarerer Weise als nach bekannten Methoden hergestellt werden können, wobei das Verhältnis von polymerem Material zu. .Füllstoff leicht einstellbar ist, um eine Anpassung an verschiedene Papierqualitäten oder -Spezifikationen vorzunehmen.

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Claims

MÜUUEH-BORE! · JOEUF25 L · SC HO» · HERTEL

DR. WOLFGANG MÜLLER-E3ORE (PATENTANWALT VON 1927-197S) DR. PAUL DEUFEL. DlPL-CHEM. DR. ALFRED SCHÖN. DIPL.-CHEM. WERNER HERTEL, DIPL.-PHYS.

B 1378

BLUE CIRCLE INDUSTRIES LIMITED,

Portland House, Stag Place,

London, SW1E 5BJ, England

Verfahren zur Herstellung einer wäßrigen Dispersion, die mit einem Füllstoff zur Papierherstellung verwendet wird und ein solubilisiertes polymeres Bindemittel enthält

Patentansprüche

Verfahren zur Herstellung einer wäßrigen Dispersion, die mit einem Füllstoff zur Papierherstellung verwendet wird und ein solubilisiertes polymeres Bindemittel enthält, dadurch gekennzeichnet, daß kontinuierlich eine Suspension des polymeren Bindemittels in Form von Einzelteilchen in einem wäßrigen Medium gebildet wird, wobei die Konzentration der Bindemittelfeststoffe in der¹ Suspension wenigstens 0,5 Gew.-% beträgt, die gebildete Suspension kontinuierlich durch eine Behandlungszone geleitet wird, wobei man das suspendierte polymere Bindemittel in Form von Einzelteilchen in dem wäßrigen Medium anquellen läßt und dann einer Scherwirkung unterzieht, und die Fließgeschwindigkeit der erhaltenen Dispersion durch die Be-

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ö MÜNCHEN SO · SIEBERTSTR. 4 ■ POSTFACH 800730 · KABET.: MtTEBOPAT · TEI. (OSO) 474005 · TELEX 3-34283

ORIGINAL INSPECTED

handlungsζone und das Ausmaß der Scherwirkung derartig eingestellt werden, daß die Verweilzeit des dispergierten polymeren Bindemittels in der Behandlungszone wenigstens dazu ausreicht, optimal das polymere Bindemittel in dem Wasser anzuquellen, und wobei die erhaltene Lösung des polymeren Bindemittels in dem wäßrigen Medium visuell homogen ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man mit der Einwirkung der Scherwirkung dann beginnt, nachdem das Quellen des Bindemittels eingesetzt hat, wobei die Behandlungsζone unterteilt wird und die Scherwirkung nur auf den Abstrom aus der ersten Unterteilung angewendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Suspension durch die Behandlungsζone einen Weg durchläuft, dessen minimale Länge durch Leitbleche bestimmt wird, welche die Zone unterteilen.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Suspension wenigstens 1,0 % der polymeren Bindemittelfeststoffe, bezogen auf das Gewicht der Suspens ion , en ';nält.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Suspension wenigstens 2,0 % der polymeren Bindemittelfeststoffe, bezogen auf das Gewicht der Suspension, enthält.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das eingesetzte polymere Bindemittel ein Polymeres auf Stärkebasis, ein in kaltem Wasser lösliches Viny!polymeres oder ein Gum ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das eingesetzte Bindemittel ein in kaltem Wasser lösli-

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ches Stärkeprodukt ist.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das eingesetzte polymere Bindemittel ein Ausflockungsmittel für Papierherstellungsfüllstoffe ist.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein. zugesetztes Ausflockungsmittel für Papierfüllstoffe in Lösung mit dem polymeren Bindemittel gebracht wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das zugesetzte Ausflockungsmittel mit dem ersten Zusatz des polymeren Bindemittels vermischt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das zugesetzte Ausflockungsmittel mit dem wäßrigen Medium und dem polymeren Bindemittel bei der Herstellung der Suspension vermischt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das zugesetzte Ausflockungsmittel mit der wäßrigen Suspension des polymeren Bindemittels vermischt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das zugesetzte Ausflockungsmittel mit dem Bindemittel in wäßriger Suspension in der Behandlungszone vermischt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausflockungsmittel mit solubilisiertem polymeren Bindemittel vermischt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das zugesetzte Ausflockungsmittel ein Polyacrylamid ist.

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16. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 15 , dadurch
gekennzeichnet, daß das zugesetzte Ausflockungsmittel
in einer Menge von 1 bis TO Gew.-%, bezogen auf das
Gewicht des polymeren Bindemittels, zugesetzt wird.
17. Verfahren nach einem, der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Verweilzeit der Suspension in der Behandlungszone 10 bis t20 Minuten beträgt.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet,
daß die Verweilzeit 30 bis 90 Minuten beträgt.
19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Füllstoff für
Papier dem Produkt zur Erzeugung eines zuvor ausgeflockten Füllstoffs zugemengt wird.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff mit der ersten Zufuhr des polymeren Bindemittels vermischt wird.
21. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff mit dem wäßrigen Medium und dem polymeren Bindemittel bei der Bildung der Suspension vermischt
wird.
22. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß
der Füllstoff mit der wäßrigen Suspension des polymeren Bindemittels vermischt wird.
23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff mit dem Bindemittel in wäßriger Suspension in der Behandlungszone vermischt wird.
24. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff mit dem solubilisierten polymeren Bindemittel vermischt wird.

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25. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß der eingesetzte Füllstoff aus CaI-cxumcarbonat, Ton, Lithopone, Bariumsulfat, einem Titan-, pigment, Talk oder Satinweiß besteht.
26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der eingesetzte Füllstoff aus Kreide besteht.
27. Wäßrige Dispersion, die ein solubilisiertes polymeres Bindemittel enthält, das nach dem kontinuierlichen Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18 hergestellt worden ist.
28. Wäßrige Dispersion, die einen zuvor ausgeflockten Füllstoff und ein solubilisiertes polymeres Bindemittel, das nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 26 hergestellt worden ist, enthält.
29. Verfahren zur Herstellung von Papier, dadurch gekennzeichnet, daß der Papierherstellungseintrag kontinuierlich mit dem zuvor ausgeflockten Füllstoffprodukt versorgt wird, das gemäß Anspruch 28 hergestellt worden ist.

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