DE60008919T2

DE60008919T2 - Metallsilikate,Zellstoffprodukte und dazugehörende Prozesse

Info

Publication number: DE60008919T2
Application number: DE60008919T
Authority: DE
Inventors: Jimei Tong; E. Tom TAGGART; Fushan Zhang
Original assignee: Hercules LLC
Current assignee: Hercules LLC
Priority date: 1999-12-14
Filing date: 2000-12-14
Publication date: 2005-02-10
Anticipated expiration: 2020-12-15
Also published as: BR0016412A; DE60008919D1; AU2271601A; AU772333B2; WO2001044108A1; ES2215089T3; ZA200205635B; AR026941A1; KR20030007388A; PL356782A1; JP2003517421A; RU2002118611A; RU2248938C2; PT1237817E; CN1420844A; EP1237817B1; CN1167618C; ATE261398T1; CA2393361A1; US6358365B1

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Erfindungsgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft wasserlösliche Metallsilikatkomplexe, beispielsweise wasserlösliche Metallsilikatkomplexe, die mindestens ein zweiwertiges Metall enthalten. Die vorliegende Erfindung betrifft auch Verfahren zur Herstellung von wasserlöslichen Metallsilikatkomplexen. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner Verfahren zur Abwasserbehandlung, die wasserlösliche Metallsilikatkomplexe einsetzen. Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls Verfahren zur Herstellung von Celluloseprodukten, wie Papierprodukten, welche die Zugabe von mindestens einem wasserlöslichen Metallsilikatkomplex zu einer Celluloseaufschlämmung, wie einer Papieraufschlämmung beinhalten. Gleichermaßen betrifft die vorliegende Erfindung Verfahren zur Herstellung von Celluloseprodukten, wobei diese Verfahren die Zugabe von mindestens einem wasserlöslichen Metallsilikat, wie dem Silikat eines einwertigen Kations, zu einer Celluloseaufschlämmung unter Bildung eines wasserlöslichen Metallsilikatkomplexes in der Celluloseaufschlämmung beinhalten. Die vorliegende Erfindung ist auch auf Celluloseprodukte, wie Papierprodukte gerichtet, die wasserlösliche Metallsilikatkomplexe enthalten.
2. Hintergrund der Erfindung und verwandte Techniken
Celluloseprodukte, wie Karton, Tissuepapiere, Schreibpapiere und dergleichen werden herkömmlicherweise über die Herstellung einer wässrigen Aufschlämmung von cellulosischen Holzfasern erzeugt, die anorganische mineralische Streckmittel oder Pigmente enthalten kann. Die wässrige Aufschlämmung wird dann auf einem sich bewegenden Sieb oder Gewebe abgeschieden, um die Bildung einer Cellulosematrix zu erleichtern. Die Cellulosematrix wird dann entwässert, getrocknet und zum endgültigen Celluloseprodukt gepresst. Während des Entwässerungsschritts werden jedoch die gewünschten festen Fasern, festen Feinstoffe und andere Feststoffe oft zusammen mit dem Wasser entfernt. In dieser Hinsicht beinhalten feste Feinstoffe sehr kurze Halbstoffasern (pulp fibers) oder Faserfragmente und Strahlenzellen (ray cells). Feste Feinstoffe beinhalten auch Pigmente, Füllstoffe und andere nicht-faserige Additive, die während der Blattbildung durch das Gewebe dringen können. Ferner wird während der Entwässerung unerwünschtes Wasser oft in der Cellulosematrix zurückgehalten. Das Entfernen der erwünschten Feststoffe und die Retention des unerwünschten Wassers beeinträchtigt auf nachteilige Weise die Blattbildung und liefert somit Celluloseprodukte geringerer Qualität. Darüber hinaus ist der Verlust an erwünschten Feststoffen eine Verschwendung und für den Hersteller des Celluloseprodukts kostspielig.
Im Ergebnis strebt die Papierindustrie kontinuierlich danach, Verfahren zur Papierherstellung bereitzustellen, welche die Papierqualität verbessern, die Produktivität erhöhen und die Herstellungskosten verringern. Oft gibt man Chemikalien zu der faserigen Aufschlämmung vor dem Papiermachersieb oder -gewebe, um die Entwässerung/Wasserableitung und Retention zu verbessern. Diese Chemikalien werden oft als Entwässerungs- und/oder Retentionshilfen bezeichnet. Es wurden Versuche unternommen, verschiedene Entwässerungs- und/oder Retentionshilfen bei der Papierherstellung zuzugeben, wie Silikate, Siliziumdioxidkolloide, Mikrogele und Bentonite.
Retentionshilfen für die Papierherstellung erhöhen die Retention von feinen Feststoffen im Ganzstoff (furnish) während des turbulenten Verfahrens der Entwässerung und Papiergewebebildung. Ohne adäquate Retention der feinen Feststoffe gehen sie entweder mit dem Prozessabwasser verloren oder reichern sich in sehr großen Mengen in dem rezirkulierenden Weißwasserkreislauf an, verursachen eine mögliche Zunahme in der Abscheidung und verschlechtern die Entwässerung der Papiermaschine. Darüber hinaus erhöht eine unzureichende Retention der feinen Feststoffe die Kosten des Papierherstellers in Folge des Verlusts von Additiven, die auf der Faser adsorbiert werden sollen, um dem jeweiligen Papier Opazität, Festigkeit oder Leimungseigenschaften zu verleihen.
US 5,194,120 (Peats et al.) offenbart beispielsweise die Zugabe eines kationischen Polymers und eines amorphen Metallsilikatmaterials zum Papierganzzeug zur Verbesserung der Retention von Feinstoffen und Entwässerung. Die amorphen Metallsilikate von Peats et al. sind weiße, frei fließende Pulver, die extrem kleine anionische kolloidale Teilchen bilden, wenn man sie in Wasser vollständig dispergiert. Diese Materialien werden üblicherweise über die Reaktion eines Natriumsilikats mit einem löslichen Salz geeigneter Metallionen, wie Mg²⁺, Ca²⁺ und/oder Al³⁺ synthetisiert, wobei sich ein Niederschlag bildet, der dann filtriert, gewaschen und getrocknet wird.
WO 97/17289 und das Familienmitglied US 5,989,714 (Drummond) betreffen ein Verfahren zur Kontrolle der Entwässerung und/oder Retention bei der Bildung einer Papiermatrix über die Verwendung von Metallsilikatniederschlägen. Die Metallsilikatniederschläge gemäß Drummond werden durch Mischen eines löslichen Metallsalzes mit einem löslichen Silikat hergestellt.
JP 63295794 A (Naka-Mura) betrifft ein neutrales oder schwach alkalisches Papierherstellungsverfahren, das die Zugabe eines kationischen, wasserlöslichen Polymers und einer wässrigen Lösung von Natriumsilikat zu der Halbstoffaufschlämmung beinhaltet.
JP 1072793 (Haimo) offenbart ein Verfahren zur Papierherstellung, bei dem eine wässrige Natriumorthosilikatlösung direkt zu der Papieraufschlämmung gegeben wird. Die Orthosilikatlösung gemäß Haimo wird in einem getrennten Schritt (z. B. Aluminiumsulfatbehandlung zur Einstellung des pHs) zubereitet, bevor sie zu der Papieraufschlämmung gegeben wird.
US 4,927,498, 4,954,220, 5,185,206, 5,470,435, 5,543,014, 5,626,721 und 5,707,494 (Rushmere und Rushmere et al.) betreffen die Verwendung von Polysilikatmikrogelen als Retentions- und Entwässerungshilfen bei der Papierherstellung. Die Mikrogele aus vielen dieser Patente werden in einem in-situ-Verfahren hergestellt, bei dem Polykieselsäure mit einem Alkalimetall unter Bildung von Mikrogelen umgesetzt wird, die dann zu dem Papierganzstoff gegeben werden.
US 5,240,561 (Kaliski) betrifft die Verwendung von Mikrogelen bei Papierherstellungsverfahren. Die Mikrogele gemäß Kaliski werden in einem zweistufigen Verfahren hergestellt. Der erste Schritt beinhaltet die Herstellung eines chemisch reaktiven subkolloidalen Hydrosols als Zwischenstufe durch Mischen des Papierganzstoffs mit zwei getrennten Lösungen. Der zweite Schritt ist das Mischen einer wässrigen Lösung, die mindestens ein Vernetzungsmittel enthält, mit den Ganzstoffen, die sich aus dem ersten Schritt ergeben, um das in situ gebildete, chemisch reaktive, subkolloidale Hydrosol zu vernetzen und (in situ) die komplexen, funktionalen Mikrogelbindemittel zu synthetisieren. Die resultierenden Bindemittel wirken als Flockungsmittel für die Ganzstoffe bei der Papierblatterzeugung.
US 4,753,710 (Langley et al.) und US 5,513,249 (Cauley) sind auf die Verwendung von Bentonittonen bei der Papierherstellung gerichtet.
Trotz vieler Versuche, verschiedene Arten von Entwässerungs- und Retentionshilfen bereitzustellen, besteht immer noch ein Bedarf in der Celluloseproduktindustrie an Entwässerungs- und Retentionshilfen, die kostengünstig und gleichzeitig einfach zu verwenden sind. Darüber hinaus besteht im mer noch ein Bedarf nach einem Verfahren zur Herstellung von Celluloseprodukten, das signifikante Verbesserungen bei der Retention und Entwässerung ergibt, und dabei eine gute Bildung des Celluloseprodukts, z. B. des Papierblatts, aufrechterhält.
Es gibt einen noch bestehenden Bedarf, Retention und Entwässerung zu verbessern, insbesondere hinsichtlich einer verbesserten Entwässerung bei der Großproduktion von Celluloseprodukten, wo die Produktivität anderenfalls durch eine langsame Wasserentwässerung durch dicke Fasermatten reduziert würde.
Zusammenfassung der Erfindung
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, wasserlösliche Metallsilikatkomplexe bereitzustellen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Retentions- und Entwässerungskontrolle bei der Herstellung von Celluloseprodukten, wie Papier, durch Zugabe eines wasserlöslichen Metallsilikatkomplexes zu einer Celluloseaufschlämmung, wie einer Papieraufschlämmung, oder durch Erzeugen eines wasserlöslichen Metallsilikatkomplexes in einer Celluloseaufschlämmung zu verbessern.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Verfahren zur Herstellung von Celluloseprodukten bereitzustellen, welche die Zugabe von mindestens eines wasserlöslichen Metallsilikatkomplexes zu einer Celluloseaufschlämmung, beispielsweise einer Papieraufschlämmung, beinhalten.
Eine ähnliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Verfahren zur Herstellung von Celluloseprodukten bereitzustellen, welche die Zugabe von mindestens einem Silikat eines einwertigen Kations zu einer Celluloseaufschlämmung, wie einer Papieraufschlämmung, beinhalten, um einen wasserlöslichen Metallsilikatkomplex in der Celluloseaufschlämmung zu bilden.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Celluloseprodukte, wie Papierprodukte bereitzustellen, die wasserlösliche Metallsilikatkomplexe enthalten.
Die vorliegende Erfindung stellt eine wässrige Zusammensetzung zur Verfügung, welche einen wasserlöslichen Metallsilikatkomplex umfasst, wie er in Anspruch 1 definiert ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung einer solchen wässrigen Zusammensetzung gerichtet, die einen wasserlöslichen Metallsilikatkomplex enthält, wobei dieses Verfahren das Kombinieren des Silikats eines einwertigen Kations und zweiwer wertiger Metallionen in einer wässrigen Umgebung unter Bildung des wasserlöslichen Metallsilikatkomplexes umfasst.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt ist die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum Modifizieren einer Celluloseaufschlämmung gerichtet, welches die Zugabe solch einer wässrigen Zusammensetzung, die einen wasserlöslichen Metallsilikatkomplex aufweist, zu einer Celluloseaufschlämmung umfasst.
Gemäß einem Aspekt umfasst das zweiwertige Metall mindestens eines unter Magnesium, Calcium, Zink, Kupfer, Eisen(II), Mangan(II) und Barium, vorzugsweise mindestens eines unter Magnesium und Calcium.
In einem weiteren Aspekt hat der wasserlösliche Metallsilikatkomplex ein Molverhältnis SiO₂ zum Oxid des einwertigem Kations von etwa 2 bis 20, vorzugsweise etwa 3 bis 5.
Gemäß einem weiteren Aspekt hat der wasserlösliche Metallsilikatkomplex ein Molverhältnis von zweiwertigem Metall zu Silizium von etwa 0,001 bis 0,25, vorzugsweise etwa 0,01 bis 0,2.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt hat die wässrige Zusammensetzung eine SiO₂-Konzentration von etwa 0,01 bis 5 Gew.%, vorzugsweise etwa 0,1 bis 2 Gew.%.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt hat der wasserlösliche Metallsilikatkomplex eine Teilchengröße von weniger als etwa 200 nm.
Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst der wasserlösliche Metallsilikatkomplex ein wasserlösliches Silikat gemäß der folgenden Formel: (1 – y)M₂O·yM'O·xSiO₂ worin M ein einwertiges Kation ist; M' ein zweiwertiges Metallion ist; x etwa 2 bis 4 ist; y etwa 0,005 bis 0,4 ist; und y/x etwa 0,001 bis 0,25 ist.
Gemäß einem Aspekt umfasst M Natrium, Kalium, Lithium oder Ammonium und vorzugsweise Natrium.
Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst M' Calcium oder Magnesium.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt umfasst der wasserlösliche Metallsilikatkomplex ein wasserlösliches Silikat gemäß der folgenden Formel (1 – y)Na₂O·yM'O·xSiO₂ worin M' ein zweiwertiges Metallion ist, das Calcium oder Magnesium umfasst,
x etwa 2 bis 4 ist,
y etwa 0,005 bis 0,4 ist,
y/x etwa 0,001 bis 0,25 ist,
x/(1 – y) etwa 2 bis 20 ist und
die wässrige Zusammensetzung eine SiO₂-Konzentration von etwa 0,01 bis 5 Gew.% aufweist. Vorzugsweise ist y/x etwa 0,01 bis 0,2, x/(1 – y) etwa 3 bis 10 und weist die wässrige Zusammensetzung eine SiO₂-Konzentration von etwa 0,1 bis 2 Gew.% auf. Stärker bevorzugt ist y/x etwa 0,025 bis 0,15, x/(1 – y) etwa 3 bis 5 und hat die wässrige Zusammensetzung eine SiO₂-Konzentration von etwa 0,25 bis 1,5 Gew.%.
Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst das Silikat eines einwertigen Kations mindestens eines unter Natriumsilikat, Kaliumsilikat, Lithiumsilikat und Ammoniumsilikat, vorzugsweise Natriumsilikat, wie Natriumsilikat mit einem Gewichtsverhältnis von SiO₂/Na₂O von etwa 2 bis 4.
Gemäß einem weiteren Aspekt umfassen die zweiwertigen Metallionen mindestens eines unter Magnesium und Calcium.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt wird der wasserlösliche Metallsilikatkomplex hergestellt, indem man das Silikat eines einwertigen Kations zu einer wässrigen Reaktantzusammensetzung gibt, die eine ausreichende Menge an zweiwertigen Metallionen aufweist, um den wasserlöslichen Metallsilikatkomplex zu bilden.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt weist die wässrige Reaktantzusammensetzung, die eine ausreichende Menge an zweiwertigen Metallionen aufweist, eine Härte von etwa 1 bis 600 ppm Ca-Äquivalenten auf. Beispielsweise kann die wässrige Reaktantzusammensetzung mindestens eines unter "tray"-Wasser, hartem Wasser und behandeltem Wasser sein, wobei das behandelte Wasser durch Erhöhen oder Vermindern der Härte zubereitet wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst die Quelle der zweiwertigen Metallionen mindestens eine unter CaCl₂, MgCl₂, MgSO₄, Ca(NO₃)₂, Mg(NO₃)₂, CaSO₄ und ZnSO₄.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird der wasserlösliche Metallsilikatkomplex durch die Zugabe von zweiwertigen Metallionen zu einer wässrigen Reaktantzusammensetzung hergestellt, die eine ausreichende Menge an Silikat eines einwertigen Kations aufweist, um den wasserlöslichen Metallsilikatkomplex zu bilden.
Gemäß einem weiteren Aspekt hat die wässrige Reaktantzusammensetzung, die eine ausreichende Menge an Silikat eines einwertigen Kations enthält, eine SiO₂-Konzentration von etwa 0,01 bis 30 Gew.%.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird der wasserlösliche Metallsilikatkomplex zu der Celluloseaufschlämmung nach einer letzten Hochscherstufe und vor dem Stoffauflauf gegeben.
Gemäß einem weiteren Aspekt gibt man mindestens ein Additiv, das eines unter einem Flockungsmittel, Stärke und Koagulationsmittel umfasst, zu der Celluloseaufschlämmung. Das zumindest eine Additiv kann beispielsweise ein kationisches Polyacrylamidcopolymer sein. Man gibt das zumindest eine Additiv zu der Celluloseaufschlämmung an einem Punkt vor der letzten Hochscherstufe.
Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst der wasserlösliche Metallsilikatkomplex ein wasserlösliches Silikat gemäß der folgenden Formel: (1 – y)Na₂O·yM'O·xSiO₂ worin
M' ein zweiwertiges Metallion ist, das Calcium oder Magnesium umfasst,
x etwa 2 bis 4 ist,
y etwa 0,005 bis 0,4 ist,
y/x etwa 0,001 bis 0,25 ist,
x/(1 – y) etwa 2 bis 20 ist,
die wässrige Zusammensetzung eine SiO₂-Konzentration von etwa 0,01 bis 5 Gew.% aufweist und mindestens eines unter einem Flockungsmittel, Stärke und einem Koagulationsmittel zu der Celluloseaufschlämmung gegeben wird.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die hier gezeigten Einzelheiten sind beispielhafter Natur und dienen nur zur erläuternden Diskussion verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und werden mit der Absicht präsentiert, das zur Verfügung zu stellen, was als die nützlichste und leicht verstandene Beschreibung der Prinzipien und konzeptionellen Aspekte der Erfindung angesehen werden. In dieser Hinsicht wird kein Versuch unternommen, Details der Erfindung detaillierter zu zeigen, als es für ein grundsätzliches Verständnis der Erfindung erforderlich ist, wobei die Beschreibung dem Fachmann verdeutlicht, wie die verschiedenen Formen der Erfindung in der Praxis ausgeführt werden können.
Alle Prozent-Maßangaben in dieser Anmeldung werden, falls nicht anders bezeichnet, über das Gewicht gemessen, bezogen auf 100 % eines gegebenen Probengewichts. Somit bedeutet beispielsweise "30 %" 30 Gew.-Teile von allen 100 Gew.-Teilen der Probe.
Falls nicht anders angegeben, beinhaltet eine Bezugnahme auf eine Verbindung oder Komponente die Verbindung oder Komponente per se und ihre Kombination mit anderen Verbindungen oder Komponenten, wie Mischungen von Verbindungen.
Vor der weiteren Diskussion werden die folgenden Begriffe als Hilfe beim Verständnis der vorliegenden Erfindung diskutiert.
"Härte" bezieht sich auf die Gesamtkonzentration an zweiwertigen Metallionen oder ihren Salzen in Wasser, z. B. Calcium, Magnesium, Calciumcarbonat und Calciumchlorid. Man kann die Härte als Teile pro Million (ppm) Ca-Äquivalente messen. In dieser Hinsicht entspricht 1 ppm Calciumäquivalent 2,78 ppm CaCl₂-Äquivalenten, was 2,50 ppm CaCo₃-Äquivalenten und 0,61 ppm Mg-Äquivalenten entspricht.
"Wasserlöslich" und "Stabilität" beziehen sich auf die Fähigkeit der erfindungsgemäßen Metallsilikatkomplexe in Lösung zu bleiben. Wenn die wasserlöslichen Metallsilikatkomplexe der vorliegenden Erfindung gebildet werden, kann man das Verfahren so kontrollieren, dass sich kein Niederschlag bildet. Unter manchen Umständen kann sich jedoch eine geringe Niederschlagsmenge bilden. Wenn die Metallsilikatkomplexe einen Niederschlag bilden, sind sie nicht länger Komplexe, sondern ein Metallsilikatniederschlag. In der vorliegenden Erfindung ist es wünschenswert, dass die erfindungsgemäßen Metallsilikatkomplexe in Lösung bleiben und keinen Niederschlag bilden. Es sei angemerkt, dass manche der wasserlöslichen Metallsilikatkomplexe mit der Zeit einen Niederschlag bilden können, wobei es jedoch bevorzugt ist, dass sich kein Niederschlag oder eine kleine Niederschlagsmenge bildet. Solange die Metallsilikatkomplexe wasserlöslich sind, sollten die Lösungen im wesentlichen farblos und klar sein. In dieser Hinsicht sind die wasserlöslichen Metallsilikatkomplexe der vorliegenden Erfindung für das bloße Auge nicht sichtbar. Insbesondere angesichts der Tatsache, dass eine Trübung von der Konzentration abhängt, hat eine wässrige Zusammensetzung des erfindungsgemäßen wasserlöslichen Metallsilikatkomplexes mit einer Konzentration von 0,3 Gew.% SiO₂, in der Abwesenheit von anderen Stoffen, die sich auf die Trübung auswirken, vorzugsweise eine Trübung von weniger als etwa 70 NTU, stärker bevorzugt weniger als etwa 50 NTU und am stärksten bevorzugt weniger als etwa 20 NTU. Man kann die erfindungsgemäßen wasserlöslichen Metallsilikatkomplexe nicht aus der wässrigen Phase mit den meisten physikalischen oder mechanischen Trennverfahren, wie Zentrifugation, Sedimentierung oder Filtration abtrennen.
"Celluloseaufschlämmung" bezieht sich auf eine Aufschlämmung auf Wasserbasis, die Cellulosefasern und Feinstoffe enthält und die andere Additive enthalten kann.
"Papieraufschlämmung" oder "Papierganzstoff" ("paper furnish") bezieht sich auf eine Aufschlämmung auf Wasserbasis, die cellulosische Fasern und/oder Feinstoffe, beispielsweise aus Holz, Pflanzen und/oder Baumwolle enthält und die andere Additive zur Papierherstellung, wie Füllstoffe, z. B. Ton und gefälltes Calciumcarbonat, enthalten kann.
"Copolymer" bezieht sich auf ein Polymer, das zwei oder mehrere unterschiedliche Arten von Monomeren umfasst.
Im Überblick betrifft die vorliegende Erfindung wasserlösliche Metallsilikatkomplexe, wie Metallsilikatkomplexe, die mindestens ein zweiwertiges Metall enthalten. Die vorliegende Erfindung betrifft auch Verfahren zur Herstellung von wasserlöslichen Metallsilikatkomplexen. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner Abwasserbehandlungsverfahren unter Verwendung von wasserlöslichen Metallsilikatkomplexen. Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls Verfahren zur Herstellung von Celluloseprodukten, wie Papierprodukten, bei denen mindestens ein wasserlöslicher Metallsilikatkomplex zu einer Celluloseaufschlämmung, wie einer Papieraufschlämmung, gegeben wird. Gleichermaßen betrifft die vorliegende Erfindung Verfahren zur Herstellung von Celluloseprodukten, bei denen mindestens ein Silikat eines einwertigen Kations zu einer Celluloseaufschlämmung gegeben wird, um einen wasserlöslichen Metallsilikatkomplex in der Celluloseaufschlämmung zu bilden. Durch die Zugabe zu oder die Bildung eines wasserlöslichen Metallsilikatkomplexes in einer Celluloseaufschlämmung ist die vorliegende Erfindung in der Lage, die Retention und Entwässerungskontrolle bei der Herstellung von Celluloseprodukten zu verbessern. Die vorliegende Erfindung ist ferner auf Celluloseprodukte, wie Papierprodukte gerichtet, die wasserlösliche Metallsilikatkomplexe enthalten.
Die erfindungsgemäßen wasserlöslichen Metallsilikatkomplexe enthalten vorzugsweise mindestens eine Art eines zweiwertigen Metallions und mindestens eine Art eines einwertigen Kations. Beispiele für zweiwertige Metallionen, die in den erfindungsgemäßen wasserlöslichen Metallsilikatkomplexen von Nutzen sind, umfassen Ionen von Erdalkalimetallen und übergangsmetallen, sind aber nicht auf diese begrenzt. Insbesondere können die zweiwertigen Metallionen Magnesium, Calcium, Zink, Kupfer, Eisen(II), Mangan(II) und/oder Barium enthalten. Vorzugsweise enthalten die zweiwertigen Metalli onen Magnesium, Calcium und/oder Zink. Am stärksten bevorzugt enthalten die zweiwertigen Metallionen Magnesium und/oder Calcium.
Beispiele für einwertige Kationen, die in den erfindungsgemäßen wasserlöslichen Metallsilikatkomplexen von Nutzen sind, umfassen Ionen von Alkalimetallen, sind aber nicht auf diese begrenzt. Insbesondere können die einwertigen Kationen Natrium, Kalium, Lithium und/oder Ammonium sein. Vorzugsweise sind die einwertigen Kationen Natrium und/oder Kalium. Am stärksten bevorzugt sind die einwertigen Kationen Natrium.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Metallsilikatkomplex ein Magnesiumsilikatkomplex und/oder ein Calciumsilikatkomplex, der durch Zugabe von Natriumsilikat zu einer wässrigen Zusammensetzung hergestellt wurde, die Magnesium- und/oder Calciumionen enthält. Vorzugsweise umfasst eine wässrige Zusammensetzung des erfindungsgemäßen wasserlöslichen Metallsilikatkomplexes SiO₂ in einer Menge von etwa 0,01 bis 5 Gew.% der wässrigen Zusammensetzung, hat ein Molverhältnis SiO₂/Oxid eines einwertigen Kations, beispielsweise Na₂O von etwa 2 bis 20 und ein Molverhältnis [(zweiwertiges Metall, z. B. Mg + Ca)/Si] von etwa 0,001 bis 0,25.
Auch wenn wir nicht an die Theorie gebunden sein möchten, glauben wir, dass die erfindungsgemäßen wasserlöslichen Metallsilikatkomplexe wasserlösliche Metallsilikatkomplexe der folgenden Formel enthalten: (1 – y)M₂O·yM'O·xSiO₂ Formel (1)worin: M ein einwertiges Kation, wie die zuvor diskutierten ist,
M' ein zweiwertiges Metallion, wie die zuvor diskutierten zweiwertigen Metallionen ist,
x vorzugsweise von etwa 2 bis 4 ist,
y vorzugsweise von etwa 0,005 bis 0,4 ist, und
y/x vorzugsweise von etwa 0,001 bis 0,25 ist.
Die Fähigkeit der erfindungsgemäßen Metallsilikatkomplexe in Lösung zu bleiben, d. h, die Stabilität der Metallsilikatkomplexe ist wichtig, um die erfindungsgemäßen Ergebnisse zu erzielen. Beispielsweise ist die Stabilität im Hinblick auf die verbesserte Retentions- und Entwässerungskontrolle bei der Herstellung von Celluloseprodukten wichtig. Insbesondere zeigen Metallsilikatniederschlage, die sich bilden können, eine geringe oder keine Aktivität im Hinblick auf die Retentions- und Entwässerungskontrolle. In man chen Fällen weisen die Metallsilikatkomplexe wenig Niederschlag auf und zeigen dennoch eine vernünftige Retentions- und Entwässerungsaktivität, da ein unbedeutender Anteil der Metallsilikatkomplexe in einen Niederschlag umgewandelt ist und die Mehrheit der Komponenten wasserlöslich bleibt. Wie zuvor diskutiert, weist eine wässrige Zusammensetzung des erfindungsgemäßen wasserlöslichen Komplexes, der SiO₂ in einer Konzentration von 0,3 Gew.% enthält, in Abwesenheit von anderen Stoffen, die sich auf die Trübung auswirken, vorzugsweise eine Trübung von weniger als etwa 70 NTU, stärker bevorzugt weniger als etwa 50 NTU und am stärksten bevorzugt weniger als etwa 20 NTU auf.
Die Fähigkeit der erfindungsgemäßen Metallsilikatkomplexe in der Lösung zu bleiben, d. h. ihre Stabilität hängt im allgemeinen von mehreren Faktoren ab. Diese Faktoren beinhalten das Molverhältnis SiO₂/M₂O, das Molverhältnis M'/Si, die SiO₂-Konzentration, die Größe der Mikropartikel des Komplexes, die Härte der wässrigen Zusammensetzung, in der die Komplexe gebildet werden, das während der Bildung der Metallsilikatkomplexe eingesetzte Rühren, den pH der wässrigen Zusammensetzung, die Temperatur der wässrigen Zusammensetzung und lösliche Stoffe in der wässrigen Zusammensetzung. Unter diesen Faktoren sind die wichtigsten das Molverhältnis SiO₂/M₂O und das Molverhältnis M'/Si. Die Fähigkeit der Metallsilikatkomplexe, in Lösung zu bleiben, hängt von einer Wechselwirkung dieser Faktoren ab, wie sie im folgenden näher diskutiert wird.
Vor einer Diskussion von Variablen, die sich auf die Stabilität der wasserlöslichen Metallsilikatkomplexe auswirken, und am Verfahren zur Herstellung der wasserlöslichen Metallsilikatkomplexe beteiligt sind, soll eine Diskussion der Stabilitätsfaktoren folgen, die für die Komplexe selbst spezifisch sind. Die Faktoren, welche sich auf die Stabilität der Metallsilikatkomplexe auswirken und spezifisch für die erfindungsgemäßen Metallsilikatkomplexe per se sind, umfassen das Molverhältnis SiO₂/M₂O, das Molverhältnis M'/Si und die Größe der komplexbildenden Mikropartikel.
Die erfindungsgemäßen wasserlöslichen Metallsilikatkomplexe haben vorzugsweise ein Molverhältnis SiO₂/M₂O, d. h. x:(1 – y) für Verbindungen gemäß der Formel (1), im Bereich von etwa 2 bis 20, stärker bevorzugt von etwa 3 bis 10 und am stärksten bevorzugt von etwa 3 bis 5. Wenn dieser Wert zu hoch ist, kann der Metallsilikatkomplex einen Niederschlag bilden und Aktivität verlieren. Ist dieser Wert zu gering, bildet sich eine relativ geringe Menge des Metallsilikatkomplexes.
Die erfindungsgemäßen wasserlöslichen Metallsilikatkomplexe haben vorzugsweise ein Molverhältnis M'/Si, d. h. y:x für Verbindungen gemäß Formel (1), im Bereich von etwa 0,001 bis 0,25, vorzugsweise von etwa 0,01 bis 0,2 und am stärksten bevorzugt 0,025 bis 0,15. Wenn dieser Wert zu hoch ist, könnte der Metallsilikatkomplex einen Niederschlag bilden und Aktivität verlieren. Ist dieser Wert zu niedrig, bildet sich eine relativ geringe Menge des Metallsilikatkomplexes.
Es wird erwartet, dass die erfindungsgemäßen wasserlöslichen Metallsilikatkomplexe eine Mikropartikelgröße von vorzugsweise weniger als etwa 200 nm, mit einem Bereich von vorzugsweise etwa 2 bis 100 nm und stärker bevorzugt etwa 5 bis 80 nm aufweisen, gemessen über eine dynamische Lichtstreuung bei 25°C in einer wässrigen Lösung. Man geht davon aus, dass bei einer zu großen Teilchengröße, die Metallsilikatkomplexe einen Niederschlag bilden. Bei einer zu geringen Teilchengröße werden die Metallsilikatkomplexe keine ausreichende Flockungskraft zeigen.
Vor einer Diskussion der Variablen bei der Herstellung der Metallsilikatkomplexe, welche sich auf die Stabilität der erfindungsgemäßen wasserlöslichen Metallsilikatkomplexe auswirken, soll ein Überblick über das Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen wasserlöslichen Metallsilikatkomplexe gegeben werden.
Man kann die erfindungsgemäßen wasserlöslichen Metallsilikatkomplexe durch Zugabe mindestens eines Silikats eines einwertigen Kations zu einer wässrigen Zusammensetzung, die zweiwertige Metallionen enthält, herstellen. Wenn man mindestens ein Silikat eines einwertigen Kations mit einer wässrigen Zusammensetzung mischt, die zweiwertige Metallionen enthält, bilden sich spontan wasserlösliche Silikatkomplexe beim Mischen der Silikate des einwertigen Kations und der wässrigen Zusammensetzung. Man kann die erfindungsgemäßen wasserlöslichen Metallsilikatkomplexe auch dadurch herstellen, dass man eine wässrige Zusammensetzung bereitstellt, die mindestens ein Silikat eines einwertigen Kations enthält, und gleichzeitig und/oder danach eine Quelle für zweiwertige Metallionen zugibt, um den erfindungsgemäßen wasserlöslichen Metallsilikatkomplex zu bilden. Man kann die erfindungsgemäßen wasserlöslichen Metallsilikatkomplexe als Konzentrat außerhalb der Fabrik oder am Ort, z. B. in einer Papiermühle, herstellen.
Die Silikate eines einwertigen Kations, die man zur Bildung der erfindungsgemäßen wasserlöslichen Metallsilikatkomplexe nutzt, können in der Form eines Pulvers oder einer Flüssigkeit vorliegen. Beispiele für Silikate eines einwertigen Kations, die man zur Bildung der wasserlöslichen Metall silikatkomplexe verwendet, umfassen Alkalimetallsilikate. Besonders bevorzugte Beispiele für Silikate zur Herstellung der erfindungsgemäßen wasserlöslichen Metallsilikatkomplexe umfassen Natriumsilikat, Kaliumsilikat, Lithiumsilikat und/oder Ammoniumsilikat.
Wie zuvor diskutiert, umfassen Beispiele für zweiwertige Metallionen, die bei der Herstellung der erfindungsgemäßen wasserlöslichen Metallsilikatkomplexe von Nutzen sind, Erdalkalimetalle und Übergangsmetalle, sind aber nicht auf diese begrenzt. Die zweiwertigen Metallionen können insbesondere Magnesium, Calcium, Zink, Kupfer, Eisen(II), Mangan(II) und/oder Barium sein.
Beispiele für wässrige Zusammensetzungen, die zweiwertige Metallionen aufweisen, umfassen "Tray"-Wasser, hartes Wasser, behandeltes Wasser und Celluloseaufschlämmung. "Tray-Wasser, das man auch als "Silowasser" kennt, bezieht sich auf Wasser, das man aus einer Celluloseproduktmaschine während der Celluloseproduktherstellung sammelt, z. B. Wasser, das aus einer Papiermaschine während und nach der Papierherstellung gesammelt wird. "Hartes Wasser" bezieht sich auf Wasser, das eine substantielle Menge an Metallionen, wie Mg²⁺- und/oder Ca²⁺-Ionen enthält. "Behandeltes Wasser" bezieht sich auf hartes oder weiches Wasser, das man zur Erhöhung oder Verringerung der Härte behandelt hat. Wenn die Wasserhärte zu hoch ist, wie im folgenden diskutiert wird, können einige der Metallionen auf irgendeine bekannte Weise blockiert oder deaktiviert werden, beispielsweise durch die Zugabe eines Chelatmittels, z. B. Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA), Hydroxyethylethylendiamintriessigsäure (HEDTA), Weinsäure, Zitronensäure, Gluconsäure, Polyacrylsäure. Ist die Wasserhärte zu gering, wie im folgenden diskutiert wird, kann man zweiwertige Metallionen zugeben. Beispielsweise kann man Magnesium und/oder Calciumsalz zugeben, um die Metallionen zu erhöhen und somit die Wasserhärte zu erhöhen. Man kann insbesondere CaCl₂, MgCl₂, MgSO₄, Ca(NO₃)₂, Mg(NO₃)₂, CaSO₄ und/oder ZnSO₄, vorzugsweise CaCl₂, MgCl₂ und/oder ZnSO₄, stärker bevorzugt CaCl₂ und/oder MgCl₂ zu der wässrigen Zusammensetzung geben, um die Konzentration der Metallionen zu erhöhen.
Bedenkt man das zuvor Gesagte, so wirken sich verschiedene Variablen des Verfahrens zur Herstellung der wasserlöslichen Komplexe auf die Fähigkeit der Metallsilikatkomplexe, in Lösung zu bleiben, aus. Diese Verfahrensvariablen beinhalten die SiO₂-Konzentration in der wässrigen Zusammensetzung, die Härte der wässrigen Zusammensetzung, das während der Bildung der wasserlöslichen Metallsilikatkomplexe eingebrachte Rühren, den pH der wässrigen Zusammensetzung, die Temperatur der wässrigen Zusammensetzung und zusätzliche lösliche Stoffe in der wässrigen Zusammensetzung. Unter diesen Variablen sind die SiO₂-Konzentration in der wässrigen Zusammensetzung und die Härte der wässrigen Zusammensetzung am wichtigsten.
Wenn man das Silikat eines einwertigen Kations mit einem zweiwertigen Metallionen zur Bildung einer wässrigen Zusammensetzung kombiniert, welche die erfindungsgemäßen wasserlöslichen Metallsilikatkomplexe umfasst, hat die resultierende wässrige Zusammensetzung vorzugsweise eine SiO₂-Konzentration von etwa 0,01 bis 5 Gew.%, stärker bevorzugt von etwa 0,1 bis 2 Gew.% und am stärksten bevorzugt von etwa 0,25 bis 1,5 Gew.%, bezogen auf das Gewicht der wässrigen Zusammensetzung. Ist dieser Wert zu hoch, könnte der Metallsilikatkomplex einen Niederschlag bilden und Aktivität verlieren. Wenn dieser Wert zu gering ist, ist die Lösung nicht wirtschaftlich, da eine große Menge der Lösung erforderlich ist.
Wenn man zweiwertige Metallionen zu einer wässrigen Zusammensetzung gibt, welche das Silikat eines einwertigen Kations umfasst, hat die wässrige Zusammensetzung vorzugsweise eine SiO₂-Konzentration von etwa 0,01 bis 30 Gew.%, stärker bevorzugt von etwa 0,1 bis 15 Gew.% und am stärksten bevorzugt von etwa 0,25 bis 10 Gew.%, bezogen auf das Gewicht der wässrigen Zusammensetzung. Wenn dieser Wert zu hoch ist, könnte der Metallsilikatkomplex einen Niederschlag bilden und Aktivität verlieren. Ist dieser Wert zu gering, ist die Zusammensetzung nicht wirtschaftlich, da eine große Menge der wässrigen Zusammensetzung erforderlich ist.
Wenn man das Silikat eines einwertigen Kations zu einer wässrigen Zusammensetzung gibt, die zweiwertige Metallionen aufweist, hat die erfindungsgemäße wässrige Zusammensetzung vorzugsweise eine Härte von etwa 1 bis 600 ppm Ca-Äquivalent, stärker bevorzugt von etwa 10 bis 200 ppm Ca-Äquivalent und am stärksten bevorzugt von etwa 20 bis 100 ppm Ca-Äquivalent. Ist die Härte zu hoch, kann der Metallsilikatkomplex ausfallen. Wenn die Härte zu gering ist, kann es dazu kommen, dass der wasserlösliche Metallsilikatkomplex sich nicht bildet.
Das während der Bildung der Metallsilikatkomplexe eingesetzte Rühren wirkt sich auch auf die Fähigkeit der Metallsilikatkomplexe aus, in Lösung zu bleiben. Wenn man nicht rührt, kann der erfindungsgemäße wasserlösliche Komplex unter gewissen Umständen in Folge einer überhöhten Konzentration lokal ausfällen. Die Wirkung des Rührens ist jedoch schwierig zu quantifizieren. Die Menge des Rührens hängt von solchen Faktoren, wie der Menge und Viskosität der Lösung, der Behältergröße, der Größe und der Art des Rührstabs oder -blatts, der Rotationsgeschwindigkeit des Rührers oder Mischers usw. ab. Wenn man beispielsweise bei der Laborherstellung 100 ml einer Metallsilikatkomplexlösung in einem 200 ml Becher mit einem 1''-Rührstab auf einem MIRAK^TM Magnetrührer (Model #L SO&3235-60, Bernstead Thermolyne Corporation, 2555 Kerper Blvd., Dubuque, Iowa 52004) mischt, sollte eine Mischgeschwindigkeit von 300 Upm oder mehr angemessen sein. Im allgemeinen sollte man das Rühren so lang wie möglich maximieren. Ein zu starkes Rühren mag jedoch nicht wirtschaftlich sein infolge eines übermäßigen Energieverbrauchs oder Vibrationen der Vorrichtung oder ein Aufspalten der Lösung verursachen.
Obwohl der pH der wässrigen Zusammensetzung als wichtiger Faktor hinsichtlich der Fähigkeit der Metallsilikatkomplexe, in Lösung zu verbleiben, angesehen wird, ist der genaue Effekt des pH's nicht untersucht worden. Man hat jedoch gefunden, dass die vorliegende Erfindung mit "tray"-Wasser als einem Beispiel funktioniert. "Tray"-Wasser hat typischerweise einen pH von etwa 6 bis 10, noch typischer von etwa 7 bis 9 und am typischsten von etwa 7,5 bis 8,5.
Die Temperatur der wässrigen Zusammensetzung liegt vorzugsweise bei etwa 5 bis 95°C, stärker bevorzugt etwa 10 bis 80°C und am stärksten bevorzugt etwa 20 bis 60°C. Beispielsweise ist das "Tray"-Wasser in der Papiermaschine ist typischerweise warm und hat typischerweise eine Temperatur von etwa 10 bis 65°C, noch typischer von etwa 30 bis 60°C und am typischsten von etwa 45 bis 55°C. Somit kann man die Metallsilikatkomplexe bei Umgebungstemperatur bilden. Bei einem geringeren M'/Si-Verhältnis beschleunigt eine Temperaturerhöhung die Bildung der Metallsilikatkomplexe. Bei einem höheren M'/Si-Verhältnis zeigt die Temperatur wenig Effekt.
Ein weiterer Faktor, bei dem man davon ausgeht, dass er sich auf die Fähigkeit der Metallsilikatkomplexe, in Lösung zu verbleiben, auswirkt, ist die Gegenwart von löslichen Stoffen in der wässrigen Zusammensetzung. Anders ausgedrückt erwartet man, dass das Vorliegen von Gegenionen sich auf die Stabilität der Metallsilikatkomplexe auswirkt.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch Verfahren zur Herstellung von Celluloseaufschlämmungen, wie Papieraufschlämmungen und Verfahren zur Herstellung von Celluloseprodukten, wie Papier. Man kann insbesondere die zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen wasserlöslichen Metallsilikatkomplexe zu einer Celluloseaufschlämmung geben. Ferner können die erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Celluloseaufschlämmungen und -produkten die Zugabe von mindestens einem der zuvor beschriebenen Silikate eines einwer tigen Kations zu einer Celluloseaufschlämmung umfassen, die mindestens eine Art der zuvor beschriebenen zweiwertigen Metallionen enthält.
Die erfindungsgemäßen Celluloseaufschlämmungen können Füllstoffe enthalten, beispielsweise fachbekannte Füllstoffe wie Ton, Titandioxid, gemahlenes Calciumcarbonat oder gefälltes Calciumcarbonat. Der pH und die Temperatur der Celluloseaufschlämmung werden in der vorliegenden Erfindung nicht als wichtige Faktoren angesehen. Solange der pH und die Temperatur der Celluloseaufschlämmung normalen Bedingungen entsprechen, beispielsweise ein pH in einem Bereich von etwa 4 bis 10 und eine Temperatur von etwa 5 bis 80°C, erwartet man, dass die erfindungsgemäßen wasserlöslichen Metallsilikatkomplexe wirksam sind.
Wenn man das Silikat eines einwertigen Kations zu einer Celluloseaufschlämmung gibt, um einen wasserlöslichen Metallsilikatkomplex in situ zu bilden, zeigt die erfindungsgemäße Celluloseaufschlämmung vorzugsweise eine Härte von etwa 1 bis 600 ppm (Teile pro Million) Calciumäquivalent, stärker bevorzugt von etwa 10 bis 200 ppm Calciumäquivalent und am stärksten bevorzugt von etwa 20 bis 100 ppm Calciumäquivalent. Wenn die Celluloseaufschlämmung eine Härte von etwa 1 bis 600 ppm Calciumäquivalent aufweist, kann das Silikat des einwertigen Kations mit den zweiwertigen Metallionen in der Celluloseaufschlämmung reagieren und den erfindungsgemäßen wasserlöslichen Metallsilikatkomplex bilden.
Vorzugsweise gibt man das Silikat eines einwertigen Kations oder den erfindungsgemäßen wasserlöslichen Metallsilikatkomplex zu der Celluloseaufschlämmung an einem Punkt nach der letzten Hochscherstufe, aber vor dem Stoffauflauf, um zu vermeiden, dass die gebildeten Flöckchen übermäßigen Scherkräften ausgesetzt werden.
Erfindungsgemäß gibt man den wasserlöslichen Metallsilikatkomplex oder das Silikat eines einwertigen Kations vorzugsweise in einer Dosis von etwa 0,1 bis 20 lb/ton, stärker bevorzugt etwa 0,5 bis 6 lb/ton, am stärksten bevorzugt etwa 1 bis 4 lb/ton, bezogen auf SiO₂ und das Trockengewicht der Celluloseaufschlämmung, zu.
Darüber hinaus kann man mindestens ein Additiv zu der Celluloseaufschlämmung in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen wasserlöslichen Metallsilikatkomplex geben. Beispielsweise kann das zumindest eine Additiv im wesentlichen jedes Additiv umfassen, das man zur Papierherstellung verwendet. Beispiele des Additivs umfassen Flockungsmittel, kationische Stärke, Koagulationsmittel, Leimungsmittel, Nassfestmittel, Trockenfestmittel und andere Retentionshilfen, sind aber nicht auf diese begrenzt.
Die Reihenfolge der Zugabe von dem mindestens einen Additiv und dem wasserlöslichen Silikat, d. h. dem wasserlöslichen Metallsilikatkomplex und/oder dem Silikat eines einwertigen Kations zu der Celluloseaufschlämmung ist nicht kritisch. Vorzugsweise gibt man jedoch das wasserlösliche Silikat zu der Celluloseaufschlämmung nach der Zugabe des zumindest einen Additivs. Beispielsweise kann man das wasserlösliche Silikat zu der Celluloseaufschlämmung nach der Zugabe des Flockungsmittels geben. Vorzugsweise gibt man das Flockungsmittel an einem Punkt vor der letzten Hochscherstufe wie dem Drucksieb und Reinigern zu, während das wasserlösliche Silikat nach der letzten Hochscherstufe, aber vor dem Stoffauflauf zugegeben wird.
Wenn man zwei oder mehr Additive zu der erfindungsgemäßen Celluloseaufschlämmung gibt, umfassen die bevorzugten Additive Flockungsmittel und Stärke. Man kann die Stärke zu der Celluloseaufschlämmung vor oder nach dem Flockungsmittel geben. Vorzugsweise gibt man die Stärke vor dem Flockungsmittel zu.
Wenn man Koagulationsmittel zu der Celluloseaufschlämmung in Verbindung mit einem Flockungsmittel und/oder Stärke gibt, kann dieses vor oder nach dem Flockungsmittel und/oder der Stärke zugegeben werden.
Erfindungsgemäß kann das Flockungsmittel entweder ein synthetisches oder natürliches Polymer sein, das kationisch, anionisch oder im wesentlichen nichtionisch ist. Vorzugsweise ist das Flockungsmittel kationisch.
Beispiele für kationische Flockungsmittel umfassen, sind aber nicht begrenzt auf, Homopolymere oder Copolymere, die mindestens ein kationisches Monomer enthalten, das unter den folgenden ausgewählt wird: Dimethylaminoethylmethacrylat (DMAEM), Dimethylaminoethylacrylat (DMAEA), Methacryloyloxyethyltrimethylammoniumchlorid (METAC), Dimethylaminopropylmethacrylat (DMAPMA), Methacrylamidopropyltrimethylammoniumchlorid (MAPTAC), Dimethylaminopropylacrylamid (DMAPAR), Acryloyloxyethyltrimethylammoniumchlorid (AETAC), Dimethaminoethylstyrol, (p-Vinylbenzyl)-trimethylammoniumchlorid, 2-Vinylpyridin, 4-Vinylpyridin, Vinylamin und dergleichen. Beispielsweise kann das kationische Flockungsmittel ein kationisches Polyacrylamidcopolymer sein.
Das Molekulargewicht des kationischen Flockungsmittels ist vorzugsweise mindestens etwa 500.000, mit einem Bereich von vorzugsweise etwa 2.000.000 bis 15.000.000, stärker bevorzugt etwa 4.000.000 bis 12.000.000 und am stärksten bevorzugt etwa 5.000.000 bis 10.000.000.
Der Grad der kationischen Substitution für das kationische Flockungsmittel beträgt vorzugsweise mindestens etwa 1 mol%, mit einem Bereich von vorzugsweise etwa 5 bis 50 mol%, und noch stärker bevorzugt etwa 10 bis 30 mol%.
Die Potentialladungsdichten des kationischen Flockungsmittels reichen vorzugsweise von 0,1 bis 4 meq/g, stärker bevorzugt von etwa 0,5 bis 3 meq/g und am stärksten bevorzugt von etwa 1 meq/g bis 2,5 meq/g.
Im erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Celluloseprodukts beträgt die Dosis des kationischen Flockungsmittels vorzugsweise etwa 0,1 bis 4 lb/ton, stärker bevorzugt etwa 0,2 bis 2 lb/ton und am stärksten bevorzugt etwa 0,25 bis 1 lb/ton, bezogen auf aktiven Bestandteil des Flockungsmittels und das Trockengewicht der Celluloseaufschlämmung.
Geeignete anionische Flockungsmittel können in der vorliegenden Erfindung Homopolymere oder Copolymere sein, die anionische Monomere enthalten, die man aus den folgenden auswählt: Acrylat, Methacrylat, Maleat, Itaconat, Sulfonat, Phosphonat und dergleichen. Das anionische Flockungsmittel kann beispielsweise Poly(acrylamid-co-acrylat) sein.
Das Molekulargewicht der anionischen Flockungsmittel beträgt in der vorliegenden Erfindung vorzugsweise mindestens etwa 500.000, mit einem Bereich von vorzugsweise etwa 5.000.000 bis 20.000.000, und stärker bevorzugt etwa 8.000.000 bis 15.000.000.
Der Grad der anionischen Substitution für das anionische Flockungsmittel beträgt vorzugsweise mindestens etwa 1 mol%, mit einem Bereich von vorzugsweise etwa 10 bis 60 mol%, stärker bevorzugt etwa 15 bis 50 mol%.
Die Potentialladungsdichten des anionischen Flockungsmittels betragen vorzugsweise etwa 1 bis 20 meq/g, stärker bevorzugt etwa 2 bis 8 meq/g und am stärksten bevorzugt etwa 2,5 bis 6 meq/g.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Celluloseprodukts beträgt die Dosis des anionischen Flockungsmittels vorzugsweise etwa 0,1 bis 4 lb/ton, stärker bevorzugt etwa 0,2 bis 2 lb/ton und am stärksten bevorzugt etwa 0,25 bis 1 lb/ton, bezogen auf aktiven Bestandteil des Flockungsmittels und das Trockengewicht der Celluloseaufschlämmung.
Beispiele der im wesentlichen nichtionischen Flockungsmittel der vorliegenden Erfindung umfassen, sind aber nicht begrenzt auf, Polyacrylamid, Poly(ethylenoxid), Polyvinylalkohol und Poly(vinylpyrrolidinon), vorzugsweise Polyacrylamid, Poly(ethylenoxid) und Polyvinylalkohol und stärker bevorzugt Polyacrylamid und Poly(ethylenoxid).
Das Molekulargewicht des im wesentlichen nichtionischen Flockungsmittels ist vorzugsweise mindestens etwa 500.000, mit einem Bereich von vor zugsweise etwa 1.000.000 bis 10.000.000, stärker bevorzugt von etwa 2.000.000 bis 8.000.000.
Im erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung des Celluloseprodukts beträgt die Dosis des im wesentlichen nichtionischen Flockungsmittels vorzugsweise etwa 0,2 bis 4 lb/ton, stärker bevorzugt etwa 0,5 bis 2 lb/ton, bezogen auf aktiven Bestandteil des Flockungsmittels und das Trockengewicht der Celluloseaufschlämmung.
Wie zuvor diskutiert, kann man auch kationische Stärke, einschließlich von amphoterer Stärke, zu der erfindungsgemäßen Celluloseaufschlämmung geben. Vorzugsweise verwendet man kationische Stärke bei der Herstellung des Celluloseprodukts als Nass- oder Trockenfestadditiv. In der vorliegenden Erfindung hat die kationische Stärke vorzugsweise eine kationische Ladungssubstitution von mindestens etwa 0,01, mit einem Bereich von vorzugsweise etwa 0,01 bis 1, stärker bevorzugt etwa 0,1 bis 0,5. Die kationische Stärke kann aus einer Vielzahl von Pflanzen stammen, wie Kartoffel, Mais, wachsartiger Mais ("waxy maize"), Weizen und Reis.
Das Molekulargewicht der Stärke beträgt vorzugsweise etwa 1.000.000 bis 5.000.000, stärker bevorzugt etwa 1.500.000 bis 4.000.000 und am stärksten bevorzugt etwa 2.000.000 bis 3.000.000.
In der vorliegenden Erfindung kann man die Stärke zu der Celluloseaufschlämmung an einem Punkt vor oder nach dem Flockungsmittel geben, vorzugsweise vor dem erfindungsgemäßen wasserlöslichen Silikat. Die bevorzugte Dosis für die Stärke beträgt etwa 1 bis 50 lb/ton, stärker bevorzugt etwa 5 bis 20 lb/ton, bezogen auf das Trockengewicht der Celluloseaufschlämmung.
Ein weiteres Additiv, das man zu der erfindungsgemäßen Celluloseaufschlämmung geben kann, ist Koagulationsmittel. Beispiele für Koagulationsmittel umfassen in der vorliegenden Erfindung, sind aber nicht auf diese begrenzt, anorganische Koagulationsmittel, wie Alaun, oder ähnliche Materialien, wie Aluminiumchlorid, Polyaluminiumchlorid (PAC), Polyaluminiumsulfat (PRS) und Polyaluminiumsulfatsilikat (PASS) oder organische Koagulationsmittel, wie Polyamine, Poly(diallyldimethylammoniumchlorid), Polyethylenimin, Polyvinylamin und dergleichen, vorzugsweise die anorganischen Koagulationsmittel und noch stärker bevorzugt Alaun oder ähnliche Materialien.
Das Molekulargewicht des organischen Koagulationsmittels beträgt vorzugsweise etwa 1.000 bis 1.000.000, stärker bevorzugt etwa 2.000 bis 750.000, am stärksten bevorzugt etwa 5.000 bis 500.000.
In der vorliegenden Erfindung kann man das Koagulationsmittel zu der Celluloseaufschlämmung an einem Punkt vor oder nach dem Flockungsmittel ge ben, vorzugsweise vor dem wasserlöslichen Silikat. Die bevorzugte Dosis für das anorganische Koagulationsmittel beträgt etwa 1 bis 30 lb/ton, stärker bevorzugt etwa 5 bis 20 lb/ton, bezogen auf das Trockengewicht der Celluloseaufschlämmung. Die bevorzugte Dosis für das organische Koagulationsmittel ist 0,1 bis 5 lb/ton, stärker bevorzugt etwa 0,5 bis 2 lb/ton.
Man kann die erfindungsgemäße Celluloseaufschlämmung mit irgendeinem Verfahren zu Celluloseprodukten verarbeiten. Beispielsweise kann man nach der Zugabe oder Bildung des wasserlöslichen Metallsilikatkomplexes, und gegebenenfalls der Zugabe von mindestens einem Additiv zu einer Celluloseaufschlämmung, die Celluloseaufschlämmung auf einem Papiermachersieb abscheiden, entwässern, trocknen und zum endgültigen Celluloseprodukt pressen.
Das resultierende Celluloseprodukt umfasst Cellulosefaser und einen Rest von mindestens einem wasserlöslichen Metallsilikatkomplex. Vorzugsweise ist die Menge des Restes im Celluloseprodukt etwa 50 bis 10.000 ppm, stärker bevorzugt etwa 250 bis 3.000 und am stärksten bevorzugt etwa 500 bis 2.000 ppm, bezogen auf SiO₂.
Da Retentions- und Entwässerungshilfen typischerweise als Flockungsmittel fungieren, die auch bei der Behandlung von Abwasser nützlich sind, wird erwartet, dass die erfindungsgemäßen wasserlöslichen Metallsilikatkomplexe auch zur Behandlung von Abwasser verwendet werden. Zur Behandlung von Abwasser würde man den wasserlöslichen Metallsilikatkomplex zu dem Abwasser geben, um die Fällung suspendierter Teilchen zu verursachen.
Die erfindungsgemäßen wasserlöslichen Metallsilikatkomplexe und Verfahren führen zu verschiedenen Vorteilen. Die erfindungsgemäßen wasserlöslichen Metallsilikatkomplexe und Verfahren ergeben insbesondere signifikante Verbesserungen bei der Retention und Entwässerung, wobei eine gute Bildung der Celluloselage aufrechterhalten wird. Die Verwendung der erfindungsgemäßen Komplexe als Entwässerungshilfe ist bei der Herstellung von Celluloseprodukten von Vorteil, speziell wenn eine große Entwässerungsmenge erforderlich ist (z. B. mindestens etwa 76 lb/3.300 sq.ft), wo die Produktivität anderenfalls infolge einer geringen Wasserentwässerung durch relativ dicke faserige Matten verringert würde.
Somit kann man die erfindungsgemäßen wasserlöslichen Metallsilikatkomplexe und Verfahren dazu verwenden, die Produktionsraten zu erhöhen. In dieser Hinsicht ist das Entwässern (dewatering, drainage) der Faseraufschlämmung auf dem Langsieb (wire) oder Sieb (screen) oft der limitierende Schritt beim Erzielen höherer Produktraten.
Eine verstärkte Entwässerung kann auch zu einer trockeneren Celluloselage in den Press- und Trocknerabschnitten führen und somit den Dampfverbrauch reduzieren. Der Trocknerabschnitt ist auch die Stufe bei einem Verfahren zur Herstellung von Celluloseprodukten, welche viele Eigenschaften der endgültigen Lage bestimmt.
Bei der Verwendung als Retentionshilfen können die erfindungsgemäßen Metallsilikate gleichermaßen den Verlust an Füllstoffen und Feinstoffen reduzieren und somit die Produktionskosten verringern. Darüber hinaus liefern die erfindungsgemäßen Komplexe auch eine ausgezeichnete Papierbildung infolge einer geeigneten Entwässerung und Retention.
Ferner ist das Verfahren zur Herstellung der wasserlöslichen Metallsilikatkomplexe der vorliegenden Erfindung einfach und erfordert kein spezielles Herstellungsverfahren.
Ohne weiter ins Detail zu gehen, ist man daher der Ansicht, dass ein Fachmann unter Verwendung der vorangegangenen Beschreibung die vorliegende Erfindung in ihrem vollsten Umfang nützen kann. Die vorliegende Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele näher erläutert. Diese Beispiele sind nicht begrenzend und beschränken den Erfindungsbereich nicht.
Falls nicht anders angegeben, beziehen sich Prozentsätze, Teile, etc., die in den Beispiele angeführt werden, auf das Gewicht.
Beispiele
Die nachstehenden Beispiele 1 bis 17 betreffen wasserlösliche Metall- (Ca oder/und Mg) Silikatkomplexe, die durch Beimischen eines flüssigen Natriumsilikats zu verschiedenen wässrigen Lösungen, die Ca- oder/und Mg-Ionen enthalten, erhalten wurden. Die wässrige Lösung war entweder eine CaCl₂-Lösung, MgCl₂-Lösung oder hartes Wasser. Die Ca- oder Mg-Lösungen, die entweder Ca- oder Mg-Ionen enthielten, wurden durch Verdünnen konzentrierter CaCl₂- oder MgCl₂-Lösung mit deionisiertem Wasser erhalten. Ca/Mg-Lösungen, die sowohl Ca- als auch Mg-Ionen enthielten, wurden durch Mischen von hartem Wasser mit einer Härte von 136 ppm Calciumäquivalent mit deionisiertem Wasser erhalten.
Falls nicht anders angegeben, wurden die folgenden Beispiele durch kontinuierliches Mischen des flüssigen Natriumsilikats mit einer wässrigen Lösung über etwa 30 min hergestellt. Die wässrige Lösung kann entweder eine CaCl₂-Lösung oder MgCl₂-Lösung oder frisches hartes Wasser sein. Die resultierenden Lösungen ließ man dann mindestens etwa 3 Stunden stehen, bevor man Entwässerungs- und Retentionstests durchführte.
Die in den folgenden Beispielen verwendeten flüssigen Natriumsilikate werden in der Tabelle 1 nachstehend aufgeführt. In der Tabelle 1 war der Hersteller für A die PQ Corporation (P.O. Box 840, Valley Forge, PA 194820840) und für B die OxyChem, Occidental Chemical Corporation (Occidental Tower, 5005 LBJ Freeway, Dallas, TX 75380-9050).
Ca- oder Mg-Lösungen, die entweder Ca- oder Mg-Ionen enthielten, und die man in den folgenden Beispielen einsetzte, wurden durch Verdünnen konzentrierter CaCl₂- oder MgCl₂-Lösungen mit deionisiertem Wasser hergestellt. Das in den folgenden Beispielen verwendete CaCl₂ und MgCl₂ wurde von Tetra Technologies, Inc. (25025 I-45 North, The Woodlands, Texas 77380) hergestellt.
Tabelle 1
Test für die kanadische Norm-Stoffdurchlässigkeit (Canadian Standard Freeness, CSF)
Der CSF-Test wurde verwendet, um die Entwässerungsaktivität der Ca- oder/und Mg-Silikatkomplexe in den folgenden Beispielen zu bewerten (z. B. Beispiele 1 bis 13 und 15 bis 17). Falls nicht anders angegeben, wurde der CSF-Entwässerungstest mit einem Papierganzstoff (Papierstoffzubereitung) von 1.000 ml durchgeführt. Der Papierganzstoff hatte eine Konsistenz von 0,3 Gew.%, und enthielt 80 Gew.% Fasern und 20 Gew.% gefälltes Calciumcarbonat (PCC) als Füllstoff, bezogen auf das Gewicht des gesamten trockenen Ganzstoffs. Die im Papierganzstoff verwendeten Fasern waren eine 70/30-Mischung aus Hartholz/Weichholz. Die Hartholzfaser stammte aus einem gebleichten (chemischen) Zellstoff aus nördlichem St. Croix-Hartholz (St. Croix Northern Hardwood), der von Ekman and Company hergestellt wurde (STE 4400, 200 S, Biscayne Blvd., Miami, FL 33130). Die Weichholzfaser stammte aus einem gebleichten (chemischen) Zellstoff aus Georgia-Weichholz, der von Rayonier (4470 Savannan HWY, Jessup, GA) hergestellt wurde. Das PCC was "Albacar 5970", das von Specialty Minerals (230 Columbia Street, Adams, MA 01220) hergestellt wird.
Der pH des Papierganzstoffs betrug von 8,0 bis 8,9. Die Temperatur des Papierganzstoffs betrug 21°C bis 25°C. Die im Papierganzstoff verwendeten Fasern waren eine 70/30-Mischung aus Hartholz/Weichholz. Der CSF-Entwässerungstest wurde durch Mischen von 1.000 ml des Papierganzstoffs in einem viereckigen Becher bei Umgebungstemperatur (falls nicht anders angegeben) und bei einer Mischungsgeschwindigkeit von 1.200 Upm durchgeführt. Der Papierganzstoff enthält Silikatkomplex oder Kontrollproben und optionale Additive.
In den folgenden Beispielen kann der Papierganzstoff vor der Zugabe des Silikatkomplexes, des Natriumsilikats oder des Wassers durch Zugabe von Additiven zum Papierganzstoff vorbehandelt werden. Der Papierganzstoff wurde dann zu einer CSF-Vorrichtung überführt, so dass man die Entwässerungsrate messen konnte.
Die im Entwässerungstest verwendeten Additive waren kationische Stärke, Alaun und Flockungsmittel. Die kationische Stärke war Sta-Lok 600^TM (erhalten von A. E. Staley Manufacturing Company). Die Flockungsmittel waren entweder kationisch oder anionisch in ihrer Beschaffenheit. Das kationische Flockungsmittel war ein kationisch modifiziertes Polyacrylamid (CPAM) mit einem Molekulargewicht von etwa 6.000.000 und einer kationischen Ladung von 10 mol%. CPAM war PC8695, Novus 8910 oder PC8138, die von Hercules Incorporated (Wilmington, DE) hergestellt werden.
Das anionische Flockungsmittel war ein anionisch modifiziertes Polyacrylamid (APAM) mit einem Molekulargewicht von etwa 20.000.000 und einer anionischen Ladung von etwa 30 mol%. Das APAM war das von Hercules Incorporated (Wilmington, DE) hergestellte PA8130.
Das Alaun war ein flüssiges Aluminiumsulfat, das 48,5 Gew.% Al₂(SO₄)·14H₂O, bezogen auf den trockenen Feststoff, enthielt (und von General Chemical Corporation, 90 East Halsey Road, Parsippany, NJ07054 erhalten wurde).
Die zur Bestimmung der Additivmenge in den Beispielen verwendete Einheit war #/T (lb/ton) bezogen auf das Trockengewicht des Papierganzstoffs. Die verwendete Stärke- und Alaunmenge wurde auf das trockene Produkt bezo gen. Die verwendete Menge an kationischem und anionischem Flockungsmittel wurde auf die aktiven Feststoffe bezogen. Die verwendete Menge an Metallsilikaten wurde auf das Trockengewicht SiO₂ bezogen oder als Trockengewicht Natriumsilikat ausgedrückt.
Die Zugabe eines jeden Additivs, des wasserlöslichen Metallsilikatkomplexes, des Metallsilikats und der Vergleichsproben (z. B. Bentonit) zu einem Papierganzstoff erfolgte in der folgenden Reihenfolge: kationische Stärke, Alaun, Flockungsmittel und wasserlöslicher Metallsilikatkomplex oder Metallsilikat oder Vergleichsprobe (z. B. Bentonit).
Die Mischzeit für die kationische Stärke und das Alaun betrug 10 Sekunden. Bei dem Flockungsmittel betrug die Mischzeit entweder 10 Sekunden oder 60 Sekunden, wie im Beispiel angegeben. Die Mischzeit für den wasserlöslichen Metallsilikatkomplex oder das Metallsilikat oder die Vergleichsprobe betrug 10 Sekunden.
"Britt Jar"-Feinstoff-Retentionstest
Der "Britt Jar"-Feinstoff-Retentionstest wurde durchgeführt, um das Retentionsverhalten der Ca/Mg-Silikatkomplexe zu bewerten (z. B. Beispiel 14). Der im Retentionstest verwendete Papierganzstoff hatte die gleiche Feststoffzusammensetzung wie jener im CSF-Entwässerungstest, abgesehen von einer Konsistenz von 0,5 Gew.%. Während des Tests wurden 500 ml des Ganzstoffs in einem "Britt Jar" vermischt und mit verschiedenen Additiven unter den gleichen experimentellen Bedingungen wie im Entwässerungstest behandelt.
Nach der Beendigung der Behandlungen sammelte man die ersten 100 ml Abfluss aus dem Gefäß ("jar") zwecks Analyse der Retentionsrate.
Beispiel 1
Man stellte eine Kontrolltestprobe (der in der folgenden Tabelle 2 gezeigte Test Nr. 1) her, indem man 10 #/T kationische Stärke, 5 #/T Alaun und 1 #/T CPAM (PC8695) zu einem Papierganzstoff zugab.
Man stellte eine Natriumsilikat O-Probe (der in der folgenden Tabelle 2 gezeigte Test Nr. 2) her, indem man Natriumsilikat O auf 0,3 Gew.% SiO₂ durch Zugabe von 1,02 g flüssigem Natriumsilikat O zu 98,98 g deionisiertem Wasser verdünnte. 2 #/T des verdünnten Natriumsilikats O wurde zu einem vorbehandelten Papierganzstoff gegeben. Der Papierganzstoff wurde mit 10 #/T kationischer Stärke, 5 #/T Alaun und 1 #/T CPAM (PC8695) vorbehandelt.
In diesem Beispiel verwendete man 5 Ca-Silikatkomplexe und 5 Mg-Silikatkomplexe (die in der folgenden Tabelle gezeigten Tests mit den Nummern 3 bis 12), die 0,3 Gew.% SiO₂ enthielten und Ca/Si- oder Mg/Si-Molverhältnisse aufwiesen, die in Tabelle 2 gezeigt werden. Die Silikatkomplexe wurden jeweils wie folgt hergestellt:
Bei dem in Tabelle 2 gezeigten Test Nr. 3 wurde der Ca-Silikatkomplex durch Mischen von 1,017 g Natriumsilikat O mit 98,98 g CaCl₂-Lösung hergestellt, die 100 ppm Mg-Äquivalent enthielt. Man gab 2 #/T des Silikatkomplexes zu dem vorbehandelten Papierganzstoff. Der Papierganzstoff wurde mit 10 #/T kationischer Stärke, 5 #/T Alaun und 1 #/T CPAM (PC8695) vorbehandelt.
Bei dem in Tabelle 2 gezeigten Test Nr. 4 stellte man die Ca-Silikatkomplexe durch Mischen von 1,017 g Natriumsilikat O mit 98,98 g CaCl₂-Lösung her, die 150 ppm Mg-Äquivalent enthielt. Man gab 2 #/T des Silikatkomplexes zu dem vorbehandelten Papierganzstoff. Der Papierganzstoff wurde mit 10 #/T kationischer Stärke, 5 #/T Alaun und 1 #/T CPAM (PC8695) vorbehandelt.
Bei dem in Tabelle 2 gezeigten Test Nr. 5 wurden die Ca-Silikatkomplexe durch Mischen von 1,017 g Natriumsilikat O mit 98,98 g CaCl₂-Lösung hergestellt, die 200 ppm Mg-Äquivalent enthielt. Man gab 2 #/T des Silikatkomplexes zu dem vorbehandelten Papierganzstoff. Der Papierganzstoff wurde mit 10 #/T kationischer Stärke, 5 #/T Alaun und 1 #/T CPAM (PC8695) vorbehandelt.
Bei dem in Tabelle 2 gezeigten Test Nr. 6 wurden die Ca-Silikatkomplexe durch Mischen von 1,017 g Natriumsilikat O mit 98,98 g CaCl₂-Lösung hergestellt, die 300 ppm Mg-Äquivalent enthielt. Man gab 2 #/T des Silikatkomplexes zu dem vorbehandelten Papierganzstoff. Der Papierganzstoff wurde mit 10 #/T kationischer Stärke, 5 #/T Alaun und 1 #/T CPAM (PC8695) vorbehandelt.
Bei dem in Tabelle 2 gezeigten Test Nr. 7 wurden die Ca-Silikatkomplexe durch Mischen von 1,017 g Natriumsilikat O mit 98,98 g CaCl₂-Lösung hergestellt, die 400 ppm Mg-Äquivalent enthielt. Man gab 2 #/T des Silikatkomplexes zu dem vorbehandelten Papierganzstoff. Der Papierganzstoff wurde mit 10 #/T kationischer Stärke, 5 #/T Alaun und 1 #/T CPAM (PC8695) vorbehandelt.
Bei dem in Tabelle 2 gezeigten Test Nr. 8 wurden die Ca-Silikatkomplexe durch Mischen von 1,017 g Natriumsilikat O mit 98,98 g MgCl₂-Lösung hergestellt, die 100 ppm Mg-Äquivalent enthielt. Man gab 2 #/T des Silikatkomplexes zu dem vorbehandelten Papierganzstoff. Der Papierganzstoff wurde mit 10 #/T kationischer Stärke, 5 #/T Alaun und 1 #/T CPAM (PC8695) vorbehandelt.
Bei dem in Tabelle 2 gezeigten Test Nr. 9 wurden die Ca-Silikatkomplexe durch Mischen von 1,017 g Natriumsilikat O mit 98,98 g MgCl₂-Lösung hergestellt, die 200 ppm Mg-Äquivalent enthielt. Man gab 2 #/T des Silikatkomplexes zu dem vorbehandelten Papierganzstoff. Der Papierganzstoff wurde mit 10 #/T kationischer Stärke, 5 #/T Alaun und 1 #/T CPAM (PC8695) vorbehandelt.
Bei dem in Tabelle 2 gezeigten Test Nr. 10 wurden die Ca-Silikatkomplexe durch Mischen von 1,017 g Natriumsilikat O mit 98,98 g MgCl₂-Lösung hergestellt, die 300 ppm Mg-Äquivalent enthielt. Man gab 2 #/T des Silikatkomplexes zu dem vorbehandelten Papierganzstoff. Der Papierganzstoff wurde mit 10 #/T kationischer Stärke, 5 #/T Alaun und 1 #/T CPAM (PC8695) vorbehandelt.
Bei dem in Tabelle 2 gezeigten Test Nr. 11 wurden die Ca-Silikatkomplexe durch Mischen von 1,017 g Natriumsilikat O mit 98,98 g MgCl₂-Lösung hergestellt, die 400 ppm Mg-Äquivalent enthielt. Man gab 2 #/T des Silikatkomplexes zu dem vorbehandelten Papierganzstoff. Der Papierganzstoff wurde mit 10 #/T kationischer Stärke, 5 #/T Alaun und 1 #/T CPAM (PC8695) vorbehandelt.
Bei dem in Tabelle 2 gezeigten Test Nr. 12 wurden die Ca-Silikatkomplexe durch Mischen von 1,017 g Natriumsilikat O mit 98,98 g MgCl₂-Lösung hergestellt, die 500 ppm Mg-Äquivalent enthielt. Man gab 2 #/T des Silikatkomplexes zu dem vorbehandelten Papierganzstoff. Der Papierganzstoff wurde mit 10 #/T kationischer Stärke, 5 #/T Alaun und 1 #/T CPAM (PC8695) vorbehandelt.
Die endgültigen Papierganzstoffe der Tests mit den Nummern 1 bis 12 wurden dann auf eine CSF-Vorrichtung überführt, so dass man die Entwässerungsrate messen konnte. Die Ergebnisse der Proben werden in der folgenden Tabelle 2 zusammengestellt.
Tabelle 2
Tabelle 2 erläutert, dass die Ca- und Mg-Silikatkomplexe mit einem Ca/Si-Molverhältnis, das von 0,018 bis 0,072 reicht, oder einem Mg/Si-Molverhältnis, das von 0,021 bis 0,105 reicht, die Entwässerungseigenschaften des Papierganzstoffes signifikant verbessern. Darüber hinaus zeigt Tabelle 2, dass bei einem Ca/Si-Molverhältnis des Ca-Silikatkomplexes von mindestens 0,036 der Silikatkomplex einen Niederschlag bildet, der für das bloße Auge sichtbar war (wie die Proben in den Tests mit den Nummern 5 bis 7) und die Entwässerungsaktivität somit abnahm.
Tabelle 2 erläutert auch, dass die Zugabe von Na-Silikat zu dem Papierganzstoff dabei hilft, die Entwässerungsrate des Papierganzstoffes zu erhöhen.
Alle Lösungen, welche die erfindungsgemäßen Silikatkomplexe enthielten, waren klare Lösungen mit der Ausnahme der Lösungen der Tests mit den Nummern 5 bis 7, welche eine kleine Menge eines Niederschlags enthielten, der für das bloße Auge sichtbar war. Somit waren alle sich aus Beispiel 1 ergebenden Silikatkomplexe wasserlöslich mit der Ausnahme der Tests mit den Nummern 5 bis 7, die eine kleine Niederschlagsmenge lieferten.
Beispiel 2
Man stellte eine Kontrollprobe (der in der folgenden Tabelle 3 gezeigte Test Nr. 1) durch Zugabe von 10 #/T kationischer Stärke, 5 #/T Alaun und 0,5 #/T CPAM (PC8138) zur einem Papierganzstoff her.
Eine Probe (der in der folgenden Tabelle 3 gezeigte Test Nr. 2), die eine käufliche micropartikuläre Entwässerungshilfe, Bentonit, enthielt, war auch in diesem Beispiel enthalten. Das in diesem Beispiel verwendete Bentonit war "Bentolite HS" und wurde von Southern Clay Products, Inc. geliefert. Das Bentonit wurde zu einem Papierganzstoff gegeben, der mit 10 #/T kationischer Stärke, 5 #/T Alaun und 0,5 #/T CPAM (PC8138) vorbehandelt wurde. Die zugegebene Bentonitmenge war 2 #/T bezogen auf das Feststoffgewicht.
Eine Na-Silikat N-Probe (der in der folgenden Tabelle 3 gezeigte Test Nr. 3), die keine Ca- oder Mg-Ionen enthielt, wurde ebenfalls hergestellt. Man verdünnte 2,01 g Na-Silikat N mit 248 g deionisiertem Wasser bis auf eine Konzentration von 0,3 Gew.% und mischte kontinuierlich über 1 min. Dann gab man das verdünnte Na-Silikat sofort zu einem Papierganzstoff, der mit 10 #/T kationischer Stärke, 5 #/T Alaun und 0,5 #/T CPAM (PC8138) vorbehandelt wurde. Die zugegebene Na-Silikat N-Menge war 2 #/T bezogen auf das Trockenfeststoffgewicht.
Man stellt 7 Ca-Silikatkomplexe und 4 Mg-Silikatkomplexe (die in der folgenden Tabelle 3 gezeigten Tests mit den Nummern 4 bis 14), die 0,3 Gew.% Natriumsilikatfeststoff enthielten und verschiedene M'/Si-Molverhältnisse aufwiesen, wie in Tabelle 3 gezeigt, wie folgt her:
Bei dem in Tabelle 3 gezeigten Test Nr. 4 wurde der Ca-Silikatkomplex hergestellt, indem man zunächst 0,313 g 2 %ige CaCl₂-Lösung zu 247,68 g deionisiertem Wasser gab und dann 2,01 g Natriumsilikat N zu dem deionisierten Wasser gab. Die Mischungen wurden kontinuierlich auf einem Magnetrührer 1 min gemischt. 2 #/T des Silikatkomplexes wurde sofort zu einem vorbehandelten Papierganzstoff zur Messung der Entwässerungsrate gegeben. (Die Menge des Silikatkomplexes betrug 2 #/T bezogen auf das Feststoffgewicht des Natriumsilikats). Der vorbehandelte Ganzstoff wurde durch Zugabe der folgenden Additive zu dem Papierganzstoff in der folgenden Reihenfolge hergestellt: 10 #/T kationische Stärke, 5 #/T Alaun und 0,5 #/T CPAM (PC8138). Jedes Additiv mit der Ausnahme von CPAM (PC8138) wurde 10 Sekunden gemischt. CPAM (PC8138) wurde 60 Sekunden gemischt.
Bei dem in Tabelle 3 gezeigten Test Nr. 5 wurde der Ca-Silikatkomplex hergestellt, indem man zunächst 0,625 g 2 %ige CaCl₂-Lösung zu 247,37 g deionisiertem Wasser gab und dann 2,01 g Natriumsilikat N zu dem deionisierten Wasser gab. Die Mischungen wurden kontinuierlich auf einem Magnetrührer 1 min gemischt. 2 #/T des Silikatkomplexes wurde sofort zu einem vorbehandelten Papierganzstoff zur Messung der Entwässerungsrate gegeben.
Der vorbehandelte Ganzstoff wurde durch Zugabe der folgenden Additive zu dem Papierganzstoff in der folgenden Reihenfolge hergestellt: 10 #/T kationische Stärke, 5 #/T Alaun und 0,5 #/T CPAM (PC8138). Jedes Additiv mit der Ausnahme von CPAM (PC8138) wurde 10 Sekunden gemischt. CPAM (PC8138) wurde 60 Sekunden gemischt.
Bei dem in Tabelle 3 gezeigten Test Nr. 6 wurde der Ca-Silikatkomplex hergestellt, indem man zunächst 1,25 g 2 %ige CaCl2-Lösung zu 246,74 g deionisiertem Wasser gab und dann 2,01 g Natriumsilikat N zu dem deionisierten Wasser gab. Die Mischungen wurden kontinuierlich auf einem Magnetrührer 1 min gemischt. 2 #/T des Silikatkomplexes wurde sofort zu einem vorbehandelten Papierganzstoff zur Messung der Entwässerungsrate gegeben. Der vorbehandelte Ganzstoff wurde durch Zugabe der folgenden Additive zu dem Papierganzstoff in der folgenden Reihenfolge hergestellt: 10 #/T kationische Stärke, 5 #/T Alaun und 0,5 #/T CPAM (PC8138). Jedes Additiv mit der Ausnahme von CPAM (PC8138) wurde 10 Sekunden gemischt. CPAM (PC8138) wurde 60 Sekunden gemischt.
Bei dem in Tabelle 3 gezeigten Test Nr. 7 wurde der Ca-Silikatkomplex hergestellt, indem man zunächst 1,875 g 2 %ige CaCl₂-Lösung zu 246,12 g deionisiertem Wasser gab und dann 2,01 g Natriumsilikat N zu dem deionisierten Wasser gab. Die Mischungen wurden kontinuierlich auf einem Magnetrührer 1 min gemischt. 2 #/T des Silikatkomplexes wurde sofort zu einem vorbehandelten Papierganzstoff zur Messung der Entwässerungsrate gegeben. Der vorbehandelte Ganzstoff wurde durch Zugabe der folgenden Additive zu dem Papierganzstoff in der folgenden Reihenfolge hergestellt: 10 #/T kationische Stärke, 5 #/T Alaun und 0,5 #/T CPAM (PC8138). Jedes Additiv mit der Ausnahme von CPAM (PC8138) wurde 10 Sekunden gemischt. CPAM (PC8138) wurde 60 Sekunden gemischt.
Bei dem in Tabelle 3 gezeigten Test Nr. 8 wurde der Ca-Silikatkomplex hergestellt, indem man zunächst 2,5 g 2 %ige CaCl₂-Lösung zu 245,49 g deionisiertem Wasser gab und dann 2,01 g Natriumsilikat N zu dem deionisierten Wasser gab. Die Mischungen wurden kontinuierlich auf einem Magnetrührer 1 min gemischt. 2 #/T des Silikatkomplexes wurde sofort zu einem vorbehandelten Papierganzstoff zur Messung der Entwässerungsrate gegeben. Der vorbehandelte Ganzstoff wurde durch Zugabe der folgenden Additive zu dem Papierganzstoff in der folgenden Reihenfolge hergestellt: 10 #/T kationische Stärke, 5 #/T Alaun und 0,5 #/T CPAM (PC8138). Jedes Additiv mit der Ausnahme von CPAM (PC8138) wurde 10 Sekunden gemischt. CPAM (PC8138) wurde 60 Sekunden gemischt.
Bei dem in Tabelle 3 gezeigten Test Nr. 9 wurde der Ca-Silikatkomplex hergestellt, indem man zunächst 3,75 g 2 %ige CaCl₂-Lösung zu 244,24 g deionisiertem Wasser gab und dann 2,01 g Natriumsilikat N zu dem deionisierten Wasser gab. Die Mischungen wurden kontinuierlich auf einem Magnetrührer 1 min gemischt. 2 #/T des Silikatkomplexes wurde sofort zu einem vorbehandelten Papierganzstoff zur Messung der Entwässerungsrate gegeben. Der vorbehandelte Ganzstoff wurde durch Zugabe der folgenden Additive zu dem Papierganzstoff in der folgenden Reihenfolge hergestellt: 10 #/T kationische Stärke, 5 #/T Alaun und 0,5 #/T CPAM (PC8138). Jedes Additiv mit der Ausnahme von CPAM (PC8138) wurde 10 Sekunden gemischt. CPAM (PC8138) wurde 60 Sekunden gemischt.
Bei dem in Tabelle 3 gezeigten Test Nr. 10 wurde der Ca-Silikatkomplex hergestellt, indem man zunächst 5 g 2 %ige CaCl₂-Lösung zu 242,99 g deionisiertem Wasser gab und dann 2,01 g Natriumsilikat N zu dem deionisierten Wasser gab. Die Mischungen wurden kontinuierlich auf einem Magnetrührer 1 min gemischt. 2 #/T des Silikatkomplexes wurde sofort zu einem vorbehandelten Papierganzstoff zur Messung der Entwässerungsrate gegeben. Der vorbehandelte Ganzstoff wurde durch Zugabe der folgenden Additive zu dem Papierganzstoff in der folgenden Reihenfolge hergestellt: 10 #/T kationische Stärke, 5 #/T Alaun und 0,5 #/T CPAM (PC8138). Jedes Additiv mit der Ausnahme von CPAM (PC8138) wurde 10 Sekunden gemischt. CPAM (PC8138) wurde 60 Sekunden gemischt.
Bei dem in Tabelle 3 gezeigten Test Nr. 11 wurde der Mg-Silikatkomplex hergestellt, indem man zunächst 2,5 g 1 %ige MgCl₂-Lösung zu 245,49 g deionisiertem Wasser gab und dann 2,01 g Natriumsilikat N zu dem deionisierten Wasser gab. Die Mischungen wurden kontinuierlich auf einem Magnetrührer 1 min gemischt. 2 #/T des Silikatkomplexes wurde sofort zu einem vorbehandelten Papierganzstoff zur Messung der Entwässerungsrate gegeben. Der vorbehandelte Ganzstoff wurde durch Zugabe der folgenden Additive zu dem Papierganzstoff in der folgenden Reihenfolge hergestellt: 10 #/T kationische Stärke, 5 #/T Alaun und 0,5 #/T CPAM (PC8138). Jedes Additiv mit der Ausnahme von CPAM (PC8138) wurde 10 Sekunden gemischt. CPAM (PC8138) wurde 60 Sekunden gemischt.
Bei dem in Tabelle 3 gezeigten Test Nr. 12 wurde der Mg-Silikatkomplex hergestellt, indem man zunächst 5 g 1 %ige MgCl₂-Lösung zu 242,99 g deionisiertem Wasser gab und dann 2,01 g Natriumsilikat N zu dem deionisierten Wasser gab. Die Mischungen wurden kontinuierlich auf einem Magnetrührer 1 min gemischt. 2 #/T des Silikatkomplexes wurde sofort zu einem vorbehan delten Papierganzstoff zur Messung der Entwässerungsrate gegeben. Der vorbehandelte Ganzstoff wurde durch Zugabe der folgenden Additive zu dem Papierganzstoff in der folgenden Reihenfolge hergestellt: 10 #/T kationische Stärke, 5 #/T Alaun und 0,5 #/T CPAM (PC8138). Jedes Additiv mit der Ausnahme von CPAM (PC8138) wurde 10 Sekunden gemischt. CPAM (PC8138) wurde 60 Sekunden gemischt.
Bei dem in Tabelle 3 gezeigten Test Nr. 13 wurde der Mg-Silikatkomplex hergestellt, indem man zunächst 7,5 g 1 %ige MgCl₂-Lösung zu 240,49 g deionisiertem Wasser gab und dann 2,01 g Natriumsilikat N zu dem deionisierten Wasser gab. Die Mischungen wurden kontinuierlich auf einem Magnetrührer 1 min gemischt. 2 #/T des Silikatkomplexes wurde sofort zu einem vorbehandelten Papierganzstoff zur Messung der Entwässerungsrate gegeben. Der vorbehandelte Ganzstoff wurde durch Zugabe der folgenden Additive zu dem Papierganzstoff in der folgenden Reihenfolge hergestellt: 10 #/T kationische Stärke, 5 #/T Alaun und 0,5 #/T CPAM (PC8138). Jedes Additiv mit der Ausnahme von CPAM (PC8138) wurde 10 Sekunden gemischt. CPAM (PC8138) wurde 60 Sekunden gemischt.
Bei dem in Tabelle 3 gezeigten Test Nr. 14 wurde der Mg-Silikatkomplex hergestellt, indem man zunächst 10 g 1 %ige MgCl₂-Lösung zu 237,99 g deionisiertem Wasser gab und dann 2,01 g Natriumsilikat N zu dem deionisierten Wasser gab. Die Mischungen wurden kontinuierlich auf einem Magnetrührer 1 min gemischt. 2 #/T des Silikatkomplexes wurde sofort zu einem vorbehandelten Papierganzstoff zur Messung der Entwässerungsrate gegeben. Der vorbehandelte Ganzstoff wurde durch Zugabe der folgenden Additive zu dem Papierganzstoff in der folgenden Reihenfolge hergestellt: 10 #/T kationische Stärke, 5 #/T Alaun und 0,5 #/T CPAM (PC8138). Jedes Additiv mit der Ausnahme von CPAM (PC8138) wurde 10 Sekunden gemischt. CPAM (PC8138) wurde 60 Sekunden gemischt.
Die resultierenden Papierganzstoffe der Tests mit den Nummern 1 bis 14 wurden dann auf eine CSF-Vorrichtung überführt, so dass man die Entwässerungsrate messen konnte. Die Ergebnisse der Proben in diesem Beispiel werden in der folgenden Tabelle 3 gezeigt.
Tabelle 3
Tabelle 3 erläutert klar, dass Ca- und Mg-Silikatkomplexe mit einem Molverhältnis von 0,006 bis 0,11 (Proben der Tests mit den Nummern 3 bis 14) signifikant die Entwässerungseigenschaften des Papierganzstoffs verbessern. Ähnlich verbessert auch die Zugabe von Natriumsilikat oder Bentonit zu dem Papierganzstoff die Entwässerungsrate.
Alle Lösungen, die erfindungsgemäße Silikatkomplexe enthielten, waren klare Lösungen.
Beispiel 3
Eine Kontrollprobe (der in der folgenden Tabelle 4 gezeigte Test Nr. 1) wurde durch Zugabe zu einem Papierganzstoff erhalten, der mit 10 #/T kationischer Stärke, 5 #/T Alaun, 1 #/T CPAM (PC8695) vorbehandelt wurde.
Eine Na-Silikat O-Probe (der in der folgenden Tabelle 4 gezeigte Test Nr. 2) war in diesem Beispiel auch enthalten. Na-Silikat O wurde auf 0,075 Gew.% SiO₂ durch Zugabe von 0,254 g Na-Silikat O zu 99,75 g deionisiertem Wasser verdünnt, bevor man es zu einem Papierganzstoff gab, der mit 10 #/T kationischer Stärke, 5 #/T Alaun, 1 #/T CPAM (PC8695) vorbehandelt wurde.
Man stellte vier Ca/Mg-Silikatkomplexe (die in der folgenden Tabelle 4 gezeigten Tests mit den Nummern 3 bis 6) her, die 0,075 Gew.% SiO₂ enthielten und unterschiedliche M'/Si-Molverhältnisse aufwiesen, wie in Tabelle 4 gezeigt, wie folgt her:
Beim Test Nr. 3 wurde der Komplex durch Zugabe von 0,254 g Na-Silikat O zu 99,75 g Wasser hergestellt, das Mg/Ca-Ionen enthielt und eine Härte von 34 ppm Ca-Äquivalent aufwies. Dann gab man 2 #/T des Komplexes zu einem Papierganzstoff, der mit 10 #/T kationischer Stärke, 5 #/T Alaun, 1 #/T CPAM (PC8695) vorbehandelt wurde. Die Mischung wurde etwa 30 min kontinuierlich gemischt und dann 3 Stunden stehen gelassen. Dann überführte man die Papierganzstoffe auf eine CSF-Vorrichtung, so dass man die Entwässerungsraten messen konnte.
Beim Test Nr. 4 wurde der Komplex durch Zugabe von 0,254 g Na-Silikat O zu 99,75 g Wasser hergestellt, das Mg/Ca-Ionen enthielt und eine Härte von 68 ppm Ca-Äquivalent aufwies. Dann gab man 2 #/T des Komplexes zu einem Papierganzstoff, der mit 10 #/T kationischer Stärke, 5 #/T Alaun, 1 #/T CPAM vorbehandelt wurde. Die Mischung wurde etwa 30 min kontinuierlich gemischt und dann 3 Stunden stehen gelassen. Dann überführte man die Papierganzstoffe auf eine CSF-Vorrichtung, so dass man die Entwässerungsraten messen konnte.
Beim Test Nr. 5 wurde der Komplex durch Zugabe von 0,254 g Na-Silikat O zu 99,75 g Wasser hergestellt, das Mg/Ca-Ionen enthielt und eine Härte von 102 ppm Ca-Äquivalent aufwies. Dann gab man 2 #/T des Komplexes zu einem Papierganzstoff, der mit 10 #/T kationischer Stärke, 5 #/T Alaun, 1 #/T CPAM vorbehandelt wurde. Die Mischung wurde etwa 30 min kontinuierlich gemischt und dann 3 Stunden stehen gelassen. Dann überführte man die Papierganzstoffe auf eine CSF-Vorrichtung, so dass man die Entwässerungsraten messen konnte.
Beim Test Nr. 6 wurde der Komplex durch Zugabe von 0,254 g Na-Silikat O zu 99,75 g Wasser hergestellt, das Mg/Ca-Ionen enthielt und eine Härte von 136 ppm Ca-Äquivalent aufwies. Dann gab man 2 #/T des Komplexes zu einem Papierganzstoff, der mit 10 #/T kationischer Stärke, 5 #/T Alaun, 1 #/T CPAM vorbehandelt wurde. Die Mischung wurde etwa 30 min kontinuierlich gemischt und dann 3 Stunden stehen gelassen. Dann überführte man die Papierganzstoffe auf eine CSF-Vorrichtung, so dass man die Entwässerungsraten messen konnte.
Die Ergebnisse der Proben in diesem Beispiel werden in der folgenden Tabelle 4 zusammengestellt.
Tabelle 4
Tabelle 4 erläutert, dass die Verwendung von Ca/Mg-Silikatkomplexen mit (Ca+Mg)/Si-Verhältnissen von 0,068 bis 0,204 die Entwässerungseigenschaften des Papierganzstoffs signifikant verbessern. Im Gegensatz dazu bildet sich bei der Verwendung eines Ca/Mg-Silikatkomplexes (wie in den Proben des Tests Nr. 6 gezeigt) mit einem (Ca+Mg)/Si-Verhältnis von 0,272 ein Niederschlag und zeigt dieser somit keine starke Verbesserung bei den Entwässerungseigenschaften des Papierganzstoffs.
Tabelle 4 zeigt auch, dass das Vorliegen von Natriumsilikat im Papierganzstoff die Entwässerungsaktivitäten erhöht.
Alle Lösungen, welche erfindungsgemäße Silikatkomplexe enthielten, waren klare Lösungen mit der Ausnahme der Lösung des Tests Nr. 6, der einen für das bloße Auge sichtbaren Niederschlag enthielt. Somit waren alle sich aus Beispiel 3 ergebenden Silikatkomplexe wasserlöslich mit der Ausnahme des Tests Nr. 6 (der eine Härte von 136 ppm Ca-Äquivalent aufwies), der einen Niederschlag ergab.
Beispiel 4
Die Proben der Tests mit den Nummern 3 bis 6 (wie in der folgenden Tabelle 5 gezeigt) dieses Beispiels waren die gleichen wie jene der Tests mit den Nummern 3 bis 6 des Beispiels 3, mit der Ausnahme, dass der Papierganzstoff mit APAM (PA8130) anstelle von CPAM behandelt wurde. Das heißt, dass vor der Zugabe der Ca/Mg-Silikatkomplexe 10 #/T kationische Stärke, 5 #/T Alaun und 0,5 #/T APAM nacheinander zu dem Papierganzstoff gegeben wurden.
Man stellte auch eine Na-Silikat O-Probe (der in der folgenden Tabelle 5 gezeigte Test Nr. 2) her, die keine Ca- oder Mg-Ionen enthielt. Na-Silikat 0 wurde auf 0,075 Gew.% SiO₂ in deionisiertem Wasser verdünnt und dann zu einem Papierganzstoff gegeben, der 10 #/T kationische Stärke, 5 #/T Alaun und 0,5 #/T APAM (PA8130) enthielt.
Man stellte eine Kontrollprobe (der in der folgenden Tabelle 5 gezeigte Test Nr. 1) her, die nur den Papierganzstoff enthielt. Der Papierganzstoff wurde mit 10 #/T kationischer Stärke, 5 #/T Alaun und 0,5 #/T APAM (PA8130) vorbehandelt.
Die resultierenden Papierganzstoffe wurden auf eine CSF-Vorrichtung überführt, so dass man die Entwässerungsraten messen konnte. Die Ergebnisse werden in der folgenden Tabelle 5 zusammengestellt.
Tabelle 5
Wie die Tabelle 5 zeigt, erhält man eine verbesserte Entwässerung, wenn der Papierganzstoff mit einem anionischen Polymer zusammen mit Ca/Mg-Silikat behandelt wurde. Die Zugabe von Natriumsilikat zu dem Papierganzstoff erhöht die Entwässerungsrate ähnlich.
Beispiel 5
Man stellte eine Kontrollprobe (den in der folgenden Tabelle 5 gezeigten Test Nr. 1) durch Zugabe von 10 #/T kationischer Stärke, 5 #/T Alaun und 1 #/T CPAM (NOVUS 8910) zu einem Papierganzstoff her.
Man stellte 9 Proben von Ca/Mg-Silikatkomplexen (die in der Tabelle 6 gezeigten Tests mit den Nummern 2 bis 10) her, die 0,3 Gew.% SiO₂ enthielten und ein (Ca+Mg)/Si-Molverhältnis von 0,034 aufwiesen, wie folgt her:
Bei dem Test Nr. 2 wurde der Komplex durch Mischen von 1 g Na-Silikat STIXSO RR und 99,00 g Wasser hergestellt, das Mg/Ca-Ionen enthielt und eine Härte von 68 ppm Ca-Äquivalent aufwies. Die Mischung wurde 30 min kontinuierlich gemischt und dann 3 Stunden stehen gelassen. Dann gab man 2 #/T des Komplexes zu einem Papierganzstoff, der mit 10 #/T kationischer Stärke, 5 #/T Alaun und 1 #/T CPAM (NOVUS 8910) vorbehandelt wurde.
Bei dem Test Nr. 3 wurde der Komplex durch Mischen von 1,083 g Na-Silikat E und 98,92 g Wasser hergestellt, das Mg/Ca-Ionen enthielt und eine Härte von 68 ppm Ca-Äquivalent aufwies. Die Mischung wurde 30 min kontinuierlich gemischt und dann 3 Stunden stehen gelassen. Dann gab man 2 #/T des Komplexes zu einem Papierganzstoff, der mit 10 #/T kationischer Stärke, 5 #/T Alaun und 1 #/T CPAM (NOVUS 8910) vorbehandelt wurde.
Bei dem Test Nr. 4 wurde der Komplex durch Mischen von 1,045 g Na-Silikat N und 98,95 g Wasser hergestellt, das Mg/Ca-Ionen enthielt und eine Härte von 68 ppm Ca-Äquivalent aufwies. Die Mischung wurde 30 min kontinuierlich gemischt und dann 3 Stunden stehen gelassen. Dann gab man 2 #/T des Komplexes zu einem Papierganzstoff, der mit 10 #/T kationischer Stärke, 5 #/T Alaun und 1 #/T CPAM (NOVUS 8910) vorbehandelt wurde.
Bei dem Test Nr. 5 wurde der Komplex durch Mischen von 1,017 g Na-Silikat 0 und 98,98 g Wasser hergestellt, das Mg/Ca-Ionen enthielt und eine Härte von 68 ppm Ca-Äquivalent aufwies. Die Mischung wurde 30 min kontinuierlich gemischt und dann 3 Stunden stehen gelassen. Dann gab man 2 #/T des Komplexes zu einem Papierganzstoff, der mit 10 #/T kationischer Stärke, 5 #/T Alaun und 1 #/T CPAM (NOVUS 8910) vorbehandelt wurde.
Bei dem Test Nr. 6 wurde der Komplex durch Mischen von 1,027 g Na-Silikat, Stufe 40 und 98,97 g Wasser hergestellt, das Mg/Ca-Ionen enthielt und eine Härte von 68 ppm Ca-Äquivalent aufwies. Die Mischung wurde 30 min kontinuierlich gemischt und dann 3 Stunden stehen gelassen. Dann gab man 2 #/T des Komplexes zu einem Papierganzstoff, der mit 10 #/T kationischer Stärke, 5 #/T Alaun und 1 #/T CPAM (NOVUS 8910) vorbehandelt wurde.
Bei dem Test Nr. 7 wurde der Komplex durch Mischen von 1 g Na-Silikat, Stufe 42 und 99,00 g Wasser hergestellt, das Mg/Ca-Ionen enthielt und eine Härte von 68 ppm Ca-Äquivalent aufwies. Die Mischung wurde 30 min kontinuierlich gemischt und dann 3 Stunden stehen gelassen. Dann gab man 2 #/T des Komplexes zu einem Papierganzstoff, der mit 10 #/T kationischer Stärke, 5 #/T Alaun und 1 #/T CPAM (NOVUS 8910) vorbehandelt wurde.
Bei dem Test Nr. 8 wurde der Komplex durch Mischen von 0,946 g Na-Silikat K und 99,05 g Wasser hergestellt, das Mg/Ca-Ionen enthielt und eine Härte von 68 ppm Ca-Äquivalent aufwies. Die Mischung wurde 30 min kontinuierlich gemischt und dann 3 Stünden stehen gelassen. Dann gab man 2 #/T des Komplexes zu einem Papierganzstoff, der mit 10 #/T kationischer Stärke, 5 #/T Alaun und 1 #/T CPAM (NOVUS 8910) vorbehandelt wurde.
Bei dem Test Nr. 9 wurde der Komplex durch Mischen von 0,935 g Na-Silikat M und 99,07 g Wasser hergestellt, das Mg/Ca-Ionen enthielt und eine Härte von 68 ppm Ca-Äquivalent aufwies. Die Mischung wurde 30 min kontinuierlich gemischt und dann 3 Stunden stehen gelassen. Dann gab man 2 #/T des Komplexes zu einem Papierganzstoff, der mit 10 #/T kationischer Stärke, 5 #/T Alaun und 1 #/T CPAM (NOVUS 8910) vorbehandelt wurde.
Bei dem Test Nr. 10 wurde der Komplex durch Mischen von 1,020 g Na-Silikat D und 98,98 g Wasser hergestellt, das Mg/Ca-Ionen enthielt und eine Härte von 68 ppm Ca-Äquivalent aufwies. Die Mischung wurde 30 min kontinuierlich gemischt und dann 3 Stunden stehen gelassen. Dann gab man 2 #/T des Komplexes zu einem Papierganzstoff, der mit 10 #/T kationischer Stärke, 5 #/T Alaun und 1 #/T CPAM (NOVUS 8910) vorbehandelt wurde.
Die Papierganzstoffe wurden dann auf eine CSF-Vorrichtung überführt, so dass man die Entwässerungsraten messen konnte. Die Ergebnisse werden in der Tabelle 6 erläutert.
Tabelle 6
Wie die Tabelle 6 demonstriert, bilden Natriumsilikate mit einem SiO₂/Na₂O-Gewichtsverhältnis im Bereich von 2,0 bis 3,25 aktive Ca/Mg-Silikatkomplexe.
Beispiel 6
Die in diesem Beispiel verwendeten Ca/Mg-Silikatkomplexe waren die gleichen wie diejenigen des Beispiels 5, mit der Ausnahme der Verwendung von 0,25 #/T APAM (PA8130) anstelle von 1 #/T CPAM. Das heißt, 10 #/T kationische Stärke, 5 #/T Alaun, 0,25 #/T APAM und 2 #/T Ca/Mg-Silikatkomplexe (als SiO₂) wurden nacheinander zu dem Papierganzstoff gegeben.
Die Kontrollprobe dieses Beispiels war die gleiche wie im Beispiel 5, mit der Ausnahme der Verwendung von 0,25 #/T APAM (PA8130) anstelle von 1 #/T CPAM.
Die behandelten Papierganzstoffe wurden dann auf eine CSF-Vorrichtung überführt, so dass man die Entwässerungsraten messen konnte. Die Ergebnisse werden in der folgenden Tabelle 7 zusammengestellt.
Tabelle 7
Wie in Tabelle 7 erläutert, verbessern Ca/Mg-Silikatkomplexe, die aus Natriumsilikaten mit SiO₂/Na₂O-Gewichtsverhältnissen im Bereich von 2,0 bis 3,25 gebildet wurden, die Entwässerungsraten eines mit APAM-Flockungsmittel behandelten Papierganzstoffs.
Beispiel 7
Man stellte eine Kontrollprobe (der in der folgenden Tabelle 8 gezeigte Test Nr. 1) her, indem man einen Papierganzstoff in einer CSF-Vorrichtung platzierte, so dass man die Entwässerungsrate messen konnte.
Eine weitere Kontrollprobe (der in der folgenden Tabelle 8 gezeigte Test Nr. 2) wurde durch Zugabe von 0,5 #/T CPAM (PC8138) zu einem Papierganzstoff hergestellt.
Eine Probe mit 0,15 % CaCl₂ (der in der folgenden Tabelle 8 gezeigte Test Nr. 3) wurde durch Zugabe von 0,452 g konzentrierter CaCl₂-Lösung (mit einem 38%igen Trockenfeststoffgehalt, hergestellt von TETRA Technology) zu 114,5 g deionisiertem Wasser hergestellt. Man gab die 0,15%ige CaCl₂-Lösung in einer Menge von 2 #/T zu einem vorbehandelten Papierganzstoff zur Mes sung der Entwässerungsrate. Der vorbehandelte Ganzstoff wurde durch Zugabe von 0,5 #/T CPAM (PC8138) zu dem Papierganzstoff hergestellt.
Man stellte ebenfalls eine Na-Silikat N-Probe (der in Tabelle 8 gezeigte Test Nr. 4), die keine Ca- oder Mg-Ionen enthielt, wie folgt her:
0,803 g Na-Silikat N wurden mit 99,20 g deionisiertem Wasser bis auf eine Konzentration von 0,3 Gew.% verdünnt und 1 min kontinuierlich gemischt. Dann gab man 2 #/T des verdünnten Na-Silikats sofort zu einem Papierganzstoff, der mit 0,5 #/T CPAM (PC8138) vorbehandelt wurde.
Bei den in der folgenden Tabelle 8 gezeigten Tests mit den Nummern 5 bis 8 wurden die Ca-Silikatkomplexe zusammen hergestellt. Der Ca-Silikatkomplex in diesen Tests wurde durch Zugabe von 20 g 0,15%iger CaCl₂-Lösung und 0,803 g Natriumsilikat N zu 89,2 g deionisiertem Wasser hergestellt. Die Lösung wurde dann kontinuierlich auf einem Magnetrührer 1 min gemischt. Bei den Tests mit den Nummern 5 bis 8 gab man 2 #/T des Silikatkomplexes sofort zu einem vorbehandelten Papierganzstoff zur Messung der Entwässerungsrate.
Beim Test Nr. 5 wurde der vorbehandelte Ganzstoff durch Zugabe von 0,5 #/T CPAM (PC8138) zum Papierganzstoff hergestellt.
Beim Test Nr. 6 wurde der vorbehandelte Ganzstoff durch Zugabe von 5 #/T Alaun und dann 0,5 #/T CPAM (PC8138) zum Papierganzstoff hergestellt.
Beim Test Nr. 7 wurde der vorbehandelte Ganzstoff durch Zugabe von 10 #/T kationischer Stärke und dann 0,5 #/T CPAM (PC8138) zum Papierganzstoff hergestellt.
Beim Test Nr. 8 wurde der vorbehandelte Ganzstoff durch Zugabe der folgenden Additive zum Ganzstoff hergestellt: 10 #/T kationische Stärke, 5 #/T Alaun und 0,5 #/T CPAM (PC8138).
Die endgültigen Papierganzstoffe wurden dann auf eine CSF-Vorrichtung überführt, so dass man die Entwässerungsraten messen konnte. Die Ergebnisse dieses Beispiels werden in der folgenden Tabelle 8 gezeigt.
Tabelle 8
Wie man in Tabelle 8 sehen kann, zeigen die Tests mit den Nummern 3 und 4 (die CaCl₂ bzw. Natriumsilikat N enthielten) keine Entwässerungsaktivität, wogegen der Calciumsilikatkomplex eine signifikante Entwässerungsaktivität aufwies. Die Ergebnisse der Tabelle 8 demonstrieren auch, dass der Ca-Silikatkomplex eine optimale Leistung zeigt, wenn man kationische Stärke, Alaun und ein kationisches Flockungsmittel (CPAM (PC8138)) zu dem Papierganzstoff gab. Der Ca-Silikatkomplex fördert auch bei der Zugabe mindestens eines Additivs die Entwässerungsaktivität im Papierganzstoff.
Beispiel 8
In diesem Beispiel wurde ein Ca/Mg-Silikatkomplex mit einer Konzentration von 0,3 % SiO₂ und einem (Ca+Mg)/Si-Molverhältnis von 0,034 hergestellt, indem man 1,02 g Natriumsilikat O mit 98,98 g Ca/Mg-Lösung mit einer Härte von 68 ppm Ca-Äquivalent umsetzte.
Bei der Entwässerungsstudie wurde der Ca/Mg-Silikatkomplex mit einer Reihe von Proben verglichen, in denen Natriumsilikate und Ca- oder Mg-Ionen des CaCl₂ und MgCl₂ zu dem Papierganzstoff getrennt ohne Vormischung unter Bildung von Ca- oder Mg-Silikatkomplexen gegeben wurden. Die Menge der Silikatkomplexe und des Natriumsilikats wird in der folgenden Tabelle 9 gezeigt. Die Ganzstoffbehandlung bestand aus einer aufeinanderfolgenden Zugabe von 10 #/T kationischer Stärke, 5 #/T Alaun und 1 #/T CPAM (PC8695), gefolgt von den in der folgenden Tabelle 9 gezeigten Testadditiven.
Die Dosis des Ca/Mg-Silikatkomplexes wurde als SiO₂ bestimmt und Natriumsilikat O, CaCl₂ und MgCl₂ wurden als Trockenfeststoff der Produkte bestimmt.
Die behandelten Papierganzstoffe wurden auf eine CSF-Vorrichtung überführt, so dass man die Entwässerungsrate messen konnte. Die Ergebnisse dieses Beispiels werden in Tabelle 9 gezeigt.
Tabelle 9
Wie die Tabelle 9 erläutert, übertrifft der zuvor gebildete Ca/Mg-Silikatkomplex des Tests Nr. 8 die einfache Kombination von Natriumsilikat und Ca- oder Mg-Ionen (ohne vorherige Bildung der Ca- oder Mg-Silikatkomplexe), der Tests mit den Nummern 3 bis 7 hinsichtlich der verbesserten Entwässerung. Die Tabelle 9 erläutert auch, dass die einfache Kombination des Natriumsilikats mit Ca- oder Mg-Ionen im wesentlichen die gleiche Entwässerungsverbesserung wie das Natriumsilikat selbst im Test Nr. 2 gibt.
Beispiel 9
Man stellte eine Kontrollprobe (den in der folgenden Tabelle 10 gezeigten Test Nr. 1) durch die aufeinanderfolgende Zugabe von 10 #/T kationischer Stärke, 5 #/T Alaun und 0,5 #/T CPAM (PC8138) zu einem Papierganzstoff her. Der Papierganzstoff wurde dann auf eine CSF-Vorrichtung überführt, so dass man die Entwässerungsraten messen konnte. Das Ergebnis dieser Kontrollprobe wird in der folgenden Tabelle 10 gezeigt.
In diesem Beispiel wurden sieben Ca-Silikatkomplexe (die in der folgenden Tabelle 10 gezeigten Tests mit den Nummern 2 bis 8) verwendet, die eine SiO₂-Konzentration von 0,3 % Trockengewicht und ein Ca/Si-Verhältnis von 0,071 aufwiesen. Jeder dieser sieben Ca-Silikatkomplexe wurde bei 22°C hergestellt, indem man 3,75 g 2%iges CaCl₂ zu 244,24 g deionisiertem Wasser gab und danach 2,01 g Natriumsilikat N zu dem deionisierten Wasser gab.
Im Test Nr. 2 wurde dann nach dem Fortschreiten der Reaktion für etwa 0,5 min 2 #/T des Ca-Komplexes zu einem Papierganzstoff überführt, der mit 10 #/T kationischer Stärke, 5 #/T Alaun und 0,5 #/T CPAM (PC8138) vorbehandelt wurde. Der Papierganzstoff wurde dann sofort auf eine CSF-Vorrichtung überführt, so dass man die Entwässerungsrate messen konnte.
Im Test Nr. 3 wurde dann nach dem Fortschreiten der Reaktion für etwa 4,3 min 2 #/T des Ca-Komplexes zu einem Papierganzstoff überführt, der mit 10 #/T kationischer Stärke, 5 #/T Alaun und 0,5 #/T CPAM (PC8138) vorbehandelt wurde. Der Papierganzstoff wurde dann sofort auf eine CSF-Vorrichtung überführt, so dass man die Entwässerungsrate messen konnte.
Im Test Nr. 4 wurde dann nach dem Fortschreiten der Reaktion für etwa 7,3 min 2 #/T des Ca-Komplexes zu einem Papierganzstoff überführt, der mit 10 #/T kationischer Stärke, 5 #/T Alaun und 0,5 #/T CPAM (PC8138) vorbehandelt wurde. Der Papierganzstoff wurde dann sofort auf eine CSF-Vorrichtung überführt, so dass man die Entwässerungsrate messen konnte.
Im Test Nr. 5 wurde dann nach dem Fortschreiten der Reaktion für etwa 15,5 min 2 #/T des Ca-Komplexes zu einem Papierganzstoff überführt, der mit 10 #/T kationischer Stärke, 5 #/T Alaun und 0,5 #/T CPAM (PC8138) vorbehandelt wurde. Der Papierganzstoff wurde dann sofort auf eine CSF-Vorrichtung überführt, so dass man die Entwässerungsrate messen konnte.
Im Test Nr. 6 wurde dann nach dem Fortschreiten der Reaktion für etwa 30 min 2 #/T des Ca-Komplexes zu einem Papierganzstoff überführt, der mit 10 #/T kationischer Stärke, 5 #/T Alaun und 0,5 #/T CPAM (PC8138) vorbehandelt wurde. Der Papierganzstoff wurde dann sofort auf eine CSF-Vorrichtung überführt, so dass man die Entwässerungsrate messen konnte.
Im Test Nr. 7 wurde dann nach dem Fortschreiten der Reaktion für etwa 39 min 2 #/T des Ca-Komplexes zu einem Papierganzstoff überführt, der mit 10 #/T kationischer Stärke, 5 #/T Alaun und 0,5 #/T CPAM (PC8138) vorbehandelt wurde. Der Papierganzstoff wurde dann sofort auf eine CSF-Vorrichtung überführt, so dass man die Entwässerungsrate messen konnte.
Im Test Nr. 8 wurde dann nach dem Fortschreiten der Reaktion für etwa 59 min 2 #/T des Ca-Komplexes zu einem Papierganzstoff überführt, der mit 10 #/T kationischer Stärke, 5 #/T Alaun und 0,5 #/T CPAM (PC8138) vorbehandelt wurde. Der Papierganzstoff wurde dann sofort auf eine CSF-Vorrichtung überführt, so dass man die Entwässerungsrate messen konnte.
In diesem Beispiel verwendete man zwei Ca-Silikatkomplexe (die in der folgenden Tabelle 10 gezeigten Tests mit den Nummern 9 und 10), die eine SiO₂-Konzentration von 0,3 % Trockengewicht und ein Ca/Si-Verhältnis von 0,071 aufwiesen. Jeder dieser beiden Ca-Silikatkomplexe wurde bei 50°C hergestellt, indem man 3,75 g 2%iges CaCl₂ zu 244,24 g deionisiertem Wasser und danach 2,01 g Natriumsilikat N zu dem deionisierten Wasser gab.
Im Test Nr. 9 wurde dann nach dem Fortschreiten der Reaktion für etwa 0,5 min 2 #/T des Ca-Komplexes zu einem Papierganzstoff überführt, der mit 10 #/T kationischer Stärke, 5 #/T Alaun und 0,5 #/T CPAM (PC8138) vorbehandelt wurde. Der Papierganzstoff wurde dann sofort auf eine CSF-Vorrichtung überführt, so dass man die Entwässerungsrate messen konnte.
Im Test Nr. 10 wurde dann nach dem Fortschreiten der Reaktion für etwa 3 min 2 #/T des Ca-Komplexes zu einem Papierganzstoff überführt, der mit 10 #/T kationischer Stärke, 5 #/T Alaun und 0,5 #/T CPAM (PC8138) vorbehandelt wurde. Der Papierganzstoff wurde dann sofort auf eine CSF-Vorrichtung überführt, so dass man die Entwässerungsrate messen konnte.
Fünf Ca-Silikatkomplexe (die in der folgenden Tabelle 10 gezeigten Tests mit den Nummern 11 bis 15), die eine SiO₂-Konzentration von 0,3 % Trockengewicht und ein Ca/Si-Verhältnis von 0,012 aufweisen, wurden in diesem Beispiel verwendet. Jeder der fünf Ca-Silikatkomplexe wurde bei 50°C hergestellt, indem man 0,625 g 2%iges CaCl₂ zu 247,37 g deionisiertem Wasser gab und danach 2,01 g Natriumsilikat N zu dem deionisierten Wasser.
Im Test Nr. 11 wurde dann nach dem Fortschreiten der Reaktion für etwa 0,5 min 2 #/T des Ca-Komplexes zu einem Papierganzstoff überführt, der mit 10 #/T kationischer Stärke, 5 #/T Alaun und 0,5 #/T CPAM (PC8138) vorbehandelt wurde. Der Papierganzstoff wurde dann sofort auf eine CSF-Vorrichtung überführt, so dass man die Entwässerungsrate messen konnte.
Im Test Nr. 12 wurde dann nach dem Fortschreiten der Reaktion für etwa 3,3 min 2 #/T des Ca-Komplexes zu einem Papierganzstoff überführt, der mit 10 #/T kationischer Stärke, 5 #/T Alaun und 0,5 #/T CPAM (PC8138) vorbehandelt wurde. Der Papierganzstoff wurde dann sofort auf eine CSF-Vorrichtung überführt, so dass man die Entwässerungsrate messen konnte.
Im Test Nr. 13 wurde dann nach dem Fortschreiten der Reaktion für etwa 6,3 min 2 #/T des Ca-Komplexes zu einem Papierganzstoff überführt, der mit 10 #/T kationischer Stärke, 5 #/T Alaun und 0,5 #/T CPAM (PC8138) vorbehandelt wurde. Der Papierganzstoff wurde dann sofort auf eine CSF-Vorrichtung überführt, so dass man die Entwässerungsrate messen konnte.
Im Test Nr. 14 wurde dann nach dem Fortschreiten der Reaktion für etwa 17 min 2 #/T des Ca-Komplexes zu einem Papierganzstoff überführt, der mit 10 #/T kationischer Stärke, 5 #/T Alaun und 0,5 #/T CPAM (PC8138) vorbehan delt wurde. Der Papierganzstoff wurde dann sofort auf eine CSF-Vorrichtung überführt, so dass man die Entwässerungsrate messen konnte.
Im Test Nr. 15 wurde dann nach dem Fortschreiten der Reaktion für etwa 20,5 min 2 #/T des Ca-Komplexes zu einem Papierganzstoff überführt, der mit 10 #/T kationischer Stärke, 5 #/T Alaun und 0,5 #/T CPAM (PC8138) vorbehandelt wurde. Der Papierganzstoff wurde dann sofort auf eine CSF-Vorrichtung überführt, so dass man die Entwässerungsrate messen konnte.
Die Ergebnisse der obigen Testproben waren wie folgt.
Tabelle 10
Wie die in Tabelle 10 zusammengestellten Ergebnisse erläutern, erreicht bei einem Molverhältnis Ca/Si von 0,071 der Ca-Silikatkomplex schnell seine maximale Entwässerungsaktivität kurz nach dem Beginn der Reaktion. Bei einem geringeren Ca/Si-Molverhältnis war der Reaktionszeitraum jedoch verlängert, selbst wenn die Reaktionstemperatur auf 50°C erhöht wurde.
Beispiel 10
Die in den Tests mit den Nummern 2 bis 4 und 6 verwendeten Ca/Mg-Silikatkomplexe waren die gleichen, da sie zusammen hergestellt wurden. Dieser Ca/Mg-Silikatkomplex hatte eine Konzentration von 0,3 Gew.% SiO₂ und ein (Ca-Mg)/Si-Molverhältnis von 0,034 und wurde hergestellt, indem man 1,02 #/T Natriumsilikat O mit 98,98 g Ca/Mg-Lösung mit einer Härte von 68 ppm Ca-Äquivalent etwa 30 min mischte und dann etwa 3 Stunden stehen ließ.
Speziell wurden die 6 Proben (die in Tabelle 11 gezeigten Tests mit den Nummern 1 bis 6) für dieses Beispiel wie folgt hergestellt:
Test Nr. 1 wurde durch die aufeinanderfolgende Zugabe von 10 #/T kationischer Stärke und 1 #/T CPAM (PC8695) zu einem Papierganzstoff hergestellt. Der Papierganzstoff wurde dann auf eine CSF-Vorrichtung überführt, so dass man die Entwässerungsraten messen konnte. Das Ergebnis dieser Kontrollprobe wird in der folgenden Tabelle 11 gezeigt.
In Test Nr. 2 gab man 2 #/T Ca/Mg-Silikatkomplex zu einem Papierganzstoff, der durch die aufeinanderfolgende Zugabe von 10 #/T kationischer Stärke und 1 #/T CPAM (PC8695) zu dem Papierganzstoff vorbehandelt wurde. Der Papierganzstoff wurde dann auf eine CSF-Vorrichtung überführt, so dass man die Entwässerungsrate messen konnte.
In Test Nr. 3 gab man 4 #/T Ca/Mg-Silikatkomplex zu einem Papierganzstoff, der durch die aufeinanderfolgende Zugabe von 10 #/T kationischer Stärke und 1 #/T CPAM (PC8695) zu dem Papierganzstoff vorbehandelt wurde. Der Papierganzstoff wurde dann auf eine CSF-Vorrichtung überführt, so dass man die Entwässerungsrate messen konnte.
In Test Nr. 4 gab man 6 #/T Ca/Mg-Silikatkomplex zu einem Papierganzstoff, der durch die aufeinanderfolgende Zugabe von 10 #/T kationischer Stärke und 1 #/T CPAM (PC8695) zu dem Papierganzstoff vorbehandelt wurde. Der Papierganzstoff wurde dann auf eine CSF-Vorrichtung überführt, so dass man die Entwässerungsrate messen konnte.
Test Nr. 5 wurde durch Zugabe von 1 #/T CPAM (PC8695) zu einem Papierganzstoff hergestellt. Der Papierganzstoff wurde dann auf eine CSF-Vorrichtung überführt, so dass man die Entwässerungsrate messen konnte. Das Ergebnis dieser Kontrollprobe wird in der folgenden Tabelle 11 gezeigt.
In Test Nr. 6 gab man 2 #/T des Ca/Mg-Silikatkomplexes zu einem Papierganzstoff, der durch Zugabe von 1 #/T CPAM (PC8695) zum Papierganzstoff vorbehandelt wurde. Der Papierganzstoff wurde dann auf eine CSF-Vorrichtung überführt, so dass man die Entwässerungsrate messen konnte.
Tabelle 11
Wie Tabelle 11 erläutert, führt die Verwendung von Ca/Mg zu einer signifikanten Verbesserung der Entwässerung (a) wenn nur CPAM-Flockungsmittel; und (b) wenn CPAM-Flockungsmittel und kationische Stärke im Papierganzstoff vorlagen.
Beispiel 11
In diesem Beispiel wurden 4 Ca/Mg-Komplexe (die in Tabelle 12 gezeigten Tests mit den Nummern 1 bis 4) wie folgt hergestellt:
In Test Nr. 1 wurde ein Ca/Mg-Silikatkomplex mit einer Konzentration von 0,3 Gew.% SiO₂ und einem (Ca+Mg)/Si-Molverhältnis von 0,034 bei 7°C durch Umsetzen von 1,02 g Natriumsilikat O mit 98,98 g Ca/Mg-Lösung, die 68 ppm Härte (als Ca-Äquivalent) enthielt, hergestellt. Wenn die Reaktionen etwa 3 min fortgeschritten waren, gab man 2 #/T des Ca/Mg-Komplexes sofort zu einem Papierganzstoff, der mit 10 #/T kationischer Stärke, 5 #/T Alaun und 1 #/T CPAM (PC8695) vorbehandelt wurde. Der Papierganzstoff wurde dann auf eine CSF-Vorrichtung überführt, so dass man die Entwässerungsrate messen konnte.
In Test Nr. 2 wurde ein Ca/Mg-Silikatkomplex mit einer Konzentration von 0,3 Gew.% SiO₂ und einem (Ca+Mg)/Si-Molverhältnis von 0,034 bei 15°C durch Umsetzen von 1,02 g Natriumsilikat O mit 98,98 g Ca/Mg-Lösung, die 68 ppm Härte (als Ca-Äquivalent) enthielt, hergestellt. Wenn die Reaktionen etwa 3 min fortgeschritten waren, gab man 2 #/T des Ca/Mg-Komplexes sofort zu einem Papierganzstoff, der mit 10 #/T kationischer Stärke, 5 #/T Alaun und 1 #/T CPAM (PC8695) vorbehandelt wurde. Der Papierganzstoff wurde dann auf eine CSF-Vorrichtung überführt, so dass man die Entwässerungsrate messen konnte.
In Test Nr. 3 wurde ein Ca/Mg-Silikatkomplex mit einer Konzentration von 0,3 Gew.% SiO₂ und einem (Ca+Mg)/Si-Molverhältnis von 0,034 bei 20°C durch Umsetzen von 1,02 g Natriumsilikat O mit 98,98 g Ca/Mg-Lösung, die 68 ppm Härte (als Ca-Äquivalent) enthielt, hergestellt. Wenn die Reaktionen etwa 3 min fortgeschritten waren, gab man 2 #/T des Ca/Mg-Komplexes sofort zu einem Papierganzstoff, der mit 10 #/T kationischer Stärke, 5 #/T Alaun und 1 #/T CPAM (PC8695) vorbehandelt wurde. Der Papierganzstoff wurde dann auf eine CSF-Vorrichtung überführt, so dass man die Entwässerungsrate messen konnte.
In Test Nr. 4 wurde ein Ca/Mg-Silikatkomplex mit einer Konzentration von 0,3 Gew.% SiO₂ und einem (Ca+Mg)/Si-Molverhältnis von 0,034 bei 50°C durch Umsetzen von 1,02 g Natriumsilikat O mit 98,98 g Ca/Mg-Lösung, die 68 ppm Härte (als Ca-Äquivalent) enthielt, hergestellt. Wenn die Reaktionen etwa 3 min fortgeschritten waren, gab man 2 #/T des Ca/Mg-Komplexes sofort zu einem Papierganzstoff, der mit 10 #/T kationischer Stärke, 5 #/T Alaun und 1 #/T CPAM (PC8695) vorbehandelt wurde. Der Papierganzstoff wurde dann auf eine CSF-Vorrichtung überführt, so dass man die Entwässerungsrate messen konnte.
Die Ergebnisse dieses Beispiels werden in der folgenden Tabelle 12 gezeigt.
Tabelle 12
Wie die Tabelle 12 zeigt, nimmt die Entwässerungsaktivität der Ca/Mg-Silikatkomplexe zu, wenn man die Reaktionstemperatur erhöht.
Beispiel 12
Der in diesem Beispiel verwendete Ca/Mg-Silikatkomplex war der gleiche wie der Komplex des Beispiels 10. Speziell wurde ein Ca/Mg-Silikatkomplex mit einer Konzentration von 0,3 % SiO₂ und einem (Ca+Mg)/Si-Molverhältnis von 0,034 hergestellt, indem man 1,02 #/T Natriumsilikat O mit 98,98 g Ca/Mg-Lösung mit einer Härte von 68 ppm Ca-Äquivalent etwa 30 min mischte und die Mischung dann etwa 3 Stunden stehen ließ.
Die Tests mit den Nummern 1 bis 12, die in der Tabelle 13 gezeigt werden, wurden wie folgt hergestellt:
In Test Nr. 1 gab man 10 #/T kationische Stärke, 5 #/T Alaun und 1 #/T CPAM (Novus 8910) zu dem Ganzstoff, der einen pH von 7,7 aufwies.
In Test Nr. 2 gab man 2 #/T Ca/Mg-Silikatkomplex zu einem Ganzstoff, der einen pH von 7,7 aufwies und mit 10 #/T kationischer Stärke, 5 #/T Alaun und 1 #/T CPAM (Novus 8910) vorbehandelt wurde.
In Test Nr. 3 gab man 10 #/T kationische Stärke, 5 #/T Alaun und 0,25 #/T APAM (PA8130) zu einem Ganzstoff, der einen pH von 7,7 aufwies.
In Test Nr. 4 gab man 2 #/T Ca/Mg-Silikatkomplex zu einem Ganzstoff, der einen pH von 7,7 aufwies und mit 10 #/T kationischer Stärke, 5 #/T Alaun und 0,25 #/T CPAM (PA8130) vorbehandelt wurde.
In Test Nr. 5 gab man 10 #/T kationische Stärke, 5 #/T Alaun und 1 #/T CPAM (Novus 8910) zu einem Ganzstoff, der einen pH von 8,7 aufwies.
In Test Nr. 6 gab man 2 #/T Ca/Mg-Silikatkomplex zu einem Ganzstoff, der einen pH von 8,7 aufwies und mit 10 #/T kationischer Stärke, 5 #/T Alaun und 0,25 #/T CPAM (Novus 8910) vorbehandelt wurde.
In Test Nr. 7 gab man 10 #/T kationische Stärke, 5 #/T Alaun und 0,25 #/T APAM (PA8130) zu einem Ganzstoff, der einen pH von 8,7 aufwies.
In Test Nr. 8 gab man 2 #/T Ca/Mg-Silikatkomplex zu einem Ganzstoff, der einen pH von 8,7 aufwies und mit 10 #/T kationischer Stärke, 5 #/T Alaun und 0,25 #/T APAM (PA8130) vorbehandelt wurde.
In Test Nr. 9 gab man 10 #/T kationische Stärke, 5 #/T Alaun und 1 #/T CPAM (Novus 8910) zu einem Ganzstoff, der einen pH von 9,6 aufwies.
In Test Nr. 10 gab man 2 #/T Ca/Mg-Silikatkomplex zu einem Ganzstoff, der einen pH von 9,6 aufwies und mit 10 #/T kationischer Stärke, 5 #/T Alaun und 1 #/T CPAM (Novus 8910) vorbehandelt wurde.
In Test Nr. 11 gab man 10 #/T kationische Stärke, 5 #/T Alaun und 0,25 #/T APAM (PA8130) zu einem Ganzstoff, der einen pH von 9,6 aufwies.
In Test Nr. 12 gab man 2 #/T Ca/Mg-Silikatkomplex zu einem Ganzstoff, der einen pH von 9,6 aufwies und mit 10 #/T kationischer Stärke, 5 #/T Alaun und 0,25 #/T APAM (PA8130) vorbehandelt wurde.
Die Papierganzstoffe wurden dann auf eine CSF-Vorrichtung überführt, so dass man die Entwässerungsrate messen konnte. Die Ergebnisse der Entwässerungsrate werden ebenfalls in Tabelle 13 gezeigt.
Tabelle 13
Wie man an Tabelle 13 sehen kann, erhöht die Zugabe des Ca/Mg-Silikatkomplexes zum Papierganzstoff mit einem pH von 7,7 bis 9,6 die Entwässerungsrate signifikant.
Beispiel 13
Der in diesem Beispiel verwendete Ca/Mg-Silikatkomplex war der gleiche wie der Komplex des Beispiels 10. Speziell wurde ein Ca/Mg-Silikatkomplex mit einer Konzentration von 0,3 % SiO₂ und einem (Ca+Mg)/Si-Molverhältnis von 0,034 hergestellt, indem man 1,02 #/T Natriumsilikat O mit 98,98 g Ca/Mg-Lösung mit einer Härte von 68 ppm Ca-Äquivalent umsetzt.
Die in der Tabelle 14 gezeigten Tests mit den Nummern 1 bis 16 wurden wie folgt hergestellt:
In Test Nr. 1 gab man 10 #/T kationische Stärke, 5 #/T Alaun und 1 #/T CPAM (Novus 8910) zu 1.000 ml eines Papierganzstoffs, der eine Konsistenz von 0,3 Gew.% aufwies und 100 Gew.% Fasern und 0 Gew.% gefälltes Calciumcarbonat (PCC) als Füllstoff, bezogen auf das Gesamtgewicht des trockenen Ganzstoffs enthielt.
In Test Nr. 2 gab man 10 #/T kationische Stärke, 5 #/T Alaun und 1 #/T CPAM (Novus 8910) zu 1.000 ml eines Papierganzstoffs, der eine Konsistenz von 0,3 Gew.% aufwies und 100 Gew.% Fasern und 0 Gew.% gefälltes Calciumcarbonat (PCC) als Füllstoff, bezogen auf das Gesamtgewicht des trockenen Ganzstoffs enthielt. Danach gab man 2 #/T Ca/Mg-Silikatkomplex zu dem Papierganzstoff.
In Test Nr. 3 gab man 10 #/T kationische Stärke, 5 #/T Alaun und 0,25 #/T APAM (PA8130) zu 1.000 ml eines Papierganzstoffs, der eine Konsistenz von 0,3 Gew.% aufwies und 100 Gew.% Fasern und 0 Gew.% gefälltes Calciumcarbonat (PCC) als Füllstoff, bezogen auf das Gesamtgewicht des trockenen Ganzstoffs enthielt.
In Test Nr. 4 gab man 10 #/T kationische Stärke, 5 #/T Alaun und 0,25 #/T APAM (PA8130) zu 1.000 ml eines Papierganzstoffs, der eine Konsistenz von 0,3 Gew.% aufwies und 100 Gew.% Fasern und 0 Gew.% gefälltes Calciumcarbonat (PCC) als Füllstoff, bezogen auf das Gesamtgewicht des trockenen Ganzstoffs enthielt. Danach gab man 2 #/T Ca/Mg-Silikatkomplex zu dem Papierganzstoff.
In Test Nr. 5 gab man 10 #/T kationische Stärke, 5 #/T Alaun und 1 #/T CPAM (Novus 8910) zu 1.000 ml eines Papierganzstoffs, der eine Konsistenz von 0,3 Gew.% aufwies und 90 Gew.% Fasern und 10 Gew.% gefälltes Calciumcarbonat (PCC) als Füllstoff, bezogen auf das Gesamtgewicht des trockenen Ganzstoffs enthielt.
In Test Nr. 6 gab man 10 #/T kationische Stärke, 5 #/T Alaun und 1 #/T CPAM (Novus 8910) zu 1.000 ml eines Papierganzstoffs, der eine Konsistenz von 0,3 Gew.% aufwies und 90 Gew.% Fasern und 10 Gew.% gefälltes Calciumcarbonat (PCC) als Füllstoff, bezogen auf das Gesamtgewicht des trockenen Ganzstoffs enthielt. Danach gab man 2 #/T Ca/Mg-Silikatkomplex zu dem Papierganzstoff.
In Test Nr. 7 gab man 10 #/T kationische Stärke, 5 #/T Alaun und 0,25 #/T APAM (PA8130) zu 1.000 ml eines Papierganzstoffs, der eine Konsistenz von 0,3 Gew.% aufwies und 90 Gew.% Fasern und 10 Gew.% gefälltes Calciumcarbonat (PCC) als Füllstoff, bezogen auf das Gesamtgewicht des trockenen Ganzstoffs enthielt.
In Test Nr. 8 gab man 10 #/T kationische Stärke, 5 #/T Alaun und 0,25 #/T APAM (PA8130) zu 1.000 ml eines Papierganzstoffs, der eine Konsistenz von 0,3 Gew.% aufwies und 90 Gew.% Fasern und 10 Gew.% gefälltes Calciumcarbonat (PCC) als Füllstoff, bezogen auf das Gesamtgewicht des trockenen Ganzstoffs enthielt. Danach gab man 2 #/T Ca/Mg-Silikatkomplex zu dem Papierganzstoff.
In Test Nr. 9 gab man 10 #/T kationische Stärke, 5 #/T Alaun und 1 #/T CPAM (Novus 8910) zu 1.000 ml eines Papierganzstoffs, der eine Konsistenz von 0,3 Gew.% aufwies und 80 Gew.% Fasern und 20 Gew.% gefälltes Calcium carbonat (PCC) als Füllstoff, bezogen auf das Gesamtgewicht des trockenen Ganzstoffs enthielt.
In Test Nr. 10 gab man 10 #/T kationische Stärke, 5 #/T Alaun und 1 #/T CPAM (Novus 8910) zu 1.000 ml eines Papierganzstoffs, der eine Konsistenz von 0,3 Gew.% aufwies und 80 Gew.% Fasern und 20 Gew.% gefälltes Calciumcarbonat (PCC) als Füllstoff, bezogen auf das Gesamtgewicht des trockenen Ganzstoffs enthielt. Danach gab man 2 #/T Ca/Mg-Silikatkomplex zu dem Papierganzstoff.
In Test Nr. 11 gab man 10 #/T kationische Stärke, 5 #/T Alaun und 0,25 #/T APAM (PA8130) zu 1.000 ml eines Papierganzstoffs, der eine Konsistenz von 0,3 Gew.% aufwies und 80 Gew.% Fasern und 20 Gew.% gefälltes Calciumcarbonat (PCC) als Füllstoff, bezogen auf das Gesamtgewicht des trockenen Ganzstoffs enthielt.
In Test Nr. 12 gab man 10 #/T kationische Stärke, 5 #/T Alaun und 0,25 #/T APAM (PA8130) zu 1.000 ml eines Papierganzstoffs, der eine Konsistenz von 0,3 Gew.% aufwies und 80 Gew.% Fasern und 20 Gew.% gefälltes Calciumcarbonat (PCC) als Füllstoff, bezogen auf das Gesamtgewicht des trockenen Ganzstoffs enthielt. Danach gab man 2 #/T Ca/Mg-Silikatkomplex zu dem Papierganzstoff.
In Test Nr. 13 gab man 10 #/T kationische Stärke, 5 #/T Alaun und 1 #/T CPAM (Novus 8910) zu 1.000 ml eines Papierganzstoffs, der eine Konsistenz von 0,3 Gew.% aufwies und 65 Gew.% Fasern und 35 Gew.% gefälltes Calciumcarbonat (PCC) als Füllstoff, bezogen auf das Gesamtgewicht des trockenen Ganzstoffs enthielt.
In Test Nr. 14 gab man 10 #/T kationische Stärke, 5 #/T Alaun und 1 #/T CPAM (Novus 8910) zu 1.000 ml eines Papierganzstoffs, der eine Konsistenz von 0,3 Gew.% aufwies und 65 Gew.% Fasern und 35 Gew.% gefälltes Calciumcarbonat (PCC) als Füllstoff, bezogen auf das Gesamtgewicht des trockenen Ganzstoffs enthielt. Danach gab man 2 #/T Ca/Mg-Silikatkomplex zu dem Papierganzstoff.
In Test Nr. 15 gab man 10 #/T kationische Stärke, 5 #/T Alaun und 0,25 #/T APAM (PA8130) zu 1.000 ml eines Papierganzstoffs, der eine Konsistenz von 0,3 Gew.% aufwies und 65 Gew.% Fasern und 35 Gew.% gefälltes Calciumcarbonat (PCC) als Füllstoff, bezogen auf das Gesamtgewicht des trockenen Ganzstoffs enthielt.
In Test Nr. 16 gab man 10 #/T kationische Stärke, 5 #/T Alaun und 0,25 #/T APAM (PA8130) zu 1.000 ml eines Papierganzstoffs, der eine Konsistenz von 0,3 Gew.% aufwies und 65 Gew.% Fasern und 35 Gew.% gefälltes Cal ciumcarbonat (PCC) als Füllstoff, bezogen auf das Gesamtgewicht des trockenen Ganzstoffs enthielt. Danach gab man 2 #/T Ca/Mg-Silikatkomplex zu dem Papierganzstoff.
Die Papierganzstoffe wurden dann auf eine CSF-Vorrichtung überführt, so dass man die Entwässerungsrate messen konnte. Die Ergebnisse werden in der Tabelle 14 erläutert.
Tabelle 14
Wie man an Tabelle 14 sehen kann, führt der Ca/Mg-Silikatkomplex zu einer signifikanten Verbesserung bei der Entwässerung eines Papierganzstoffs, der entweder keinen Füllstoff oder eine so hohe Füllstoffmenge wie 35 Gew.% enthielt.
Beispiel 14
Der in diesem Beispiel verwendete Ca/Mg-Silikatkomplex war der gleiche wie der Komplex des Beispiels 10. Speziell stellt man einen Ca/Mg-Silikatkomplex mit einer Konzentration von 0,3 % SiO₂ und einem (Ca+Mg)/Si-Molver hältnis von 0,034 her, indem man 1,02 #/T Natriumsilikat O mit 98,98 g Ca/Mg-Lösung mit einer Härte von 68 ppm Ca-Äquivalent etwa 30 min lang mischte und die Mischung dann etwa 3 Stunden stehen ließ.
Die Proben dieses Beispiels (die in der folgenden Tabelle 15 gezeigten Tests mit den Nummer 1 bis 12) wurden einer "Britt Jar"-Feinstoff-Retentionsbewertung unterzogen.
In Test Nr. 1 wurde die Retentionsbewertung durchgeführt, indem man nacheinander zu einem Papierganzstoff 10 #/T kationische Stärke, 5 #/T Alaun und 1 #/T CPAM (PC8695) zugab.
In Test Nr. 2 wurde die Retentionsbewertung durchgeführt, indem man nacheinander zu einem Papierganzstoff 10 #/T kationische Stärke, 5 #/T Alaun, 1 #/T CPAM (PC8695) und 2 #/T des Ca/Mg-Silikatkomplexes gab.
In Test Nr. 3 wurde die Retentionsbewertung durchgeführt, indem man nacheinander zu einem Papierganzstoff 10 #/T kationische Stärke, 5 #/T Alaun, 1 #/T CPAM (PC8695) und 4 #/T Ca/Mg-Silikatkomplex gab.
In Test Nr. 4 wurde die Retentionsbewertung durchgeführt, indem man nacheinander zu einem Papierganzstoff 10 #/T kationische Stärke, 5 #/T Alaun, 1 #/T CPAM (PC8695) und 6 #/T des Ca/Mg-Silikatkomplexes gab.
In Test Nr. 5 wurde die Retentionsbewertung durchgeführt, indem man nacheinander zu einem Papierganzstoff 10 #/T kationische Stärke und 5 #/T Alaun gab.
In Test Nr. 6 wurde die Retentionsbewertung durchgeführt, indem man nacheinander zu einem Papierganzstoff 10 #/T kationische Stärke, 5 #/T Alaun und 2 #/T Ca/Mg-Silikatkomplex gab.
In Test Nr. 7 wurde die Retentionsbewertung durchgeführt, indem man nacheinander zu einem Papierganzstoff 10 #/T kationische Stärke, 5 #/T Alaun und 4 #/T Ca/Mg-Silikatkomplex gab.
In Test Nr. 8 wurde die Retentionsbewertung durchgeführt, indem man nacheinander zu einem Papierganzstoff 10 #/T kationische Stärke, 5 #/T Alaun und 6 #/T Ca/Mg-Silikatkomplex gab.
In Test Nr. 9 wurde die Retentionsbewertung durchgeführt, indem man nacheinander zu einem Papierganzstoff 10 #/T kationische Stärke, 5 #/T Alaun und 0,25 #/T APAM (PA8130) gab.
In Test Nr. 10 wurde die Retentionsbewertung durchgeführt, indem man nacheinander zu einem Papierganzstoff 10 #/T kationische Stärke, 5 #/T Alaun, 0,25 #/T APAM (PA8130) und 2 #/T des Ca/Mg-Silikatkomplexes gab.
In Test Nr. 11 wurde die Retentionsbewertung durchgeführt, indem man nacheinander zu einem Papierganzstoff 10 #/T kationische Stärke, 5 #/T Alaun, 0,25 #/T APAM (PA8130) und 4 #/T des Ca/Mg-Silikatkomplexes gab.
In Test Nr. 12 wurde die Retentionsbewertung durchgeführt, indem man nacheinander zu einem Papierganzstoff 10 #/T kationische Stärke, 5 #/T Alaun, 0,25 #/T APAM (PA8130) und 6 #/T des Ca/Mg-Silikatkomplexes gab.
Die Papierganzstoffe wurden dann auf eine CSF-Vorrichtung überführt, so dass man die Entwässerungsrate messen konnte. Die Ergebnisse der Retentionsbewertung werden in Tabelle 15 nachstehend gezeigt.
Tabelle 15
Wie in Tabelle 15 erläutert, ergeben Papierganzstoffe, die nicht mit dem Ca/Mg-Silikatkomplex behandelt wurden, geringere Retentionsraten im Vergleich zu Papierganzstoffen, die mit dem Ca/Mg-Silikatkomplex behandelt wurde. Der Ca/Mg-Komplex verbessert die Retentionsrate von mit oder ohne Flockungsmittel behandelten Papierganzstoffen.
Beispiel 15
Eine Kontrollprobe (der in der folgenden Tabelle 16 gezeigt Test Nr. 1) wurde durch Zugabe von 10 #/T kationischer Stärke, 5 #/T Alaun und 0,5 #/T CPAM (PC8138) zu einem Papierganzstoff hergestellt.
Eine Probe (der in der folgenden Tabelle 16 gezeigte Test Nr. 2) einer käuflichen mikropartikulären Entwässerungshilfe, Bentonit, war ebenfalls in diesem Beispiel enthalten. Das in diesem Beispiel verwendete Bentonit war "Bentolite HS", das von Southern Clay Products Inc. hergestellt wird. Man gab das Bentonit zu einem Papierganzstoff, der mit 10 #/T kationischer Stärke, 5 #/T Alaun und 0,5 #/T CPAM (PC8138) vorbehandelt wurde.
In Test Nr. 3 wurde ein Ca/Mg-Silikatkomplex, der 0,3 Gew.% SiO₂ enthielt, hergestellt, indem man etwa 2 bis 3 min 1,04 g Natriumsilikat N mit 98,96 g frischem Wasser mit einer Härte von 124 ppm Ca-Äquivalent mischte. Man gab 2 #/T des Ca/Mg-Komplexes zu einem Papierganzstoff, der mit 10 #/T kationischer Stärke, 5 #/T Alaun und 0,5 #/T CPAM (PC8138) vorbehandelt wurde.
In Test Nr. 4 wurde ein Ca/Mg-Silikatkomplex, der 0,3 Gew.% SiO₂ enthielt, hergestellt, indem man etwa 2 bis 3 min 1,04 g Natriumsilikat N mit 98,96 g frischem Wasser mit einer Härte von 124 ppm Ca-Äquivalent mischte. Man gab 2 #/T des Ca/Mg-Komplexes zu einem Papierganzstoff, der mit 10 #/T kationischer Stärke, 5 #/T Alaun und 0,5 #/T CPAM (PC8138) vorbehandelt wurde.
In Test Nr. 5 gab man 0,50 g 2%iges CaCl₂ zu 98,45 g frischem Wasser, das eine Härte von 124 ppm Ca-Äquivalent aufwies. Dann mischte man etwa 2 bis 3 min 1,04 g Natriumsilikat mit dem frischen Wasser unter Bildung eines Ca/Mg-Silikatkomplexes, der 0,3 Gew.% SiO₂ enthielt. Dann gab man 2 #/T des Ca/Mg-Komplexes zu einem Papierganzstoff, der mit 10 #/T kationischer Stärke, 5 #/T Alaun und 0,5 #/T CPAM (PC8138) vorbehandelt wurde.
In Test Nr. 6 gab man 0,75 g 2%iges CaCl₂ zu 98,21 g frischem Wasser, das eine Härte von 124 ppm Ca-Äquivalent aufwies. Dann mischte man etwa 2 bis 3 min 1,04 g Natriumsilikat mit dem frischen Wasser unter Bildung eines Ca/Mg-Silikatkomplexes, der 0,3 Gew.% SiO₂ enthielt. Dann gab man 2 #/T des Ca/Mg-Komplexes zu einem Papierganzstoff, der mit 10 #/T kationischer Stärke, 5 #/T Alaun und 0,5 #/T CPAM (PC8138) vorbehandelt wurde.
In Test Nr. 7 gab man 1,0 g 2%iges CaCl₂ zu 97,96 g frischem Wasser, das eine Härte von 124 ppm Ca-Äquivalent aufwies. Dann mischte man etwa 2 bis 3 min 1,04 g Natriumsilikat mit dem frischen Wasser unter Bildung eines Ca/Mg-Silikatkomplexes, der 0,3 Gew.% SiO₂ enthielt. Dann gab man 2 #/T des Ca/Mg-Komplexes zu einem Papierganzstoff, der mit 10 #/T kationischer Stärke, 5 #/T Alaun und 0,5 #/T CPAM (PC8138) vorbehandelt wurde.
In Test Nr. 8 gab man 1,5 g 2%iges CaCl₂ zu 97,46 g frischem Wasser, das eine Härte von 124 ppm Ca-Äquivalent aufwies. Dann mischte man etwa 2 bis 3 min 1,04 g Natriumsilikat mit dem frischen Wasser unter Bildung eines Ca/Mg-Silikatkomplexes, der 0,3 Gew.% SiO₂ enthielt. Dann gab man 2 #/T des Ca/Mg-Komplexes zu einem Papierganzstoff, der mit 10 #/T kationischer Stärke, 5 #/T Alaun und 0,5 #/T CPAM (PC8138) vorbehandelt wurde.
In Test Nr. 9 gab man 2,0 g 2%iges CaCl₂ zu 96,96 g frischem Wasser, das eine Härte von 124 ppm Ca-Äquivalent aufwies. Dann mischte man etwa 2 bis 3 min 1,04 g Natriumsilikat mit dem frischen Wasser unter Bildung eines Ca/Mg-Silikatkomplexes, der 0,3 Gew.% SiO₂ enthielt. Dann gab man 2 #/T des Ca/Mg-Komplexes zu einem Papierganzstoff, der mit 10 #/T kationischer Stärke, 5 #/T Alaun und 0,5 #/T CPAM (PC8138) vorbehandelt wurde.
Die behandelten Papierganzstoffe wurden dann auf eine CSF-Vorrichtung überführt, so dass man die Entwässerungsrate messen konnte. Die Ergebnisse der Proben in diesem Beispiel werden in der folgenden Tabelle 16 gezeigt.
Tabelle 16
Wie in Tabelle 16 erläutert, verbessern die Ca/Mg-Silikatkomplexe und Bentonit die Entwässerungseigenschaften des Papierganzstoffs signifikant.
Beispiel 16
Dieses Beispiel umfasst neun Proben (die in der folgenden Tabelle 17 gezeigten Tests mit den Nummern 1 bis 9), die den Tests 1 bis 9 im obigen Beispiel 15 entsprachen, mit der Ausnahme, dass nach der Bildung der Ca/Mg-Silikatkomplexe (in den Tests mit den Nummern 3 bis 9) man diese etwa 2 Stunden stehen ließ, bevor man sie zu den vorbehandelten Papierganzstoffen gab.
Die Papierganzstoffe wurden dann auf eine CSF-Vorrichtung überführt, so dass man die Entwässerungsraten messen konnte. Nach dem Entwässerungstest wurde die Trübung der Metallsilikatkomplexe mit einem HACH 2100AN-Trübungsmeter gemessen.
Die Ergebnisse werden in der Tabelle 17 zusammengestellt.
Tabelle 17
Wie in Tabelle 17 gezeigt, waren alle in diesem Beispiel verwendeten Metallsilikatkomplexe sehr wirksam bei der Verbesserung der Entwässerung. Es wurde ebenfalls gezeigt, dass die Leistungsfähigkeit der Komplexe nicht durch eine Erhöhung der Trübung des Komplexes von 18,7 auf 56,5 beeinträchtigt wird.
Beispiel 17
Eine Kontrollprobe (der in der folgenden Tabelle 18 gezeigte Test Nr. 1) wurde durch Zugabe von 10 #/T kationischer Stärke, 5 #/T Alaun und 0,5 #/T CPAM (PC8138) zu einem Papierganzstoff hergestellt.
Drei Ca/Mg-Silikatkomplexe (die in der folgenden Tabelle 18 gezeigten Tests mit den Nummern 2 bis 4), die 0,3 % SiO₂ enthielten, wurden wie folgt hergestellt:
In Test Nr. 2 (Probe A) gab man 1,5 g 2%iges CaCl₂ zu 97,46 g frischem Wasser mit einer Härte von 124 ppm Ca-Äquivalent. Dann mischte man 1,04 g Natriumsilikat N etwa 2 bis 3 min mit dem frischen Wasser unter Bildung eines Ca/Mg-Silikatkomplexes, der 0,3 Gew.% SiO₂ enthielt. Man ließ den Ca/Mg-Komplex 5 Tage stehen. Nach 5 Tagen gab man dann 2 #/T des Ca/Mg-Komplexes zu einem Papierganzstoff, der mit 10 #/T kationischer Stärke, 5 #/T Alaun und 0,5 #/T CPAM (PC8138) vorbehandelt wurde. Der Papierganzstoff wurde dann auf eine CSF-Vorrichtung überführt, so dass man die Entwässe rungsrate messen konnte. Nach dem Entwässerungstest wurde die Trübung des Ca/Mg-Silikatkomplexes mit einem HACH 2100AN-Trübungsmeßgerät gemessen.
In Test Nr. 3 (Probe B) gab man 1,5 g 2%iges CaCl₂ zu 97,46 g frischem Wasser mit einer Härte von 124 ppm Ca-Äquivalent. Dann mischte man 1,04 g Natriumsilikat N etwa 50 min bei 7°C bis 9°C mit dem frischen Wasser unter Bildung eines Ca/Mg-Silikatkomplexes, der 0,3 Gew.% SiO₂ enthielt. Dann gab man weiterhin 0,5 g 2%iges CaCl₂ 22 min zu der Mischung, welche den Ca/Mg-Silikatkomplex enthielt, und gab dann 2 #/T des Ca/Mg-Komplexes zu einem Papierganzstoff, der mit 10 #/T kationischer Stärke, 5 #/T Alaun und 0,5 #/T CPAM (PC8138) vorbehandelt wurde. Der Papierganzstoff wurde dann auf eine CSF-Vorrichtung überführt, so dass man die Entwässerungsrate messen konnte. Nach dem Entwässerungstest wurde die Trübung des Metallsilikatkomplexes mit einem HACH 2100AN-Trübungsmeßgerät gemessen.
In Test Nr. 4 wurde ein Ca/Mg-Komplex (Probe C) hergestellt, indem man 1,0 g 2%ige CaCl₂-Lösung zu der zuvor beschriebenen Probe B (für Test Nr. 3) bei 9°C gab und 65 min mischte. Dann gab man 2 #/T des Ca/Mg-Komplexes zu einem Papierganzstoff, der mit 10 #/T kationischer Stärke, 5 #/T Alaun und 0,5 #/T CPAM (PC8138) vorbehandelt wurde. Der Papierganzstoff wurde dann auf eine CSF-Vorrichtung überführt, so dass man die Entwässerungsrate messen konnte. Nach dem Entwässerungstest wurde die Trübung des Ca/Mg-Silikatkomplexes mit einem HACH 2100AN-Trübungsmeßgerät gemessen.
Die Ergebnisse dieses Beispiels werden in der folgenden Tabelle 18 zusammengefasst.
Tabelle 18
Wie in Tabelle 18 gezeigt, sinkt die Entwässerungsleistung drastisch ab, wenn sich die Trübung der Metallsilikatkomplexe von etwa 30 NTU auf 71 NTU erhöht.
Die obigen Beispiele erläutern, dass sich die Entwässerungs- und Retentionseigenschaften des Papierganzstoffs signifikant verbessern, wenn man eine wässrige Lösung, die Metallionen, wie Mg²⁺- und/oder Ca²⁺-Ionen zur Verdünnung des Natriumsilikats verwendet, so dass das Natriumsilikat in aktive Magnesium- und/oder Calciumsilikate umgewandelt wird.
Die obigen Beispiele erläutern auch, dass sich durch Zugabe von Natriumsilikat zum Papierganzstoff die Entwässerungs- und Retentionseigenschaften des Papierganzstoffs ebenfalls verbessern.
Die obigen Beispiele erläutern ferner, dass die Zugabe von mindestens einem Additiv, das man unter kationischer Stärke, einem Koagulationsmittel und einem Flockungsmittel auswählt, gefolgt von der Zugabe eines wasserlöslichen Metallkomplexes oder Natriumsilikats zum Papierganzstoff, die Entwässerungs- und Retentionseigenschaften verbessert und bei der Herstellung von Papier und Pappe kostenwirksam ist.
Man kann die vorangehenden Beispiele mit einem ähnlichen Erfolg wiederholen, indem man die generisch und speziell beschriebenen Bestandteile und/oder Verfahrensbedingungen dieser Erfindung und jene austauscht, die in den vorangegangenen Beispielen verwendet wurden.

Claims

Wässrige Zusammensetzung, die Wasser und einen wasserlöslichen Metallsilikatkomplex der Formel (I) (1 – y)M₂O·yM'O·xSiO₂ umfasst, worin M ein einwertiges Kation ist; M' ein zweiwertiges Metallion ist; x 2 bis 4 ist und y 0,005 bis 0,4 ist.
Wässrige Zusammensetzung gemäss Anspruch 1, worin M' mindestens eines unter Magnesium, Calcium, Zink, Kupfer, Eisen(II), Mangan(II) und Barium umfasst.
Wässrige Zusammensetzung gemäss Anspruch 2, worin M' eines unter Magnesium und Calcium umfasst.
Wässrige Zusammensetzung gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, worin die Konzentration des SiO₂ 0,01 bis 5 Gew.% beträgt.
Wässrige Zusammensetzung gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, worin M Natrium, Kalium, Lithium oder Ammonium umfasst.
Wässrige Zusammensetzung gemäss Anspruch 5, worin M Natrium umfasst.
Wässrige Zusammensetzung gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, worin in dem Metallsilikatkomplex der Formel (I) M Natrium ist, M' Calcium oder Magnesium umfasst und die Konzentration des SiO₂ in der Zusammensetzung 0,01 bis 5 Gew.% beträgt.
Zusammensetzung gemäss Anspruch 7, worin in Formel (I) y/x 0,01 bis 0,2 ist und die Konzentration des SiO₂ 0,1 bis 2 Gew.% beträgt.
Verfahren zur Herstellung einer wässrigen Zusammensetzung, wie sie in einem der Ansprüche 1 bis 8 definiert ist, welches Verfahren das Kombinieren eines Silikats eines einwertigen Kations und einer Quelle zweiwertiger Metallionen in einer wässrigen Umgebung unter Bildung des wasserlöslichen Metallsilikatkomplexes umfasst.
Verfahren gemäss Anspruch 9, worin der wasserlösliche Metallsilikatkomplex durch die Zugabe eines Silikats eines einwertigen Kations zu einer wässrigen Reaktantzusammensetzung hergestellt wird, die eine ausreichende Menge an zweiwertigen Metallionen aufweist, um den wasserlöslichen Metallsilikatkomplex zu bilden.
Verfahren gemäss Anspruch 9, worin der wasserlösliche Metallsilikatkomplex durch Zugabe zweiwertiger Metallionen zu einer wässrigen Reaktantzusammensetzung hergestellt wird, die eine ausreichende Menge eines Silikats eines einwertigen Kations aufweist, um den wasserlöslichen Metallsilikatkomplex zu bilden.
Verfahren gemäss einem der Ansprüche 9 bis 11, worin die Quelle der zweiwertigen Metallionen mindestens eines unter CaCl₂, MgCl₂, MgSO₄, Ca(NO₃)₂, Mg(NO₃)₂, CaSO₄ und ZnSO₄ umfasst.
Verfahren gemäss einem der Ansprüche 9 bis 12, worin das Silikat eines einwertigen Kations mindestens eines unter Natriumsilikat, Kaliumsilikat, Lithiumsilikat und Ammoniumsilikat umfasst.
Verfahren gemäss Anspruch 13, worin das Silikat eines einwertigen Kations Natriumsilikat umfasst.
Verfahren zur Modifizierung einer Celluloseaufschlämmung, welches Verfahren die Zugabe einer wässrigen Zusammensetzung, wie sie in einem der Ansprüche 1 bis 8 definiert ist, zu einer Celluloseaufschlämmung umfasst.
Verfahren gemäss Anspruch 15, welches die Zugabe einer wässrigen Zusammensetzung, wie sie in Anspruch 7 definiert ist, und mindestens eines Additivs, ausgewählt unter einem Flockungsmittel, Stärke und einem Koagulationsmittel, zu der Celluloseaufschlämmung umfasst.