JPH06508185A

JPH06508185A - 紙および紙製品の製造

Info

Publication number: JPH06508185A
Application number: JP5500213A
Authority: JP
Inventors: ピーツ，スティーブン; ビクスラー，ハリス　ジェイ．
Original assignee: デルタ　ケミカルズ，インコーポレイティド
Priority date: 1991-05-17
Filing date: 1992-05-15
Publication date: 1994-09-14
Also published as: AU650404B2; AU2008192A; FI935069A0; BR9206006A; FI935069A; NO934157D0; WO1992020862A1; CA2102805A1; EP0584218A1; NO934157L

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】紙および紙製品の製造発明の分野本開示は、バルブスラリーから紙を製造する際に歩留り、排水、生成および他の品質を増加する方法に関する。

発明の背景歩留り、排水、生成および乾燥を最善化する製造の改良が常に要求されている。

閉ループの導入により、これらの紙製造システムが複雑になった。全ての操作因子を同時に最善化し、作られる紙の性能を化学添加物により最善化しようと望むことは困難となった。

現状、多くの製紙メーカーは填料およびパルプ微粉の歩留りを高分子量の水溶性ポリマー、例えばポリアクリルアミド誘導体の添加により最善化することを試みている。ポリアクリルアミド誘導体は、本質的にカチオンまたはアニオンとして用いられてもよい。一般に、より高分子量の材料が用いられると、歩留りはより高くなることが分かっている。一方、ポリアクリルアミドの分子量が増加すると、シート生成は減少する。用いられるポリアクリルアミド量を増加する場合も同様のことが言え、つまり、歩留りは増加するがシート生成は困難になる。

Ｂｒ１ｔｔ（Ｔａｐｐｉ（１９８０）６３．５，１０５〜１０８）はポリマーの添加の結果として形成される繊維の凝集塊が重大な問題であり、望ましくない場合、過度の凝集が起こることを認識した。Ｂｒ１ｔｔはまた、しかしながら、与えられたポリマーのタイプまたは量が過度の凝集を引き起こすかどうかはポリマー添加の間および後の乱流の広がりに依存することを述べている。Ｐｕｍ５ｅｒ（Ｐａｐｉｅｒ　（１９７３）２７．１０４１７〜４２２）は、ポリアクリルアミドが微粉粒子の過度の凝集を引き起こし、この結果、紙の光学的性質を低めるということを以前に示している。

原料がシート生成される前に受けるエネルギー（例えば、乱流または剪断）および必要な添加側が導入される位置の相互関係を理解することがより注目の的となった。　ＬｕｎｅｒおよびＫｅｉ　ｔａａｎｉｅｗ＋ｔ　（ＴａｐｐｉＰａｐｅｒ　Ｍａｋｅｒ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ＋　（１９８４）　９５〜１０６）は、試験されたポリアクリルアミドに対して、第一透過歩留りは増加し、最大に達し、その後、エネルギー印加を増加するとともに減少するということを述べている。

５ｔｒａｔｔｏｎ（Ｔａｐｐｉ（１９８３）３月１４１〜１４４）は同様の結論を導きだし、ポリマーは吸収の前に均一に分配されなければならないので妥協が必要であるが、一度吸収されたら、極度の乱流は避けることが重要であると述べている。５ｔｒａｔｔｏｎにより提案された妥協とは、高剪断要素（例えば、ファンポンプまたは圧力スクリーン）の出口でポリマーを導入することであった。

ここで、ポリマーの分散のための乱流はなおも十分であるが、歩留りを落とすほど極端ではない。

一連の紙は、紙製造工程における種々の要因および歩留りシステムに対する影響に関連する剪断作用の課題に指示を与える。ｖａｎ　ｄｅＶｅｎおよびＭａｓｏｎ（Ｔａｌ）Ｇｌｉ（１９８１）６４，９，１７１〜１７５）は、支配する力はコロイド的な力ではなく、流体力学的な力であると結論づけた。

Ｔａｍ　Ｄｏｏら（Ｊ、Ｐｕ１ｐ　ａｎｄ　ｐａｐｅｒ　５ｃｉｅｎｃｅ（１９８３）　７月、Ｊ８０〜Ｊ８３）は紙製造システムの種々の成分で繊維壁における流体の剪断速度および最大剪断応力を評価し、実験装置（即ち、Ｄｙｎａｍｉｃ　Ｄｒａｉｎａｇｅ　Ｊａｒ）の標準片から得られた値と比較した。この比較は、ポリマーのタイプおよび添加点の両方のシミュレーションに関するポリマー歩留りシステムのより現実的な評価を可能にする。

剪断および歩留りの間の関係はさらにＨｕｂｂｅ（Ｔａｐｐｉ　（１９８６）８月１１６〜１１７）により調べられ、Ｂｒ１ｔｔ　、　５ｔｒａｔｔｏｎおよびＭａｓｏｎの教示とはいくぶん異なるが、ポリアクリロニトリルは、十分な混合を確保するためにファンポンプの上流に添加されるべきであると結論付けた。

Ｗａｅｃｈ（Ｔａｐｐｉ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　（１９８２）；Ｔａｐｐｉ（１９８３）、３月１３７〜１３９）はＨｕｂｂｅに同意し、ポリマーをファンポンプの下流に添加する場合に比べ、ファンポンプの上流に添加することは同様の歩留りを与え、生成を改善することを示した。これらの実験は、ポリマーの後、全ての填料を添加し、実際の紙製造には幾分非現実的なモデルであるシステムで行われた。

Ｂｏｏｔｈ（米国特許第２，３６８，６３５号）は歩留り助荊としてベントナイトを用いた最初の人で、ベントナイトは微小に分割された粒子の凝固剤および汚染物質の吸収剤の両方として働くということを提案した。

Ｐｙｅ　（米国特許第３，０５２，５９５号）は、実験室規模の紙製造装置の白水中でより低い乱流性を達成するためにベントナイトおよびアニオンまたは中性のポリアクリルアミドの組み合わせを用いた。添加の好ましい方法はポリアクリルアミドの前にベントナイトを加えることである。

ベントナイトの使用は、Ｐｕｓｍｅｒ　（ドイツ特許第２２６２９０６号）によっても調べられており、ポリエチレンイミン、ポリアミド−ポリアミンまたはポリエーテルアミンの添加の前に硫酸アルミニウムおよびベントナイトを原料に添加することはポリマーの性能を向上することになると主張している。

Ａｕｈｏｒｎ（Ｗｏｃｈｅｎｂｌａｔｔ　Ｆｕｒ　Ｐａｐｉｅｒｆａｂｒｉｋａｔｉｏｎ　（１９７９）　１３．４９８〜５０２）は紙中の酸化性物質の量を減少させ、また、紙製造原料に続いて加えるポリエチレンイミンの効果を向上させるためポリエチレンイミンの添加の前に、添加剤としてベントナイトを用いた。

Ａｕｈｏｒｎは、後の仕事（Ｗｅｔ　ｅｎｄ　Ｐａｐｅｒ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ　（１９８１）３月Ｍｕｎ　１ｃｈ）で、以前の仕事に加えて、ポリエチレンイミンおよびポリアクリルアミドの両方を含めた。これらの改善は紙製造機械での試行では十分に実現しなかったが、実験室規模での結論は以前の仕事と同様であった。

ＬａｎｇｌｅｙおよびＬｉｔｃｈｆｉｅｌｄ（米国特許第４．３０５，７８１号）は、ベントナイトおよび広く非イオン性の高分子量ポリマーを実質的に充填物が存在しないセルロース懸濁液に用いることを利用したシステムを提案した。ベントナイトを濃い原料、ハイドロパルパーまたは再循環の白水に加えることを提案している。このポリマーは、理想的には高剪断作用の最終点の後に加えられ、典型的にはセントリースクリーンの後およびヘッドボックスの前に加えられる。

ベントナイト−ポリマーシステムは「多成分または微粒子歩留りシステム」として知られる唯一の例ではなかったし、いまもない。

１９７５年にＡｒ１ｅｄｔｅｒ（Ｐａｐｉｅｒ　２９＋　１０ａ、　３２〜４３）は、ポリエチレンオキシドおよびメラミンホルムアルデヒド樹脂の組み合わせを歩留りを向上させるために用いた。ポリエチレンオキシドをマシンチェストまたはヘッドボックスのいずれかに添加することはかなりの歩留りを与えた。

Ｓｖｅｎｄｉｎｇ（米国特許第４，３８５．９６１号および４，３８８．１５０号）は、ある程度、付随して生成が減少することなく歩留りおよび排水の両方を増加する歩留りシステムを記載している。このシステムは、カチオン性の芋の澱粉およびコロイド状の珪酸を含む。最善の結果を得るためには、シリカの添加の前に澱粉を原料に加える、または混合するべきであるということ以外には種々の剪断作用の点に関するこれらの添加点についての記述はほとんどない、このシステムは、Ｐｒｏｃｏ＋ｗｐによるＧｏ＋ａｐｓ　ｉ　１の名前で販売されたが、ＥＫＡおよびｄｕＰｏｎｔ。

Ｍａｒｉｔｔａのジヨイントベンチャーである。しかしながら、このシステムはの利用性は限定される。というのは、酸性の紙製造システムではあまり効果がないからである。また、澱粉およびシリカの両方の価格がかなり高価であり、この両方のかなりの量を必要とするので、高価なシステムである。

Ａｎｄｅｒｓｏｎは一０８６１０５８２６中でシリカの表面をアルミニウムイオンで改質し、紙製造業者に使用される全ｐＨ４ｉ域、つまりｐＨ４〜８でその効率を維持するコロイド状のシリカ粒子を製造することを記載している。このアルミニウム改質珪酸溶液をカチオン性ポリアクリルアミドとの組み合わせで用いる０歩留りおよび排水の多くの改善の例が標準の実験室の試験を用いて与えられている。与えられた全ての例において、ポリマーはアルミニウム改質珪酸溶液の前に加えられている。

二つの刊行物は、ポリアクリルアミド、ポリエチレンイミン、ポリアミン、ポリアミドアミンまたはメラミンホルムアルデヒドを含むカチオン性ポリマーおよびコロイド状珪酸、ベントナイト、カルボキシメチルセルロースまたはアニオン性ポリアクリルアミドを含むアニオン性ポリマー結合剤を用いた紙のサイジングにおける向上（フィンランド特許第６７７３５号および６７７３６号）に関していた。これらの紙はサイジングに対する効果のみに注目しているが、填料および微小粒子の歩留りも改善することが確認される。

フィンランド特許第６７７３５号および６７７３６号は同様の化学添加物の使用を支持するが、ただし、６７７３５号において、サイズ剤は既に形成された紙のシートに適用され、６７７３６号において、紙のシートの形成の前に水の懸濁液に適用される。混合物の歩留りの定義および適用の方法はこれらの特許の間で変わらない。特許第６７７３５号の請求項のカチオン性化合物は、０．２〜４０１ｂｇ、／ｌｏｎの間に存在でき、アニオン性化合物は、０．２〜１２１ｂｓ、／ｌｏｎの間に存在できる。

しｏｒｚ　（米国特許第４，７４９，４４４号）は、米国特許第４，３０５．７８１号および欧州特許第００１７３５３号中でＬａｎｇｌｅｙが、また、Ｐｙｅ　（米国特許第３．０５２，５９５号）が記載した方法は、両方とも同じ欠点、即ちシートの過度の凝集に悩まされることを提案している。　１ｏｒｚは、濃度の高い原料（コンシスチンシー２．５〜５．０χ）にベントナイトを加える方法について記載されており、次いで、攪拌および濃度の低い原料（コンシスチンシー０．３〜２χ）に希釈し、次いで、カチオン性の高分子電解質を添加し、完全に混合した後、高分子量（１００万〜２０００万の平均分子量）のアニオン性または陽イオンに荷電されたポリマーを加える。この方法は、排水を改善させるが、生成についての記載がない。与えられている例は填料の存在しない原料懸濁液である。

Ｌｏｒｚのこの仕事は、現在光は入れられている凝固−凝集理論（Ｃｏａｇｕｌａｔｉｏｎ−ｆｌｏｃｃｕｌａｔｉｏｎ　ｔｈｅｏｒｙ）である。カチオン必要量、ζ電位、易動度またはコロイド滴定法により測定される紙料（ｆｕｒｎｉｓｈ）の残留電荷は、凝固過程を最善化するために、ゼロに近づけるべきである。

効果的な凝固は、細かい、非常に剪断作用に敏感な凝集物となるが、これらの細かい凝集物は高分子量ポリマーの使用により凝集されうる。この凝集は、しばしばＬｏｒｚが記載したようにカチオン性高分子電解譬の使用により達成される。

これは、許容できる凝集の因子となり、十分な歩留りと排水を維持する一方、高分子量ポリマーの使用を最小化する。

Ｌａｎｇｌｅｙ（Ｔａｐｐｉ　（１９８６）　Ｐａｐｅｒ　ｍａｋｅｒｓ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ）はベントナイトおよびポリアクリルアミドの組み合わせを利用する別のシステムを描き、懸濁液を剪断する前に過剰の高分子量直鎖合成カチオン性ポリマーを水性のセルロース懸濁液に加え、剪断の後にベントナイトを加え、その後、純粋化された懸濁液を排水する。このうシステムは、（１）従来のポリマーの歩留り助剤の使用量に比較して５倍の量の高分子量ポリマーを用いるので、（２）ベントナイトの更なる消費があるので高価である。

欧州出願第０３７３３０６号は、低分子量の水溶性の高電荷密度の有機ポリマー、例えば、ポリアクリル酸またはポリアミンと密に会合した水分散性のコロイド状珪質材料を含む歩留り助剤組成物を開示しており、この珪質材料のイオン結合度はポリマー上の電荷によって実質的に変更される。この組成物は、珪質材料および有機ポリマーを水相の系にて反応させることにより製造される。この組成物は紙の製造において歩留り／排水薬剤としての使用に適すると言われ、好ましくは従来の高分子量の凝集剤の添加の後に加えられる。

発明の要旨紙の製造において向上された歩留りを与えるために、本発明は合成の（即ち、天然に発生しない）大まかに非晶性であるコロイド状の金属珪酸塩材料を利用する。合成の経路は、製品の効果を最大化するように製品の特性を制御しうる。

これらの非晶性の金属珪酸塩材料は異物または汚染材料の存在しない純粋な形で製造されることができ、さらさらした白色粉末として製造される。これらの材料は、水中に完全に分散させると極端に微小の粒子を形成し、一度分散させるとアニオン性粒子の透明なコロイド状の分散液を形成する。このアニオン性の電荷の大きさは、大まかにｐＨ４〜８において、ｐＨに独立である。

これらにユニークな特性は、他の製品に比べて優れている。同様の用途に好ましいコロイド状の珪酸は１５χの分散液までしか作らない。それは、決して乾燥させられず、ｐＨに依存するアニオン性の電荷を有する。乾燥された形のベントナイトは褐色から淡褐色であり、不透明で淡褐色の懸濁液を形成する。ベントナイトを用いる場合、この色は製造される紙の鮮度を減じる。

向上された祇および紙製品の製造は、本発明によりカチオン性ポリマーおよび非晶性金属珪酸塩を別々に添加し、添加の際に十分な混合をさせることにより達成される。最後の高剪断要素の前にポリマーを添加し、続いて、得られる混合物を紙製造装置のヘッドボックスにフィードする前に、この混合物がさらにいかなる実質的な剪断作用を受けないように添加する方法が望ましいが、これらの成分の添加の順序は重要ではない。

この成分の組み合わせは、幾つかの利点があり、ポリマーおよび非晶性金属珪酸塩の必要量を減する一方、改善された歩留り、排水および生成を与え、結合剤組成物の総費用を減することを含む。

詳細な説明結晶性金属珪酸塩において、均一なサイズおよび形状の金属イオンおよび珪酸イオンは固体の格子に規則正しく配列される。しかしながら、可溶性の珪酸のほとんどの溶液は、均一なサイズの珪酸イオンを含まないが、代わりにポリ珪酸イオンの混合物を含む、このように、ポリ珪酸イオンが金属イオンと化合すると、得られる不溶性の沈殿物は、はとんどいつも非晶性である。一方、天然に発生する珪酸塩はほとんどいつも結晶性であり、それらが形成される条件のため高度にはっきりした構造である。

非晶性の金属珪酸塩がカチオン交換能を有するように、少量の支配的な金属カチオンはより低い価のカチオンに置き換えられなけれる必要がある。例えば、このことは、支配的なＡＬ″１をＭｇ４ｔに置き換え、支配的なＭ　ｇ　！−をＬｉ゛に置き換えることにより都合よく達成される。この電荷の欠乏は非晶性構造の外の、しかし会合されているカチオンによりバランスされ、カチオン交換能を上げる交換可能イオンであると言われる。

これらの非晶性の金属珪酸塩を合成する場合、さらにこれらの材料の特性を制御できるような得られる生成物のカチオン交換能を制御することが可能である。これらの非晶性材料は、通常、適切な金属イオンと珪酸ナトリウムを反応させ、適切なアルカリ溶液を添加してｐＨを上げることにより合成される。得られた沈殿物を簡単に濾過し、洗浄し、乾燥させる。金属珪酸塩の選択は、限定するわけではないが、アルミニウム、マグネシウムおよびリチウムを含む。ＬｉＦまたはＨＦを反応混合物に添加することによって、この系にフッ素イオンを導入することもできる。これらの反応は、９５°Ｃ〜１８０°Ｃの温度領域で簡単に行うことができるが、温度は３００℃まで用いられうる。より低い温度、即ち、９５°Ｃ〜１１０°Ｃでは、非加圧システムを用いる常圧で行うことができ、このシステムは設置および操作がより安価である。

これらの非晶性材料の金属珪酸塩は、市販品があり、“Ｌａｐｏｎ　ｉ　ｔｅ” （Ｌａｐｏｒｔｅ　Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ　Ｌｔｄ、から入手可能）および’ＤＡＣ３”　（ＤｅｌｔａＣｈｅ＋ｗｉｃａｌｓより入手可能）を含む。

通常、これらの非晶性材料の金属珪酸塩は白色のさらさらした粉末である。しかしながら、それらは水性の懸濁液としても与えられ、通常、１〜２０重量％の濃度である。これらの濃厚溶液は、紙料（ｐａｐｅｒｆｕｒｎｉｓｈ）に添加する前に、水を添加し、次いで、中庸に攪拌することにより使用濃度の約０．１〜０．１５重量％に希薄されなければならない。この材料は、水中で十分に分散され、得られた分散液は、好ましくは４０ＩＩｅｇ／ｇより大きいカチオン交換能および２００Ｍ”７ｇより大きい表面積を有すべきである。

本発明で有用なカチオン性ポリマーは、通常、５〜２５ｄ　ｌ／Ｈの範囲の固有粘度を特徴とする分子量を有し、高分子電解質滴定により測定して０．０１〜５窒素陽イオン当量／キログラム（ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｓ　ｏｆｃａｔｉｏｎｉｃ　ｎｉｔｒｏｇｅｎ　ｐｅｒ　ｋｇ）（０，１χ〜５０モル２置換）の電荷密度を有するポリマーである。このようなポリマーは、第四のマンニッヒポリアクリルアミドに加え、第三アミンマンニッヒポリアクリルアミド、ジエチルアミノ（またはメチル）アクリレートおよびアクリルアミドの第四および非第四コポリマー、ポリエチレンイミン、ジメチルアミンエピクロロヒドリンポリマー、ポリアミドアミン並びにジアリルジメチルアンモニウムクロリドのホモポリマーおよびコポリマー（アクリルアミドとの）を含む。固有粘度が６〜１８ｄｌ／ｇの範囲にあり、電荷密度が０．５〜３．５窒素陽イオン当量／キログラムポリマーである直鎖ポリアクリルアミドの第三アミンおよび第四アミンの誘導体は、本発明の実施において好ましい。

このポリマーおよび非晶性金属珪酸塩材料は、典型的に０．０３〜３０：１の重量比で用いられ、好ましくは０．５〜４：１である。典型的に非晶性金属珪酸塩は、紙原料中の非晶性金属珪酸塩の濃度が乾燥シート基準で０．２〜６１ｂｓ／ｌｏｎの範囲、好ましくは０．５〜４１ｂｓ／ｌｏｎの範囲になるような量だけ加えられる。ポリマーは、通常、乾燥シート基準で０．５〜４］ｂｓ／ｌｏｎの範囲、好ましくは０．６〜２．５１ｂｓ／ｌｏｎの範囲になるような量だけ加えられる。

本発明の方法は、紙製造において填料の非存在下で排水助剤として用いられてもよい。これらの方法は、しばしば填料（および頗料）、例えば、カオリン、炭酸カルシウム、滑石、二酸化チタン、硫酸バリウム、ベントナイトまたは硫酸カルシウムとの組み合わせで用いらうる。このとき、排水助剤および填料のための結合剤として働く。

本発明の方法は、しばしばサイズ剤、着色剤、光沢剤および他の商集的な紙製造の紙料（ｆｕｒｎｉｓｈｅｓ）の成分との組み合わせで用いられうる。歩留り助剤は、添加剤の存在下で、意図する目的の性能を発揮し続ける。

耐電荷性澱粉（例えば、１〜３０、好ましくは２〜１０１ｂｓ／ｌｏｎの紙料（ｆｕｒｎｉｓｈ））が、湿潤または乾燥強化剤として存在してもよい。即ち、澱粉の非晶性金属珪酸塩に対する重量比は、０．２５〜１５０：１　、好ましくは０．５〜８：１となる量が用いられてもよい。このような澱粉は、便利には０．０３より大きい（０−１５窒素当量八ｇ澱粉）置換の度合いを有するカチオン性の澱粉である。しかしながら、別の方法で両性の澱粉を用いてもよい。特に有用な澱粉は、芋の澱粉であり、蝋質のトウモロコシの澱粉、トウモロコシの澱粉、小麦の澱粉および米の澱粉である。澱粉は、通常、紙料（ｐａｐｅｒ　ｆｕｒｎｉｓｈ）の種々の成分と反応する時間を与えるように早い段階でシステムに加えられ、典型的にはマシーンチェストに加えられる。このシステムでは、澱粉がもし用いられるならば、ポリマーおよび非晶性金属珪酸塩の添加の前に澱粉を添加し、混合する必要がある。非晶性金属珪酸塩およびポリマーの添加は、紙料（ｆｕｒｎｉｓｈ）中の他の成分が加えられ、良く混合される限りは、どの順序、どの位置であってもよい。

澱粉−ポリマー−非晶性金属珪酸塩錯体は、しかし、−皮形成したら過度の剪断力を受けるべきではない。これを簡単に達成する方法は、澱粉をマシーンチェストに加え、最後の高剪断作用部分の前にポリマーを加え、非晶性金属珪酸塩を最後の高剪断作用部分の後に加えることである。このことは、澱粉に十分な反応時間を与え、ポリマーは十分に混合され、できた澱粉−ポリマー−非晶性金属珪酸塩錯体は、最小の剪断作用を受ける。

本発明の方法は、化学的、熱機械的および機械的な処理をされた固いおよび柔らかい木の両方の原料からできたパルプを基礎とする紙料（ｆｕｒｎｉｓｈ）を含む種々の紙製造紙料（ｆｕｒｎｉｓｈ）に使用されることができる。

本発明は、さらに次の実施例に記載され、種々の用途を示すが、添付された請求の範囲に記載された発明を限定するものではない。

実施例１粉砕された木材を含む酸性の紙料（ｐａｐｅｒ　ｆｕｒｎｉｓｈ）をヘッドボックスのコンシスチンシーが０．４６Ｘ、　ｐＨが４．５１、導電率６１０　ｕ　ｍｈｏ、ｃｍ−貫アルミニウムの濃度が１６０ＰＰＭのペーパーミルを運転して得た。

中程度の分子量で低電荷密度の市販のカチオン性ポリアクリルアミドの歩留り剤（２１６Ａ）および中程度の電荷密度のＰｅｎｔｆｏｒｄ　Ｐｒｏｄｕｃｔｓ（Ａｓｔｒｏ　Ｘ−１０１）の市販のカチオン性の芋の澱粉をこの試験に用いた。

ポリマーは０．０５χを構成し、澱粉は１．０χを構成し、製造業者の推薦する技術によって製造した。Ｄｅｌｔａ　Ｃｈｅｍｉｃａｌｓｓ、５ｅａｐｏｒｔ、Ｍａｉｎｅから市販の非晶性金属珪酸塩、Ｄａｃ　３を０．１５χの水性コロイド懸濁液として使用し、この３つの試験に使用した。

澱粉、ポリマーおよびコロイドの紙料（ｆｕｒｎｉｓｈ）との混合を、Ｂｒ１ｔｔ　Ｄｙｎａｍｉｃ　Ｄｒａｉｎａｇｅ　Ｊａｒ中で行った。澱粉をＢｒ１ｔｔ　Ｊａｒに攪拌速度１１０００ｒｐで加え、この速度で３０秒間保持した。次に、ポリマーを速度１０００ｒｐ−のままで加えた。ポリマーの添加後、この速度を１０秒間保持し、後に１０秒間２００Ｏｒｐｍに上げた。ここで、速度を１１００Ｏｒｐに減少し、コロイドを加えた。この速度をさらに１０秒間保持し、その後、排水試料を収集し、濾過し、乾燥させた。この手順は、ファンポンプのような剪断装置の前にポリマーを添加し、最終の高剪断作用点の前に紙機械の湿潤最終点にコロイドを加えることを疑似化したものである。

排水速度も、上記に記載され、用意された紙料（ｆｕｒｎｉｓｈ）を排水チューブに輸送することにより決定した。設定された容積を排水する時間を決定し、これから排水速度を計算した。結果を表１に示す。

表■ ＰＦＸＩＯＩ　２０　２７．３　１．１６ＰＦＸＩＯＩ　２０　２１６Ａ　１　４５．７　１．７４ＰＦＸＩＯＩ　２０　２１６Ａ　Ｉ　ＤＡＣ３１４７，９２，１７ＰＦＸＩＯＩ　２０　２１６Ａ　Ｉ　ＤＡＣ３２５２，１２，４３ＰＦＸＩＯＩ　２０　２１６Ａ　Ｉ　ＤＡＣ３４６４，０３，７０これらのデータは、ＤＡＣ３が、澱粉およびポリマーの単独に比べて澱粉およびポリマーの存在下で粒子の歩留りおよび排水速度において、明確な性能の向上が見られることを示す。

実施例２粉砕された木材を含む酸性の紙料（ｐａｐｅｒ　ｆｕｒｎｉｓｈ）をペーパーミルを運転して得た。ヘッドボックスの紙料（ｆｕｒｎｉｓｈ）のコンシスチンシーは０．４３χ、ｐＨは４．５１、導電率６７０　μｎ＋ｈｏ、ｃｍ−’であった。

実施例１と同様の方法を用いた。これらの方法は、いかなる追加の澱粉をも存在しないで行われた。用いたカチオン性ポリマーはＣＤ３１ＨＬ（Ａｌｌｉｅｄ　Ｃｏ１１ｏｉｄｓ、Ｌｉｍ１ｔｅｄ、Ｂｒａｄｆｏｒｄ、Ｅｎｇｌａｎｄより入手可能）であった。これは中庸の分子量で中庸のカチオン性電荷を有するポリアクリルアミドである。この材料は５０χ分散液として供給される。

２Ｄ５もＡ１１ｉｅｄ　Ｃｏ１１ｏｉｄｓから供給され、改質された白色顔料のベントナイトであり、乾燥粉末として供給される。ポリマーは濃度０．０５χで製造され、２Ｄ５およびＤＡＣ３はこの実験のために０．１４χの濃度で製造された。成分を実施例１で記載されたように混合し、ただし、澱粉を加えず、続＜　１１００Ｏｒｐでの３０秒間の混合も省略した。結果を表ＩＩに示す。

２２．５ＣＤ３１ＨＬ　Ｏ，５２７，８ＣＤ３１ＨＬ　１．０　３０．ｌＣＤ３１ＨＬ　２．０　３３．ｌＣＤ３１ＨＬ　２．０　２Ｄ５　０．５　４２．５ＣＤ３１１（Ｌ　２．０　２Ｄ５　１．０　４８．４ＣＤ３１ＨＬ　２．０　２Ｄ５　２．０　５９．５ＣＤ３１ＨＬ　２．０　２Ｄ５　４．０　？２．５ＣＤ３１１（Ｌ　２．０　［ＩＡＣ３０，５４８，７ＣＤ３１ＨＬ　２．ＯＤＡＣ３１，０６０，９ＣＤ３１ＨＬ　２．ＯＤＡＣ３２，０６７，９ＣＤ３１）ＩＬ　２．ＯＤＡＣ３４，０６５，９これらの結果をもとに、ＤＡＣ３はポリマーの存在下で強い相互作用を示す。

性能は、２Ｄ５に比べ、ＤＡＣ３が特に低いレベルでの良好な応答を与える。ＤＡＣ３はまた、澱粉が存在しない場合、性能が有利になることを示す。

実施例３粉砕された木材を含む酸性の紙料（ｐａｐｅｒ　ｆｕｒｎｉｓｈ）をペーパーミルを運転して得た。ヘッドボックスの紙料（ｆｕｒｎｉｓｈ）のコンシスチンシーは０．４０χ、導電率６２８　μｓｈｏ、ｃｒ’、　ｐＨは４．００であった。

実施例１と同様の方法を用いた。用いたポリアクリルアミドはＤｅａｌｔａ　Ｃｈｅｍｉｃａｌｓから供給された４２４０Ａであった。それは高分子量で、高カチオン性電荷を有するポリアクリルアミドであり、０．０５１の濃度で用いた。

用いた澱粉は５ｔ−Ｌｏｋ　４００（Ｓｔａｌｅｙ　ＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＣｏｍｐａｎｙ、　Ｄｅｃａｔｕｒ、　ｌ１ｌｉｎｏｉｓ）であり、カチオン性の芋の澱粉であり、高い置換の程度を有していた。この澱粉をこれらの実験に１χ溶液として用いた。３種の異なるコロイドを用い、第三のコロイドは、ＢＭＡ　としてＰｒｏｐｃｏｓｐ、　Ｍａｒｉｅｔｔａ、　Ｇｅｏｒｇｔａにより販売されるコロイド状の珪酸溶液であった。ＢＭＡは１５χ分散液として販売されるが、他のコロイドと同様に０．１４χの濃度にて実験に用いた。成分は実施例１のように混合された。結果を表ＩＩＩに示す。

表ｌｌｌ５ＴＡ−ＬＯＫ　４００　２０　４０．５　２．３８ＳＴＡ−ＬＯＫ４００　２０　４２４０Ａ　Ｏ，５４５，２２，２４ＳＴＡ−ＬＯＫ４００　２０　４２４ＯＡ　１．０　５０．３　２．４２ＳＴＡ−ＬＯに４００　２０　４２４０Ａ　２．０　５０．４　２．６８ＳＴＡ−ＬＯに４００　２０　４２４０＾　４．０　５３．４　２．５４ＳＴＡ−ＬＯＫ　４００　２０　４２４０Ａ　２．０　珪酸　０．５　５５．１’　３．４１３ＴＡ−Ｌ（ＩＫ　４００　２０　４２４０Ａ　２．０　珪酸　１．０　５６．８　２．９４ＳＴＡ−ＬＯＫ　４００　２０　４２４０Ａ　２．０　珪酸　２．０　５６．１　３．３３ＳＴＡ−ＬＯＫ　４００　２０　４２４０Ａ　２．０　珪酸　４．０　５？、８　３．７５ＳＴ＾− ＬＯＫ　４００　２０　４２４０＾　２．ＯＤＡＣ３０，５５４，０３，３３ＳＴＡ−ＬＯに４００　２０　４２４０Ａ　２．０　１１ＡＣ３１，０５７，８３，７５ＳＴＡ−ＬＯに４００　２０　４２４０Ａ　２．ＯＤＡＣ３２，０５Ｂ、９　３．８５ＳＴＡ−ＬＯＫ４００　２０　４２４０Ａ　２．０　０ＡＣ３４，０６９，９４，４１ＳＴＡ−ＬＯに４００　２０　４２４０Ａ　２．０　２Ｄ５　０．５　５０．９ＳＴＡ−ＬＯＫ４００　２０　４２４０Ａ　２．０　２Ｄ５　１．０　５１．７ＳＴ八−ＬＯＫ４００　２０　４２４０４　２．０　２１）５　２．０　４９．７ＳＴＡ−ＬＯＫ４００　２０　４２４０Ａ　２．０　２Ｄ５　４．０　５０．１これらのデータは、ＤＡＣ３が２Ｄ５および珪酸の両方と比較して、優れていることを示す、２Ｄ５は微小粒子の歩留りおよびに関して最小の応答を示し、結果的に排水についての試験を行わなかった。

実施例４粉砕された木材を含む酸性の紙料（ｐａｐｅｒ　ｆｕｒｎｉｓｈ）をペーパーミルを運転して得た。ヘッドボックスの紙料（ｆｕｒｎｉｓｈ）のコンシスチンシーは０．４５χ、ｐＨは４．５８、導電率６４９　μｍｈｏ、ｃｍ−’であった。ポリマー、コロイドおよび澱粉は、実施例３に記載したものを用いた。

成分は、実施例１に記載したように混合した。結果は（表ＩＶに要約する）はＤＡＣ３はポリアクリルアミド単独または澱粉と組み合わせたポリアクリルアミドのいずれかの存在下で最も強い応答を示す。

表ＩＶ２７．９ＳＴＡ−ＬＯＫ　４００　２０　５３．２ＳＴＡ−ＬＯＫ　４００　２０　４２４ＯＡ　１．０　６０．４ＳＴＡ−ＬＯに４００　２０　４２４０Ａ　２．０　５９．４ＳＴＡ−ＬＯＫ　４００　２０　４２４０Ａ　４．０　５９．７ＳＴＡ −ＬＯＫ４００　２０　４２４０４　２．ＯＤＡＣ３１，０６６，５ＳＴＡ−ＬＯＫ４００　２０　４２４０Ａ　２．ＯＤＡＣ３２，０７３，２ＳＴＡ−ＬＯＫ　４００　２０　４２４０＾　２．ＯＤＡＣ３３，０８０，０５ＴＡ−ＬＯＫ４００　２０　４２４０Ａ　２．０　２Ｄ５　１．０　６２．０５ＴＡ−ＬＯＫ４００　２０　４２４ＯＡ　２．０　２Ｄ５　２．０　６１．５ＳＴＡ−ＬＯに４００　２０　４２４０Ａ２．０　２Ｄ５　３．０　６２．０５ＴＡ−ＬＯＫ　４００　２０　４２４０Ａ　２．０　珪酸　１．０　６４．０ＳＴＡ−ＬＯＫ　４００　２０　４２４０＾　２．０　珪酸　２．０　６２．９ＳＴＡ−ＬＯＫ　４００　２０　４２４０Ａ　２．０　珪酸　３．０　６５．８４２４０＾　２．０　４９．７４２４ＯＡ　２．ＯＤＡＣ３１，０５８，０４２４０Ａ　２．ＯＤＡＣ３２，０６２，１４２４ＯＡ２．ＯＤＡＣ３３，０６２，０４２４ＯＡ　２．０　２０５　１．０　４９．０４２４ＯＡ　２．０　２Ｄ５　２．０　５８．７４２４ＯＡ　２．０　２Ｄ５　３．０　６０．８４２４ＯＡ　２．０　珪酸　１．０　４９．９４２４ＯＡ　２．０　珪酸　２．０　５２．８４２４ＯＡ　２．０　珪酸　３．０　５３．４実施例５粉砕された木材が存在しないアルカリ性の紙料（ｆｕｒｎｉｓｈ）を操作しているミルから得た。コンシスチンシーは０．７６χ、導電率５０７μｍｈｏ、ｃ１１−’、ｐＨは７．８８であった。この紙料（ｆｕｒｎｉｓｈ）は、実施例１に記載した手順を用いて試験された。ポリアクリルアミド、澱粉およびコロイドは実施例３に記載されたものであった。結果を表Ｖに要５ＴＡ−ＬＯＫ　４００　２０　３５．６ＳＴＡ−ＬＯＫ　４００　２０　４２４ＯＡ　２．０　５２．９ＳＴＡ−ＬＯＫ４００　２０　４２４０Ａ　２．ＯＤＡＣ３０，５６０，６ＳＴＡ−ＬＯＫ４００　２０　４２４０Ａ　２．ＯＤＡＣ３１，０６４，ｌ５ＴＡ− ＬＯＫ４００　２０　４２４０Ａ　２．ＯＤＡＣ３２，０６８，５ＳＴＡ−ＬＯＫ４００　２０　４２４ＯＡ　２．ＯＤＡＣ３３，０７４，３ＳＴＡ−ＬＯＫ４００　２０　４２４０Ａ　２．０　２Ｄ５　０．５　５６．ｌ５ＴＡ−ＬＯＫ４００　２０　４２４０Ａ　２．０　２Ｄ５　１．０　５７．５ＳＴＡ−ＬＯＫ４００　２０　４２４ＯＡ　２．０　２Ｄ５　２．０　５９．８ＳＴＡ−ＬＯＫ４００　２０　４２４０Ａ　２．０　２Ｄ５　３．０　６４．３これらの結果は、ＤＡＣ３はアルカリ性の紙料（ｆｕｒｎｉＳｈ）でもよく働き、２Ｄ５に対する性能の優位性を維持することを示す。

実施例６機械による試行をカチオン性ポリアクリルアミドおよびＤＡＣ３を用いて行った。カチオン性ポリアクリルアミドは中庸の分子量の低い電荷密度の材料であった（Ａｌｌｉｅｄ　Ｃｏ１１ｏｉｄｓよりＰｅｒｃｏｌ　２９２として市販）。ＤＡＣ３は前記の通りである。ポリアクリルアミドをファンポンプの上流に加え、ＤＡＣ３をスクリーンの下流で、ヘッドボックスのすぐ上流に加えた。以前に、機械はポリアクリルアミド単独の添加としてポリアクリルアミドを用いなければ利益がなかった。結果を表ＶＩに示す。

表Ｖｌ試行前　試行の間ポリマー（１／Ｔ）　０　２０ＡＣ３（１／Ｔ）　０　２第−透過歩止まり（％）　６３．９　７１．３排水速度（ｍｉｓ　／　５ｅｃ）　０．４２　１．６９剪断　７４７１生成　１１．２　１１．２ＤＡＣ３との組み合わせでポリアクリルアミドを使用すると第一透過歩留りは増加し、排水は速くなり、プレス部分でのスチーム使用量は減少した。しかしながら、最終の紙のシートの特性は、いかなる実質的に悪い影響をも受けなかった。

フロントページの続き（５１）　Ｉｎｔ、　Ｃ１，５識別記号　庁内整理番号７１９９−３ＢＩＤ　２１　Ｈ３／２８

Claims

【特許請求の範囲】

１．紙料（ｆｕｒｎｉｓｈ）を紙製造の装置のヘッドボックスに導入することを含む紙料から紙を製造する方法であって、ここで、前記紙料（ｆｕｒｎｉｓｈ）を前記ヘッドボックスに導入する前にカチオン性ポリマーおよび非晶性金属珪酸塩材料を前記紙料（ｆｕｒｎｉｓｈ）に加え、前記紙料（ｆｕｒｎｉｓｈ）が、第二番目の前記カチオン性ポリマーまたは前記非晶性金属珪酸塩材料の前記紙料（ｆｕｒｎｉｓｈ）への添加の後にいかなる実質的な剪断作用をも受けない方法。
２．前記カチオン性ポリマーが約５〜約２５ｄｌ／ｇの固有粘度を有する請求項１記載の方法。
３．前記カチオン性ポリマーが約０．０１〜約５窒素当量／キログラムポリマー（ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｓｏｆｎｉｔｒｏｇｅｎｐｅｒｋｇｐｏｌｙｍｅｒ）の電荷密度を有する請求項１記載の方法。
４．前記カチオン性ポリマーがポリアクリルアミド誘導体の第三または第四アミンである請求項３記載の方法。
５．前記カチオン性ポリマーおよび前記非晶性金属珪酸塩材料が約０．０３：１〜約３０：１の重量比で加えられる請求項１記載の方法。
６．前記重量比が約０．５：１〜約４：１である請求項５記載の方法。
７．前記非晶性金属珪酸塩材料が乾燥シート基準で約０．２〜約６１ｂｓ／ｔｏｎの量だけ存在する請求項１記載の方法。
８．前記非晶性金属珪酸塩材料が乾燥シート基準で約０．５〜約４１ｂｓ／ｔｏｎの量だけ存在する請求項７記載の方法。
９．前記紙料（ｆｕｒｎｉｓｈ）中に填料が乾燥シート基準で約５０〜約３００１ｂｓ／ｔｏｎの量だけ存在する請求項１記載の方法。
１０．前記填料がカオリン、炭酸カルシウム、滑石、二酸化チタン、硫酸バリウムおよび硫酸カルシウムからなる群から選ばれる請求項９記載の方法。
１１．前記紙料（ｆｕｒｎｉｓｈ）中に荷電された澱粉が存在する請求項１記載の方法。
１２．前記澱粉が約０．０３より大きい置換の程度を有するカチオン性の澱粉である請求項１１記載の方法。
１３．前記の荷電された澱粉が両性である請求項１２記載の方法。
１４．結合剤として、非晶性金属珪酸塩およびカチオン性ポリマーの組み合わせを含み、前記ポリマーが固有粘度による測定として約５〜約２５ｄ１／ｇの範囲にある分子量を有する紙またはカードボード。
１５．前記ポリマーは約０．０１〜約５隔イオン窒素当量／キログラムポリマーの電荷密度を有する請求項１４記載の紙またはカードボード。