NO174724B

NO174724B - Fremgangsmaate for fremstilling av papir og papp

Info

Publication number: NO174724B
Application number: NO891301A
Authority: NO
Inventors: John Graham Langley
Original assignee: Allied Colloids Ltd
Priority date: 1988-03-28
Filing date: 1989-03-28
Publication date: 1994-03-14
Also published as: EP0335575B2; JPH026683A; JPH05239800A; ES2053980T5; AU613465B2; EP0335575A2; JPH0529719B2; FI97307B; AU3174989A; FI97307C; DE68905208T2; FI891465A0; EP0335575A3; NO891301D0; ES2053980T3; NO891301L; FI891465A; CA1322435C; EP0335575B1; DE68905208D1

Abstract

Papir eller papp fremstilles ved å tilveiebringe en vandig cellulosesuspensjon inneholdende en kationisk polymer og deretter tilsette kationisk stivelse eller en høymolekylær syntetisk kationisk polymer, hvoretter suspensjonen underkastes skjærkrefter, hvoretter man tilsetter et uorganisk materiale valgt fra gruppen bestående av bentonitt eller kolloidal silisiumdioksyd. Fremgangsmåten er av spesiell verdi når suspensjonen fremstilles fra mekanisk avledet masse og/eller bleket masse, og når produktet er avispapir eller papp.

Description

Papir eller papp blir fremstilt ved å tilveiebringe en tykk masse, fortynne den tykke masse for å danne en tynn masse, og deretter avvanne den tynne masse for å danne et ark som deretter tørkes. En tykkere masse kan fremstilles enten ved å tilsette vann til tørr masse, eller i en integrert papirmaskin eller mølle ved å fortynne en awannet masse.

Det er standard praksis å forbedre fremgangsmåten eller produktets kvalitet ved at forskjellige additiver tilsettes på et eller flere av nevnte produksjonstrinn.

Hvis f.eks. den massen som man fremstiller papiret eller pappen fra er uren, vil man vanligvis før awanning tilsette uorganiske materialer, så som alun, talkum eller bentonitt, under fremstillingen av massen. En slik behandling vil vanligvis ha den effekt at man nedsetter eller eliminerer problemer som skyldes kvae eller andre klebrige stoffer.

Hvis det er nødvendig å bedre styrken på det endelige papirarket, er det vanlig å tilsette en såkalt tørr-styrke-harpiks, f. eks. en kationisk stivelse, i massen som skal avvannes.

Videre er det vanlig å tilsette kationiske polymerer til massen som skal avvannes for å bedre awanning og/eller retensjon.

Fremgangsmåter for å bedre retensjonen er beskrevet i U.S. patent 4.388.150 og innbefatter at man tilsetter kationisk stivelse og kolloidal kiselsyre til massen før awanning. Slike fremgangsmåter er blitt kommersialisert under varemerket "Com-posil" (varemerke).

Fremgangsmåter som gir bedret awanning, retensjon, tør-king og fremstilling av papir er beskrevet i europeisk patent 235893 og innbefatter at man tilsetter en første syntetisk kationisk polymer før et skjærtrinn og bentonitt etter dette skjærtrinnet. Slike fremgangsmåter er blitt kommersialisert under varemerket "Hydrocol" (varemerke).

Skjønt denne fremgangsmåten i de fleste tilfeller gir meget gode resultater, er det stadig rom for en forbedring med visse typer masser, da spesielt urene masser, og for visse sluttprodukter så som avispapir og papp.

I foreliggende oppfinnelse blir papir eller papp fremstilt ved en fremgangsmåte som innbefatter at man tilveiebringer en vandig cellulosemasse, underkaster denne ett eller flere skjærtrinn valgt fra rense-, blande- og pumpetrinn, hvoretter man tilsetter en hovedpolymer valgt fra kationisk stivelse og høy-molekylære kationiske polymerer med en molekylvekt over 500.000 og kationisk stivelse, før et av skjærtrinnene og deretter tilsetter et uorganisk stoff valgt fra bentonitt og kolloidal kiselsyre etter skjærtrinnet, avvanner massen for fremstilling av et ark og tørker dette. Fremgangsmåten er kjennetegnet ved at den omfatter et preliminært polymertilsetningstrinn som enten (a) innbefatter at man tilsetter massen før eller etter at man tilsetter hovedpolymeren, en lavmolekylær vannoppløselig syntetisk kationisk polymer med en lavere molekylvekt enn den man har for hovedpolymeren, og (b) tilsetter en vannoppløselig kationisk polymer som et avvanningsmiddel til cellulosémassen, og deretter avvanner cellulosémassen (i nærvær av awanningsmid-delet), hvoretter man fortynner den awannede massen til en vandig cellulosemasse.

Den foretrukne fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse innbefatter at man tilsetter en lavmolekylær vannoppløse-. lig syntetisk kationisk polymer.

Tilsetningen av den lavmolekylære kationiske polymeren i den tynne massen før man tilsetter hovedpolymeren, fører til en forbedring i den videre bearbeidingen og i de endelige egenska-per man oppnår ved å tilsette hovedpolymeren før et skjærtrinn og bentonitt eller kolloidal kiselsyre etter skjærtrinnet. Det har f.eks. vist seg, avhengig av de andre betingelsene, at det kan føre til reduserte problemer som skylles kvae eller andre klebrige materialer og kan føre til bedre kvaliteter med hensyn til våt- og/eller tørrstyrke, kjørbarhet, awanning, støving, opasitet og andre kvaliteter.

I dette første aspektet av oppfinnelsen kan den vandige cellulosémassen enten fremstilles fra en tørket masse, eller i et integrert anlegg ved å fortynne en avvannet masse, begge deler på vanlig kjent måte.

I et annet aspekt av oppfinnelsen fremstilles cellulosémassen ved å fortynne en tørket masse i en integrert papirmaskin og hvor awanningen av massen fremmes ved at man tilsetter et avvanningshjelpemiddel til en masse som skal avvannes, og hvor nevnte awanningshjelpemiddel innbefatter en vannoppløse-lig kationisk polymer. Denne polymeren kan være enhver av de syntetiske polymerer som er beskrevet nedenfor som kan brukes som den kationiske hovedpolymer.

Når man avvanner en masse i et integrert papirfremstil-lingsanlegg for fremstilling av en våt masse som deretter kan fortynnes for videre bearbeiding, er det vanlig ikke å tilsette et awanningsmiddel ettersom awanningen ofte skjer tilfreds-stillende uten ekstra omkostninger. I foreliggende aspekt av oppfinnelsen er det imidlertid ønskelig å tilsette et awanningsmiddel ettersom dette bedrer awanningen og/eller retensjonen og tilveiebringer en awannet masse som allerede inneholder kationisk polymer, og tilsetningen av denne har fordel-aktige effekter ved den etterfølgende behandlingen med den foran angitte hovedpolymeren og det uorganiske additivet. For eksempel kan man få redusert den mengde hovedpolymer som er nødvendig for å få optimal bearbeiding, og den samlede mengde av awanningsmiddel og hovedpolymer kan være omtrent den samme som den optimale mengde hovedpolymer hvis massen ikke er blitt behandlet med awanningsmiddel. Ved å anvende et awanningsmiddel kan fremgangsmåten bedres både med hensyn til masseav-vanning og i selve arkdannelsestrinnet, mens den totale mengde av polymer som brukes i alt vesentlig er uforandret og det samme gjelder kvaliteten etter den endelige bearbeidingen.

Mengden av awanningspolymer er vanligvis minst 0,005 eller 0,01 %, ofte minst 0,03 eller 0,05 %, men det er vanligvis unødvendig å tilsette mer enn 0,3, og maksimalt 0,5 %. Det er ofte foretrukket å ha mengder mellom 0,1 og 0,2 %. Disse prosentsatser er basert på tørrvekten av massen.

Det syntetiske polymere awanningsmiddel kan være en avvanningsfremmende, relativt lav-molekylær polymer, f.eks. enhver av de som er angitt nedenfor som polymeren med lavere molekylvekt enn hovedpolymeren, men er vanligvis en relativt høymolekylær polymer, f.eks. med en molekylvekt som er vanlig for awanningsmidler og retensjonshjelpemidler. For eksempel vil polymeren vanligvis være en i alt vesentlig syntetisk lineær kationisk polymer med en molekylvekt over 500.000, og fortrinnsvis med en grenseviskositet på 4 dl/g. Man kan således anvende enhver av de polymerer som er beskrevet i EP 0235893.

Grenseviskositeter er her målt på vanlig kjent måte ved å bestemme oppløsningenes viskositet ved hjelp av et nivå-visko-simeter ved 25°C i 1 molar NaCl bufret til pH ca. 7 ved hjelp av natriumfosfat.

Uansett hvorvidt den tykke utgangsmassen er fremstilt ved å fortynne en våtmasse som er blitt awannet i nærvær av et avvanningsmiddel, er det foretrukket i foreliggende oppfinnelse å tilsette den beskrevne lavmolekylære oppløselige syntetiske kationiske polymeren før hovedpolymeren.

Det er foretrukket at resten av fremgangsmåten skal tilsvare den tidligere angitte "Hydrocol" prosessen, og den kan derved utføres som angitt i EP 235893, ved å bruke en syntetisk kationisk polymer med en molekylvekt på minst 500.000 før et av skjærtrinnene og bentonitt etterpå. De materialer og betingel-ser som er beskrevet i EP 235893 kan brukes i foreliggende oppfinnelse, med den modifikasjon at massen innbefatter at den lavmolekylære polymeren tilsettes før hovedpolymeren. Alternativt, men mindre foretrukket, kan bentonitten erstattes med kolloidal kiselsyre eller et annet egnet materiale i form av fine partikler, eller den syntetiske polymeren kan erstattes med kationisk stivelse.

Enkelte ganger kan mindre mengder av hovedpolymeren enn det som er anbefalt i EP 235893 gi gode resultater i foreliggende oppfinnelse, f.eks. mengder på mindre enn 300 g/t, f.eks. 50 g/t (0,005 %) til 250 g/t, mer spesielt ca. 100 g/t, basert på tørrvekten av massen.

Fremgangsmåten kan alternativt tilsvare den som er beskrevet i U.S. patent 4.388.150 med tilsetning av kationisk stivelse i massen før man tilsetter den kolloidale kiselsyren (som kan være modifisert som W086/5826).

Den lavmolekylære polymeren kan være tilstede i den tykke massen for så å fortynnes til den tynne massen eller kan tilsettes direkte til sistnevnte. For eksempel vil man vanligvis fortynne den tykke massen for fremstilling av den tynne massen ved å anvende bakvann. Det er ønskelig å tilsette den lavmolekylære polymeren før, eller umiddelbart etter eller under for-tynningen med bakvann og deretter tilsette hovedpolymeren til den tynne massen etter tilsetningen av polymeren med lav molekylvekt.

Den sistnevnte polymeren må ha en molekylvekt som er til-strekkelig lavere enn molekylvekten på hovedpolymeren til at den vil gi andre prosess- eller ytelsesfordeler. Foreliggende oppfinnelse innbefatter således ikke en fremgangsmåte hvor både den lavmolekylære og den høymolekylære polymeren i alt vesentlig er primære kationiske retensjonshjelpemidler. Oppfinnelsen er således begrenset til fremgangsmåter hvor den lavmolekylære polymeren gir en annen prosessfordel enn den andre polymeren. Vanligvis vil den lavmolekylære polymeren ha en grenseviskositet under 2 dl/g og vanligvis ha en molekylvekt under 500.000. Molekylvekten ligger vanligvis over 50.000 og ofte over 100.000.

En foretrukket relativt lavmolekylær polymer er polyetylenimin. En egnet kvalitet av denne polymertypen er det pro-dukt som selges under varemerket Polymin SK. Andre egnede polymerer er polymerer og kopolymerer av diallyldimetyl-ammo-niumklorid, og av dialkylaminoalkyl(met)akrylater og dialkyl-aminoalkyl(met)akrylamider (begge vanligvis som syretilset-ningssalter eller som kvarternære ammoniumsalter) såvel som polyaminer og polydicyandiamider-formaldehyd polymerer. Man kan også bruke amfotere syntetiske polymerer.

En foretrukket fremgangsmåte ifølge foreliggende oppfinnelse bruker en relativt uren utgangsmasse som inneholder betydelige mengder av harpiks og/eller har høyt kationbehov. Utgangsmaterialet kan f.eks. kreve minst 0,1 % Polymin SK for å gi forbedret retensjon når Polymin SK brukes på vanlig måte som et retensjonsmiddel. Polymin er et varemerke. Slike ut-gangsmasser vil f .eks. være slike som inneholder mer en 25 vekt%, vanligvis mer enn 50 vekt% mekanisk fremstilt masse og/eller avsvertet masse. Med mekanisk fremstilt masse mener man malt tremasse, trykkraffinert tremasse, termo-mekanisk, kjemisk-termomekanisk eller på annen måte mekanisk og med høyt utbytte fremstilte fibrer.

I slike tilfeller vil den lavmolekylære polymeren velges primært for å redusere kationbehovet og/eller å unngå harpiks-problemer og/eller støvingsproblemer.

Når man bruker disse relativt urene massene, vil fremgangsmåten være spesielt verdifull når massen skal brukes for fremstilling av avispapir, og for dette formål vil man vanligvis ikke ha tilsatt fyllstoffer eller bare små mengder, f.eks. fra 0 til 15 %, ofte fra 0 til 10 % basert på massens tørrvekt. Man vil imidlertid også oppnå fordeler når massen inneholder fyllstoffer i mengder på opptil 30 % i det ferdige papirpro-duktet .

Fremgangsmåten er også av verdi ved fremstillingen av papp, ofte fra tilsvarende urensede masser som inneholder lite eller intet fyllstoff. I disse tilfeller vil en alternativ eller ytterligere egenskap for den lavmolekylære polymeren være å bedre styrken på pappen, og for dette kan man bruke en lav-molekylær vannoppløselig syntetisk kationisk harpiks med høy tørrstyrke. Amfotere polymerer er spesielt godt egnet for dette formål.

Mengden av den lavmolekylære polymeren er opptil 0,5 %, vanligvis i området 0,01 eller 0,05 til 0,2 %, basert på tørr-vekten av massen, og den optimale mengde kan finnes ved hjelp av rutineeksperimenter. Ofte vil massen før behandlingen med den lavmolekylære polymeren ha et kationbehov (som målt ved titrering med hoved-kationpolymeren) på over 400 g/t, og den lavmolekylære polymeren tilsettes massen i en mengde som reduserer kationbehovet i den tynne massen til under 300 g/t før man tilsetter hovedpolymeren.

Man har funnet at fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse gir forbedret bearbeiding av massen ettersom den kan gi bedret fjerning av harpiks og/eller andre klebrige stoffer, bedret papirkvalitet så som opasitet og støvingsegenskaper, forbedret våtstyrke og bearbeiding under fremstillingen. Videre blir fremgangsmåten forbedret med hensyn til awannings-egenskaper ved tilsetningen av den andre polymeren, sammenlig-net med en fremgangsmåte uten denne polymeren, f.eks. en fremgangsmåte av den type som er beskrevet i EP 235893 eller U.S. patent 4.388.150.

I de følgende eksempler er polymer A en polymer med en grenseviskositet på 7 dl/g, fremstilt fra 75 % akrylamid og 25 % dimetylaminoetylakrylat, MeCl kvaternisert, mens polymer B er et modifisert polyetylenimin som selges under varemerket Polymin SK.

Eksempel 1

En 100 % blandet avfallsmasse med en konsistens på 0,5 % ble fremstilt. Avvanningsprøver ble utført på denne massen ved hjelp av et modifisert Shopper Riegler freeness-prøveapparat, idet man målte den tid det tok for 600 ml bakvann å bli awannet fra den massen som skulle måles. Massen ble så underkastet skjærkraft og awanning ble målt. I en prøve hadde man ingen tilsetninger hverken før eller etter skjærkraftpåvirkningen. I andre prøver ble bentonitt tilsatt etter skjærtrinnet og polymer A og/eller polymer B ble tilsatt før skjærkraftpåvirkningen. Når både polymer A og B ble tilsatt, ble polymer B tilsatt betydelig tidligere enn polymer A.

Resultatene var som følger.

Eksempel 2

Man gjennomførte et forsøk på samme måte som beskrevet i eksempel 1, men ved å bruke en masse med et høyt innhold av mekaniske fibre, og massen var en 50:50 maltzbleket kraftmasse med en konsistens på 1,0 %. I tillegg til å måle awannings-tiden som i foran nevnte eksempel, utførte man en bestemmelse av antall harpikspartikler (som partikler/ml ved hjelp av Allen-metoden).

Man oppnådde de følgende resultater.

Disse eksempler viser klart verdien av å tilsette, f.eks. fra 0,01 til 0,1 %, vanligvis fra 0,02 til 0,07 % polyetylenimin, for derved å redusere den mengde av det høymolekylære (med f.eks. grenseviskositet over 4) kationiske retensjons-hjelpemiddel som er nødvendig for god awanning og retensjon, slik at man kan motvirke effekten av masser med høyt kationbehov, og spesielt høyt innhold av harpikspartikler.

Eksempel 3

Avispapir fremstilles ved hjelp av en masse på 3 % kraft, 17 % magnefitt, 38 % termomekanisk masse og 42 % malt masse som var tilsatt 20 % avfallspapir. Høymolekylær polymer ble tilsatt, i enkelte prøver like før siste skjærtrinn og bentonitt ble tilsatt, i visse prøver etter siste skjærtrinn. Den lavmolekylære polymeren ble tilsatt den tynne massen rett etter at denne var fremstilt ved fortynning av den tykke massen.

I disse prøver var den lavmolekylære polymeren en polymer K hvor polymeren i oppløsning hadde en grenseviskositet på 1 dl/g og fremstilt fra 20 % akrylamid og 80 vekt% diallyldime-tyl-ammoniumklorid. De høymolekylære polymerene er L, som er 70 % akrylamid, 30 % metylklorid kvaternisert dimetylaminoetylakrylat med grenseviskositet 8, og polymer M som er 95 % akrylamid og 5 % metylklorid kvaternisert dimetylaminoetylakrylat med grenseviskositet 11. Awanningshastigheten på hver av de behandlede masser ble målt, og man fikk de beste resultatene med de som hadde de høyeste awanningstallene. Resultatene er som følger.

Disse resultatene viser klart fordelen ved fremstillingen av avispapir å tilsette en høymolekylær kationisk polymer umiddelbart før skjærtrinnet og bentonitt etter skjærtrinnet, selv når den høymolekylære polymeren ofte bare har en relativt lav kationladning. Resultatene viser at det også kan være fordel-aktig å erstatte den høymolekylære polymeren med en lavmolekylær polymer med en molekylvekt over 500.000, men at man oppnår de beste resultater ved å bruke en kombinasjon av begge.

Claims

1. Fremgangsmåte for fremstilling av papir eller papp ved at man fremstiller en vandig cellulose-masse, fører denne gjennom ett eller flere skjærtrinn valgt fra rense-, blande- og pumpetrinn, tilsetter en hovedpolymer valgt fra kationisk stivelse og høymolekylære vannoppløselige kationiske polymerer til massen før et av skjærtrinnene og tilsetter et uorganisk materiale valgt fra bentonitt og kolloidal silisiumdioksyd etter skjærtrinnet, avvanner massen for fremstilling av et ark og tørker dette, karakterisert ved at fremgangsmåten innbefatter et preliminært polymertilsetningstrinn valgt fra at man (a) tilsetter massen før eller etter tilsetning av hovedpolymeren, en lavmolekylær vannoppløselig syntetisk kationisk polymer med en molekylvekt som er lavere enn molekylvekten på hovedpolymeren, og (b) tilsetter et vannoppløselig, kationisk, polymert awanningsmiddel til en cellulosemasse, og deretter avvanner massen og fortynner den awannede massen til en vandig cellulosemasse.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at hovedpolymeren er en høymolekylær lineær vannoppløselig kationisk polymer med en molekylvekt over 500.000.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at det uorganiske materia-let er bentonitt.

4. Fremgangsmåte ifølge ethvert av de foregående krav, karakterisert ved at minst 25 vekt% av cellulosémassen er fremstilt fra mekanisk avledet masse og/eller avsvertet masse.

5. Fremgangsmåte ifølge ethvert av de foregående krav, karakterisert ved at det fremstilles avispapir eller papp.

6. Fremgangsmåte ifølge ethvert av de foregående krav, karakterisert ved at hovedpolymeren er en syntetisk polymer med en grenseviskositet på minst 4 dl/g, eller en kationisk stivelse, og at en lavmolekylær vannoppløse-lig, syntetisk kationisk polymer med en lavere molekylvekt tilsettes massen før man tilsetter hovedpolymeren.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert ved at den lavmolekylære polymeren har grenseviskositet under 2 dl/g.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert vedat den lavmolekylære polymeren har en molekylvekt fra 100.000 til 500.000.

9. Fremgangsmåte ifølge ethvert av kravene 6 til 8, karakterisert ved at den lavmolekylære polymeren velges fra polyetylenimin, polyaminer, polycyandiamid-formaldehyd-polymerer, amfotere polymerer og polymerer av mono-merer valgt fra diallyldimetylammoniumklorid, diallylaminoal-kyl(met)akrylater og dialkylaminoalkyl(met)akrylamider.

10. Fremgangsmåte ifølge ethvert av kravene 6 til 9 ved fremstilling av papp, karakterisert ved at den lavmolekylære polymeren er en amfoter tørrstyrke-kationharpiks.

11. Fremgangsmåte ifølge ethvert av kravene 6 til 10, karakterisert ved at den masse til hvilken man tilsetter den lavmolekylære polymeren har et kationbehov som målt på den hovedkationiske polymeren, på minst 400 g/t, og at mengden av lavmolekylær polymer tilsettes i så store mengder at man reduserer nevnte kationbehov til under 300 g/t.

12. Fremgangsmåte ifølge ethvert av kravene 6 til 11, karakterisert ved at den massen som avvannes for fremstilling av papir eller papp, er en tynn masse fremstilt ved å fortynne en tykk masse, og at hovedpolymeren tilsettes den tynne massen mens den lavmolekylære polymeren er tilstede i den tykke massen.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 12, karakterisert ved at den massen som avvannes for fremstilling av papir eller papp er en tynn masse fremstilt ved å fortynne en tykkere, og ved at hovedpolymeren tilsettes den tynne massen og at den lavmolekylære polymeren tilsettes den tynne massen eller den tykke massen i en mengde fra 0,01 til 0,5 % basert på tørrvekten av massen.

14. Fremgangsmåte ifølge ethvert av de foregående krav, karakterisert ved at den massen som avvannes for fremstilling av papir eller papp, fremstilles ved å fortynne en awannet masse som er blitt fremstilt ved å avvanne en cellulosemasse inneholdende et avvanningshjelpemiddel, som er et vannoppløselig, kationisk, syntetisk, polymert awanningshjelpemiddel med grenseviskositet over 4 dl/g.