Способ изготовления бумаги - RU2166018C2

Описание

Настоящее изобретение относится к способу изготовления бумаги в бумагоделательной машине, содержащей напорный ящик с разжижением, и точнее, к способу, в котором добавки, ухудшающие удержание и обезвоживание, вводятся в бумажную массу до того, как она выпускается из напорного ящика на сетку и обезвоживается для формования полотна бумаги.

В области техники, относящейся к изготовлению бумаги, водная суспензия, содержащая целлюлозные волокна, наполнители и добавки, называемая бумажной массой, подается в напорный ящик, который выпускает бумажную массу на формующую сетку через отверстие выпускной щели. Вода стекает из бумажной массы через формующую сетку, так что мокрое полотно бумаги формуется на сетке, и полотно далее обезвоживается и сушится в сушильной части бумагоделательной машины. Удерживающие агенты обычно вводятся в бумажную массу с целью повышения адсорбции мелких частиц, например тонких волокон и наполнителей, к целлюлозным волокнам, так что они удерживаются с волокнами на сетке. В данной области техники известно широкое разнообразие удерживающих агентов, примеры которых включают линейные, разветвленные и органические полимеры с пересекающимися связями типа анионоактивных, неионных, амфотерных и катионоактивных, органические полимеры с различным молекулярным весом, неорганические материалы и множество их сочетаний. В связи с неполным удержанием вода, полученная путем обезвоживания бумажной массы и мокрого полотна, называемая белой водой или оборотной водой, содержит тонкие частицы, которые не были удержаны на сетке, и эта вода обычно рециркулирует в различных потоках контура.

Из-за неравномерной усушки полотна бумаги в процессе сушки, полученное в результате высушенное полотно обычно имеет неравномерное распределение удельного веса по ширине машины. Заметно, что усушка в середине поверхности полотна бумаги ниже, чем на боковых поверхностях, в результате чего создается более высокий удельный вес по сухому веществу на обеих боковых поверхностях полотна. Ранее выступ, ограничивающий отверстие выпускной щели, регулировали вдоль ее длины, чтобы контролировать профиль удельного веса полотна. Однако на практике очень трудно получить равномерный удельный вес по ширине полотна, используя этот тип регулирующего устройства. Вдобавок попытки контроля распределения основного веса таким образом ухудшают распределение ориентации волокон полотна бумаги, результатом чего обычно являются вредные воздействия на качество производимой бумаги, такие как анизотропия прочности и растяжения.

Улучшенное распределение удельного веса может быть достигнуто при различных типах конструкции напорного ящика, называемого напорным ящиком с разжижением, в котором распределение удельного веса полотна бумаги контролируется посредством разжижения водой бумажной массы, подаваемой в напорный ящик. Обычно вода, используемая в процессе разжижения, является белой водой, и таким образом поток бумажной массы, имеющий высокую концентрацию, разжижается потоком с низкой концентрацией, создаваемым белой водой. Например, напорный ящик может иметь ряд смесительных участков, или линий разжижения, распределенных по всей ширине напорного ящика. Белая вода вводится в смесительные участки для того, чтобы локально регулировать разжижение бумажной массы, посредством чего образуется переменное распределение концентрации массы, которая удаляется из отверстия выпускной щели при постоянном объемном расходе. Путем регулирования количества разжижителя, т.е. отношения высокой концентрации потока к низкой концентрации потока во множестве точек напорного ящика по ширине машины, например, в соответствии с распределением удельного веса, измеренным находящимися в режиме "on-line" сканерами, удельный вес полотна можно контролировать усовершенствованным способом и делать его по существу равномерным по ширине машины. Поток с постоянным расходом по ширине машины может также благоприятно воздействовать на распределение ориентации волокон.

Однако в бумагоделательных машинах, в которых используются конструкции напорных ящиков с разжижением, особенно при использовании высокоэффективных удерживающих агентов, опытным путем было установлено, что изготовленное бумажное полотно имеет изменяющиеся форму и состав по ширине полотна. В особенности, было обнаружено, что бумажное полотно имеет неравномерное распределение зольности по ширине, в результате чего производится бумага, не удовлетворяющая техническим требованиям. В ряде случаев зольность на боковых поверхностях была гораздо ниже, чем в середине поверхности полотна.

В соответствии с настоящим изобретением, когда бумага изготовляется на бумагоделательной машине, содержащей напорный ящик с разжижением, было установлено, что полотно бумаги, имеющее более равномерное распределение зольности по ширине, может быть получено путем введения специальной системы добавок в бумажную массу определенным способом перед обезвоживанием ее на сетке для образования полотна бумаги. Кроме того, было установлено, что способ согласно изобретению может обеспечить улучшенное формование изготовленного полотна бумаги. Следовательно, в соответствии с настоящим изобретением предусмотрен способ изготовления бумаги на бумагоделательной машине, содержащей напорный ящик с разжижением, в котором основной поток воды, содержащей целлюлозные волокна и наполнитель, смешивают в напорном ящике с разжижающим потоком воды для образования результирующего потока воды, который выпускается на сетку и обезвоживается для образования полотна бумаги, в котором один или более компонентов, обеспечивающих улучшенное удержание, вводят в основной поток воды, и дополнительную добавку вводят в разжижающий поток воды перед обезвоживанием, причем дополнительная добавка дает в результате более медленное обезвоживание и/или ее выбирают из неионных и анионоактивных органических полимеров. Изобретение, таким образом, относится к способу, который далее будет определен в пунктах формулы изобретения.

Напорные ящики с разжижением в общем могут быть описаны как устройства, содержащие по меньшей мере одно входное отверстие для первого объемного потока частиц, по меньшей мере одно входное отверстие для второго объемного потока частиц, по меньшей мере один участок для смешения объемных потоков частиц для образования смешанного объемного потока и по меньшей мере одно выходное отверстие для выпуска смешанного объемного потока. Предпочтительно напорный ящик с разжижением содержит множество таких входных отверстий, участков и выходных отверстий по его рабочей ширине. Примеры соответствующих напорных ящиков с разжижением включают патенты США NN 4,909, 904; 5,196,091; 5,316,383; 5,545,293 и 5,549,793.

Термин "основной поток воды", используемый здесь, относится к основному потоку бумажной массы, содержащему целлюлозные волокна и наполнитель, поступающему в напорный ящик, который имеет высокую концентрацию (далее упоминаемую как ВК), т.е. высокое содержание твердого вещества, в результате чего он представляет собой поток высокой концентрации (далее поток ВК). Величина концентрации потока ВК может находиться в диапазоне от 0,1% до 3,5% по весу, подходит от 0,3% до 2,2% и предпочтительно от 0,4% до 1,9%. Термин "разжижающий поток воды", используемый здесь, относится к потоку воды, который используется для разжижения потока ВК и который по отношению к потоку ВК имеет низкую концентрацию (НК), т.е. низкое содержание твердого вещества, и в результате представляет собой поток низкой концентрации (далее поток НК). Концентрация потока НК может находиться в диапазоне от 0-1,5% по весу, подходит 0,002-0,9% и предпочтительно 0,005-0,8% с условием, что концентрация потока НК ниже, чем потока ВК. В напорном ящике поток ВК смешивается с потоком НК и разжижается, например, непосредственно перед турбулизатором, чтобы образовать результирующий поток, который выпускается на сетку для обезвоживания. Объемное отношение потока ВК к потоку НК может находиться в диапазоне от 99:1 до 50:50, подходит от 97:3 до 60:40, предпочтительно от 95:5 до 75:25 и типично около 85:15. Обычно в конструкциях напорных ящиков с разжижением объемное отношение потока ВК к потоку НК предпочтительно изменяется в различных точках напорного ящика по его ширине для того, чтобы регулировать величину разжижения, посредством чего создается возможность контроля распределения удельного веса по ширине отформованного полотна бумаги. Предпочтительно объемные потоки частиц, т.е. поток ВК и поток НК, смешиваются в напорном ящике для того, чтобы образовать результирующий объемный поток смеси ВК/НК, который выпускается из напорного ящика и который является по существу постоянным по ширине машины.

Водный поток НК, используемый для разжижения, может быть выбран из свежей воды, белой воды и других типов потоков воды, которые рециркулируют в процессе. Разжижающий поток НК может содержать тонкие волокна и наполнитель, и он может быть подвергнут обработке посредством любой стадии очистки перед его подачей в напорный ящик. Примеры подходящих стадий, которые могут быть использованы для очистки или осветления потоков воды этого типа, включают фильтрацию, флотацию, седиментацию, анаэробную и аэробную обработку. Предпочтительно поток НК представляет собой белую воду, которая может содержать тонкие частицы, наполнитель и другие добавки, которые вводятся в поток ВК, но не удерживаются на сетке. Используемая белая вода предпочтительно получается в результате обезвоживания бумажной массы и/или мокрого полотна на сетке, и может быть произведено ее осветление, как указано выше, перед подачей ее в напорный ящик с разжижением. В настоящем способе поток НК должен иметь подходящий состав, отличный от состава потока ВК и в особенности содержание наполнителя в потоке НК отличается от его содержания в потоке ВК. Предпочтительно, чтобы поток НК имел более высокое содержание наполнителя, выраженное в процентном отношении к сухому веществу в потоке, чем поток ВК.

В дополнение к потоку ВК и потоку НК, поступающим в напорный ящик, как описано выше, может быть по меньшей мере один дополнительный поток, подаваемый в напорный ящик в соответствии с настоящим изобретением. Дополнительный поток предпочтительно представляет собой поток, который содержит одну воду. Дополнительный поток может также представлять собой поток бумажной массы или пульпы, который по концентрации и/или составу отличается от потока ВК.

Компонент (ы), обеспечивающий улучшенное удержание в соответствии с изобретением, может представлять собой один удерживающий агент или удерживающую систему, например любой из тех, которые будут определены далее. Один компонент может представлять собой любой компонент, действующий как удерживающий агент, предпочтительно катионоактивный полимер. В настоящем варианте осуществления изобретения количество компонента, вводимого в основной поток воды, должно быть достаточным для того, чтобы обеспечить лучшее удержание, чем получаемое без добавки компонента.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения использована удерживающая система. Термин "удерживающая система", используемый здесь, относится по меньшей мере к двум компонентам, которые при добавлении к бумажной массе дают лучшее удержание, чем получаемое без добавки компонентов. Компоненты удерживающих систем обычно выбираются из органических полимеров и органических полимеров в сочетании с соединениями алюминия и/или неорганическими микрочастицами. В частности, в предпочтительном варианте осуществления изобретения используется удерживающая система с микрочастицами. Термин "удерживающая система с микрочастицами", используемый здесь, обозначает удерживающую систему, содержащую материал, состоящий из микрочастиц, или микрочастицы, такие как, например, анионоактивные неорганические частицы, катионоактивные неорганические частицы и органические микрочастицы. Материал, состоящий из микрочастиц, используется в сочетании по меньшей мере с одним добавочным компонентом, обычно по меньшей мере с одним органическим полимером, здесь также называемым основным полимером, предпочтительно катионоактивным, амфотерным или анионоактивным полимером. Анионоактивные микрочастицы предпочтительно используются в сочетании с по меньшей мере одним амфотерным и/или катионоактивным полимером, в то время как катионоактивные микрочастицы предпочтительно используются в сочетании с по меньшей мере одним амфотерным и/или анионоактивным полимером. Предпочтительно микрочастицы представляют собой анионоактивные неорганические частицы. Далее предпочтительно, чтобы микрочастицы находились в коллоидальном диапазоне размеров частиц. Удерживающая система, например система, содержащая микрочастицы, может содержать более двух компонентов, например, она может быть трех- или четырехкомпонентной удерживающей системой. Подходящие добавочные компоненты включают одно или более соединений алюминия и катионоактивные органические полимеры с низким молекулярным весом. Обычно удерживающие системы, включая удерживающие системы с микрочастицами, дают также лучшее обезвоживание, чем получаемое без добавки компонентов, и системы обычно называются удерживающими и обезвоживающими системами.

Анионоактивные неорганические частицы, которые могут быть использованы в соответствии с изобретением, включают анионоактивные частицы на основе двуокиси кремния и отбеливающих глин. Анионоактивные частицы на основе двуокиси кремния, т.е. частицы на основе SiO₂ или кремниевой кислоты, включая коллоидальную двуокись кремния, различные типы поликремниевой кислоты, коллоидальную модифицированную алюминием двуокись кремния или силикаты алюминия и их смеси, предпочтительно используются либо отдельно, либо в сочетании с другими типами анионоактивных неорганических частиц. Анионоактивные частицы на основе двуокиси кремния обычно вводятся в форме водных коллоидальных дисперсий, также называемых золями. Удерживающие и обезвоживающие системы, содержащие соответствующие анионоактивные частицы на основе двуокиси кремния, описаны в патентах США NN 4,388,150; 4,927,498; 4,954,220; 4,961,825; 4,980,025; 5,127,994; 5,176, 891; 5,368,833; 5,447,604; 5,470,435; 5,543,014; 5,571,494; 5,584,966 и 5,603,805, которые все включены в данное описание путем ссылки.

Анионоактивные частицы на основе двуокиси кремния подходят при средних размерах частиц менее, чем около 50 нм, предпочтительно менее, чем около 20 нм и более предпочтительно в диапазоне от около 1 до около 10 нм. Как принято в химии силикатов, размер частиц обозначает среднюю величину размера первичных частиц, которые могут быть агрегированы или не агрегированы. Удельная поверхность частиц на основе двуокиси кремния подходит при величине выше 50 м²/г и предпочтительно выше 100 м²/г. Обычно удельная поверхность может быть вплоть до около 1700 м²/г и предпочтительно вплоть до 1000 м²/г. Удельная поверхность может быть измерена посредством титрования с NaOH известным способом, например, как описано в "Sears in Analytical Chemistry" 28 (1956): 12, 1981-1983 и в патенте США N 5,176,891. Данная поверхность, таким образом, представляет среднюю удельную поверхность частиц.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения анионоактивные неорганические частицы являются частицами на основе двуокиси кремния, например коллоидальной двуокиси кремния или модифицированной алюминием двуокиси кремния, имеющими удельную поверхность в диапазоне от 50 до 1000 м²/г и предпочтительно от 100 до 950 м²/г. Предпочтительно, анионоактивные неорганические частицы присутствуют в золе двуокиси кремния, имеющем значение S в диапазоне от 8 до 45%, предпочтительно от 10 до 30%, содержащем частицы двуокиси кремния с удельной поверхностью в диапазоне от 300 до 1000 м²/г, которая подходит при величине от 500 до 950 м²/г и предпочтительно от 750 до 950 м²/г, частицы которого могут быть не модифицированы алюминием или быть модифицированы алюминием, причем подходящими являются модифицированные алюминием и предпочтительными являются частицы, модифицированные на поверхности алюминием до степени замещения атомов кремния от 2 до 25%. Значение S может быть измерено и рассчитано, как описано Ller & Dalton в J. Phys. Chem. 60 (1956), 955-957. Значение S показывает степень агрегации или образования микрогеля и более низкое значение S показывает более высокую степень агрегации.

В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения анионоактивные неорганические частицы выбираются из поликремниевой кислоты и коллоидальной модифицированной алюминием двуокиси кремния или силиката алюминия, имеющих высокую удельную поверхность, которая подходит при величине выше, чем около 1000 м²/г. Удельная поверхность может быть в диапазоне от 1000 до 1700 м²/г и предпочтительно от 1050 до 1600 м²/г. В этой области техники поликремниевая кислота, также называемая полимерной кремниевой кислотой, микрогель поликремниевой кислоты, полисиликат и микрогель полисиликата объединены термином поликремниевая кислота, используемым здесь. Содержащие алюминий соединения этого типа также обычно называются полиалюминосиликатом и микрогелем полиалюминосиликата, которые объединены терминами коллоидальная модифицированная алюминием двуокись кремния и силикат алюминия, используемыми здесь.

В этой области техники известны отбеливающие глины, которые могут быть использованы в способе согласно изобретению и которые включают материалы природного происхождения, синтетические и прошедшие химическую обработку. Примеры соответствующих отбеливающих глин включают монтмориллонит/бентонит, гекторит, бейделлит, нонтронит и сапонит, предпочтительно бентонит и особенно такие, которые после набухания предпочтительно имеют удельную поверхность от 400 до 800 м²/г. Подходящие глины описаны в патентах США NN 4,753,710; 5,071,512 и 5,607,552, которые включены в данное описание путем ссылки, причем в последнем патенте описаны смеси анионоактивных частиц на основе двуокиси кремния и отбеливающих глин, предпочтительно природных бентонитов. Катионоактивные неорганические частицы, которые могут быть использованы, включают катионоактивные частицы на основе двуокиси кремния, катионоактивную окись алюминия и катионоактивную двуокись циркония.

Подходящие органические полимеры для использования в настоящем изобретении могут быть анионоактивного, неионного, амфотерного или катиноактивного типа, они могут быть получены из природного или синтетического сырья и могут быть линейными, разветвленными или с пересекающимися связями, например в форме микрочастиц. Предпочтительно эти полимеры являются растворимыми в воде или диспергируемыми в воде. Примеры соответствующих основных полимеров включают анионоактивные, амфотерные или катионоактивные крахмалы, анионоактивные, афмотерные или катионоактивные смолы с кизельгуром и анионоактивные, амфотерные и катионоактивные полимеры на основе акриламида, так же как хитозаны, поли-(хлорид диаллилдиметиламмония), полиэтиленимины, полиамины, полиамидоамины, меламин-формальдегидные и мочевино-формальдегидные смолы. Катионоактивные крахмалы и катионоактивные полимеры на основе акриламида частично являются предпочтительными полимерами в соответствии с изобретением, как отдельные удерживающие компоненты, так и удерживающие системы с анионоактивными неорганическими частицами или без них. Молекулярный вес основного полимера обычно выше 200000, подходит, если он выше 300000, предпочтительно по меньшей мере выше 500000 и наиболее предпочтительно по меньшей мере 1000000. Обычно молекулярный вес ниже около 20000000.

Кроме этого, полимеры, подходящие для использования в изобретении, включают полимеры с низким молекулярным весом (далее НМВ), катионоактивные органические полимеры, также называемые ловушками анионоактивных вредных веществ (ЛАВы). ЛАВы известны в данной области техники как нейтрализующие агенты для вредных анионоактивных веществ, которые имеются в бумажной массе, и использование их, таким образом, в сочетании с удерживающими компонентами или системами часто обеспечивает улучшенное удержание. Соответственно ЛАВы предпочтительно содержатся как компоненты в удерживающих системах, которые используются с бумажными массами, имеющими высокую катионную потребность. Соответствующие ЛАВы включают высокозаряженные катионоактивные органические полимеры с НМВ, такие как полиамины, полиэтиленимины, гомо и сополимеры на основе хлорида диаллилдиметиламмония, (мет)акриламидов и (мет)акрилатов. По отношению к молекулярному весу основного полимера молекулярный вес катионоактивного органического полимера с НМВ предпочтительно ниже; он подходит при величине по меньшей мере 2000 и предпочтительно по меньшей мере 10000. Верхний предел молекулярного веса обычно около 700000 и подходит при около 500000. Подходящие удерживающие системы, содержащие ЛАВы, включают содержащие основной полимер амфотерного или катионоактивного типа. Катионоактивные полимеры с НМВ могут быть также использованы как реагенты, блокирующие узлы (РВУ) для улучшения структуры адсорбированных полимеров с высоким молекулярным весом для обеспечения более эффективной флокуляции.

Соединения алюминия, которые могут быть использованы в соответствии с изобретением, включают квасцы, алюминаты, хлорид алюминия, нитрат алюминия и соединения полиалюминия, такие как хлориды полиалюминия, сульфаты полиалюминия, соединения полиалюминия, содержащие ионы как хлорида, так и сульфата, полиалюминиевые силикат-сульфаты и их смеси. Соединения полиалюминия могут также содержать другие анионы, например анионы фосфорной кислоты, серной кислоты, органических кислот, таких как лимонная кислота и щавелевая кислота.

Подходящие удерживающие системы с микрочастицами в соответствии с изобретением содержат анионоактивные частицы на основе двуокиси кремния в комбинации с катионоактивным крахмалом, катионоактивной смолой с кизельгуром или катионоактивным полимером на основе акриламида (предпочтительно анионоактивная коллоидальная двуокись кремния или поликремниевая кислота в сочетании с катионоактивным крахмалом и анионоактивная коллоидальная модифицированная алюминием двуокись кремния или силикат алюминия в сочетании с катионоактивным полимером на основе акриламида) и по выбору также с ЛАВ; анионоактивные частицы на основе двуокиси кремния в сочетании с анионоактивным полимером на основе акриламида и катионоактивным полимером, выбранным из катионоактивного крахмала, катионоактивной смолы с кизельгуром или катионоактивного полимера на основе акриламида; бентонит в сочетании с катионоактивным полимером на основе акриламида и по выбору также с ЛАВ; катионоактивные частицы на основе двуокиси кремния в сочетании с анионоактивным крахмалом, анионоактивной смолой с кизельгуром или анионоактивным полимером на основе акриламида; анионоактивные частицы на основе двуокиси кремния в сочетании с анионоактивным полимером на основе акриламида и ЛАВ; и бентонит в сочетании с по существу неионным полимером на основе акриламида. Подходящие удерживающие системы содержат соединения алюминия, включая те, которые содержат катионоактивные полимеры и анионоактивные неорганические частицы, предпочтительно анионоактивные частицы на основе двуокиси кремния.

Компоненты удерживающей системы могут также быть выбраны из органических полимеров и органических полимеров в сочетании с соединениями алюминия, например основные полимеры; основной полимер в сочетании с полимером с НМВ; и основной полимер в сочетании с соединением алюминия, как описано здесь выше. В первом аспекте этого варианта осуществления изобретения удерживающая система содержит два противоположно заряженных полимера, т.е. анионоактивный полимер + катионоактивный полимер, например анионоактивный полимер в сочетании с катионоактивным основным полимером, и анионоактивный полимер в сочетании с катионоактивным полимером ЛАВ. Во втором аспекте этого варианта осуществления изобретения система содержит два амфотерных и/или катионоактивных полимера, например два катионоактивных основных полимера и катионоактивный основной полимер в сочетании с катионоактивным полимером с НМВ. В другом варианте осуществления изобретения удерживающая система содержит два неионных полимера, предпочтительно неионные полимеры, которые могут взаимодействовать посредством водородной связи, например полимеры на основе окиси алкилена, такие как окись полиэтилена и фенольные смолы.

В способе согласно изобретению удерживающие компонент(ы) вводятся в поток ВК, который смешивается с потоком НК в напорном ящике, посредством чего компонент(ы) вводятся в результирующий поток воды в процессе разжижения. Компоненты удерживающих систем могут быть добавлены в поток бумажной массы традиционным способом в любом порядке. Когда используется удерживающая система, содержащая анионоактивные неорганические частицы и основной полимер, например катионоактивный полимер, предпочтительно добавить полимер в поток бумажной массы ВК перед материалом, состоящим из микрочастиц, даже если может быть использован обратный порядок введения добавки. Более предпочтительно добавить первый компонент, например основной полимер, перед стадией сдвига, которая может быть выбрана из прокачивания насосом, смешения, очистки и т.п., и добавить второй компонент, например микрочастицы, после стадии сдвига. При использовании ЛАВ или соединения алюминия эти компоненты предпочтительно вводятся в поток бумажной массы ВК перед другими компонентами системы удержания или одновременно с ними, например для того, чтобы нейтрализовать анионоактивные вредные вещества. Также возможно ввести часть одного или более удерживающих компонентов в поток НК, в случае, если эти компоненты не оказывают вредного воздействия на эффективность дополнительных добавок, вводимых в поток НК, как будет описано далее. Этот способ раздельного введения добавок может быть использован с компонентами, на которые могут вредно воздействовать высокие значения сдвига. В результате добавки части такого компонента в поток НК компонент и образованные хлопья могут быть подвергнуты менее жестким условиям сдвига, посредством чего повышается эффективность этого изобретения. Примеры таких компонентов включают анионоактивные неорганические частицы. В общем, когда используется раздельное введение добавок как в поток ВК, так и в поток НК, преобладающее количество компонентов предпочтительно добавляется в поток ВК. Удерживающие компонент(ы), добавляемые в поток ВК, предпочтительно имеют более высокую степень удержания, чем удерживающие компонент(ы), добавляемые в поток НК. Компоненты удерживающей системы вводятся в бумажную массу, которая должна быть обезвожена, в количествах, которые могут изменяться в широких пределах в зависимости, в числе прочего, от типа и количества компонентов, типа бумажной массы, типа наполнителя, содержания наполнителя, точки ввода добавки, потока, в который вводят добавку и т.п. В основном компоненты вводят в количествах, которые дают лучшее удержание, чем получаемое без добавки компонентов. Когда используют анионоактивные неорганические частицы как материал, содержащий микрочастицы, общее количество добавки обычно составляет по меньшей мере 0,001% по весу, часто по меньшей мере 0,005% по весу, по сухому веществу в бумажной массе. Верхний предел обычно составляет 1,0% и подходит при 0,6% по весу. Когда используются анионоактивные частицы на основе двуокиси кремния, их общее количество является подходящим в диапазоне от 0,005 до 0,5% по весу, в пересчете на SiO₂ и по сухому веществу в бумажной массе, предпочтительно в диапазоне от 0,01 до 0,2% по весу. Органические полимеры, например основные полимеры, обычно добавляются в общих количествах по меньшей мере 0,001%, часто по меньшей мере 0,005% по весу, по сухому веществу в бумажной массе. Верхний предел обычно составляет 3% и подходит при 1,5% по весу. Когда используется катионоактивный органический полимер с НМВ в этом способе, он может быть добавлен в количестве по меньшей мере 0,05% по сухому веществу в бумажной массе, которая должна быть обезвожена. Подходящим является количество в диапазоне от 0,07 до 0,5%, предпочтительно в диапазоне от 0,1 до 0,35%. Когда в способе используется соединение алюминия, общее количество, вводимое в бумажную массу, которая должна быть обезвожена, зависит от типа используемого соединения алюминия и от других эффектов, вытекающих из этого. Например, специалисту в данной области техники хорошо известно, что соединения алюминия используются как осаждающие вещества для классифицированных агентов на основе канифоли. Общее количество добавки обычно составляет по меньшей мере 0,05%, в пересчете на Al₂O₃ и по сухому веществу в бумажной массе. Подходящее количество находится в диапазоне от 0,8 до 2,8%, предпочтительно в диапазоне от 0,1 до 2,0%.

В соответствии с изобретением в поток НК вводится дополнительная добавка, далее обозначаемая как добавка в поток НК. Предпочтительно эта добавка дает возможность более медленного обезвоживания, чем получаемое без этой добавки. Предпочтительно эта добавка в поток НК является растворимым в воде или диспергируемым в воде органическим или неорганическим полимером, который может быть получен из природного или синтетического сырья. Подходящая добавка в поток НК выбирается из неионных и анионоактивных органических полимеров, которые могут быть линейными, разветвленными или с пересекающимися связями. Примеры подходящих добавок в поток НК включают неионные и анионоактивные полимеры на основе акриламида и углеводов, полисахаридов, смол и альгинатов; включая природные и химически модифицированные крахмалы, такие как полученные из картофеля, пшеницы, кукурузы, тапиоки, ячменя, овса и риса, смолы с кизельгуром, ксантановой смолы, гуммиарабика, смолы из плодов рожкового дерева, производных целлюлозы, таких как карбоксиметилцеллюлоза и т.п. Молекулярный вес полимеров на основе акриламида должен подходить при выше 1000000, предпочтительно выше 5000000 и наиболее предпочтительно выше 10000000. Обычно молекулярный вес ниже около 40000000. Полимеры на основе акриламида могут иметь степень анионного замещения вплоть до 0,3; она подходит вплоть до 0,2 и предпочтительно вплоть до 0,1. Молекулярный вес углеводов должен быть выше 200000, предпочтительно выше 300000 и наиболее предпочтительно выше 500000. Углеводы предпочтительно относятся к типу неионных или имеющих невысокую анионную активность и могут иметь степень анионного замещения вплоть до 0,15. Добавка в поток НК является подходящей при добавлении в количестве, которое достаточно, чтобы создать более медленное обезвоживание бумажной массы, обычно по меньшей мере 0,01 частей на миллион по массе водного потока НК; она может быть добавлена в количестве от 0,01 до 50 частей на миллион по массе водного потока НК, подходит от 0,05 до 40 частей на миллион и предпочтительно от 0,1 до 20 частей на миллион.

Количества и точки добавки компонентов в удерживающую систему и/или добавки в поток НК согласно настоящему изобретению могут быть выбраны и отрегулированы так, чтобы получить оптимальный профиль зольности по ширине и формования изготовленного полотна бумаги, что легко оценить специалисту в данной области техники. В предпочтительном варианте осуществления изобретения взаимодействующие измерительные устройства, такие как, например, Accuray, Measurex, Roibox и им подобные, используются для измерений распределения удельного веса по ширине, распределения содержания наполнителя по ширине и влажности. Путем анализа информации, полученной при помощи этих измерений в сочетании с информацией о добавках, например посредством компьютерной системы, количества и точки добавок удерживающих компонента(ов) и/или добавок в поток НК, как описано ранее, могут быть отрегулированы с целью контроля и оптимизации распределений удельного веса и содержания наполнителя по ширине.

Способ в соответствии с изобретением используется для изготовления бумаги. Термин "бумага", используемый здесь, естественно, включает не только бумагу и ее изготовление, но также другие продукты типа полотна, такие как, например, картон и прессованная бумажная плита и их изготовление. Способ может быть использован при изготовлении бумаги из различных типов суспензий волокон, содержащих целлюлозу, и суспензии являются подходящими, если они содержат по меньшей мере 25% и предпочтительно по меньшей мере 50% по весу этих волокон по сухому веществу. Суспензии могут быть на основе волокон целлюлозы, таких как сульфатная и сульфитная целлюлоза, термообработанная древесная масса, термообработанная целлюлозно-древесная масса, пульпа органозоля, рафинированная пульпа или древесная пульпа как из твердой древесины, так и из древесины хвойных пород, или волокна, полученные из однолетних растений, таких как пеннисетум красный, жом сахарного тростника, лен, солома и т. п. , и также могут быть использованы для суспензий на основе рециркулирующих волокон. Суспензия также содержит минеральные наполнители обычного типа, такие как, например, каолин, глина, двуокись титана, гипс, тальк, и как природные, так и синтетические карбонаты кальция, такие как, например, мел, мраморная крошка, молотый карбонат кальция и осажденный карбонат кальция. Бумажная масса может, естественно, содержать добавки для изготовления бумаги традиционных типов, таких как агенты для придания влагопрочности, клеи для бумажной массы, в том числе на основе канифоли, димеров кетина или алкенированных янтарных ангидридов и т.п.

Изобретение применимо в бумагоделательных машинах, производящих бумагу, содержащую древесину, и бумагу на основе рецикловых волокон, такую как SC, LWC и различные типы книжной и газетной бумаги и к машинам, производящим не содержащую древесины бумагу для печатания и письма, термин "не содержащая древесины" обозначает меньшее, чем 15%, содержание древесных волокон. Изобретение также применимо для производства картона на однослойных машинах, так же как и на машинах, производящих бумагу или картон с многослойными напорными ящиками и на машинах с несколькими напорными ящиками, в которых один или более слоев по существу состоит из рецикловых волокон. В машинах, использующих многослойные напорные ящики, или несколько напорных ящиков, в которых один или более слоев произведены с напорным ящиком с разжижением, изобретение может быть применено к одному или более из этих слоев. Изобретение применимо в бумагоделательных машинах, работающих со скоростью от 600 до 2500 м/мин и предпочтительно от 1000 до 2000 м/мин.

Изобретение далее иллюстрируется на следующем примере, который, однако, не предназначен для его ограничения. Части и проценты относятся к частям по весу и процентам по весу, соответственно, до тех пор, пока не будет установлено иное.

Пример
Способ по настоящему изобретению был испытан на бумагоделательной машине, имеющей напорный ящик с разжижением, изготовляющей нейтральную бумагу со скоростью 1200 м/мин с использованием SC бумажной композиции, содержащей около 30% каолина. Испытание проведено путем введения удерживающей системы с микрочастицами в основной поток бумажной массы (поток ВК) со введением добавки в поток НК в белую воду (поток НК), полученную путем обезвоживания бумажной массы на сеточной части, и без нее. Белая вода рециркулировала и подавалась в напорный ящик во множестве точек по его ширине. Для того, чтобы получить сухое полотно бумаги с по существу равномерным распределением удельного веса, объемное отношение потока ВК к потоку НК было отрегулировано по всей ширине напорного ящика от около 80:20 на боковых поверхностях до приблизительно 95: 5 в центре. Профиль формования и зольности изготовленной бумаги был проанализирован путем измерения этих параметров на боковой и центральной поверхностях полотна бумаги.

Компоненты удерживающей системы с микрочастицами состояли из катионоактивного полиамина с НМВ с молекулярным весом около 200000, катионоактивного полимера на основе акриламида с молекулярным весом около 5 миллионов и золя двуокиси кремния, модифицированной алюминием, типа описанного в патенте США N 5,368,833, который имел значение "S" около 25% и содержал частицы двуокиси кремния с удельной поверхностью около 900 м²/г; поверхность которых была модифицирована алюминием до степени 5%. Компоненты вводились в поток ВК в указанном порядке, т.е. полимер с НМВ был добавлен выше по потоку в количестве 0,5 кг/т по сухой бумажной массе, после чего производилась добавка ниже по потоку основного полимера в количестве 0,75 кг/т по сухой бумажной массе и затем дополнительная добавка ниже по потоку золя двуокиси кремния в количестве 1,0 кг/т, в пересчете на SiO₂ по сухой бумажной массе. Добавка в поток НК производилась неионным полимером на основе акриламида с молекулярным весом около 20 миллионов, которая при использовании была добавлена в количестве 0,75 кг/т по сухой бумажной массе.

Когда добавляли компоненты удерживающей системы в поток ВК, но не добавляли добавки в поток НК, зольность составляла 29,5% в центре полотна бумаги и 30,5% на боковых поверхностях, т.е. приблизительно на 3,4% выше, чем на боковых поверхностях. Однако при использовании как удерживающей системы, так и добавки в поток НК, профиль зольности по ширине был лишь приблизительно на 0,7% выше, чем в центре полотна. Соответственно, когда не использовалась добавка в поток НК, отклонение в зольности было в пять раз больше, чем когда была использована добавка в поток НК. Введение добавки в поток НК дополнительно имеет результатом более медленное обезвоживание на сетке, и изготовленное полотно бумаги имеет более равномерный профиль формования по всей его ширине, отклонения формования меньше (0,05 единиц по сравнению с 0,1 единицей) и средний уровень лучше (0,46 единиц по сравнению с 0,58 единиц), при измерении по стандарту на формование, т.е. отклонение от стандарта на основной вес, деленное на основной вес.

Реферат

Предназначен для использования при производстве бумаги в бумагоделательной машине. Основной поток воды, содержащий целлюлозные волокна и наполнитель, смешивается в напорном ящике с разжижением с разжижающим потоком воды для образования результирующего потока воды, который выпускается на сетку и обезвоживается для образования полотна бумаги, в котором один или более компонентов, обеспечивающих улучшенное удержание, вводится в основной поток, а добавка, которая дает в результате более медленное обезвоживание и/или выбирается из неионных и анионоактивных полимеров, вводится в разжижающий поток воды. Обеспечивается повышение качества производимой бумаги за счет получения равномерного удельного веса полотна по ширине. 10 з.п. ф-лы.

Формула