Состав модифицированного катионного крахмала для удаления частиц из водных дисперсий

Номер патента: 2138

Опубликовано: 24.12.2001

Автор: Моффетт Роберт Харви

Есть еще 3 страницы.

Смотреть все страницы или скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Композиция бумаги, содержащая

(a) растворимое соединение алюминия, присутствующее в количестве приблизительно от 0,005 до 2,5 кг Аl2O3 на метрическую тонну сухой бумаги, и

(b) модифицированный крахмал, полученный путем варки водного раствора, по меньшей мере, одного амфотерного или катионного крахмала, имеющего степень замещения между около 0,01 и 0,2, по меньшей мере, с одним неионным или амфотерным полиакриламидом или катионным или анионным полиакриламидом, имеющим степень замещения между 1 и 80% по массе, имеющим молекулярную массу, по меньшей мере, 500.000, при условии, что:

(i) варку проводят при рН выше 7,0 в том случае, когда выбирают катионный или неионный полиакриламид;

(ii) варка дает не более чем 75% нейтрализации катионного крахмала, если молекулярная масса анионного полиакриламида между 500.000 и 4.000.000, и не более чем 50% нейтрализации катионного крахмала, если молекулярная масса анионного полиакриламида более чем 4.000.000, и

(iii) массовое отношение крахмала к полиакриламиду более чем около 2 к 1.

2. Композиция бумаги по п.1, где катионный крахмал варят с катионным акриламидом.

3. Композиция бумаги по п.1, где катионный крахмал варят с анионным акриламидом.

4. Композиция бумаги по любому из пп.1, 2 или 3, где растворимое соединение алюминия добавляют к композиции бумаги перед добавлением модифицированного крахмала.

5. Композиция бумаги по любому из пп.1, 2 или 3, где крахмал выбирают из группы, состоящей из зернового крахмала, картофельного крахмала и восковидного кукурузного крахмала.

6. Композиция бумаги по любому из пп.1, 2 или 3, где присутствует также коллоидный диоксид кремния.

7. Композиция бумаги по любому из пп.1, 2 или 3, где присутствует также анионный неорганический коллоид.

8. Композиция бумаги по любому из пп.1, 2 или 3, где растворимое соединение алюминия выбирают из группы, состоящей из сульфата алюминия, алюминатов, нитрата алюминия, хлорида полиалюминия и сульфата полиалюминия.

Текст

Смотреть все

1 Область техники Данное изобретение относится к составам,полученным путем варки катионного или амфотерного крахмала и катионного, анионного, неионного или амфотерного полиакриламида. Полученные в результате составы модифицированного крахмала имеют основное применение в качестве осветляющей вспомогательной добавки для удаления твердых веществ из водной дисперсии и особенно полезны в качестве удерживающей добавки при производстве бумаги. Предпосылки к созданию изобретения Производство бумаги включает формирование и обезвоживание полотна, первоначально состоящего из целлюлозных волокон и неорганического наполнителя. Полотно формируют путем распределения водной суспензии, содержащей целлюлозные волокна и неорганический наполнитель, поверх проволоки или сетки и затем удаления воды для формирования волокнистого полотна или листа. Водная суспензия упоминается как "композиция бумаги" в торговле, и удаленная вода упоминается как "оборотная вода". Промышленность долго искала пути снижения процентной доли малых целлюлозных волокон и частиц наполнителя, которые удаляются с оборотной водой, когда формируют бумажное полотно. Это не только представляет потерю материала, но также вносит свой вклад в накопление материала в оборотной воде, известного как "анионный мусор", который снижает эффективную эксплуатацию оборудования. Поэтому усовершенствованное удерживание более мелких частиц не только облегчает удаление воды, но также усовершенствует выход и производительность бумагоделательного процесса. Много добавок было предложено ранее для усовершенствования удерживания мелочи и дренажа мокрой части. Для этой цели часто используют катионные крахмалы, особенно относительно дорогостоящие катионные картофельный крахмал и крахмал восковидной кукурузы. Использовался и менее дорогой катионный зерновой крахмал, но он, как правило, не обеспечивает адекватного удерживания мелочи и дренажа мокрой части. Предшествующий опыт дает много предложений, предусматривающих усовершенствования эффективности катионного крахмала для этой цели. Патент США 4066495 раскрывает способ изготовления бумаги, содержащей катионный крахмал и анионную удерживающую добавку из анионного полиакриламидного полимера. Заявка РСТ WO 91/07543, опубликованная 30 мая 1991 г., также раскрывает, что катионный крахмал, катионный полиакриламид и полимерная кремниевая кислота могут быть добавлены к целлюлозной суспензии для улучшения удерживания мелочи и обезвоживания. Добавление больших количеств полиакрилами 002138 2 да, однако, не только привносит существенные издержки в бумагоделательный процесс, но также может чрезмерно флоккулировать композицию бумаги, имея результатом плохое формирование бумаги. Таким образом, существует насущная потребность в добавках для усовершенствования удерживания мелочи и дренажа мокрой части в производстве бумаги. Краткое описание изобретения В настоящее время обнаружено, что амфотерные и катионные крахмалы проявляют улучшенную способность в качестве удерживающей добавки в производстве бумаги, если крахмалы варят с катионным, анионным, неионным или амфотерным полиакриламидом и добавляют к композиции бумаги, содержащей конкретные соединения алюминия. Соответственно, изобретение относится к композиции бумаги, содержащей:(a) растворимое соединение алюминия,присутствующее в количестве приблизительно от 0,005 до 2,5 кг Al2O3 на метрическую тонну сухой бумаги, и(b) модифицированный крахмал, полученный путем варки водного раствора, по меньшей мере, одного амфотерного или катионного крахмала, имеющего степень замещения между около 0,01 и 0,2, по меньшей мере, с одним неионным или амфотерным полиакриламидом,или катионным или анионным полиакриламидом, имеющим степень замещения между 1 и 80% по массе, имеющим молекулярную массу,по меньшей мере, 500000, при условии, что:(i) варку проводят при рН выше 7,0 в том случае, когда выбирают катионный или неионный полиакриламид;(ii) варка дает не более чем 75% нейтрализации катионного крахмала, если молекулярная масса анионного полиакриламида между 500000 и 4000000, и не более чем 50% нейтрализации катионного крахмала, если молекулярная масса анионного полиакриламида более чем 4000000 и(iii) массовое отношение крахмала к полиакриламиду более чем около 2:1. Подробное описание предпочтительных воплощений изобретения Модифицированные крахмалы улучшают удерживание мелочи и дренаж мокрой части в бумагоделательном процессе, позволяя в то же время выбирать менее дорогие добавки или уменьшать их количества. Более конкретно, было обнаружено, что катионные или амфотерные крахмалы, когда их варят с катионным, анионным, неионным или амфотерным полиакриламидом, улучшают удерживание мелочи, когда их используют в сочетании с конкретным соединением алюминия, по сравнению с тем, чего достигают путем раздельного добавления крахмала и полиакриламида во время бумагоделательного процесса. 3 Крахмал. Катионный крахмал может быть любым из используемых ранее в производстве бумаги. Катионный крахмал может быть получен из любых общеизвестных крахмалообразующих материалов, таких как зерновой крахмал, картофельный крахмал, восковидный кукурузный крахмал и пшеничный крахмал. Катионизации достигают путем какой-либо коммерчески известной процедуры, такой как присоединение хлорида 3-хлор-2-гидроксипропилтриметиламмония для получения катионных крахмалов с различными степенями замещения азотом. Степень катионного замещения крахмалов (маc.% азот/крахмал) может находиться в пределах от около 0,01 до около 0,2, предпочтительно между 0,02 и 0,15. Могут быть также выбраны встречающиеся в природе амфотерные крахмалы,такие как картофельный крахмал, или синтетические амфотерные крахмалы. Полиакриламид (ПАМ). ПАМ является неионным, амфотерным,анионным или предпочтительно катионным,имеющим молекулярную массу, по меньшей мере, 500000, предпочтительно, по меньшей мере, 1000000. Катионный и амфотерный ПАМ могут иметь степень катионного замещения по массе от 1 до около 80%, предпочтительно от 10 до около 40%. Под "степенью замещения" подразумевается, что полимеры содержат беспорядочно повторяющиеся мономерные звенья, содержащие химические функциональные группы,которые при растворении в воде становятся катионно заряженными. Эти мономерные звенья включают, но без ограничения, группы, такие как аминогруппы. ПАМ может быть в твердой порошкообразной форме, в форме микрошариков, в виде эмульсии типа вода-в-масле или в любой другой коммерчески известной форме. Подходящий ПАМ может быть получен от Allied Colloids, Suffolk VA, и от Naico, NapervilleIL, а также из других источников. Обнаружено, что анионный ПАМ должен иметь молекулярную массу между 500000 и 20000000, более предпочтительно между 1000000 и 15000000. Анионный ПАМ должен иметь степень анионности в пределах от около 1 до 80% и более предпочтительно от 2 до 70%. Как правило, ПАМ низкой анионности будут обеспечивать более высокие уровни удерживания золы, давая возможность варить больше ПАМ с крахмалом прежде превышения 75% нейтрализации заряда крахмала. Также было обнаружено, что, как правило, более высокомолекулярные ПАМ будут давать более высокие уровни удерживания золы. Анионный ПАМ содержит карбоксилатные, сульфонатные или другие общеизвестные анионные группы вместо амино- или других катионных групп, содержащихся в катионном ПАМ. В качестве примера, сополимер акрила 002138 4 мида и акриловой кислоты, где массовое отношение мономеров акриламид/акриловая кислота равно 90/10, будет иметь степень замещения 10%. ПАМ может быть в твердой порошкообразной форме, в форме микрошариков, в виде эмульсии типа вода-в-масле или в любой другой коммерчески известной форме. Подходящий ПАМ может быть получен от Allied Colloids,Suffolk Virginia, и от Naico, Naperville Illinois, а также из других источников. Варка. Крахмал и ПАМ могут быть смешаны в сухом состоянии или смешаны как суспензия или суспензии в воде перед варкой, или они могут быть смешаны во время процесса варки крахмала. Вместо смешивания сухого или суспендированного ПАМ его можно предварительно гидратировать до смешивания и варки с крахмалом. Вместо смешивания сухого или суспендированного крахмала он сначала может быть проварен, смешан с ПАМ и затем повторно проварен. Варку обычно осуществляют, используя котел для варки крахмала на бумажной фабрике. Может быть выбран варочный котел периодического или непрерывного действия, такой как струйный варочный котел. Непрерывную струйную варку обычно проводят при температурах от около 80 до 130 С при 1 атмосфере или более высоком давлении. Содержание твердых веществ во время варки обычно менее чем 15%,но могут быть использованы и более высокие концентрации твердых веществ, если может быть осуществлено адекватное перемешивание. Выбранные периоды времени варки и температуры могут изменяться в зависимости от композиции и оборудования. Условия варки должны быть достаточными для того, чтобы клейстеризовать крахмал и чтобы ПАМ, по меньшей мере, частично гидратировался и взаимодействовал с крахмалом. Повышенные температуры свыше 65 С, предпочтительно от 80 С до 100 С, обычно могут быть выбраны для этой цели, хотя для некоторых композиций и варочного оборудования могут быть выбраны температуры ниже 65 С. Например, преимущества изобретения наблюдаются при таких низких температурах варки, как 60 С. Температуры выше 100 С могут быть выбраны, если предотвращается разложение крахмала и ПАМ. Так,периодическая варка может быть выбрана при осуществлении на практике изобретения при давлениях более чем одна атмосфера, чтобы использовать температуру варки выше, чем 100 С и такую высокую, как 130 С, или выше. Выбранное время варки обычно будет находиться в пределах от нескольких минут до менее чем час. Более продолжительные периоды варки обычно требуются для более низких температур варки. Когда используют катионный или неионный ПАМ, наилучшие результаты получают, 5 если смесь крахмал/ПАМ варят при рН выше 7,хотя некоторое улучшение в удерживании золы также наблюдается при рН ниже 7. Предпочтительный рН варки как для катионного, так и для неионного ПАМ и крахмала равен от около 8 до около 10,5. рН не является критическим, когда выбирают анионный или амфотерный ПАМ, но обычно будет находиться в пределах от 3 до 11. рН варки может быть доведен обычными кислотами, основаниями или солями. Применение щелочных соединений алюминия, таких как алюминат натрия и калия, как обнаружено, является особенно полезным для этой цели, так как эти соединения также повышают способность удерживания, как пояснено в примере 6. Неожиданно, что способность удерживания за счет этого повышается даже в кислых композициях бумаги. Более того, обнаружено, что введение щелочного соединения алюминия в варочный раствор имеет результатом модифицированный крахмал, что позволяет использовать неалюминизированную микропорошковую удерживающую добавку в кислых композициях бумаги, чтобы еще усовершенствовать способность удерживания, тогда как эти неалюминизированные удерживающие добавки обычно не дают хорошего результата в кислых композициях бумаги. Массовое отношение ПАМ к крахмалу будет изменяться в зависимости от выбранных ингредиентов и степени, до которой желательны усовершенствования в удерживании мелочи и дренаже мокрой части. Например, найдено, что показывающий плохие результаты зерновой крахмал может быть усовершенствован до степени, когда он становится равным или превосходит более дорогой картофельный крахмал,путем варки зернового крахмала с таким малым количеством, как 1%, ПАМ по массе. Обычно выбранное массовое отношение крахмала к ПАМ будет более чем 2 к 1, предпочтительно более чем 5 к 1. Количество ПАМ, добавленного к крахмалу, должно быть ограничено таким количеством, которое могло бы вызвать осаждение крахмала, которое будет изменяться в зависимости от ингредиентов и процесса варки,который выбирают. Если выбирают анионный или амфотерный ПАМ, решающим фактором является то, что условия варки (т.е. степень анионности ПАМ, отношение ПАМ к крахмалу,катионность крахмала) ограничивают так, что нейтрализуют не более чем 75% заряда крахмала. Иначе характеристики ухудшаются. Изготовление бумаги. Вареная композиция крахмал/ПАМ может быть добавлена к любой подходящей композиции бумаги в качестве удерживающей добавки для улучшения удерживания мелочи и дренажа мокрой части. Композиция бумаги может содержать разнообразные древесные целлюлозы и неорганические наполнители и обычно имеет рН от около 4 до 10. Так, беленая крафт 002138 6 целлюлоза,термомеханическая,химикотермомеханическая и дефибрерная древесная масса могут быть использованы вместе с глинами, осажденным или измельченным карбонатом кальция, диоксидом титана и другими наполнителями, если желательно. Такие наполнители обычно используют при уровне загрузки от 15 до 20%, как массовый процент от общей массы бумаги, но могут достигать таких высоких уровней, как 30% или выше, для некоторых конкретных применений. В соответствии с изобретением, вареный состав ПАМ/крахмал добавляют к композиции бумаги, которая содержит конкретные соединения алюминия или к которой эти соединения впоследствии добавляют. Соединение алюминия улучшает характеристики вареной смеси ПАМ/крахмал. Соединение алюминия обычно присутствует в растворенной форме в композиции бумаги и может быть добавлено в виде раствора или порошкообразного твердого вещества. Предпочтительно соединение алюминия добавляют первым, затем вареный состав ПАМ/крахмал. Сульфат алюминия, алюминаты (например, алюминат натрия или калия), нитрат алюминия, хлорид полиалюминия или сульфат полиалюминия могут быть выбраны, чтобы давать преимущество. Могут быть также выбраны другие соединения алюминия, растворимые в композиции бумаги. Степень дозирования обычно находится в пределах от 0,01 до около 5 фунтов Аl2O3 на тонну сухой бумаги (0,005-2,5 кг на метрическую тонну). Особенно выгодные результаты получают,когда композиция бумаги также содержит анионный неорганический коллоид, который является обычным в бумагоделательной промышленности. Так, композиция может содержать,например, монтмориллонит, бентонит, золи диоксида кремния, золи диоксида кремния, модифицированные алюминием, золи силиката алюминия, поликремниевую кислоту, полисиликатные микрогели и полиалюминосиликатные микрогели, по отдельности или в сочетании. Композиция бумаги может также содержать другие типичные добавки, такие как шлихта, катионные полимеры (удерживающие добавки и флоккулянты), анионные полимеры и/или отдельные добавки крахмала. Хотя указанные ингредиенты могут быть добавлены в любом порядке с хорошими результатами, предпочтительным порядком добавления является такой,когда первым добавляют соединение окиси алюминия, затем вареный крахмал/ПАМ этого изобретения и потом неорганический анионный коллоид. Хотя изобретение описано подробно, как применяемое в производстве бумаги, следует понимать, что композиции также имеют утилитарность в качестве осветляющих добавок для 7 удаления твердых веществ из водных суспензий. Теперь изобретение будет пояснено, но без ограничения, следующими примерами. Для согласованности во всех примерах характеристики испытуемых растворов измеряют как удерживающих добавок в композиции бумаги 5 г/л, содержащей 35% беленой крафтдревесины лиственных пород, 35% беленой крафт-древесины хвойных пород и 30% осажденного карбоната кальция (ОКК). Композиция имеет рН 8,0. Композицию перемешивают в контейнере Britt Jar, оборудованном ситом 50R(100 меш) при 750 об./мин. Удерживания золы определяют из образца оборотной воды, следуя стандарту Tappi Т-261. Пример 1. Этот пример демонстрирует, как варка катионного крахмала и катионного ПАМ вместе дает более хорошее удерживание, чем добавление тех же двух химикатов порознь, но одновременно к композиции бумаги. Сухую смесь готовят путем смешивания 3,0 г катионного зернового крахмала Stalok 300 от Staley Starch с 0,04 г катионного ПАМ "А", имеющего молекулярную массу около 4000000 и степень замещения 22 мас.%. Эту смесь добавляют к 497 г деионизированной воды и доводят рН до 8,5 с помощью гидроксида натрия. Раствор нагревают на тарельчатом смесителе с обогревом в течение 30 мин и начинают кипятить примерно около 15 мин в цикле варки. После варки раствор удаляют с горячей тарелки и дают остыть. Раствор повторно взвешивают и какую-то воду, которая испарилась, замещают. 8 Вторую сухую смесь готовят путем смешивания 3,0 г катионного картофельного крахмала ВМВ-40 от Akzo Nobel с 0,04 г ПАМ "А". К этой смеси добавляют 497 г деинизированной воды и доводят рН до 8,5 и варят, следуя методу, описанному выше. В качестве сравнения готовят образцы зернового крахмала Stalok 300 и картофельного крахмала ВМВ-40 в виде 0,5 мас.% растворов с последующей процедурой варки, как выше. рН этих растворов крахмалов не доводят. Отдельно готовят 0,125 маc.% образец ПАМ "А" путем добавления 1 г ПАМ "А" к 799 г деионизированной воды и перемешивания полученного раствора в течение 1 ч. Крахмал и ПАМ раздельно добавляют к композиции при степени дозирования 15 фунт/тонна (7,5 кг/т) и 0,25 фунт/тонна (0,125 кг/т) соответственно. В этом и следующих примерах раствор полиалюминосиликатного микрогеля (ПАС), приготовленный в соответствии с патентом США 5482693, добавляют к композиции в некоторых испытаниях. Порядок добавления химикатов: Время, с 00 15 30 45 50 80 Стадия Запуск смесителя Добавление крахмала, добавление ПАМ Добавление ПАС Открывание выпускного клапана Britt Jar Начало сбора оборотной воды Прекращение сбора оборотной воды Результаты удерживания золы показаны в табл. 1.% удерживания золы в сравнении с процедурой добавления и дозой ПАС Отдельное добавлеОтдельное добавле- Вареные вместе Доза ПАС Вареные вместе зерновой картофельный ние зерновой крахмал ние картофельный+ПАМ крахмал+ПАМ 0 17% 27% 21% 25% 0,5 27% 39% 40% 47% 1,0 28% 44% 47% 56% Результаты ясно показывают, что удерживание золы заметно улучшают путем варки катионного крахмала и катионного ПАМ вместе при рН 8,5 перед добавлением этих химикатов к композиции бумаги и что удерживание золы повышается с более высокими дозами ПАС. Особенно значительно, с точки зрения стоимости ингредиента, что характеристики зернового крахмала и ПАМ, когда они сварены вместе, по существу эквивалентны характеристикам значительно более дорогостоящего сочетания картофельный крахмал/ПАМ, когда их добавляют раздельно, как ранее. Пример 2. Этот пример демонстрирует, что необходимость варки катионного крахмала и катион ного ПАМ вместе предпочтительнее, чем просто смешивание их при более низких температурах. Образец А готовят путем смешивания 3,0 гStalok 300 с 497 г деионизированной воды и доведения рН до 8,5. Раствор варят, используя процедуру варки, описанную в примере 1. Затем образец охлаждают до 35 С, добавляют 0,04 г ПАМ "А" и полученный раствор перемешивают в течение 1 ч до испытания. Образец В готовят путем смешивания 3,0 гStalok 300 с 497 г деионизированной воды и доведения рН до 8,5. Раствор варят, используя процедуру варки, описанную в примере 1. Затем образец охлаждают до 95 С, добавляют 0,04 г 9 ПАМ "А" и полученный раствор перемешивают в течение 1 ч до испытания. Образец С готовят путем смешивания 3,0 гStalok 300 с 0,04 г ПАМ "А", затем добавления 497 г деионизированной воды и доведения рН до 8,5. Раствор варят, используя процедуру варки, описанную в примере 1. Табл. 2 ниже показывает результаты удерживания золы. В этой таблице рН раствора крахмала или раствора крахмала и ПАМ перед варкой обозначают как "а:рН". рН после варки также измеряют и обозначают как "b:рН". Таблица 2% удерживания золы в сравнении с процедурой варки/перемешивания и дозой ПАС Доза ПАС Результаты также показывают, что варка одного катионного крахмала при рН выше 8,5 и затем перемешивание с ПАМ при 35 С (смешанный образец А) или 95 С (смешанный образец В) значительно менее выгодны для усовершенствования удерживания золы, чем варка их вместе в соответствии со способом изобретения(вареный образец С). Пример 3. Этот пример демонстрирует, что рН при варке катионного крахмала и катионного ПАМ вместе значительно влияет на усовершенствованное удерживание. Вначале образцы по 3,0 г зернового крахмала Stalok 300 смешивают в сухом состоянии с 0,04 г различных типов катионного ПАМ и затем диспергируют в 497 г деионизированной воды. Катионный ПАМ "В" имеет молекулярную массу около 7000000 и степень замещения 22 мас.%. Катионный (жидкий) ПАМ "С" имеет молекулярную массу около 4000000 и степень замещения 22 мас.%. Так как ПАМ "С" имеет содержание активного ингредиента 50%, в этом случае добавляют 0,08 г. рН растворов крахмал/ПАМ затем доводят до величин, показанных в табл. 3 (обозначены как"а:рН"), и варят, следуя процедуре варки, описанной в примере 1. NA обозначает, что рН не доводят. рН после варки также измеряют и обозначают как "b:рН". Характеристики указанных растворов испытывают как удерживающих добавок, как прежде. Крахмал и ПАМ добавляют к композиции при степени дозирования 15 фунт/тонна (7,5 кг/т) и 0,25 фунт/тонна (0,125 кг/т) соответственно. ПАС, приготовленный, как в примере 1,добавляют к композиции при некоторых испытаниях. Порядок добавления химикатов такой% удерживания золы в сравнении с доведением рН и дозами ПАС Доза ПАС Результаты ясно показывают, как улучшают удерживание путем варки катионного крахмала и катионного ПАМ вместе при рН выше 5,5. Пример 4. Этот пример демонстрирует, что катионный крахмал, смешанный и сваренный с предварительно гидратированным ПАМ при рН 8,5,также улучшает удерживание. Образец 0,125% катионного ПАМ готовят путем добавления 1,0 г ПАМ "В" к 799 г деионизированной воды. Раствору позволяют гидратироваться в течение 1 ч. Затем 33,3 г этого 0,125% раствора ПАМ смешивают с 464 г деионизированной воды и 3,0 г Stalok 300. Затем рН доводят до 8,5 и раствор варят, следуя процедуре варки, описанной в примере 1. Вторую смесь крахмал/ПАМ готовят путем смешивания в сухом состоянии 0,04 г ПАМ "В" с 3 г Stalok 300 и затем добавления сухой смеси к 497 г деионизированной воды. рН доводят до 8,5 и варят, следуя процедуре варки,описанной в примере 1. Характеристики указанных растворов испытывают как удерживающих добавок, как прежде. Крахмал и ПАИ добавляют к композиции при степени дозирования 15 фунт/тонна (7,5 кг/т) и 0,25 фунт/тонна (0,125 кг/т), соответственно. ПАС, приготовленный, как в примере 1,добавляют к композиции при некоторых испытаниях. Порядок добавления химикатов такой же, как в примере 1. Проводят также испытание,где катионный зерновой крахмал Stalok 300 и предварительно гидратированный ПАМ добавляют по отдельности, но одновременно к композиции бумаги.% удерживания золы по сравнению с гидратацией ПАМ и дозами ПАС Отдельное добавление зерновой Вареные вместе зерновой Вареные вместе картофельный крахкрахмал +пред. гидратир. ПАМ крахмал + сухой ПАМ мал + пред. гидратир. ПАМ 23% 36% 37% 37% 51% 51% 44% 53% 50% Результаты, представленные в табл. 4, ясно показывают, что варка катионного крахмала с предварительно гидратированным катионным ПАМ при рН 8,5 обеспечивает такую же степень удерживания золы, как и варка смешанных в сухом состоянии крахмала и ПАМ. Оба способа обеспечивают превосходные результаты по сравнению с добавлением тех же химикатов раздельно к композиции бумаги. Пример 5. Этот пример демонстрирует, что добавление соединения алюминия к бумагоделательной композиции улучшает характеристики смеси катионный крахмал/катионный ПАМ. Сухую смесь готовят путем смешивания 3,0 г катионного зернового крахмала Stalok 300 от StaleyStarch с 0,04 г катионного ПАМ "А". К смеси добавляют 497 г деионизированной воды. рН доводят до 8,6. Раствор нагревают на тарельчатом смесителе с обогревом в течение 30 мин и начинают кипятить около 15 мин в цикле варки. После варки раствор повторно взвешивают и возмещают испарившуюся воду. Конечный рН раствора 7,1. Характеристики указанных растворов испытывают как удерживающие добавки, как прежде. Крахмал и ПАМ добавляют к композиции при степени дозирования 15 фунт/тонна (7,5 кг/т) и 0,25 фунт/тонна (0/125 кг/т) соответственно. ПАС, приготовленный как в примере 1,добавляют к композиции при 2 фунт/тонна (1 кг/т). При некоторых испытаниях к композиции добавляют также сернокислый глинозем и алюминат натрия. Порядок добавления следующий: Время, с 00 15 30 45 60 65 95 Стадия Запуск смесителя Добавление соединения алюминия Добавление крахмала, добавление ПАМ Добавление ПАС Открывание выпускного клапана Britt Jar Начало сбора оборотной воды Прекращение сбора оборотной воды% удерживания золы в сравнении со стадией добавления алюминия Тип алюминия Нет Глинозем Глинозем Глинозем Алюминат натрия Алюминат натрия Алюминат натрия Результаты показывают, что удерживание дополнительно улучшают путем добавления соединения алюминия к композиции бумаги. Пример 6. Этот пример демонстрирует, как использование щелочного соединения алюминия для доведения смеси катионный крахмал/катионный ПАМ до рН выше 7 перед варкой улучшает характеристики смеси в качестве удерживающей добавки. Сухие смеси готовят путем смешивания 3,0 г катионного зернового крахмала Stalok 300 с 0,04 г ПАМ "В" и различными количествами алюмината натрия, как указано для примеров от D до G в табл. 7. К этим смесям добавляют 497 г деионизированной воды. рН смеси, не содержащей алюмината натрия, доводят до 8,5. рН смесей, содержащих алюминат натрия, измеряют, но не доводят и обозначают как "а:рН". Раствор нагревают на тарельчатом смесителе с обогревом в течение 30 мин и начинают кипятить около 15 мин в цикле варки. После варки раствор повторно взвешивают и возмещают испарившуюся воду. рН раствора снова измеряют и обозначают как "b:рН". Характеристики указанных растворов испытывают как удерживающих добавок, как прежде. Крахмал и ПАМ отдельно добавляют к композиции при степени дозирования 15 фунт/тонна (7,5 кг/т) и 0,25 фунт/тонна (0,125 кг/т) соответственно. ПАС, приготовленный как в примере 1, добавляют к композиции в некоторых испытаниях. Порядок добавления химикатов такой же, как в примере 1. Таблица 6% удерживания золы в сравнении с процедурой варки и дозой ПАС А. Способ приготовления образцов Пример Пример ПримерF г добавленного алюмината натрия 0 0,09 0,17 а:рН 8,5 9,1 9,6 В. Результаты испытания удерживания Доза ПАС Пример D Пример Е Пример F Пример G Результаты ясно показывают пользу применения щелочного соединения алюминия для доведения рН смесей катионный крахмал/катионный ПАМ. Пример 7. Этот пример демонстрирует, как варка катионного крахмала и неионного ПАМ вместе при рН 10 дает более хорошее удерживание, чем добавление тех же двух химикатов порознь, но одновременно к композиции бумаги. Сухую смесь готовят путем смешивания 3,0 г катионного зернового крахмала Stalok 300 от StaleyStarch с 0,04 г катионного ПАМ "D", имеющего молекулярную массу около 14000000. К этой смеси добавляют 497 г деионизированной воды. рН доводят до 10,1. Раствор нагревают на тарельчатом смесителе с обогревом в течение 30 мин и начинают кипятить около 15 мин в цикле варки. После варки раствор повторно взвешивают и какую-то воду, которая испарилась, замещают. Конечный рН раствора 9,9. В качестве сравнения готовят образец Stalok 300 в виде 0,5 мас.% раствора, следуя указанной выше процедуре. Выявляют, что рН раствора 7,5, и не доводят его. 0,125 мас.% раствора ПАМ "D" готовят путем добавления 1 г ПАМ "D" к 799 г деионизированной воды и перемешивания полученного раствора в течение 1 ч. Обнаруживают, что рН раствора 4,4, и не доводят его. Характеристики указанных растворов испытывают как удерживающих добавок, как прежде. Крахмал и ПАМ добавляют к композиции при степени дозирования 15 фунт/тонна (7,5 кг/т) и 0,25 фунт/тонна (0,125 кг/т) соответственно. ПАС, приготовленный как в примере 1,добавляют к композиции в некоторых испытаниях. Порядок добавления такой же, как в примере 1. Таблица 7% удерживания золы в сравнении с процедурой варки и дозой ПАС Доза ПАС Отдельное добавление зерновой крахмал + неионный ПАМ 11% 19% 22% Вареные вместе зерновой крахмал + неионный ПАМ 22% 33% 33% Результаты ясно показывают, что удерживание улучшается путем варки катионного крахмала и неионного ПАМ вместе при рН 10 перед добавлением этих химикатов к композиции бумаги. Примеры с 8 по 12. В следующих примерах с 8 по 12 потребность в заряде смесей катионный крахмал/анионный ПАМ определяют с помощью прибора для обнаружения малых токов Rank 14 крахмала и смесей катионный крахмал/ПАМ определяют при рН 8 путем титрования 1,25 г смесей крахмал/ПАМ в 225 мл деионизированной воды 0,001 н. раствором поли(винилсульфоновой кислоты, натриевой соли). Если заряд на смесях крахмал/ПАМ определяют как анионный, процентную долю нейтрализованного заряда крахмала представляют как более чем 100%. Пример 8. Этот пример проводят с композициями бумаги, содержащими либо раствор сернокислого глинозема [Al2(SO4)318 Н 2 О], либо алюминат натрия. Пример демонстрирует, что при варке катионного картофельного крахмала с анионным ПАМ с высокой молекулярной массой (мол.мас.), анионный ПАМ должен нейтрализовать менее чем примерно 50% заряда катионного крахмала, для того чтобы характеристики вареного раствора крахмал/ПАМ превосходили те, которые проявляются при добавлении тех же химикатов раздельно к композиции бумаги. Смеси катионный крахмал/анионный ПАМ готовят путем варки 2,5 г катионного картофельного крахмала Stalok 410 (доступного отStalye Starches), имеющего степень замещения 0,042, с коммерческим анионным ПАМ, имеющим молекулярную массу приблизительно 8000000 и анионность 12 мас.% в деионизированной воде. Общая масса растворов крахмал/ПАМ 500 г. Анионный ПАМ предварительно гидратируют при 0,125 маc.% (активная основа) перед смешиванием и варят с катионным крахмалом и дополнительной водой. Смеси крахмал/ПАМ нагревают на горячей тарелке с магнитным перемешиванием в течение 30 мин и начинают кипятить приблизительно 20 мин в цикле варки. Эксперименты по удерживанию проводят,используя 15 фунтов (7,5 кг)/т катионного картофельного крахмала и различные степени дозирования анионного ПАМ. 2 фунта (1 кг)/т(SiO2 основа) золя коллоидного диоксида кремния 4 нм (доступного от Naico) добавляют через 15 с после одновременного добавления катионного крахмала и анионного ПАМ. Результаты показывают, что варка вместе катионного крахмала и анионного ПАМ с высокой мол.мас. дает превосходные удерживания золы в композициях, содержащих глинозем, по сравнению с добавлением этих же химикатов раздельно только, когда менее чем 50% заряда крахмала нейтрализуют анионным ПАМ. Результаты представлены в табл. 8.(фунт/т) катионного одновременное вместе одновременное вместе одновременное вместе крахмала добавление добавление добавление 11 0,25(0,125) 60/1 47 70 52 70 55 79 25 0,5(0,25) 30/1 49 55 58 59 61 68 53 0,75(0,375) 20/1 59 46 57 45 63 48 а Числа в скобках кг/т Пример 9. Этот пример проводят с композицией бумаги, содержащей 0,5 фунта (0,25 кг)/т Аl2O3,добавленного в виде раствора сернокислого глинозема. Пример демонстрирует, что при варке катионного картофельного крахмала с анионным ПАМ с низкой молекулярной массой(мол.мас.) анионный ПАМ может нейтрализовать вплоть до около 75% и все еще обеспечивать превосходное удерживание золы, чем обнаруживаемое при добавлении тех же химикатов раздельно к композиции бумаги. Смеси катионный крахмал/анионный ПАМ готовят путем варки 2,5 г катионного картофельного крахмала ВМВ-40, имеющего степень замещения 0,04 с коммерческим анионным ПАМ, имеющим молекулярную массу приблизительно 1000000 и анионность 8 мас.% в деионизированной воде. Общая масса растворов крахмал/ПАМ 500 г. Катионный крахмал и анионный ПАМ добавляют к деионизированной воде в виде сухих порошков и нагревают на горячей тарелке с магнитным перемешиванием в течение 30 мин. Раствор кипятят приблизительно 20 мин в цикле варки. Эксперименты по удерживанию проводят,используя 20 фунтов (10 кг)/т катионного картофельного крахмала и различные степени дозирования анионного ПАМ. 2 фунта (1 кг)/т(SiO2 основа) золя коллоидного диоксида кремния 4 нм (доступного от Naico) добавляют через 15 с после одновременного добавления катионного крахмала и анионного ПАМ. Результаты показывают, что варка вместе катионного крахмала и анионного ПАМ с низкой мол.мас. дает превосходные удерживания золы в композициях, содержащих глинозем, по сравнению с добавлением этих же химикатов раздельно только, когда менее чем около 75% заряда крахмала нейтрализуют анионным ПАМ. Результаты представлены в табл. 9. Таблица 9% удерживания золы в сравнении с дозой ПАМ низкой мол.д.% нейтрализованного Доза ПАМ Мас.отношение Раздельное/одновременное заряда кат. крахмала Пример 10. Этот пример проводят с композицией бумаги, содержащей 0,5 фунта (0/25 кг)/т Аl2O3,добавленного в виде раствора сернокислого глинозема. Пример демонстрирует применение золей глинозема с низкой "величиной S" с катионным картофельным крахмалом, сваренным с анионным ПАМ с высокой молекулярной массой (мол.мас.). Смеси катионный крахмал/анионный ПАМ готовят путем варки 2,5 г катионного картофельного крахмала Stalok 410 с коммерческим анионным ПАМ, имеющим молекулярную массу приблизительно 10000000 и анионность 40 мас.% в деионизированной воде. Общая масса растворов крахмал/ПАМ 500 г. Анионный ПАМ предварительно гидратируют при 0,125 маc.% катионным крахмалом и дополнительной водой. Смеси крахмал/ПАМ нагревают на горячей тарелке с магнитным перемешиванием в течение 30 мин и начинают кипятить приблизительно 20 мин в цикле варки. Эксперименты по удерживанию проводят,используя 20 фунтов (10 кг)/т катионного картофельного крахмала и различные степени дозирования анионного ПАМ. 1 фунт (0,5 кг)/т(SiO2 основа) либо золя диоксида кремния ВМА-670 (доступного от Akzo Nobel), либо 0,5 фунта (0,25 кг)/т (SiO2 основа) золя диоксида кремния Particol ВХ (доступного от Allied Colloids) добавляют через 15 с после одновременного добавления катионного крахмала и анионного ПАМ. Результаты показывают, что варка вместе катионного крахмала и анионного ПАМ с высо 17 кой мол.мас. дает превосходные удерживания золы в композициях, содержащих глинозем, по сравнению с добавлением этих же химикатов 18 раздельно только, когда менее чем около 50% заряда крахмала нейтрализуют анионным ПАМ. Результаты представлены в табл. 10.% удерживания золы в сравнении с дозой ПАМ высокой мол.м. с золямиa диоксида кремния с низкой величиной S% нейтрализованного Доза ПАМ заряда кат. крахмала Пример 11. Этот пример проводят с композицией бумаги, содержащей 0,5 фунта (0,25 кг)/т Аl2O3,добавленного в виде раствора хлорида полиалюминия. Пример демонстрирует применение золя коллоидного диоксида кремния и гидратированной бентонитовой глины с катионным зерновым крахмалом, сваренным с анионным ПАМ с высокой молекулярной массой(мол.мас.). Смеси катионный крахмал/анионный ПАМ готовят путем варки катионного зернового крахмала Stalok 300, имеющего степень замещения 0,036, с коммерческим анионным ПАМ,имеющим молекулярную массу приблизительно 8000000 и анионность 5 маc.% в деионизированной воде. Общая масса растворов крахмал/ПАМ 500 г. Анионный ПАМ предварительно гидратируют при 0,125 мас.% (активная основа) перед смешиванием и варят с катионным крахмалом и дополнительной водой. Смеси крахмал/ПАМ нагревают на горячей тарелке с 1 фунт (0,5 кг)/т ВМА-670 Раздельное/ Сваренные одновременное вместе добавление 38 58 41 46 43 31 48 24Particol BX Раздельное/ Сваренные одновременное вместе добавление 41 54 40 40 46 28 48 23 магнитным перемешиванием в течение 40 мин и начинают кипятить приблизительно 20 мин в режиме варки. Эксперименты по удерживанию проводят,используя 20 фунтов (10 кг)/т катионного зернового крахмала и различные степени дозирования анионного ПАМ. 2 фунта (1 кг)/т (SiO2 основа) либо золя коллоидного диоксида кремния 4 нм, либо 0,5 фунта (0,25 кг)/т гидратированной бентонитовой глины (доступной от Allied Colloids) добавляют через 15 с после одновременного добавления катионного крахмала и анионного ПАМ. Результаты показывают, что сваренные вместе катионный крахмал и анионный ПАМ с высокой мол.мас. дают превосходные удерживания золы в композициях, содержащих глинозем, по сравнению с добавлением этих же химикатов раздельно вплоть до лимита проведенных экспериментов (34% заряда крахмала, нейтрализованного анионным ПАМ). Результаты представлены в табл. 11.% удерживания золы в сравнении с дозой ПАМ высокой мол.м. и анионных неорганических коллоидов Удерживание золы % 2 фунта (1 кг)/т 5 фунтов (2,5 кг)/т% нейтрализобентонитовая глина Доза ПАМ Мас.отношение коллоидный диоксид кремния 4 нм ванного заряда крахмал/ПАМ(фунт/т)a Раздельное/ Сваренные Раздельное/ Сваренные кат. крахмала одновременное вместе одновременное вместе добавление добавление 27 0,75(0,375) 27/1 34 51 27 37 34 1(0,5) 20/1 35 49 28 37 а См. метку а под таблицей 8 Пример 12. Этот пример проводят в кислой композиции бумаги, содержащей 40% беленой крафтцеллюлозы лиственных пород, 40% беленой крафт-целлюлозы хвойных пород и 20% глины. Конечный рН доводят до 4,0. 2 фунта (1 кг)/т Аl2O3 добавляют к композиции в виде раствора сернокислого глинозема. Пример демонстрирует, как щелочное соединение алюминия может быть сварено с катионным крахмалом и анион ным ПАМ для дальнейшего усовершенствования удерживания золы. Смеси катионный крахмал/анионный ПАМ/щелочной глинозем готовят путем варки 2,5 г катионного картофельного крахмала Stalok 410 с 0,083 г коммерческого анионного ПАМ,имеющего молекулярную массу приблизительно 8000000 и анионность 12 мас.%, и 0,69 г Аl2O3 в виде алюмината натрия в деионизированной воде. Общая масса (активной основы) перед смешиванием и варкой с катионным крахмалом и дополнительной водой. Смеси крахмал/ПАМ нагревают на горячей тарелке с магнитным перемешиванием в течение 40 мин и начинают кипятить приблизительно 20 мин в цикле варки. Обнаружено, что вареная смесь только катионного крахмала с анионным ПАМ(без Аl2O3) имеет 16% нейтрализованного заряда катионного крахмала. Эксперименты по удерживанию проводят,используя 20 фунтов (10 кг)/т катионного зернового крахмала, 0,67 фунта (0,335 кг)/т анионного ПАМ и 0,55 фунта (0,275 кг)/т Аl2O3 в виде 20 алюмината натрия. 2 фунта (0,5 кг)/т (SiO2 основа) поверхностно алюминированного коллоидного золя диоксида кремния 5 нм (ВМА-9, доступного от Akzo Nobel) добавляют через 15 с после одновременного добавления катионного крахмала, анионного ПАМ и алюмината натрия. Результаты показывают, что сваренные вместе катионный крахмал/анионный ПАМ/ щелочной глинозем дают превосходные удерживания золы по сравнению с добавлением этих же химикатов. Результаты представлены в табл. 12. Таблица 12% нейтрализованного Доза ПАМ (фунт/т)a заряда кат. крахмала 16 0,5 (0,25) а Числа в скобках кг/т(a) растворимое соединение алюминия,присутствующее в количестве приблизительно от 0,005 до 2,5 кг Аl2O3 на метрическую тонну сухой бумаги, и(b) модифицированный крахмал, полученный путем варки водного раствора, по меньшей мере, одного амфотерного или катионного крахмала, имеющего степень замещения между около 0,01 и 0,2, по меньшей мере, с одним неионным или амфотерным полиакриламидом или катионным или анионным полиакриламидом,имеющим степень замещения между 1 и 80% по массе, имеющим молекулярную массу, по меньшей мере, 500000, при условии, что(i) варку проводят при рН выше 7,0 в том случае, когда выбирают катионный или неионный полиакриламид;(ii) варка дает не более чем 75% нейтрализации катионного крахмала, если молекулярная масса анионного полиакриламида между 500.000 и 4000000, и не более чем 50% нейтрализации катионного крахмала, если молекулярная масса анионного полиакриламида более чем 4000000, и(iii) массовое отношение крахмала к полиакриламиду более чем около 2 к 1. 2. Композиция бумаги по п.1, где катионный крахмал варят с катионным акриламидом. 3. Композиция бумаги по п.1, где катионный крахмал варят с анионным акриламидом. 4. Композиция бумаги по любому из пп.1,2 или 3, где растворимое соединение алюминия добавляют к композиции бумаги перед добавлением модифицированного крахмала. 5. Композиция бумаги по любому из пп.1,2 или 3, где крахмал выбирают из группы, состоящей из зернового крахмала, картофельного крахмала и восковидного кукурузного крахмала. 6. Композиция бумаги по любому из пп.1,2 или 3, где присутствует также коллоидный диоксид кремния. 7. Композиция бумаги по любому из пп.1,2 или 3, где присутствует также анионный неорганический коллоид. 8. Композиция бумаги по любому из пп.1,2 или 3, где растворимое соединение алюминия выбирают из группы, состоящей из сульфата алюминия, алюминатов, нитрата алюминия,хлорида полиалюминия и сульфата полиалюминия.

МПК / Метки

МПК: D21H 17/37, C08L 3/08

Метки: удаления, крахмала, частиц, водных, катионного, дисперсий, модифицированного, состав

Код ссылки

<a href="http://easpatents.com/11-2138-sostav-modificirovannogo-kationnogo-krahmala-dlya-udaleniya-chastic-iz-vodnyh-dispersijj.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Состав модифицированного катионного крахмала для удаления частиц из водных дисперсий</a>

Похожие патенты