Коллоидные боросиликаты и их применение в получении бумаги

Коллоидные боросиликаты и их применение в получении бумаги

Реферат

 

Изобретение относится к боросиликатной композиции, используемой в качестве добавки для удержания наполнителей при производстве бумаги. Боросиликатный материал является коллоидным боросиликатом с размером частиц 1-2000 нм и площадью поверхности 15-3000 м²/г. Заявленные боросиликаты, примененные при производстве бумаги, улучшают ее качество. 4 с. и 11 з.п.ф-лы, 29 табл.

Предпосылки создания изобретения 1. Область техники, к которой относится изобретение Настоящее изобретение относится к боросиликатной композиции в качестве добавки для удержания наполнителя и к способу применения в изготовлении бумаги боросиликатной композиции в качестве добавки для удержания наполнителя. Также раскрыт способ изготовления такой композиции боросиликатной добавки для удержания наполнителя. Боросиликатные материалы предпочтительно представляют собой водную суспензию коллоидного боросиликата.

2. Предпосылки создания изобретения При производстве бумаги водная суспензия целлюлозы или древесная масса формируется в бумажный лист. Пульпу целлюлозного волокна до поступления в бумагоделательную машину обычно разбавляют до консистенции (мас.% сухих твердых веществ в древесной массе) с содержанием волокна примерно 4 мас.% волокна или менее, и как правило, 1,5% или менее, но часто ниже 1,0%, в то время как в конечном листе обычно содержится менее чем 6 мас.% воды. Следовательно, обезвоживание и аспекты удержания наполнителя при изготовлении бумаги исключительно важны для эффективности и стоимости производства.

Гравитационное отделение воды является предпочтительным способом обезвоживания из-за относительно низкой стоимости. После гравитационного обезвоживания для осушки используются более дорогостоящие способы, например вакуум, прессование, впитывание поверхностью сукна и прессование, упаривание и им подобные. В современной практике для обезвоживания или сушки листа до требуемого содержания воды используют сочетание этих способов. Так как гравитационная сушка представляет одновременно первый используемый способ и наименее дорогостоящий способ, повышение эффективности этого процесса осушки означает уменьшение количества воды, которую требуется удалить другими способами и, следовательно, улучшение общей эффективности обезвоживания и уменьшение ее стоимости.

Другим аспектом бумажного производства является то обстоятельство, что исключительно важным для эффективности и стоимости является удержание компонентов бумажной массы на поверхности и внутри полотна волокна. Древесная масса в бумажном производстве представляет собой систему, содержащую значительные количества маленьких частиц, стабилизированных коллоидными силами. Древесная масса для изготовления бумаги в дополнение к целлюлозным волокнам обычно содержит частицы, размер которых колеблется от примерно 5 до примерно 1000 нм, состоящие, например, из целлюлозных мелких частиц, минеральных наполнителей (использующихся для увеличения непрозрачности, глянца и других характеристик бумаги) и других маленьких частиц, как правило, не включающих одну или более добавок для удержания наполнителей, и которые в значительной степени проходят сквозь пространство (поры) между поверхностями, образованными целлюлозными волокнами в бумагоделательной машине.

Повышенное удержание мелких частиц, наполнителей и других компонентов пульпы позволяет уменьшить для данного сорта бумаги содержание целлюлозного волокна в такой бумаге. Поскольку для снижения стоимости бумажного производства используются целлюлозные пульпы более низкого качества, аспект удержания в бумажном производстве становится все более важным, так как содержание мелких частиц в таких более низкокачественных пульпах, как правило, увеличивается. Большее удержание также понижает количество таких веществ, которые теряются в оборотной воде и, следовательно, снижает количество материальных затрат, стоимость обработки сточных вод и отсюда неблагоприятное воздействие на окружающую среду.

Как правило, для достижения этой цели требуется уменьшить количество материала, используемого в процессе бумажного производства без ухудшения достигаемого результата. С помощью таких добавочных преобразований можно достичь как сохранения материальных затрат, так и преимуществ в производстве и эксплуатации.

Другой важной характеристикой предложенного способа производства бумаги является формирование производимого бумажного листа. Формирование может быть определено как вариабельность передачи света через бумажный лист, и высокая вариабельность свидетельствует о плохом формировании листа. Когда удержание увеличивается до высокой степени, например, когда степень удержания составляет 80 или 90%, параметр формирования, как правило, убывает.

Были использованы различные химические добавки при попытке увеличения скорости, с которой вода отводится от образующегося листа, и увеличения количества очень мелких частиц и наполнителя, остающихся в листе. Использование водорастворимых полимеров с высокой молекулярной массой является значительным улучшением в производстве бумаги. Данные полимеры с высокой молекулярной массой действуют как флокулянты, образуя большие хлопья, осаждающиеся на листе. Они также способствуют обезвоживанию листа.

Для достижения эффективности в дополнение к обычному или двойному удержанию с помощью полимера и к процессам обезвоживания требуется внедрить компонент с более высокой молекулярной массой, что составляет часть такого процесса. В этих обычных производственных программах компонент с высокой молекулярной массой прибавляют после верхней точки сдвига в проточную систему исходного сырья, поступающего в головную часть бумагоделательной машины. Это является необходимым, так как хлопья первоначально образуются по мостиковому механизму и их разрушение в значительной степени необратимо, и они вновь не образуются в сколько-нибудь значительной степени. По этой причине большая часть действия флокулянта на удержание и обезвоживание теряется при его подаче до верхней точки сдвига. Что касается их вредного воздействия, то подача высокомолекулярных полимеров после верхней точки сдвига также приводит к проблемам, связанным с формированием листа. Требования к подаче высокомолекулярных полимеров и сополимеров, которые придают улучшенное удержание, часто приводят к компромиссу между удержанием и формированием листа.

В то же время применение высокомолекулярных флокулянтов было усовершенствовано прибавлением так называемых неорганических "микрочастиц".

Производственные программы полимер/микрочастица завоевали коммерческий успех, заменив на многих фабриках использование удержания только с помощью полимеров и программ по обезвоживанию. Программы, включающие микрочастицы, характеризуются не только использованием компонента с микрочастицами, но также часто добавлением различных химических веществ, связанных с процессами сдвига. В большинстве программ по удержанию, в которых включены микрочастицы, полимеры с высокой молекулярной массой добавляются либо до, либо после, по крайней мере, одной верхней точки сдвига. Затем неорганический материал из микрочастиц обычно добавляют в целлюлозное волокно после того, как исходное сырье уже прошло стадию флокуляции высокомолекулярным компонентом и стадию сдвига для того, чтобы разрушить эти хлопья. Добавление микрочастиц вновь вызывает выпадение древесной массы хлопьями, что приводит к удержанию и обезвоживанию, что, по крайней мере, действует также, как использование высокомолекулярного компонента в обычном способе (после сдвига), без вредного влияния на формирование листа.

Одна такая программа, использованная для того, чтобы обеспечить сочетание удержания и обезвоживания, была описана в патентах США 4753710 и 4913775 Langley с соавторами, раскрытия которого в дальнейшем включены посредством ссылки в это описание. В способе, раскрытом Langley с соавторами, катионный полимер с высокой молекулярной массой добавляли к водной целлюлозной суспензии для изготовления бумаги до процесса сдвига в этой суспензии, что осуществлялось далее прибавлением бентонита после применения сдвига. Процесс сдвига, как правило, обеспечивается путем таких стадий бумагоделательного процесса, как однократная или более очистка, смешивание и прокачка, и сдвиг разбивает большие хлопья, образованные полимером с высокой молекулярной массой, на маленькие микрохлопья. Затем при добавлении частиц бентонитовых глин следует дальнейшая агломерация.

Другие подобные производственные программы основаны на использовании коллоидного кремнезема в качестве микрочастиц в сочетании с катионными крахмалом так, как это описано в патентах США 4388150 и 4385961, раскрытия которых включены в виде ссылки в настоящее описание, или на использовании комбинации катионного крахмала, являющегося флокулянтом, и коллоидного раствора кремнезема так, как это описано в патентах США 5098520 и 5185062, раскрытие которых также здесь и далее включено в виде ссылки в данное описание. Патент США 4643801 раскрывает способ получения бумаги, используя анионный водорастворимый высокомолекулярный полимер, являющийся диспергированным кремнеземом, и катионный крахмал.

Несмотря на то, что, как описано выше, микрочастицы обычно прибавляют к древесной массе после флокулянта и после, по крайней мере, одной зоны сдвига, действие микрочастиц также может наблюдаться в том случае, если микрочастица добавляется перед зоной добавления флокулянта или зоной сдвига (например, когда микрочастицы добавляются до прохождения фильтра и до добавления флокулянта после зоны сдвига).

В единственной программе с добавкой для удержания наполнителя и обезвоживания, связанной использованием системы полимер/микрочастица, флокулянт, обычно катионный полимер, является единственным полимерным материалом, добавленным вместе с микрочастицами. Другие способы улучшения флокуляции тонких целлюлозных помолов, минеральных наполнителей и других компонентов древесной массы на поверхности волокон (fiber mat) с использованием микрочастиц заключаются в сочетании программы с двумя полимерами, используемой в дополнение к программам с использованием микрочастиц, коагулянта и флокулянта. В такой системе прежде всего добавляется коагулянт, например, низкомолекулярный синтетический катионный полимер или катионный крахмал. Этот коагулянт может быть также неорганическим коагулянтом, таким, как квасцы или полиалюминийхлориды. Такое добавление также может иметь место в одной или нескольких точках системы, образующей древесную массу, включая, но не ограничивая систему густого сырья, систему отработанной воды или систему жидкого сырья в бумагоделательной машине.

Этот коагулянт, как правило, понижает отрицательный поверхностный заряд, присутствующий на частицах в древесиной массе, особенно на целлюлозной мелочи и минеральных наполнителях, и тем самым выполняет задачу агломерации таких частиц. Обработка коагулянтом следует за прибавлением флокулянта. Такой флокулянт, как правило, является синтетическим полимером с высокой молекулярной массой, который соединяет частицы и/или агломерирует их, от одной поверхности к другой, связывая частицы в более крупные агломераты. Наличие таких больших агломератов в древесной массе, которые образуют поверхности из волокон в бумажном листе, увеличивает удержание. Агломераты отфильтровывают от воды внутрь волоконной ленты, в то время как неагломерированные частицы в большей степени должны проходить сквозь такую бумажную ленту. В такой программе порядок прибавления микрочастицы и флокулянта может быть успешно осуществлен в обратном порядке.

Настоящее изобретение отличается от раскрытии этих патентов тем, что в качестве микрочастицы используется боросиликат, предпочтительно коллоидный боросиликат. Неожиданно было найдено, что боросиликаты улучшают качество и других программ с микрочастицами и особенно тех, которые используют коллоидные золи кремнезема в качестве микрочастиц. Боросиликатные микрочастицы настоящего изобретения позволяют осуществить получение бумаги и картона, обладающих улучшенными степенями удержания, формирования листа, равномерной пористости и общей обезвоженности.

Один аспект настоящего изобретения включает композицию боросиликатной добавки для удержания. Боросиликаты, предпочтительно водные растворы коллоидных частиц боросиликата, используемые в этом изобретении, имеют мольное соотношение бора и кремния от 1:1000 до 100:1 и, как правило, от 1:100 до 2: 5. Предпочтительно, мольное соотношение натрия и кремния в боросиликатном материале данного изобретения находится в области от 0,006 до 1,04 и даже более предпочтительно в области между 0,01 до 0,7.

Следующий аспект настоящего изобретения включает систему изготовления бумаги, которая включает стадии прибавления к древесной массе для изготовления бумаги боросиликата, от примерно 0,00005 до примерно 1,25 мас.% от массы сухого волокна в древесной массе. В альтернативном примере осуществления настоящего изобретения неионный, катионный или анионный полимерный флокулянт добавляется к древесной массе либо, до либо после прибавления боросиликата в количестве от примерно 0,001 до примерно 0,50 мас.% от сухой массы волокна в древесной массе. Альтернативой является прибавление катионного крахмала или гуаровой камеди к древесной массе вместо или в дополнение к полимерному флокулянту либо до, либо после прибавления боросиликата в количестве от примерно 0,005 до примерно 5,0 мас.% от сухой массы волокна в древесной массе. Другой альтернативой является добавление коагулянта к древесной массе в количестве, находящемся в области от 0,005 до 1,25 мас.% от сухой массы волокна в древесной массе. Флокуляция компонентов древесной массы для изготовления бумаги возрастает при добавлении одного только боросиликата или в сочетании с обычным полимерным флокулянтом, одним или в сочетании с коагулянтом.

В настоящем изобретении путем прибавления боросиликатных частиц к древесной массе для изготовления бумаги или пульпе до образования листа можно достичь улучшенных характеристик листа. При использовании в настоящем контексте термин древесная масса или пульпа означает суспензию целлюлозных волокон, применяемых для образования целлюлозного листа. Лист может означать высокосортную бумагу (что включает при использовании в настоящем контексте бумагу из натурального волокна, а также бумагу, основанную на уже переработанном волокне), картон (который, как используется в настоящем контексте, включает переработанное волокно, основанное на обычно применяемом оберточном материале и гофрированном материале, а также на материале, основанном на натуральном волокне) и газетную бумагу (которая, как здесь используется, включает журнальное целлюлозное волокно, на основе как натурального волокна, так и переработанного волокна, или других целлюлозных материалах. Конечный лист может содержать в дополнение к целлюлозному волокнистому полотну (mat), наполнители, пигменты, отбеливатели, проклеивающие агенты и другие материалы, используемые в получении многочисленных сортов целлюлозных полотен, обычно обозначаемых как бумага или картон.

Настоящее изобретение включает композицию с добавкой для удержания и обезвоживающей добавкой, включающей боросиликат (предпочтительно, колоидный боросиликат), с мольным соотношением бора и кремния, находящимся в области от примерно 1:100 до примерно 2:5. В предпочтительном примере осуществления настоящего изобретения боросиликат характеризуется как имеющий мольное соотношение натрия и кремния в области от примерно 6:1000 до 1,04:1. Добавка для удержания микрочастиц является, предпочтительно, коллоидом боросиликата, химия которого подобна химии коллоидов боросиликатного стекла. Боросиликат, предпочтительно, используется в форме водного коллоидного раствора. Этот коллоидный раствор обычно получают взаимодействием соли щелочного металла боросодержащего соединения с кремниевой кислотой в условиях, приводящих к образованию коллоидного раствора. Боросиликатные частицы, применяемые в настоящем изобретении, имеют размеры частиц в широкой области величин, например, от 1 нм (нанометр) до 2 микрон (2000 нм), и предпочтительно, от 1 нм до 1 микрона. При использовании коллоидного боросиликата размер частицы обычно находится в области от 1 нм до 200 нм и, предпочтительно, от 1 до 80 нм, и наиболее предпочтительно, 20-80 нм. Площадь поверхности боросиликатных частиц, применяемых в настоящем изобретении, может также изменяться в широком пределе. Обычно при уменьшении размера частицы площадь поверхности увеличивается. Площадь поверхности должна находиться в области от 15 до 3000 м²/г и, предпочтительно, от 50 до 3000 м²/г. При использовании предпочтительных коллоидных частиц данного изобретения площадь поверхности обычно находится в области от 250 до 3000 м²/г и, предпочтительно, от 700 до 3000 м²/г.

Предпочтительные коллоидные боросиликатные материалы, применяемые в данном изобретении, обычно получают посредством первоначального получения кремневой кислоты. Это лучше всего достичь при контакте раствора силиката щелочного металла, предпочтительно, разбавленного раствора силиката щелочного металла с коммерческой ионнообменной смолой, предпочтительно, с так называемой сильнокислотной смолой, в Н-форме и регенерацией разбавленного раствора кремневой кислоты. Затем может быть добавлена кремниевая кислота при перемешивании разбавленного раствора бората щелочного металла при рН от 6-14 с регенерацией коллоидного боросиликатного продукта, суспендированного в воде. Альтернативно, для получения подходящих материалов можно одновременно добавлять борат щелочного металла и кремневую кислоту. Практически для настоящего изобретения обычно концентрация используемого раствора кремниевой кислоты составляет, как правило, от 3 до 8 мас.% SiO₂ и, предпочтительно, от 5 до 7 мас.% SiO₂. Мас.% используемого раствора бората обычно составляет от 0,01 до 30, а предпочтительно, от 0,4 до 20 мас.% В₂O₃. Используемая соль бора может быть выбрана из широкого круга соединений.

Предпочтительными материалами для практики настоящего изобретения являются бура, десятиводный гидрат тетрабората натрия или пятиводный гидрат тетрабората натрия из-за их легкой доступности этих материалов и их низкой стоимости. Могут быть использованы и другие водорастворимые боратные материалы. Очевидно, что любая растворимая соль, а именно борат щелочного металла, может быть использована в практике настоящего изобретения. Получение коллоидного боросиликатного материала настоящего изобретения может быть осуществлено с использованием или без корректировки рН. Иногда целесообразно проводить реакцию при рН от 7,5 до 10,5 путем добавления гидроксида подходящего щелочного металла, предпочтительно, гидроксида натрия, к реакционной смеси. Наилучшие результаты были получены в области рН от 8 до 9,5, хотя следует признать, что синтетические прописи для боросиликатных композиций настоящего изобретения еще должны быть оптимизированы.

Очевидно, что перемешивание, скорость прибавления и другие параметры не являются критическими для образования композиций коллоидного боросиликата настоящего изобретения. Могут быть также использованы и другие способы получения коллоидных боросиликатов данного изобретения. Эти способы могут охватывать получение коллоидного боросиликата, как описано выше, и осушение частиц распылением после дробления или другие способы, которые обеспечивали бы получение боросиликатного материала с параметрами, указанными выше.

Это изобретение содержит, кроме того, способ улучшения получения бумаги, включающий стадию прибавления к фабричной бумажной древесной массе боросиликата, предпочтительно, коллоидного боросиликата в количестве от примерно 0,00005 до примерно 1,25 мас.% от сухой массы волокна в пульпе или древесной массы. В альтернативном примере осуществления изобретения к древесной массе может быть добавлен неионный, катионный или анионный полимерный флокулянт либо до, либо после прибавления боросиликата в количестве от примерно 0,001 до примерно 0,5 мас.% в расчете на массу сухого волокна в древесной массе. Альтернативно, в древесную массу может быть добавлен катионный крахмал вместо или в дополнение к синтетическому полимерному флокулянту в количестве от примерно 0,005 до примерно 5,0 мас.% в расчете на массу сухого волокна в древесной массе. Более предпочтительно, когда крахмал прибавляют в количестве от примерно 0,05 до примерно 1,5 мас.% в расчете на массу сухого волокна в древесной массе. В еще одном примере осуществления настоящего изобретения к древесной массе может быть добавлен коагулянт вместо или в дополнение к флокулянту и/или крахмал в количестве от примерно 0,005 до примерно 1,25 мас. % в расчете на массу сухого волокна в древесной массе для изготовления бумаги. Предпочтительно, коагулянт добавляют в количестве от примерно 0,025 до примерно 0,5 мас.% в расчете на массу сухого волокна в древесной массе.

Настоящее изобретение также непосредственно направлено на способ повышения удержания и обезвоживания древесной массы для изготовления бумаги в бумагоделательной машине, который включает стадию прибавления к древесной массе для изготовления бумаги боросиликатных частиц, предпочтительно, коллоидного боросиликата в количестве от примерно 0,00005 до примерно 1,25 мас.% от массы сухого волокна в древесной массе. Боросиликат может добавляться в древесную массу для изготовления бумаги вместе с неионным, катионным или анионным полимерным флокулянтом. Флокулянт может добавляться либо до, либо после боросиликата в количестве от примерно 0,001 до примерно 0,5 мас.% от массы сухого волокна в древесной массе.

Альтернативно, к древесной массе может быть добавлен крахмал вместо или в дополнение к флокулянту в количестве от примерно 0,005 до примерно 5,0 мас.% в расчете на массу сухого волокна в древесной массе. При использовании крахмала предпочтителен катионный крахмал. При использовании крахмала он, предпочтительно, прибавляется в количестве от примерно 0,05 до примерно 1,5 мас. % в расчете на массу сухого волокна в древесной массе. Может реализоваться еще и другая альтернатива, когда коагулянт прибавляют к древесной массе вместо или в дополнение к флокулянту и/или крахмалу в количестве от примерно 0,005 до примерно 1,25 мас.% от сухой массы волокна в древесной массе. Коагулянт добавляют, предпочтительно, в количестве от примерно 0,025 до примерно 0,5 мас.% от массы сухого волокна в древесной массе.

Дозировка полимерного флокулянта в любом из вышеприведенных примеров составляет, предпочтительно, от 0,005 до примерно 0,2 мас.% от массы сухого волокна в древесной массе. Дозировка боросиликата составляет, предпочтительно, от примерно 0,005 до примерно 0,25 мас.% от массы сухого волокна в древесной массе и, наиболее предпочтительно, от примерно 0,005 до примерно 0,15 мас.% от массы волокна в древесной массе.

Следует отметить, что с момента возможной применимости настоящего изобретения к широкому набору сортов бумаги и целлюлозных волокон вышеприведенные проценты могут время от времени меняться. В соответствии с областью и целями данного изобретения такие отклонения от вышеуказанных процентных соотношений могут быть сделаны без какого-либо отхода от данного изобретения, и приведенные значения процентов приводятся только в качестве указания для специалистов в данной области техники.

Для любого из вышеприведенных примеров осуществления изобретения в систему производства бумаги куда бы то ни было могут быть добавлены бентонит, тальк, синтетические глины, гекторит, каолин или их смеси до образования листа. Предпочтительной точкой такого прибавления является пульпа густого сырья перед разбавлением оборотной водой. Это приводит к повышенной чистоте операции изготовления бумаги, что в противном случае может вызвать гидрофобное осаждение, влияющее как на производительность, так и на качество бумаги.

Кроме того, любой из вышеприведенных примеров осуществления изобретения может быть применен к древесной массе для изготовления бумаги, выбранной из группы, состоящей из высокосортной бумаги (включающей, как это здесь трактуется, натуральное волокно, так же как и материалы, основанные на уже переработанном волокне), картоне (включающем, как это здесь имеется в виду, уже переработанное волокно, основанное на обычной оберточной макулатуре и гофрированной макулатуре, так и на материалах из натурального волокна) и газетной бумаги (которая, как здесь имеется в виду, включает журнальные массы, так же как и основанные на натуральном волокне и волокне вторичной переработки) или другой целлюлозный материал. Эти древесные массы включают пульпы, содержащие деревянные остатки, не содержащие их, натуральные, беленые переработанные, небеленые переработанные и их смеси.

Бумагу или бумажный картон изготовляют, как правило, из суспензии или пульпы целлюлозного материала в водной среде, массы которых проходит одну или более стадию сдвига, включающих обычно такие стадии, как стадия очистки, стадия смешения и стадия перекачки, и после этого суспензию обезвоживают с образованием листа, который подвергается сушке до необходимой и, как правило, низкой концентрации воды. Боросиликатные материалы настоящего изобретения могут добавляться к бумажной массе до или после стадии сдвига.

В дополнение к использованию как средства для удержания и обезвоживающего вспомогательного средства, описанного выше, боросиликатные материалы могут использоваться в сочетании со стандартными катионными смолами, придающими прочность в мокром состоянии, для улучшения прочности обработанного таким образом целлюлозного листа в мокром состоянии. В этом случае использующийся таким образом боросиликат добавляют к бумажной массе до поступления на бумагоделательную машину этой массы, содержащей смолу для улучшения прочности в мокром состоянии. Боросиликат обычно используется при этом в количествах, указанных выше.

Как было найдено, боросиликат настоящего изобретения существенно увеличивает в способе бумажного производства эксплуатационные качества синтетических полимерных флокулянтов и добавок удержания наполнителей, а также крахмала. Более того, очевидно, что боросиликатные материалы проявляют свойство удерживающих наполнители добавок в процессах разделения твердые вещества/жидкости, таких как водная предварительная обработка, и при применении обработки оборотной водой. Боросиликаты помимо повышения осушки и прочности для газетной бумаги, высокосортной бумаги, картона и других сортов бумаги могут также найти применение для контроля за количеством смолы и клеев в бумажном производстве, за обезвоживанием древесной массы из сухих пачек, при использовании для обеспыливания древесной массы и мельниц для бумаги, осветления воды, при флотации растворенным воздухом и при обезвоживании пульпы. Композиции настоящего изобретения могут также найти применение в разделении твердое вещество/жидкость и в разрушении эмульсий. Примерами таких прикладных задач являются обезвоживание муниципальных стоков, осветление и обезвоживание водных минеральных шламов, разрушение переработанных эмульсий и им подобные. Улучшенное качество при использовании боросиликатных частиц настоящего изобретения в сочетании с синтетическими полимерами и/или крахмалом заключается в большем удержании, улучшенном обезвоживании и лучшем разделении твердые вещества/жидкости, и часто в уменьшении количества полимера или крахмала, используемых для достижения требуемого воздействия.

Программы упрочения микрочастицами основываются на восстановлении первоначально образующихся хлопьев, разрушенных при сдвиге. При таких применениях флокулянт добавляется до, по крайней мере, одной верхней точки сдвига путем прибавления микрочастиц сразу перед головной частью машины. Обычно флокулянт добавляют перед прессовальными сетками, с последующим прибавлением микрочастицы после сеток. Однако способ, в котором этот порядок может быть изменен, создан настоящим изобретением. Вторичные хлопья, образованные путем прибавления микрочастиц, приводят к увеличению прочности и обезвоживанию без вредного воздействия на формирование листа. Это позволяет увеличить содержание наполнителя в листе, исключает двусторонность листа и увеличивает обезвоживание и скорость машины в бумажном производстве.

Очевидно, что использование небольшого избытка полимерного флокулянта и/или коагулянта необходимо для обеспечения последующих результатов по сдвигу в образовании микрохлопьев, которые содержат или несут на себе достаточное количество полимера для того, чтобы оказать содействие в образовании положительного заряда, по крайней мере, части их поверхностей, хотя нет необходимости быть положительно заряженной для всей бумажной массы. Таким образом z-потенциал бумажной массы после добавления полимера и после стадии поперечного сдвига может быть катионным или анионным.

Сдвиг может быть осуществлен при использовании устройства в аппарате, используемом для других целей, таком как насос для смешивания, вентиляционный насос или круговая сетка (centriscreen), или он может быть осуществлен в аппарате сдвигового смесителя или в процессе другой сдвиговой стадии, цель которой заключается в осуществлении сдвига, и предпочтительно, высокой степени, следующего за прибавлением полимера.

Флокулянты, используемые при применении этого изобретения, являются водорастворимыми высокомолекулярными или диспергируемыми полимерами, которые могут обладать катионным или анионным зарядом. Также могут использоваться неионные высокомолекулярные полимеры. Эти полимеры могут быть полностью растворимы в системе бумажного производства или, альтернативно, могут быть легко диспергируемыми. Они могут иметь разветвленную или сшитую структуру при условии, что они не образуют "рыбьих глаз", так называемых глобул нерастворенного полимера на готовой бумаге. Полимеры этого типа легко доступны из различных коммерческих источников. Они доступны в виде сухих твердых веществ, водных растворов, эмульсий вода в масле, которые при прибавлении к воде способствуют тому, что попадающий в нее полимер легко солюбилизируется или образует дисперсии водорастворимого или диспергируемого полимера в водных соляных растворах. Не считается очевидным, что форма высокомолекулярного флокулянта, используемого в настоящем изобретении, является критической до тех пор, пока полимер растворим или диспергирован в бумажной массе.

Как было указано выше, полимеры могут быть катионными, анионными или неионными. Катионные полимерные флокулянты, используемые в настоящем изобретении, являются, как правило, высокомолекулярным винильным полимером, включающим катионную функциональную группу. Эти полимеры обычно являются гомополимерами водорастворимых катионных винильных мономеров или могут быть сополимерами водорастворимого катионного винильного мономера с неионным мономером, таким как акриламид или метакриламид. Эти полимеры могут содержать только один катионный винильный мономер или могут содержать больше одного катионного винильного мономера. Альтернативно, некоторые полимеры могут быть модифицированными или из них могут быть получены производные после полимеризации, такие как полиакриламид, полученный по реакции Манниха, который дает катионный винильный полимер, используемый в настоящем изобретении. Полимеры могут быть получены из мономера, содержащего от не менее 1 мольного процента катионного мономера до 100 мольных процентов катионного мономера или из модифицированного полимера с катионно модифицированной функциональной группой при постполимеризации. Наиболее часто катионные флокулянты должны иметь, по крайней мере, 5 мольных процентов катионного винильного мономера или функциональной группы и, наиболее предпочтительно, по крайней мере, 10 мас.% катионного винильного мономера или функциональной группы.

Подходящие катионные винильные мономеры, используемые в получении катионно заряженных винильных сополимеров присоединения и гомополимеров данного изобретения хорошо известны специалистам в данной области техники. Эти материалы включают диметиламиноэтилметакрилат (DMAEM), диметиламиноэтилакрилат (DMAEA), диэтиламиноэтилакрилат (DEAEA), диэтиламиноэтилметакрилат (DEAEM) или их четвертичные аммониевые формы, полученные взаимодействием с диметилсульфатом или метилхлоридом, модифицированные по реакции Манниха полиакриламиды, гидрохлорид диаллилциклогексиламина (DACHA НС1), диаллилдиметиламмонийхлорид (DADMAC), метакриламидопропилтриметиламмоний хлорид (МАРТАС) и аллиламин (ALA). При этом в качестве флокулянта может быть также использован катионизированный крахмал. Выбранный флокулянт может быть смесью вышеуказанных флокулянтов или смесью указанных выше флокулянтов с катионным крахмалом. Специалистам в области катионных полимеров, используемых в области, связанной с удержанием наполнителей, четко понятно, что выбор конкретного полимера зависит от древесной массы, наполнителя, сорта бумаги и качества воды.

Высокомолекулярные флокулянты, использование которых полезно в настоящем изобретении, представляют собой водорастворимые или диспергированные винильные полимеры, содержащие 1 мольный процент или более мономера с анионным зарядом.

Таким образом, эти полимеры могут быть гомополимерами или водорастворимыми анионозаряженными винильными мономерами или сополимерами этих мономеров с, например, неионными мономерами, такими как акриламид или метакриламид. Примеры подходящих анионных мономеров включают акриловую кислоту, метакриламид 2-акриламидо-2-метилпропансульфоната (AMPS) и их смесь, так же как и их соответствующие водорастворимые или диспергированные соли щелочного металла или аммония. Анионные высокомолекулярные полимеры, используемые в настоящем изобретении, могут быть также либо гидролизованными акриламидными полимерами или сополимерами акриламида или его гомологов, таких как метакриламид, с акриловой кислотой или ее гомологами, такими как метакриловая кислота, или с полимерами таких винильных мономеров, как малеиновая кислота, итаконовая кислота, винилсульфоновая кислота, или другие сульфонаты, содержащие мономеры. Анионные полимеры могут содержать сульфонатные или фосфатные функциональные группы или их сочетания и могут быть получены функционализацией полимеров или сополимеров полиакриламида или полиметакриламида.

Наиболее предпочтительными высокомолекулярными анионными флокулянтами являются сополимеры акриловая кислота/акриламид и сульфонатсодержащие полимеры, такие, которые получены полимеризацией таких мономеров, как 2-акриламид-2-метилпропансульфонат, акриламидометансульфонат, акриламидоэтансульфонат и 2-гидрокси-3-акриламидпропансульфонат с акриламидом или другим неионным винильным мономером. Используемые в настоящем изобретении полимеры и сополимеры должны содержать как минимум 1 мольный процент анионозаряженного мономера и предпочтительно, по крайней мере, 10 мольных процентов анионного мономера. Как ранее указывалось, выбор применения конкретного анионного полимера будет зависеть от древесной массы, наполнителя, качества воды, сорта бумаги и тому подобного.

В то время, как большинство программ, основанных на микрочастицах, хорошо работают только с одним высокомолекулярным катионным флокулянтом, в настоящем изобретении обнаружены неожиданные эффекты при использовании боросиликатных частиц настоящего изобретения с высокомолекулярными анионными водорастворимыми флокулянтами с добавлением катионного коагулянта.

Неионные флокулянты, используемые в настоящем изобретении, могут выбираться из группы, состоящей из полиэтиленоксида и поли(мет)акриламида. В дополнение к вышеназванным в некоторых случаях выгодно использовать так называемые амфотерные водорастворимые полимеры. Эти полимеры содержат как катионный, так и анионный заряд в одной и той же полимерной цепи.

Неионные, катионные и ан