Водная кремнеземсодержащая композиция и способ изготовления бумаги

Водная кремнеземсодержащая композиция и способ изготовления бумаги

Реферат

Настоящее изобретение относится к способу изготовления бумаги из суспензии, содержащей целлюлозные волокна, включающему добавление, по меньшей мере, одного катионного органического полимера и водной кремнеземсодержащей композиции, содержащей анионный нафталинсульфонатформальдегидный конденсат и анионные частицы на основе кремнезема. Изобретение относится также к водной кремнеземсодержащей композиции и к способам получения водной кремнеземсодержащей композиции, а также к применениям водной кремнеземсодержащей композиции.

Предпосылки к созданию изобретения

В производстве бумаги водную суспензию, содержащую целлюлозные волокна и необязательно наполнители и добавки, называемую бумажной массой, подают в напорный ящик, из которого ее напускают на формовочную сетку (сеточное полотно). Воду из бумажной массы дренируют сквозь сеточное полотно, в результате чего на сеточном полотне формируется мокрое бумажное полотно, которое подвергают обезвоживанию. Затем бумажное полотно сушат в сушильной части бумагоделательной машины. Обычно в бумажную массу вводят вспомогательные вещества, способствующие обезвоживанию и удерживанию для содействия процессу обезвоживания и увеличения адсорбции мелких частиц целлюлозными волокнами таким образом, чтобы волокна удерживали мелкие частицы на сеточном транспортере.

В патенте США №4388150 описано связующее, используемое в бумагоделательном производстве, содержащее комплекс катионного крахмала и коллоидной кремниевой кислоты, для изготовления бумаги, обладающей повышенной прочностью и улучшенными уровнями удерживания добавляемых минералов и мелких частиц, применяемых в производстве бумаги.

В патенте США №4750974 описано коацерватное связующее, предназначенное для использования в бумажном производстве, содержащее комбинацию из трех компонентов: катионного крахмала, анионного высокого молекулярного полимера и диспергированного кремнезема.

В патенте США №5368833 описаны золи кремнезема, содержащие частицы кремнезема, модифицированные алюминием, с большой удельной площадью поверхности и с высоким содержанием микрогеля.

В патенте США №6083997 описаны анионные нанокомпозиты, которые готовят путем добавления полиэлектролита в силикатный раствор и последующего смешивания их с кремниевой кислотой. Применение нанокомпозитов позволяет обеспечивать удерживание и обезвоживание при изготовлении бумаги.

В европейском патенте ЕР №0418015 А1 описана активная клеящая композиция, содержащая водную эмульсию в сочетании с анионным диспергатором или эмульгатором. Благодаря использованию анионного полиакриламида, анионного крахмала или коллоидного кремнезема плотность анионного заряда в клеящей композиции может быть повышена.

В патенте США №4443496 описан способ модификации поверхностного слоя отвержденного связующего или слоев путем использования реагента, содержащего в соответствующем соотношении раствор жидкого стекла и натрийнафталинсульфонатформальдегидного конденсата.

Патент США №4559241 относится к водному раствору силиката щелочного металла и нитрита. Раствор может также содержать добавки, например, формальдегидный конденсат с нафталинсульфонатом.

Патент США №5595629 относится к способу изготовления бумаги, включающему добавление в бумажную массу (пульпу) анионного полимера и катионного полимера для повышения удерживающего и/или обезвоживающего действия. Анионный полимер содержит формальдегидный конденсат соли нафталинсульфокислоты с молекулярной массой в диапазоне 500-120000.

В патенте США №6033524 описан способ повышения удерживающего и обезвоживающего действия наполнителей в композиции для изготовления бумаги в способе изготовления бумаги, включающем добавление в композицию для изготовления бумаги суспензии из наполнителей, содержащей также фенольный усилитель.

Патент США №4772332 относится к термостабилизированной суспензии разрыхленного каолинового пигмента, приготовленного путем смешивания водорастворимого катионного вещества с каолиновым пигментом в присутствии воды.

Патент США №5733414 относится к способу изготовления бумаги из целлюлозной суспензии, включающему добавление водорастворимого катионного полимера и водорастворимого полиформальдегидного конденсата.

В патенте США №5110414 описан способ изготовления изделий из лигноцеллюлозного материала и повышения их прочности и водостойкости путем добавления в материал производных лигнина высокой молекулярной массы.

Целесообразно обеспечить вещества, способствующие обезвоживанию и удерживанию с улучшенными характеристиками. Целесообразно также повысить стабильность при хранении веществ, способствующих обезвоживанию и удерживанию. Целесообразно также обеспечить способ производства бумаги с улучшенными обезвоживающими и/или удерживающими характеристиками.

Описание изобретения

Согласно настоящему изобретению неожиданно было установлено, что улучшенный эффект обезвоживания и/или удерживания целлюлозной суспензии на сеточном транспортере может быть достигнут путем использования водной кремнеземсодержащей композиции, содержащей анионный нафталинсульфонатформальдегидный конденсат и частицы на основе кремнезема. Применение настоящего изобретения позволяет повысить скорость бумагоделательной машины и использовать меньшие дозы добавок для обеспечения соответствующего эффекта обезвоживания и/или удерживания, таким образом приводя к усовершенствованному способу изготовления бумаги и к экономической эффективности.

Под термином «вещество, способствующее обезвоживанию и удерживанию» здесь понимают один или более число компонентов, которые при добавлении их в водную целлюлозную суспензию обеспечивают лучшее обезвоживание и/или удерживание, чем этого достигают, если не добавляют упомянутые один или более компонентов. Все типы бумажной массы, в частности, бумажные массы с большим содержанием солей (обладающие высокой проводимостью) и коллоидных веществ будут обладать лучшими характеристиками обезвоживания и удерживания при добавлении в них композиции согласно настоящему изобретению. Улучшенные характеристики обезвоживания и удерживания важны в процессах изготовления бумаги, например, в процессах, в которых в высокой степени используют циркуляцию оборотной воды, т.е. экстенсивную рециркуляцию оборотной воды при ограниченной подаче свежей воды.

В соответствии с настоящим изобретением предлагается способ изготовления бумаги из суспензии, содержащей целлюлозные волокна и необязательно наполнители, включающие добавление в суспензию, по меньшей мере, одного катионного органического полимера и водной кремнеземсодержащей композиции, содержащей анионный нафталинсульфонатформальдегидный конденсат и анионные частицы на основе кремнезема, причем композиция имеет массовое отношение нафталинсульфонатформальдегидного конденсата и частиц на основе кремнезема, из расчета на SiO₂, в пределах 0,2:1-99:1, и содержит нафталинсульфонатформальдегидный конденсат и частицы на основе кремнезема, из расчета на SiO₂, в количестве, по меньшей мере, 0,01 мас.% от общей массы водной кремнеземсодержащей композиции, и при условии, что композиция по существу не содержит проклеивающее вещество, вступающее в реакцию с целлюлозой.

Предлагается также водная кремнеземсодержащая композиция, содержащая анионный нафталинсульфонатформальдегидный конденсат и анионные частицы на основе кремнезема, включающие частицы на основе кремнезема в агрегированной форме или в форме микрогеля, причем композиция имеет массовое отношение нафталинсульфонатформальдегидного конденсата и частиц на основе кремнезема, из расчета на SiO₂, в пределах 0,2:1-99:1, и содержит нафталинсульфонатформальдегидный конденсат и частицы на основе кремнезема, из расчета на SiO₂, в количестве, по меньшей мере, 0,01 мас.% от общей массы водной кремнеземсодержащей композиции, и при условии, что композиция по существу не содержит проклеивающее (клеящее) вещество, вступающее в реакцию с целлюлозой.

Предлагается также водная кремнеземсодержащая композиция, получаемая путем смешивания анионного нафталинсульфонатформальдегидного конденсата с водным стабилизированным щелочью золем на основе кремнезема, имеющим S-параметр в пределах от около 5 до около 50%, включающим анионные частицы на основе кремнезема в агрегированной форме или в форме микрогеля, для создания водной кремнеземсодержащей композиции, содержащей анионный нафталинсульфонатформальдегидный конденсат и частицы на основе кремнезема, из расчета на SiO₂, в количестве, по меньшей мере, 0,01 мас.% от общей массы водной кремнеземсодержащей композиции, при условии, что водная кремнеземсодержащая композиция по существу не содержит проклеивающее вещество, вступающее в реакцию с целлюлозой.

Предлагается также способ получения водной кремнеземсодержащей композиции, включающий смешивание по существу при отсутствии проклеивающего вещества, вступающего в реакцию с целлюлозой, анионного нафталинсульфонатформальдегидного конденсата с водным стабилизированным щелочью золем на основе кремнезема, имеющим S-параметр в пределах от около 5 до около 50%, содержащим анионные частицы на основе кремнезема в агрегированной форме или в форме микрогеля, для создания водной кремнеземсодержащей композиции, имеющей массовое отношение нафталинсульфонатформальдегидного конденсата и частиц на основе кремнезема в пределах 0,2:1-99:1, и содержащей нафталинсульфонатформальдегидный конденсат и частицы на основе кремнезема, из расчета на SiO₂, в количестве, по меньшей мере, 0,01 мас.%.

Предлагается также способ получения водной кремнеземсодержащей композиции, включающий смешивание водного раствора анионного нафталинсульфонатформальдегидного конденсата, обладающего проводимостью менее 20 мСм/см, с водным стабилизированным щелочью золем, содержащим частицы на основе кремнезема, для получения водной кремнеземсодержащей композиции, содержащей нафталинсульфонатформальдегидный конденсат и частицы на основе кремнезема, из расчета на SiO₂, в количестве, по меньшей мере, 0,01 мас.%.

Предлагается также способ получения водной кремнеземсодержащей композиции, включающий опреснение водного раствора анионного нафталинсульфонатформальдегидного конденсата, смешивание опресненного водного раствора анионного нафталинсульфонатформальдегидного конденсата с водным стабилизированным щелочью золем, содержащим частицы на основе кремнезема, для получения водной кремнеземсодержащей композиции, содержащей нафталинсульфонатформальдегидный конденсат и частицы на основе кремнезема, из расчета на SiO₂, в количестве, по меньшей мере, 0,01 мас.%.

Предлагается также способ получения водной кремнеземсодержащей композиции, включающий смешивания по существу при отсутствии проклеивающего вещества, вступающего в реакцию с целлюлозой, анионного нафталинсульфонатформальдегидного конденсата с водным стабилизированным щелочью золем на основе кремнезема, имеющим S-параметр в пределах от около 5 до около 50%, содержащим анионные частицы на основе кремнезема в агрегированной форме или в форме микрогеля, для создания водной кремнеземсодержащей композиции, содержащей нафталинсульфонатформальдегидный конденсат и частицы на основе кремнезема, из расчета на SiO₂, в количестве, по меньшей мере, 0,01 мас.%.

Также предлагается водная кремнеземсодержащая композиция, получаемая способами согласно настоящему изобретению.

Изобретение относится также к применению водной кремнеземсодержащей композиции согласно изобретению в качестве флокулянта при изготовлении бумажной массы (пульпы) и бумаги, а также для очистки воды.

Способ изготовления бумаги согласно настоящему изобретению включает добавление в суспензию, по меньшей мере, одного катионного органического полимера и водной кремнеземсодержащей композиции, содержащей анионный нафталинсульфонатформальдегидный конденсат и частицы на основе кремнезема. Под термином «анионный нафталинсульфонатформальдегидный конденсат» здесь подразумевается группа полимеров, полученных поликонденсацией формальдегида с одной или более нафталинсульфокислотами или их солями.

Нафталинсульфонатформальдегидный конденсат может взаимодействовать с основанием, например, с гидроксидами щелочных и щелочноземельных металлов, например, гидроксидом натрия, аммонием или амином, например, триэтиламином, таким образом образуя противоион щелочного металла, щелочноземельного металла или аммония.

Нафталинсульфонатформальдегидный конденсат имеет молекулярную массу, по меньшей мере, около 500, подходяще от приблизительно 1000. Верхний предел не является критическим, он может составлять вплоть до 1000000, обычно вплоть до 300000, подходяще вплоть до 150000, и предпочтительно вплоть до 60000.

Водная кремнеземсодержащая композиция, используемая в способе согласно настоящему изобретению, содержит также анионные частицы на основе кремнезема, т.е. частицы на основе SiO₂, предпочтительно образованные путем полимеризации кремниевой кислоты, охватывая при этом как гомополимеры, так и сополимеры. Необязательно, частицы на основе кремнезема могут быть модифицированы и содержать другие элементы, например, амин, алюминий и/или бор, которые могут присутствовать в водной фазе и/или в частицах на основе кремнезема.

Примеры подходящих частиц на основе кремнезема включают коллоидный кремнезем, коллоидный кремнезем, модифицированный алюминием, или алюмосиликат, и различные типы поликремниевой кислоты и их смеси, либо по отдельности, либо в сочетании с другими типами анионных частиц на основе кремнезема. В данной области, поликремниевую кислоту называют также полимерной кремниевой кислотой, микрогелем поликремниевой кислоты, полисиликатом и полисиликатным микрогелем, причем все названия охватываются термином «поликремниевая кислота», используемым в настоящей заявке. Алюминийсодержащие соединения этого типа обычно называют полиалюмосиликатами и полиалюмосиликатными микрогелями, включая коллоидный кремнезем, модифицированный алюминием, и алюмосиликат.

Предпочтительно, чтобы анионные частицы на основе кремнезема имели размеры в диапазоне, соответствующем коллоидной форме, т.е. коллоидные частицы на основе кремнезема. Эта коллоидная форма содержит частицы достаточно малых размеров, чтобы на них не оказывали отрицательного воздействия гравитационные силы, но достаточно больших размеров, чтобы не проявлять заметные отклонения от свойств типичных растворов, т.е. средний размер частицы существенно меньше 1 мкм. Анионные частицы на основе кремнезема имеют средний размер соответственно менее приблизительно 50 нм, предпочтительно менее приблизительно 20 нм, и более предпочтительно в интервале от приблизительно 1 до приблизительно 50 нм, более предпочтительно от приблизительно 1 нм до приблизительно 10 нм. Обычно в области химии кремнеземов под размером частицы понимают средний размер первичных частиц, которые могут быть агрегированными или неагрегированными. Подходяще, частицы на основе кремнезема, присутствующие в водной кремнеземсодержащей композиции согласно изобретению, включают частицы на основе кремнезема в агрегированной форме или в форме микрогеля, необязательно и обычно в сочетании с неагрегированными, или монодисперсными, частицами на основе кремнезема.

Подходяще, частицы на основе кремнезема обладают удельной площадью поверхности более 50 м²/г, предпочтительно более 100 м²/г. Удельная площадь поверхности может составлять вплоть до 1700 м²/г, предпочтительно вплоть до 1300 м²/г, и обычно находится в интервале 300-1300 м²/г, предпочтительно 500-1050 м²/г. Удельную площадь поверхности можно измерять посредством титрования с помощью NaOH согласно методике, описанной Sears, Analytical Chemistry, 28 (1956) 12, 1981-1983; или в патенте США №5176891. Заданная площадь, таким образом, представляет собой среднюю удельную площадь поверхности частиц.

Водная кремнеземсодержащая композиция, используемая в способе согласно настоящему изобретению, может иметь массовое отношение анионного нафталинсульфонатформальдегидного конденсата и анионных частиц на основе кремнезема, из расчета на SiO₂, в пределах 0,2:1-99:1, подходяще 0,2:1-90:1, предпочтительно 0,25:1-85:1. Общая масса анионного нафталинсульфонатформальдегидного конденсата и анионных частиц на основе кремнезема, из расчета на SiO₂, содержащихся в водной кремнеземсодержащей композиции, составляет, по меньшей мере, 0,01 мас.% от общей массы водной кремнеземсодержащей композиции, подходяще концентрация анионного нафталинсульфонатформальдегидного конденсата и анионных частиц на основе кремнезема, из расчета на SiO₂, находится в пределах 1-45 мас.%, предпочтительно 2-35 мас.%, наиболее предпочтительно 5-30 мас.%.

Водная кремнеземсодержащая композиция может иметь плотность анионного заряда, по меньшей мере, 0,1 мэкв/г; обычно анионный заряд составляет 0,1-6,0 мэкв/г; подходяще 0,1-5,0 мэкв/г; предпочтительно 0,2-4,0 мэкв/г; и наиболее предпочтительно 0,2-3,5 мэкв/г.

Водная кремнеземсодержащая композиция согласно изобретению по существу не содержит проклеивающее вещество, вступающее в реакцию с целлюлозой. Под термином «по существу не» подразумевается, что в водной кремнеземсодержащей композиции присутствует проклеивающее вещество, вступающее в реакцию с целлюлозой, в количестве менее чем или равном 10 мас.%, подходяще менее 5 мас.%, предпочтительно менее 1 мас.%. Наиболее предпочтительно, чтобы в водной кремнеземсодержащей композиции проклеивающее вещество, вступающее в реакцию с целлюлозой, не присутствовало.

Согласно предпочтительному воплощению настоящего изобретения, водная кремнеземсодержащая композиция по существу не содержит нитритов. Под термином «по существу не» здесь подразумевается то, что в водной кремнеземсодержащей композиции присутствуют нитриты в количестве менее чем или равном 10 мас.%, подходяще менее 5 мас.%, предпочтительно менее 1 мас.%. Наиболее предпочтительно, чтобы в водной кремнеземсодержащей композиции не присутствовали нитриты, т.е. чтобы композиция была свободна от нитритов. Под термином «нитриты» здесь понимают все нитриты, например, нитриты аммония, лития, калия, натрия, кальция и магния.

Настоящее изобретение относится также к способу получения водной кремнеземсодержащей композиции. Два компонента предпочтительно смешивают друг с другом. Анионный нафталинсульфонатформальдегидный конденсат можно добавлять в водный золь, содержащий частицы на основе кремнезема, или частицы на основе кремнезема можно добавлять в водный раствор нафталинсульфонатформальдегидного конденсата. Перед смешиванием анионного нафталинсульфонатформальдегидного конденсата с частицами на основе кремнезема водный раствор анионного нафталинсульфонатформальдегидного конденсата может быть опреснен или деионизирован. Опреснение или деионизацию можно производить посредством диализа, мембранной фильтрации, ультрафильтрации, обратного осмоса или ионного обмена, или подобным способом. Предпочтительно, чтобы опреснение или деионизацию проводили путем использования ультрафильтрации или диализа.

Анионный нафталинсульфонатформальдегидный конденсат, который надлежит смешать с частицами на основе кремнезема, обладает упомянутыми выше свойствами и имеет проводимость менее 30 мСм/см, подходяще менее 25 мСм/см, предпочтительно менее 20 мСм/см, наиболее предпочтительно менее 15 мСм/см, измеренную при содержании анионного нафталинсульфонатформальдегидного конденсата 10%. Проводимость обычно составляет, по меньшей мере, 1 мСм/см, подходяще, по меньшей мере, 3 мСм/см, предпочтительно в пределах 5-15 мСм/см, измеренной при содержании анионного нафталинсульфонатформальдегидного конденсата 10%.

Частицы на основе кремнезема, предпочтительно анионные, которые надлежит смешать с анионным нафталинсульфонатформальдегидным конденсатом, обладают упомянутыми ранее свойствами. Подходяще частицы на основе кремнезема содержатся в золе, предпочтительно стабилизированном щелочью, до смешивания с анионным нафталинсульфонатформальдегидным конденсатом. Золь может иметь S-параметр в пределах 5-50%, предпочтительно 8-45% и наиболее предпочтительно 10-30%. Вычисление и измерение S-параметра может быть выполнено в соответствии с методикой, описанной Iler and Dalton в J. Phys. Chem. №60 (1956), стр. 955-957. S-параметром определяют степень агрегирования или образования микрогеля, причем более низкое значение S-параметра указывает на большую степень агрегирования. Подходяще, частицы на основе кремнезема содержат частицы на основе кремнезема в агрегированной форме или в форме микрогеля, необязательно и обычно в сочетании с неагрегированными, или монодисперсными, частицами на основе кремнезема.

Подходяще частицы на основе кремнезема имеют молярное отношение (SiO₂:Na₂О), составляющее менее 60, обычно в пределах 5-60, предпочтительно в пределах 8-55.

Анионный нафталинсульфонатформальдегидный конденсат обычно смешивают с частицами на основе кремнезема в массовом отношении в пределах 0,2:1-99:1, подходяще от 0,2:1 до 90:1, предпочтительно от 0,25:1 до 85:1.

Продукты, полученные согласно любому из этих способов, обладают улучшенной стабильностью при хранении и, таким образом, улучшенными характеристиками обезвоживания и удерживания при хранении.

Операцию смешивания согласно упомянутым выше способам подходящим образом выполняют по существу при отсутствии проклеивающего вещества, вступающего в реакцию с целлюлозой. Под термином «по существу при отсутствии» подразумевается, что проклеивающее вещество, вступающее в реакцию с целлюлозой, присутствует в количестве менее или равном 10 мас.%, подходяще менее 5 мас.%, предпочтительно менее 1 мас.%. Наиболее предпочтительно, чтобы проклеивающее вещество, вступающее в реакцию с целлюлозой, не присутствовало.

Настоящее изобретение относится также к способу изготовления бумаги из водной суспензии, содержащей целлюлозные волокна. Способ включает добавление в суспензию катионного органического полимера и водной кремнеземсодержащей композиции согласно изобретению. Катионный органический полимер согласно изобретению может быть линейным, разветвленным или сшитым. Предпочтительно, катионный органический полимер является водорастворимым или вододиспергируемым.

Примеры подходящих катионных полимеров включают синтетические органические полимеры, например, ступенчатые полимеры и полимеры с живущей цепью, а также полимеры, производные от природных источников, например, полисахариды.

Примеры подходящих катионных синтетических органических полимеров включают полимеры с добавлением винильной группы, например, полимеры на основе акрилата и акриламида, а также катионные поли(диаллилдиметиламмонийхлорид), катионные полиэтиленимины, катионные полиамины, полиамидоамины и полимеры на основе виниламида, меламинформальдегидные и карбамидоформальдегидные полимеры.

Примеры подходящих полисахаридов включают крахмалы, гуаровые смолы, целлюлозы, хитины, хитозаны, гликаны, галактаны, глюканы, ксантановые смолы, пектины, маннаны, декстрины; причем предпочтительны крахмалы и гуаровые смолы. Примеры подходящих крахмалов включают картофельный, кукурузный, пшеничный, топиоковый, рисовый, маисовый (восковой спелости), ячменный и т.д.

Катионные крахмалы и катионные полимеры на основе акриламида являются предпочтительными полимерами согласно изобретению, и их можно использовать по отдельности, вместе с каждым другим или вместе с другими полимерами; особенно предпочтительными являются катионные крахмалы и катионные полимеры на основе акриламида, содержащие, по меньшей мере, одну ароматическую группу.

Катионные органические полимеры могут содержать одну или более гидрофобных групп, присоединенных к ним. Гидрофобные группы могут быть ароматическими группами, группами, содержащими ароматические группы или неароматические группы; предпочтительно, гидрофобные группы содержат ароматические группы. Гидрофобная группа может быть присоединена к гетероатому, например, азоту или кислороду, азот является необязательно заряженным, причем гетероатом в свою очередь, может быть присоединен к основной цепи полимера, например, посредством цепи атомов. Гидрофобная группа может содержать, по меньшей мере, 2, и обычно, по меньшей мере, 3 атома углерода, подходяще от 3 до 12, и предпочтительно от 4 до 8 атомов углерода. Гидрофобной группой подходяще является углеводородная цепь.

Подходящие дозировки, вычисляемые по сухому веществу, исходя из сухой бумажной массы (пульпы) и необязательного наполнителя, катионного полимера в системе, составляют 0,01-50 кг/т (кг/т - «метрическая тонна»), предпочтительно 0,1-30 кг/т, и наиболее предпочтительно 1,0-15 кг/т.

Подходящие дозировки, вычисляемые по сухому веществу, исходя из сухой бумажной массы (пульпы) и необязательного наполнителя, водной кремнеземсодержащей композиции, определенной выше, в системе составляют 0,01-15 кг/т, предпочтительно 0,01-10 кг/т, из расчета на анионный нафталинсульфонатформальдегидный конденсат и анионные частицы на основе кремнезема, и наиболее предпочтительно 0,05-5 кг/т.

В водную целлюлозную суспензию согласно изобретению могут быть добавлены подходящие минеральные наполнители обычного типа. Примеры подходящих наполнителей включают каолин, китайскую глину (каолин), диоксид титана, гипс, тальк и природные и синтетические карбонаты кальция, например, мел, природный мрамор и осажденный карбонат кальция (РСС).

Могут быть, конечно, использованы и другие добавки, которые обычно применяют при изготовлении бумаги, в сочетании с веществами согласно настоящему изобретению, например, уловители анионных сорных (мешающих) примесей, вещества, придающие прочность в мокром состоянии; вещества, придающие прочность в сухом состоянии; флуоресцентные осветляющие вещества; красители; алюминийсодержащие соединения и т.д. Примеры подходящих алюминийсодержащих соединений включают квасцы, алюминаты, хлорид алюминия, нитрат алюминия и полиалюминиевые соединения, например, полиалюминиевые хлориды, полиалюминиевые сульфаты, полиалюминиевые соединения, содержащие ионы хлорида и/или сульфата, полиалюмосиликатные сульфаты и их смеси. Полиалюминиевые соединения могут также содержать другие анионы, отличные от ионов хлорида, например, анионы серной кислоты, фосфорной кислоты или органических кислот, например, лимонной кислоты и щавелевой кислоты. При использовании алюминиевого соединения в настоящем способе обычно предпочтительно добавлять его в исходное сырье до введения полимерного компонента и материала в виде микро- или наночастиц. Подходящие уровни добавления соединений, содержащих алюминий, составляют, по меньшей мере, 0,001 кг/т, предпочтительно 0,01-5 кг/т, более предпочтительно 0,05-1 кг/т, из расчета на Al₂O₃, исходя из сухой бумажной массы и необязательного наполнителя.

Примеры подходящих уловителей анионных сорных примесей включают катионные полиамины, полимеры или сополимеры четвертичных аминов, или соединения, содержащие алюминий.

Способ согласно настоящему изобретению используют для изготовления бумаги. Термин «бумага» здесь включает не только бумагу и изделия из нее, но также другую продукцию листового типа, например, бумажные пластины, картон и изделия из него. Изобретение особенно полезно при изготовлении бумаги с плотностью 150 г/м², предпочтительно - 100 г/м², например, тонкой бумаги, газетной бумаги, легкой бумаги с покрытием, суперкаландрированной бумаги и «шелковой» бумаги.

Способ можно использовать при изготовлении бумаги из всех типов исходного сырья, содержащего и не содержащего древесину. Различные типы суспензий волокна, содержащего целлюлозу, и суспензий с упомянутым сырьем должны подходяще содержать, по меньшей мере, 25 мас.%, предпочтительно, по меньшей мере, 50 мас.% такого волокна, из расчета на сухое вещество. Суспензии содержат волокна из химически приготовленной пульпы, например, сульфатной, сульфитной из органических пульп, содержащих древесную массу, или из механической пульпы, например, термомеханической пульпы, химико-термомеханической пульпы, рафинерной древесной массы и древесной массы как из твердых, так и из мягких пород древесины; и она может также быть на основе волокон из вторсырья, из очищенной от красителей бумажной массы и их смесей. Предпочтительно, исходное сырье представляет сырье, содержащее древесину с большим содержанием солей и, следовательно, с высокой проводимостью.

Химикаты согласно настоящему изобретению могут быть добавлены в водную целлюлозную суспензию, или бумажную массу, обычным образом и в любом порядке. Обычно предпочтительно добавлять катионный полимер в бумажную массу до добавления водной кремнеземсодержащей композиции, даже если может использоваться противоположный порядок введения. Также предпочтительно добавлять катионный полимер до стадии сдвиговых воздействий, которые можно выбирать из нагнетания, смешивания, очистки и т.д., и добавлять водную кремнеземсодержащую композицию после этой стадии сдвиговых воздействий.

Водную кремнеземсодержащую композицию можно использовать в качестве флокулянта при обработке воды для получения питьевой воды или в качестве агента для обработки воды объектов окружающей среды, например, озерной воды. Композицию можно также использовать в качестве флокулянта при обработке сточной воды или удаляемого избыточного ила.

Изобретение дополнительно проиллюстрировано следующими примерами, не предназначенными для ограничения объема настоящего изобретения. Части и процентные доли выражены в массовых частях и массовых процентах, соответственно; все растворы являются водными, если не указано иное. Единицы измерения - метрические.

Пример 1

Образцы для испытаний водной кремнеземсодержащей композиции согласно изобретению готовили путем смешивания водного раствора нафталинсульфонатформальдегидного конденсата (НСФК) с золем кремнезема, содержащим частицы на основе кремнезема, в различных дозировках при средней степени перемешивания. Образцы сравнения также готовили при тех же условиях, что и образцы для испытаний. Один образец НСФК подвергли ультрафильтрации, и полученный продукт (НСФК I) имел концентрацию 12 мас.%; образцы разбавили до концентрации 5 мас.%, и они обладали проводимостью 12 мСм/см. Другой образец НСФК был подвергнут диализу, и полученный продукт (НСФК II) имел концентрацию 12 мас.%; образцы разбавили до концентрации 5 мас.%, и они обладали проводимостью 12 мСм/см. Необработанные образцы НСФК (НСФК III) разбавили до концентрации 5 мас.%, и они обладали проводимостью 25 мСм/см. Во всех примерах проводимость измеряли при концентрации НСФК 10 мас.%. Кремнеземы, использованные в следующих примерах, определены в таблице 1.

Таблица 1
Кремнезем I	Золь кремнезема типа, который описан в патенте США №5447604, имеющий молярное отношение SiO2:Na2О, составляющее 10, удельную площадь поверхности 870 м2/г, S-параметр - 35% и содержание кремнезема 10,0 мас.%.
Кремнезем II	Золь кремнезема типа, который описан в патенте США №5603805, имеющий молярное отношение SiO2:Na2О, составляющее 45, удельную площадь поверхности 850 м2/г, модифицированный алюминием с использованием алюминиевокислого натрия до содержания Al2O3 0,25%, S-параметр составляет 20%, содержание кремнезема - 8,0 мас.%.
Кремнезем III	Золь кремнезема типа, который описан в патенте США №6083997, имеющий молярное отношение SiO2:Na2О, составляющее 17, полученный смешиванием жидкого стекла, имеющего молярное отношение SiO2:Na2О, составляющее 3,4, содержание кремнезема 15 мас.%, с поликремниевой кислотой (PSA) с содержанием кремнезема 6,0 мас.%.

Пример 2

В следующих примерах образцы для испытаний нафталинсульфонатформальдегидного конденсата (НСФК) и частиц на основе кремнезема в различных дозировках добавляли в бумажную массу для испытаний для оценки действия композиции в качестве обезвоживающего вещества. Обезвоживающие характеристики оценивали, используя Динамический анализатор обезвоживания (DDA), поставляемый фирмой «Akribi», Швеция. С помощью DDA измеряли продолжительность процесса обезвоживания бумажной массы установленного объема через проволочную сетку, при удалении пробки и создании вакуума со стороны проволочной сетки, противоположной стороне, на которой находилась бумажная масса.

В примерах катионный полимер добавляли в бумажную массу перед введением водной кремнеземсодержащей композиции согласно изобретению или анионного образца сравнения.

Испытываемые образцы получали из смеси НСФК II и кремнезема I в различных соотношениях; их испытывали на бумажной массе для испытаний, содержавшей древесину, имевшей рН 7,6, проводимость - 5,0 мСм/см, консистенцию - 1,43 г/л. Бумажную массу перемешивали в сосуде с перегородками при скорости 1500 об/мин в течение всего испытания.

В испытаниях в бумажную массу был добавлен катионный крахмал (C1) в количестве 20 кг/т, который был катионным картофельным крахмалом с содержанием азота 0,5%, полученным путем кватернизации нативного картофельного крахмала 3-хлор-2-гидроксипропилдиметилбензиламмонийхлоридом; после перемешивания в течение 30 сек была добавлена анионная смесь, после чего производили перемешивание в течение 15 сек перед процессом обезвоживания.

В качестве образца сравнения использовали кремнезем I. Все образцы разбавляли до 0,5% содержания твердого вещества перед проведением испытаний. Соотношения и результаты приведены в таблице 2.

Таблица 2
Образец	Отношение	Продолжительность процесса обезвоживания (с)при дозировке
1 кг/т	2 кг/т	3 кг/т
Кремнезем I		26,0	23,9	20,0
НСФК II+кремнезем I	0,25:1	25,5	19,1	15,3
НСФК II+кремнезем I	0,67:1	21,6	15,5	12,5
НСФК II+кремнезем I	1:1	20,4	14,9	12,7
НСФК II+кремнезем I	1,5:1	19,3	13,8	12,3
НСФК II+кремнезем I	4:1	17,0	12,3	13,3

Пример 3

Образцы для испытаний были приготовлены из НСФК II и кремнезема II. В качестве образца сравнения использовали кремнезем II. Все образцы разбавляли до 0,5% содержания твердого вещества перед оценкой процесса обезвоживания; готовили образцы так же как и в примере 2, с той же бумажной массой и с добавлением катионного крахмала C1 в количестве 20 кг/т. Отношения и результаты приведены в таблице 3.

Таблица 3
Образец	Отношение	Продолжительность процесса обезвоживания (с)при дозировке
1 кг/т	2 кг/т	3 кг/т
Кремнезем II		25,5	22,0	18,7
НСФК II+кремнезем II	0,25:1	-	17,1	-
НСФК II+кремнезем II	0,67:1	-	14,6	-
НСФК II+кремнезем II	1:1	20,4	13,0	11,1
НСФК II+кремнезем II	1,5:1	18,6	13,2	12,1
НСФК II+кремнезем II	4:1	16,1	12,7	12,1

Пример 4

Образцы для испытаний были приготовлены из НСФК I и кремнезема I. В качестве образца сравнения использовали кремнезем I. Образцы разбавляли до 0,5% содержания твердого вещества, и испытания на обезвоживание производили так же, как и в примере 1. В бумажную массу для испытаний добавляли 20 кг/т С1. В качестве бумажной массы использовали бумажную массу, содержавшую древесину, обладавшую проводимостью 5,0 мСм/см, консистенция составляла 1,52 г/л, рН 7,8. Отношения и длительности процесса обезвоживания приведены в таблице 4.

Таблица 4
Образец	Отношение	Продолжительность процессаобезвоживания (с)при дозировке
1 кг/т	2 кг/т	3 кг/т	4 кг/т
Кремнезем I		34,0	29,2	25,8	24,0
НСФК I+кремнезем I	0,25:1	30,1	22,4	17,6	14,0
НСФК I+кремнезем I	0,67:1	26,9	17,7	13,3	12,2
НСФК I+кремнезем I	1:1	25,0	16,1	12,0	12,1
НСФК I+кремнезем I	1,5:1	22,1	14,6	12,5	13,0
НСФК I+кремнезем I