Суспензии обработанного латексом наполнителя для использования в бумажном производстве

Суспензии обработанного латексом наполнителя для использования в бумажном производстве

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится к способу обработки наполнителя, к водной композиции наполнителя и обработанному наполнителю и к шихте пульпы, для использования в бумажном производстве, и к способу получения бумаги и к бумаге.

Предпосылки создания изобретения

При получении наполненных сортов бумаги и бумажного картона суспензии наполнителя при консистенции в интервале от 10 до 70% вводят в шихту пульпы перед секцией формования холста бумагоделательной машины. Изготовитель бумаги может также вводить другие добавки, такие как природный и синтетический полимерный упрочняющий агент, проклеивающее вещество, квасцы, красители, флуоресцентный осветляющий агент и систему добавки удерживания. Систему добавки удерживания всегда вводят в конечную шихту перед напорным ящиком для удерживания в листе как можно больше наполнителя.

Содержание наполнителя до 25% является типичным для современного бумажного производства, где наполнитель улучшает оптические свойства бумаги, такие как степень белизны и непрозрачность, а также улучшает свойства листа на ощупь и качество печати печатного листа. В некоторых случаях экономия от замены дорогостоящего волокна на недорогостоящий наполнитель ведет к дополнительному стимулу увеличения количества наполнителя в бумаге. Экономия может быть значительной, когда для замены дорогостоящих волокон пульпы используются дешевые наполнители, такие как каолиновая глина, осажденный карбонат кальция ((ОКК) (РСС)), измельченный карбонат кальция ((ИКК) (GCC)), мел, тальк или осажденный сульфат кальция ((ОССК) (PCS)). Кроме того, наполненная бумага является намного легче для сушки, чем бумага без наполнителя, и в результате бумагоделательная машина может работать быстрей с меньшим расходом пара, что снижает стоимость энергии и улучшает производительность. Поэтому замена части волокна на наполнитель в бумаге может значительно снизить стоимость получения бумаги.

Для данной массы 1 м² листа, однако, имеются ограничения количества наполнителя, которое может быть введено в шихту пульпы. Прочность бумаги и ее печатные свойства (пригодность для печатания) являются обычно наиболее важными факторами, ограничивающими содержание наполнителя в бумаге, хотя другие факторы, такие как устойчивость бумагоделательной машины в процессе работы, удерживание, обезвоживание, формование, пыление и проклеивание, также принимаются в расчет.

Вообще не имеет значения, насколько значительны волокна пульпы и их скрепление в бумаге, известно, что все обычные наполнители (например, глина, ИКК, ОКК, мел, тальк, ОСК) ухудшают по существу все прочностные свойства бумаги, включая прочность внутреннего скрепления, поверхностную прочность, разрывную прочность, разрыв, прочность на раздир и жесткость. Например, было установлено, что на каждый 1% наполнителя, введенного в бумажный лист, потеря предела прочности на растяжение может находиться в интервале от 1 до 3% в зависимости от типа шихты пульпы. Прочность листа неизбежно снижается, так как часть волокон заменена наполнителем, не только потому что в листе находится мало волокон, что снижает число связей волокно-волокно, но также потому что присутствие наполнителя снижает поверхность контакта и предотвращает образование водородной связи между оставшимися волокнами пульпы. В результате получение волокнистого холста с высоким количеством наполнителя дает менее прочный лист, который может более легко разрушаться на бумагоделательной машине, проклеивающем прессе, машине для нанесения покрытия, намоточной машине и прессе для нанесения печати. Менее прочное скрепление волокно-волокно также снижает поверхностную прочность бумаги, вызывая снижение сопротивления выщипыванию и тенденцию к увеличению образования пуха. Плохое скрепление частиц наполнителя в волокнистой структуре, особенно расположенных на поверхности листа, может вызвать пыление и пиллинг в прессовом цехе и в процессе обработки.

Проклеивающие химические вещества, такие как алкилкетеновый димер ((АКД) (AKD)) и алкенилянтарный ангидрид ((АЯА) (ASA)), вводят в шихту пульпы для того, чтобы увеличить гидрофобность волокна и, таким образом, снизить проницаемость воды и жидкости в лист. Обычно известно, что кальций карбонатные наполнители увеличивают количество проклеивающих химических веществ, требуемых для внутреннего скрепления бумаги. В частности, скаленоэдральный ОКК, который широко используется в изготовлении тонких бумаг, оказывает чрезмерно отрицательное влияние на проклеивание, что значительно увеличивает потребность в проклеивающем химическом веществе для поддержания заданного значения проклеивания. Когда содержание ОКК в шихте увеличивается, потребность в проклеивающих химических веществах увеличивается для поддержания желаемой степени проклеивания или водоотталкивающей способности. Плохая эффективность проклеивания и потеря проклеивания во времени (проклеивающая реверсия) представляют собой обычные проблемы, связанные с ОКК-наполненными тонкими бумагами. Плохое проклеивание ухудшает непроницаемость жидкости и может быть вредным для нанесения покрытия и печати.

Удерживание наполнителя в процессе формования холста, даже когда этому способствуют химические вещества - добавки удерживания, часто представляет собой главную проблему для всех сортов бумаги, особенно, для высокоскоростных машин и для получения легковесных и высоконаполненных сортов. Поскольку удерживание наполнителя в процессе получения листа никогда не составляет 100%, когда содержание наполнителя в шихте пульпы увеличивается до 30-70% фракции пульпы, концентрация наполнителя в очищенной от волокнистой массы воде будет значительно увеличиваться. На многих бумажных фабриках проблемы устойчивости машины в процессе работы, дефекты бумаги, увеличенные потери наполнителя и увеличенная стоимость химических веществ связаны с высокой консистенцией золы, очищенной от волокнистой массы воды. С обычными химическими системами добавки удерживания можно достигнуть высокого удерживания наполнителя в бумаге при увеличении дозировки химических веществ, но это трудно сделать без ухудшения формования холста из-за перефлоккуляции компонентов шихты. Поэтому требуется способ, который улучшает удерживание наполнителя без чрезмерной флоккуляции.

Современной тенденцией промышленности является снижение массы 1 м² листа со снижением затрат на шихту. Однако, когда масса 1 м² листа снижается, ухудшаются почти все свойства бумаги, включая ограничивающие факторы непрозрачности, жесткости и проницаемости. Для преодоления потери непрозрачности благодаря снижению базовой массы изготовитель бумаги может вводить дорогостоящие непрозрачные пигменты (например, диоксид титана, кальцинированную глину, силикаты натрия или органические пигменты), но это, в свою очередь, может вызвать ухудшение прочности листа. Снижение массы 1 м² листа также снижает удерживание наполнителя и увеличивает частоту разрывов листа как на бумагоделательной машине, так и в процессе обработки и нанесения печати. Снижение массы 1 м² листа может также привести к увеличенной потребности в проклеивании для регулирования впитываемости жидкости.

Общий способ улучшения прочности наполненных сортов бумаги и бумажного картона заключается во введении высокомолекулярных полимеров в шихту пульпы, таких как катионные крахмалы или катионные синтетические полимеры. Хотя адсорбция катионного полимера на природных анионных волокнах пульпы может улучшить прочность скрепления между волокнами в бумаге, присутствие наполнителей будет вызывать разрыхление между волокнами. Другим ограничивающим фактором для характеристики катионных полимеров является присутствие в шихте анионных растворенных и коллоидных веществ ((РКВ) (DCS)). Указанные анионные РКВ обычно дезактивируют большую часть введенного катионного полимера, делая его менее эффективным для скрепления волокон. Анионные полимеры могут использоваться как замена для катионных полимеров, но указанные полимеры трудно адсорбируются на анионных волокнах пульпы. Для улучшения их удерживания на анионных волокнах требуется введение катионного агента, такого как квасцы или синтетический полимер.

Бумаги из древесной массы, включая газетный, специальные из измельченной древесины и суперкаландрированный сорта, традиционно получают с глинами в качестве наполнителя в кислотных условиях. Хотя введение кальцийкарбонатных наполнителей может улучшить степень белизны и непрозрачность указанных бумаг при низкой стоимости, указанные наполнители еще не используются широко из-за щелочности карбоната кальция. Древесная масса обычно является слабокислотной, но, если карбонат кальция вводят в исходную пульпу, рН будет быстро расти до выше рН 8, вызывая почернение лигнина в волокнах древесной массы. Падение степени белизны древесной массы благодаря изменению рН от 5 до 9 варьируется от 1,7 до 7,8 пунктов в зависимости от природы используемой пульпы (смотри Evans D.B., Drummond D.K., Koppelman M.H., “PCC fillers for groundwood papers”. 1991 Papermakers Conference, TAPPI Proceedings, p, 321-330). Таким образом, для минимизации почернения бумага, получаемая из древесной массы, должна быть подходяще получена в слабокислотных (рН 6,5) или нейтральных условиях (рН 7,0). Однако в присутствии кислоты карбонат кальция растворяется с получением ионов кальция и газообразного диоксида углерода. Для применения кальцийкарбонатного наполнителя в древесиносодержащих сортах кальцийкарбонатный наполнитель должен оставаться стабильным в слабокислотных или нейтральных условиях рН. В последние годы многие бумажные фабрики, выпускающие древесиносодержащие сорта, обратились к нейтральному бумажному производству, позволяющему использовать осветляющие кальцийкарбонатные наполнители (ИКК и ОКК), но стабильность наполнителя CaCO₃ при нейтральном рН и количество кислоты, требуемое для поддержания нейтрального рН, еще остаются главными вопросами. Способ, который делает карбонат кальция стойким к кислоте, позволит получать бумагу из древесной массы с ОКК или ИКК в нейтральных условиях.

Приведенные выше сведения предполагают, что бумажная промышленность нуждается в экономичной технологии получения высоконаполненных сортов с хорошими удерживанием наполнителя, обезвоживанием и формованием и с приемлемыми прочностными, оптическими и печатными характеристиками. Способ, который может заставить частицы наполнителя адгезировать друг к другу и к волокнам, не вызывая слишком большого разрыхления между волокнами, может позволить изготовителю бумаги эффективно использовать полимеры для упрочнения наполненных бумаг. Кроме того, наполнитель должен быть стабильным при нейтральном рН с тем, чтобы он мог быть использован в получении древесиносодержащих сортов.

В промышленности различные водосодержащие латексные дисперсии анионного полимера (такого как стирол-бутадиен, акрилат-стирол, акрилат-стирол-акрилонитрил, стирол-бутадиен-акрило-нитрил, акрилат-винилацетат) вводят в различные пигменты для достижения многих целей, например, в рецептурах красок, где латекс увеличивает стабильность при хранении и совместимость пигмента. Применение полимерных латексных дисперсий с последующим выпариванием представляет собой очень удобную технологию для получения однородных каучуковых пленок. Способ формования пленки имеет три стадии. Во-первых, вода выпаривается, поэтому частицы латекса приходят в контакт друг с другом, затем имеет место деформация латексных сфер, и, наконец, происходит слияние указанных деформированных полимерных частиц, дающее однородную и сплошную пленку. Кроме того, полимерные латексные дисперсии также широко используются в рецептурах бумажных покрытий в качестве связующего для наполнителей и пигментов. Чем ниже температура стеклования ((T_g) (Т_ст)) латекса, тем ниже минимальная температура пленкообразования.

Дисперсии анионного полимерного латекса трудно адсорбируются на волокнах пульпы и, таким образом, не используются в отдельности в качестве добавок шихты для получения бумаги. Однако в бумажной промышленности известно, что введение анионного латекса с последующим введением квасцов заставляет латексные частицы осаждаться на волокнах пульпы. Благодаря своему малому размеру и высокой площади поверхности латексные частицы могут покрывать большую площадь поверхности волокон пульпы. Присутствие такого латекса в бумажном листе может действовать как связующее после сушки, и поэтому придает увеличенную прочность бумажным и бумажным картонным продуктам. Дисперсии катионного полимерного латекса, которые могут легко адсорбироваться на волокнах пульпы, обычно не используются в качестве добавок шихты вероятно из-за их высокой стоимости.

Другим подходом к улучшению характеристик удерживания наполнителя, прочности и проклеивания является обработка суспензии наполнителя добавками перед смешением ее с исходной пульпой. Например, некоторые патенты, включая US 4225383, US 4115187, US 4445970, US 5514212, GB 2016498, US 4710270 и GB 1505641, описывают благоприятное воздействие покрытия наполнителя добавками на удерживание и свойства листа. Известно, что поскольку частицы большей части распространенных неорганических наполнителей в суспензии несут отрицательный заряд, катионные добавки адсорбируются на их поверхностях при электростатическом взаимодействии, что заставляет их образовывать агломераты или флоккулировать. В случае анионных добавок, чтобы способствовать флоккуляции, частицы наполнителя будут требовать положительный заряд, чтобы обеспечить адсорбцию анионной добавки. Агрегация частиц наполнителя улучшает удерживание в процессе получения листа и может также снизить отрицательное воздействие наполнителя на прочность листа, но чрезмерная агрегация наполнителя может придать неоднородность и также снизить выигрыш в оптических свойствах, ожидаемый от введения наполнителя.

GB 1505641 рассматривает обработку положительно заряженного мела (природного измельченного карбоната кальция) дисперсиями анионного стирол-бутадиенового (СБ) (SB) латекса. Частицы наполнителя сделаны катионными введением катионного крахмала с целью промотирования адсорбции анионного СБ латекса на поверхности частиц наполнителя. Предпочтительный СБ латекс из GB 1505641 имеет, по меньшей мере, 60% его звеньев, производных от стирола. Обработка катионного кальцийкарбонатного наполнителя, в частности, мела, СБ латексом используется для получения защищенных частиц наполнителя, которые затем вводят в процессе получения бумаги для улучшения прочности наполненного листа. Суспензия обработанного латексом катионного мела, содержащая до 20 ч. латекса на 100 ч. катионного мела, вводится до напорного ящика бумагоделательной машины, например, в ролл или разбиватель целлюлозы.

В US 7074845В2 анионный латекс используют в комбинации с набухшим крахмалом для получения суспензий обработанного наполнителя, вводимых внутренне в изготовление бумаги. Композиции набухший крахмал/латекс получают предварительным смешением латекса с суспензией гранул крахмала в ванне или струйном варочном котле или введением горячей воды в смесь в регулируемых условиях для того, чтобы получить гранулы крахмала, набухшие достаточно для улучшения их свойств в качестве добавки-наполнителя, но избегая избыточного набухания, ведущего к их разрыву. Анионный латекс взаимодействует с набухшими гранулами катионного крахмала, образуя сшитую структуру крахмала. Композиция сшитый крахмал/латекс быстро смешивается с суспензией наполнителя, что увеличивает агрегацию наполнителя. Обработанный наполнитель затем вводят в шихту бумажного производства перед получением листа. Обработанный наполнитель, полученный указанным способом, легко удерживается в холсте в процессе получения бумаги, и наполненные листы имеют более высокое внутреннее скрепление и предел прочности при растяжении, чем наполненные листы, получаемые с использованием традиционного введения в шихту сваренного крахмала.

Ни один из вышеуказанных патентов не рассматривает способ быстрой и необратимой фиксации дисперсий анионного полимерного латекса на вводимом наполнителе введением горячей воды при температуре выше Т_ст используемого полимерного латекса. Кроме того, отсутствуют ссылки на открытую и патентную литературу, относящиеся к непрерывной обработке наполнителя латексом, где суспензия наполнителя смешивается с анионным латексом в смесительных сосудах, что может регулировать степень фиксации латекса на наполнителе простым смешением его с горячей водой при регулируемых сдвиге и времени смешения.

Раскрытие сущности изобретения

Данное изобретение обеспечивает способ обработки наполнителя анионным латексом для использования в бумажном производстве.

Кроме того, обеспечивает создание водной композиции наполнителя для использования в бумажном производстве.

Кроме того, обеспечивает создание обработанного наполнителя для использования в бумажном производстве.

В соответствии с одним аспектом изобретения предусматривается способ обработки наполнителя, содержащий: образование смеси водной суспензии наполнителя и водного анионного латекса и смешение смеси с горячей водой при температуре выше Т_ст латекса.

В соответствии с другим аспектом изобретения предусматривается водная композиция наполнителя, содержащая наполнитель с фиксированным на нем анионным латексным полимером в водном носителе.

В соответствии с еще другим аспектом изобретения предусматривается обработанный наполнитель, содержащий наполнитель с фиксированным на нем анионным латексным полимером.

В соответствии с еще другим аспектом изобретения предусматривается шихта пульпы, содержащая волокна пульпы и наполнитель с фиксированным на нем анионным латексным полимером в водном носителе.

В соответствии с еще другим аспектом изобретения предусматривается способ получения бумаги из шихты пульпы, содержащей волокна пульпы и наполнитель с фиксированным на нем анионным латексным полимером в водном носителе, причем улучшение состоит в том, что указанный наполнитель имеет фиксированный на нем анионный латексный полимер.

В соответствии с еще другим аспектом изобретения предусматривается бумажный продукт, образованный из волокон пульпы и дисперсного наполнителя, где наполнитель имеет фиксированный на нем анионный латексный полимер.

В соответствии с изобретением предусматривается способ непрерывной обработки суспензий наполнителя анионным латексом, в результате чего достигается полная фиксация латекса на поверхности наполнителя за короткое время при введении горячей воды. Введение обработанных наполнителей в шихту пульпы бумажного производства улучшает удерживание и уменьшает тенденцию наполнителя снижать прочность и проклеивание бумаги. Также установлено, что обработанный латексом наполнитель (например, СаСО₃) является используемым в снижении потребления кислоты для поддержания нейтрального рН шихты.

Описание предпочтительных вариантов

В частных вариантах настоящее изобретение относится к непрерывному способу обработки наполнителя, в котором анионный латекс вводится в суспензии наполнителя с последующим введением горячей воды в устройство с перемешивающимися сосудами, где может регулироваться сдвиг и время перемешивания, для быстрой и полной фиксации латекса на частицах наполнителя. Суспензии обработанного латексом наполнителя, полученные способом изобретения, могут быть введены в суспензии пульпы, используемые в получении наполненных не содержащих древесину бумаг, древесиносодержащих бумажных и бумажно-картонных продуктов. Наполненные продукты, полученные с обработанными латексом наполнителями, имеют лучшее качество по сравнению с продуктами, полученными с необработанными наполнителями.

Настоящее изобретение предусматривает непрерывный способ получения суспензий обработанного латексом наполнителя, подходящих для введения в шихту пульпы, используемую в изготовлении сортов бумаги и бумажного картона. Способ содержит механическое смешение суспензии наполнителя при температуре окружающей среды с дисперсиями анионного латексного полимера, такого как н-бутилакрилат-стирол, н-бутилакрилат-акрилонитрил-стирол, стирол-бутадиен-акрилонитрил и стирол-бутадиен (СБ), имеющего Т_ст в интервале от -3 до 50°C, с последующим введением в подвергнутую сдвигу смесь объема горячей воды, вводимого таким образом, чтобы температура смеси выросла до температуры выше Т_ст используемого латекса. Введение горячей воды в смесь наполнитель/латекс в регулируемых условиях смешения сдвига и времени реакции является по существу достаточным для того, чтобы весь латексный материал стал скрепленным с поверхностью материала наполнителя. Благодаря увеличенным взаимодействиям между частицами вязкость суспензии увеличивается, и частицы наполнителя становятся агрегированными. Мутность водной среды суспензии обработанного латексом наполнителя ясно показывает, что весь введенный латекс адсорбирован на частицах наполнителя. Было установлено, что определяющими факторами достижения полной фиксации латекса наполнителе являются химическая природа и Т_ст используемого латекса и температура горячей воды.

Данное изобретение описывает способ непрерывного получения суспензий наполнителя, которые обрабатываются введением анионного латекса с последующим смешением их с горячей водой. Свежеобработанную суспензию наполнителя затем вводят в исходную волокнистую пульпу с образованием шихты и получают бумагу из указанной шихты. Улучшенная фиксация латекса на наполнителе при введении горячей воды и степень агрегирования частиц достигаются в смесительных сосудах в регулируемых условиях сдвига и времени перемешивания. При использовании указанного способа общее количество латекса, введенного в суспензию наполнителя при температуре окружающей среды (которое для промышленного способа получения бумаги может быть таким высоким, как 75 кг латекса на 1 т наполнителя), быстро и необратимо адсорбируется на частицах наполнителя. Температура смеси наполнитель/латекс, которая должна быть выше Т_ст используемого латекса, может варьироваться в интервале 30-90°C. Поэтому более низкая Т_ст полимерного латекса требует более низкой температуры горячей воды для достижения фиксации латекса на наполнителе. Обычно горячая вода имеет температуру 40-98°C для того, чтобы повысить температуру смеси наполнитель/латекс и способствовать фиксации твердых частиц латексного полимера на наполнителе.

Предпочтительными дисперсиями анионного латексного полимера для максимальной адсорбции являются сополимеры н-бутилакрилат-акрилонитрил-стирол и сополимеры стирол-бутадиен-акрилонитрил со значениями Т_ст в интервале от -3 до 50°C, с размерами частиц 30-200 нм и вязкостью, измеренной при примерно 50% твердого вещества, от 100 до 1000 сП.

Наиболее предпочтительными для данного изобретения дисперсиями анионного латексного полимера являются дисперсии со значениями Т_ст в интервале от 4 до 39°C, с размерами частиц 30-200 нм и вязкостью, измеренной при содержании примерно 50% твердого вещества, от 200 до 500 сП. Однако также могут использоваться другие дисперсии анионного акрилового полимера с более мелкими и более крупными частицами.

Хотя было установлено, что использование горячей воды является благоприятным для улучшения адсорбции на наполнителе дисперсий других анионных латексных полимеров, таких как стирол-бутадиеновые (СБ) латексы с низкой Т_ст, было установлено, что указанные полимеры являются менее эффективными для целей изобретения.

Предпочтительными наполнителями для введения акриловых полимерных дисперсий являются ОКК, ИКК, каолиновая глина, ОСК и тальк. Суспензии наполнителя, которые являются анионными (отрицательно заряженными) или содержат анионный диспергатор, могут требовать, чтобы уровень отрицательного заряда был нейтрализован при использовании синтетических катионных агентов. Целью катионного агента является промотирование начальной адсорбции анионного полимера на поверхности наполнителя перед смешением с горячей водой для полной фиксации латекса.

Суспензии обработанного латексом наполнителя, получаемые непрерывно по данному изобретению, могут быть затем непосредственно введены в шихту пульпы в точке до или на впуске напорного ящика бумагоделательной машины. Общеизвестные добавки бумажного производства могут быть введены в шихту, содержащую суспензию обработанного латексом наполнителя, для дополнительного улучшения удерживания, прочности и проклеивания. В процессе операции сушки листа, полученного с суспензиями обработанного латексом наполнителя, частицы акриловых полимерных дисперсий, адсорбированные на поверхности наполнителя, будут деформироваться и прочно скреплять частицы наполнителя вместе и с волокнами, в результате армируя бумажный композит и увеличивая его прочность, гидрофобность, пористость и гладкость.

Механизм, по которому введение горячей воды в смесь наполнитель/акриловые полимерные дисперсии вызывает фиксацию латекса на частицах наполнителя и промотирует их агрегацию, полностью не понят, но сканирующий электронный микроскопический (СЭМ) анализ замороженных высушенных обработанных латексом ОКК суспензий, полученных при различных температурах, показывает, что латекс прочно адсорбирован на поверхности частиц наполнителя. В СЭМ испытаниях образец акриловой полимерной дисперсии с размером частиц 200 нанометров (нм) смешивают с ОКК суспензией без диспергатора (средний размер частиц наполнителя 1,3 микрометров, мкм) при консистенции 20% с последующим введением горячей воды. Благодаря своему малому размеру частицы акриловых полимерных дисперсий адсорбируются на крупных частицах наполнителя при электростатическом или гидрофобном взаимодействии. При введении горячей воды в смесь латекс/наполнитель при температурах выше Т_ст латекса, латекс дестабилизируется, становясь более притягивающимся к частицам наполнителя, распространяясь хорошо поверх их поверхности и вызывая их агрегирование. Было установлено, что степень адсорбции латекса, вызванной введением горячей воды, значительно зависит от концентрации ОКК суспензии и значений Т_ст акриловых полимерных дисперсий. Было установлено, что акриловые полимерные дисперсии с низкими значениями Т_ст имеют наиболее высокое адсорбционное сродство к частицам ОКК. Также было установлено, что адсорбция анионных полимерных дисперсий на ОКК является более благоприятной с высокой консистенцией суспензий наполнителя.

Когда суспензия наполнителя обрабатывается с использованием акриловых полимерных дисперсий согласно данному изобретению и затем вводится в исходную пульпу, система добавки удерживания может быть использована для введения адсорбции наполнителя на поверхности фракции мелких частиц и волокон, обусловливая их удерживание в процессе формования холста. Системами добавки удерживания могут быть катионный крахмал, катионный полиакриламид или их сдвоенное введение с анионными микрочастицами, такими как коллоидный диоксид кремния и бентонит. Указанные добавки должны вводиться в шихту бумажного производства, содержащую суспензию обработанного наполнителя, до напорного ящика и, предпочтительно, на впуске насоса воздуходувки или на сетке давления бумагоделательной машины.

Важным аспектом настоящего изобретения является фиксирование анионного латекса на частицах наполнителя. Фиксирование акриловых полимерных дисперсий на наполнителе с использованием горячей воды, как описано в данном изобретении, делает возможным получение проклеенных наполненных бумаг с минимальной потерей прочности и улучшенной пористостью, таких как покрытые и непокрытые тонкие бумаги, суперкаландрированные бумаги, бумажный картон и газетная бумага. Наполнители, обработанные согласно настоящему изобретению, могут, таким образом, помочь изготовителям бумаги получать наполненные бумажные и бумажно-картонные продукты с увеличением содержания наполнителя листа без значительного ухудшения ключевых свойств продукта или увеличения стоимости химических веществ проклеивания и добавки удерживания. Другой выгодой введения суспензии обработанного латексом ОКК в шихту древесной массы является то, что требуется меньше кислоты для достижения и поддержания нейтрального рН при минимизации растворения ОКК.

Согласно настоящему изобретению вводимая горячей водой быстрая и необратимая фиксация акриловых полимерных латексных дисперсий на наполнителе может быть использована для обработки суспензии единственного наполнителя или смешанных суспензий наполнителей при их коммерческих консистенциях, т.е. без дополнительного разбавления, необходимого перед обработкой. Было неожиданно установлено, что введение горячей воды в суспензию наполнителя, особенно ОКК, который был предварительно смешан с акриловыми полимерными дисперсиями при комнатной температуре при механическом перемешивании, вводит полную и необратимую фиксацию латекса на поверхности наполнителя, вызывая его агрегацию. Получение суспензий обработанного наполнителя с использованием способа данного изобретения ранее не рассматривалось.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1А и 1B схематически показано устройство для получения обработанных наполнителей согласно настоящему изобретению.

На фиг. 1С схематически показан смесительный сосуд для использования в устройстве, показанном на фиг. 1А и 1B.

На фиг. 2-14 представлены различные характеристики, показываемые обработанными наполнителями данного изобретения.

На фиг. 2А и 2B графически представлена мутность фильтрата суспензий ОКК, обработанного различными анионными дисперсиями.

На фиг. 2С и 2D графически представлена мутность фильтрата суспензий ОКК, обработанного согласно настоящему изобретению.

На фиг. 2Е, 2F и 2G графически представлена мутность фильтрата суспензий ОКК, обработанного при различных уровнях латекса и воды при различных температурах.

На фиг. 2H представлена фотография суспензий обработанного наполнителя и суспензий необработанного наполнителя.

На фиг. 3 графически представлена прочность внутреннего скрепления (связь Скотта) бумажных листов с различными уровнями необработанного и обработанного наполнителя.

На фиг. 4 графически представлена пористость бумажных листов с различными уровнями необработанного и обработанного наполнителя.

На фиг. 5 и 6 графически представлена прочность внутреннего скрепления бумажных листов, полученных с использованием необработанного и обработанного наполнителя.

На фиг. 7 графически представлена прочность внутреннего скрепления бумажных листов, полученных с использованием необработанного и обработанного наполнителя.

На фиг. 8 графически представлена разрывная длина бумажных листов, полученных с использованием необработанного и обработанного наполнителя.

На фиг. 9 графически представлена прочность внутреннего скрепления бумажных листов, полученных с использованием необработанного и обработанного наполнителя.

На фиг. 10 графически представлено остаточное удлинение бумажных листов при разрыве, полученных с использованием необработанного и обработанного наполнителя.

На фиг. 11 графически представлена прочность внутреннего скрепления бумажных листов, полученных с использованием необработанного и обработанного наполнителя.

На фиг. 12 графически представлена PPS-пористость бумажных листов, полученных с использованием необработанного и обработанного наполнителя.

На фиг. 13 и 14 представлены значения HST (Hercules-тест на проклеивание) бумажных листов, полученных с использованием необработанного и обработанного наполнителя.

Подробное описание изобретения с ссылкой на чертежи

На фиг. 1А и 1B схематически показано устройство (или установка) для получения суспензий обработанного наполнителя с использованием акриловых полимерных дисперсий и горячей воды для введения в шихту бумажного производства. На фиг. 1А показана простая система для обработки суспензий наполнителя, получаемых без анионного диспергатора, тогда как на фиг. 1B показана система для обработки суспензий наполнителя, которые могут содержать анионные диспергаторы.

На фиг. 1С показано внутреннее устройство смесительного сосуда и его мешалки. Хотя другие смесительные устройства, включая встроенные статические смесители, высокосдвиговые смесители или центробежный насос, такой как описанный в US 4799964, могут использоваться для обработки суспензий наполнителя анионным латексом, смесительные сосуды, показанные на фиг. 1, являются наиболее подходящими для данного изобретения.

Пояснение к фиг. 1А

1 - емкость суспензии наполнителя

2 - емкость латекса

3 - источник горячей воды

21 и 22 - смесительные сосуды

5 - отдельная жесткая труба для расширенного контакта.

Пояснение к фиг. 1B

1 - емкость суспензии наполнителя

2 - емкость латекса

3 - источник горячей воды

21, 22 и 23 - смесительные сосуды

5 - отдельная жесткая труба для расширенного контакта

6 - емкость добавок

7 - емкость добавок.

Пояснение к фиг. 1С

10 - вал

11 - три пропеллерные лопасти

21 - внутреннее устройство смесительного сосуда

12 - механическое уплотнение

21 - внутреннее устройство смесительного сосуда

13 - три отражательные перегородки смесительного сосуда 21.

На фиг. 2-14 представлена информация, относящаяся к адсорбции латекса на наполнителе и сравнению прочности внутреннего скрепления (связь Скотта), разрывной прочности (разрывной длины), пористости (PPS-пористость) и значению проклеивания (HST) листов, наполненных ОКК, полученного с использованием традиционного способа (без обработки наполнителя), и с ОКК, обработанным акриловыми полимерными дисперсиями с использованием способа настоящего изобретения.

Уникальный способ данного изобретения включает в себя использование горячей воды в процессе непрерывной обработки суспензии наполнителя акриловыми полимерными дисперсиями в смесительных сосудах. Что касается фиг. 1А, предварительное смешение латекса с суспензиями наполнителя, полученными без диспергатора, имеет место в смесительном сосуде 21. Суспензия наполнителя и латекс дозируются из емкостей 1 и 2, соответственно, в смесительный сосуд 21, скорость перемешивания в котором установлена при 100-600 об/мин. Смесь наполнитель/латекс подают по трубе 5 в смесительный сосуд 21 и затем смешивают в сосуде 22 с дозированной горячей водой известной температуры из источника 3 с достижением желаемой консистенции и температуры суспензии. Смесительный сосуд 22 может быть такой же формы, как смесительный сосуд 21 на фигуре 1С. Что касается фиг. 1B, смесительный сосуд 21 может быть использован для предварительной обработки суспензии наполнителя из емкости 1 с добавкой из емкости 7, а именно, синтетическим катионным агентом, для того чтобы ввести катионные участки на частицах наполнителя или нейтрализовать анионногенное поверхностно-активное вещество в суспензии наполнителя и инициировать начальную адсорбцию анионного латекса на наполнителе перед введением горячей воды. Полученную предварительно обработанную суспензию наполнителя подают в сосуд 23, где она смешивается с латексом из емкости 2, как показано на фиг. 1А. Смесительные сосуды 22 и 23 могут быть такой же формы, как смесительный сосуд 21 на фиг. 1С.

Получаемую смесь наполнитель/латекс подают по трубам, как на фиг. 1А, в смесительный сосуд 22 для смешения с горячей водой из источника 3. Добавки могут, необязательно, вводиться в смесь в сосуде 22 из емкости 6. Конечную обработанную суспензию получают из сосуда 22.

Промышленные акриловые полимерные дисперсии вводят в суспензии наполнителя в состоянии поставки (40-50% твердых веществ). Консистенция суспензий наполнителя, которая зависит от типа используемого наполнителя, может находиться в интервале от 10 до