Патент на изобретение №2256735

(54) ЦЕЛЛЮЛОЗНЫЕ ПРОДУКТЫ, ВКЛЮЧАЮЩИЕ СИЛИКАТ, И СПОСОБЫ ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

(57) Реферат:

Способ касается изготовления целлюлозных продуктов и может быть использован в целлюлозно-бумажной промышленности. Способ изготовления целлюлозных продуктов, таких как бумажные изделия, осуществляют путем практически одновременного или последовательного добавления в целлюлозную жидкую массу, такую как бумажная жидкая масса, по меньшей мере одного соединения алюминия и по крайней мере одного водорастворимого силиката, который представляет собой по крайней мере один продукт взаимодействия силиката с одновалентным катионом с ионами двухвалентных металлов. Описаны также композиции, включающие по меньшей мере одно соединение алюминия и по меньшей мере один водорастворимый силикат металла, и целлюлозные продукты, такие как бумажные изделия, включающие по меньшей мере один водорастворимый комплекс силикатов металлов. Техническим результатом является улучшение удерживания и дренирования с получением высококачественных целлюлозных продуктов. 3 н. и 22 з.п. ф-лы, 6 табл.

1. Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способам изготовления целлюлозных продуктов, таких как бумажные изделия, осуществление которых включает добавление в целлюлозную жидкую массу, такую как бумажная жидкая масса, по меньшей мере одного соединения алюминия и по крайней мере одного водорастворимого силиката. Настоящее изобретение относится, в частности, к способам изготовления целлюлозных продуктов, таких как бумажные изделия, осуществление которых включает практически одновременное или последовательное добавление в целлюлозную жидкую массу, такую как бумажная жидкая масса, по меньшей мере одного соединения алюминия и по крайней мере одного силиката с одновалентным катионом или водорастворимого комплекса силикатов металлов. Кроме того, настоящее изобретение относится к композициям, включающим по меньшей мере одно соединение алюминия и по крайней мере один водорастворимый силикат металла. Настоящее изобретение относится также к целлюлозным продуктам, таким как бумажные изделия, включающим по меньшей мере один водорастворимый комплекс силикатов металлов.

2. Предпосылки создания изобретения и уровень техники, к которой оно относится

Целлюлозные продукты, такие как картон, тонкая бумага, писчая бумага и т.п., традиционно изготовляют приготовлением водной жидкой массы целлюлозного древесного волокна, которая может включать неорганические минеральные наполнители или пигменты. Эту водную жидкую массу наносят на подвижную сетку или ткань с целью упростить формование целлюлозной матрицы. Далее целлюлозную матрицу дренируют, сушат и прессуют с получением готового целлюлозного продукта. Однако во время стадии дренирования вместе с водой часто удаляются необходимые твердые волокна, твердая мелочь и другие твердые компоненты. Что касается твердой мелочи, то к ней относятся очень короткие волокна целлюлозной массы, фрагменты волокон и сердцевинные лучи. Твердая мелочь включает также пигменты, волокна и другие неволокнистые добавки, которые могут проходить через ткань во время отливки листа. Более того, во время дренирования в целлюлозной матрице часто задерживается нежелательная вода. Удаление нужных твердых частиц и задержка нежелательной воды отрицательно влияют на отливку листа и, следовательно, приводят к получению целлюлозной продукции пониженного качества. Далее, потеря необходимых твердых частиц является расточительством и дорого обходится изготовителям целлюлозной продукции.

В результате в бумажной промышленности постоянно прилагаются усилия в попытке разработать способы изготовления бумаги, осуществление которых позволяет улучшить качество бумаги, повысить производительность и уменьшить технологические затраты. Перед подачей волокнистой жидкой массы на сетку или ткань в процессе изготовления бумаги в нее часто добавляют химические средства для улучшения дренирования/обезвоживания и удерживания. Эти химические средства называют добавками, содействующими дренированию и/или удерживанию. Предпринимают попытки вводить самые разнообразные добавки, содействующие в процессе изготовления бумаги дренированию и/или удерживанию, такие как силикаты, коллоидные кремнеземы, микрогели и бентониты.

Так, например, в патенте US №5194120, выданном на имя Peats и др., описано добавление в бумажную массу катионоактивного полимера и аморфного материала на основе силикатов металлов с целью улучшить удерживание мелочи и дренирование. Предлагаемые Peats и др. аморфные силикаты металлов представляют собой белые сыпучие порошки, которые, однако, когда их полностью диспергируют в воде, образуют исключительно малые анионоактивные коллоидные частицы. Эти материалы обычно синтезируют реакцией силиката натрия с растворимой солью с приемлемыми ионами металлов, такими как Mg²⁺, Са²⁺ и/или Аl³⁺, с получением осадка, который затем отфильтровывают, промывают и сушат.

WO 97/17289 и патент US №5989714, выданный на имя Drummond, относятся к способу регулирования дренирования и/или удерживания при формовании бумажной матрицы с применением осадков силикатов металлов. Осадки силикатов металлов по Drummond получают смешением растворимой соли металла с растворимым силикатом.

Заявка JP А 63295794, поданная Naka-Mura, относится к способу изготовления бумаги в нейтральных или слабощелочных условиях, который включает добавление в волокнистую жидкую массу катионоактивного водорастворимого полимера и водного раствора силиката натрия.

В заявке JP 1072793, поданной Haimo, описан способ изготовления бумаги прямым добавлением в бумажную жидкую массу водного раствора ортосиликата натрия. Предлагаемый Haimo раствор ортосиликата следует готовить на отдельной стадии (например, при обработке сульфата алюминия для регулирования рН) перед добавлением в бумажную жидкую массу.

Патенты US №№4927498, 4954220, 5185206, 5470435, 5543014, 5626721 и 5707494, выданные на имя Rushmere и Rushmere и др., относятся к применению при изготовлении бумаги полисиликатных микрогелей в качестве добавок, содействующих удерживанию и дренированию. Предлагаемые по этим патентам микрогели получают при проведении процесса на месте в результате реакции поликремниевой кислоты со щелочным металлом с образованием микрогелей. Далее эти микрогели добавляют в бумажную массу.

Патент US №5240561, выданный на имя Kaliski, относится к применению микрогелей в процессах изготовления бумаги. Предлагаемые Kaliski микрогели готовят по двухстадийному способу. Первая стадия включает получение переходного, химически реакционноспособного субколлоидного гидрозоля смешением бумажной массы с двумя отдельными растворами. Вторая стадия состоит в смешении водного раствора, содержащего по меньшей мере один сшивающий агент, с волокнистыми материалами, образующимися на первой стадии, для сшивания образовавшегося in situ химически реакционноспособного субколлоидного гидрозоля и синтеза (in situ) микрогелевых клеев с комплексной функциональностью. Образующиеся клеи флокулируют бумажные волокнистые материалы с отливкой бумажных полотен. Предлагаемый Kaliski способ представляет собой двухстадийный способ, который в осуществлении сложен и требует затрат большого количества времени.

Объектами патента US №4753710, выданного на имя Langley и др., и патента US №5513249, выданного на имя Cauley, является применение бентонита при изготовлении бумаги.

Несмотря на множество попыток создания содействующих дренированию и удерживанию добавок самых разнообразных типов, в бумажной промышленности все еще остается потребность в разработке способа изготовления целлюлозных продуктов, таких как бумажные изделия, с превосходными дренированием и удерживанием, который экономически эффективен и одновременно с этим прост в применении. Кроме того, все еще существует необходимость в разработке способа изготовления целлюлозных продуктов, осуществление которого позволяет заметно усовершенствовать удерживание и дренирование при одновременной хорошей отливке бумажного листа.

Все еще существует потребность в применении дренирования при крупномасшабном изготовлении бумажных изделий, в котором производительность не снижается вследствие замедленного дренирования воды через более толстый сырой лист.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Объектом настоящего изобретения является способ изготовления целлюлозных продуктов, который включает практически одновременное добавление в целлюлозную жидкую массу (1) по меньшей мере одного соединения алюминия и (2) по крайней мере одного водорастворимого силиката. Водорастворимым силикатом может служить силикат с одновалентным катионом или водорастворимый комплекс силикатов металлов. В качестве этого водорастворимого комплекса силикатов металлов может быть использован продукт взаимодействия силиката с одновалентным катионом с ионами двухвалентных металлов.

Значение молярного соотношения между соединением алюминия и водорастворимым силикатом в пересчете на Al₂O₃/SiO₂ составляет от примерно 0,1 до 10, предпочтительно от примерно 0,2 до 5, а более предпочтительно от примерно 0,5 до 2.

Примеры такого соединения алюминия включают, хотя ими их список не ограничен, квасцы, АlСl₃ (хлорид алюминия), ПАХ (полиалюминийхлорид), ПАС (полиалюминийсульфат), ПАСС (полиалюминийсиликатосульфат) и/или полиалюминийфосфат, причем предпочтительны квасцы, ПАХ и/или ПАС, а более предпочтительны квасцы и/или ПАХ.

Приемлемые по настоящему изобретению силикаты с одновалентными катионами включают, хотя ими их список не ограничен, силикат натрия, силикат калия, силикат лития и/или силикат аммония, причем предпочтительны силикат натрия и/или силикат калия, а более предпочтителен силикат натрия. Предпочтительное значение массового соотношения SiO₂/Na₂O в силикате натрия находится в интервале от примерно 2 до 4, более предпочтительно от примерно 2,8 до 3,3, а наиболее предпочтительно от примерно 3,0 до 3,5.

Предлагаемый по настоящему изобретению водорастворимый комплекс силикатов металлов может включать по меньшей мере один из силиката с одновалентным катионом и силиката двухвалентного металла. Примеры силикатов двухвалентных металлов включают, хотя ими их список не ограничен, силикат магния, силикат кальция, силикат цинка, силикат меди, силикат железа, силикат марганца и/или силикат бария. Более предпочтительные силикаты двухвалентных металлов включают силикат магния, силикат кальция и/или силикат цинка. Наиболее предпочтительные силикаты двухвалентных металлов включают силикат магния и/или силикат кальция.

Водорастворимый комплекс силикатов двухвалентных металлов соответствует следующей формуле:

в которой М обозначает одновалентный ион; М’ обозначает ион двухвалентного металла; х обозначает число от примерно 2 до 4; у обозначает число от примерно 0,005 до 0,4; а значение у/х составляет от примерно 0,001 до 0,25.

М обозначает атом натрия, калия или лития или аммоний. М’ обозначает атом кальция, магния, цинка, меди, железа(II), марганца(II) или бария. Ион двухвалентного металла дериватизируют из источника, включающего водорастворимую соль, которая представляет собой по меньшей мере одно из следующих соединений: CaCl₂, MgCl₂, MgSO₄, Ca(NO₃)₂, Mg(NO₃)₂ и ZnSO₄.

Предпочтительное значение молярного соотношения SiO₂/M₂O у водорастворимого комплекса силикатов двухвалентных металлов находится в интервале от примерно 2 до 20, более предпочтительно от примерно 3 до 10, а наиболее предпочтительно от примерно 3 до 5, а значение молярного соотношения M’/Si находится в интервале от примерно 0,001 до 0,25.

Предпочтительная концентрация SiO₂ в растворе, содержащем водорастворимый комплекс силикатов двухвалентных металлов, находится в интервале от примерно 0,01 до 5% от массы раствора.

При осуществлении способа по настоящему изобретению соединение алюминия и водорастворимый комплекс силикатов двухвалентных металлов практически одновременно добавляют в целлюлозную жидкую массу после последней стадии высокосдвиговой обработки и перед напорным ящиком.

Способ по настоящему изобретению далее может включать добавление в целлюлозную жидкую массу по меньшей мере одной добавки, причем такие добавки включают, хотя ими их список не ограничен, по меньшей мере один флокулянт, крахмал, коагулянт, проклеивающее вещество, агент для придания прочности во влажном состоянии, агент для придания прочности в сухом состоянии и другие добавки, содействующие удерживанию. Добавки в целлюлозную жидкую массу можно вводить перед или после практически одновременного добавления соединения алюминия и водорастворимого комплекса силикатов двухвалентных металлов.

Примеры флокулянтов по настоящему изобретению включают, хотя ими их список не ограничен, высокомолекулярные полимеры, такие как катионоактивные полимеры, анионоактивные полимеры и по существу неионогенные полимеры.

Катионоактивные полимеры включают, хотя ими их список не ограничен, гомополимеры и сополимеры, содержащие звенья по меньшей мере одного катионоактивного мономера, выбранного из по меньшей мере диметиламиноэтилметакрилата (ДМАЭМ), диметиламиноэтилакрилата (ДМАЭА), метакрилоилоксиэтилтриметиламмонийхлорида (МЭТАХ), диметиламинопропилметакрилата (ДМАПМА), метакриламидопропилтриметиламмонийхлорида (МАПТАХ), диметиламинопропилакриламида (ДМАПАА), акрилоилоксиэтилтриметиламмонийхлорида (АЭТАХ), диметаминоэтилстирола, (п-винилбензил)триметиламмонийхлорида, 2-винилпиридина, 4-винилпиридина и виниламина. Так, например, катионоактивным флокулянтом может служить сополимер катионоактивного полиакриламида.

Примеры анионоактивного полимера включают, хотя ими их список не ограничен, гомополимеры и сополимеры, содержащие звенья анионоактивных мономеров, таких как акрилат, метакрилат, малеат, итаконат, сульфонат и фосфонат. Так, например, анионоактивным флокулянтом может служить сополимер анионоактивного полиакриламида.

По существу неионогенные полимеры включают, хотя ими их список не ограничен, по меньшей мере один полиакриламид, поли(этиленоксид), поливиниловый спирт и поли(винилпирролидинон).

Примеры крахмала включают, хотя ими их список не ограничен, по меньшей мере один картофельный крахмал, кукурузный крахмал, крахмал кукурузы восковой спелости и пшеничный крахмал.

Приемлемые коагулянты включают, хотя ими их список не ограничен, по меньшей мере один из следующих продуктов: квасцы, хлорид алюминия, полиалюминийхлорид, полиалюминийсульфат, полиалюминийсиликатосульфат, полиалюминийфосфат, полиамин, поли(диаллилдиметиламмонийхлорид), полиэтиленимин и поливиниламин.

Объектом настоящего изобретения является также способ изготовления целлюлозных продуктов, который включает последовательное добавление в целлюлозную жидкую массу по меньшей мере одного соединения алюминия и по крайней мере одного водорастворимого силиката. Этот способ может также включать введение в целлюлозную жидкую массу по меньшей мере одной добавки.

Кроме того, объектом настоящего изобретения является композиция для изготовления целлюлозных продуктов, которая включает по меньшей мере одно соединение алюминия и по крайней мере один водорастворимый силикат, где этот водорастворимый силикат представляет собой по крайней мере один продукт взаимодействия с одновалентным катионом с ионами двухвалентных металлов. Объектом настоящего изобретения является также целлюлозный продукт, включающий целлюлозное волокно, по меньшей мере одно соединение алюминия и по крайней мере один водорастворимый силикат металла как продукт взаимодействия силиката с одновалентным катионом с ионами двухвалентных металлов. Этот целлюлозный продукт изготавливают одновременным или последовательным добавлением в целлюлозную жидкую массу по меньшей мере одного соединения алюминия и по крайней мере одного водорастворимого силиката. В предпочтительном варианте содержание соединения алюминия в целлюлозном продукте может составлять от примерно 100 до 5000 ч./млн Аl₂О₃, более предпочтительно от примерно 200 до 2000 ч./млн Аl₂О₃, а наиболее предпочтительно от примерно 500 до 1000 ч./млн Аl₂О₃, а количество водорастворимого комплекса силикатов металлов в целлюлозном продукте может быть равным от примерно 50 до 10000 ч./млн SiO₂, более предпочтительно от примерно 250 до 3000 ч./млн SiO₂, а наиболее предпочтительно от примерно 500 до 2000 ч./млн SiO₂.

Способ изготовления целлюлозных продуктов по настоящему изобретению целесообразно применять при изготовлении бумаги. Его осуществление улучшает удерживание тонкодисперсных твердых частиц композиции бумаги во время турбулентного процесса дренирования и формования бумажного полотна. Без соответствующего удерживания тонкодисперсных твердых частиц эти твердые частицы либо теряются с технологической сточной водой, либо накапливаются до высокого содержания в рециркуляционном контуре для оборотной воды, вызывая рост потенциальных отложений и ухудшая дренирование в бумагоделательной машине.

Кроме того, недостаточное удерживание тонкодисперсных твердых частиц увеличивает затраты производителя бумаги вследствие потерь добавок, предназначенных для адсорбции на волокне для придания бумаге соответствующих свойств непрозрачности, прочности и проклейки.

Осуществление способов по настоящему изобретению дает возможность заметно улучшить удерживание и дренирование при одновременном сохранении хорошего формования бумажных изделий. Бумажные изделия по настоящему изобретению характеризуются превосходными качествами.

Таким образом, объектом настоящего изобретения является усовершенствованное регулирование удерживания и дренирования при изготовлении целлюлозных продуктов, таких как бумага.

Другим объектом настоящего изобретения является разработка способов изготовления целлюлозных продуктов, осуществление которых включает практически одновременное добавление в целлюлозную жидкую массу, такую как бумажная жидкая масса, (1) по меньшей мере одного соединения алюминия и (2) по крайней мере одного силиката с одновалентным катионом или по крайней мере одного водорастворимого комплекса силикатов металлов.

Тем не менее еще одним объектом настоящего изобретения является создание целлюлозных продуктов, таких как бумажные изделия, включающих водорастворимые комплексы силикатов металлов.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Приведенные в настоящем описании подробности служат примерами и только с целью иллюстрации обсуждения разнообразных вариантов выполнения настоящего изобретения и представлены по той причине, что они, как полагают, являются средством наиболее эффективного и простого восприятия описания принципов и умозрительных аспектов настоящего изобретения. В этом отношении какие-либо попытки показать структурные подробности настоящего изобретения более детально, чем это необходимо для фундаментального понимания сущности изобретения, отсутствуют, описание со всей очевидностью демонстрирует специалистам в данной области техники возможность практического осуществления некоторых вариантов выполнения изобретения.

В данной заявке во всех случаях, если не указано иное, результаты процентного определения приведены с указанием в массовых процентах в пересчете на 100% массы данного образца. Так, например, 30% соответствуют 30 маc. ч. на каждые 100 мас. ч. образца.

Во всех случаях, если не указано иное, ссылка на соединение или компонент охватывает само соединение или компонент, а также его в сочетании с другими соединениями или компонентами, таком как смеси соединений.

Перед дальнейшим обсуждением для содействия пониманию сущности настоящего изобретения необходимо обсудить следующие понятия.

“Целлюлозной жидкой массой” называют суспензию на водной основе, включающую целлюлозные волокна, мелочь и добавки, используемые для изготовления целлюлозных продуктов, известных в данной области техники.

Термин “сополимер” относится к полимеру, включающему звенья двух или большего числа мономеров разных видов.

“Жесткостью” называют общее содержание ионов двухвалентных металлов или их солей в воде, например кальция, магния, карбоната кальция и хлорида кальция. Жесткость можно определять в частях на миллион кальциевых эквивалентов. В этом отношении 1 ч./млн Са эквивалента равна 2,78 ч./млн СаСl₂ эквивалента, что составляет 2,50 ч./млн СаСО₃ эквивалента. Кроме того, 1 ч./млн Mg эквивалента равна 1,65 ч./млн Са эквивалента, 4,57 ч./млн CaCl₂ эквивалента и 4,12 ч./млн СаСО₃ эквивалента.

Понятие “бумажная жидкая масса” или “бумажная масса” относится к суспензии на водной основе, которая содержит волокна и/или мелочь, такие как древесные и растительные, и/или хлопковые, и которая может содержать другие добавки для изготовления бумаги, такие как наполнители, например глину и осажденный карбонат кальция.

Понятие “последовательное добавление” относится к по крайней мере двум разным веществам, добавляемым на разных участках машины, применяемой для изготовления целлюлозных продуктов. Эти участки достаточно удалены друг от друга, вследствие чего одно добавляемое вещество смешивают с целлюлозной жидкой массой до добавления другого вещества.

Понятие “практически одновременное добавление” или “одновременное добавление” относится к добавлению двух веществ в целлюлозную жидкую массу практически без временной разницы и по существу в одном и том же месте. Оба добавляемых вещества могут находиться в форме смеси, а также раздельно, причем, например, одно вещество добавляют во время добавления другого.

Понятия “водорастворимый” и “стабильность” относятся к способности комплексов силикатов металлов по настоящему изобретению оставаться в растворе. Когда образуются водорастворимые комплексы силикатов металлов по настоящему изобретению, процесс можно регулировать таким образом, чтобы не образовывалось никакого осадка. Однако в некоторых обстоятельствах может образоваться небольшое количество осадка. Если комплексы силикатов металлов образуют осадок, они больше комплексами не являются, а представляют собой осадок силикатов металлов. При выполнении настоящего изобретения необходимо, чтобы комплексы силикатов металлов по настоящему изобретению оставались в растворе, а не образовывали осадка. Необходимо отметить, что с течением времени некоторое количество водорастворимого комплекса силикатов металлов может выпадать в осадок, однако в предпочтительном варианте выпадение в осадок не происходит или образуется минимальное количество осадка. Пока комплексы силикатов металлов являются водорастворимыми, растворы должны оставаться практически бесцветными и прозрачными. В связи с этим водорастворимые комплексы силикатов металлов по настоящему изобретению невооруженным глазом невидимы. Так, в частности, считая, что мутность зависит от концентрации, в предпочтительном варианте мутность водной композиции водорастворимого комплекса силикатов металлов по настоящему изобретению, концентрация которой составляет 0,3 мас.% SiO₂, в отсутствии других материалов, которые влияют на мутность, обычно равна меньше примерно 70 NTU, более предпочтительно меньше примерно 50 NTU, а наиболее предпочтительно меньше примерно 20 NTU. Водорастворимые комплексы силикатов металлов по настоящему изобретению не могут быть выделены из водной фазы с помощью большинства технологий физического или механического разделения, таких как центрифугирование, седиментация и фильтрование.

В общих чертах объектом настоящего изобретения являются простые и экономически эффективные способы изготовления целлюлозных продуктов, таких как бумажные изделия. Способ по настоящему изобретению включает, в частности, практически одновременное добавление в целлюлозную жидкую массу (1) по меньшей мере одного соединения алюминия и (2) по крайней мере одного водорастворимого силиката. В предпочтительном варианте в качестве этого водорастворимого силиката может быть использован силикат с одновалентным катионом или водорастворимый комплекс силикатов металлов. Водорастворимым комплексом силикатов металлов может служить продукт взаимодействия силиката с одновалентным катионом с ионами двухвалентных металлов.

Кроме того, объектом настоящего изобретения являются композиции, включающие по меньшей мере одно соединение алюминия и по меньшей мере один водорастворимый силикат. Объектом настоящего изобретения являются также целлюлозные продукты, такие как бумажные изделия, которые включают по меньшей мере одно соединение алюминия и по меньшей мере один водорастворимый комплекс силикатов металлов.

По одному из вариантов выполнения настоящего изобретения его объектом является способ изготовления целлюлозных продуктов. Конкретно способ по настоящему изобретению включает практически одновременное добавление в целлюлозную жидкую массу по меньшей мере одного соединения алюминия и по крайней мере одного силиката с одновалентным катионом.

Значение молярного соотношения между соединением алюминия и силикатом с одновалентным катионом в пересчете на Аl₂О₃/SiO₃ составляет от примерно 0,1 до 10, предпочтительно от примерно 0,2 до 5, а более предпочтительно от примерно 0,5 до 2.

Примеры такого соединения алюминия включают, хотя ими их список не ограничен, квасцы, АlCl₃ (хлорид алюминия), ПАХ (полиалюминийхлорид), ПАС (полиалюминийсульфат), и/или ПАСС (полиалюминийсиликатосульфат), полиалюминийфосфат, причем предпочтительны квасцы, ПАХ и/или ПАС, а более предпочтительны квасцы и/или ПАХ.

Примеры силиката с одновалентным катионом включают, хотя ими их список не ограничен, силикат натрия, силикат калия, силикат лития и/или силикат аммония, причем предпочтительны силикат натрия и/или силикат калия, а более предпочтителен силикат натрия.

В предпочтительном варианте целлюлозная жидкая масса по настоящему изобретению может включать по меньшей мере один ион двухвалентного металла. Примеры двухвалентных металлов, которые могут быть использованы по настоящему изобретению, включают, хотя ими их список не ограничен, магний, кальций, цинк, медь, железо (II), марганец (II) и/или барий. Предпочтительные двухвалентные металлы включают магний, кальций и/или цинк. Наиболее предпочтительные двухвалентные металлы включают магний и/или кальций.

Ион двухвалентного металла дериватизируют из источника водорастворимой соли, такой как CaCl₂, MgCl₂, MgSO₄, Ca(NO₃)₂, Mg(NO₃)₂ и/или ZnSO₄, предпочтительно CaCl₂, MgCl₂ и/или ZnSO₄, а более предпочтительно СаСl₂ и/или MgCl₂.

Целлюлозные жидкие массы по настоящему изобретению могут включать наполнители, известные в данной области техники, такие как глина, диоксид титана, измельченный карбонат кальция и осажденные карбонаты кальция. Значение рН и температуру целлюлозной жидкой массы важными факторами для выполнения настоящего изобретения не считают. Пока рН и температура целлюлозной жидкой массы находятся в нормальных пределах, в частности значение рН в интервале от примерно 4 до 10, а температура от примерно 5 до 80° С, водорастворимые комплексы силикатов металлов по настоящему изобретению являются эффективными.

Когда для получения водорастворимого комплекса силикатов металлов in situ в целлюлозную жидкую массу добавляют силикат с одновалентным катионом, предпочтительная жесткость целлюлозной жидкой массы по настоящему изобретению составляет от примерно 1 до 600 ч./млн (частей на миллион) Са эквивалента, более предпочтительно от примерно 10 до 200 ч./млн Са эквивалента, а наиболее предпочтительно от примерно 20 до 100 ч./млн Са эквивалента. Если жесткость целлюлозной жидкой массы составляет от примерно 1 до 600 ч./млн Са эквивалента, силикат с одновалентным катионом в целлюлозной жидкой массе способен взаимодействовать с ионами двухвалентных металлов с образованием водорастворимого комплекса силикатов металлов по настоящему изобретению.

В другом варианте способ изготовления бумажных изделий по настоящему изобретению включает, как сказано выше, практически одновременное добавление в целлюлозную жидкую массу по меньшей мере одного соединения алюминия и по крайней мере одного водорастворимого комплекса силикатов металлов.

Значение молярного соотношения между соединением алюминия и водорастворимым комплексом силикатов металлов в пересчете на Аl₂O₃/SiO₂ составляет от примерно 0,1 до 10, предпочтительно от примерно 0,2 до 5, а более предпочтительно от примерно 0,5 до 2.

Предпочтительные водорастворимые комплексы силикатов металлов по настоящему изобретению включают двухвалентный силикат по меньшей мере одного вида и по меньшей мере один силикат с одновалентным ионом.

Как отмечено выше, примеры двухвалентных силикатов, которые могут быть использованы в составе водорастворимых комплексов силикатов металлов по настоящему изобретению, включают, хотя ими их список не ограничен, силикаты щелочно-земельных металлов и переходных металлов. Так, например, двухвалентные металлы могут включать магний, кальций, цинк, медь, железо (II), марганец (II) и/или барий. Предпочтительные двухвалентные металлы включают магний, кальций и/или цинк. Наиболее предпочтительные двухвалентные металлы включают магний и/или кальций.

Предпочтительные силикаты двухвалентных металлов включают силикат магния, силикат кальция, силикат цинка, силикат меди, силикат железа, силикат марганца и/или силикат бария. Более предпочтительные силикаты двухвалентных металлов включают силикат магния, силикат кальция и/или силикат цинка. Наиболее предпочтительные силикаты двухвалентных металлов включают силикат магния и/или силикат кальция.

Примеры силикатов с одновалентными катионами, которые могут быть использованы в составе водорастворимых комплексов силикатов металлов по настоящему изобретению, включают силикаты таких одновалентных катионов, как катионы натрия, калия, лития и/или аммония. Предпочтительные одновалентные катионы включают катионы натрия и/или калия. Наиболее предпочтительный одновалентный катион представляет собой катион натрия.

Предпочтительные силикаты с одновалентными катионами включают силикат натрия, силикат калия, силикат лития и/или силикат аммония, более предпочтительные включают силикат натрия и/или силикат калия, а наиболее предпочтителен силикат натрия. Предпочтительное значение массового соотношения SiO₂/Na₂O в силикате натрия находится в интервале от примерно 2 до 4, более предпочтительно от примерно 2,8 до 3,3, а наиболее предпочтительно от примерно 3,0 до 3,5.

В предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения комплекс силикатов металлов представляет собой комплекс силиката магния и/или комплекс силиката кальция, приготовленный добавлением силиката натрия в водную композицию, содержащую ионы магния и/или кальция. Предпочтительная водная композиция водорастворимого комплекса силикатов металлов по настоящему изобретению включает SiO₂ в количестве от примерно 0,01 до 5 мас.% в пересчете на водную композицию, обладает значением молярного соотношения SiO₂/оксид одновалентного катиона, такой как Na₂O, от примерно 2 до 20, и значением молярного соотношения двухвалентный металл, например (Mg + Ca),/Si от примерно 0,001 до 0,25.

Не основываясь на какой-либо теории, полагают, что водорастворимые комплексы силикатов металлов по настоящему изобретению могут включать водорастворимые комплексы силикатов металлов, отвечающих следующей формуле:

в которой М обозначает одновалентный ион, как сказано выше, М’ обозначает атом двухвалентного металла, такого как вышеприведенные двухвалентные металлы, х в предпочтительном варианте обозначает число от примерно 2 до 4, у в предпочтительном варианте обозначает число от примерно 0,005 до 0,4, а значение у/х в предпочтительном варианте составляет от примерно 0,001 до 0,25.

Способность комплексов силикатов металлов по настоящему изобретению оставаться в растворе, т.е. стабильность комплексов силикатов металлов, имеет важное значение для достижения целей по настоящему изобретению. Так, например, стабильность имеет важное значение для усовершенствования регулирования удерживания и дренирования при изготовлении целлюлозных продуктов. В частности, осадки силикатов металлов, которые могут образовываться, проявляют низкую или отсутствие активности в отношении регулирования удерживания и дренирования. В некоторых случаях комплексы силикатов металлов образуют слабый осадок, но все еще демонстрируют приемлемую активность в отношении удерживания и дренирования, поскольку в осадок превращается незначительная часть комплексов силикатов металлов, а большинство компонентов остаются водорастворимыми. Как сказано выше, предпочтительная мутность водной композиции водорастворимого комплекса по настоящему изобретению, концентрация SiO₂ в которой составляет 0,3 мас.%, может составлять меньше примерно 70 NTU, более предпочтительная мутность равна меньше примерно 50 NTU, а наиболее предпочтительная мутность равна меньше примерно 20 NTU.

Способность комплексов силикатов металлов по настоящему изобретению оставаться в растворе, т.е. стабильность, обычно зависит от нескольких факторов. Некоторые из этих факторов включают: (1) молярное соотношение SiO₂/M₂O, (2) молярное соотношение M’/Si, (3) концентрацию SiO₂, (4) размер микрочастиц комплекса, (5) жесткость водной композиции, в которой образуются комплексы, (6) перемешивание, осуществляемое во время образования комплексов силикатов металлов, (7) рН водной композиции, (8) температуру водной композиции и (9) растворенные вещества в водной композиции. Из этих факторов самыми важными являются молярное соотношение SiO₂/M₂O и молярное соотношение M’/Si. Способность комплексов силикатов металлов оставаться в растворе зависит от взаимодействия этих факторов, как это более подробно обсуждается ниже.

Перед обсуждением переменных, которые могут повлиять на стабильность водорастворимых комплексов силикатов металлов, участвующих в процессе получения водорастворимых комплексов силикатов металлов, ниже представлено обсуждение факторов стабильности, которые являются специфическими для самих комплексов.

Предпочтительное значение молярного соотношения SiO₂/M₂O у водорастворимых комплексов силикатов металлов по настоящему изобретению, т.е. х:(1-у) для соединений, соответствующих формуле (1), находится в интервале от примерно 2 до 20, более предпочтительно от 3 до 10, а наиболее предпочтительно от примерно 3,0 до 5,0. Когда это значение оказывается слишком высоким, комплекс силикатов металлов способен образовывать осадок и терять активность. Когда это значение является слишком низким, образуется относительно небольшое количество комплекса силикатов металлов.

Предпочтительное значение молярного соотношения M’/Si у водорастворимых комплексов силикатов металлов по настоящему изобретению, т.е. у:х для соединений, соответствующих формуле (1), находится в интервале от примерно 0,001 до 0,25, предпочтительно от примерно 0,01 до 0,2, а более предпочтительно от 0,025 до 0,15. Когда это значение оказывается слишком высоким, комплекс силикатов металлов способен образовывать осадок и терять активность. Когда это значение является слишком низким, образуется относительно небольшое количество комплекса силикатов металлов.

Предполагают, что предпочтительный размер микрочастиц водорастворимых комплексов силикатов металлов по настоящему изобретению может составлять меньше примерно 200 нм, более предпочтительно от примерно 2 до 100 нм, а еще предпочтительнее от примерно 5 до 80 нм, как это определяют по динамическому рассеянию лазерного излучения при 25° С в водном растворе. Если размер частиц слишком велик, комплексы силикатов металлов обычно образуют осадок. Если размер частиц слишком мал, такие комплексы силикатов металлов обладают недостаточной флокулирующей способностью.

Кроме того, перед обсуждением переменного параметра получения водорастворимого силиката металла по настоящему изобретению, который влияет на стабильность водорастворимых комплексов по настоящему изобретению, ниже в общих чертах представлен способ получения водорастворимых комплексов силикатов металлов по настоящему изобретению.

Водорастворимые комплексы силикатов металлов по настоящему изобретению могут быть получены добавлением по меньшей мере одного силиката с одновалентным катионом в водный раствор, содержащий ионы двухвалентных металлов. Когда по меньшей мере один силикат с одновалентным катионом смешивают с водным раствором, содержащим ионы двухвалентных металлов, во время перемешивания силикатов с одновалентными катионами и водного раствора водорастворимые комплексы силикатов металлов образуются самопроизвольно.

По другому варианту водорастворимые комплексы силикатов металлов по настоящему изобретению могут быть получены путем (1) добавления по меньшей мере одного одновалентного силиката в водный раствор и (2) одновременного или последующего добавления в водную композицию источника ионов двухвалентных металлов. В этой водной композиции силикаты с одновалентными катионами взаимодействуют с ионами двухвалентных металлов и образуют водорастворимые комплексы силикатов металлов.

Приемлемые силикаты с одновалентными катионами, используемые для получения водорастворимых комплексов силикатов металлов по настоящему изобретению, могут находиться в форме порошка или жидкости. Как отмечено выше, примеры силиката с одновалентным катионом включают, хотя ими их список не ограничен, силикат натрия, силикат калия, силикат лития и/или силикат аммония.

Также, как отмечено выше, примеры ионов двухвалентных металлов, которые могут быть использованы при получении водорастворимых комплексов силикатов металлов по настоящему изобретению, включают, хотя ими их список не ограничен, ионы щелочно-земельных металлов и переходных металлов, таких как магний, кальций, цинк, медь, железо (II), марганец (II) и/или барий.

Когда в водный раствор, содержащий ионы двухвалентных металлов, добавляют по меньшей мере один силикат с одновалентным катионом, жесткость предпочтительной водной композиции по настоящему изобретению составляет от примерно 1 до 600 ч./млн Са эквивалента, более предпочтительно от примерно 10 до 200 ч./млн Са эквивалента, а наиболее предпочтительно от примерно 20 до 100 ч./млн Са эквивалента.

Температура водного раствора равна от примерно 5 до 95° С, предпочтительно от примерно 10 до 80° С, а более предпочтительно от примерно 20 до 60° С.

Примеры водного раствора, содержащего ионы двухвалентных металлов, включают, хотя ими их список не ограничен, подсеточную воду, жесткую воду, очищенную воду и целлюлозную жидкую массу. Понятие “подсеточная вода”, которая также известна как “бункерная вода”, относится к воде, собираемой из машины для изготовления целлюлозного продукта во время изготовления целлюлозного продукта, например к воде, собираемой из бумагоделательной машины во время и после изготовления бумаги.

При выполнении настоящего изобретения в предпочтительном варианте рН подсеточной воды составляет от примерно 6 до 10, более предпочтительно от примерно 7 до 9, а наиболее предпочтительно от примерно 7,5 до 8,5. Подсеточная вода в бумагоделательной машине, как правило, является теплой, ее температура, как правило, составляет от примерно 10 до 60° С, более типично от примерно 30 до 60° С, а еще более типично от примерно 45 до 55° С.

“Жесткой водой” называют воду, содержащую существенное количество ионов металлов, таких как ионы Mg²⁺ и/или Са²⁺. Понятие “очищенная вода” относится к жесткой или мягкой воде, которую предварительно обрабатывают для повышения или понижения ее жесткости. Если жесткость воды оказывается слишком высокой, как это обсуждается ниже, некоторое количество ионов металлов могут быть блокированы или становятся дезактивированными при применении любого из методов, известных в данной области техники, такого как добавление по меньшей мере одного хелатообразователя, например этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТК), гидроксиэтилендиаминтриуксусной кислоты (ГЭДТК), винной кислоты, лимонной кислоты, глюконовой кислоты и полиакриловой кислоты. Если жесткость воды слишком низка, как это обсуждается ниже, можно добавлять ионы двухвалентных металлов. Так, например, для повышения концентрации ионов металлов и, таким образом, повышения жесткости воды можно добавлять магниевую и/или кальциевую соль. Для повышения концентрации ионов металлов в водную композицию можно добавлять, в частности, CaCl₂, MgCl₂, MgSO₄, Ca(NO₃)₂, Mg(NO₃)₂, CaSO₄ и/или ZnSO₄, предпочтительно СаСl₂, MgCl₂ и/или ZnSO₄, а более предпочтительно CaCl₂ и/или MgCl₂.

Понятие “раствор бумажной массы” относится к бумажной массе или бумажной жидкой массе в процессе изготовления бумаги. Значение рН предпочтительного раствора бумажной массы составляет от примерно 4 до 10, более предпочтительно от примерно 6 до 9, а наиболее предпочтительно от примерно 7 до 8,5. Раствор бумажной массы в бумагоделательной машине, как правило, является теплым, его температура, как правило, составляет от примерно 5 до 80° С, более типично от примерно 10 до 60° С, а еще более типично от примерно 15 до 55° С.

Принимая во внимание вышеизложенное, в процессе получения водорастворимых комплексов имеется несколько переменных параметров, которые могут повлиять на способность комплексов силикатов металлов оставаться в растворе. Эти технологические переменные включают (1) концентрацию SiO₂ в водной композиции, (2) жесткость водной композиции, (3) перемешивание, осуществляемое во время образования водорастворимых комплексов силикатов металлов, (4) рН водной композиции, (5) температуру водной композиции и (6) дополнительные растворенные вещества в водной композиции. Из этих переменных самыми важными являются концентрация SiO₂ в водной композиции и жесткость водной композиции.

Когда силикат с одновалентным катионом совмещают с ионом двухвалентного металла с получением водной композиции, включающей водорастворимые комплексы силикатов металлов по настоящему изобретению, предпочтительная концентрация SiO₂ в образовавшейся водной композиции составляет от примерно 0,01 до 5 мас.%, более предпочтительно от примерно 0,1 до 2 мас.%, а наиболее предпочтительно от примерно 0,25 до 1,5 мас.%, в пересчете на массу водной композиции. Когда это значение слишком велико, комплекс силикатов металлов способен образовывать осадок и терять активность. Когда это значение оказывается слишком низким, композиция является неэкономичной из-за потребности в большом количестве раствора.

Когда в водную композицию, содержащую силикат с одновалентным катионом, вводят ионы двухвалентных металлов, предпочтительная концентрация SiO₂ в водной композиции составляет от примерно 0,01 до 30 мас.%, более предпочтительно от примерно 0,1 до 15 мас.%, а наиболее предпочтительно от примерно 0,25 до 10 мас.%, в пересчете на массу водной композиции. Когда это значение слишком высоко, комплекс силикатов металлов способен образовывать осадок и, таким образом, терять активность (например, свойства дренирования и удерживания). Когда это значение оказывается слишком низким, композиция является неэкономичной из-за потребности в большом количестве раствора.

Когда в водную композицию, содержащую ионы двухвалентных металлов, добавляют силикат с одновалентным катионом, жесткость предпочтительной водной композиции по настоящему изобретению составляет от примерно 1 до 600 ч./млн Са эквивалента, более предпочтительно от примерно 10 до 200 ч./млн Са эквивалента, а наиболее предпочтительно от примерно 20 до 100 ч./млн Са эквивалента. Если жесткость оказывается слишком высокой, комплекс силикатов металлов может выпадать в осадок. Если жесткость оказывается слишком низкой, водорастворимый комплекс силикатов металлов может не образоваться.

Перемешивание, осуществляемое во время образования комплексов силикатов металлов, также влияет на способность комплексов силикатов металлов оставаться в растворе. Если перемешивания не осуществлять, в некоторых обстоятельствах вследствие возникновения чрезмерных концентраций возможно локальное осаждение водорастворимого комплекса по настоящему изобретению. Однако влияние перемешивания трудно определить количественно. Количественный показатель перемешивания зависит от таких факторов, как количество и вязкость раствора, размер сосуда, размер и тип вала обычной или пропеллерной мешалки, скорость вращения мешалки и т.д. Так, например, в процессе приготовления в лабораторных условиях, когда в 200-миллилитровом химическом стакане 100 мл раствора комплекса силикатов металлов перемешивают с помощью 1-дюймового вала на магнитной мешалке MIRAK (модель #L SO&3235-60, фирма Bernstead Thermolyne Corporation, 2555, Kerper Blvd., Дюбюк, шт. Айова 52004), адекватной следует считать скорость перемешивания 300 об/мин или выше. Обычно перемешивание следует производить при максимально возможной скорости настолько долго, насколько это возможно. Однако если скорость перемешивания слишком высока, это может оказаться неэкономичным из-за перерасхода энергии или может вызвать вибрацию оборудования или расслаивание раствора.

Хотя, как полагают, рН водной композиции является важным фактором для способности комплексов силикатов металлов оставаться в растворе, конкретное влияние рН до сих пор не изучено. Однако настоящее изобретение применимо, например, как было установлено, в отношении подсеточной воды. Значение рН подсеточной воды, как правило, составляет от примерно 6 до 10, более предпочтительно от примерно 7 до 9, а наиболее предпочтительно от 7,5 до 8,5.

Предпочтительная температура водной композиции равна от примерно 5 до 95° С, более предпочтительно от примерно 10 до 80, а наиболее предпочтительно от примерно 20 до 60° С. Так, например, подсеточная вода бумагоделательной машины, как правило, является теплой, ее температура, как правило, составляет от примерно 10 до 65° С, более типично от примерно 30 до 60° С, а наиболее типично от примерно 45 до 55° С. Таким образом, комплексы силикатов металлов могут образовываться при комнатной температуре. При пониженном соотношении M’/Si повышение температуры обычно ускоряет образование комплексов силикатов металлов. При повышенном соотношении M’/Si температура оказывает слабое влияние.

Другим фактором, который, как полагают, влияет на способность комплексов силикатов металлов оставаться в растворе, является присутствие в водной композиции растворенных веществ. Так, например, предполагают, что на стабильность комплексов силикатов металлов влияет, по-видимому, присутствие противоионов.

Как сказано выше, водорастворимые комплексы силикатов металлов по настоящему изобретению готовят добавлением силикатов с одновалентными катионами в водный раствор, содержащий ионы двухвалентных металлов. Силикаты с одновалентными катионами по настоящему изобретению являются водорастворимыми и могут находиться в форме порошка или жидкости. Водорастворимые комплексы силикатов металлов самопроизвольно образуются во время разбавления силикатов с одновалентными катионами в водном растворе, содержащем достаточное количество солей жесткости. Таким образом, водорастворимые комплексы силикатов металлов по настоящему изобретению находятся в жидкой форме. Процесс получения водорастворимых комплексов силикатов металлов по настоящему изобретению прост, и его проведение не требует осуществления какого-либо специального метода получения. Водорастворимые комплексы силикатов металлов по настоящему изобретению можно готовить в виде концентрата на находящемся на стороне предприятии или можно готовить на месте, например на бумажной фабрике.

В соответствии с настоящим изобретением практически одновременное добавление в целлюлозную жидкую массу по меньшей мере одного соединения алюминия и по крайней мере одного водорастворимого комплекса силикатов металлов или по меньшей мере одного силиката с одновалентным катионом приводит к заметным усовершенствованиям удерживания и дренирования при одновременном сохранении хорошего формования бумажного листа. Способ по настоящему изобретению эффективен при изготовлении бумаги, в особенности когда необходимо дренирование больших количеств воды (в частности, по меньшей мере примерно 76 фунтов/3300 кв. футов), где из-за замедленного дренирования через более толстый сырой лист возможно снижение производительности.

Обезвоживание или дренирование суспензии волокон на сетке бумагоделательной машины часто является стадией, сдерживающей достижение более высокой производительности. Результатом усиленного обезвоживания может также являться более сухой бумажный лист в прессовой и сушильной секциях, следствием чего является уменьшенное потребление водяного пара. Эта стадия в процессе изготовления бумаги является также той, которая определяет многие свойства готового листа.

Подобным же образом при осуществлении способа по настоящему изобретению уменьшаются потери наполнителей и мелочи, что, следовательно, уменьшает производственные затраты. Кроме того, осуществление способа по настоящему изобретению благодаря надлежащим дренированию и удерживанию обеспечивает также возможность формования превосходной бумаги.

В другом варианте целлюлозные продукты по настоящему изобретению могут быть изготовлены последовательным добавлением в целлюлозную жидкую массу по меньшей мере одного соединения алюминия и по крайней мере одного водорастворимого силиката. Предпочтительный водорастворимый силикат включает по меньшей мере один комплекс силикатов металлов или по крайней мере один силикат с одновалентным катионом. Значение молярного соотношения между соединением алюминия и водорастворимым силикатом в пересчете на Аl₂О₃/SiO₂ составляет от примерно 0,1 до 10, предпочтительно от примерно 0,2 до 5, а наиболее предпочтительно от примерно 0,5 до 2.

В предпочтительном варианте с целью избежать воздействия на образовавшиеся хлопья чрезмерных сдвиговых усилий в соответствии с настоящим изобретением практически одновременное или последовательное добавление в бумажную массу (1) по меньшей мере одного соединения алюминия и (2) по крайней мере одного силиката с одновалентным катионом или водорастворимого комплекса силикатов металлов осуществляют после точки последней стадии высокосдвиговой обработки, но перед напорным ящиком.

В предпочтительном варианте соединение алюминия добавляют с расходом от примерно 1 до 40 фунтов/т в пересчете на массу сухой композиции бумаги (бумажной жидкой массы), предпочтительно от примерно 2 до 20 фунтов/т SiO₂ в пересчете на массу сухой композиции бумаги, а наиболее предпочтительно от примерно 2,5 до 10 фунтов/т SiO₂ в пересчете на массу сухой композиции бумаги.

В предпочтительном варианте водорастворимый комплекс силикатов металлов или одновалентный силикат добавляют с расходом от примерно 0,1 до 20 фунтов/т SiO₂ в пересчете на массу сухой композиции бумаги (бумажной жидкой массы), предпочтительно от примерно 0,5 до 6 фунтов/т SiO₂ в пересчете на массу сухой композиции бумаги, а наиболее предпочтительно от примерно 1 до 4 фунтов/т SiO₂ в пересчете на массу сухой композиции бумаги.

Кроме того, в предпочтительном варианте в сочетании с соединением алюминия и водорастворимым силикатом по настоящему изобретению в целлюлозную жидкую массу вводят по меньшей мере одну добавку. Подходящие по настоящему изобретению добавки включают любые добавки, известные в данной области техники, такие как флокулянты, крахмалы, коагулянты, проклеивающие вещества, агенты для придания прочности во влажном состоянии, агенты для придания прочности в сухом состоянии и другие добавки, содействующие удерживанию, предпочтительно флокулянты, крахмалы и коагулянты.

Добавку в целлюлозную жидкую массу можно вводить перед или после практически одновременного введения или последовательного добавления (1) соединения алюминия и (2) одновалентного силиката или водорастворимого комплекса силикатов металлов.

Порядок введения в композицию бумаги добавки и практически одновременного или последовательного добавления (1) соединения алюминия и (2) одновалентного силиката или водорастворимого комплекса силикатов металлов решающего значения не имеет. Однако в предпочтительном варианте практически одновременное или последовательное введение (1) соединения алюминия и (2) одновалентного силиката или водорастворимого комплекса силикатов металлов в бумажную массу осуществляют после добавления флокулянта. В предпочтительном варианте добавку вводят в точке перед последней стадией высокосдвиговой обработки, в частности по месту сита под давлением и очистителей, в то время как соединение алюминия и водорастворимый комплекс силикатов металлов или одновалентный силикат одновременно или последовательно добавляют после последней стадии высокосдвиговой обработки, но перед напорным ящиком.

Когда в целлюлозную жидкую массу по настоящему изобретению вводят две или большее число добавок, предпочтительными добавками являются флокулянт и крахмал. Крахмал можно добавлять в целлюлозную жидкую массу перед или после флокулянта. В предпочтительном варианте крахмал добавляют перед флокулянтом.

Когда в сочетании с по меньшей мере одним флокулянтом и/или крахмалом в целлюлозную жидкую массу добавляют коагулянт, этот коагулянт можно вводить перед или после флокулянта и/или крахмала.

В соответствии с настоящим изобретением флокулянтом может служить либо катионоактивный, либо анионоактивный, либо практически неионогенный полимер. Предпочтительным флокулянтом является катионоактивный полимер.

Примеры катионоактивных флокулянтов включают, хотя ими их список не ограничен, гомополимеры и сополимеры, содержащие звенья по меньшей мере одного катионоактивного мономера, выбранного из по меньшей мере одного из следующих соединений: диметиламиноэтилметакрилат (ДМАЭМ), диметиламиноэтилакрилат (ДМАЭА), метакрилоилоксиэтилтриметиламмонийхлорид (МЭТАХ), диметиламинопропилметакрилат(ДМАПМА), метакриламидопропилтриметиламмонийхлорид (МАПТАХ), диметиламинопропилакриламид (ДМАПАА), акрилоилоксиэтилтриметиламмонийхлорид (АЭТАХ), диметаминоэтилстирол, (п-винилбензил)триметиламмонийхлорид, 2-винилпиридин, 4-винилпиридин, виниламин и т.п. Так, например, катионоактивным флокулянтом может служить сополимер катионоактивного полиакриламида.

Предпочтительная молекулярная масса катионоактивного флокулянта составляет от по меньшей мере примерно 500000 при предпочтительном интервале от примерно 2000000 до 15000000, более предпочтительно от примерно 4000000 до 12000000, а наиболее предпочтительно от примерно 5000000 до 10000000.

Предпочтительная степень замещения катионными группами катионоактивного флокулянта составляет по меньшей мере примерно 1 мольный % при предпочтительном интервале от примерно 5 до 50 мольных %, а еще более предпочтительно от примерно 10 до 30 мольных %.

Предпочтительная плотность потенциального заряда катионоактивного флокулянта составляет от 0,1 до 4 мэкв./г, более предпочтительно от примерно 0,5 до 3 мэкв./г, а наиболее предпочтительно от примерно 1 до 2,5 мэкв./г.

При осуществлении способа изготовления целлюлозных продуктов по настоящему изобретению предпочтительный расход катионоактивного флокулянта составляет от примерно 0,1 до 4 фунтов/т, более предпочтительно от примерно 0,2 до 2 фунтов/т, а наиболее предпочтительно от примерно 0,25 до 1 фунта/т, в пересчете на основное вещество флокулянта и массу сухого целлюлозного волокна.

Приемлемые по настоящему изобретению анионоактивные флокулянты могут представлять собой гомополимеры или сополимеры, включающие звенья анионоактивных мономеров, выбранных из следующих соединений: акрилат, метакрилат, малеат, итаконат, сульфонат, фосфонат и т.п. Так, например, анионоактивным флокулянтом может служить сополимер анионоактивного полиакриламида.

Предпочтительная молекулярная масса анионоактивных флокулянтов по настоящему изобретению составляет по меньшей мере примерно 500000 при предпочтительном интервале от примерно 5000000 до 20000000, а более предпочтительно от примерно 8000000 до 15000000.

Предпочтительная степень замещения анионными группами анионоактивного флокулянта составляет по меньшей мере примерно 1 мольный % при предпочтительном интервале от примерно 10 до 60 мольных %, более предпочтительно от примерно 15 до примерно 50 мольных %.

Предпочтительная плотность потенциального заряда анионоактивного флокулянта составляет от 1 до 20 мэкв./г, более предпочтительно от примерно 2 до 8 мэкв./г, а наиболее предпочтительно от примерно 2,5 до 6 мэкв./г.

При осуществлении способа изготовления целлюлозных продуктов по настоящему изобретению предпочтительный расход анионоактивного флокулянта составляет от примерно 0,1 до 4 фунтов/т, более предпочтительно от примерно 0,2 до 2 фунтов/т, а наиболее предпочтительно от примерно 0,25 до 1 фунта/т, в пересчете на основное вещество флокулянта и массу сухого целлюлозного волокна.

Примеры практически неионогенных флокулянтов по настоящему изобретению включают, хотя ими их список не ограничен, полиакриламид, поли(этиленоксид), поливиниловый спирт и поли(винилпирролидинон), предпочтительно полиакриламид, поли(этиленоксид) и поливиниловый спирт, а более предпочтительно полиакриламид и поли(этиленоксид).

Предпочтительная молекулярная масса практически неионогенного флокулянта составляет по меньшей мере примерно 500000 при предпочтительном интервале от примерно 1000000 до 10000000, более предпочтительно от примерно 2000000 до 8000000.

При осуществлении способа изготовления целлюлозных продуктов по настоящему изобретению предпочтительный расход практически неионогенного флокулянта составляет от примерно 0,2 до 4 фунтов/т, более предпочтительно от примерно 0,5 до 2 фунтов/т, в пересчете на основное вещество флокулянта и массу сухого целлюлозного волокна.

Как сказано выше, в целлюлозную жидкую массу по настоящему изобретению можно также добавлять катионоактивный крахмал, включающий амфотерный крахмал. В предпочтительном варианте в процессе изготовления целлюлозных продуктов в качестве добавки для придания прочности во влажном состоянии или сухом состоянии используют катионоактивный крахмал. Предпочтительная степень замещения катионным зарядом в катионоактивном крахмале по настоящему изобретению составляет по меньшей мере примерно 0,01 при предпочтительном интервале от примерно 0,01 до 1, более предпочтительно от примерно 0,1 до 0,5. Катионоактивный крахмал может быть дериватизирован из самых разнообразных растений, таких как картофель, кукуруза, кукуруза восковой спелости, пшеница и рис.

Предпочтительная молекулярная масса крахмала составляет от примерно 1000000 до 5000000, более предпочтительно от примерно 1500000 до 4000000, а наиболее предпочтительно от примерно 2000000 до 3000000.

По настоящему изобретению крахмал можно добавлять в целлюлозную жидкую массу в точке перед или после введения флокулянта, предпочтительно перед добавлением водорастворимого силиката по настоящему изобретению. Предпочтительный расход крахмала составляет от примерно 1 до 50 фунтов/т, более предпочтительно от примерно 5 до 20 фунтов/т, в пересчете на массу сухого целлюлозного волокна.

Другой добавкой, которую можно вводить в целлюлозную жидкую массу по настоящему изобретению, является коагулянт. Примеры коагулянтов по настоящему изобретению включают, хотя ими их список не ограничен, неорганические коагулянты, такие как квасцы или аналогичные материалы, такие как хлорид алюминия, полиалюминийхлорид (ПАХ), полиалюминийсульфат (ПАС) и полиалюминийсульфатосиликат (ПАСС), а также органические коагулянты, такие как полиамины, поли(диаллилдиметиламмонийхлорид), полиэтиленимин, поливиниламин и т.п., предпочтительно неорганические коагулянты, а более предпочтительно квасцы или аналогичные материалы.

Предпочтительная молекулярная масса органического коагулянта составляет от примерно 1000 до 1000000, более предпочтительно от примерно 2000 до 750000, еще более предпочтительно от примерно 5000 до 500000.

Коагулянт по настоящему изобретению можно вводить в целлюлозную жидкую массу в точке перед или после введения флокулянта, предпочтительно перед добавлением водорастворимого силиката по настоящему изобретению. Предпочтительный расход неорганического коагулянта составляет от примерно 1 до 30 фунтов/т, более предпочтительно от примерно 5 до 20 фунтов/т в пересчете на массу сухого целлюлозного волокна. Предпочтительный расход органического коагулянта составляет от примерно 0,1 до 5 фунтов/т, более предпочтительно от примерно 0,5 до 2 фунтов/т.

Бумажные изделия, изготовляемые согласно способу по настоящему изобретению, характеризуются превосходными качествами бумаги. Бумажные изделия, изготовленные в результате осуществления способов по настоящему изобретению, включают целлюлозное волокно, по меньшей мере одно соединение алюминия и по меньшей мере один водорастворимый комплекс силикатов металлов.

Как сказано выше, целлюлозные продукты по настоящему изобретению изготавливают путем практически одновременного или последовательного добавления в целлюлозную жидкую массу по меньшей мере одного соединения алюминия и по меньшей мере одного водорастворимого силиката. Предпочтительный водорастворимый силикат включает по меньшей мере один силикат с одновалентным катионом и комплекс силикатов двухвалентных металлов.

Также, как сказано выше, соединение алюминия и водорастворимый силикат можно добавлять раздельно или совместно в форме смеси. Таким образом, объектом настоящего изобретения является также композиция для изготовления целлюлозных продуктов, включающих по меньшей мере одно соединение алюминия и по меньшей мере один водорастворимый силикат. Целлюлозный продукт по настоящему изобретению включает целлюлозное волокно, по меньшей мере одно соединение алюминия и по меньшей мере один осадок водорастворимого комплекса силикатов металлов. Предпочтительное количество соединения алюминия в целлюлозном продукте может составлять от примерно 100 до 5000 ч./млн Аl₂О₃, более предпочтительно от примерно 200 до 2000 ч./млн Аl₂О₃, а наиболее предпочтительно от примерно 500 до 1000 ч./млн Аl₂O₃, а количество водорастворимого комплекса силикатов металлов в целлюлозном продукте может составлять от примерно 50 до 10000 ч./млн SiO₂, более предпочтительно от примерно 250 до 3000 ч./млн SiО₂, а наиболее предпочтительно от примерно 500 до 2000 ч./млн SiO₂.

Когда бумажные изделия изготавливают путем практически одновременного или последовательного добавления в целлюлозную жидкую массу по меньшей мере одного соединения алюминия и по меньшей мере одного силиката с одновалентным катионом, водорастворимый комплекс силикатов металлов может образовываться, если целлюлозная жидкая масса содержит по меньшей мере один двухвалентный ион и характеризуется жесткостью от примерно 1 до 600 ч./млн кальциевого эквивалента.

Также, как сказано выше, целлюлозная жидкая масса включает целлюлозные волокна, наполнители и другие компоненты, которые известны в данной области техники как используемые в процессе изготовления бумаги, такие как глина, диоксид титана, измельченный карбонат кальция и осажденный карбонат кальция. После практически одновременного или последовательного добавления в целлюлозную жидкую массу (1) по меньшей мере одного соединения алюминия и (2) по крайней мере одного водорастворимого комплекса силикатов металлов или силиката с одновалентным катионом и необязательно введения по меньшей мере одной добавки эту целлюлозную жидкую массу наносят на сетку бумагоделательной машины, дренируют, сушат и прессуют с получением готового бумажного изделия по любому методу, известному в данной области техники.

В результате осуществления способов по настоящему изобретению достигаются заметные улучшения удерживания и дренирования при одновременном сохранении хорошего формования целлюлозных продуктов. Согласно способам по настоящему изобретению изготавливают высококачественные целлюлозные продукты.

Способ изготовления бумажных изделий по настоящему изобретению эффективен при изготовлении бумаги. Осуществление способов по настоящему изобретению обеспечивает повышение показателя удерживания тонкодисперсных твердых частиц композиции бумаги во время турбулентного процесса дренирования и формования бумажного полотна. Без соответствующего удерживания тонкодисперсных твердых частиц они либо теряются с технологической сточной водой, либо накапливаются до высокой концентрации в рециркуляционном контуре для оборотной воды, вызывая рост потенциальных отложений и ухудшая дренирование в бумагоделательной машине. Кроме того, неудовлетворительное удерживание тонкодисперсных твердых частиц увеличивает затраты производителя бумаги вследствие потерь добавок, предназначенных для адсорбции на волокне для придания бумаге соответствующих свойств непрозрачности, прочности и проклейки.

Можно предположить, что, пользуясь предыдущим описанием, специалист в данной области техники способен наилучшим образом применить настоящее изобретение без дополнительных уточнений.

Следовательно, следующие предпочтительные конкретные варианты выполнения необходимо воспринимать как просто иллюстративные, а не ограничивающие каким-либо образом остальную часть описания.

ПРИМЕРЫ

Приведенные ниже примеры посвящены способам изготовления бумажных изделий по настоящему изобретению, которые включают добавление в бумажную массу соединения алюминия и силиката металла. При осуществлении способов по настоящему изобретению вводят также добавки, такие как флокулянт и крахмал. Осуществление способов по настоящему изобретению обеспечивает улучшение показателей дренирования и удерживания при изготовлении бумаги.

В следующих примерах соединением алюминия служат квасцы. Используемые квасцы представляют собой жидкий сульфат алюминия, включающий 48,5 мас.% сухого твердого Аl₂(SO₄)₃· 14Н₂O (получен от фирмы General Chemical Corporation, 90 East Halsey Road, Парсиппани, шт. Нью-Джерси 07054).

Силикат натрия, использованный в следующих примерах, представляет собой продукт Sodium Silicate О, который выпускают на фирме PQ Corporation (P.O.Box 840, Велли-Фордж, шт. Пенсильвания 19482-0840). Он включает 29,5 мас.% SiO₂ и характеризуется значением массового соотношения SiO₂/Na₂O 3,22.

Концентрация композиции бумаги, используемой в примерах, составляет 0,3 мас.%, она включает 80 мас.% волокон и 20 мас.% осажденного карбоната кальция (ОКК) в качестве наполнителя от общей массы сухой композиции бумаги. Волокна, используемые в составе композиции бумаги, представляют собой смесь целлюлозы из древесины лиственных пород/древесины хвойных пород в соотношении 70/30. Волокном из древесины лиственных пород служит беленая техническая целлюлоза St. Croix Northern Hardwood, изготовленная на фирме Ekman and Company (STE 4400, 200 S. Biscayne Blvd., Майами, шт.Флорида 33130). Волокном из древесины хвойных пород служит беленая техническая целлюлоза Georgianier Softwood, изготовленная на фирме Rayonier (4470 Savanna HWY, Джессап, шт.Джорджия). ОКК представляет собой продукт Albacar 5970, выпускаемый фирмой Specialty Minerals (230 Columbia Street, Адаме, шт.Миннесота 01220).

Температура бумажной массы составляет от 21 до 25° С. Значение рН бумажной массы равно от 7,5 до 9. Количество бумажной массы, используемой в примерах, составляет меньше 1000 л. Добавками, используемыми в приведенных ниже примерах, служат катионоактивный крахмал, коагулянт и флокулянт. В качестве катионоактивного крахмала используют продукт Sta-Lok 600^ТМ (выпускают на фирме A.E.Staley Manufacturing Company). Коагулянтом служат квасцы. Эти квасцы также представляют собой жидкий сульфат алюминия, включающий 48,5 мас.% сухого твердого Al₂(SO₄)₃· 14H₂O (выпускают на фирме General Chemical Corporation, 90 East Halsey Road, Парсиппани, шт. Нью-Джерси 07054).

По природе флокулянты являются либо катионоактивными, либо анионоактивными. Катионоактивный флокулянт представляет собой катионоактивный модифицированный полиакриламид (КМПА), обладающий молекулярной массой примерно 6000000 и катионным зарядом 10 мольных %. КМПА служит продукт PC 8695, выпускаемый на фирме Hercules Incorporated (Уилмингтон, шт.Делавэр). Анионоактивный флокулянт представляет собой анионоактивный модифицированный полиакриламид (АМПА), обладающий молекулярной массой примерно 20000000 и анионным зарядом примерно 30 мольных %. АМПА служит продукт РА 8130, выпускаемый на фирме Hercules Incorporated (Уилмингтон, шт.Делавэр).

Единицами, используемыми для определения количества добавок в следующих примерах, служат #/т (фунтов/тонну) в пересчете на массу сухой бумажной композиции. Количество используемых крахмала и квасцов определяют в пересчете на сухой продукт. Количество используемых катионоактивного и анионоактивного флокулянтов определяют в пересчете на основное сухое вещество. Количество используемых силикатов металлов определяют в пересчете на массу сухого SiO₂ или на массу сухого силиката натрия.

Во всех случаях, если не указано иное, введение каждой добавки, квасцов и силиката натрия в бумажную массу производят в следующем порядке: катионоактивный крахмал, квасцы (как коагулянт), флокулянт и испытываемые материалы. Время смешения для введения катионоактивного крахмала и квасцов составляет 10 с.

После введения в бумажную композицию по меньшей мере одной добавки и/или квасцов, и/или силиката натрия бумажную композицию переносят в канадский стандартный прибор для определения степени помола (КСП) с тем, чтобы можно было определить показатель дренирования. Испытание на дренирование в КСП проводят смешением 1000 мл бумажной композиции с разными добавками, включая предусмотренные для испытания силикаты металлов, в химическом стакане квадратного сечения при комнатной температуре (если не указана конкретная) и скорости вращения мешалки 1200 об/мин.

Представленные ниже примеры с 1 по 8 посвящены испытаниям на дренирование бумажной композиции. Результаты примеров с 1 по 8 показаны ниже в таблице 1.

Пример 1

В этом примере в бумажную композицию последовательно добавляют 10 #/т катионоактивного крахмала, 5 #/т квасцов и 1 #/т КМПА. Бумажную композицию переносят в прибор КСП с тем, чтобы определить показатели дренирования.

Пример 2

Введением 0,77 г жидких квасцов в 99,23 г деионизированной воды эти квасцы разбавляют до содержания сухого вещества 0,375 мас.%. 5 #/т разбавленных квасцов добавляют в бумажную композицию.

После этого в бумажную композицию последовательно добавляют 10 #/т катионоактивного крахмала, 1 #/т КМПА и 5 #/т квасцов. Бумажную композицию переносят в прибор КСП с тем, чтобы определить показатели дренирования.

Пример 3

Введением 0,51 г жидкого продукта Sodium Silicate О в 99,49 г деионизированной воды этот продукт Sodium Silicate О разбавляют до содержания SiO₂ 0,15 мас.%. 1 #/т разбавленного продукта Sodium Silicate О добавляют в предварительно обработанную бумажную композицию. Бумажную композицию предварительно обрабатывают последовательным добавлением в эту бумажную композицию 10 #/т катионоактивного крахмала, 5 #/т квасцов и 1 #/т КМПА. Бумажную композицию переносят в прибор КСП с тем, чтобы определить показатели дренирования.

Пример 4

Введением 1,02 г жидкого продукта Sodium Silicate О в 98,98 г деионизированной воды этот продукт Sodium Silicate О разбавляют до содержания SiO₂ 0,3 мас.%. 2 #/т разбавленного продукта Sodium Silicate О добавляют в предварительно обработанную бумажную композицию. Бумажную композицию предварительно обрабатывают последовательным добавлением в эту бумажную композицию 10 #/т катионоактивного крахмала, 5 #/т квасцов и 1#/т КМПА. Бумажную композицию переносят в прибор КСП с тем, чтобы определить показатели дренирования.

Пример 5

Введением 0,51 г жидкого продукта Sodium Silicate О в 99,49 г деионизированной воды этот продукт Sodium Silicate О разбавляют до содержания SiO₂ 0,15 мас.%.

Введением 0,77 г жидких квасцов в 99,23 г деионизированной воды эти квасцы разбавляют до содержания сухого вещества 0,375 мас.%.

1 #/т разбавленного продукта Sodium Silicate О и 5 #/т разбавленных квасцов одновременно добавляют в предварительно обработанную бумажную композицию. Бумажную композицию предварительно обрабатывают последовательным добавлением в эту бумажную композицию 10 #/т катионоактивного крахмала, 5 #/т квасцов и 1 #/т КМПА. Бумажную композицию переносят в прибор КСП с тем, чтобы определить показатели дренирования.

Пример 6

Введением 1,02 г жидкого продукта Sodium Silicate О в 98,98 г деионизированной воды этот продукт Sodium Silicate О разбавляют до содержания SiO₂ 0,3 мас.%.

Введением 0,77 г жидких квасцов в 99,23 г деионизированной воды эти квасцы разбавляют до содержания сухого вещества 0,375 мас.%.

2 #/т разбавленного продукта Sodium Silicate О и 5 #/т разбавленных квасцов одновременно добавляют в предварительно обработанную бумажную композицию. Бумажную композицию предварительно обрабатывают последовательным добавлением в эту бумажную композицию 10 #/т катионоактивного крахмала, 5 #/т квасцов и 1 #/т КМПА. Бумажную композицию переносят в прибор КСП с тем, чтобы определить показатели дренирования.

Пример 7

Введением 0,51 г жидкого продукта Sodium Silicate О в 99,49 г деионизированной воды этот продукт Sodium Silicate О разбавляют до содержания SiO₂ 0,15 мас.%.

Введением 0,77 г жидких квасцов в 99,23 г деионизированной воды эти квасцы разбавляют до содержания сухого вещества 0,375 мас.%.

1 #/т разбавленного продукта Sodium Silicate О и 10 #/т разбавленных квасцов одновременно добавляют в предварительно обработанную бумажную композицию. Бумажную композицию предварительно обрабатывают последовательным добавлением в эту бумажную композицию 10 #/т катионоактивного крахмала, 5 #/т квасцов и 1 #/т КМПА. Бумажную композицию переносят в прибор КСП с тем, чтобы определить показатели дренирования.

Пример 8

Введением 1,02 г жидкого продукта Sodium Silicate О в 98,98 г деионизированной воды этот продукт Sodium Silicate О разбавляют до содержания SiO₂ 0,3 мас.%.

Введением 0,77 г жидких квасцов в 99,23 г деионизированной воды эти квасцы разбавляют до содержания сухого вещества 0,375 мас.%.

2 #/т разбавленного продукта Sodium Silicate О и 10 #/т разбавленных квасцов одновременно добавляют в предварительно обработанную бумажную композицию. Бумажную композицию предварительно обрабатывают последовательным добавлением в эту бумажную композицию 10 #/т катионоактивного крахмала, 5 #/т квасцов и 1 #/т КМПА. Бумажную композицию переносят в прибор КСП с тем, чтобы определить показатели дренирования.

Данные таблицы 1 показывают, что одновременное добавление в бумажную композицию силиката натрия и квасцов (примеры с 5 по 10) обеспечивает более высокий показатель дренирования, чем являющееся продолжением добавление в бумажную композицию либо продукта Sodium Silicate О, либо квасцов (примеры со 2 по 4).

Конкретно, когда в контрольном примере (пример 1) в композицию последовательно вводят только добавки, показатель дренирования составляет 453 мл. Когда в сравнительных примерах (примеры со 2 по 4) в композицию в качестве продолжения вводят либо продукт Sodium Silicate О, либо квасцы и добавки, показатель дренирования составляет от 510 до 550 мл, что на 57-97 мл превышает показатель дренирования в контрольном примере. Таким образом, когда используют либо продукт Sodium Silicate О, либо квасцы, показатель дренирования возрастает.

Когда в примерах с 5 по 8 продукт Sodium Silicate О и квасцы добавляют одновременно (с последующим последовательным введением добавок), показатель дренирования составляет от 573 до 665 мл, что превышает на 120-212 мл показатель дренирования в контрольном примере. Таким образом, когда продукт Sodium Silicate О и квасцы добавляют в композицию одновременно, происходит заметное улучшение показателя дренирования.

Представленные ниже примеры с 9 по 11 посвящены испытаниям на дренирование бумажной композиции. Результаты примеров с 9 по 11 показаны ниже в таблице 2.

Пример 9

Введением 0,51 г жидкого продукта Sodium Silicate О в 99,49 г деионизированной воды этот продукт Sodium Silicate О разбавляют до содержания SiO₂ 0,15 мас.%.

1 #/т разбавленного продукта Sodium Silicate О добавляют в предварительно обработанную бумажную композицию. Бумажную композицию предварительно обрабатывают последовательным добавлением в эту бумажную композицию 10 #/т катионоактивного крахмала, 10 #/т квасцов и 1 #/т КМПА. Бумажную композицию переносят в прибор КСП с тем, чтобы определить показатели дренирования.

Пример 10

Введением 0,51 г жидкого продукта Sodium Silicate О в 99,49 г деионизированной воды этот продукт Sodium Silicate О разбавляют до содержания SiO₂ 0,15 мас.%.

Введением 0,77 г жидких квасцов в 99,23 г деионизированной воды эти квасцы разбавляют до содержания сухого вещества 0,375 мас.%.

1 #/т разбавленного продукта Sodium Silicate О и 5 #/т разбавленных квасцов одновременно добавляют в предварительно обработанную бумажную композицию. Бумажную композицию предварительно обрабатывают последовательным добавлением в эту бумажную композицию 10 #/т катионоактивного крахмала, 5 #/т квасцов и 1 #/т КМПА. Бумажную композицию переносят в прибор КСП с тем, чтобы определить показатели дренирования.

Пример 11

Введением 0,51 г жидкого продукта Sodium Silicate О в 99,49 г деионизированной воды этот продукт Sodium Silicate О разбавляют до содержания SiO₂ 0,15 мас.%.

Введением 0,77 г жидких квасцов в 99,23 г деионизированной воды квасцы разбавляют до содержания сухого вещества 0,375 мас.%.

1 #/т разбавленного продукта Sodium Silicate О и 10 #/т разбавленных квасцов одновременно добавляют в предварительно обработанную бумажную композицию. Бумажную композицию предварительно обрабатывают последовательным добавлением в эту бумажную композицию 10 #/т катионоактивного крахмала и 1 #/т КМПА. Бумажную композицию переносят в прибор КСП с тем, чтобы определить показатели дренирования.

Данные таблицы 2 показывают, что одновременное добавление в бумажную композицию силиката натрия и квасцов (примеры 10 и 11) обеспечивает более высокий показатель дренирования, чем являющееся продолжением добавление в бумажную композицию либо продукта Sodium Silicate О, либо квасцов (пример 9).

Конкретно, когда в сравнительном примере (пример 9) в композицию в качестве продолжения вводят только продукт Sodium Silicate О и добавки, показатель дренирования составляет 540 мл. Когда в примерах 10 и 11 продукт Sodium Silicate O и квасцы добавляют одновременно (с последующим последовательным введением добавок), показатель дренирования составляет от 573 до 600 мл, что на 33-60 мл больше, чем в сравнительном примере. Таким образом, когда продукт Sodium Silicate О и квасцы добавляют в композицию одновременно, происходит заметное улучшение показателя дренирования. Данные таблицы 2 ясно показывают, что одновременное добавление квасцов и силиката натрия обеспечивает более высокий показатель дренирования, чем в случаях, в которых квасцы полностью или часть квасцов добавляют в бумажную композицию отдельно от силиката натрия.

Представленные ниже примеры с 12 по 15 посвящены испытаниям на дренирование бумажной композиции. Результаты примеров с 12 по 15 показаны ниже в таблице 3.

Пример 12

В бумажную композицию последовательно добавляют 10 #/т катионоактивного крахмала и 5 #/т квасцов. Далее бумажную композицию переносят в прибор КСП с тем, чтобы определить показатели дренирования.

Пример 13

Бумажную композицию предварительно обрабатывают последовательным добавлением в эту бумажную композицию 10 #/т катионоактивного крахмала и 5 #/т квасцов.

Введением 0,77 г жидких квасцов в 99,23 г деионизированной воды квасцы разбавляют до содержания сухого вещества 0,375 мас.%.

В дальнейшем в предварительно обработанную бумажную композицию добавляют 5 #/т разбавленных квасцов.

Далее бумажную композицию переносят в прибор КСП с тем, чтобы определить показатели дренирования.

Пример 14

Бумажную композицию предварительно обрабатывают последовательным добавлением в эту бумажную композицию 10 #/т катионоактивного крахмала и 5 #/т квасцов.

Добавлением 1,02 г жидкого продукта Sodium Silicate О в 98,98 г раствора Ca/Mg готовят комплекс силикатов Ca/Mg, содержащий 0,3 мас.% SiO₂ и характеризующийся значением молярного соотношения (Са + Mg)/Si 0,035. Затем раствор перемешивают в течение примерно 30 мин и оставляют стоять в течение примерно 3 ч. Жесткость воды Ca/Mg раствора составляет 68 ч./млн Са эквивалента.

В предварительно обработанную бумажную композицию добавляют 2 #/т комплекса силикатов Ca/Mg.

Далее бумажную композицию переносят в прибор КСП с тем, чтобы определить показатели дренирования.

Пример 15

Бумажную композицию предварительно обрабатывают последовательным добавлением в эту бумажную композицию 10 #/т катионоактивного крахмала и 5 #/т квасцов.

Добавлением 1,02 г жидкого продукта Sodium Silicate О в 98,98 г раствора Ca/Mg готовят комплекс силикатов Ca/Mg, содержащий 0,3 мас.% SiO₂ и характеризующийся значением молярного соотношения (Са + Mg)/Si 0,035. Затем раствор перемешивают в течение примерно 30 мин и оставляют стоять в течение примерно 3 ч. Жесткость воды Ca/Mg раствора составляет 68 ч./млн Са эквивалента.

Введением 0,77 г жидких квасцов в 99,23 г деионизированной воды квасцы разбавляют до содержания сухого вещества 0,375 мас.%.

В бумажную композицию одновременно добавляют 2 #/т комплекса силикатов Ca/Mg и 5 #/т разбавленных квасцов.

Далее бумажную композицию переносят в прибор КСП с тем, чтобы определить показатели дренирования.

Данные таблицы 3 показывают, что одновременное добавление в бумажную композицию силиката натрия и квасцов (пример 15) обеспечивает более высокий показатель дренирования, чем являющееся продолжением добавление в бумажную композицию либо комплексов силикатов Ca/Mg, либо квасцов (примеры 13 и 14).

Конкретно, когда в контрольном примере (пример 12) в композицию последовательно вводят только добавки, показатель дренирования составляет 428 мл. Когда в сравнительных примерах (примеры 13 и 14) в композицию в качестве продолжения добавляют либо комплексы силикатов Ca/Mg, либо квасцы и добавки, показатели дренирования составляют соответственно 488 и 515 мл, что на 60-87 мл больше, чем в контрольном примере. Таким образом, когда добавляют либо комплексы силикатов Ca/Mg, либо квасцы, показатели дренирования возрастают.

Когда в примере 15 комплексы силикатов Ca/Mg и квасцы добавляют одновременно (с последующим последовательным введением добавок), показатель дренирования составляет 570 мл, что на 142 мл больше, чем в контрольном примере. Таким образом, когда комплексы силикатов Ca/Mg и квасцы добавляют в композицию одновременно, происходит заметное улучшение показателя дренирования.

Представленные ниже примеры с 16 по 19 посвящены испытаниям на дренирование бумажной композиции. Результаты примеров с 16 по 19 показаны ниже в таблице 4.

Пример 16

В бумажную композицию последовательно добавляют 10 #/т катионоактивного крахмала, 5 #/т квасцов и 0,25 #/т АМПА.

Далее бумажную композицию переносят в прибор КСП с тем, чтобы определить показатели дренирования.

Пример 17

Бумажную композицию предварительно обрабатывают последовательным добавлением в эту бумажную композицию 10 #/т катионоактивного крахмала, 5 #/т квасцов и 0,25 #/т АМПА.

Введением 0,77 г жидких квасцов в 99,23 г деионизированной воды квасцы разбавляют до содержания сухого вещества 0,375 мас.%.

В дальнейшем в предварительно обработанную бумажную композицию добавляют 5 #/т разбавленных квасцов.

Далее бумажную композицию переносят в прибор КСП с тем, чтобы определить показатели дренирования.

Пример 18

Бумажную композицию предварительно обрабатывают последовательным добавлением в эту бумажную композицию 10 #/т катионоактивного крахмала, 5 #/т квасцов и 0,25 #/т АМПА.

Добавлением 1,02 г жидкого продукта Sodium Silicate О в 98,98 г раствора Ca/Mg готовят комплекс силикатов Ca/Mg, содержащий 0,3 мас.% SiO₂ и характеризующийся значением молярного соотношения (Са + Mg)/Si 0,035. Затем раствор перемешивают в течение примерно 30 мин и оставляют стоять в течение примерно 3 ч. Жесткость воды Ca/Mg раствора составляет 68 ч./млн Са эквивалента.

В предварительно обработанную бумажную композицию добавляют 2 #/т комплекса силикатов Ca/Mg.

Далее бумажную композицию переносят в прибор КСП с тем, чтобы определить показатели дренирования.

Пример 19

Бумажную композицию предварительно обрабатывают последовательным добавлением в эту бумажную композицию 10 #/т катионоактивного крахмала, 5 #/т квасцов и 0,25 #/т АМПА.

Добавлением 1,02 г жидкого продукта Sodium Silicate О в 98,98 г раствора Ca/Mg готовят комплекс силикатов Ca/Mg, содержащий 0,3 мас.% SiO₂ и характеризующийся значением молярного соотношения (Са + Mg)/Si 0,035. Затем раствор перемешивают в течение примерно 30 мин и оставляют стоять в течение примерно 3 ч. Жесткость воды Ca/Mg раствора составляет 68 ч./млн Са эквивалента.

Введением 0,77 г жидких квасцов в 99,23 г деионизированной воды квасцы разбавляют до содержания сухого вещества 0,375 мас.%.

В бумажную композицию одновременно добавляют 2 #/т комплекса силикатов Ca/Mg и 5 #/т разбавленных квасцов.

Далее бумажную композицию переносят в прибор КСП с тем, чтобы определить показатели дренирования.

Данные таблицы 4 показывают, что одновременное добавление в бумажную композицию силиката натрия и квасцов (пример 19) обеспечивает более высокий показатель дренирования, чем являющееся продолжением добавление в бумажную композицию либо комплексов силикатов Ca/Mg, либо квасцов (примеры 17 и 18).

Конкретно, когда в контрольном примере (пример 16) в композицию последовательно вводят только добавки, показатель дренирования составляет 490 мл. Когда в сравнительных примерах (примеры 17 и 18) в композицию в качестве продолжения добавляют либо комплексы силикатов Ca/Mg, либо квасцы и добавки, показатели дренирования составляют соответственно 525 и 543 мл, что на 35-53 мл больше, чем в контрольном примере. Таким образом, когда добавляют либо комплексы силикатов Ca/Mg, либо квасцы, показатели дренирования возрастают.

Когда в примере 19 в предварительно обработанную бумажную композицию комплексы силикатов Ca/Mg и квасцы добавляют одновременно, показатель дренирования составляет 575 мл, что на 85 мл больше, чем в контрольном примере. Таким образом, когда комплексы силикатов Ca/Mg и квасцы добавляют в композицию одновременно, происходит заметное улучшение показателя дренирования.

Представленные ниже примеры с 20 по 23 посвящены испытаниям на дренирование бумажной композиции. Результаты примеров с 20 по 23 показаны ниже в таблице 5.

Пример 20

В бумажную композицию последовательно добавляют 10 #/т катионоактивного крахмала, 5 #/т квасцов и 0,5 #/т АМПА.

Далее бумажную композицию переносят в прибор КСП с тем, чтобы определить показатели дренирования.

Пример 21

Бумажную композицию предварительно обрабатывают последовательным добавлением в эту бумажную композицию 10 #/т катионоактивного крахмала, 5 #/т квасцов и 0,5 #/т АМПА.

Введением 0,77 г жидких квасцов в 99,23 г деионизированной воды квасцы разбавляют до содержания сухого вещества 0,375 мас.%.

В дальнейшем в предварительно обработанную бумажную композицию добавляют 5 #/т разбавленных квасцов.

Далее бумажную композицию переносят в прибор КСП с тем, чтобы определить показатели дренирования.

Пример 22

Бумажную композицию предварительно обрабатывают последовательным добавлением в эту бумажную композицию 10 #/т катионоактивного крахмала, 5 #/т квасцов и 0,5 #/т АМПА.

Добавлением 1,02 г жидкого продукта Sodium Silicate О в 98,98 г раствора Ca/Mg готовят комплекс силикатов Ca/Mg, содержащий 0,3 мас.% SiO₂ и характеризующийся значением молярного соотношения (Са + Mg)/Si 0,035. Затем раствор перемешивают в течение примерно 30 мин и оставляют стоять в течение примерно 3 ч. Жесткость воды Ca/Mg раствора составляет 68 ч./млн Са эквивалента.

В предварительно обработанную бумажную композицию добавляют 2 #/т комплекса силикатов Ca/Mg.

Далее бумажную композицию переносят в прибор КСП с тем, чтобы определить показатели дренирования.

Пример 23

Бумажную композицию предварительно обрабатывают последовательным добавлением в эту бумажную композицию 10 #/т катионоактивного крахмала, 5 #/т квасцов и 0,5 #/т АМПА.

Добавлением 1,02 г жидкого продукта Sodium Silicate О в 98,98 г раствора Ca/Mg готовят комплекс силикатов Ca/Mg, содержащий 0,3 мас.% SiO₂ и характеризующийся значением молярного соотношения (Са + Mg)/Si 0,035. Затем раствор перемешивают в течение примерно 30 мин и оставляют стоять в течение примерно 3 ч. Жесткость воды Ca/Mg раствора составляет 68 ч./млн Са эквивалента.

Введением 0,77 г жидких квасцов в 99,23 г деионизированной воды квасцы разбавляют до содержания сухого вещества 0,375 мас.%.

В бумажную композицию одновременно добавляют 2 #/т комплекса силикатов Ca/Mg и 5 #/т разбавленных квасцов.

Далее бумажную композицию переносят в прибор КСП с тем, чтобы определить показатели дренирования.

Данные таблицы 5 показывают, что одновременное добавление в бумажную композицию силиката натрия и квасцов (пример 23) обеспечивает более высокий показатель дренирования, чем являющееся продолжением добавление в бумажную композицию либо комплексов силикатов Ca/Mg, либо квасцов (примеры 21 и 22).

Конкретно, когда в контрольном примере (пример 20) в композицию последовательно вводят только добавки, показатель дренирования составляет 548 мл. Когда в сравнительных примерах (примеры 21 и 22) в композицию в качестве продолжения добавляют либо комплексы силикатов Ca/Mg, либо квасцы и добавки, показатели дренирования составляют соответственно 540 и 585 мл, что на 8-37 мл больше, чем в контрольном примере. Таким образом, когда добавляют либо комплексы силикатов Ca/Mg, либо квасцы, показатели дренирования возрастают.

Когда в примере 23 в предварительно обработанную бумажную композицию комплексы силикатов Ca/Mg и квасцы добавляют одновременно, показатель дренирования составляет 605 мл, что на 57 мл больше, чем в контрольном примере. Таким образом, когда комплексы силикатов Ca/Mg и квасцы добавляют в композицию одновременно, происходит заметное увеличение показателя дренирования.

Представленные ниже примеры с 24 по 27 посвящены испытаниям на дренирование бумажной композиции. Результаты примеров с 24 по 27 показаны ниже в таблице 6.

Пример 24

В бумажную композицию последовательно добавляют 10 #/т катионоактивного крахмала, 5 #/т квасцов и 1 #/т АМПА.

Далее бумажную композицию переносят в прибор КСП с тем, чтобы определить показатели дренирования.

Пример 25

Бумажную композицию предварительно обрабатывают последовательным добавлением в эту бумажную композицию 10 #/т катионоактивного крахмала, 5 #/т квасцов и 1 #/т АМПА.

Введением 0,77 г жидких квасцов в 99,23 г деионизированной воды квасцы разбавляют до содержания сухого вещества 0,375 мас.%.

В дальнейшем в предварительно обработанную бумажную композицию добавляют 5 #/т разбавленных квасцов.

Далее бумажную композицию переносят в прибор КСП с тем, чтобы определить показатели дренирования.

Пример 26

Бумажную композицию предварительно обрабатывают последовательным добавлением в эту бумажную композицию 10 #/т катионоактивного крахмала, 5 #/т квасцов и 1 #/т АМПА.

Добавлением 1,02 г жидкого продукта Sodium Silicate О в 98,98 г раствора Ca/Mg готовят комплекс силикатов Ca/Mg, содержащий 0,3 мас.% SiO₂ и характеризующийся значением молярного соотношения (Са + Mg)/Si 0,035.

Затем раствор перемешивают в течение примерно 30 мин и оставляют стоять в течение примерно 3 ч. Жесткость воды Ca/Mg раствора составляет 68 ч./млн Са эквивалента.

В предварительно обработанную бумажную композицию добавляют 2 #/т комплекса силикатов Ca/Mg.

Далее бумажную композицию переносят в прибор КСП с тем, чтобы определить показатели дренирования.

Пример 27

Бумажную композицию предварительно обрабатывают последовательным добавлением в эту бумажную композицию 10 #/т катионоактивного крахмала, 5 #/т квасцов и 1 #/т АМПА.

Добавлением 1,02 г жидкого продукта Sodium Silicate О в 98,98 г раствора Ca/Mg готовят комплекс силикатов Ca/Mg, содержащий 0,3 мас.% SiO₂ и характеризующийся значением молярного соотношения (Са + Mg)/Si 0,035. Затем раствор перемешивают в течение примерно 30 мин и оставляют стоять в течение примерно 3 ч. Жесткость воды Ca/Mg раствора составляет 68 ч./млн Са эквивалента.

Введением 0,77 г жидких квасцов в 99,23 г деионизированной воды квасцы разбавляют до содержания сухого вещества 0,375 мас.%.

В бумажную композицию одновременно добавляют 2 #/т комплекса силикатов Ca/Mg и 5 #/т разбавленных квасцов.

Далее бумажную композицию переносят в прибор КСП с тем, чтобы определить показатели дренирования.

Данные таблицы 6 показывают, что одновременное добавление в бумажную композицию силиката натрия и квасцов (пример 27) обеспечивает более высокий показатель дренирования, чем являющееся продолжением добавление в бумажную композицию либо комплексов силикатов Ca/Mg, либо квасцов (примеры 25 и 26).

Конкретно, когда в контрольном примере (пример 24) в композицию последовательно вводят только добавки, показатель дренирования составляет 603 мл. Когда в сравнительных примерах (примеры 25 и 26) в композицию в качестве продолжения добавляют либо комплексы силикатов Ca/Mg, либо квасцы и добавки, показатели дренирования составляют соответственно 600 и 615 мл.

Когда в примере 24 в предварительно обработанную бумажную композицию комплексы силикатов Ca/Mg и квасцы добавляют одновременно, показатель дренирования составляет 570 мл, что на 142 мл больше, чем в контрольном примере. Таким образом, когда комплексы силикатов Ca/Mg и квасцы добавляют в композицию одновременно, происходит заметное улучшение показателя дренирования.

Предыдущие примеры можно с равным успехом повторять с заменой тех общих и конкретно указанных компонентов и/или рабочих условий по настоящему изобретению, которые применяли в этих вышеприведенных примерах. Из приведенных выше описаний специалист в данной области техники способен легко определить существенные характеристики настоящего изобретения и для адаптации к различным целям и условиям применения в соответствии с изобретением сможет внести различные изменения и модификации, не выходя при этом из его сущности и объема.

Формула изобретения

1. Способ изготовления целлюлозных продуктов, который включает практически одновременное введение в целлюлозную жидкую массу (1) по меньшей мере одного соединения алюминия и (2) по крайней мере одного водорастворимого силиката, где этот водорастворимый силикат представляет собой по крайней мере один продукт взаимодействия силиката с одновалентным катионом с ионами двухвалентных металлов.

2. Способ по п.1, в котором значение молярного соотношения между соединением алюминия и водорастворимым силикатом в пересчете на Al₂O₃/SiO₂ составляет от примерно 0,1 до 10.

3. Способ по п.1, в котором значение молярного соотношения между соединением алюминия и водорастворимым силикатом в пересчете на Al₂O₃/SiO₂ составляет от примерно 0,5 до 2.

4. Способ по п.2, в котором соединение алюминия включает по меньшей мере один из следующих продуктов: квасцы, хлорид алюминия, полиалюминийхлорид, полиалюминийсульфат, полиалюминийсиликатосульфат и полиалюминийфосфат.

5. Способ по п.4, в котором соединение алюминия представляет собой квасцы или полиалюминийхлорид.

6. Способ по п.1, в котором продукт взаимодействия представляет собой водорастворимый комплекс силикатов металлов, соответствующий следующей формуле:

(1-у)M₂O·уM’O·xSiO₂,

в которой М обозначает одновалентный ион; М’ обозначает ион двухвалентного металла; х обозначает число от примерно 2 до 4; у обозначает число от примерно 0,005 до 0,4; а значение у/х составляет от примерно 0,001 до 0,25.

7. Способ по п.6, в котором М обозначает атом натрия, калия или лития или аммоний.

8. Способ по п.6, в котором М’ обозначает атом кальция, магния, цинка, меди(II), железа(II), марганца или бария.

9. Способ по п.6, в котором значение молярного соотношения SiO₂/M₂O у водорастворимого комплекса силикатов металлов находится в интервале от примерно 2 до 20.

10. Способ по п.6, в котором соединение алюминия и водорастворимый комплекс силикатов металлов практически одновременно добавляют в целлюлозную жидкую массу после последней стадии высокосдвиговой обработки и перед напорным ящиком.

11. Способ по п.6, в котором соединение алюминия включает по меньшей мере один из следующих продуктов: квасцы, хлорид алюминия, полиалюминийхлорид, полиалюминийсульфат, полиалюминийсиликатосульфат и полиалюминийфосфат.

12. Способ по п.6, в котором соединение алюминия представляет собой квасцы или полиалюминийхлорид.

13. Способ по п.6, в котором силикат с одновалентным катионом включает по меньшей мере один из следующих продуктов: силикат натрия, силикат калия, силикат лития и силикат аммония.

14. Способ по п.6, в котором силикат с одновалентным катионом представляет собой силикат натрия.

15. Композиция, которая включает по меньшей мере одно соединение алюминия и по меньшей мере один водорастворимый силикат, где этот водорастворимый силикат представляет собой по крайней мере один продукт взаимодействия силиката с одновалентным катионом с ионами двухвалентных металлов.

16. Композиция по п.15, в которой значение молярного соотношения между соединением алюминия и водорастворимым силикатом в пересчете на Аl₂О₃/SiO₂ составляет от примерно 0,1 до 10.

17. Композиция по п.15, в которой значение молярного соотношения между соединением алюминия и водорастворимым силикатом в пересчете на Аl₂О₃/SiO₂ составляет от примерно 0,5 до 2.

18. Композиция по п.15, в которой соединение алюминия включает по меньшей мере один из следующих продуктов: квасцы, хлорид алюминия, полиалюминийхлорид, полиалюминийсульфат, полиалюминийсиликатосульфат и полиалюминийфосфат, в которой силикат с одновалентным катионом включает по меньшей мере один из следующих продуктов: силикат натрия, силикат калия, силикат лития и силикат аммония, в которой ион двухвалентного металла представляет собой ион по меньшей мере одного из атомов магния, кальция, цинка, меди, железа, марганца и бария.

19. Целлюлозный продукт, включающий целлюлозное волокно, по меньшей мере одно соединение алюминия и по крайней мере один водорастворимый силикат металла как продукт взаимодействия силиката с одновалентным катионом с ионами двухвалентных металлов.

20. Целлюлозный продукт по п.19, в котором значение молярного соотношения между соединением алюминия и водорастворимым силикатом металла в пересчете на Аl₂О₃/SiO₂ составляет от примерно 0,1 до 10.

21. Целлюлозный продукт по п.19, в котором значение молярного соотношения между соединением алюминия и водорастворимым силикатом металла в пересчете на Аl₂О₃/SiO₂ составляет от примерно 0,5 до 2.

22. Целлюлозный продукт по п.19, в котором продукт взаимодействия представляет собой комплекс силикатов металлов в соответствии со следующей формулой:

(1-у)M₂O·уM’O·xSiO₂,

в которой М обозначает одновалентный ион; М’ обозначает ион двухвалентного металла; х обозначает число от примерно 2 до 4; у обозначает число от примерно 0,005 до 0,4; а значение у/х составляет от примерно 0,001 до 0,25.

23. Целлюлозный продукт по п.19, в котором соединение алюминия представляет собой по меньшей мере один из следующих продуктов: квасцы, хлорид алюминия, полиалюминийхлорид, полиалюминийсульфат, полиалюминийсиликатосульфат и полиалюминийфосфат.

24. Целлюлозный продукт по п.22, в котором М’ обозначает по меньшей мере один из атомов магния, кальция, цинка, меди, железа, марганца и бария.

25. Целлюлозный продукт по п.22, в котором М’ обозначает по меньшей мере один из атомов магния и кальция.