DE69931343T2

DE69931343T2 - Mischung aus kieselsäure und saurem kolloid zu einem mikropartikelsystem für die papierherstellung

Info

Publication number: DE69931343T2
Application number: DE69931343T
Authority: DE
Inventors: F. Paul Pittsburgh RICHARDSON; R. Charles Sewickley HUNTER
Original assignee: Calgon Corp
Current assignee: Calgon Corp
Priority date: 1998-09-22
Filing date: 1999-09-08
Publication date: 2006-09-28
Anticipated expiration: 2019-09-09
Also published as: BR9907290A; CN1287585A; CN1231639C; ID25782A; EP1047834A4; NZ504660A; EP1047834A1; JP2002526680A; EP1047834B1; AU761790B2; AU5913399A; ATE326579T1; DE69931343D1; WO2000017450A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Mikropartikelsystem, welches als Hilfe bei der Herstellung eines Papierproduktes, beispielsweise eines Papiers oder einer Pappe, mit verbesserten Eigenschaften in den Retentions- und Entwässerungs- sowie den Bogenformungsbereichen verwendet wird. Insbesondere betrifft sie ein Mikropartikelsystem mit einer Siliciumdioxid-Säure-Kolloidmischung als anorganisches disperses Material in einem Mikropartikelsystem.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Bei der Herstellung von Papier oder Pappe wird eine verdünnte wässrige Zusammensetzung, die als "Eintragsmasse" oder "Papierbrei" bekannt ist, auf ein sich bewegendes Maschensieb gesprüht, welches als "Maschinensieb" bekannt ist. Die festen Bestandteile dieser Zusammensetzung, beispielsweise Cellulosefasern und anorganisches disperses Füllmaterial, werden durch das Maschinensieb hindurch entwässert oder abgetrennt, um einen Papierbogen zu bilden. Der prozentuale Anteil des auf dem Maschinensieb festgehaltenen festen Materials ist als "Erstdurchlaufsretention" (FPR) des Papierherstellungsverfahrens bekannt. Bei dem Papierherstellungsverfahren werdenden Retentions-, Entwässerungs- und Bogenformungshilfen (D/R/F) verwendet.
Der Rententionsgrad gilt als eine Funktion verschiedener Mechanismen, beispielsweise der Abtrennung durch mechanische Mitführung, elektrostatische Anziehung und Brückenbildung zwischen den Fasern und den Füllstoffen in der Eintragsmasse. Da sowohl die Cellulosefasern als auch viele übliche Füllmaterialien negativ geladen sind, wirken sie einander abstoßend. Im wesentlichen ist der einzige Faktor, der zur Verstärkung des Haltegrades neigt, die mechanische Mitführung. Deshalb wird im allgemeinen eine Retentionshilfe verwendet, um den Retentionsgrad der Fasern und der Füllstoffe auf dem Maschinensieb zu verbessern. Der Retentionsgrad von Feinstoffen und Füllstoffen ist für den Papierhersteller wichtig, um die Retention der kolloidal bemessenen Partikel in der Bogen sicherzustellen. Diese Fähigkeit des Retentionsprogramms wird mit der Erstdurchlaufsretention (FPR) gemessen. In der Vergangenheit wurde kolloidales Siliciumdioxid als Mikropartikel in einer Retentionshilfe bei alkalischem Feinpapier verwendet. Wenn Siliciumdioxid richtig angewendet wird, kann es den Retentionsgrad von Feinstoffen und Füllstoffen durch Ausbildung von Mikroflocken verstärken, welche kolloidales Material festhalten und die Faserstoffsuspension schnell entwässern lassen.
Entwässerung bezeichnet die Geschwindigkeit, mit welcher Wasser während der Formung des Papierbogens aus der Eintragsmasse beseitigt wird. Entwässerung bezeichnet gewöhnlich die Beseitigung von Wasser, welche vor dem Auspressen der Papierbogen im Anschluss an die Formung des Bogens stattfindet. Mithin werden Entwässserungshilfen verwendet, um den Gesamtwirkungsgrad des Entwässerns bei der Herstellung von Papier oder Pappe zu verbessern.
Formung bezeichnet die Ausbildung des in dem Papierherstellungsverfahren hergestellten Papier- oder Pappebogens. Die Formung wird im allgemeinen durch die Varianz der Lichtdurchlässigkeit in einem Papierbogen bewertet. Eine hohe Varianz zeigt eine "schlechte" Formung an, und eine niedrige Varianz zeigt im allgemeinen eine "gute" Formung an. Wenn der Retentionsgrad ansteigt, nimmt im allgemeinen der Grad der Formung von guter Formung zu schlechter Formung ab.
Es ist zu erkennen, dass Verbesserungen bei Retention und Entwässerung und bei den Formungseigenschaften für den Papier- oder Pappebogen aus mehreren Gründen besonders erwünscht sind, von denen der wichtigste die Produktivität ist. Bei guter Retention und guter Entwässerung kann eine Papiermaschine schneller laufen, und die Maschinenstillstände vermindern sich. Durch gute Formung der Bogen wird die Papierabgangsmenge verringert. Diese Verbesserungen kommen durch die Verwendung von Retentions- und Entwässerungshilfen zustande. Retentions- und Entwässerungshilfen sind im allgemeinen Zusatzstoffe, die zum Ausflocken des feinen, festen Materials verwendet werden, welches in der Eintragsmasse vorhanden ist, um diese Parameter in dem Papierherstellungsverfahren zu verbessern. Die Verwendung solcher Zusatzstoffe wird durch die Auswirkung des Ausflockens auf die Formung des Papierbogens beschränkt. Wenn mehr Retentionshilfe zugesetzt wird und damit die Größe der Zusammenballungen des feinen, festen Materials zunimmt, dann führt das im allgemeinen zu Schwankungen in der Dichte des Papierbogens, was in der weiter oben dargelegten Weise dazu führen kann, dass etwas erfolgt, was man als "schlechte" Bogenformung bezeichnet. Zu starkes Ausflocken kann sich auch auf die Entwässerung auswirken, da das schließlich zu Löchern in dem Bogen und zu einem nachfolgenden Einbuße an Vakuumdruck in den späteren Stadien der Entwässerung während des Papierherstellungsverfahrens führen kann. Retentions- und Entwässerungshilfen werden im allgemeinen in der Nasspartie der Papiermaschine in die Eintragsmasse eingebracht und weisen im allgemeinen drei Arten auf, und zwar:

a) einzelne Polymere;
b) doppelte Polymere; oder
c) Mikropartikelsysteme, welche mit einem Ausflockungsmittel und/oder Koagulierungsmittel verwendet werden können.

Ein Mikropartikelsystem kann im allgemeinen das beste Ergebnis als Retentions- und Entwässerungshilfe erbringen und ist in dem Stand der Technik umfassend beschrieben. Beispiele für Veröffentlichungen zu Mikropartikelsystemen sind: EP-B-235,893, in welchem als anorganisches Material Bentonit in Verbindung mit einem kationischen Polymer hohen Molekulargewichts in einer festgelegten Eingabeabfolge verwendet wird; WO-A-94/26972, in welchem ein Vinylamidpolymer zur Verwendung in Verbindung mit einem von verschiedenen anorganischen Materialien wie Siliciumdioxid, Bentonit, Porzellanerde und organischen Materialien offenbart ist; WO-A-97/16598, in welchem Kaolin zur Verwendung in Verbindung mit einem von verschiedenen kationischen Polymeren offenbart ist; und EPO 805234, in welchem Bentonit, Siliciumdioxid oder Acrylatpolymer in Verbindung mit einem kationischen Polymer verwendet wird.
In den USA-Patenten Nr. 4,305,781 und Nr. 4,753,710 ist die Verwendung nichtionischer und ionischer Polymere hohen Molekulargewichts in Verbindung mit Bentoniterde als Hilfe bei der Entwässerung und der Retention in der Papierherstellung offenbart. In den USA-Patenten Nr. 4,388,150 und Nr. 4,385,961 ist die Verwendung kationischer Stärke und eines kolloidalen Siliciumdioxids gelehrt. In den USA-Patenten Nr. 4,643,801 und Nr. 4,750,974 ist die Verwendung kationischer Stärke, eines anionischen Polymers und kolloidalen Siliciumdioxids hohen Molekulargewichts bei der Papierherstellung beschrieben. In dem USA-Patent Nr. 5,185,062 ist ein anionisches Polymer beschrieben, welches als Mikropartikel mit einem kationischen Ausflockungsmittel hohen Molekulargewichts wirkt. In dem USA-Patent Nr. 5,167,766 ist die Verwendung geladener organischer polymerer Mikrokügelchen als Mikropartikel bei der Papierherstellung gelehrt.
Die Verwendung von sauren Kolloiden von Melaminformaldehyd (MF) für die Nassfestigkeit von Papier ist wohlbekannt. Es wird auf die TAPPI-Monographie Nr. 29 "Wet Strength in Paper and Paperboard" von C. S. Maxwell, J. P. Weidner ed. verwiesen. In dem USA-Patent Nr. 2,345,543 ist die Herstellung stabiler saurer Kolloide von Melaminformaldehyd beschrieben, und in dem USA-Patent Nr. 2,485,080 ist die Aufnahme von Harnstoff in die Kondensationsprodukte enthalten. In den USA-Patenten Nr. 2,559,220 und Nr. 2,986,489 ist die Verwendung dieser Kolloide zur Erhöhung der Nassfestigkeit von Papier gelehrt. In dem USA-Patent Nr. 4,845,148 ist die Verwendung eines sauren Kolloids von Aminoaldehyd mit Acrylamid zur Erhöhung der Trockenfestigkeit von Papier beschrieben. In dem USA-Patent Nr. 5,286,347 ist die Verwendung eines Kolloids von Melaminformaldehyd zur Steuerung von schädlichem Harz bei der Papierherstellung beschrieben. In dem USA-Patent Nr. 4,461,858 ist die Verwendung von Kolloidmischungen von Polyvinylalkohol und Melaminformaldehyd für die Nassfestigkeit bei Papier beschrieben. In dem USA-Patent Nr. 4,009,706 ist die Verwendung von MF-Kolloid und anionischem Polymer hohen Molekulargewichts zum Ausflocken von Rohzucker gelehrt. In dem USA-Patent Nr. 5,382,378 ist eine Zusammensetzung aus kolloidalem Siliciumdioxid und Melaminaldehyd, Harnstoffaldehyd oder saurem Kolloid von Melaminharnstoff-Aldehyd beschrieben, die zum Zweck des Sammelns von Anstrichen, Ölen und Fetten oder Farben aus Prozesswässern miteinander gemischt sind.
Ein Mikropartikelsystem kann im allgemeinen ein ausflockendes Polymer mit oder ohne ein kationisches Koagulierungsmittel und ein feines, disperses Material umfassen. Das feine, disperse Material kann ein anorganisches disperses Material sein und verbessert den Wirkungsgrad des Ausflockungsmittels und/oder ermöglicht die Herstellung kleinerer, gleichmäßigerer Flocken.
Trotz der mehreren Mikropartikelsysteme, die zur Zeit zur Verwendung in den Papierfabriken zur Verfügung stehen, um ein besseres Laufverhalten der Papiermaschine zu erreichen und/oder eine spezielle Endverwendungseigenschaft des Papiers wie eine verbesserte Formung des Bogens zur besseren Bedruckbarkeit oder eine verbesserte Oberflächenfestigkeit zu erzielen, bleibt der sehr relle und wesentliche Bedarf an einem verbesserten Mikropartikelsystem zur Verbesserung des Papiers oder der Pappe durch Verbesserung von Entwässerung und Retention während des Papierherstellungsverfahrens und der Formungseigenschaften in dem ausgebildeten Bogen bestehen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Mit der vorliegenden Erfindung wird dieser oben beschriebene Bedarf gedeckt. Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mikropartikelsystem, das als Retentions- und Entwässerungshilfe in einem Papierherstellungsverfahren verwendet wird.
Gemäß einer ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung von Papier geschaffen, welches das Einbringen eines Mikropartikelsystems, beispielsweise einer Retentions- und/oder Entwässerungshilfe, in einen Papierbrei oder eine Eintragsmasse umfasst, welches ein ausflockendes Polymer hohen Molekulargewichts und ein anorganisches disperses Material umfasst, wobei das anorganische disperse Material eine Siliciumdioxid-Säure-Kolloidmischung umfasst, und wobei diese Mischung kolloidales Siliciumdioxid und ein saures Kolloid umfasst.
Gemäß einer zweiten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird ein verbessertes Mikropartikelsystem geschaffen, welches als Retentions- und/oder Entwässerungshilfe in einen Papierbrei oder eine Eintragsmasse eingebracht wird, und wobei das Mikropartikelsystem ein ausflockendes Polymer hohen Molekulargewichts und ein anorganisches disperses Material umfasst, wobei das anorganische disperse Material eine Siliciumdioxid-Säure-Kolloidmischung umfasst, und wobei diese Mischung kolloidales Siliciumdioxid und ein saures Kolloid umfasst.
Gemäß einer dritten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird ein Papier- oder Pappeprodukt mit verbesserten Eigenschaften im Bereich der Retention, Entwässerung und Formung geschaffen, wobei das Papier- oder Pappeprodukt durch Einbringen eines verbesserten Mikropartikelsystems in einen wässrigen, cellulosehaltigen Papierbrei oder eine Eintragsmasse hergestellt wird, wobei das Mikropartikelsystem ein ausflockendes Polymer hohen Molekulargewichts und ein anorganisches disperses Material umfasst, welches eine Siliciumdioxid-Säure-Kolloidmischung umfasst, und wobei diese Mischung kolloidales Siliciumdioxid und ein saures Kolloid umfasst.
Gemäß einer vierten Ausgestaltung der Erfindung wird ein Verfahren geschaffen, bei welchen Papier oder Pappe durch Formung einer wässrigen, zellulosehaltigen Eintragsmasse mit den folgenden Schritten hergestellt wird:

a) nach einer ersten Scherstufe das Einbringen eines ausflockenden Polymers hohen Molekulargewichts in den dünnen Massestrom einer Papiereintragsmasse,
b) nach einer zweiten Scherstufe das Einbringen eines anorganischen, dispersen Materials aus einer Siliciumdioxid-Säure-Kolloidmischung mit kolloidalem Siliciumdioxid und einem sauren Kolloid in die Papiereintragsmasse;
c) das Entwässern der Papiereintragsmasse zur Formung eines Papierbogens, und
d) das Trocknen des Bogens.

Das saure Kolloid kann eine wässrige Lösung eines wasserlöslichen Polymers umfassen, welches Melaminaldehyd, Harnstoffaldehyd oder Melamin-Harnstoff-Aldehyd sein kann, und das Aldehyd ist
wobei R₁ aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem geradem und einem verzweigtem C_1-4-Alkyl besteht. Vorzugsweise ist das saure Kolloid ein Polymer von Melaminformaldehyd, kann jedoch ein Copolymer von Melaminformaldehyd und Harnstoff-Formaldehyd oder ein Copolymer mit Melaminaldehyd und Kondensaten oder ein Copolymer von einer Amin-Aldehyd-Art und ethylenisch ungesättigten Monomeren sein.
In der Siliciumdioxid-Säure-Kolloidmischung sind das saure Kolloid und das kolloidale Siliciumdioxid im Verhältnisbereich von jeweils etwa 99,5 : 0,5 bis etwa 0,5 bis 99,5, bezogen auf die gesamten Feststoffe, in einer sauren Umgebung mit einem pH-Wert von 3.0 oder darunter gemischt. Die Siliciumdioxid-Säure-Kolloidmischung ist in einer Menge von etwa 0,0005 Gew.-% bis 0,5 Gew.-% vorhanden, bezogen auf das Trockengewicht der Feststoffe in der Eintragsmasse.
Das ausflockende Polymer hohen Molekulargewichts ist in einer Menge von etwa 0,0025 Gew.-% bis etwa 1,0 Gew.-% vorhanden, bezogen auf das Trockengewicht der Feststoffe in der Eintragsmasse, und die Siliciumdioxid-Säure-Kolloidmischung ist in einer Menge im Bereich von 0,0005 Gew.-% bis 0,5 Gew.-% vorhanden, bezogen auf das Trockengewicht der Feststoffe in der Eintragsmasse. In die Eintragsmasse kann vor einer ersten Scherstufe ein kationisches Koagulationsmittel hoher Ladungsdichte oder ein Ausflockungsmittel mittleren Molekulargewichts eingebracht werden und kann in manchen Fällen vor oder nach dem Einbringen der Siliciumdioxid-Säure-Kolloidmischung zugesetzt werden. In manchen Fällen kann es vorteilhafter sein, die Reihenfolge der Eingabestellen der chemischen Zusatzstoffe in der Papiermaschine zu verändern. Das heißt, dass die Siliciumdioxid-Säure-Kolloidmischung vor der ersten Scherstufe und das Koagulationsmittel oder das Ausflockungsmittel mittleren Molekulargewichts nach oder vor der zweiten Scherstufe und das Ausflockungsmittel hohen Molekulargewichts nach oder vor der zweiten Scherstufe in den Papierbrei oder die Eintragsmasse eingebracht werden können.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die einzige Figur ist eine Skizze, in welcher ein Teil einer typischen Papiermaschine und die Eingabestellen für die Bestandteile des Mikropartikelsystems gemäß der vorliegenden Erfindung in einer bevorzugten Form dargestellt sind.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft ein Mikropartikelsystem, welches als Retentions- und/oder Entwässerungshilfe zur speziellen Verwendung an dem nassen Ende einer Papiermaschine in dem Papierherstellungsverfahren für saures wie auch für alkalisches Feinpapier verwendet wird.
In dem hier verwendeten Begriff "Papier" sind Produkte enthalten, welche ein cellulosehaltiges Bogenmaterial umfassen, zu welchem eine Papierbogen, Pappe und dergleichen gehören.
Mit dem " Mikropartikelsystem" gemäß der Erfindung ist die Kombination von mindestens einem hydrophilen Polymer, welches aus Ausflockungsmittel verwendet wird, und einem anorganischen, dispersen Material, welches das Mikropartikel in dem System darstellt, und wahlweise einem kationischen Koagulierungsmittel oder einem Ausflockungsmittel mittleren Molekulargewichts bezeichnet. Bei der Erfindung ist das anorganische, disperse Material eine Siliciumdioxid-Säure-Kolloidmischung. Die Bestandteile dieser Kombination können dem Papierbrei oder der Eintragsmasse, die zu behandeln sind, gemeinsam zugesetzt werden, werden jedoch in der im Folgenden beschriebenen Weise und Reihenfolge vorzugsweise getrennt zugesetzt.
Die Erfindung kann unter Verwendung einer herkömmlichen Papiermaschine ausgeführt werden. Gemäß herkömmlicher Praxis wird die Eintragsmasse oder der "dünne Papierbrei", welcher zur Formung der Papierbogen entwässert wird, oft durch Verdünnen eines dicken Papierbreis hergestellt, welcher typischerweise in einem Mischbehälter oder Kübel durch Mischen von Pigment- oder Füllmaterial, der geeigneten Faser, einem gewünschten Verfestigungsmittel und/oder anderen Zusatzstoffen sowie Wasser hergestellt, welches wiederverwertetes Wasser sein kann. Der dünne Papierbrei kann in herkömmlicher Weise, beispielsweise mit Hilfe eines Wirbelstromreinigers, gereinigt werden. Gewöhnlich wird der dünne Papierbrei durch Hindurchführen durch ein Zentrifugalsieb gereinigt. Der dünne Papierbrei wird gewöhnlich mit einer oder mehreren Radialkreiselpumpen, die als Flügelpumpen bekannt sind, entlang der Papiermaschine gepumpt. Beispielsweise kann der dünne Papierbrei mit einer ersten Flügelpumpe zu dem Zentrifugalsieb gepumpt werden. Der dünne Papierbrei kann mit Wasser verdünnt werden, um den dünnen Papierbrei an der Eintrittsstelle in diese erste Flügelpumpe oder vor dieser ersten Flügelpumpe, d.h. durch Hindurchführen des dicken Papierbreis und des Verdünnungswassers durch eine Mischpumpe, auszubilden. Dann kann der dünne Papierbrei durch Hindurchlauf durch ein zweites Zentrifugalsieb oder Drucksieb weiter gereinigt und vor dem Bogenformungsvorgang auf der Papiermaschine durch einen Auflaufkasten hindurch geführt werden.
Der Bogenformungsvorgang kann durch Verwendung jeder herkömmlichen Papier- oder Pappeformmaschine, beispielsweise einer Plansieb-Langpapiermaschine, eines Zweisiebformers oder eines Pappeformers oder einer Kombination dieser Formungsmaschinen, ausgeführt werden. Eine Methode bei einer Papiermaschine kann die in der einzigen Figur gezeigten Teilen umfassen. Zu diesen Teilen gehören eine Flügelpumpe 1, ein Drucksieb 2 und ein Auflaufkasten 3. Der dicke Papierbrei kann mit Wasser verdünnt werden, um vor dem Eintreten des Papierbreis in die Flügelpumpe 1 durch Hindurchführen des dicken Papierbreis und des Verdünnungswassers durch eine (nicht gezeigte) Mischpumpe einen dünnen Papierbrei zu bilden. Der dünne Papierbrei wird durch Hindurchführen durch das Drucksieb 2 von Verunreinigungen gereinigt, und der dünne Papierbrei, welcher aus dem Drucksieb 2 austritt, wird vor der Formung des Bogens zu dem Auflaufkasten 3 geführt.
In der einzelnen Figur sind auch die bevorzugten Eingabestellen für die Bestandteile des Mikropartikelsystems gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Wenn ein kationisches Koagulierungsmittel oder ein Ausflockungsmittel mittleren Molekulargewichts (MMW) verwendet wird, so wird dieses in den dünnen Papierbrei eingegeben, bevor der dünne Papierbrei durch die Flügelpumpe 1 geführt wird, wobei dieser Lauf durch den Pfeil 4 bezeichnet ist und das Einbringen mit dem Pfeil 5 bezeichnet ist. Das ausflockende Polymer hohen Molekulargewichts (HMW) wird dem dünnen Papierbrei in der mit dem Pfeil 6 bezeichneten Weise zugesetzt, wenn dieser aus der Flügelpumpe 1 austritt, und die Siliciumdioxid-Säure-Kolloidmischung wird dem dünnen Papierbrei in der mit dem Pfeil 7 bezeichneten Weise zugesetzt, wenn der dünne Papierbrei aus dem Drucksieb 2 austritt. In der Flügelpumpe und dem Drucksieb 2 werden hohe Scherstufen in der Papiermaschine erzeugt.
Bei der Erfindung wird das ausflockende HMW-Polymer des Mikropartikelsystems vorzugsweise zugesetzt, bevor der dünne Papierbrei zu der letzten Stelle hoher Scherkraft gelangt, und der entstandene dünne Papierbrei wird vorzugsweise zum Beispiel an der letzten Stelle hoher Scherkraft und vorzugsweise vor dem Zusetzen der Siliciumdioxid-Säure-Kolloidmischung des Mikropartikelsystems gemäß der Erfindung geschert. Die einzige Figur zeigt, dass das HMW-Ausflockungsmittel zugesetzt wird, bevor der dünne Papierbrei durch das Drucksieb 2 läuft, und sie zeigt, dass die Siliciumdioxid-Säure-Kolloidmischung zugesetzt wird, nachdem der Papierbrei durch das Drucksieb 2 gelaufen ist.
Vorzugsweise wird das ausflockende HMW-Polymer des Mikropartikelsystems gemäß der Erfindung in den dünnen Papierbrei (d.h. mit einem Feststoffgehalt von erwünschtermaßen nicht mehr als 2 Gew.-% oder höchstens 3 Gew.-%) und nicht in den dicken Papierbrei eingebracht. Mithin kann das ausflockende HMW-Polymer direkt in den dicken Papierbrei eingebracht werden oder kann in das Verdünnungswasser eingebracht werden, das zum Umwandeln des dicken Papierbreis in dünnen Papierbrei verwendet wird.
Das ausflockende HMW-Polymer umfasst ein Mittel zum Zusammenballen der Feststoffe, insbesondere der Feinstoffe, in der Eintragsmasse zur Papierherstellung. Der hier verwendete Begriff "Feinstoffe" bezeichnet feine Feststoffteilchen und -fasern, die in dem TAPPI-Testverfahren T261 bzw. T269 definiert sind.
Die Ausflockung der Feinstoffe der Eintragsmasse kann durch das HMW-Polymer selbst oder in Kombination mit einem kationischen Koagulierungsmittel hoher Ladungsdichte oder dem MMW-Ausflockungsmittel zustande gebracht werden. Durch die Ausflockung der Feinstoffe ergibt sich eine bessere Retention der Feinstoffe in der Faserkonstruktion des entstehenden Papierbogens, und mithin ergibt sich eine verbesserte Entwässerung oder Wasserabführung.
Das HMW-Ausflockungsmittel ist ein Polymer, welches vorzugsweise durch sich selbst für eine Ausflockungswirkung sorgt.
Beispiele für ausflockende HMW-Polymere, die sich zur Verwendung bei der Erfindung eignen, sind solche mit einem massegemittelten Molekulargewicht von etwa 100 000, insbesondere von 500 000 oder darüber. Vorzugsweise liegt das massegemittelte Molekulargewicht über etwa 1 Million und oft über etwa 1 Million und am meisten typischerweise im Bereich von 10 bis 30 Millionen oder darüber. Diese Polymere können lineare, verzweigte, kationische, anionische, nichtionische, amphotere oder hydrophobisch modifizierte Polymere von Acrylamid oder anderen nichtionischen Monomeren sein.
Die Menge des HMW-Ausflockungsmittels des in den Papierbrei oder die Eintragsmasse bei der vorliegenden Erfindung eingebrachten Mikropartikelsystems kann jede ausreichende Menge sein, um eine wesentliche Wirkung beim Ausflocken der Feststoffe, insbesondere der in der Eintragsmasse vorhandenen Feinstoffe, zu erbringen. Die Gesamtmenge des zugesetzten wasserlöslichen Polymers kann im Bereich von etwa 0,0025 Gew.-% bis etwa 1 Gew.-%, mehr vorzugsweise im Bereich von 0,01% bis 0,2 Gew.-% und am meisten vorzugsweise im Bereich von etwa 0,0125 Gew.-% bis etwa 0,1 Gew.-% (Trockengewicht des Polymers, bezogen auf das Trockengewicht der in der Eintragsmasse vorhandenen Feststoffe) liegen. Das Einbringen kann in einer oder mehreren Dosen an einer oder mehreren Dosierstellen erfolgen und erfolgt vorzugsweise in einer Dosis in den Strom des dünnen Papierbreis nach der Flügelpumpe, wodurch eine hohe Scherkraft bewirkt wird.
Erwünschterweise werden die durch das ausflockende Polymer gebildeten Flocken einer Scherwirkung unterworfen, bevor die Siliciumdioxid-Säure-Kolloidmischung des Mikropartikelsystems gemäß der Erfindung eingebracht wird. Vorzugsweise wird diese Scherwirkung durch ein Drucksieb ausgelöst, welches eine hohe Scherwirkung hervorruft.
Das disperse Mikropartikel-Material gemäß der Erfindung umfasst bei einer bevorzugten Ausführungsform eine Siliciumdioxid-Säure-Kolloidmischung, beispielsweise solche Zusammensetzungen, wie sie in dem vorbesagten USA-Patent 5,382,378 offenbart sind, dessen Lehren durch Verweis darauf hier einbegriffen sind. Beispielsweise ist die Siliciumdioxid-Säure-Kolloidmischung gemäß der Erfindung aus einer Mischung von Melaminaldehyd, Harnstoffaldehyd oder Melamin-Harnstoff-Aldehyd und kolloidalem Siliciumdioxid umfasst. Wie in dem USA-Patent 5,382,378 beschrieben ist, ist eine kolloidale Siliciumdioxid-Lösung eine stabile Dispersion diskreter, kolloidal bemessener Teilchen von amorphem Siliciumdioxid in wässrigen Lösungen. Kolloidale Siliciumdioxid-Lösungen enthalten 5 bis 50% SiO₂ und weisen Teilchengrößen von weniger als 1 Mikrometer auf. Die Stabilität der kolloidalen Siliciumdioxid-Lösung hängt davon ab, dass eine hohe elektrostatische Abstoßung zwischen den Siliciumdioxid-Teilchen aufrechterhalten wird. Der pH-Wert muss alkalisch sein, um die negative Ladung an den Siliciumdioxid-Teilchen aufrechtzuerhalten, um eine Zusammenballung zu vermeiden. Die kolliodalen Lösungen sind bei niedrigem pH-Wert viel weniger stabil und neigen zur Gelbildung.
Geeignete kolloidale Siliciumdioxid-Lösungen zur Verwendung bei der Erfindung besitzen eine Teilchengröße von weniger als 1 Mikrometer, vorzugsweise von 3 bis 20 nm, und weisen 0,5 Gew.-% bis 50 Gew.-% Feststoffe auf.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann für die saure Kolloidkomponente des Mikroteilchens jedes melaminaldehydartige Polymer verwendet werden. Dieses Polymer wird durch Verwendung von a) Melamin oder eines substituierten Melamins; und b) eines Aldehyds mit der Formel:
hergestellt, wobei R₁ aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus geradem und aus verzweigtem C_1-4-Alkyl besteht. Dialdehyde können ebenfalls verwendet werden. Das Dialdehyd kann ein geradkettiges oder zyklisches sein, welches 2 bis 8 Kohlenstoffatome enthält, und C-substituiert sein und Heteroatome enthalten. Die bevorzugten Aldehyde sind Methanal (Formaldehyd), Ethanal, Propanal, Glyoxal und Glutaraldehyd. Das am meisten bevorzugte Aldehyd ist Formaldehyd.
Das Molverhältnis von Komponente a) zu Komponente b) oben sollte im Bereich von etwa 1 : 1 bis etwa 1 : 10 liegen, wobei das bevorzugte Verhältnis etwa 1 : 3 bis 1 : 6 beträgt. Das am meisten bevorzugte Molverhältnis beträgt etwa 1 Mol Melamin oder ein Derivat desselben bis etwa 3 Mol eines Aldehyds. Mithin wird das am meisten bevorzugte Polymer aus Melamin und Formaldehyd hergestellt, und das Molverhältnis von Melamin zu Formaldehyd beträgt etwa 1 : 3.
Das melaminaldehydartige Polymer gemäß der Erfindung ist in Wasser unlöslich, kann jedoch in wässrigen Lösungen in kolloidaler Suspension gehalten werden. Zur Herstellung der melaminaldehydartigen sauren Kolloide des dispersen Mikropartikel-Materials gemäß der Erfindung kann jede Säure oder kompatible Kombination von Säuren verwendet werden, obwohl Salzsäure bevorzugt wird. Der aktive Inhalt des melaminaldehydartigen Polymers in azidischer Suspension oder Lösung sollte im Bereich von etwa 0,1% bis etwa 20%, vorzugsweise von 1% bis etwa 15% und am meisten bevorzugt von etwa 4% bis etwa 12% liegen. Der pH-Wert sollte bei einer wässrigen anorganischen oder organischen Säure ausreichend niedrig sein und zwischen 1.0 und 2.5 liegen, um das melaminaldehydartige Polymer in feiner kolloidaler Lösung zu halten.
Harnstoffaldehydartige Polymerlösungen, die sich zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung eignen, sind solche, bei denen das Aldehyd in der obigen Weise definiert ist, am meisten bevorzugt Harnstoff-Formaldehy-lösungen. Das Molverhältnis des Harnstoffs zum Aldehyd sollte im Bereich von 1 : 1 bis 1 : 10 liegen, wobei das am meisten bevorzugte Verhältnis 1 3 bis 1 : 6 beträgt.
Lösungen eines Copolymers von Melamin und Harnstoffaldehyd können bei der vorliegenden Erfindung ebenfalls verwendet werden. Diese Lösungen werden aus der oben beschriebenen Aldehyd-Komponente, Harnstoff und Melamin oder einem substituierten Melamin hergestellt. Bevorzugt werden Lösungen eines Copolymers von Melamin-Harnstoff-Formaldehyd. Die zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung geeigneten Lösungen des Copolymers von Melamin-Harnstoff-Formaldehyd enthalten 1 bis 70 Mol-% Harnstoff, 30 bis 99 Mol-% Melamin und etwa 1 bis 4 Mol Aldehyd für jedes Mol von kombiniertem Melamin und Harnstoff in dem azidischen wässrigen Medium. Die Copolymerlösung zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung liegt im Bereich von 0,1 bis 20 Prozent Feststoffen und vorzugsweise 1 bis 12 Prozent Feststoffen.
Das saure Kolloid kann ein Copolymer mit Melaminaldehyd und Kondensaten sein, zu denen Ammelinaldehyd, Dicyandiamidaldehyd, Biguanidinaldehyd, Harnstoff-Formaldehydpolyalkylenpolyamin und Polyureido gehören.
Das saure Kolloid wird durch Reaktion der genannten Aldehyde mit dem Amin und Alterung der Lösung unter sauren Bedingungen und typischerweise unter Verwendung von Salzsäure hergestellt. Wenn die Alterung vonstatten geht, wachsen die kolloidalen Partikel zu einer Größe von 20 bis 200 Ångström an. Der durchschnittliche Polymersierungsgrad beträgt 10 bis 20 methylolierte Melamin-Einheiten. Das Partikel trägt eine kationische Ladung, d.h. manche von den sekundären Amin-Einheiten sind protoniert. Die kolloidalen Lösungen weisen in charakteristischer Weise eine blaue Trübung auf. Die Lösungen werden mit einer Konzentration von 8–12% Aktivstoff aufbewahrt. Die Lösungen können sich ausschließlich aus Amin und Aldehyd zusammensetzen oder können Derivate derselben sein. Die Lösungen können zum Teil mit einem Alkohol, Glykol oder einer anderen hydroxylhaltigen Art verethert werden. Die Lösungen können ein Cokondensat von Melaminformaldehyd und eines anderen Aminoplasts sein, das dann verethert werden kann. Die Lösungen können eine Mischung solcher Aminoplaste sein, die dann zur Bildung des sauren Kollids verwendet werden. Die das Kolloid bildenden Aminoplaste können auch Copolymere von ethylenisch ungesättigten Monomeren wie Acrylamid, Dimethylaminoethylacrylat, Diallyldimethylammoniumchlorid (DADMAC) oder Methacrylamidopropyltrimethylammoniumchlorid und dergleichen sein.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ähneln die Zusammensetzungen des Mikropartikels gemäß der vorliegenden Erfindung denjenigen Partikeln, die in dem USA-Patent 5,382,378 offenbart sind, welches durch Verweis darauf hier einbegriffen ist, oder werden ähnlich diesen hergestellt. Der pH-Wert der kolloidalen Siliciumdioxid-Lösung wird zuerst mit Hilfe von 10%-iger Salzsäure auf 1.3 bis 2.0 abgesenkt. Dann wird die saure kolloidale Lösung, beispielsweise das Melaminharnstoff-Aldehyd-Copolymer, unter Umrühren zugesetzt. Die entstandene Mischung sollte einen pH-Wert von etwa 1.0 bis 3.0 und vorzugsweise einen pH-Wert von 1.5 aufweisen. Die Mischungen können insgesamt Feststoffe von 1,0 bis 50% aufweisen. Bei der Erfindung werden diese Siliciumdioxid-Säure-Kolloidmischungen als Teil eines Mikropartikelsystems für ein Entwässerungs-, Retentions- und Bogenformungsprogramm in Bezug auf die Herstellung von Papier oder Pappe angewandt.
Die Menge an Siliciumdioxid-Säure-Kolloid in dem dispersen Mikropartikelmaterial des Mikropartikelsystems gemäß der Erfindung, welche dem Papier oder der Eintragsmasse zugesetzt wird, kann im Bereich zwischen etwa 0,0005% und etwa 0,5% und vorzugsweise etwa 0,005% bis etwa 0,25% Trockengewicht liegen, bezogen auf das Trockengewicht der Feststoffe in der Eintragsmasse. Das Einbringen kann in einer oder mehreren Dosen an einer oder mehreren Zuführstellen, vorzugsweise jedoch in einer Dosis, und vorzugsweise nach dem Drucksieb 2 in der einzigen Figur und zumindest zwischen dem Drucksieb 2 und der Auflaufkasten 3 erfolgen.
Die Siliciumdioxid-Säure-Kolloidmischungen des Mikropartikelsystems gemäß der Erfindung umfasst kolloidales Siliciumdioxid und ein saures Kolloid, vorzugsweise Melaminformaldehydsäurekolloide und Derivate derselben, in der weiter oben beschriebenen Weise.
Durch das Zusetzen des ausflockenden HMW-Polymers kommt es grundsätzlich zur Formung großer Flocken aus den suspendierten Feststoffen in dem Papier oder der Eintragsmasse, dem/der das Polymer zugesetzt wird. Diese goßen Flocken werden sofort oder anschließend infolge hoher Scherkraft zu kleinen Flocken aufgelöst, die in der Technik als "Mikroflocken" bekannt sind. Diese "hohe Scherkraft" kann durch Hindurchführen der geflockten Eintragsmasse durch das Drucksieb 2 gemäß der einzelnen Figur eingebracht werden.
Das wasserlösliche Koagulierungsmittel weist im allgemeinen ein niedrigeres Molekulargewicht als das vor dem Drucksieb 2 in den Papierbrei eingebrachte HMW-Ausflockungsmittel auf und wird dem Papierbrei vorzugsweise zugesetzt, bevor der Papierbrei durch die Flügelpumpe 1 gemäß der einzelnen Figur hindurch läuft. Dieses Koagulierungsmittel ist vorzugsweise ein kationisches Polymer hoher Ladungsdichte. Wenn das koagulierende Polymer beispielsweise ein stickstoffhaltiges kationisches Polymer ist, kann es eine Ladungsdichte von etwa 0,2, vorzugsweise mindestens 0,35 und am meisten vorzugsweise 0,4 bis 2,5 oder mehr Stickstoffäquivalente pro Kilogramm Polymer aufweisen. Wenn das Polymer durch Polymerisierung eines kationischen, ethylenisch ungesättigten Monomers wahlweise mit anderen Monomeren gebildet wird, beträgt die Menge an kationischem Monomer normalerweise etwa 2 Mol-% und gewöhnlich etwa 5 Mol-% und vorzugsweise mindestens etwa 10 Mol-%, bezogen auf die Gesamtmenge der zur Ausbildung des Polymers verwendeten Monomere.
Geeignete kationische Koagulierungsmittel sind: Polydiallyldimethylammoniumchlorid (p-DADMAC); Polyalkylamine; kationische Polymere von Epichlorhydrin mit Dimethylamin und/oder Ammoniak oder anderen primären und sekundären Aminen; Polyamidoamine; Copolymere eines nichtionischen Monomers, beispielsweise Acrylamid, mit einem kationischen Monomer, beispielsweise DADMAC oder Acryloyloxyethyltrimethylammoniumchlorid; mit Cyanoguanidin modifizierte Polymere von Harnstoff-/Formaldehyd-Harzen; Melamin-/Formaldehyd-Polymere; Harnstoff-/Formaldehyd-Polymere, Polyethylenimine; kationische Stärken; Monomere und Polymere kationischer Aluminiumsalze; amphotere Polymere mit einer kationischen Nettoladung; und Mischungen der vorgenannten Koagulierungsmittel.
Die Menge des in den Papierbrei oder die Eintragsmasse eingebrachten kationischen koagulierenden Polymers in dem Mikropartikelsystem gemäß der Erfindung kann jede ausreichende Menge sein, um eine wesentliche Wirkung beim Koagulieren der in dem Papier oder der Eintragsmasse vorhandenen Feststoffe zu erbringen. Die Gesamtmenge des wasserlöslichen koagulierenden Polymers kann im Bereich von etwa 0,0025 bis 1 Gew.-%, mehr vorzugsweise im Bereich von etwa 0,005 Gew.-% bis etwa 0,50 Gew.-% Trockengewicht liegen, bezogen auf das Trockengewicht der in der Eintragsmasse vorhandenen Feststoffe.
Wenn an Stelle des kationischen Koagulierungsmittels ein MMW-Ausflockungsmittel verwendet werden soll, kann dieses Ausflockungsmittel eingebracht werden, bevor der Papierbrei durch die Flügelpumpe 1 hindurch läuft. Beispiele für ein MMW-Ausflockungsmittel, das sich zur Verwendung bei der Erfindung eignet, sind diejenigen mit einem massegemittelten Molekulargewicht im Bereich von 500 000 bis etwa 5 bis 6 Millionen. Dieser chemische Zusatzstoff kann ein Copolymer eines Acrylamids oder eines ungesättigten Monomers sein sein. Ein geeignetes MMW-Ausflockungsmittel kann die Copolymere ECCat^TM 500 umfassen, die von der Calgon Corporation, PA, erhältlich sind.
Die Menge des MMW-Ausflockungsmittels kann jede ausreichende Menge sein, um eine wesentliche Wirkung beim Koagulieren der in dem Papier oder der Eintragsmasse vorhandenen Feststoffe zu erbringen. Die Gesamtmenge des MMW-Ausflockungsmittels kann im Bereich von etwa 0,0025 bis 1 Gew.-% liegen, bezogen auf das Trockengewicht der in der Eintragsmasse vorhandenen Feststoffe. Die Dosierungen würden im Bereich von 0,01 bis 5,0 lb./t Polymer liegen.
Wie hier oben erwähnt, kann das kationische Koagulierungsmittel oder das MMW-Ausflockungsmittel vor der Flügelpumpe in den dicken Papierbrei eingebracht werden, das ausflockende HMW-Polymer kann nach dem Hindurchlaufen des dicken Papierbreis durch die Flügelpumpe 1 in den dünnen Papierbrei eingebracht werden, und die Siliciumdioxid-Säure-Kolloidmischung gemäß der Erfindung kann nach dem Hindurchlaufen des Papierbreis durch das Drucksieb 2 gemäß der einzigen Figur in den dünnen Papierbrei eingebracht werden. Als Alternative können diese chemischen Zusatzstoffe in einer anderen Reihenfolge als der in der Figur gezeigten in den dicken Papierbrei eingebracht werden. Das heißt, dass die Siliciumdioxid-Säure-Kolloidmischung vor. der Flügelpumpe 1 eingebracht werden kann, das HMW-Ausflockungsmittel nach dem Drucksieb 2 eingebracht werden kann, und das Koagulierungsmittel oder MMW-Ausflockungsmittel vor dem Drucksieb 2 eingebracht werden. Bei den Zuführstellen für die chemischen Zusatzstoffe in der Papiermaschine kann es andere Reihenfolgen geben.
Der anfängliche dicke Papierbrei kann aus jedem herkömmlichen Papierherstellungszellstoff hergestellt werden, beispielsweise traditionellen chemischen Zellstoffen wie gebleichtem oder ungebleichtem Sulfat- oder Sulfitzellstoff, mechanischen Zellstoffen wie Holzschliff; thermomechanischem Zellstoff; oder chemisch-thermochemischem Zellstoff; oder wiederverwertetem Zellstoff wie entfärbtem Abfall, faserigen Füllverbundstoffen aus Aggregations- oder Recyclingvorgängen; und allen Mischungen derselben.
Die Eintragsmasse oder der Papierbrei, die/der bei der Erfindung verwendet wird, und das fertige Papier können im wesentlichen ungefüllt sein (d.h. weniger als 10 Gew.-% und im allgemeinen weniger als 5 Gew.-% Füllstoff enthalten), oder mit einem Füllstoff gefüllt sein, der in einer Menge bis zu 50%, bezogen auf das Trockengewicht der Feststoffe in der Eintragsmasse, oder bis zu 40 Gew.-%, bezogen auf das Trockengewicht des Papiers, vorgesehen sein kann. Wenn Füllstoff verwendet wird, kann jeder herkömmliche weiße Pigmentfüllstoff wie Calciumcarbonat, Kaolinton, kalziniertes Kaolin, Titandioxid oder Talkum oder eine Kombination derselben vertreten sein. Der Füllstoff (falls vorhanden) wird vorzugsweise in herkömmlicher Weise und vor dem Zusetzen der Komponenten des Mikropartikelsystems gemäß der vorliegenden Erfindung in die Eintragsmasse eingebracht.
Die Eintragsmasse oder der Papierbrei, die/der bei der Erfindung verwendet wird, kann auch andere bekannte, wahlweise verwendete Zusatzstoffe wie Terpentinharz, Alaun, neutrale Leime oder optische Aufhellungsmittel enthalten. Sie/er kann ein Verstärkungs- oder Bindemittel enthalten, und dieses kann beispielsweise eine Stärke wie kationische Stärke sein. Der pH-Wert der Eintragsmasse liegt im allgemeinen im Bereich von etwa 4 bis etwa 9.
Die Mengen an Faser, Füllstoff und anderen Zusatzstoffen, beispielsweise Verstärkungsmitteln oder Alaun, können alle herkömmlich sein. Typischerweise weist der dünne Papierbrei einen Feststoffgehalt von 0,1 bis 3 Gew.-% oder einen Fasergehalt von 0,1 bis 2 Gew.-% auf. Der dünne Papierbrei weist gewöhnlich einen Feststoffgehalt von 0,1 bis 2 Gew.-% auf. Diese Prozente sind auf das Trockengewicht der Feststoffe in der Eintragsmasse bezogen.
Wie hier weiter oben erläutert, umfasst die als das disperse Mikropartikelmaterial in dem Mikropartikelsystem gemäß der Erfindung verwendete Silicium-Säure-Kolloidmischung kolloidales Siliciumdioxid und ein saures Kolloid oder Derivate derselben. Vorzugsweise umfasst das saure Kolloid eine wässrige Lösung eines wasserlöslichen Polymers, welches vorzugsweise ein Melaminaldehyd und vorzugsweise Melaminformaldehyd ist. Dieses disperse Material löst sich leicht in einer wässrigen Zellstoffsuspension in einem Papierherstellungsverfahren, um die Oberflächeneigenschaften des fertigen Papierproduktes zu verbessern.
Die Erfinder stellten fest, dass die Silicium-Säure-Kolloidmischungen in Verbindung mit einem HMW-Ausflockungsmittel durch dieses selbst oder mit einem Koagulierungsmittel oder einem MMW-Ausflockungsmittel Entwässerung und Retention verstärken und die Bogenformung in einem Papierherstellungsverfahren verbessern können.
Experimente
Die folgenden Beispiele demonstrieren die Erfindung ausführlicher und sollen den Umfang der Erfindung in keiner Weise einschränken. Bei diesen Beispielen wurden folgende Produkte verwendet:

Polymer A: 25 Gew.-% betragendes aktives Copolymer von Acrylamid und Acryloyloxyethyltrimethylammoniumchlorid, erhältlich von der Calgon Corporation (Pittsburg, PA), mit etwa 90 Mol-% Acrylamid und etwa 10 Mol-% Acryloyloxyethyltrimethylammoniumchlorid.
Polymer B: anionisches Ausflockungsmittel – 28 Gew.-% betragendes aktives anionisches Copolymer von Acrylamid und Acrylsäure, erhältlich von der Calgon Corporation (Pittsburg, PA), mit etwa 70 Mol-% Acrylamid und etwa 30 Mol-% Acrylsäure.
Polymer C: kationisches Copolymer mittleren Molekulargewichts von Acrylamid und Diallyldimethylammoniumchlorid, erhältlich von der Calgon Corporation (Pittsburg, PA).
Polymer D: Terpolymer mittleren Molekulargewichts von Acrylamid, Diallyldimethylammoniumchlorid und Acrylsäure, erhältlich von der Calgon Corporation (Pittsburg, PA).
Saures Melaminformaldehydkolloid (MF): 8%-ige aktive Lösung, erhältlich von der Calgon Corporation (Pittsburg, PA).
Kolloidales Siliciumdioxid: 15%-ige aktive Lösung, erhältlich von DuPont (Wilmington, DE).
Carbital 60: trockenes, gemahlenes Calciumcarbonat, erhältlich von ECC International Inc. (Atlanta, GA).
Stalok^® 400: (Nationales Warenzeichen von A.E. Staley) und Interbond C: kationische Stärken, erhältlich von A.E. Staley.
Hercon 70: AKD-Leim (Alkylketendimer-Leim), erhältlich von Hercules, Inc.

Beispiele 1–16 - Alkalische Feinpapiereintragsmasse
Herstellung der Eintragsmasse

Es wurde eine alkalische Feinpapiereintragsmasse hergestellt und zu Entwässerungs- und Retentionstests und zur Herstellung von Prüfbögen verwendet. Diese Eintragsmasse wurde mit den folgenden Komponenten hergestellt:

Faser:	50/50 Gew.-% gebleichtes Kraft-Hartholz/ gebleichtes
	Kraft-Weichholz
Füllstoff	50/50 Gew.-% gemahlenes Calciumcarbonat (Carbital 60)/ausgefälltes Calciumcarbonat
Füllstoffcharge:	20 Gew.-%, bezogen auf die Faserfeststoffe
Stärke:	0,5 Gew.-% (Interbond C), bezogen auf die Faserfeststoffe
Leim:	0,25 Gew.-% Hercon 70 (AKD)

Es wurde ein trockener Zellstoff in Bogenform 10 Minuten lang in lauwarmem Wasser eingeweicht, mit Wasser auf eine Konsistenz von 2 Gew.-% Feststoffe verdünnt und mit einer labormäßigen Voith-Allis-Valley-Mahlmaschine auf einen Kanadischen Standardmahlgrad (CSF) von 590 ml verfeinert oder gemahlen. Es wurden Stärke, Leim und Füllstoff in dieser Reihenfolge in die verfeinerte Faserstoffsuspension eingebracht. Der pH-Wert der Faserstoffsuspension betrug typischerweise 7.5 ± 0.3. Die Faserstoffsuspension wurde mit Leitungswasser bis zu einer Konsistenz von annähernd 1,0 Gew.-% weiter verdünnt, um einen dünnen Papierbrei für Entwässerungs- und Retentionstests und zur Herstellung von Prüfbögen verdünnt. Die Eintragsmasse ist für eine typische alkalische Feinpapiereintragsmasse repräsentativ, wie sie zur Herstellung von Druckpapier- und Schreibpapierarten verwendet wird.
Entwässerungstestverfahren

1. Es wurden 200 ml (2g Feststoffe) der Eintragsmasse mit 1 Gew.-% Beständigkeit im Auflaufkasten in einen quadratischen Mischbecher eingegossen und mit Leitungswasser auf 500 ml verdünnt.
2. Diese Inhaltsstoffe wurden mit Hilfe eines standardmäßigen Britt-Propellermischers (1 Zoll Durchmesser) mit den folgenden Mischzeitbedingungen (in Sekunden) und Drehzahlbedingungen (in U/min) gemischt, um eine chemische Einbringung in den sekundären Einlass der Flügelpumpe, den Auslass der Flügelpumpe und den Auslass des Drucksiebes zu simulieren:
3. Die Inhaltsstoffe in dem Mischbecher wurden in ein graduiertes 500 ml-Entwässerungsröhrchen übergeführt, welches am Boden mit einem Sieb mit der Maschenweite 100 ausgestattet war. Das Röhrchen wurde 5 Mal umgewendet, um sicherzustellen, dass die Masse homogen ist. Der untere Stopfen des Röhrchens wurde entfernt, und es wurden die Elutionszeiten für Elutionsvolumina von 100, 200 und 300 ml gemessen. Die Elutionszeit bei einem Volumen von 300 ml bei einer unbehandelten Rohmasse sollte vorzugsweise länger als 60 Sekunden sein.
4. Es wurde in folgender Weise die Verbesserung bei der Entwässerung berechnet, bezogen auf die Entwässerungszeit bei einer unbehandelten rohen Probe:

Retentionstestverfahren (FPR, FPAR)-TAPPI-Testverfahren T269

1. Es wurden 500 ml der Eintragsmasse mit (1 Gew.-%) Beständigkeit im Auflaufkasten in einen Britt-Pecher mit einem Sieb mit der Maschenweite 70 eingegossen, wobei die Masse um 1200 U/min umgerührt wurde.
2. Die Reihenfolge von Mischzeit (in Sekunden) / Drehzahl (in U/min) war ähnlich derjenigen bei dem obigen Entwässerungstestvorgang, um chemische Zuführungsstellen mit der folg enden Änderung zu simulieren: Bei t₃₀ wurde der untere Absperrhahn geöffnet, und des wurden die ersten 10 ml des Eluats entnommen.
3. Dieses Eluat wurde durch ein Whatman-Filterpapier Nr. 4 hindurch gefiltert und bei 105°C getrocknet.
4. Der Massekuchen wurde 2, Stunden lang bei 600°C verbrannt, um die Ascheretention zu ermitteln.

Herstellung und Test des Prüfbogens
Mit Hilfe einer Prüfbogenform von Noble & Wood wurden Prüfbögen mit einem Flächengewicht von 7) Gramm pro Quadratmeter hergestellt. Diese Vorrichtung stellt einen quadratischen Prüfbogen von 20 cm × 20 cm her. Die bei der Herstellung der Prüfbogen verwendete Abfolge von Mischzeit/Drehzahl war die gleiche wie die bei dem Entwässerungstestvorgang verwendete Abfolge. Die behandelte Eintragsmasseprobe wurde in den Schöpfrandkasten der Prüfbogenmaschine von Noble & Wood eingegossen, und der Bogen wurde unter Anwendung von dem Fachmann wohlbekannten Standardverfahren hergestellt.
Eigenschaften des Bogens
Mit Hilfe eines MK-System-Formungstestgeräts des Modells MK 95OR wurde die Formung an den Prüfbögen getestet. Mit Hilfe eines Geräts Technidyne Color Touch des Modells ISO wurden Weißgrad- und Opazitätsmessungen vorgenommen.
Herstellung der Mischungen
Die kolloidalen Siliciumdioxid-Säure-Kolloidmischungen wurden gemäß dem folgenden Verfahren hergestellt:

1) Es wurden die Mengen der kolloidalen Siliciumdioxidfeststoffe und der sauren kolloiden Feststoffe in den Verhältnissen von Tabelle 1 berechnet, und es wurden die festgelegten Mengen für jede Lösung in gesonderte Becher eingewogen.
2) Es wurde eine pH-Sonde, die an einem pH-Messgerät angebracht war, in die kolloidalen Siliciumdioxidlösung eingeführt. Der pH-Wert dieser Lösung wurde durch Zusetzen von 10%-iger Salzsäure auf etwa 1.5 abgesenkt.
3) Die saure Kolloidlösung wurde in die kolloidale Siliciumdioxidlösung eingebracht, und dabei wurde die kolloidale Siliciumdioxidlösung umgerührt. 4) Der pH-Wert der fertigen Mischung gemäß 3) oben wurde durch Zusetzen von 10%-iger Salzsäure auf 1.5 abgesenkt.

In Tabelle 1 ist das Verhältnis der Zusammensetzungen für die Mischungen von Siliciumdioxid und Melaminformaldehyd (MF) zusammengestellt, die bei den Beispielen 1–16 verwendet wurden.
Tabelle 1 Zusammenstellung der Mischungen
Beispiele 1–7
Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse der Entwässerung für die Beispiele 1–7, und Tabelle 3 zeigt die Ergebnisse der Retention für diese gleichen Beispiele 1–7. Die Beispiele 2 und 4 zeigen insbesondere die Wirksamkeit der Verwendung eines Siliciumdioxid-MF-Mischungsverhältnisses von 4 : 1.
Entwässerung:
Die Dosierungen bei den Beispielen 1–7 sind als aktiv in Bezug auf 1 lb/t trockenen Zellstoffs ausgedrückt. Die Angaben in Tabelle 2 zeigen die Effektivität des Siliciumdioxid-MF-Mischungsverhältnisses von 4 : 1 bei der Erhöhung der Entwässerungsrate der Eintragsmasse. Wie in Beispiel 2 angegeben ist, verstärkt sich durch die Verwendung von 1,0 lb/t des Mischungsverhältnisses von 4 : 1 die Entwässerung, d.h. die Entwässerungsrate gemäß Beispiel 2, bei welchem das Siliciumdioxid-MF-Mischungsverhältnis von 4 : 1 verwendet wurde, zeigt eine Zunahme im Vergleich zu Beispiel 1, d.h. eine Entwässerungsrate von 57% bei Beispiel 2 im Vergleich zu einer eine Entwässerungsrate von 39% bei Beispiel 1. Wie an den Beispielen 3 und 4 in Tabelle 2 ersichtlich ist, wurde die Entwässerung durch weitere Erhöhungen der Dosierungen des Siliciumdioxid-MF-Mischungsverhältnisses von 4 : 1 noch weiter erhöht, d.h auf 65% bei Beispiel 3 und auf 68% bei Beispiel 4.
Das Siliciumdioxid-MF-Mischungsverhältnis von 4 : 1 (Beispiel 4) funktionierte auch besser, als das Siliciumdioxid bei ähnlichen Dosierungen von 2,0 lb/t und mit weniger Stärke durch sich selbst (Beispiel 7) funktionierte, d.h. bei 5 lbs./t bei Beispiel 4 im Vergleich zu 15 lbs./t bei Beispiel 7, wenn die Eintragsmasse am Einlass zu der Flügelpumpe eingebracht wurde. Das ist dadurch wichtig, dass der Papierhersteller Geld sparen kann, indem er die in dem Papierherstellungssystem benötigte Stärkemenge vermindert.
Tabelle 2 Verbesserung der Entwässerung bei Mischung von 4 : 1
Retention:
In Tabelle 3 ist die Fähigkeit des Siliciumdioxid-MF-Mischungsverhältnis von 4 : 1 gemäß der Erfindung zur Erhöhung der Retention beim ersten Durchlauf (FPR) und der Ascheretention beim ersten Durchlauf (FPAR) in einem Entwässerungs-/Retentions-/Formungsprogramm angegeben. Die Retention wurde mit Hilfe des Britt-Verfahrens (TAPP-Testverfahren T269) mit den hier weiter oben hier genannten Mischreihenfolgen gemessen. Beispiel 1, in welchem kein disperses Mikropartikelmaterial enthalten ist, weist eine FPR von 85,2% auf. Als in der in Beispiel 4 gezeigten Weise 2 lbs./t des Siliciumdioxid-MF-Mischungsverhältnisses von 4 : 1 zugesetzt wurden, stieg die FPR auf 92,9% an, und die FPAR stieg von 61% (Beispiel 1) auf 80,1% (Beispiel 4) an. Diese Zunahme der FPR und diejenige der FPAR können dadurch wichtige Faktoren für den Papierhersteller sein, dass das Papierherstellungsverfahren effektiver wird, der Gebrauch von Füllstoffen vermindert werden kann und die Eigenschaften der Bögen verbessert werden können. Auf Grund des Siliciumdioxid-MF-Mischungsverhältnisses von 4 : 1 kann wiederum weniger Stärke verwendet werden, und dadurch können Ergebnisse ähnlich den Beispielen mit Verwendung von nur Siliciumdioxid, d.h. Beispiel 3 (Mischung 4 : 1) im Vergleich zu Beispiel 6 (Siliciumdioxid), erzielt werden.
Tabelle 3 Retention der Mischung 4 : 1
Beispiele 8–12: Mischung 1 : 1
Tabelle 4 zeigt die Entwässerungsergebnisse für die Beispiele 8–12, und Tabelle 5 zeigt die Retentionsergebnisse für die Beispiele 8–12. Diese Ergebnisse zeigen die Effektivität bei der Verstärkung von Entwässerung und Retention, wenn die Dosierung des Siliciumdioxid-MF-Mischungsverhältnisses von 1 : 1 in Tabelle 1 von 1,0 lbs./t auf 2,0 lbs./t erhöht wird. Dieses Mischungsverhältnis von 1 : 1 sowie das Siliciumdioxid-MF-Mischungsverhältnis von 4 : 1 wirken in ähnlicher Weise wie Siliciumdioxid, jedoch bei einem niedrigeren Stärkegrad, d.h. 5 lbs./t im Vergleich zu 15 lbs./t bei Siliciumdioxid.
Tabelle 4 Entwässerung bei Mischung von 1 : 1
Tabelle 5 Retention der Mischung 1 : 1
Beispiele 13–16: Mischung 1 : 4
Tabelle 6 zeigt die Entwässerungsergebnisse und Tabelle 7 zeigt die Retentionsergebnisse für die Beispiele 13–16. Diese Ergebnisse zeigen eine Verbesserung von Entwässerung und Retention, wenn das Siliciumdioxid-MF-Mischungsverhältnis von 1 : 4 in Tabelle 1 in das DRF-Programm eingebracht wird. Wiederum verbessern sich, wie in den Tabellen 6 und 7 zu sehen ist, Entwässerung und Retention, wenn das Siliciumdioxid-MF-Mischungsverhältnis von 1 : 4 verwendet wird, d.h. die Beispiele 14–16 im Vergleich zu Beispiel 13 verwendet werden, bei dem keine Mischung verwendet wurde.
Tabelle 6 Entwässerung bei Mischung von 1 : 4
Tabelle 7 Retention der Mischung 1 : 4
Stabilität der Mischungen:
Wie Tabelle 8 zeigt, weisen die verschiedenen Siliciumdioxid-MF-Mischungsverhältnisse abhängig von der Zusammensetzung verschiedene Stabilitäten bei einem pH-Wert von 2.0 auf. Es wurden folgende Feststellungen getroffen.
Tabelle 8 Stabilität der Mischungen
Wie das Siliciumdioxid-MF-Mischungsverhältnis von 1 : 4 zeigt, ist das saure Kolloid um so länger bei azidischem pH-Wert, d.h. länger als 180 Tage, verwendbar, je mehr davon sich in der Mischung befindet. Die 12% MF wurden durch Konzentrieren einer Lösung von insgesamt 8% Feststoffen zustande gebracht. Die Mischungen gemäß der Erfindung weisen viel bessere Stabilität als jede der Komponenten in getrenntem Zustand auf, d.h. 15 und 90 Tage gegenüber 150 Tagen oder mehr bei den Siliciumdioxid-Säure-Kolloidmischungen gemäß der Erfindung.
Beispiele 17–21: Leicht beschichtete (LWC) Eintragsmasse
Bei dem Rest der Beispiele wurde ein Siliciumdioxid-MF-Mischungsverhältnis von 9 : 1 (Gew./Gew. Feststoffe) bei 15% Feststoffen insgesamt verwendet. Das verwendete Siliciumdioxid war ein Siliciumdioxid mit 30% Feststoffen, erhältlich von DuPont (Wilmington, DE). Die Mischungen wurden in der hier weiter oben beschriebenen Weise hergestellt.
Die Beispiele 17–21 in den Tabellen 9-A und 9-B stellen die Effektivität der vorliegenden Erfindung bei der Verbesserung von Entwässerung, Retention. und Bogeneigenschaften einer synthetischen, wässrigen Eintragsmasse dar. Diese Eintragsmasse stellt eine typische Eintragsmasse dar, wie sie zur Herstellung eines Grundbogens für leicht beschichtete Qualitäten verwendet wird. Die Eintragsmasse wurde 15 Minuten lang mit 15 lb./t Stärke Stalok 400 behandelt, bevor Retentionshilfen zugesetzt wurden.
Herstellung der Eintragsmasse:

Die zur Entwässerung und Retention und zur Herstellung von Prüfbögen verwendete synthetische Eintragsmasse wurde mit den folgenden Komponenten hergestellt:

Faser:	45 Gew.-% gebleichtes Kraft-Weichholz (SWK)
	55 Gew.-% chemothermomechanischer Zellstoff (CTMP)
Füllstoff	kalzinierter Ton
Füllstoffcharge:	10 Gew.-%, bezogen auf Gewicht der ofentrocknen Fasern
Alaun:	0,5 Gew.-%, bezogen auf Gewicht der ofentrocknen Fasern

Bei der Herstellung der Eintragsmasse wurde der CTMP 15 bis 20 Minuten lang in heißem Wasser eingeweicht, in Wasser auf 1,5 Gew.-% Feststoffe verdünnt und mit einer labormäßigen Voith-Allis-Valley-Mahlmaschine auf einen Kanadischen Standardmahlgrad (CSF) von 200 ml verfeinert oder gemahlen. Das SWK wurde gesondert in Wasser eingeweicht, auf 1,5 Gew.-% Feststoffe verdünnt und auf einen CSF von 550 ml verfeinert oder gemahlen. Dann wurden die obigen Fasern auf die oben aufgeführten Proportionen gemischt, und der kalzinierte Ton wurde zugesetzt. Der pH-Wert der Eintragsmasse wurde mit verdünnter Schwefelsäure auf 5.0 eingestellt, und die Leitfähigkeit wurde mit Natriumsulfat auf 2000 μS/cm eingestellt.
Tabelle 9-A LWC-Eintragsmasse
Tabelle 9-N LWC-Eintragsmasse
Die Beispiele 18–21 in den Tabellen 9-A und 9-B zeigen die Auswirkung des Einbringens der Mikropartikelmischung in die LWC-Eintragsmasse in einer Position nach dem Sieb. Wenn die Dosierung der Mikropartikelmischung erhöht wird, nehmen Entwässerung, FPR und FPAR sehr stark zu. Diese Vorteile können dadurch wichtig sein, dass der Papierhersteller die Geschwindigkeit der Papiermaschine erhöhen kann, dass der Bogen schneller trocknen kann und dabei mehr von den Füllstoffen und den Feinstoffen der Eintragsmasse im Vergleich zu einem nicht mit dem Mikropartikelsystem gemäß der Erfindung behandelten Bogen in dem Bogen gehalten wird. Die Ergebnisse in den Tabellen 9-A und 9-B zeigen auch, dass die Bogenformung bei Verwendung der Erfindung abnimmt, während Weißgad und Opazität des Bogens im Vergleich zu einem nicht mit dem Mikropartikelsystem gemäß der Erfindung behandelten Bogen relativ unverändert bleiben.
Beispiele 22–26: Pappeeintragsmasse
Die Beispiele 22–26 in den Tabellen 10-A und 10-B stellen die Effektivität der Erfindung bei der Verbesserung von Entwässerung, Retention und Bogeneigenschaften einer synthetischen, wässrigen Pappeeintragsmasse dar. Diese Eintragsmasse stellt eine typische Eintragsmasse dar, wie sie zur Herstellung eines Grundbogens für Pappe verwendet wird.
Herstellung der Eintragsmasse:
Es wurde ein Eintragsmasse durch Auflösen von 360 g ungebleichter alter Wellpappe (OCC) in lauwarmem Wasser und Verdünnen mit Leitungswasser auf 23 Liter hergestellt. Dann wurde der Zellstoff mit einer labormäßigen Mahlmaschine ähnlich den vorhergehenden Beispielen auf einen CSF von 300 ml verfeinert. 18 Liter dieser Breimasse wurden auf eine Konsistenz von 0,5 Gew.-% verdünnt, und zum Einstellen der Wasserchemie auf Papierfabrikbedingungen wurden die folgenden Salze zugesetzt: 5,61 g Calciumchlorid; 0,96 g Kaliumchlorid; 8,17 g Alaun (50 Gew.-%); 15,96 g Natriumsulfat; 0,59 g Natriumbicarbonat; und 0,97 g Natriumsilicat. Die gemessene Leitfähigkeit betrug annähernd 2000 μS/cm. Der pH-Wert wurde mit verdünnter Schwefelsäure auf 5.0 eingestellt.
Tabelle 10-A Pappeeintragsmasse
Tabelle 10-B Pappeeintragsmasse
In den Tabellen 10-A und 10-B stellen die Beispiele 22, 25 und 26 die Auswirkung der Verwendung von 20 Pounds Stärke in Verbindung mit der Mikropartikelmischung gemäß der Erfindung in einer Pappeeintragsmasse dar. Die Tabellen 10-A und 10-B zeigen auch, dass durch eine Erhöhung bei der Dosierung der Mikropartikelmischung gemäß der Erfindung und der Stärke Entwässerung, FPR und FPAR zunehmen. Diese Ergebnisse zeigen auch, dass die Mikropartikelmischung auch gut wirkt, wenn 10 Pounds Stärke in der Eintragsmasse verwendet werden. Das scheint anzuzeigen, dass bei der Erfindung keine hohen Stärkegrade erforderlich zu sein brauchen, um bei manchen Eintragsmasse wirksam zu sein. Es wurde gezeigt, dass bei traditionellen Siliciumdioxid-Programmen typischerweise hohe Stärkedosierungen vonnöten sind, um effektiv zu sein, wohingegen das bei Verwendung das Mikropartikelsystems gemäß der Erfindung nicht der Fall zu sein scheint.
Beispiele 27–30: Zeitungspapiereintragsmasse
Die Beispiele 27–30 in den Tabellen 11-A, 11-B und 11-C stellen die Effektivität der Erfindung bei der Verbesserung von Entwässerung, Retention und Bogeneigenschaften einer synthetischen, wässrigen Eintragsmasse dar. Diese Eintragsmasse stellt eine typische Holzschliff-Eintragsmasse dar, wie sie zur Herstellung eines Grundbogens für Zeitungspapier verwendet wird.
Herstellung der Eintragsmasse:

Die für Entwässerungs- und Retentionsstests und zur Herstellung von Prüfbögen verwendete synthetische Eintragsmasse wurde folgendermaßen hergestellt:

Faser:	80 Gew.-% CTMP
	10 Gew.-% SWK
	10 Gew.-% wiederverwertetes Zeitungspapier
Füllstoff:	kalzinierter Ton
Füllstoffcharge:	4 Gew.-%, bezogen auf Gewicht der ofentrocknen Fasern
Alaun:	50 lb./t

Bei der Herstellung dieser Eintragsmasse wurde der CTMP in heißem Wasser (140°C) eingeweicht und in einem Mischer 15 bis 20 Minuten lang entfasert. Das wiederverwertete Zeitungspapier wurde gesondert auf die gleiche Weise behandelt. Das SWK wurde zwei Stunden lang in lauwarmem Wasser eingeweicht und in einem Mischer 15 bis 20 Minuten lang entfasert.
Der CTMP, das wiederverwertete Zeitungspapier und das SWK wurden miteinander gemischt und mit einer labormäßigen Mahlmaschine ähnlich den vorhergehenden Beispielen auf einen CSF von 50 bis 75 ml verfeinert. Der kalzinierte Ton und das Alaun wurden zugesetzt, um den endgültigen pH-Wert von 4.8 bis 5.2 zu erzielen. Die Leitfähigkeit der Breimasse wurde mit Hilfe von Natriumchlorid auf 2000 μS/cm eingestellt.
Tabelle 11-A Zeitungspapiereintragsmasse
Tabelle 11-B Zeitungspapiereintragsmasse
Tabelle 11-C Zeitungspapiereintragsmasse
In den Tabellen 11-A und 11-C stellen die Beispiele 27 und 28 dar, dass eine Zunahme bei Entwässerung, FPR und FPAR erfolgt, wenn die Mikropartikelmischung gemäß der Erfindung in der Position nach dem Sieb in die Zeitungspapiereintragsmasse eingebracht wird. Diese Zunahme bei Entwässerung, FPR und FPAR kann eine wichtiger Gesichtspunkt bei einer sehr schnell laufenden Zeitungspapiermaschine sein. Diese Ergebnisse für die Beispiele 27 und 28 zeigen auch, dass das Mikropartikelsystem selbst ohne Stärke effektiv ist. Durch diese Faktoren kann der Papierghersteller die Kosten senken und dadurch die Gesamtkosten pro Tonne des herzustellenden Papiers absenken.
Industrielle Anwendung der Maschine für alkalisches Feinpapier
Die Leistung der Maschine wurde an einer industriellen Maschine für alkalisches Feinpapier bewertet. Das Mikropartikelmischungsprogamm gemäß der Erfindung wurde mit einem Referenzprogamm verglichen. Das Referenzprogramm wurde an einer Maschine ausgeführt, bei welcher das Polymer B (0,15 lb./t Aktivstoff) vor dem Sieb zugesetzt wurde und das Polymer C (1,0 lb./t Aktivstoff) der Eintragsmasse nach dem Sieb zugesetzt wurde. Bei dem Mikropartikelprogramm gemäß der Erfindung wurde das Polymer C der Eintragsmasse in der Stufe vor dem Sieb zugesetzt, und die Mikropartikelmischung (1,0 lb. Aktivstoff) wurde in der Stufe nach dem Sieb zugesetzt. Es sei angemerkt, dass die Dosierungen annähernd sind und mit unterschiedlichem Flächengewicht und unterschiedlicher Papierart geändert wrden. Das Programm gemäß der Erfindung wurde auch mit einem typischen Siliciumdioxid-Programm verglichen, wobei Polyamin (1,5 lb./t Aktivstoff) in das Gefäß eingegeben wurde, anionisches HMW-Polyacrylamid (1,5 lb./t Aktivstoff) in der Stufe vor dem Sieb zugesetzt wurde und kolloidales Siliciumdioxid (1,5 lb./t Aktivstoff) in der Stufe nach dem Sieb zugesetzt wurde. Die Ergebnisse dieses Vergleichs sind den Tabellen 12 und 13 gezeigt.
Tabelle 12 Vergleich von Papiermaschinen bei 80 lb. Flächengewicht
Tabelle 13 Vergleich von Papiermaschinen bei 100 lb. Flächengewicht
Aus Tabelle 12 (Flächengewicht 80 lb.) ist zu ersehen, dass die Mikropartikelmischung gemäß der Erfindung zu verbesserter Bogenformung (die niedrigere Zahl ist besser), zu geringerem Dampfverbrauch und zu mehr gepressten Feststoffen im Vergleich zu den anderen Programmen führt. Bei gleichwertigem Dampfverbrauch wurde die Geschwindigkeit der Maschine mit der Erfindung um 13,6% gegenüber dem Referenzprogramm und um 3,1% gegenüber dem traditionellen Siliciumdioxid-Programm erhöht. Durch diesen Faktor kann der Papiermaschinenhersteller die Geschwindigkeit der Maschine erhöhen, was zu höherer Produktion von Papier und/oder zu weniger Energie zur Dampferzeugung führt. Diese Ergebnisse zeigen auch eine bessere Papierformung an, wenn die Mikropartikelmischung gemäß der Erfindung verwendet wird. Dieser Faktor kann dadurch wichtig sein, dass sich ein Papierbogen mit einer einheitlicheren, höheren Qualität herstellen lasst.
In Tabelle 13 (Flächengewicht 100 lb.) ist ein Vergleich zwischen der Verwendung der Mikropartikelmischung gemäß der Erfindung und der Verwendung der anderen Programme bei einem Papier mit 100 lb. Flächengewicht dargestellt. Bei einem Papier mit schwererem Gewicht ist die Entwässerung in dem dickeren Bogen problematischer, und zum Trocknen ist mehr Energie vonnöten. Es ist gezeigt, dass mit der Erfindung für bessere Bogenformung, mehr gepresste Feststoffen und niedrigeren Dampfverbrauch im Vergleich zu dem Referenzprogramm oder dem Siliciumdioxid-Programm gesorgt wird. Durch diese Faktoren der Erfindung kann es dem Papierhersteller ermöglicht werden, einen Bogen von höherer Qualität mit einer höheren Papiermaschinengeschwindigkeit herzustellen.
Zwar wurden für die Darstellungszwecke spezielle Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben, jedoch ist für den Fachmann erkennbar, dass zahlreiche Variationen und Einzelheiten der Erfindung ohne Abweichung von der Erfindung, wie sie in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, hergestellt werden können.

Claims

Mikropartikel-Zusammensetzung, verwendet als Halte- und Entwässerungshilfe in einer Eintragsmasse, mit: a) einem ausflockenden Polymer hohen Molekulargewichts, das in einer Menge von 0,0025 Gew.-% bis 1,0 Gew.-% vorhanden ist, bezogen auf das Trockengewicht der Feststoffe in der Eintragsmasse, und b) einer Siliciumdioxid-Säure-Kolloidmischung, das (1) ein saures Kolloid, bestehend aus melaminartigen Aldehydpolymeren, (2) ein kolloidales Siliciumdioxid umfasst, wobei das saure Kolloid und das kolloidale Siliciumdioxid im Bereich von jeweils 99,5 : 0,5 bis 0,5 : 99,5, bezogen auf die gesamten Feststoffe, in einer sauren Umgebung mit einem pH-Wert von 3,0 oder weniger gemischt sind, wobei die Siliciumdioxid-Säure-Kolloidmischung in einer Menge von 0,0005 Gew.-% bis 0,5 Gew.-% vorhanden ist, bezogen auf das Trockengewicht der Feststoffe in der Eintragsmasse.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das Melamin in dem melaminartigen Aldehydpolymer substituiert oder nicht substituiert ist; und das Aldehyd
ist, wobei R₁ aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus geradem und aus verzweigtem C_1-4-Alkyl besteht.
Zusammensetzung nach Anspruch 2, wobei das Aldehyd aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Formaldehyd, Ethanal, Propanal, Glyoxal und Glutaraldehyd besteht.
Zusammensetzung nach Anspruch 3, wobei das Aldehyd Formaldehyd ist.
Zusammensetzung nach Anspruch 4, wobei das wasserlösliche Polymer Melaminformaldehyd ist.
Zusammensetzung nach Anspruch 5, wobei das Melaminformaldehyd mit einem linearen oder einem verzweigten Alkohol verethert ist.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die Siliciumdioxid-Säure-Kolloidmischung kolloidales Siliciumdioxid und ein saures Kolloid eines Copolymers von Melaminformaldehyd und Harnstoff-Formaldehyd umfasst.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die Siliciumdioxid-Säure-Kolloidmischung kolloidales Siliciumdioxid und ein saures Kolloid eines Copolymers umfasst, welches das Melaminaldehyd und Kondensate umfasst, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Ammelinaldehyd, Dicyandiamidaldehyd, Biguanidinaldehyd. Harnstoff-Formaldehyd, Polyalkylenpolyamin und Polyureido besteht.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die Siliciumdioxid-Säure-Kolloidmischung das kolloidale Siliciumdioxid und ein Kolloid eines Copolymers von aminaldehydartigen und ethylenisch ungesättigten Monomeren umfasst, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Acrylamid, Dimethylaminoethylacrylat, Diallyldimethylammoniumchlorid und Methacrylamidopropyltrimethylammoniumchlorid besteht.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, des weiteren mit: einem kationischen Koagulationsmittel hoher Ladungsdichte, das in einer Menge von etwa 0,005 Gew.-% bis etwa 0,5 Gew.-% vorhanden ist, bezogen auf das Trockengewicht der Feststoffe in der Eintragsmasse.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, des weiteren mit: einem Ausflockungsmittel mittleren Molekulargewichts, das in einer Menge von 0,0025 Gew.-% bis etwa 1,0 Gew.-% vorhanden ist, bezogen auf das Trockengewicht der Feststoffe in der Eintragsmasse.
Papierprodukt mit der Mikropartikelzusammensetzung nach Anspruch 1.
Papierprodukt mit der Mikropartikelzusammensetzung nach Anspruch 2.
Verfahren zur Herstellung von Papierprodukten mit den folgenden Schritten: a) nach einer ersten hohen Scherstufe und vor einer zweiten hohen Scherstufe das Einbringen eines ausflockenden Polymers hohen Molekulargewichts nach Anspruch 1 in eine PapierEintragsmasse in einer Menge von 0,0025 Gew.-% bis etwa 1,0 Gew.-%, bezogen auf das Trockengewicht der Feststoffe in der Eintragsmasse; und b) vor oder nach der zweiten hohen Scherstufe das Einbringen einer Siliciumdioxid-Säure-Kolloidmischung nach Anspruch 1, die in einer Menge von 0,0005 Gew.-% bis etwa 0,5 Gew.-% vorhanden ist, bezogen auf das Trockengewicht der Feststoffe in der Eintragsmasse, in die PapierEintragsmasse.
Verfahren nach Anspruch 14, des weiteren mit dem folgenden Schritt: a) vor der ersten hohen Scherstufe das Einbringen eines kationischen Koagulationsmittels hoher Ladungsdichte in einer Menge von etwa 0,005 Gew.-% bis etwa 0,5 Gew.-%, bezogen auf das Trockengewicht der Feststoffe, in die Eintragsmasse.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Siliciumdioxid-Säure-Kolloidmischung aus Melaminformaldehyd-Säure-Kolloid besteht.
Verfahren nach Anspruch 14, des weiteren mit dem folgenden Schritt: a) vor der ersten hohen Scherstufe das Einbringen eines Polymers mittleren Molekulargewichts in die Eintragsmasse in einer Menge von 0,0025 Gew.-% bis etwa 1,0 Gew.-%, bezogen auf das Trockengewicht der Feststoffe in der Eintragsmasse.
Verfahren nach Anspruch 17, des weiteren mit dem folgenden Schritt: a) vor der ersten hohen Scherstufe das Einbringen eines kationischen Koagulationsmittels hoher Ladungsdichte in die Eintragsmasse in einer Menge von etwa 0,005 Gew.-% bis etwa 0,5 Gew.-%, bezogen auf das Trockengewicht der Feststoffe in der Eintragsmasse.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Siliciumdioxid-Säure-Kolloidmischung aus Melaminformaldehyd-Säure-Kolloid besteht.
Verfahren nach Anspruch 17, des weiteren mit dem folgenden Schritt: a) vor der ersten hohen Scherstufe das Einbringen eines Polymers mittleren Molekulargewichts in die Eintragsmasse in einer Menge von 0,0025 Gew.-% bis etwa 1,0 Gew.-%, bezogen auf das Trockengewicht der Feststoffe in der Eintragsmasse.