Способ приготовления крахмального связующего для бумажной массы

 

Использование: в качестве связующего для бумажной массы. Сущность изобретеИзобретение относится к целлюлознобумажному производству и может быть использовано для увеличения прочности и жесткости бумаги и картона одновременно с экономией проклеивающих материалов для клеевых видои продукции Известно, что обработка крахмала азотсодержащими полимерами, такими как сополимер эпихлоргидрина и диметиламина, способствует его катионизации и приводит к увеличению прочности бумаги и повышению удержания волокна и наполнителя в ней 1. Однако в таком полимере затруднена кватернизация азота, поэтому плотность положительных зарядов в молекуле мала, следовательно, требуется увеличение количества азотсодержащего полимера для осуществления катионизации крахмала. Кроме того, молекулы такого полимера обладают излишней гибкостью, которая способствует повышенному распаду комплексов молекул этого катионизатора с крахмалом и по этой ния: в суспензию крахмала добавляют гидроксид натрия в количестве 0,1-2,5% от массы крахмала, затем добавляют гипохлорит натрия в количестве 1,3-3,5% активного хлора от массы крахмала, разогревают полученную смесь до 40-50°С и выдерживают 25-45 мин. В полученную смесь добавляют се русо держащее соединение, выбранное из группы, содержащей сернистую кислоту, сульфит натрия или тиосульфат натрия, в количестве 0,003-0,070% от массы крахмала , а затем вводят полидиметилдиаллиламмонийхлорид в количестве 2-15% от массы крахмала, разогревают полученную смесь до 85-95°С и выдерживают в течение 5-10 мин, 1 з.п. ф-лы, 1 табл. причине приводит к уменьшению удержания катионизированного крахмала в бумажной массе. Наиболее близким к предлагаемому является способ приготовления крахмального связующего для бумажной массы, включающий обработку водной суспензии крахмала гидроксидом натрия, введение гипохлорита натрия и полидиметилдиаллиламмонийхлорида в количестве 2-15% от массы крахмала и варку смеси при 85-95°С 2. По этому способу после обработки крахмальной суспензии гидроксидом натрия в нее вводят полидиметилдиаллиламмонийхлорид совместно с гипохлоритом натрия и сразу же варят полученную смесь. Использование крахмального связующего, подготовленного таким образом, способствует увеличению прочности бумажного полотна в мокрой части бумажной массы и разрывной длины готовой бумаги. Однако совместная варка крахмала с катионизатором и окислителем способствует Ё XI СО ел fcb ON СП

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4870676/12 (22) 02,10,90 (46) 23.05,92. Бюл. ¹ 19 (71) Центральный научно-исследовательский институт бумаги (72) Я.Е.Диклер, М.Г.Чаусер, Г.В,Шепитиновский, А.А.Буровихин и В.И,Листратенко (53) 676.1.023.7 (088.8) (56) Патент CLUA № 3930877, кл, 106-273, 1976, Патент США ¹ 4097427, кл. 260-9, 1978. (54) СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ КРАХМАЛЬНОГО СВЯЗУЮЩЕГО ДЛЯ БУМАЖНОЙ МАССЫ (57) Использование: в качестве связующего для бумажной массы. Сущность изобретеИзобретение относится к целлюлознобумажному производству и может быть использовано для увеличения прочности и жесткости бумаги и картона одновременно с экономией проклеивающих материалов для клеевых видов продукции.

Известно, что обработка крахмала азотсодержащими полимерами, такими как сополимер эпихлоргидрина и диметиламина, способствует его катионизации и приводит к увеличению прочности бумаги и повышению удержания волокна и наполнителя в ней (11, Однако в таком полимере затруднена кватернизация азота, поэтому плотность положительных зарядов в молекуле мала, следовательно, требуется увеличение количества азотсодержащего полимера для осуществления катионизации крахмала, Кроме того, молекулы такого полимера обладают излишней гибкостью, которая способствует повышенному распаду комплексов молекул этого катионизатора с крахмалом и ilo этой

„„Я „„17354б5 А1 (si)s D 21 Н 17/29, С 09 J 103/04 ния: в суспензию крахмала добавляют гидроксид натрия в количестве 0,1-2,5% от массы крахмала, затем добавляют гипохлорит натрия в количестве 1,3-3,5% активного хлора от массы крахмала, разогревают полученную смесь до 40-50 С и выдерживают

25-45 мин. В полученную смесь добавляют серусодержащее соединение, выбранное из группы, содержащей сернистую кислоту, сульфит натрия или тиосульфат натрия, в количестве 0,003-0,070% от массы крахмала, а затем вводят полидиметилдиаллиламмонийхлорид в количестве 2-15% от массы крахмала, разогревают полученную смесь до 85-95 С и выдерживают в течение

5-10 мин, 1 з.п. ф-лы, 1 табл. причине приводит к уменьшению удержания катионизированного крахмала в бумажной массе, Наиболее близким к предлагаемому является способ приготовления крахмального связующего для бумажной массы, включающий обработку водной суспензии крахмала гидроксидом натрия, введение гипохлорита натрия и полидиметилдиаллиламмонийхлорида в количестве 2-15% от массы крахмала и варку смеси при 85-950С (2).

По этому способу после обработки крахмальной суспензии гидроксидом натрия в нее вводят полидиметилдиаллиламмонийхлорид совместно с гипохлоритом натрия и сразу же варят полученную смесь, Использование крахмально о связующего, подготовленного таким образом, способствует увеличению прочности бумажного полотна в мокрой части бумажной массы и разрывной длины готовой бумаги.

Однако совместная варка крахмала с катионизатором и окислителем clloco6GT BBT

1735465

30

50.55 окислительной деструкции аммониевого полимера, которая ухудшает степень удержания катионного крахмала в массе и негативно сказывается на прочности бумаги вследствие уменьшения связующей способности низкомолекулярных продуктов деструкции, Кроме того, при температуре варки деструктирующее влияние избытка, окислителя сказывается и на макромолекулах крахмала, с другой стороны, недостаток окислителя значительно увеличивает продолжительность обработки крахмала и сни жает достигаемую степень удержания катионизированного крахмала.

Целью изобретения является улучшение качества крахмального связующего.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу приготовления крахмального связующего для бумажной массы, включающему обработку водной суспензии крахмала гидроксидом натрия, гипохлорит натрия и полидиметилдиаллиламмонийхлорид вводят в обработанную гидроксидом натрия водную суспензию крахмала последовательно, при этом после введения гипохлорита натрия массу выдерживают при

40-50 С в течение 25-45 мин, затем суспензию нейтрализуют серусодержащим соединением, выбранным из группы, включающей сернистую кислоту, сульфит натрия или тиосульфит натрия, при его расходе 0,003-0,070% от массы крахмала, полидиметилдиаллиламмонийхлорид вводят в нейтрализованную суспензию, а после варки выдерживают полученную смесь в течен и е 5-10 м и н.

При этом гидроксид натрия берут в количестве 0,1-2,5 от массы крахмала, а гипохлорит в количестве 1,3-3,5 (в пересчете на активный хлор) от массы крахмала.

Используемый в предлагаемом способе катионный крахмал представляет собой полимерный комплекс, в котором молекулы полидиметилдиаллиламмонийхлорида и окисленного крахмала прочно связаны не только молекулярными, но и ионными силами, без примеси низкомолекулярных продуктов окислительной деструкции катионного полимера. Этот комплекс при введении в бумажную массу равномерно распределятся по поверхности волокон и в силу особой прочности внутренних связей, обладает повышенной устойчивостью и не десорбируется, обеспечивая высокую степень удержания крахмала в массе. Отсутствие низкомолекулярных продуктов деструкции в комплексе способствует более полному удержанию катионизатора в массе, Увеличение геометрических размеров такого комплекса (за счет прочности связей в нем) по сравнению с размерами составляющих его молекул способствует большему удержанию в бумажной массе красителей, наполнителей, оптических отбеливателей, и роклеи вающих веществ и мелкого волокна, что приводит к значительному уменьшению разносторонности получаемой бумаги. Кроме того, полученная бумага обладает повышенной сомкнутостью структуры, обеспечивающей дополнительное увеличение прочности ее поверхности.

Приготовление крахмального связующего по изобретению осуществляют путем загрузки товарного крахмала в воду при 025 С при перемешивании с целью получения его суспензии с концентрацией сухих веществ 3-25 (при меньшей температуре воды появляется опасность ее замерзания, при большей — наблюдаются трудности при суспендировании крахмала; при меньшей концентрации сухих веществ в суспензии уменьшается ее устойчивость, при большей — возможно образование крупных комьев крахмала). В полученную суспензию добавляют гидроксид натрия в количестве

0,1-2,5% от массы крахмала (в зависимости от его вида), Затем добавляют гипохлорит натрия в количестве 1,3-3,5% активного хлора от массы крахмала (для картофельного крахмала рекомендуется расход активного хлора ближе к нижней границе диапазона, для кукурузного - ближе к верхней), разогревают полученную смесь до 40-50 С и выдерживают при этой температуре 25-45 мин для оптимального окисления (меньшая температура неоправданно затянет процесс окисления, большая — ускорит термическое разложение гипохлорита; меньшая продолжительность приводит к неполному окислению, большая — нецелесообразна, поскольку за 45 мин процесс завершается). Для прекращения процесса окисления крахмала и нейтрализации остаточного хлора в смесь добавляют серусодержащее соединение, например сернистую кислоту, сульфит или тиосульфит натрия в количестве 0,003-0,070о от массы крахмала (для сернистой кислоты предпочтителен расход, приближающийся к нижней границе диапазона, для тиосульфита натрия — ближе к верхней границе). После этого вводят полидиметилдиаллиламмонийхлорид в количестве 2-15% от массы крахмала (меньшее количество снижает степень удержания крахмала, большее — не способствует дальнейшему возрастанию прочностных показателей бумаги), разогревают полученную смесь до 85-95 С и выдерживают при этой температуре в течение 5-10 мин (меньшая температура ухудшает провар зерен крах1735465 мала, большая — может привести к вскипанию сваренной смеси). Полученное описанным способом крахмальное связующее подается в бумажную массу в количестве

0,3-4,0 сухого вещества от массы бумаги (меньшее количество не приводит к достаточному увеличению прочностных показателей бумаги, большее — может вызвать флокуляцию массы).

Порядок и место дозировки этого катионного крахмала зависит от вида бумаги и особенностей потока подготовки массы.

Предпочтительный порядок дозировки связующего, приготовленного по предлагаемому способу: для проклеенных видов продукции — после введения проклеивающих материалов и наполнителей; для остальных видов —; а 15-30 мин до отлива, Бумажная масса может включать древесную массу и/или беленую или небеленую целлюлозу как сульфитную, так и сульфатную хвойных и/или лиственных пород древесины, Она может наполняться любыми известными наполнителями с эффектом лучшего их удержания и проклеиваться как в кислой, так и в нейтральной среде соответствующими проклеивающими материалами, при этом даже при неблагоприятных условиях проклейки (при температуре п роизводст вен ной воды более 20 С) расход проклеивающих материалов уменьшается на 10 при сохранении прежнего значения впитываемости или степени проклейки. Допустимо использовать любые субстантивные, дисперсные и прямые красители, в том числе и оптически отбеливающие вещества, при этом также возрастает их удержание, Поскольку предлагаемое крахмальное связующее совместимо с известными коагулянтами для кислого и нейтрального способа проклейки бумажной массы и само обладает свойствами коагулянта, его использование позволяет уменьшить расходы коагулянтов и флокулянтов.

Лучшее удержание взвешенных веществ в бумажной массе и отсутствие ниэкомолекулярных продуктов окислительной деструкции снижает БПК оборотных вод производственного потока, а антисептическое действие полидиметилдиаллиламмонийхлорида способствует уменьшению пятнообразования за счет слизи.

Пример 1 (по изобретению). В 3 л воды при 10 С засыпают 1 кг воздушно-сухого картофельного крахмала при непрерывном перемешивании. В образовавшуюся суспензию добавляют 1 r гидроксида натрия, вливают раствор гипохлорита натрия из расчета 1,3 активного хлора от массы крахмала, подогревают

55 смесь до 40 С и выдерживают при перемешивании в течение 45 мин, затем добавляют раствор сернистой кислоты из расчета

0,003 от массы крахмала и раствор полидиметилдиаллиламмонийхлорида марки

ВПК-402 из расчета 2 полимера от массы крахмала, разогревают полученную смесь до 95 С при перемешивании, выдерживают ее 5 мин и разбавляют теплой водой до 15 л, Это крахмальное связующее дозируют в бумажную массу после добавления в нее каолина и канифольного клея, перед введением сульфата алюминия, за 30 мин до отлива бумаги, Бумажная масса имеет следующую композицию по волокнистым полуфабрикатам:

75 беленой сульфитной хвойной целлюлозы со степенью помола 29 ШР и 25 беленой сульфатной лиственной целлюлозы, степень помола которой равны 34 ШР. После размола в нее добавляют 16 химически отбеленного каолина, 1,6 клея из талловой модифицированной канифоли, 1 крахмального связующего, приготовленного описанным способом, и 3,5ф сульфата алюминия от массы абсолютно сухого волокна. Степень удержания крахмала в массе, измеренная спектрофотометрически, составляет 73 / .

Полученную массу используютдля изготовления офсетной бумаги массой 70 гlм .

Пример 2 (по прототипу). В 3 л воды при 10 С засыг ают 1 кг воздушно-сухого картофельного крахмала при непрерывном перемешивании. В образовавшуюся суспензию добавляют 5 г гидроксида натрия, вливают растворы полидиметилдиаллиламмонийхлорида (марки ВПК-402) из расчета

2 полимера от массы крахмала и гипохлорита натрия из расчета 0,5 активного хлора от массы крахмала. Полученную смесь разогревают до 95 С, варят при перемешивании 30 мин и разбавляют теплой водой до

15 л. Это крахмальное связующее дозируют в бумажную Массу после добавления в нее каолина и канифольного клея, перед введением сульфата алюминия, за 30 мин до отлива бумаги.

Бумажная масса имеет композицию по волокнистым полуфабрикатам и химикатам, совпадающую по подготовке и дозировке с примером 1. Степень удержания крахмала в массе, измеренная спектрофотометрически, составляет 66 .

Полученную массу используют для изготовления офсетной бумаги массой 70 г/м, Пример 3 (по изобретению). Осуществляют аналогично примеру 1, с тем отличием, что берут кукурузный крахмал; добавляют 20 г гидроксида натрия и 3,5

1735465 гипохлорита натрия по активному хлору, Нагревают эту смесь до 50 С и выдерживают

25 мин, затем добавляют 0,07 тиосульфата натрия от массы крахмала, после этого 15 полимера марки ВПК-402. Выдерживают после варки 10 мин и дозируют готовое связующее в количестве 1,2 от массы абсолютно сухого волокна в композицию, по составу и подготовке идентичную описанной в примере 1, после введения каолина и канифольного клея и перед введением сульфата алюминия.

Степень удержания в массе крахмала, приготовленного описанным способом, измеренная спектрофотографически, составляет 82 .

Полученную массу используют для изготовления офсетной бумаги массой 70 г/м, г

Пример 4 (по прототипу), Осуществляют аналогично примеру 2, с той лишь разницей, что берут кукурузный крахмал, добавляют 20 г гидроксида натрия, затем в суспензию вводят растворы полимера марки В ПК-402 в количестве 15 от массы крахмала и гипохлорита натрия в количестве 1 активного хлора от массы крахмала. Полученную суспензию варят при 85 С и после разбавления дозируют в количестве 1,2 от массы абсолютно сухого волокна в композицию, по составу и подготовке идентичную описанной в примере 1, после введения каолина и канифольного клея и перед введением сульфата алюминия.

Степень удержания в массе крахмала, приготовленного описанным способом, измеренная спектрофотографически, составляет 76, Полученную массу используют для изготовления офсетной бумаги массой 70 г/м, Пример 5 (по изобретению), Осуществляют аналогично примеру 1, с тем отличием, что суспензию для окисления нагревают до 45 С и выдерживают 35 мин, затем добавляют 0,02 сульфита натрия от массы крахмала, после этого 5 полимера марки ВПК-402. Выдерживают после варки

7 мин и дозируют готовое связующее в композицию, по составу и подготовке идентичную описанной в примере 1, после введения каолина и канифольного клея и перед введением сульфата алюминия.

Степень удержания в массе крахмала, приготовленного описанным способом, измеренная спектрофотометрически, составляет 81, Полученную массу используют для изготовления офсетной бумаги массой 70 г/м . г

Пример 6 (по прототипу), Осуществляют аналогично примеру 2, с той лишь разницей, что в суспензию вводят раствор

10

20

25 35 С и выдерживают 45 мин. Готовое связу30

55 полимера марки ВПК-402 в количестве 5 от массы крахмала. Полученную суспензию дозируют в композицию, по составу и подготовке идентичную описанной в примере 1, после введения каолина и канифольного клея и перед введением сульфата алюминия.

Степень удержания в массе крахмала, приготовленного описанным способом, измеренная спектрофотометрически, составляет 72, Полученную массу используют для изготовления офсетной бумаги массой 70 г/м, Пример 7 (контрольный), Осуществляют аналогично примеру 5, с тем отличием, что суспензию для окисления нагревают до

55 С и выдерживают 25 мин. Готовое связующее дозируют в композицию, по составу и подготовке идентичную описанной в примере 1, в том же порядке и в то же место потока.

Пример 8 (контрольный). Осуществляют аналогично примеру 5, с тем отличием, что суспензию для окисления нагревают до ющее дозируют в композицию, по составу и подготовке идентичную описанной в примере 1, в том же порядке и в то же место потока.

Пример 9 (контрольный). Осуществляют аналогично примеру 5, с тем отличием, что суспензию для окисления нагревают до

50 С и выдерживают 20 мин. Готовое связующее дозируют в композицию, по составу и подготовке идентичную описанной в примере 1, в том же порядке и в то же место потока.

Пример 10 (контрольный), Осуществляют аналогично примеру 5, с тем отличием, что суспензию для окисления нагревают до 50 С и выдерживают 50 мин, Готовое связующее дозируют в композицию, по составу и подготовке идентичную описанной в примере 1, в том же порядке и в то же место потока.

Степень удержания в массе крахмала, приготовленного предлагаемым и известным способами, и физико-механические показатели полученной офсетной бумаги массой 70 г/м приведены в таблице.

Как видно из таблицы, предлагаемый способ по сравнению с известным позволяет улучшить качество крахмального связующего и за счет этого повысить степень удержания крахмала в среднем на 10 4, разрывную длину бумаги в продольном направлении на 11,4, сопротивление выщипыванию с лицевои стороны на 13,0, степень проклейки бумаги на 15,5, а ее разносторонность уменьшить в 2,5 раза, 10

1735465

Формула изобретения

Условия обработки крахмала

Пример

Свойства бумаги

Расход крахмала, кг/т бумаги

Степ ем ь удержания крахмала, 2

Температура окисления, С

Продолкительность окисле" ния, мим

Комчество гипохлорита натрия и катиони" затора, 2 от массы крахмала, порядок их введения

Введение и вид нейтоализуюцего соедине ния, от мессы крахмала

Продолжительность выдержи» ванна после варки мин

Степень прокпейкн, мм

Разносторонность °

Разрывная длина в продольном направлении, м

Сопротивление вьиаипыванию и/с

Лицо Сетка

73 5200

40 45

1>32 ИаС10, после окисления 22 катионизатора

0,54 Nac!O совместно с

22 катиониэатора

2,19 2 ° 30 5,0

Сернистал 5 кислота

0,003

1>7

95 30

14,5

4700 . 1,93 2.21

1,4

66 нет Пет

3,52 ИаС10, госле окисления 152 катиониэатора

Тиосуль" 10 фат >.ýòрия

0,070

2,34 2,46

1,8

5700

5,!

1,04 ИаС10 совместно с

152 катиониэатора

76

2,06 2,31

1,6

Нет Iles

5150

12,!

1,32 иэс10, после окисления 52 катионизатора

10 8! 5750 2,36 Z,50 5>9 1>8

Сульфит 7 натрия

0,020

12,8

0>52 NaC10

coaHacTH0 с

52 катиоиизатора

1,34 ИаС10, после окисления 52 катио- . ниэатора

30

2,11 2,38

1,6

5100

Нет

55

5450

1,6

2,22 2 ° 31

4,!

Сульфит 7 натрия

0,020

75

2,18 2,30

35

1,32 NaC10, тесле окисления 52 катиониэатора

1 ° 8

Сульфит 7 натрия

0>020

5300

5 5

1 32 NaC10, после окисления 54 катионизатора

Z,l6 2,28

5,6.1 О

Сульфит 7 натрия

0,020

1,6

5350!

О 80 5750 2>35 2>48 5,5 . 1,8

10

1,32 ИаС10, после окисления 52 катионизатора

Сульфит 7 натрия

0,020

ll р и м е а а н и е. Разносторонность бумаги определяется как процентное соотновеиие разности сопротивлений выиипыввиию сеточной и лицевал сторон к сопротивлению выцилыванню ее лицевой стороны .

1. Способ приготовления крахмального связующего для бумажной массы, включающий обработку водной суспензии крахмала гидроксидом натрия, введение гипохлорита натрия и полидиметилдиаллиламмонийхлорида в количестве 2-15 от массы крахмала и варкусмеси при 85-95 С, отл и ч а юшийся тем, что, с целью улучшения качества крахмального связующего, гипохлорит натрия и полидиметилдиаллиламмонийхлорид вводят в обработанную гидроксидом натрия водную суспензию крахмала последовательно, при этом после введения гипохлорита натрия массу выдерживают при

40-50 С в течение 25-45 мин, затем суспензию нейтрализуют серусодержащим соединением, выбранным из группы, включающей сернистую кислоту, сульфит

5 натрия или тиосульфат натрия, при его расходе 0,003-0,0707,, or массы крахмала, полидиметилдиаллиламмонийхлорид вводят в нейтрализованную суспензию, а после варки выдерживают полученную смесь в тече10 ние 5-10 мин.

2. Способпоп.1, отличающийся тем, что гидроксид натрия берут в количестве 0,1-2,50 от массы крахмала, а гипохлорит

15 натрия в количестве 1,3-3,5 (в пересчете на активный хлор) от массы крахмала.