Композиции из глины и их использование при производстве бумаги

 

Способ производства бумаги, получение концентрата (вариант), получение активированного бентонита и концентрат могут быть использованы, например, в целлюлозно-бумажной промышленности. Готовят дисперсию активированного бентонита, которая представляет собой стабильный жидкий бентонитовый концентрат или разбавленную дисперсию, полученную разбавлением концентрата водой. Концентрат представляет собой дисперсию от 15 до 40 вес.% бентонита в воде, содержащую цитрат в стабилизирующем жидкость и активирующем количестве и имеющий вязкость ниже 5000 сП. Данную дисперсию добавляют к целлюлозной массе. Обезвоживают целлюлозную суспензию с образованием сырого листа. Затем осуществляют сушку листа. Изобретения позволяют получить стабильную дисперсию, что позволяет упростить технологию процесса, сокращает время процесса. 5 с. и 17 з.п.ф-лы, 2 табл.

Изобретение касается в первую очередь способов производства бумаги, которые используют бентониты, и к новым жидким концентратам бентонита, которые подходят для использования в этих процессах. Данное изобретение также относится к другим процессам, в которых могут быть использованы такие концентраты.

Существует много процессов производства бумаги, которые включают подачу целлюлозной суспензии на бумажную фабрику, смешивание дисперсии активированного бентонита с целлюлозной суспензией и обезвоживание суспензии с образованием сырого листа, который после этого высушивается для получения бумаги (CB патент 4305781, D 21 H 3/38, 1981). В некоторых случаях бентонит добавляется на стадии концентрированной волокнистой массы (например, для управления клейкостью), и суспензия разбавляется до состояния разбавленной волокнистой массы перед обезвоживанием, но в других процессах дисперсии бентонита добавляется на стадии разбавленной волокнистой массы. Она может быть добавлена перед полимерной удерживающей добавкой, но имеет место особенный интерес к микрочастичным процессам, в которых целлюлозная суспензия подвергается сдвиговому воздействию после добавления полимерной удерживающей добавки, и бентонит после этого добавляется к суспензии после сдвигового воздействия перед обезвоживанием.

Необходимо, чтобы бентонит находился бы в сильно набухшей, активированной форме, и на практике это означает, что он должен находиться в форме одновалентной соли бентонита, такой как натриевый бентонит. Хотя существуют некоторые естественные источники натриевого бентонита, большинство природных бентонитов представляют собой щелочноземельные бентониты, в общем случае кальциевые или магниевые бентониты. Обычная практика заключается в активировании щелочноземельного бентонита в результате ионного обмена кальция или магния на ион натрия или другого щелочного металла или аммония. В общем случае это осуществляется в результате воздействия на бентонит водного раствора карбоната натрия, хотя известны и некоторые другие активирующие материалы, например, описанные в работе JP-A-64-45754.

Вследствие того, что активированный бентонит представляет собой высоковязкую среду, неудобно транспортировать или перерабатывать простую дисперсию активированного бентонита в воде, которая имеет содержание твердых частиц, превышающее приблизительно 5%. Неудобно подавать такую разбавленную композицию на фабрику, и поэтому при обычном способе подачи бентонита на бумажную фабрику он подается в твердой форме. Фабрика смешивает порошок бентонита с водой и возможно, хотя и необязательно, активирующими химикатами, в общем случае с образованием активированной дисперсии, имеющей содержание твердых частиц, приблизительно равное от 3 до 5%, и она после этого в общем случае разбавляется до величины от 0,05 до 1% до добавления целлюлозной суспензии. Это делает необходимым оборудование фабрики аппаратами для переработки и смешивания порошка и разбавленной дисперсии.

Известно получение водных дисперсий бентонита, имеющих высокое содержание твердых частиц. Первым описанием этого в связи с получением бентонита для производства бумаги является работа, в которой бентонит диспергируется при высоком содержании твердых частиц, например, вплоть от 27 до 30%, в виде пульпы в водном растворе хлорида натрия или другого неорганического электролита. Возможно, хотя и необязательно, использование полиакрилата натрия. Бентонит, который диспергируется таким образом, предпочтительно представляет собой коммерческий (обычно кальциевый) бентонит, содержащий активатор в виде карбоната натрия. Таким образом, активирование бентонита завершается тогда, когда пульпа разбавляется водой с образованием текучей разбавленной дисперсии (EP, патент 0485124, кл. D 21 H 17/68, 1992). Другое описание представляет собой получение концентрированных бентонитовых пульп для производства бумаги, путем концентрирования в первую очередь после использования хлорида натрия или другого неорганического электролита для подавления вязкости пульпы (US патент 5266538, кл. C 04 B 33/04, 1993). В данной публикации, однако, бентонит всегда вводится в натриевой форме. Приводятся примеры различных электролитов. Среди них имеется пример образования 25%-ного геля бентонита с 2,5 или 5% цитрата натрия в воде. Показано, что гели имеют вязкости, соответственно, 40000 и 5500 сП (от 40000 до 5500 мПа·сек) (по Брукфильду, 20 оборотов в минуту), и что они превращаются в гель после стояния в течение 24 часов. Предпочтительным материалом называется хлорид натрия.

U. S. 5,391,228 повторяет многое из описания работы U.S. 5,266,538, но добавляет описание процесса, в котором кальциевый бентонит и карбонат натрия переводятся в пульпу в водном хлориде натрия (то есть, подобно предпочтительному процессу в работе ЕР 485,124). Работа также упоминает использование натриевых солей, таких как хлорид натрия или некоторых других (в том числе цитрата натрия) в комбинации с солью диспергирующего вещества, которая обычно представляет собой силикат натрия, или тетрапирофосфат натрия, или полиакрилат натрия (опять предложенный в ЕР 485,124).

Существовало определенное коммерческое использование бентонитовых концентраторов, полученных с хлоридом натрия или другими неорганическими электролитами, но данное использование обнаружило определенные практические трудности. Одна трудность заключается в том, что может быть трудно получить дисперсию, которая будет полностью стабильна в отношении возможности образования прочного осадка, то есть существует опасность того, что в том случае, если действительно произойдет осаждение, то оно может создать прочный осадок, который трудно будет повторно диспергировать. Однако, даже тогда, когда получается концентрированная пульпа, для того, чтобы исключить данную проблему, сочли необходимым внедрение дополнительного периода активирования во время разбавления концентрата и перед добавлением к целлюлозной суспензии. Таким образом, необходимо разбавить концентрат водой и после этого оставить его для перемешивания и выдерживания в течение достаточного периода для восстановления активности, перед добавлением разбавленной дисперсии к целлюлозной суспензии. Причина этого состоит в том, что хлорид натрия или другие электролиты, которые были бы предпочтительны (с точки зрения удобства и эффективности формования дисперсии), все они имеют такой недостаток, что, по-видимому, хлорид натрия или другой электролит вызывает высаливание и сжатие двойного слоя в структуре бентонита вследствие высокой ионной силы. Таким образом, становится необходимым проведение длительного перемешивания с разбавляющей водой для того, чтобы дать бентониту возможность восстановления по возможности наиболее активного состояния.

К сожалению, однако, полное восстановление эксплуатационных свойств, по-видимому, невозможно, и фактом является то, что эксплуатационные свойства разбавленных дисперсий активированного бентонита, полученных в результате разбавления концентрированной пульпы, оказываются худшими по сравнению с эксплуатационными свойствами разбавленных дисперсий активированного бентонита, полученных в результате прямого диспергирования соответствующего порошка бентонита (и активатора) в воде.

Было бы желательным, чтобы имелась возможность получения бентонитового концентратора, который имел бы преимущество высокого содержания твердых частиц и текучести и стабильности с возможностью проявления при использовании активности, эквивалентной оптимальной активности, которая может быть получена от соответствующего сухого бентонита. В частности, было бы желательным, чтобы имелась возможность создания процессов производства бумаги, в которых на фабрику мог подаваться бы концентрат, но фабрика после этого могла бы легко и удобно использовать данный концентрат при условиях, при которых эксплуатационные свойства будут по существу эквивалентны эксплуатационным свойствам, получаемым прежде при использовании соответствующего бентонита, поставляемого на фабрику в форме порошка.

Обычный способ подачи бентонита (или для подачи в виде порошка, или для подачи в виде концентрата) включает выкапывание бентонита из земли, размалывание его в сыром виде с карбонатом натрия или с другим активатором, высушивание смеси, измельчение ее, ее воздушную классификацию и после этого подачу полученного в результате порошка или непосредственно к пользователю, или в установку по созданию пульпы, где он преобразовывается в концентрат. Было бы желательным упрощение данной процедуры.

В одном аспекте настоящего изобретения мы получаем бумагу в результате процесса, который включает формование целлюлозной суспензии, смешивание дисперсии активированного бентонита с целлюлозной суспензией, обезвоживание целлюлозной суспензии с образованием сырого листа и высушенного листа, и в этом процессе дисперсия активированного бентонита, которая добавляется к целлюлозной суспензии, представляет собой стабильный жидкий концентрат бентонита или разбавленную дисперсию бентонита, полученную в результате разбавления концентрата водой, а концентрат представляет собой дисперсию от 15 до 40 вес. % бентонита в воде, содержащую цитрат в стабилизирующем жидкость и активирующем количестве, которое таково, что концентрат имеет вязкость (по Брукфильду, 20 оборотов в минуту, шпиндель 4) ниже 5000 сП (5000 мПа·сек).

Данное изобретение также включает новый концентрат, который представляет собой дисперсию от 15 до 40 вес. % бентонита в воде, содержащую цитрат в стабилизирующем жидкость и активирующем количестве, которое таково, что концентрат имеет вязкость (по Брукфильду, 20 оборотов в минуту, шпиндель 4) ниже 5000 сП (5000 мПа·сек).

Концентрат может быть получен при использовании естественного натриевого бентонита или предварительно активированного бентонита, но в особенности предпочитается, чтобы концентрат был образован из щелочноземельного бентонита (на практике из кальциевого и/или магниевого бентонита) в результате смешивания щелочноземельного бентонита с водой и с цитратом щелочного металла или аммония (на практике, с цитратом натрия) в качестве активатора и стабилизатора. Таким образом, при использовании данной методики возможно одновременное активирование бентонита и преобразование его в стабильный концентрат.

Соответственно, другой аспект настоящего изобретения включает смешивание щелочноземельного бентонита с водой и цитратом натрия или с цитратом другого щелочного металла или аммония и таким образом формование концентрата от 15 до 40 вес. % активированного бентонита в воде, содержащей цитрат.

Процессы производства бумаги настоящего изобретения имеют несколько преимуществ по сравнению с известными процессами производства бумаги с использованием бентонита. В частности, при использовании изобретения в настоящее время возможно получение эксплуатационных свойств в таких процессах, эквивалентных свойствам, которые могут быть достигнуты при использовании соответствующего бентонита в порошковой форме, но без неудобства необходимости работы с порошком. Таким образом, впервые мы в данный момент предлагаем концентрат бентонита, который при разведении в целлюлозной суспензии гарантирует наличие эксплуатационных свойств, по существу эквивалентных свойствам соответствующего порошка и в значительной степени улучшенных по сравнению со свойствами соответствующего концентрата, полученного при использовании прежде предпочитаемого активатора и стабилизатора, а именно хлорида натрия.

Следующее преимущество заключается в том, что концентрат может быть использован без прохождения его через предварительную стадию разбавления и активирования. Таким образом, в то время, как прежние концентраты, полученные с использованием хлорида натрия, должны были быть разбавлены водой и после этого оставлены для прохождения активирования или восстановления активности, концентраты настоящего изобретения могут, без значительной потери эксплуатационных свойств, или быть непосредственно смешаны с целлюлозной суспензией (то есть, без какого-либо предварительного разбавления), или могут быть преобразованы в разбавленную дисперсию бентонита в результате разбавления концентрата по существу сразу же перед смешиванием разбавленной дисперсии бентонита с целлюлозной суспензией. Например, концентрат может быть разбавлен в производственной линии по мере того, как он подается по направлению к целлюлозной суспензии или в целлюлозную суспензию, без какой-либо значительной стадии выдерживания между разбавлением и добавлением разбавленной дисперсии к целлюлозной суспензии.

Соответственно, в предпочтительных процессах неразбавленный концентрат смешивается с целлюлозной суспензией, или же концентрат разбавляется водой с образованием разбавленной дисперсии бентонита, которая после этого смешивается по существу сразу же с целлюлозной суспензией. В том случае, если имеет место предварительное разбавление, предпочтительно, чтобы разбавленная дисперсия бентонита смешивалась бы с целлюлозной суспензией в течение менее чем 5 минут и часто менее чем 2 минуты от начала разбавления. В том случае, если имеет место предварительное разбавление, разбавление предпочтительно проводится в производственной линии и не задействует какого-либо значительного резервуара для выдерживания или стадии перед добавлением целлюлозной суспензии. Это контрастирует с предпочтительными концентратами, которые описываются в работах ЕР 485,124 и U.S. 5,266,538 и 5,391,228 в качестве используемого в производстве бумаги, вследствие того, что все такие концентраты необходимо бы использовали значительную стадию выдерживания при проведении восстановления активности, и восстановленная активность все еще была бы меньшей по сравнению с активностью соответствующего порошка или с активностью бентонита в настоящем изобретении.

Например, при производстве бумаги эксплуатационные свойства могут быть установлены в результате простого тестирования, такого как время обезвоживания. Сухой вес бентонита, требуемый для получения конкретного времени обезвоживания в конкретном тестировании, использующем пульпы настоящего изобретения, обычно не превосходит и часто приблизительно тот же самый, как если бы тот же самый бентонит активировался бы из порошка при использовании карбоната натрия обычным способом, в то время как доза бентонита, требуемая для получения тех же самых эксплуатационных свойств, как если бы бентонит подавался бы в виде пульпы в водном хлориде натрия, часто по меньшей мере больше на 25% или 30%, зачастую по меньшей мере больше на 60% и часто двойная. Таким образом, использование пульп, соответствующих настоящему изобретению, может иметь своим следствием экономию по меньшей мере 25% и часто по меньшей мере 50% количества бентонита, которое требуется для получения какого-либо конкретного результата в отношении эксплуатационных свойств, по сравнению с пульпами, полученными при использовании хлорида натрия.

Другое преимущество настоящего изобретения реализуется в процессах производства бумаги и в других отраслях, в которых эксплуатационные свойства обычным способом активированного бентонита (например, полученного в результате активирования порошка с использованием карбоната натрия обычным образом) подавляются под действием pH или осмотического давления солей жесткости. Таким образом, обычно используемые бентониты имеют тенденцию быть менее эффективными тогда, когда целлюлозная суспензия имеет pH ниже приблизительно 6,5, например, в диапазоне от 4,2 до 5,5, по сравнению с тем, что было бы, если бы суспензия имела большую величину pH, например, от 7 до 7,5. Удивительно, но активированные бентониты, полученные в настоящем изобретении, могут очень хорошо использоваться в таких суспензиях без какой-либо значительной потери активности. Таким образом, использование пульп в кислых суспензиях может создать большое усовершенствование в процессе производства бумаги по сравнению с использованием известных бентонитов.

Обычным образом активированные бентониты также могут иметь худшие эксплуатационные свойства тогда, когда целлюлозная суспензия получается при использовании относительно жесткой воды, например, имеющей жесткость, превышающую 10^o dH, и типично в диапазоне от 15^o dH до 50^o dH. Улучшенные эксплуатационные свойства получаются при использовании бентонитов, полученных в настоящем изобретении в таких жестких водах. Данное улучшение может быть выражено в виде улучшенных скоростей обезвоживания или в виде уменьшения образования отложений или по обоим параметрам сразу.

Дополнительное преимущество композиций, полученных в результате активирования щелочноземельного бентонита при помощи цитрата натрия, заключается в том, что они могут иметь меньшие значения pH (нейтральные или близкие к нейтральным) по сравнению с теми, которые преобладают тогда, когда активирование производится с использованием карбоната натрия.

Количества цитрата и бентонита в пульпе будут взаимно обуславливаться в том смысле, что большие количества цитрата будут требоваться с большими количествами бентонита, а не с меньшими количествами бентонита. Количество должно быть достаточным для того, чтобы концентрат был бы стабильной жидкостью, и в том случае, если бентонит будет активироваться в концентрате, чтобы происходило бы полное активирование бентонита в результате ионного обмена. Количество (вычисленное в виде цитрата натрия) обычно находится в диапазоне от 1% до 100%, исходя из сухого веса бентонита. Часто оно равно по меньшей мере 10% и предпочтительно равно по меньшей мере 16%, например, по меньшей мере 20%. Часто оно ниже 60% и зачастую не превышает 40%.

В том случае, если бентонит вводится в виде щелочноземельного бентонита, предпочитается, чтобы цитрат натрия был бы по существу единственным активирующим материалом в суспензии. Таким образом, в том случае, если имеются малые количества других активаторов (например, карбоната натрия), предпочитается, чтобы их влияние на активирование было бы незначительным по отношению к влиянию цитрата натрия. Предпочтительно, чтобы цитрат натрия был бы единственным активатором.

Подобным же образом, в общем случае предпочитается, чтобы цитрат был бы по существу единственным стабилизатором дисперсии в концентрате. В том случае, если будет присутствовать другой материал, то предпочтительно, чтобы его влияние было бы незначительным по сравнению с влиянием цитрата. Предпочитается, чтобы цитрат был бы единственным стабилизатором дисперсии.

Под высказыванием о том, что цитрат по существу является единственным активатором и/или стабилизатором дисперсии, мы понимаем допущение незначительных количеств других компонентов, например, в весовом количестве, не превышающем 20 вес. % и предпочтительно не превышающем 10 вес. % от цитрата. Однако, могут быть использованы и большие количества при условии, что они не уменьшают эксплуатационных характеристик цитрата.

Количество бентонита в концентрате должно быть равным по меньшей мере 15 вес. % (сухой вес бентонита, исходя из полного веса концентрированной дисперсии) вследствие того, что имеет место тенденция потери экономичности при подаче концентрата, имеющего меньшее содержание бентонита. Оно обычно не превышает приблизительно 35% и часто не превышает 30% вследствие того, что становится более трудным подавать концентрат с хорошим качеством бентонита, где концентрат бы имел хорошую стабильность жидкости в случае, если количество бентонита будет очень хорошим. Однако, в том случае, если бентонит имеет довольно плохое качество, то есть имеет довольно низкий потенциал набухания, то тогда могут быть подходящими количества бентонита, превышающие 35%, а в некоторых случаях даже вплоть до 50%.

На практике, количество бентонита обычно равно по меньшей мере 20% и часто вплоть до 28, 30 или 35 вес. %.

Бентонит может быть введен в натриевой форме вследствие существования естественно встречающегося натриевого бентонита, или же он может быть введен в виде активированного бентонита, образованного в результате предварительного активирования бентонита щелочноземельного металла при помощи карбоната натрия или другого активатора, в случае чего некоторое остаточное количество карбоната натрия может быть перенесено в концентрат. В том случае, если бентонит вводится в натриевой форме, может быть добавлен цитрат в любой удобной форме, например, в виде лимонной кислоты или в виде цитрата щелочного металла или аммония, например, цитрата калия, натрия или аммония. В общем случае, предпочитается, чтобы использовался бы цитрат натрия или, в некоторых случаях, лимонная кислота вместе с достаточным количеством гидроксида натрия для получения цитрата натрия. В том случае, если бентонит вводится в виде бентонита щелочноземельного металла, то тогда предпочитается, чтобы цитрат вводился бы в виде цитрата натрия.

Количество цитрата, которое требуется для получения стабильной суспензии, будет зависеть от природы бентонита и природы его ионной формы. Существуют определенные данные, указывающие на то, что в том случае, если бентонит вводится в натриевой форме, то тогда могут потребоваться большие количества цитрата по сравнению со случаем, когда бентонит вводится в кальциевой или магниевой форме (то есть, большие количества могут потребоваться для получения эквивалентной текучести). Кроме того, количество, которое потребуется, будет варьироваться в соответствии с маркой бентонита, и поэтому необходимо провести тестирование для определения оптимума для каждых конкретных марки и химического типа бентонита. Природа воды также может оказать влияние на количество цитрата.

В том случае, если количество цитрата будет несоответствующим, то тогда концентрированная дисперсия будет иметь слишком высокую вязкость тогда, когда она будет первоначально произведена, и/или она не будет стабильной жидкостью, и/или она будет иметь неприемлемые тиксотропные свойства, и/или она будет образовывать неприемлемый гель после стояния. В том случае, если количество будет слишком высоким, то тогда дисперсия может стать более разбавленной, чем было бы желательным, и может даже стать нестабильной разбавленной дисперсией.

В результате рутинных экспериментов возможно выбрать количество цитрата для любых конкретных бентонита и качества воды, которое будет необходимым для создания жидких стабильных дисперсий, имеющих требуемую вязкость. Под высказыванием о том, что дисперсия представляет собой жидкую стабильную дисперсию, мы имеем в виду то, что она не осаждается с образованием прочного осадка, который не может быть повторно диспергирован, и не переходит в гель с образованием неприемлемого геля, а предпочтительно остается в виде жидкости, которая является гомогенной или которая легко может быть сделана гомогенной в результате простого перемешивания. На практике, композиции настоящего изобретения легко могут быть составлены таким образом, что после хранения могут аккумулироваться небольшие количества супернатанта, но в остальном композиция по-видимому гомогенна. Упомянутая вязкость предпочтительно сохраняется в течение всего периода хранения, и в любом случае суспензия должна иметь упомянутую вязкость спустя 48 часов после первоначального производства.

В общем случае вязкость 4000 сП (4000 мПа·сек), и она может быть меньше 2000 сП (2000 мПа·сек). Обычно нежелательно, чтобы вязкость была бы слишком низкой, и поэтому она должна быть равна или превышать 100 сП (100 мПа·сек), и в общем случае она превышает 500 сП (500 мПа·сек), часто превышает 1000 сП (1000 мПа·сек). Все значения вязкости измеряются при комнатной температуре. Суспензия может быть тиксотропной при условии, что она легко сможет потечь в случае необходимости. Суспензия должна быть легко смешиваемой с водой в результате простого перемешивания.

Количество цитрата, измеренное в виде цитрата натрия, обычно равно по меньшей мере 3% и наиболее обычно по меньшей мере 5 вес. % (исходя из полного веса дисперсии). В том случае, если бентонит вводится в виде щелочноземельного бентонита, адекватными могут являться количества в виде 3% или 4%, но обычно предпочитается по меньшей мере 5% или 6%. В том случае, если бентонит вводится в виде натриевого бентонита, в общем случае предпочитаются количества, равные по меньшей мере 6%. Вне зависимости от того, является ли бентонит натриевым, кальциевым или магниевым, количество может достигать 20%, но обычно оно меньше, чем 15 вес. %, предпочтительно не превышает 12%. Часто подходящими являются количества от 6 до 10%.

Было бы высоко оценено, если бы пульпы, которые были получены в результате активирования бентонита щелочноземельного металла при помощи цитрата натрия, могли бы быть идентифицированы посредством того факта, что водная среда будет содержать цитрат кальция или магния, образующиеся в результате ионного обмена натрия цитрата натрия на кальций или магний щелочноземельного бентонита.

Бентонитом может быть любая из анионных набухающих глин, которые обычно называются бентонитами. Ими обычно являются смектиты или монтмориллониты, при этом последние предпочтительны. Подходящие смектитовые или монтмориллонитовые глины включают вайомингский бентонит и фуллерову землю и различные глины, в том числе те, которые известны под химическими наименованиями гекторитов или бентонитов.

Стабильность концентратов настоящего изобретения должна быть такова, чтобы они сохраняли бы текучесть (часто тиксотропную текучесть) в течение по меньшей мере недели и предпочтительно несколько недель или месяцев, и в частности такой, чтобы они не образовывали бы прочного осадка (который трудно будет повторно диспергировать) во время нормального хранения или транспортирования.

Концентрат может быть использован в любом процессе по производству бумаги, в котором дисперсия активированного бентонита добавляется к целлюлозной массе. Например, он может быть использован в процессах, в которых дисперсия бентонита добавляется в качестве диспергирующего вещества для пека, в общем случае на стадии концентрированной волокнистой массы (например, тогда, когда целлюлозная суспензия содержит более чем 2% целлюлозы).

Настоящее изобретение предпочтительно применяется к процессам, в которые бентонит включается в качестве части системы удерживания, или для того, чтобы получить целлюлозные волокна для удерживания при помощи полимера, или в качестве части микрочастичной системы удерживания.

Один процесс производства бумаги, к которому может быть применено настоящее изобретение, представляет собой процесс, в котором бентонит добавляется к целлюлозной суспензии, обычно в количестве от 0,02 до 2% от сухого веса, и после этого добавляется полимерная удерживающая добавка, в общем случае после последней точки с высоким сдвигом (например, в напорном ящике, непосредственно перед обезвоживанием). Полимер может быть неионным, анионным или катионным. Целлюлозная суспензия может быть получена из относительно чистой целлюлозной массы или из целлюлозной массы с относительно высокой потребностью в катионах.

Процессы данного типа, которые имеют особенное значение, представляют собой процессы, в которых целлюлозная масса имеет относительно высокую потребность в катионах, и полимер по существу является неионным или анионным, а бумажная продукция преимущественно представляет собой газетную бумагу или материал для гофрированного картона. Процессы данного типа, в которых полное содержание наполнителя относительно мало, описываются в работах U.S. 4305781 и ЕР-А-17353, к которым необходимо обратиться в отношении дополнительных подробностей по подходящим неионным или слабо ионным полимерам и подходящим целлюзным суспензиям, и которые здесь включены в качестве ссылок. Могут быть использованы более высоко анионные или катионные полимеры. Данные процессы имеют особенное значение тогда, когда целлюлозная суспензия содержит отходы, с которых удалены чернила. Подходящие полимеры и наполнители (в случае, если целлюлозная масса имеет наполнители) также описываются в работах EP-A 608986 и AU-A-63977/86.

В особенности предпочитается применение настоящего изобретения к микрочастичным процессам производства бумаги, а именно к процессам, в которых полимерная удерживающая добавка добавляется к целлюлозной суспензии, суспензия подвергается воздействию сдвига, а бентонит затем добавляется после сдвигового воздействия и часто после последней точки высокой сдвиговой нагрузки, например, в напорном ящике, перед обезвоживанием. Полимер может быть анионным или неионным, но часто он катионный. Он может быть природным материалом, таким как катионный крахмал, но предпочтительно, чтобы он был синтетическим полимером. Полученную в результате целлюлозную суспензию обезвоживают и полученный в результате сырой лист высушивают.

Сдвиговое воздействие может быть вызвано просто турбулентностью вдоль трубы, но предпочтительно, чтобы оно вызывалось бы прохождением через центробежную сортировку, или другое очищающее устройство, или лопастной насос, или перемешивающий насос, или другое устройство для намеренного приложения сдвигового усилия. Предпочтительные процессы включают процессы, переведенные на коммерческую основу заявителями под торговой маркой Hydrocol, они описываются, например, в работах EP-B 235,893 и U.S. 4,753,710, 4,913,775 и 4,969,976 и ЕР-В-335,575, все они включены сюда в качестве ссылки. Оптимальное количество полимерной удерживающей добавки может быть определено в результате рутинных экспериментов, и оно будет зависеть от природы целлюлозной суспензии и, среди прочего, от того, был или нет введен в суспензию катионный полимер с низкой молекулярной массой и высокой плотностью зарядов и/или катионный крахмал и/или другой полимер, прочный в сухом состоянии, все, как это описывалось в приведенных выше патентах.

Полимерные удерживающие добавки, которые используются, обычно являются водорастворимыми или по существу водорастворимыми полимерами мономеров с ненасыщенностью этиленового типа, и они обычно имеют молекулярную массу, превышающую 500000 (по измерениям методом гель-проникающей хроматографии), или характеристическую вязкость (по измерению при помощи вискозиметра с подвешенным уровнем в 1 н. хлориде натрия, приведенном буфером к значению pH 7 при 25^oC), по меньшей мере равную 4 дл/г. Подходящие полимеры описываются в упомянутых выше патентах.

Количество бентонита, которое используется во всех этих процессах, может находиться в пределах обычно используемых величин, которые описываются в приведенных выше патентах. Как уже упоминалось выше, бентонит может быть добавлен в целлюлозную суспензию или тогда, когда он еще находится в форме концентрата, или одновременно с разбавлением, или вскоре после разбавления водой. Данное разбавление может проводиться, например, до содержания твердых частиц, находящихся в диапазоне от 3 до 8%, или это может быть разбавление до содержания твердых частиц, меньшего 3%, например, вплоть до 0,1% или даже еще меньшего содержания в некоторых случаях.

Настоящее изобретение также включает процессы, в которых новый концентрат используется для других целей. Например, он может быть использован для обезвоживания целлюлозной массы, обезвоживания бумажного отстоя, процессов разделения жидкости и твердых частиц, осветления сточных вод, осветления воды с отходами, содержащими чернила, все это в связанных с производством бумаги отраслях, и он может быть использован в других отраслях промышленности. Например, это может быть удобным способом для составления композиции бентонитовой пульпы, которая перекачивается насосом для возможного использования любым известным способом применения бентонита в других отраслях промышленности. Этот метод может быть использован в качестве удобного способа введения бентонита в процессы гранулирования железной руды, в которых бентонит используется обычным способом в качестве связующего компонента.

Настоящее изобретение также включает процесс получения пульпы активированного бентонита, который включает добычу в карьере необработанного щелочноземельного бентонита и смешивание более чем 15 вес. % необработанного добытого в карьере материала с водой и цитратом щелочного металла или аммония, предпочтительно натрия, таким образом формируется грубая пульпа, которая содержит по меньшей мере 10% бентонита, и фильтрование, сортировка или очистка пульпы. Фильтрование может быть любым процессом, предназначенным для удаления физически большого или плотного материала, не подходящего для конечного процесса. Размер классификации на фильтре будет выбираться таким, чтобы полученные в результате частицы бентонита были бы таковы, чтобы они предпочтительно находились бы в пределах диапазона размеров, который обычно используется для активирования бентонита для предполагаемого конечного использования. Фильтр может быть, например, циклонным очищающим устройством или другим устройством для классификации или очищающим устройством.

После удаления материала отходов в результате фильтрования, полученная в результате пульпа затем может быть высушена обычным способом для получения порошкообразного активированного бентонита, или же она может быть подана пользователю в виде концентрированной дисперсии, соответствующей настоящему изобретению. В том случае, если есть такая необходимость, то естественно количество бентонита, которое переводится в пульпу в воде и цитрате натрия, должно быть достаточным для получения концентрированной дисперсии, соответствующей настоящему изобретению. Таким образом, в общем случае количество бентонита, которое переводится в пульпу в воде и цитрате натрия, находится в диапазоне от 15 до 40%. Количество цитрата натрия, которое требуется для данного процесса, должно быть достаточным для проведения активирования щелочноземельного бентонита. В том случае, если нет необходимости, чтобы суспензия была стабильной, то тогда это количество может быть меньшим, чем количество, которое потребуется для придания пульпе свойств стабильной жидкости.

Данный процесс получения активированного бентонита исключает многие из стадий, связанных с обычно встречающимся получением активированного бентонита. Таким образом, в настоящее время стало возможным исключение обычно использующихся стадий размалывания в сыром виде, высушивания и измельчения и воздушной классификации, и, вместо этого, их может заменить простой непрерывный или периодический процесс перевода бентонита в пульпу в водном цитрате натрия и фильтрования (в том числе классификация и очистка).

Подобным же образом, другие концентраты, такие как концентраты, полученные с использованием любых жидких стабилизаторов, упомянутых в работе EP 485,124, могут быть получены с использованием той же самой общей методики, модифицированной в результате использования стабилизаторов из работы EP 485,124 вместо цитрата натрия. Подобным же образом, другие материалы, упомянутые в работах U.S. 5,266,538 или 5,391,228, могут быть использованы вместо цитрата натрия. Однако, все эти модифицированные процессы имели бы недостаток, который заключается в том, что конечная продукция не имела бы преимуществ, которые описываются выше в связи с продукцией, полученной с использованием цитрата.

Ниже приводятся примеры.

Пример 1 (сравнительный) Дисперсия А получается в результате перевода в пульпу 5 частей кальциевого бентонита в 95 частях воды.

Дисперсия В получается при использовании обычной процедуры активирования для перевода в пульпу смеси 4,7 частей кальциевого бентонита, 0,3 частей карбоната натрия и 95 частей воды с образованием 5% композиции натриевого бентонита, которая после этого обычно дополнительно разбавляется водой перед использованием.

Дисперсия С получается в результате перевода в пульпу 23,5 г кальциевого бентонита и 1,5 г карбоната натрия (таким образом, получается 25 г натриевого бентонита) с 3 г хлорида натрия и 72 г воды. Данная 25% пульпа после этого должна быть активирована в воде, обычно после разбавления до приблизительно 5%, перед использованием.

Соответственно, процессы с использованием дисперсии В обычны для процессов, проводимых с использованием обычного бентонита в виде порошка, который должен быть активирован перед использованием, а процессы с использованием дисперсии С типичны для процессов, использующих пульпы, содержащие хлорид натрия, применявшиеся на предшествующем уровне техники, что обсуждается выше.

Пример 2 25 весовых частей кальциевого бентонита, 6 весовых частей цитрата натрия и 69 весовых частей воды тщательно перемешиваются с образованием жидкой суспензии. Она обозначается как дисперсия D. После стояния в течение 48 часов она имела вязкость по Брукфильду, измеренную при 20 оборотах в минуту, равную 575 сП (575 мПа·сек).

Тогда, когда процесс был повторен с использованием 10 частей цитрата натрия и 65 частей воды для получения дисперсии E, вязкость после 48 часов составляла 737 сП (737 мПа·сек).

Дисперсия F была получена подобным же образом при использовании 9 частей цитрата натрия, 66 частей воды и 25 частей кальциевого бентонита, полученного в результате предварительного смешивания 23,5 частей кальциевого бентонита и 1,5 частей карбоната натрия.

Дисперсия G была получена при использовании 25 частей кальциевого бентонита, 9 частей цитрата натрия и 66 частей воды.

Пример 3 В данном примере различные дисперсии, упомянутые выше, были использованы в лабораторном моделировании таких процессов, как описанные в работе U.S. 4753710. Подавалась подходящая разбавленная волокнистая масса (обычно 0,5% композиция отбеленной крафт-бумаги), добавлялась соответствующая дозировка (обычно 500 г на одну тонну) катионного полиакриламида (обычно 40 вес. % диметиламинометилакрилата, переведенного в четвертичную форму при помощи метилхлорида, и 60 вес. % акриламида) с высокой молекулярной массой (обычно характеристическая вязкость 6 дл/г), суспензия подвергалась сдвиговому воздействию в течение 60 с при 1500 оборотах в минуту, добавлялась требуемая дозировка бентонитовой дисперсии, смесь осторожно перемешивалась, и затем регистрировалось время обезвоживания по Шопперу Риглеру для слива 700 мл из 1000 мл переработанной суспензии, при помощи камеры Бритта с перегородками.

Каждая из приведенных ниже таблиц представляет различный вариант экспериментов. В каждом варианте экспериментов величины в столбцах, озаглавленных "Бентонит", всегда указывают дозировку бентонита, выраженную в граммах сухого веса на одну тонну бумаги, а цифры в столбцах, озаглавленных буквами от В до G, показывают время обезвоживания при использовании указанного количества введенного бентонита, соответственно, в виде дисперсий от В до G. В каждом случае для целей данного теста наилучшие результаты получаются при наименьшем времени обезвоживания, в особенности, если они достигаются при малой дозировке бентонита.

Это демонстрирует то, что пульпы предшествующего уровня техники, полученные при использовании хлорида натрия (дисперсия С), имеют тенденцию достижения плохих результатов по сравнению с обычно используемым активированным порошкообразным бентонитом (дисперсия В), но дисперсия F настоящего изобретения опять дает такие же хорошие или несколько лучшие результаты по сравнению с обычно используемой продукцией В и намного лучшие по сравнению с концентратом С предшествующего уровня техники. Кроме этого, дисперсия имеет преимущество легкости подачи и использования по сравнению с процессами, использующими сухие продукты (дисперсия В).

Это ясно демонстрирует тот факт, что концентрат пульпы, содержащей цитрат натрия, настоящего изобретения, создает, при всех дозировках, эксплуатационные свойства, которые кардинально превосходят эксплуатационные свойства, получаемые при использовании пульпы, содержащей хлорид натрия, предшествующего уровня техники.

Пример 4 Данный пример демонстрирует то, что не имеет значения в настоящем изобретении, был или не был бентонитовый концентрат разбавлен перед добавлением к целлюлозной суспензии, в то время как это является критическим различием с концентратами предшествующего уровня техники.

Таким образом, тогда, когда 25% пульпа в водном хлориде натрия разбавляется сначала до 5%, а затем до 0,25%, время обезвоживания в тесте, использующем 2000 г/т, приблизительно составляет 75 с по сравнению с 30 с для соответствующего порошкообразного бентонита. В том случае, если разбавление проводится непосредственно от 25% до 0,25%, время обезвоживания еще хуже.

В том случае, если используется 25% пульпа, содержащая цитрат натрия, время обезвоживания при 2000 г/т составляет приблизительно 30, вне зависимости от системы разбавления.

Формула изобретения

1. Способ производства бумаги, включающий формование целлюлозной суспензии, примешивание дисперсии активированного бентонита к целлюлозной суспензии, обезвоживание целлюлозной суспензии с образованием сырого листа и высушивание листа, в котором дисперсия активированного бентонита, которую добавляют к целлюлозной суспензии, представляет собой стабильный жидкий бентонитовый концентрат или разбавленную дисперсию бентонита, получаемую в результате разбавления концентрата водой, а концентрат представляет собой дисперсию от 15 до 40 вес.% бентонита в воде, содержащую цитрат в стабилизирующем жидкость и активирующем количестве, которое таково, что концентрат имеет вязкость (по Брукфильду, 20 оборотов в минуту, шпиндель 4) ниже 5000 сП.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дисперсия активированного бентонита, которую добавляют к целлюлозной суспензии, представляет собой концентрат или разбавленную бентонитовую дисперсию, полученную в результате разбавления концентрата по существу непосредственно перед примешиванием разбавленной бентонитовой дисперсии к целлюлозной суспензии.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что для микрочастичного удерживания он включает примешивание полимерной удерживающей добавки к целлюлозной суспензии, сдвиговое воздействие на суспензию, примешивание дисперсии активированного бентонита к суспензии после сдвигового воздействия и обезвоживание полученной в результате целлюлозной суспензии и высушивание полученного в результате сырого листа.

4. Способ по п.4, отличающийся тем, что полимерная удерживающая добавка представляет собой катионный крахмал или синтетический катионный полимер, имеющий молекулярную массу, превышающую 500000.

5. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что концентрат получают в результате смешивания щелочноземельного бентонита с водой и цитратом щелочного металла или аммония, предпочтительно натрия в качестве активатора и стабилизатора.

6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что цитрат натрия по существу представляет собой единственный активатор в концентрате.

7. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что цитрат представляет собой по существу единственный стабилизатор дисперсии в концентрате.

8. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что количество бентонита представляет собой от 20 до 35 вес.% концентрата.

9. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что количество цитрата, измеренного в виде цитрата натрия, представляет собой от 3 до 20 вес.% концентрата.

10. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что количество цитрата, измеренного в виде цитрата натрия, представляет собой по меньшей мере 6%, исходя из веса концентрата.

11. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что концентрат имеет вязкость от 100 до 4000 сП.

12. Концентрат, который представляет собой стабильную, жидкую бентонитовую дисперсию от 15 до 40 вес.% бентонита в воде, содержащую цитрат в стабилизирующем жидкость и активирующем количестве, которое таково, что концентрат имеет вязкость (по Брукфильду, 20 оборотов в минуту, шпиндель 4) ниже 5000 сП.

13. Концентрат по п.12, отличающийся тем, что он получен в результате смешивания щелочноземельного бентонита с водой и цитратом натрия в качестве активатора и стабилизатора.

14. Концентрат по п.13, отличающийся тем, что цитрат натрия представляет собой по существу единственный активатор в концентрате.

15. Концентрат по любому из пп.12 - 14, отличающийся тем, что цитрат представляет собой по существу единственный стабилизатор дисперсии в концентрате.

16. Концентрат по любому из пп.12 - 15, отличающийся тем, что количество бентонита составляет от 20 до 35 вес.% концентрата.

17. Концентрат по любому из пп.12 - 16, отличающийся тем, что количество цитрата, измеренного в виде цитрата натрия, составляет от 5 до 20%, исходя из веса концентрата.

18. Концентрат по любому из пп.12 - 17, отличающийся тем, что количество цитрата, измеренного в виде цитрата натрия, составляет по меньшей мере 6%, исходя из веса концентрата.

19. Концентрат по любому из пп.12 - 18, отличающийся тем, что имеет вязкость от 100 до 4000 сП.

20. Способ получения концентрата по любому из пп. 12 - 19, включающий смешивание щелочноземельного бентонита с водой и цитратом натрия.

21. Способ получения активированного бентонита, включающий смешивание добытого в карьере необработанного щелочноземельного бентонита с водой и цитратом щелочного металла или аммония, предпочтительно натрия, и таким образом формование пульпы и фильтрование пульпы.

22. Способ получения концентрата по п.12, включающий смешивание более чем 15 вес.% необработанного добытого в карьере щелочноземельного бентонита с водой и цитратом щелочного металла или аммония, предпочтительно натрия, фильтрование пульпы и таким образом получение концентрата.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

MM4A Досрочное прекращение действия патента из-за неуплаты в установленный срок пошлины заподдержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 11.03.2011

Дата публикации: 20.01.2012

---