DE69737945T2

DE69737945T2 - Hydrophile Dispersionspolymere für Papieranwendungen

Info

Publication number: DE69737945T2
Application number: DE69737945T
Authority: DE
Inventors: Jane B. Aurora Wong Shing; John R. Hickory Hills Hurlock
Original assignee: Nalco Chemical Co
Current assignee: ChampionX LLC
Priority date: 1996-09-24
Filing date: 1997-09-23
Publication date: 2007-12-06
Anticipated expiration: 2017-09-24
Also published as: DE69737945D1; CA2216242A1; ES2290960T3; CA2216242C; MX9707246A; AU3918297A; ID18321A; NO324301B1; EP0831177A2; MY136998A; BR9704862A; NO974381L; EP0831177A3; EP0831177B1; NO974381D0

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft das Gebiet der Papierherstellung und insbesondere ein verbessertes Papierherstellungsverfahren unter Verwendung von hydrophilen Dispersionspolymeren als Retentionshilfsmittel und Hilfsmittel zur Entwässerung am Sieb.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Bei der Herstellung von Papier wird eine wässrige Cellulose-haltige Suspension oder Aufschlämmung zu einem Blatt Papier gebildet. Die Cellulose-haltige Aufschlämmung wird vor der Papiermaschine im Allgemeinen auf eine Konsistenz (Prozent Trockengewicht an Feststoffen in der Aufschlämmung) von weniger als 1 Prozent und häufig unter 0,5 Prozent verdünnt, während das fertige Blatt weniger als 6 Gewichtsprozent Wasser aufweisen muss. Demgemäß sind die Entwässerungsaspekte der Papierherstellung für die Effizienz und die Kosten der Herstellung äußerst wichtig.
Das preiswerteste Entwässerungsverfahren ist die Entwässerung am Sieb und danach werden teurere Verfahren verwendet, einschließlich Vakuumpressen, Abtupfen und Pressen der Papiermaschinenfilzbahn, Verdampfung und dergleichen oder irgendeine Kombination derartiger Verfahren. Da die Entwässerung am Sieb sowohl das erste verwendete Entwässerungsverfahren als auch das preiswerteste ist, verringern Verbesserungen des Wirkungsgrads der Entwässerung am Sieb die Wassermenge, die durch andere Verfahren entfernt werden muss, und verbessern den Gesamtwirkungsgrad der Entwässerung und verringern deren Kosten.
Ein weiterer Aspekt der Papierherstellung, der für die Effizienz und die Kosten der Herstellung äußerst wichtig ist, ist die Retention von Stoffeintragskomponenten auf und innerhalb der Fasermatte, die während der Papierherstellung gebildet wird. Ein Papierherstellungsstoffeintrag enthält Teilchen, die im Bereich von etwa 2 bis 3 Millimeter Größe bei Cellulosefasern bis zu Füllstoffen, die nur ein paar Mikrometer groß sind, liegen. Innerhalb dieses Bereichs befinden sich Cellulose-Feinteilchen, Mineralfüllstoffe (verwendet, um die Opazität, Helligkeit und andere Papiereigenschaften zu erhöhen) und andere kleine Teilchen, die im Allgemeinen ohne den Einschluss eines oder mehrerer Retentionshilfsstoffen durch die Räume (Poren) zwischen den Cellulosefasern in der gebildeten Fasermatte treten würden.
Ein Verfahren zur Verbesserung der Retention von Cellulose-Feinteilchen, Mineralfüllstoffen und anderen Stoffeintragskomponenten auf der Fasermatte ist die Verwendung eines Koagulans/Flockungsmittel-Systems, welches vor der Papiermaschine zugegeben wird. In einem derartigen System wird zuerst ein Koagulans, zum Beispiel ein kationisches synthetisches Polymer mit niedrigem Molekulargewicht oder eine kationische Stärke, zu dem Stoffeintrag gegeben, wobei das Koagulans im Allgemeinen die negativen Oberflächenladungen verringert, die auf den Teilchen im Stoffeintrag, insbesondere Cellulose-Feinteilchen und Mineralfüllstoffe, vorliegen, und dadurch derartige Teilchen agglomeriert. Dem Koagulans folgt die Zugabe eines Flockungsmittels. Das Flockungsmittel ist im Allgemeinen ein kationisches oder anionisches synthetisches Polymer mit hohem Molekulargewicht, das die Teilchen und/oder Agglomerate von einer Oberfläche zur anderen überbrückt, wobei die Teilchen zu großen Agglomeraten gebunden werden. Die Anwesenheit derartiger großer Agglomerate im Stoffeintrag erhöht die Retention. Die Agglomerate werden aus dem Wasser auf das Fasernetz herausfiltriert, wobei nicht agglomerierte Teilchen ansonsten in einem großen Ausmaß durchtreten würden.
Obwohl ein ausgeflocktes Agglomerat im Allgemeinen nicht das Entwässern der Fasermatte am Sieb in einem Ausmaß stört, welches auftreten würde, wenn der Stoffeintrag geliert oder eine Menge an gelatineartigem Material enthalten würde, werden, wenn derartige Flocken durch das Fasernetz filtriert werden, die Poren desselben verkleinert, was die Effizienz der Entwässerung am Sieb verringert. Demgemäß wird die Retention auf Kosten einer Verringerung der Entwässerung am Sieb erhöht.
Ein weiteres System, das verwendet wird, um für eine verbesserte Kombination von Retention und Entwässerung zu sorgen, ist in den U.S. Patenten Nr. 4,753,710 und 4,913,775, Erfinder Langley et al., herausgegeben am 28. Juni 1988 bzw. 3. April 1999, beschrieben. Kurz gesagt, fügt ein derartiges Verfahren der wässrigen Cellulose-Papierherstellungssuspension zuerst ein lineares kationisches Polymer mit hohem Molekulargewicht vor Scheren der Suspension hinzu, gefolgt von der Zugabe von Bentonit nach dem Scheren. Das Scheren wird im Allgemeinen durch eine oder mehrere der Reinigungs-, Misch- und Pumpstufen des Papierherstellungsverfahrens geliefert und das Scheren bricht die großen Flocken, welche durch das Polymer mit hohem Molekulargewicht gebildet werden, zu Mikroflocken auf und eine weitere Agglomeration folgt dann mit der Zugabe der Bentonit-Tonteilchen.
Ein weiteres System verwendet die Kombination von kationischer Stärke, gefolgt von kolloidalem Siliciumdioxid, um durch Ladungsneutralisation und Adsorption von kleineren Agglomeraten die Menge an Material zu erhöhen, die auf dem Netz zurückgehalten wird. Dieses System ist im U.S. Patent Nr. 4,388,150, Erfinder Sunden et al., herausgegeben am 14. Juni 1983, beschrieben.
Die U.S. Patente Nr. 5,098,520 und 5,185,062, herausgegeben an Begala, beschreiben Verfahren zur Verbesserung der Entwässerung in einem Papierherstellungsverfahren.
Das U.S. Patent Nr. 5,334,679 offenbart ein Papierherstellungsverfahren, in dem wasserlösliche kationische Polymere, die durch Suspensionspolymerisation hergestellt werden, als Retentionshilfsmittel verwendet werden.
Das U.S. Patent Nr. 4,696,962 betrifft die Verwendung spezieller wasserlöslicher kationischer Copolymere von (Meth)acrylamid als Retentions- und Entwässerungsmittel in der Papierindustrie. Dieses Dokument schließt ausdrücklich die Verwendung von quartären Ammoniumsalzen aus und betrifft Copolymere, die durch Emulsionspolymerisation hergestellt werden.
Die EP 525 751 offenbart die Verwendung von speziellen kationischen Polymerdispersionen als Papierchemikalie in einem Papierherstellungsverfahren.
Die EP 308 752 betrifft ein Papierherstellungsverfahren unter Verwendung eines Koagulans, eines geladenen wasserlöslichen Acrylamid-Copolymers, als Flockungsmittel und von kolloidalem Siliciumdioxid.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung eines hydrophilen Dispersionspolymers, welches aus der Polymerisation von Monomeren resultiert, die umfassen:

i) ein kationisches Monomer der Formel (I)
worin R₁ für H oder CH₃ steht; R₂ und R₃ jeweils eine Alkylgruppe mit 1 bis 2 Kohlenstoffatomen sind; R₄ für H oder eine Alkylgruppe mit 1 oder 2 Kohlenstoffatomen steht; A' ein Sauerstoffatom oder NH ist; B' eine Alkylengruppe mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen oder eine Hydroxypropylengruppe ist; und X^– ein anionisches Gegenion ist; und
(ii) ein zweites Monomer, das durch (Meth)acrylamid dargestellt wird, in einer wässrigen Lösung eines mehrwertigen anionischen Salzes resultiert, um die Zurückhaltung und/oder die Entwässerung am Sieb in einem Papierherstellungsverfahren zu erhöhen, welches umfasst:
a) Bilden einer wässrigen Cellulose-haltigen Papierherstellungsaufschlämmung;
b) Zugabe einer wirksamen Menge des hydrophilen Dispersionspolymers zu der Aufschlämmung;
c) Entwässern der Aufschlämmung am Sieb, um ein Blatt zu bilden; und
d) Trocken des Blatts.

Die Polymerisation der oben erwähnten Monomere kann in Anwesenheit entweder eines organischen mehrwertigen Kations mit hohem Molekulargewicht, das ein wasserlösliches Polymer umfasst, welches mindestens ein Monomer der Formel (I) enthält, und/oder von Polydiallyldimethylammoniumchlorid (DADMAC) durchgeführt werden. Nach Zugabe der Polymere wird die Aufschlämmung am Sieb entwässert, um ein Blatt zu bilden, und das Blatt wird getrocknet.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine grafische Darstellung, welche die Trübungsverringerung zwischen drei Dispersionspolymeren und dem Standard-Latex-Retentionshilfsstoff vergleicht.
2 ist eine grafische Darstellung, welche die Aktivität der Entwässerung am Sieb zwischen drei Dispersionspolymeren und dem Standard-Latex-Retentionshilfsstoff vergleicht.
3 ist eine grafische Darstellung, welche die Retentionsaktivität von Dispersionscopolymeren mit höherer innerer Viskosität zeigt, die 10 und 20 Mol-% DMAEA·MCQ enthalten.
4 ist eine grafische Darstellung, welche die Aktivität der Entwässerung am Sieb von Dispersionscopolymeren mit höherer innerer Viskosität zeigt, die 10 und 20 Mol-% DMAEA·MCQ enthalten.
5 ist eine grafische Darstellung, welche die Retentionsleistung von Dispersionslatex und trockenen Polymeren vergleicht.
6 ist eine grafische Darstellung, welche die Trübungsverringerung von verschiedenen Dispersionspolymeren mit Standard-Flockungsmitteln vergleicht.
7 ist eine grafische Darstellung, welche die Aktivität der Entwässerung am Sieb von verschiedenen Dispersionspolymeren mit Standard-Flockungsmitteln vergleicht.
8 ist eine grafische Darstellung, welche die Retentionsleistung von Dispersionspolymeren mit Standard-Latexpolymer vergleicht.
9 ist eine grafische Darstellung, welche die Entwässerungsleistung am Sieb von Dispersionspolymeren mit Standard-Latexpolymer vergleicht.
10 ist eine grafische Darstellung, welche die Retentionsleistung von Dispersionspolymeren in Kombination mit Standard-Koagulantien mit Dispersionspolymeren allein vergleicht.
11 ist eine grafische Darstellung, welche die Entwässerungsleistung am Sieb von Dispersionspolymeren in Kombination mit Standard-Koagulantien mit Dispersionspolymeren allein vergleicht. 1 Ib = 0,45 kg
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Die Erfindung umfasst ein Papierherstellungsverfahren zur Verbesserung der Retention und Entwässerung am Sieb, welches die Bildung einer wässrigen Cellulose-haltigen Papierherstellungsaufschlämmung und die Zugabe eines hydrophilen Dispersionspolymers zu der Aufschlämmung umfasst. Die Aufschlämmung wird dann zu einem Blatt gebildet und getrocknet.
Bevorzugt ist das hydrophile Dispersionspolymer der Erfindung ein Copolymer des kationischen Monomers Dimethylaminoethyl(meth)acrylat, das mit Methylchlorid quaternisiert ist (DMAEA·MCQ), und von (Meth)acrcylamid (AcAM). Es wurde gefunden, dass das oben beschriebene Polymer Vorteile bei der Verwendung in einem Papierherstellungsverfahren mit sich bringt. Speziell zeigen die hydrophilen Dispersionspolymere der Erfindung eine verbesserte Retentionsaktivität im Vergleich zu mit Benzylchlorid quaternisiertem Dimethylaminoethylacrylat (DMAEA·BCQ)/Acrylamid (AcAm)-Dispersionscopolymer und quartärem DMAEA-Methylchlorid-Latex der gleichen Ladung. Latex ist in dieser Anmeldung als umgekehrtes Wasser-in-Öl-Emulsionspolymer definiert.
In einer alternativen Ausführungsform zeigen hydrophile DMAEA·MCQ/AcAm-Dispersionspolymere eine nahezu gleiche Aktivität bezüglich der Retention und Entwässerung am Sieb im Vergleich zu den kommerziellen kationischen Standard-Latexpolymeren.
Die nachstehenden Beispiele 1–4 umreißen Verfahren zur Herstellung des Copolymers bei verschiedenen Verhältnissen der Mononer-Komponenten. Bevorzugt beträgt die Menge an mit Methylchlorid quaternisiertem Dimethylaminoethylacrylat, die im Copolymer vorliegt, etwa 3 Molprozent bis etwa 20 Molprozent. Weiter liegt der Bereich der inneren Viskositäten der hydrophilen Dispersionspolymere der Erfindung bevorzugt bei etwa 11,9 bis etwa 21,2 dl/g. Gemäß dem bevorzugten Verfahren der Erfindung wird das Dispersionspolymer in einer Menge von etwa 0,2 bis etwa 2,3 kg aktivem Material pro 1000 kg Aufschlämmungsfeststoffe (etwa 0,5 bis etwa 5,0 Pfund aktives Material pro Tonne Aufschlämmungsfeststoffe) zugesetzt.
Es wird angenommen, dass das vorliegende Verfahren auf alle Qualitäten und Arten von Papierprodukten anwendbar ist und weiter zur Verwendung bei allen Arten von Zellstoffen, einschließlich chemischer Zellstoffe, einschließlich Sulfat- und Sulfit-Zellstoffen sowohl von hartem als auch von weichem Holz und saurer Zellstoffe, thermomechanischer Zellstoffe, mechanischer Zellstoffe, Recycling-Zellstoffen und Zellstoffen aus gemahlenem Holz. Typisch weisen derartige Stoffeinträge einen pH von etwa 3,0 bis etwa 9,0 auf.
Die folgenden Beispiele werden dargelegt, um bevorzugte Ausführungsformen und Nützlichkeiten der Erfindung zu beschreiben, und sind nicht als Beschränkung der Erfindung gemeint, falls es nicht anders in den beigefügten Ansprüchen angegeben ist.
Beispiel 1 – Verfahren zur Synthese von Dispersionscopolymeren von Acrylamid und 3 Mol-% DMAEA·MCQ
In einen 2 I-Harzreaktor, der mit einem Rührer, einer Temperatursteuerung und einem wassergekühlten Kühler ausgestattet war, wurden 287,59 Gramm einer 48,1 %-igen Lösung von Acrylamid (1,9461 Mol), 7,24 Gramm einer 80,6 %-igen Lösung von DMAEA·MCQ (0,0301 Mol), 250 Gramm Ammoniumsulfat, 225,59 Gramm deionisiertes Wasser, 27 Gramm Glycerol, 56,25 Gramm einer 16 %-igen Lösung von PolyDADMAC (Polydiallyldimethylammoniumchlorid) (IV = 1,5 dl/g), 18 Gramm einer 20 %-igen Lösung von PolyDMAEA·MCQ (IV = 2,0 dl/g) und 0,3 Gramm EDTA gegeben. Die Mischung wurde auf 48°C erwärmt und 0,50 Gramm einer 4 %-igen Lösung von 2,2'-Azobis(2-amidinopropan)dihydrochlorid wurden dazugegeben. Durch die resultierende Lösung wurden 1000 cm³/min Stickstoff geperlt. Nach 15 Minuten begann die Polymerisation und die Lösung wurde viskos. Über die nächsten 4 Stunden wurde die Temperatur bei 48°C beibehalten und eine Lösung, die 95,86 Gramm (0,6487 Mol) 48,1 %-iges Acrylamid, 12,07 Gramm (0,0502 Mol) einer 80,6 %-igen Lösung von DMAEA·MCQ, 9 Gramm Glycerol und 0,1 Gramm EDTA enthielt, wurde unter Verwendung einer Spritzenpumpe in den Reaktor gepumpt. Zu der resultierenden Polymerdispersion wurden 0,50 Gramm einer 4 %-igen Lösung von 2,2'-Azobis(2-amidinopropan)dihydrochlorid gegeben. Die Dispersion wurde dann weitere 2,5 Stunden bei einer Temperatur von 48°C bis 55°C umgesetzt. Die resultierende Polymerdispersion wies eine Brookfield-Viskosität von 5600 cP auf. Zu der obigen Dispersion wurden 10 Gramm 99 %-ige Essigsäure und 20 Gramm Natriumsulfat gegeben. Die resultierende Dispersion wies eine Brookfield-Viskosität von 1525 cP auf und enthielt 20% eines 97/3-Copolymers von Acrylamid und DMAEA·MCQ, mit einer inneren Viskosität von 12,1 dl/g in 0,125 molarem NaNO₃.
Beispiel 2 – Verfahren zur Synthese von Dispersionscopolymeren von Acrylamid und 5 mol-% DMAEA·MCQ
In einen 2 I-Harzreaktor, der mit einem Rührer, einer Temperatursteuerung und einem wassergekühlten Kühler ausgestattet war, wurden 281,68 Gramm einer 48,1 %-igen Lösung von Acrylamid (1,9061 Mol), 12,07 Gramm einer 80,6 %-igen Lösung von DMAEA·MCQ (0,05023 Mol), 250 Gramm Ammoniumsulfat, 225,10 Gramm deionisiertes Wasser, 27 Gramm Glycerol, 33,75 Gramm einer 16 %-igen Lösung von PolyDADMAC (IV = 1,5 dl/g), 36 Gramm einer 20 %-igen Lösung von PolyDMAEA·MCQ (IV = 2,0 dl/g) und 0,3 Gramm EDTA gegeben. Die Mischung wurde auf 48°C erwärmt und 0,50 Gramm einer 4 %-igen Lösung von 2,2'-Azobis(2-amidinopropan)dihydrochlorid wurde dazugegeben. Durch die resultierende Lösung wurden 1000 cm³/min Stickstoff geperlt. Nach 15 Minuten begann die Polymerisation und die Lösung wurde viskos. Über die nächsten 4 Stunden wurde die Temperatur bei 48°C beibehalten und eine Lösung, die 93,89 Gramm (0,6354 Mol) 48,1 %-iges Acrylamid, 20,11 Gramm (0,08368 Mol) einer 80,6 %-igen Lösung von DMAEA·MCQ, 9 Gramm Glycerol und 0,1 Gramm EDTA enthielt, wurde unter Verwendung einer Spritzenpumpe in den Reaktor gepumpt. Zu der resultierenden Polymerdispersion wurden 0,50 Gramm einer 4 %-igen Lösung von 2,2'-Azobis(2-amidinopropan)dihydrochlorid gegeben. Die Dispersion wurde weiter 2,5 Stunden bei einer Temperatur von 48°C bis 55°C umgesetzt. Die resultierende Polymerdispersion wies eine Brookfield-Viskosität von 10.000 cP auf. Zu der obigen Dispersion wurden 10 Gramm 99 %-ige Essigsäure und 20 Gramm Natriumsulfat gegeben. Die resultierende Dispersion wies eine Brookfield-Viskosität von 2825 cP auf und enthielt 20% eines 95/5-Copolymers von Acrylamid und DMAEA·MCQ mit einer inneren Viskosität von 14,1 dl/g in 0,125 molarem NaNO₃.
Beispiel 3 – Verfahren zur Synthese von Dispersionscopolymeren von Acrylamid und 10 mol-% DMAEA·MCQ.
In einen 2 I-Harzreaktor, der mit einem Rührer, einer Temperatursteuerung und einem wassergekühlten Kühler ausgestattet war, wurden 239,38 Gramm einer 48,1 %-igen Lösung von Acrylamid (1,6199 Mol), 21,63 Gramm einer 80,6 %-igen Lösung von DMAEA·MCQ (0,09001 Mol), 260 Gramm Ammoniumsulfat, 258,01 Gramm deionisiertes Wasser, 18 Gramm Glycerol, 33,75 Gramm einer 16 %-igen Lösung von PolyDADMAC (IV = 1,5 dl/g), 36 Gramm einer 20 %-igen Lösung von PolyDMAEA·MCQ (IV = 2,0 dl/g) und 0,3 Gramm EDTA gegeben. Die Mischung wurde auf 48°C erwärmt und 0,50 Gramm einer 4 %-igen Lösung von 2,2'-Azobis(2-amidinopropan)dihydrochlorid wurden dazugegeben. Durch die resultierende Lösung wurden 1000 cm³/min Stickstoff geperlt. Nach 15 Minuten begann die Polymerisation und die Lösung wurde viskos. Über die nächsten 4 Stunden wurde die Temperatur bei 48°C beibehalten und eine Lösung, die 79,79 Gramm (0,5399 Mol) 48,1 %-iges Acrylamid, 36,04 Gramm (0,1500 Mol) einer 80,6 %-igen Lösung von DMAEA·MCQ, 6 Gramm Glycerol und 0,1 Gramm EDTA enthielt, wurde unter Verwendung einer Spritzenpumpe in den Reaktor gepumpt. Zu der resultierenden Polymerdispersion wurden 0,50 Gramm einer 4 %-igen Lösung von 2,2'-Azobis(2-amidinopropan)dihydrochlorid gegeben. Die Dispersion wurde dann weiter 2,5 Stunden bei einer Temperatur von 48°C bis 55°C umgesetzt. Die resultierende Polymerdispersion wies eine Brookfield-Viskosität von 7600 cP auf. Zu der obigen Dispersion wurden 10 Gramm 99 %-ige Essigsäure und 20 Gramm Natriumsulfat gegeben. Die resultierende Dispersion wies eine Brookfield-Viskosität von 2100 cP auf und enthielt 20% eines 90/10-Copolymers von Acrylamid und DMAEA·MCQ mit einer inneren Viskosität von 15,5 dl/g in 0,125 molarem NaNO₃.
Beispiel 4 – Verfahren zur Synthese von Dispersionscopolymeren von Acrylamid und 20 mol-% DMAEA·MCQ.
In einen 2 I-Harzreaktor, der mit einem Rührer, einer Temperatursteuerung und einem wassergekühlten Kühler ausgestattet war, wurden 136,03 Gramm einer 48,1 %-igen Lösung von Acrylamid (0,9205 Mol), 37,12 Gramm einer 80,6 %-igen Lösung von DMAEA·MCQ (0,1545 Mol), 190 Gramm Ammoniumsulfat, 50 Gramm Natriumsulfat, 267,99 Gramm deionisiertes Wasser, 13,2 Gramm Glycerol, 33,75 Gramm einer 16 %-igen Lösung von PolyDADMAC (IV = 1,5 dl/g), 45 Gramm einer 20 %-igen Lösung von PolyDMAEA·MCQ (IV = 2,0 dl/g) und 0,2 Gramm EDTA gegeben. Die Mischung wurde auf 48°C erwärmt und 0,50 Gramm einer 4 %-igen Lösung von 2,2'-Azobis(2-amidinopropan)dihydrochlorid wurden dazugegeben. Durch die resultierende Lösung wurden 1000 cm³/min Stickstoff geperlt. Nach 15 Minuten begann die Polymerisation und die Lösung wurde viskos. Über die nächsten 4 Stunden wurde die Temperatur bei 48°C beibehalten und eine Lösung, die 111,29 Gramm 48,1 %-iges Acrylamid, 63,47 Gramm (0,2641 Mol) einer 80,6 %-igen Lösung von DMAEA·MCQ, 10,8 Gramm Glycerol und 0,2 Gramm EDTA enthielt, wurde unter Verwendung einer Spritzenpumpe in den Reaktor gepumpt. Zu der resultierenden Polymerdispersion wurden 0,50 Gramm einer 4 %-igen Lösung von 2,2'-Azobis(2-amidinopropan)dihydrochlorid gegeben. Die Dispersion wurde weiter 2,5 Stunden bei einer Temperatur von 48°C bis 55°C umgesetzt. Die resultierende Polymerdispersion wies eine Brookfield-Viskosität von 2160 cP auf. Zu der obigen Dispersion wurden 10 Gramm 99 %-ige Adipinsäure und 30 Gramm Ammoniumsulfat gegeben. Die resultierende Dispersion wies eine Brookfield-Viskosität von 1325 cP auf und enthielt 20 eines 80/20-Copolymers von Acrylamid und DMAEA·MCQ mit einer inneren Viskosität von 13,7 dl/g in 0,125 molarem NaNO₃.
Die folgenden Beispiele verwendeten die nachstehend beschriebenen Testpolymere und Stoffeinträge. Polymerproben POLYMERBESCHREIBUNG Dispersionen
Andere Polymere
IV-Messung
Die IV-Messungen von Polymerproben wurden in 0,125 M NaNO₃-Lösung durchgeführt. Das Verfahren umfasste:

1. Herstellung einer 1 %-igen Dispersionsprodukt-Lösung (0,2% aktives Polymer) durch Einspritzen von 2 g des Dispersionspolymers mit einer Spritze in den Wirbel von 198 g dest. Wasser. Fortsetzen des Rührens bei 800 U/min für 30 Minuten.
2. Herstellung einer 0,045 %-igen Arbeitslösung von aktivem Polymer aus: 0,2 %-ige Lösung von aktivem Polymer 22,5 g Natriumacetat-Lösung 1,0 g 0,25 molares Natriumnitrat 50,0 g dest. Wasser 26,5 g
3. Einfüllen von 2 ml 0,125 molarer Natriumnitrat-Lösung in ein Kapillarviskosimeter. Messung der Zeit t_s.
4. Entfernen der Natriumnitrat-Lösung und Reinigen des Viskosimeters. Einfüllen von 2 ml der 0,045 %-igen Lösung mit aktivem Polymer in das Viskosimeter. Messen der Zeit t_I.

Stoffeintrag-Herstellung
Drei der Stoffeinträge, die für den Polymer-Aktivitätstest verwendet wurden, wurden aus dickem Faserrohstoff hergestellt, welcher von Papiermühlen erhalten und mit Formulierungswasser auf eine Konsistenz von etwa 0,5% verdünnt wurde. Der vierte Stoffeintrag war ein synthetischer alkalischer Stoffeintrag, der 70 Gew.-% Faser und 30 Gew.-% Füllstoff enthielt und mit Formulierungswasser auf eine Konsistenz von etwa 0,5% verdünnt wird. Das Formulierungswasser enthielt 200 ppm Calcium-Härte (zugesetzt als CaCl₂), 152 ppm Magnesium-Härte (zugesetzt als MgSO₄) und 110 ppm Bicarbonat-Alkalinität (zugesetzt als NaHCO₃).
Siebentwässerungs- und Retentionstests
Das Britt CF Dynamic Drainage-Gefäß wurde für ein gleichförmiges Mischen von Polymer und Stoffeintrag verwendet. Die Mischgeschwindigkeit des Britt-Gefäßes betrug 500 U/min. Der Siebentwässerungs-Tester simuliert die Schwerkraft-Siebentwässerung auf einer Papiermaschine. Die Testverfahren für die Entwässerung am Sieb und die Retention sind nachstehend angegeben.

1. Man messe eine 500 ml-Probe des dünnen Faserrohstoffs unter Verwendung eines graduierten Zylinders ab.
2. Man gebe dünnen Faserrohstoff in das Britt-Gefäß.
3. Man beginne mit dem Rühren (500 U/min) und gebe Stärke oder Koagulans unter Verwendung einer Spritze (falls erforderlich) dazu.
4. Nach 10 Sekunden gebe man unter Verwendung einer Spritze Polymerlösung zu dem Stoffeintrag.
5. Man beende das Rühren nach einer Gesamtzeit von 30 Sekunden, das heißt 20 Sekunden nach Zugabe von Polymer.
6. Man überführe den behandelten Stoffeintrag sofort in das Reservoir der Siebentwässerungs-Testvorrichtung.
7. Man entferne den Stopfen und sammle das Filtrat über 5 Sekunden.
8. Man verzeichnet das Gewicht des Filtrats.
9. Man messe die Filtrattrübung bei 450 nm mit einem DR-2000-Spektrometer. Das Filtrat war mit dest. Wasser verdünnt (x2).

Unter Verwendung der oben beschriebenen Testverfahren wurden die Siebentwässerungs- und Trübungsdaten für Dispersions- und Latexpolymere erhalten. In diesen Beispielen ist ein Maß für Retention durch die prozentuale Verringerung der Trübung gegeben, welche ohne Polymerbehandlung (Blindprobe) erhalten wird. Die Dosierungskurven der Siebentwässerungs verbesserung (%) und Trübungsverringerung (%) wurden für getestete Polymere bestimmt. Es ist wohlbekannt, dass die Retentions- und Siebentwässerungs-Aktivitäten von Polymeren von mehreren Faktoren abhängen, einschließlich der Art des zu behandelnden Stoffeintrags. Aus diesem Grund wurden Stoffeinträge gewählt, die sich signifikant voneinander unterschieden. Der erste Stoffeintrag war 100% wieder aufbereiteter kaschierter Karton. Der zweite war ein Stoffeintrag, der für die Herstellung von gewellten Produkten von Faltungsgüte verwendet wird. Dieser Stoffeintrag war eine Mischung von alter Wellpappe (OCC), Zeitungspapier und Kartonagenkarton. Dicke Faserrohstoffe und andere Zusätze, die für die Herstellung von Papier von Publikationsqualität verwendet werden, wurden gesammelt, um den dritten Stoffeintrag herzustellen. Der vierte Stoffeintrag wurde im Labor hergestellt und ähnelt sehr dem alkalischen Stoffeintrag, der von der Papierindustrie für die Herstellung von feinem Papier verwendet wird.
Unter Verwendung der oben beschriebenen Test-Stoffeinträge wurden die ebenfalls oben beschriebenen Siebentwässerungs- und Retentionstests verwendet, um die Siebentwässerungs- und Retentions-Aktivitäten der Dispersionen A-H und Polymere A-H der Beispiele 5-9 zu bestimmen.
Beispiel 5
Die anfänglichen Aktivitästests der DMAEA·MCQ-Dispersionspolymere wurden mit 100% wieder aufbereitetem kaschiertem Karton vorgenommen. Der Stoffeintrag enthielt keinen zugesetzten Füllstoff und die Retention war hauptsächlich für die Feinstoffe aus der Faser. 1 zeigt eine Auftragung der % Trübungsverringerung als Funktion der Polymerdosierung für drei der hydrophilen Dispersionspolymere und Polymer A, ein Standard-Latexflockungsmittel. Die Zusammensetzungen der Dispersionen waren (1) AcAm/DMAEA·MCQ:97/3, (2) AcAm/DMAEA·MCQ:95/5 und (3) AcAm/DMAEA·MCQ:90/10. Die Dispersionen A, B und C zeigten einen zunehmenden Wirkungsgrad der Retentionsleistung im Vergleich zu Polymer A. Zusätzlich zeigt 1, dass mit den Dispersionspolymeren bei einer Dosierung von etwa 0,4 kg aktivem Material/1000 kg (0,8 Ibs aktives Material/t) Trübungsverringerungen zwischen 60 und 70 erzielt wurden.
2 zeigt die Siebentwässerungsverbesserungen, die mit den oben beschriebenen Dispersionspolymeren verwirklicht wurden. Das Copolymer, das 5 mol-% DMAEA·MCQ enthielt, zeigte das beste Siebentwässerungsverhalten unter den Dispersionen. Jedoch war das Latexpolymer, Polymer A, über den gesamten getesteten Dosierungsbereich den Dispersionen überlegen. Es sollte bemerkt werden, dass die inneren Viskositäten der ersten Chargen der hydrophilen Dispersionen signifikant niedriger waren als bei Polymer A.
Beispiel 6
Der gewählte beschichtete Stoffeintrag war eine Mischung von OCC, Zeitungspapier und Kartonagenkarton. Anders als der wieder aufbereitete kaschierte Karton enthielt dieser Stoffeintrag CaCO₃ als Füllstoff. Es wurde durch Graviemetriemessung gefunden, dass die % Asche 7,3% betrugen. Vorläufige Aktivitätstests wurden mit den Polymerproben mit niedrigerer IV (11,9 – 15,7 dl/g) durchgeführt und die Daten zeigten einige wichtige Trends der Polymerleistungen. Sowohl die Retentions- als auch die Siebentwässerungsleistungen der Dispersionspolymere verbessern sich mit zunehmenden mol-% von DMAEA·MCQ. Insgesamt zeigte das 10 mol-%-ige DMAEA·MCQ-Copolymer die besten Siebentwässerungs- und Retentionsleistungen unter den getesteten Dispersionen.
Die Retentionsleistungen der Dispersionspolymere mit höherer IV (17,0–21,2 dl/g), die 10 und 20 mol-%-iges DMAEA·MCQ enthielten, sind in 3 gezeigt. Die Dispersionen D, E, F und G, die 10 und 20 mol-%-iges DMAEA·MCQ enthielten, zeigten bei gewelltem beschichtetem Stoffeintrag vergleichbare Retentionsaktivitäten wie das Polymer A.
4 zeigt die Siebentwässerungsaktivitäten der Dispersionscopolymere mit höherer IV, die 10 und 20 mol-%-iges DMAEA·MCQ enthielten. Die Ergebnisse demonstrieren klar, dass beim Dosierungsbereich von 0 bis 0,7 kg aktivem Material/1000 kg (0 bis 1,5 Ibs aktives Material/t) die hydrophilen Dispersionspolymere mit dem Standard-Flockungsmittel Polymer A vergleichbar waren. Als die Polymerdosierung auf 1,8 kg aktives Material/1000 kg (4,0 Ibs aktives Material/t) erhöht wurde, zeigten die 20 mol-%-igen DMAEA·MCQ-Copolymere weiterhin ein Siebentwässerungsverhalten, das dem des Polymers A ähnlich war.
Beispiel 7
Der Stoffeintrag von Publikationsqualität war eine Mischung von 90% (Weichholz, Hartholz, Ausschuss mit hohem Aschegehalt, Ausschuss mit geringem Aschegehalt) und 10% (CaCO₃, TiO₂, Stärke, Alaun). Das beim Testen verwendete Flockungsmittel war Polymer D (AcAm/NaAc:70/30). 5 zeigt die Ergebnisse der Britt-Gefäß-Durchmusterung von Dispersions- und trockenen Polymeren. Auf der Basis von gleichem aktivem Material zu 0,7 kg/1000 kg (1,5 Ibs/t) war die 10 mol-%-ige DMAEA·MCQ-Dispersion (Dispersion E) allen Polymeren überlegen, einschließlich Polymer C, Polymer D und Polymer E, ein trockenes Polymer, das von Floereger erhältlich ist.
Die Ergebnisse der Retentions- und Siebentwässerungstests, die mit diesem Stoffeintrag durchgeführt wurden, sind in den 6 und 7 angegeben. Zwei hydrophile Dispersionen, die 10 mol-%-iges DMAEA·MCQ enthielten, wurden mit Polymer A und Polymer D verglichen. Die Auftragung der % Trübungsverringerung als Funktion der Dosierung, 6, zeigt, dass bei niedrigen Dosierungen von Flockungsmitteln bei jedem Polymer signifikante Verringerungen der Trübung (~90%) erzielt wurden. Zusätzlich gab es keine Unterschiede zwischen den Retentionsaktivitäten der Dispersions- und Latexpolymere.
7 zeigt, dass die Siebentwässerungsaktivitäten der Latex- und Dispersionspolymere ziemlich verschieden waren. Das Latexpolymer Polymer A ergab die beste Entwässerungsleistung. Dem folgte das Dispersionspolymer mit höherer IV. Bei Dosierungen über 0,45 kg/1000 kg (1,0 Ib/t) waren die Siebentwässerungsverbesserungen der zwei Dispersionspolymere besser als die von Polymer D.
Beispiel 8
Ein synthetischer alkalischer Stoffeintrag wurde hergestellt, der etwa 30% CaCO₃ als Füllstoff aufwies und deshalb die höchste Füllstoffbeladung unter den hergestellten Stoffeinträgen aufwies. In Beispiel 8 wurde kationische Stärke in einer Menge von etwa 4,5 kg/1000 kg (10 Ib/Tonne) Trockengewicht der Aufschlämmungsfeststoffe in den Stoffeintrag eingebracht.
8 zeigt die Dosis-Retention-Kurven von zwei hydrophilen Dispersionen, die 10 mol-%-iges und 20 mol-%-iges DMAEA·MCQ (Dispersion E, G) enthielten, im Vergleich zu Polymer B und Polymer C. Polymer B (IV 19,1 dl/g) ist ein Material mit höherem Molekulargewicht als Polymer A (IV 17,7 dl/g). Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die hydrophilen Dispersionspolymere, die 10 und 20 mol-%-iges DMAEA·MCQ enthielten, auch sehr wirksame Retentionshilfsstoffe für die Feinpapier-Anwendung sind.
Die Siebentwässerungsdaten der Polymere, die mit dem alkalischen Standard-Stoffeintrag getestet wurden, sind in 9 angegeben. Die hydrophile Dispersion, die 20 mol-%-iges DMAEA·MCQ enthielt, zeigte eine bessere Siebentwässerung als das Polymer C und das 10 mol-%-ige DMAEA·MCQ-Dispersionspolymer. Ihre Siebentwässerungsleistung war mit jener von Polymer B vergleichbar.
Die vorstehenden Ergebnisse demonstrieren, dass die hydrophilen Dispersionspolymere wirksame Retentions- und Siebentwässerungshilfsstoffe für einen Bereich von Stoffeinträgen sind. Die Aktivität der neuen Dispersionspolymere in dem Einzel-Polymerprogramm waren mit jenem des umgekehrten Emulsionspolymers, Polymer A, vergleichbar oder diesem manchmal überlegen.
Beispiel 9
Die Auswirkungen von Koagulantien auf die Retentions- und Siebentwässerungsaktivitäten von zwei DMAEA·MCQ-Dispersionspolymeren (10 und 20 mol-%-iges DMAEA·MCQ) wurden in einem Doppelpolymerprogramm bewertet und sind in den 10 und 11 gezeigt. Der beschichtete gewellte Eintrag wurde für diese Untersuchung ausgewählt. Koagulantien, einschließlich Polymer F, (Epi/DMA), Polymer G (PolyDADMAC, IV = 0,55) und Polymer H (PolyDADMAC, IV = 1,9) wurden verwendet. 10 zeigt eine Zunahme von etwa 30% der Retentionsleistung der Dispersion F, dem 20 mol-%-igen DMAEA·MCQ-Polymer, beim Zusatz von 0,9 kg/1000 kg (2,0 Ibs/Tonne) des PolyDADMAC mit hoher IV. Es gab auch messbare Zunahmen der Retention bei Polymer F und G. Es gab keine signifikanten Änderungen der Retentionsaktivitäten beim 10 mol-%-igen DMAEA·MCQ (Dispersion D)-Polymer bei der Zugabe von Koagulantien. Die Koagulantien zeigten eine weniger vorteilhafte Auswirkung auf die Siebentwässerungsaktivitäten der zwei DMAEA·MCQ-Dispersionspolymere (11).

Claims

Verwendung eines hydrophilen Dispersions-Polymers, welches aus der Polymerisation von Monomeren, welche umfassen: (i) ein kationisches Monomer der Formel (I)
worin R₁ für H oder CH₃ steht; R₂ und R₃ jeweils eine Alkylgruppe mit 1 bis 2 Kohlenstoffatomen sind; R₄ für H oder eine Alkylgruppe mit 1 oder 2 Kohlenstoffatomen steht; A' ein Sauerstoffatom oder NH ist; B' eine Alkylengruppe mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen oder eine Hydroxypropylengruppe ist; und X^– ein anionisches Gegenion ist; und (ii) ein zweites Monomer, das durch (Meth)acrylamid dargestellt wird, in einer wässrigen Lösung eines mehrwertigen anionischen Salzes resultiert, um die Zurückhaltung und/oder das Ablaufenlassen in einem Papierherstellungsverfahren zu erhöhen, welches umfasst: a) Bilden einer wässrigen Cellulose-haltigen Papierherstellungsaufschlämmung; b) Zugabe einer wirksamen Menge des hydrophilen Dispersionspolymers zu der Aufschlämmung; c) Ablaufenlassen der Aufschlämmung, um ein Blatt zu bilden; und d) Trocken des Blatts; vorausgesetzt, dass das hydrophile Dispersionspolymer nicht für die Behandlung von zurückgeführtem beschichtetem Ausschuss verwendet wird. Verwendung nach Anspruch 1, bei dem das hydrophile Dispersionspolymer ein Copolymer von quaternärem Dimethylaminoethylacrylatmethylchlorid und Acrylamid ist und wobei die Menge an quaternärem Dimethylaminoethylacrylatmethylchlorid, die in dem Copolymer vorliegt, etwa 2 Molprozent bis etwa 20 Molprozent beträgt.
Verwendung nach Anspruch 1, bei der das Dispersionspolymer in einer Menge von etwa 0,4 bis etwa 0,9 kg (0,8 bis etwa 2,0 Pfund) an aktivem Material pro 1000 kg Aufschlämmungsfeststoffe zugesetzt wird.
Verwendung nach Anspruch 1, bei der das hydrophile Dispersionspolymer eine innere Viskosität von etwa 11,9 bis etwa 21,2 Deziliter pro Gramm aufweist.
Verwendung nach Anspruch 1, weiter umfassend den Schritt der Zugabe eines Koagulans vor der Zugabe des hydrophilen Dispersionspolymers, wobei das Koagulans ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Epi/DMA und polymerem Diallyldimethylammoniumchlorid.
Verwendung nach Anspruch 5, weiter umfassend den Schritt der Zugabe einer kationischen Stärke zu den Papierrohstoffen in einer Menge von 4,5 kg/1000 kg (10 Ib/Tonne) Trockengewicht an Aufschlämmungsfeststoffen.