180910. lajstromszámú szabadalom • Eljárás papíripari szervetlen töltőanyagok szuszpendálására a retenciójuk növelése céljából
3 180910 4 Ismeretes, hogy a cellulózrost es a töltőanyagrészecske vizes közegben egyaránt negatív elektrokinetikai, vagy másnéven zéta-potenciállal rendelkezik. A két negatív töltéssel rendelkező felület kölcsönhatása a töltőanyag-visszatartás szempontjából nem ideális. Az elektromos kettősrétegre vonatkozó alapismeretekből következik, hogy az elektrolitmentes rendszerhez képest az Al3+- és a H+ -ionok rohamosan csökkentik a részecskék negatív zéta-potenciálját, sőt az Al3+ -ionok bizonyos koncentrációnál áttöltést szoktak előidézni. (Van Olphen, H.: An Introduction to Clay Cellolid Chemistry, Chap. 7, John Wiley, New York, 1963.; Van Olphen, H.: Disc. Faraday Soc. II. 82 [1951]). Ezt a lehetőséget kihasználva a töltőanyagrészecskék áttölthetők, így pozitív zéta-potenciál érhető el. A negatív zéta-potenciálú cellulózrostot tartalmazó szuszpenzióba adagolva a pozitív zéta-potenciálú töltőanyagrészecskéket tartalmazó töltöanyag-szuszpenziót, az eltérő felületi töltésű részecskék vonzása következtében a töltőanyagrészecskék a cellulózrostokra koaguálnak és viszonylag erős elektrosztatikus kölcsönhatás következtében rögzítődnek a rostfelületen. Ennek eredményeként a papírgép szitaszakaszán eltávozó nagymennyiségű vízzel viszonylag kismennyiségű töltőanyag fog eltávozni, javul a töltőanyagvisszatartás (retenció), javul a papír előállításának gazdaságossága. Az előzőekben ismertetett hatás mellett az is ismeretes, hogy a töltőanyagrészecskék az Al3+-ionokat tartalmazó elektrolit adagolása során fokozatosan izoelektromos állapotúak lesznek és növekszik kölcsönhatásuk. Az adhézió növekedésének eredményeként a töltőanyagrészecskék átmenetileg összekapcsolódva nagyobb méretű részecskeaggregátumokat képeznek. Ennek eredményeként növekszik a rostágyon való szűrési visszatartás mértéke, javul a töltőanyagretenció. Az átmenetileg kialakult labilis töltőanyagrészecske-aggregátumok a papírgép présszakaszán elbomlanak, így nem okozzák a durvaszemcsés töltőanyagra jellemző karcoló-csiszoló hatást. Találmányunk lényege, hogy az elektromos kettősrétegre vonatkozó alapismeretek szerint az Al3+ -ionok áttöltést előidéző hatását felhasználva, a töltőanyagok szuszpendálási technológiáját úgy módosítjuk, hogy a töltőanyagot, a töltőanyag típusától függően meghatározott pH-értékű (pH = 2,9—5,5) Al3+-ionokat tartalmazó oldatban szuszpendáljuk. Ennek során bekövetkezik a töltőanyagrészecskék átmeneti részecske-aggregátumainak kialakulása, valamint a pozitív-zéta-potenciál kialakulása. Az így kezelt töltöanyag-szuszpenziót hagyományos módon adagoljuk a papírpéphez. A papírgyártás egyéb technológiai folyamataiban változtatás nem szükséges. Mint ismeretes, a papíripari technológiai folyamatban az enyvezés során, valamint az optimális gyártású pH beállításához a rost—töltőanyag—víz rendszerhez alumíniumokat tartalmazó vegyületeket (alumínium-szulfátot, kálium-alumínium-szulfátot, nátrium-aluminátot stb.) adagolnak. A papírgyártás során a vízben szuszpendált töltőanyagot a papír kívánt hamutartalmának és a töltőanyagveszteségeknek figyelembevételével megállapított mennyiségben, meghatározott koncentrációjú szuszpenzió formájában adagolják, a cellulózrost vizes szuszpenziójához. A papírgyártás további műveletei során a rendszerbejuttatott Al3+ -ionok a cellulózrost és a töltőanyagrészecske felületi töltését, zétapotenciálját egyaránt bizonyos mértékben megváltoztatják, így a papírgyártás hagyományos technológiája nem használja ki az alumínium-ionok egyik fontos tulajdonságát, amely az elektromos kettősrétegre vonatkozó alapismeretből adódik, mely szerint az Al3+ -ionok bizonyos koncentráció esetén a részecskék áttöltését idézik elő. Ezt a lehetőséget megfelelően használja ki a találmány a szuszpendálási technológia alkalmazásával. A találmány lényegét képező töltőanyag szuszpendálási technológia alkalmazásával kezelt töltőanyagrészecskék — mivel a kezelés a papíripari rostszuszpenziótól elkülönítve történik — a papíripari rostszuszpenzió részecskéi felületi töltésétől lényegesen különböző felületi töltéssel rendelkeznek, az elektrosztatikus hatás következtében a papíripari rostszuszpenziórészecskék felületére kötődnek. Az elsődleges hatás, a töltőanyag-retenció növekedése mellett másodlagos hatásként növelik a papíripari rostszuszpenzió finomrost frakciójának részecske-méreteit, így a hagyományos technológiában ezideig az eltávozó vízzel elfolyó finomrost-frakció, amely eddig rostveszteségként jelentkezett, az új technológia következtében a lapszerkezetben viszszamarad, tovább növelve a találmány szerinti eljárás gazdaságosságát. További másodlagos hatás, amely gazdasági eredmény növekedését vonja maga után: az az, hogy az ezideig a papíripari gyártástechnológiában feltétlen szükséges retenciós szerek alkalmazása kiküszöbölhetővé válik. A találmány szerint töltőanyag szuszpendálási eljárás lehetővé teszi gazdaságos körülmények között nagy és igen nagy töltőanyag-tartalmú papírok előállítását. Példa A találmány szerinti eljárást kaolin-típusú töltőanyagok alkalmazásával végeztük el. Alkalmazott kaolin-típusok: hazai szegi kaolin cseh import kaolin osztrák import Aspang A2 kaolin. A kaolin-töltőanyag szuszpendálásának optimális pH- értéke: 3,5. Az ofszetpapír előállítását a Papíripari Vállalat Dunaújvárosi Papírgyára 41. sz. papírgépén végeztük. a) Hagyományos gyártástechnológia szerint: 1 tonna ofszetpapírhoz a hagyományos technológia szerint rostanyagból 1000 kg kaolinból 240 kg összesen: 1240 kg anyag szükséges. Az előállított papír hamutartalma 14% volt, tehát 1 tonna ofszetpapírban 140 kg kaolin maradt vissza, így a retenció: „ visszamaradt töltőanyag 140 R =------------------------— x 100 = — x 100 = 58,3%. beadagolt töltőanyag 240 b) A találmány szerinti megoldás szerint: A gyártás minden paraméterét a hagyományos technológiának megfelelően tartva, a kaolin töltőanyagot a találmány szerinti eljárásnak megfelelően a következő kezelésnek vetettünk alá: alumíniumszulfát vizes oldatának pH-értékét az alumíniumszulfát, illetve a víz arányának megváltoztatásával 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
