FI107173B - Paperinvalmistuksen lisäaine - Google Patents

Description

107173

Paperinvalmistuksen lisäaine

Keksinnön kohteena on paperinvalmistuksen lisäaine, joka lisätään massasulppuun ennen paperinvalmistuksen rainan-5 muodostusvaihetta. Lisäaineella on aikaansaatavissa paperille mm. alentunut pölyämisalttius. Tämän lisäksi lisäaineen on todettu edesauttavan vedenpoistoa rainan muodostusvaiheessa, parantavan täyteaineiden retentoitumis-ta, ja vaikuttavan edullisesti haitta-aineiden poistumi-10 seen, joita on kertynyt paperikoneen vesikiertoon. Aine lisää myös valmiin paperin lujuutta, sekä kuivalujuutta että märkälujuutta. Samoin on paperin painokelpoisuudes-sa, mm. ink-jet tulostuksen soveltuvuuden osalta todettu paranemista keksinnön mukaista paperinvalmistuksen lisä-15 ainetta käytettäessä.

Eräs valmiilla paperilla todettava ongelma on sen merkittävä taipumus pölyn muodostukseen, mihin syynä ovat paperin pinnalta irtoavat kuituosaset ja täyteaineosaset.

20 Pöly aiheuttaa ongelmia jo paperin valmistuksen kuivavai-heissa, mutta ennenkaikkea paperia käsittelevissä koneissa ja laitteistoissa, kuten painolaitoksissa. Painatus-menetelmät sinällään ovat kehittyneet, mikä tarkoittaa . suuria konenopeuksia ja pitkiä painosarjoja. Suuret no- *t 25 peudet edesauttavat pölyn muodostumista, ja suuret pai- '« nosarjat vähentävät seisokkeja, joiden aikana olisi mah- ', ' dollista suorittaa laitteistojen puhdistus.

• » • · • · · *»· ·/· : Pölyämisongelman ratkaisemiseksi on tunnetusti käytetty 3O menetelmiä, jotka pääsääntöisesti perustuvat kuitusulp-puun, ennen paperin rainausta lisättäviin kemiallisiin yhdisteisiin. Tunnettua on mineraali- ja mikrovahojen » · · *.·;·. käyttö, liimausaineiden, kuten AKD- ja ASA-dispersioiden • · · käyttö, märkälujahartsien käyttö sekä massaliimatärkke-35 lyksen käyttö. Näistä tunnetuista toimenpiteistä huoli-:11(: matta paperin pölyäminen on edelleen merkittävä ongelma.

< I f

Nyt on yllättävästi todettu, että mm. paperin pölyämistä 2 107173 voidaan vähentää merkittävästi keksinnön mukaisella, kui-tusulppuun ennen rainausta lisättävällä aineella.

Lisäaine perustuu tärkkelykseen, jota on muunnettu kek-5 sintöön soveltuvaksi sen molekyylikokoa pienentämällä sekä reagoitettu tarkoituksenmukaisen typpiydisteen kanssa sopivan kationisen varaustilan aikaansaamiseksi tärkkelykselle .

10 Molekyylikoon pienentäminen on suoritettu edullisesti hapettamalla, kuten peroksidihapetuksella. Molekyylikoon pienentäminen suoritetaan sopivasti siten, että 5 %:en tärkkelyssuspension viskositeetti on 60 °C:ssa alueella 10 - 400 mPas (Brookfield), edullisesti 100 - 400 mPas, 15 ja erityisen edullisesti välillä 100 - 200 mPas. Tähän päästään esimerkiksi vetyperoksidiannostuksella noin 0,02 - 0,3 % tärkkelyksen kuiva-aineesta lievästi aikalisissä reaktio-olosuhteissa. Tavoiteltu pilkkoutumisaste on sidoksissa myös lopputuotteelle tavoiteltuun kationisuus-20 asteeseen, sillä kationisuusasteen nousu laskee lopputuotteen viskositeettia. Molekyylikoon ja kationisuusasteen välillä on myös riippuvuussuhde, joka vaikuttaa tärkkelyksen käyttäytymiseen paperikoneella.

25 Viskositeetiltaan sopivalle tasolle säädetty tärkkelys prosessoidaan tämän jälkeen kvaternäärisellä typpiyhdis- • · teellä keksinnön mukaisesti siten, että sen kationinen • · » '·* * varaustila tulee olemaan alueella < 1,5, edullisesti alu- *.· * eella 0,36 - 1,46, erityisen edullisesti 0,72 - 1,10 30 mEkv/g, jolloin typpipitoisuudet kvaternääristä kationi- • · · i'l : sointikemikaalia käytettäessä asettuvat alueelle 0,5 - :*·*: 2,5, vastaavasti 1,0 - 1,5 %. Tuote valmistetaan edulli- .* . sesti liuoskationisoinnilla, jossa tärkkelys johdetaan kationisointiprosessiin granuulimuodossa, ja prosessin 35 olosuhteet valitaan siten, että tärkkelys liukenee täy-: dellisesti prosessin aikana. Oleellisia prosessisuureita tässä suhteessa ovat kationisoitavan tärkkelyksen pitoi- 3 107173 suus, sopiva alkalisuus sekä korotettu lämpötila. Alka-liannos (NaOH) on sopivasti alueella noin 1,5-3 % tärkkelyksen kuiva-aineesta, ja lämpötila on sopivasti alueella noin 60-80 °C. Reaktioseoksen kuiva-ainepitoisuuden tulee 5 olla edullisesti yli 50%, millä aikaansaadaan mm. hyvä lopputuotesaanto. Käyttökelpoinen kvaternäärinen kationi-sointikemikaali on 2,3-epoksipropyylitrimetyyliammo-niumkloridi, jota tulee käyttää noin 10 - 40 % tärkkelyksen määrästä.

10

Keksinnön toimivuutta havainnollistetaan seuraavien esimerkkien avulla, joissa on seurattu mm. paperin ominaisuuksia, joilla on vaikutusta paperin pölyämistaipumuk-seen erilaisissa paperin käsittelyolosuhteissa. Pölyämis- 15 taipumuksen mittaaminen paperista sinänsä on ongelmallista ilman paperin pitkäaikaista ajamista jonkun käyttö-prosessin, kuten painatuksen läpi. Yleisenä tietoja on kuitenkin, että taipumus pölynmuodostukseen korreloi sellaisiin, paperista mitattaviin lujuussuureisiin kuin Den- 20 nison, IGT ja Scott Bond.

Esimerkki 1 25 Tässä esimerkissä koe suoritettiin käytännön olosuhteissa sanomalehtipaperikoneella ajetulla paperilla täysmittai- • · *···* sissa paino-olosuhteissa. Sanomalehtipaperikoneella, jon- • · ♦ *·* * ka kapasiteetti oli 700 tonnia/vrk ajettiin paperia mas- • · · ·.* * sasta, joka koostui painehiokkeesta ja kuumahierteestä.

30 Massaan sekoitettiin ennen rainausta, massan sekoitussäi- liön pumpun imupuolelle keksinnön mukaista tärkkelyspoh- ;*·*; jäistä kemikaalia alueella noin 1,5 - 2,5 kg/tonni ole- • .* . valla annostuksella. Näin valmistettua paperia painettiin / painotalossa, jolloin painotelojen puhdistusvälin todet- '·«<' 35 tiin nousevan 80000 kopiosta 350000 kopioon. Käytetty : lisäaine oli valmistettu siten, että käyttökelpoiseen viskositeettitasoon {100-200 mPas, 5%, 60 °C, Brookfield) 4 107173 hapettavasti pilkottu tärkkelys oli kationisoitu 2,3-ep-oksipropyylitrimetyyliammoniukloridilla käyttäen tätä ka-tionisointikemikaalia 25 % tärkkelyksen kuiva-aineen määrästä. Tärkkelyksen typpipitoisuus oli 1,5 % (varaustila 5 1,07 mEkv/g). Paperista mitattiin ominaisuutena myös palstautumislujuutta ilmaiseva Scott Bond arvo. Nämä arvot on annettu lisäaineen annostuksen funktiona oheisessa kuvassa 1. Suoritettuihin pölymittauksiin verrattaessa voitiin todeta, että paperin Scott Bond arvo korreloi 10 selvästi pölyämis- ja painettavuusominaisuuksiin.

Esimerkki 2 15 Suoritettiin koesarja sanomalehtipaperikoneella, jonka kapasiteetti on n. 800 tonnia/vrk. Paperiin käytetyn massa koostumus oli 50/50 TMP/DIP (termomekaaninen/siistat-tu). Koeajo kesti vuorokauden, jona aikana seurattiin lujuusarvojen muutosta eri lisäainemäärillä. Käytetty 20 lisäaine oli valmistettu siten, että viskositeettitasoon noin 200 mPas (5%, 60 °C, Brookfield) hapettavasti pilkottu tärkkelys oli kationisoitu 2,3-epoksipropyylitrime-tyyliammoniumkloridilla käyttäen tätä kationisointikemi-kaalia 15 % tärkkelyksen määrästä. Tärkkelyksen typpipi-25 toisuus oli 1,0 % (varaustila 0,72 mEkv/g).

**··* Tulokset on annettu seuraavassa taulukossa I.

• · · • · t ♦ · « • « ·

V ‘ Taulukko I

30

Lisäaineannos- Scott Bond Dennison IGT Burst *·* * tus, kg/t J/m2 m/s kPam2/g • · · • · · *\ ’ 1. 0 198,6 7,0 1,36 1,38 35 2. 0 190,6 7,0 1,30 1,45 3. 1 195,4 8,0 1,77 1,47 4. 1,4 205,9 7,0 1,95 1,42 : : 5. 1,8 194,0 9,0 1,33 1,51 6. 1,4 297,6 9,0 1,26 1,44 : 40 7. 3 238,3 9,5 1,53 1,47 : 8. 3 304,3 10,0 1,56 1,41 9. 3 299,9 9,5 1,57 1,52 ·...· 10. 3 213,5 9,0 1,22 1,50 5 107173 11. 3 227,4 9,0 1,50 1,48 12. 3 225,6 9,0 1,59 1,48 13. 3 207,6 9,0 1,60 1,56 14. 3 241,1 9,0 1,49 1,52 5 15. 3,5 280,1 9,0 1,57 1,49 16. 4 260,6 9,0 1,36 1,53 17. 0 246,9 8,0 1,26 1,42 18. 0 212,8 8,0 1,18 1,41 10

Tuloksista voidaan todeta, että keksinnön mukaisella tuotteella voidaan vaikuttaa paperin pölyämiseen vaikuttaviin lujuusominaisuuksiin.

15

Esimerkki 3

Suoritettiin kaksi viikkoa kestävä koeajo sanomalehtipaperikoneella, jonka kapasiteetti oli 400 tonnia/vrk. Pa-20 perin raaka-aineena käytettiin peroksidivalkaistua pai-nehioketta. Massaan lisättiin tavanomaista massatärkke-lystä 10-13 kg/tonni koko koeajon ajan. Koeajoon sisältyi 12 vuorokauden jakso (koevuorokaudet 3-14), jona aikana tavanomaisen massatärkkelyksen ohessa massaan 25 ajettiin ennen rainausta määränä 2,5 kg/tonni keksinnön mukaista lisäainetta, joka oli valmistettu vastaavalla tavalla kuin esimerkissä 1 käytetty lisäaine. Paperista ajettiin koetulostimessa 4000 arkin painosarjat kunkin vuorokauden paperinäytteestä, josta painosarjasta mitat-30 tiin pölymäärä. Koetulokset on esitetty pylväsdiagrammina • · oheisessa kuvassa 2. Tulos osoittaa selvän pölymäärän • · · V · vähenemisen siitäkin huolimatta, että paperin valmistuk- • · · ·/· ! sessa oli koko ajan mukana tavanomainen massaliimaus, jonka pitäisi osaltaan edesauttaa pölyämisen vähentämi- • *t*« 35 sessä.

• · · • · · • « · * · · • Esimerkki 4 • ·

Suoritettiin koeajo sanomalehtipaperikoneella ajamalla ; 40 sanomalehtipaperia (30-40 g/m2) , jonka kuitupohjan muodos- ti painehioke, termomekaaninen massa, sellu ja siistattu 6 107173 massa. Konetta ajettiin happamalla pH-alueella. Retentio-systeeminä käytettiin Bentoniitti/PAM mikropartikkelire-tentiojärjestelmää. Esimerkin 1 mukaista lisäainetta syötettiin 1,0 k/t sekoitussäiliön pumpun imupuolelle.

5

Valmistetun paperin käyttäytymistä seurattiin on-line pölynmittauslaitteella (MB Linting Dusting Tester). tulokset on annettu oheisessa kuvassa 3. Pölyämisen todettiin alentuneen 50-60 % (koepisteet 7-12) verrattuna vas-10 taavaan paperiin, joka oli valmistettu ilman keksinnön mukaista lisäainetta (koepisteet 1-6).

Myös paperikoneen toiminnassa todettiin eroja verrattuna vastaavan paperin valmistamiseen ilman keksinnön mukaista 15 lisäainetta. Mm. vedenpoisto parani, mikä ilmeni kui-vausosan höryntarpeen vähenemisenä. Samalla todettiin edullinen vaikutus retention kannalta, mikä johti reten-tioaineen (PAM, polyakryyliamidi) vähenemiseen noin 50 %:11a.

20

I 1 (I

• · • · • · · • · « • « a • · · • · «

• · I

• · · • « · « · « • · o • · · • · · * » I t » • · « < (

» « I

# « · i 4 « « • « • <

Claims (8)

107173

1. Paperinvalmistuksen lisäaine lisättäväksi massasulp-5 puun ennen rainausta, joka lisäaine on valmistettu mole- kyylikooltaan viskositeettiatasolle 10-500 mPas(5%, 60°C, Brookfield) ohennetusta tärkkelyksestä kationisoinnilla kvaternääristä typpiyhdistettä käyttämällä, tunnettu siitä, että kationisointi on suoritettu varaustilaan alle 10 1,5 mEkv/g.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen lisäaine, tunnettu siitä, että kationisointi on suoritettu varaustilaan 0,36 - 1,46 mEkv/g. 15

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen lisäaine, tunnettu siitä, että kationisointi on suoritettu varaustilaan 0,72 - 1,10 mEkv/g (1-1,54 % N).

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-3 mukainen li säaine, tunnettu siitä, että kationisointi on suoritettu liuoskationisointina siten, että reaktioseoksen kuiva-ainepitoisuus on yli 50%. : 25

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen lisäaine, tunnettu sii- ! ! tä, että tärkkelys on ohennettu viskositeettitasolle 100 *..· - 200 mPas (5%, 60 °C, Brookfield) . • · • · • · · • · · • t

( *·* ‘ 6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-5 mukainen li- 4 4 4 V * 30 säaine, tunnettu siitä, että tärkkelyksen ohentaminen on suoritettu hapettamalla, edullisesti peroksidihapetuksel-la. • · · • ·

7. Menetelmä paperin pölyämisen vähentämiseksi lisäämäl-35 lä rainanmuodostukseen menevään massasulppuun paperin pölyämisalttiutta alentavaa yhdistettä, tunnettu siitä, : että pölyämisalttiutta alentavana yhdisteenä massasulp- 107173 puun lisätään jotain edellisen patenttivaatimuksen 1-6 mukaista ainetta.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu 5 siitä, että yhdistettä lisätään massasulppuun määrin 1,0 - 3,0 kg/t. 10