FI108238B - Paperin valmistuksessa käytettävä hienoaine, menetelmä sen valmistamiseksi sekä hienoainetta sisältävä paperimassa ja paperi - Google Patents

Description

χ 108238

PAPERIN VALMISTUKSESSA KÄYTETTÄVÄ HIENOAINE, MENETELMÄ SEN VALMISTAMISEKSI SEKÄ HIENOAINETTA SISÄLTÄVÄ PAPERIMASSA JA PAPERI

Keksinnön kohteena on paperin valmistuksessa 5 käytettävä hienoaine, kuten on määritelty patenttivaatimuksen 1 johdanto-osassa. Edelleen keksinnön kohteena on menetelmä hienoaineen valmistamiseksi sekä hie-noainetta sisältävä paperimassa ja paperi.

Nykyisin asiakkaat ja lainsäädännölliset toi-10 menpiteet määräävät yhä enemmän paperituotteiden kehityssuunnan. Informaatiopaperin ostajat haluavat säästää postituskuluissa ja pienentää syntyvän jätteen määrää. Edelleen pakkauksille on määrätty painosta riippuvia jätemaksuja. Yleisesti paperituotteiden hin-15 taan näyttää tulevan ylimääräisenä kustannusrasitteena energia- ja haittaveroja. Mainituista syistä johtuen paperin ostajat haluavat neliömassaltaan alhaisempia paperituotteita, jotka silti täyttävät korkeat laatuvaatimukset.

20 Informaatiopaperilla tarkoitetaan tässä hake muksessa paperi- ja kartonkikoneilla valmistettavia erilaisia painettavia paperi- ja kartonkilaatuja, päällystettyjä tai päällystämättömiä, esim. painopaperia ja graafista kartonkia.

25 Edellä esitetyn yleisen kehityssuunnan vuoksi • · korkealaatuinen informaatiopaperi pyritään valmistamaan entistä pienemmällä raaka-ainemäärällä. Kun paperin neliömassaa pienennetään, paperin opasiteetti tulee kriittiseksi ominaisuudeksi. Opasiteettia voidaan 30 kasvattaa nostamalla paperin täyteainepitoisuutta, mi- , . kä kuitenkin yleensä pienentää paperin lujuusominai- « ·. . suuksia. Näin ollen paperin rakennetta pyritään muut tamaan siten, että tärkeät tuoteominaisuudet säilyvät samanaikaisesti hyvinä. Jotta paperipohjainen viestin-35 tä voisi säilyttää kilpailukykynsä sähköisen viestinnän rinnalla, paperituotteiden painojäljen edellytetään edelleen paranevan. - Mainitut yleiset kehitys- 2 108238 suunnat asettavat paperin raaka-aineille ja valmistusprosesseille erittäin korkeat vaatimukset. Vaatimuksien täyttämiseksi paperin raaka-aineita ja niiden valmistusprosesseja on pyritty kehittämään viime aikoina 5 hyvin voimakkaasti.

Julkaisusta FI 931584 tunnetaan paperin täyteaineena käytettävä komposiittituote ja menetelmä sen valmistamiseksi, joka perustuu kalsiumkarbonaatin saostukseen selluloosakuitujen pinnalle. Kuidut ovat 10 pääasiassa kokonaisia sellukuituja, yksittäisiä mikro-fibrillejä on ainoastaan kuitujen pinnoilla.

Julkaisusta FI 953238 tunnetaan paperin täyteaine, joka koostuu selluloosakuidusta ja/tai mekaanisesta massakuidusta jauhamalla valmistettujen hieno-15 ainefibrillien pinnalle saostetuista kalsiumkarbonaat-tipartikkeleista muodostuneista huokoisista aggregaateista; hienoainefibrillit vastaavat kokojakaumaltaan viiralajittimen jaetta P100. Täyteaine antaa paperille entistä paremmat optiset ominaisuudet, lujuusominai-20 suudet ja alhaisemman neliömassan kuin aiemmat kal-siumkarbonaattipohjaiset täyteaineet. Tuotteen valmistus edellyttää kalsiumkarbonaatin saostusta hienoaine-fibrillien pinnalle.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on tuo-25 da esiin uudenlainen, paperin valmistuksessa käytettä- » · vä hienoaine, joka sekoitetaan paperimassaan ja joka täyttää edellä esitetyt vaatimukset ja on helpompi valmistaa kuin aiemmin tunnetut vastaavat hienoaineet ja/tai täyteaineet.

30 Erityisesti keksinnön tarkoituksena on tuoda esiin uudenlainen hienoaine, joka antaa paperille pa-.·· . remmat lujuusominaisuudet, erityisesti paremman veto lujuuden ja palstautumislujuuden sekä alhaisemman neliömassan, kuin yleisesti aiemmin tunnetut hienoaineet 35 ja/tai täyteaineet ja joka on siitä huolimatta helpommin ja halvemmin valmistettavissa kuin vastaavan tyyppiset aiemmin tunnetut hienoaineet ja/tai täyteaineet.

3 108238 Täten keksinnön tarkoituksena on tuoda esiin uudenlainen hienoaine, jota käytettäessä paperiin voidaan lisätä aiempaa enemmän pigmenttejä, jotka antavat valmistettavalle paperille aiempaa paremmat optiset omi-5 naisuudet, ja joka on helpompi valmistaa kuin vastaavat kriteerit täyttävät aiemmin tunnetut hienoaineet ja/tai täyteaineet. Edelleen keksinnön tarkoituksena on tuoda esiin hienoaine, jonka tuotanto ei vaadi suuria lisäinvestointeja ja jota voidaan tuottaa yleensä 10 paperitehtaalla olemassa olevien laitteistojen avulla .

Edelleen keksinnön tarkoituksena on tuoda esiin menetelmä ao. hienoaineen valmistamiseksi.

Edelleen keksinnön tarkoituksena on tuoda 15 esiin informaatiopaperin valmistuksessa käytettävä paperimassa, joka sisältää ao. hienoainetta.

Lisäksi keksinnön tarkoituksena on tuoda esiin paperi, joka on valmistettu käyttäen ao. hieno- ainetta .

20 Keksintö perustuu siihen suoritetussa tutki muksessa tehtyyn yllättävään havaintoon, että halutut optiset, lujuus- ja neliömassaominaisuudet täyttävää paperia voidaan valmistaa sekoittamalla paperimassaan hienoainetta, joka on valmistettu jauhamalla massa-25 kuidusta, edullisesti kemiallisesta massakuidusta, jo- • · ka koostuu hienoainefibrilleistä, jotka pääasiassa vastaavat kokojakaumaltaan viiralajittimen jaetta P50, ja joka muodostaa 0.1 - 15 p-%, edullisesti 0.5 - 10 p-%, edullisimmin 2 - 4.5 p-% paperimassasta. Uutta 30 keksinnössä on erityisesti se, että hienoaine, lisättynä paperimassaan, antaa paperille halutut parantu-.. neet, lujuus- ja/tai neliömassaominaisuudet. Tällöin halutut optiset ominaisuudet voidaan saavuttaa lisäämällä massaan tarvittavat pigmentit paperin lujuusomi-35 naisuuksien kärsimättä.

Aiemmin vastaavan tyyppistä hienoainetta on käytetty läpinäkyvien paperilaatujen, kuten voipaperin t 108238 4 ja leivinpaperin valmistuksessa.. Käyttömäärät ovat tällöin kuitenkin olleet olennaisesti suuremmat kuin esillä olevassa hakemuksessa. Lisäksi, esillä olevassa hakemuksessa, hienoaineen ansiosta saavutetaan nimen-5 omaan parantuneet optiset ominaisuudet sitä kautta, että parantuneen lujuuden ansiosta voidaan käyttää tavallista suurempaa täyteainepitoisuutta; läpinäkyvissä paperilaaduissa tällaisia optisia ominaisuuksia ei ole haluttu.

10 Julkaisussa FI 953238 esitetystä täyteainees

ta esillä olevan hakemuksen mukainen hienoaine eroaa sikäli, että esillä olevan hakemuksen mukaan halutut lujuus- ja neliömassaominaisuudet saavutetaan hienoaineen avulla ilman pigmenttisaostusta hienoaineen pin-15 nalla, so. keksinnön ansiosta pigmentti voidaan lisätä massaan konventionaaliseen tapaan. Julkaisussa FI

953238 pigmentti, so. kalsiumkarbonaatti sen sijaan saostetaan hienoainefibrillien pinnalle.

Esillä olevan hakemuksen mukaan hienoaine 20 voidaan sekoittaa paperimassaan sellaisenaan; pigmentti voidaan lisätä paperimassaan ennen hienoaineen sekoittamista tai sen jälkeen, mahdollisesti hienoaineen sekoittamisen yhteydessä. Sekoitus voidaan suorittaa esim. konesäiliössä tai muussa sopivassa, esim. eril-25 lisessa sekoittimessa tai säiliössä.

*' Keksinnön erään edullisen sovellutuksen mu kaan hienoaine koostuu hienoainefibrilleistä, jotka pääasiassa vastaavat viiralajittimen jaetta P100.

Hienoaineen määrä paperimassassa on 0.1 - 15 30 p-%, edullisesti 0.5 - 10 p-%, edullisimmin 2 - 4.5 p- % paperimassasta kuiva-aineena laskettuna.

.* Pigmentin ja hienoaineksen massasuhde on esim. 0.1 - 20, edullisesti 0.2 - 10, edullisimmin 2 - 6. — Tässä selostuksessa kaikki massasuhteet on las-35 kettu kuiva-aineesta.

Hienoaine on edullisesti valmistettu jauhamalla selluloosakuitua Schopper-lukuun > 80, edulli- 5 108238 sesti Schopper-lukuun 85 - 90, tai vielä korkeampaan Schopper-luvun arvoon.

Keksinnön mukaisen hienoaineen lisäksi paperimassassa voidaan käyttää tavanomaisia pigmenttejä, 5 esim. kaoliinia, talkkia, titaanidioksidia, jauhettua kalsiumkarbonaattia, seostettua kalsiumkarbonaattia (PCC), liitua, synteettistä silikaattia (kuten alumii-nisilikaattia, alumiinimagnesiumsilikaattia), barium-sulfaattia, alumiinihydroksidia tai yleensä mitä talo hansa pigmenttiä. Edelleen kysymykseen tulevat seos-pigmentit ja/tai komposiittipigmentit. Kysymykseen tulevat varsinkin erilaiset kalsiumkarbonaatit ja kaoliini. Erityisen hyviä tuloksia on saavutettu saoste-tuilla ja jauhetuilla kalsiumkarbonaateilla, esim. 15 skalenoedrisen kiderakenteen omaavilla kalsiumkarbonaateilla.

Hienoaineen sakeus on edullisesti suuruusluokkaa 0.4 - 10 p-%.

Keksinnön mukainen hienoaine voidaan edulli-20 sesti valmistaa selluloosakuiduista jauhamalla siten, että särmäkuorma on suuruusluokkaa 0.1 - 8 Ws/m. Jauhatuksessa voidaan käyttää minkälaista tahansa tunnettua jauhinta, esim. kartiojauhinta tai levyjauhinta. Jauhatuksen energian ominaiskulutus on esim. suuruus-25 luokkaa 10 - 1000 kWh/t, edullisesti 100 - 700 kWh/t, • « : ' edullisimmin 10 - 300 kWh/t.

Keksinnön mukaista hienoainetta voidaan käyttää minkälaisen tahansa paperi- tai kartonkikoneella valmistettavan paperin tai kartongin valmistuksessa. 30 Erityisen hyvin keksinnön mukainen hienoaine soveltuu käytettäväksi informaatiopaperin tai kartongin valmis-• tukseen, esim. paino- ja kopiopaperilaatujen valmis tuksessa, joiden neliöpainot ovat suuruusluokkaa 25 -350 g/m2, tai graafisten kartonkilaatujen valmistuk-35 sessa, joiden pintakerros on neliöpainoltaan suuruusluokkaa 25 - 350 g/m2 ja tausta- tai sisäkerros minkälainen tahansa, sinänsä alalla tunnettu pohjakerros.

6 108238

Erityisesti tulee kysymykseen laatikkokartonki, valko-pintainen laineri, tms. Käytettävä paperimassa voi sisältää mitä tahansa massakomponentteja, pigmenttejä, lisäaineita tai muita aineita tunnetuissa painosuh-5 teissä, kuten yleisesti tunnetaan paperin valmistuksen yhteydestä paperiteollisuudessa tai alan kirjallisuudessa .

Keksintöä selostetaan seuraavassa yksityiskohtaisesti suoritusesimerkkien avulla viitaten ohei-10 siin piirustuksiin, joissa kuvat 1-6 esittävät paperin valonsironta-kerrointa vetoindeksin funktiona ja ilmanläpäisevyyt-tä, palstautumislujuutta, CaC03-retentiota, valonsi-rontakerrointa sekä tiheyttä käytetyn pigmentin CaC03-15 pitoisuuden funktiona eräillä koepapereilla käytettä essä keksinnön mukaista hienoainetta yhdessä saostetun kalsiumkarbonaatin kanssa, jauhetun kalsiumkarbonaatin kanssa ja ilman niitä.

ESIMERKKI 1 20 Tässä kokeessa valmistettiin painopaperia käyttäen kuituseoksena 50 % valkaistua havusellua, joka jauhettiin arvoon CSF 420, ja 50 % hioketta. Hieno-aine valmistettiin jauhamalla koivusellua Valley-laboratoriohollanterissa standardin SCAN-C 25:n mukai-25 sesti 2,5 tuntia. Jauhettu massa lajiteltiin Bauer-

McNett-lajittimella, ja jae P200 otettiin talteen. Massaan lisätyn hienoaineen määrä oli 4.5 p-%. Täyteainetta käytettiin 10 p-% ja 20 p-%. Hienoaine ja täyteaine lisättiin massasulppuun yhtäaikaisesti ennen 30 arkin muodostusta. Retentioaineena käytettiin katio nista tärkkelystä 0.65 p-% ja silikaa 0.15 p-%. Näin saaduista massoista valmistettiin koearkkeja, joista määritettiin valonsirontakerroin vetoindeksin funktiona sekä ilmanläpäisevyys, palstautumislujuus, CaC03-35 retentio, valonsirontakerroin ja tiheys CaC03- pitoisuuden funktiona.

7 108238

Valmistettujen massojen hienoainelisäys- ja käytetty pigmentti eri massaseoksille on esitetty taulukossa 1. Mittaustulokset on esitetty graafisesti kuvissa 1-6.

5 Mittaustulosten mukaan hienoaineen lisäys massaan nosti vetoindeksin arvoa merkittävästi. Edelleen hienoaineen lisäys laski ilmanläpäisevyyttä, nosti palstautumislujuutta, paransi CaC03-retentiota ja nosti tiheyttä hieman. Sen sijaan hienoaineen lisäys 10 ei vaikuttanut merkittävästi valosirontakertoimeen.

Taulukko 1

Massaseos Hienoainelisäys Käytetty pigmentti

1 0 % PCC

2 4.5 % PCC

3 0 % GCC

4 4.5 % GCC

5 4.5 % ei pigm.

6 0 % ei pigm.

15 PCC = saostettua kalsiumkarbonaattia GCC = jauhettua kalsiumkarbonaattia

Suoritusesimerkit on tarkoitettu keksinnön havainnollistamiseksi rajoittamatta sitä millään ta-. 20 voin.

♦

Claims (16)

1. 8 108238
2. 1. Paperin valmistuksessa käytettävä hienoai-ne, joka sekoitetaan paperimassaan, tunnettu siitä, että hienoaine on valmistettu jauhamalla sellu- 5 loosakuidusta ja koostuu hienoainefibrilleistä, jotka pääasiassa vastaavat kokojakaumaltaan viiralajittimen jaetta P50, ja että hienoaine muodostaa 0.1 - 15 p-% paperimassasta.
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen hienoaine, 10 tunnettu siitä, että hienoainefibrillit pääasiassa vastaavat viiralajittimen jaetta P100.
4. 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen hienoaine, tunnettu siitä, että paperimassa käsittää pigmenttiä, jolloin pigmentin ja hienoaineen mas- 15 sasuhde on 0.1 - 20.
5. 4. Jonkin patenttivaatimuksista 1-3 mukainen hienoaine, tunnettu siitä, että hienoaine on valmistettu jauhamalla selluloosakuitua Schopper-lukuun > 80.
6. 5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen hienoaine, tunnettu siitä, että selluloosakuitua on jauhettu Schopper-lukuun 85 - 90.
7. 6. Menetelmä paperin valmistuksessa käytettävän hienoaineen valmistamiseksi, tunnettu sii- , 25 tä, että selluloosakuitua jauhetaan siten, että muo- • « dostuu hienoainefibrillejä, jotka pääasiassa vastaavat kokojakaumaltaan viiralajittimen jaetta P50.
8. 7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hienoainefibrillit pääasi- 30 assa vastaavat viiralajittimen jaetta P100. • 8. Patenttivaatimuksen 6 tai 7 mukainen mene- *- - telmä, tunnettu siitä, että hienoaine valmistetaan jauhamalla selluloosakuitua Schopper-lukuun >80. >
9. 9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, 35 tunnettu siitä, että selluloosakuitua ja/tai mekaanista massakuitua jauhetaan Schopper-lukuun 85 -90. 108238 9
10. 10. Paperin valmistuksessa käytettävä paperimassa, joka sisältää selluloosakuitua ja/tai mekaanis-• ta massakuitua, täyteainetta ja haluttaessa muita hie noaineita, tunnettu siitä, että paperimassa si-5 sältää hienoainetta, joka on valmistettu jauhamalla selluloosakuidusta ja koostuu hienoainefibrilleistä, jotka pääasiassa vastaavat viiralajittimen jaetta P50 ja että hienoaine muodostaa 0.1 - 15 p-% paperimassasta .
11. 11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen paperi massa, tunnettu siitä, että hienoainefibrillit pääasiassa vastaavat viiralajittimen jaetta P100.
12. 12. Patenttivaatimuksen 10 tai 11 mukainen paperimassa, tunnettu siitä, että paperimassa 15 sisältää pigmenttiä, jolloin pigmentin ja hienoaineen massasuhde on 0.1 - 20.
13. 13. Jonkin patenttivaatimuksista 10 - 12 mukainen paperimassa, tunnettu siitä, että hieno-aine on valmistettu jauhamalla selluloosakuitua Schop- 20 per-lukuun > 80.
14. 14. Patenttivaatimuksen 11 mukainen paperimassa, tunnettu siitä, että selluloosakuitua on jauhettu Schopper-lukuun 85 - 90.
15. 15. Paperi, joka on valmistettu käyttäen jon- 25 kin patenttivaatimuksista 1-5 mukaista hienoainetta.
16. 16. Paperi, joka on valmistettu käyttäen jonkin patenttivaatimuksista 10 - 14 mukaista paperimassaa. 10 108238