FI118092B - Kuitupitoinen rata ja menetelmä sen valmistamiseksi - Google Patents

Description

118092 f . -'ll

Kuitupitoinen rata ja menetelmä sen valmistamiseksi | • £

Esillä oleva keksintö liittyy täyteaineeseen ja sen käyttöön kuitumateriaalin valmistuksessa. Erityisesti keksintö koskee patenttivaatimuksen 1 johdannon mukaista 5 täyteainetta sisältävää kuitupitoista rataa.

Keksintö koskee myös patenttivaatimuksen 12 johdannon mukaista menetelmää täyteainetta sisältävän kuitupitoisen radan valmistamiseksi sekä patenttivaatimuksen 19 johdannon mukaista menetelmää hyvän vetolujuuden omaavan kuituradan palonkesto-ominaisuuksien parantamiseksi.

10 Paperin valmistukseen liittyy useita, osittain ristiriitaisiakin, tavoitteita. Niinpä valmiille lopputuotteelle halutaan saada mm. mahdollisimman hyvät optiset ominaisuudet, kuten hyvä vaaleus, pinnan tasaisuus, stabiilisuus, kiilto ja opasiteetti. Täyteaineita käytetään parantamaan näitä ominaisuuksia. Täyteaineita käyttämällä voidaan myös alentaa raaka-ainekustannuksia, koska useimmat täyteaineet ovat halvempia kuin paperissa käytetty 15 kuituraaka-aine.

Tavalliset täyteaineet eli fillerit ovat jauhemaisia, hienojakoisia jauheita. Ne on valmistettu luonnonmineraaleista tai synteettisesti. Fillerit jaetaan yleensä mineraalifillereihin, erikoispigmentteihin ja muihin fillereihin. Tavallisimmat mineraalifillerit ovat kaoliini, • * · /*·. talkki ja kalsiumkarbonaatti. Erikoispigmentteihin kuuluvat mm. strukturoitu kaoliini, • ♦ * • · · ; 20 synteettiset silikaatit, titaanidioksidit, alumiinihydroksidi ja muutamat orgaaniset • « · * · · · .*··. pigmentit. Muita täyteaineita ovat esimerkiksi kipsi, satiinivalkoinen ja barium-ja ' • « • · * : sinkkisulfaatit. ’ • * • * -5* . 7¾ • · * ^ • · *···* Täyteainemäärän kasvattamisen yleisimmät tarpeet paperiteollisuudessa ovat täyteaineen „ selluloosaa halvempi hinta sekä parempi läpinäkymättömyys, opasiteetti. Kuiturata (esim.

• m • ·· *... 25 paperi) pyritään saamaan mahdollisimman läpikuultamattomaksi eli opaakiksi • · • · *1* mahdollisimman ohuella päällystekerroksella. Paperilla täytyy myös olla hyvät mekaaniset ·· · • · · • ·’ ominaisuudet, kuten hyvä sileys sekä korkea kuiva-ja märkälujuus.

• · · • * y • · * · * .♦··. Täyteaineen käyttöön liittyy kuitenkin myös epäkohtia. Käytetty täyteaine aiheuttaa • · ''"f • · · lopputuotteen mekaanisten ominaisuuksien, varsinkin lujuuden huononemista. i • ·

30 Paperitekniikassa yleisesti hyväksytyn säännön mukaan korvattaessa paperissa selluloosaa J

2 118092 I

täyteaineella paperin lujuus laskee n. kaksi - kolme kertaa täyteainelisäyksen verran, eli f kun paperiin on lisätty 10 % täyteainetta, sen lujuus on 20-30 % alempi kuin pelkkää sellua sisältävän, vastaavanpainoisen paperin. Täyteaineen partikkelikoko ja -muoto vaikuttaa lujuuden alenemaan, suuri partikkelikoko alentaa lujuutta vähemmän kuin pieni.

5 Lujuusominaisuuksien huononeminen ei johdu ainoastaan selluloosan määrän ^ vähenemisestä. Täyteainelisäys vähentää selluloosan määrää 10 %, mistä johtuva lujuuden lasku olisi vain 10 %. Loput 10-20 % lujuudesta menetetään pääasiassa täyteaineen selluloosakuitujen välisiä sidoksia haittaavan vaikutuksen vuoksi. Täyteainepartikkelit asettuvat osittain kuitujen väliin, jolloin kuitujen sitoutuminen toisiinsa mm. vetysidosten 10 välityksellä vähenee. Tämä aiheuttaa osaltaan lujuusominaisuuksien huononemisen.

Todettakoon vielä, että käytettäessä massiivipartikkeleita fillerinä esiintyy se erityisongelma, että täytetyn tai päällystetyn tuotteen paino kasvaa, koska massiivipartikkeleilla on suuri tiheys. Tällä seikalla voi olla haitallista vaikutusta tuotteen käyttöön tai taloudellisuuteen. Mikäli samat ominaisuudet voitaisiin aikaansaada 15 tiheydeltään alhaisemmalla pigmentillä, siitä olisi suurta taloudellista etua.

Tämän keksinnön tarkoituksena on poistaa nämä lujuusominaisuuksien huononemiseen liittyvät epäkohdat.

• · .··.·'· m * * · • t * :: : Keksintö perustuu siihen ajatukseen, että tavallisten jauhemaisten täyteaineiden ohella tai , · .1 ; asemesta täyteaineena käytetään yhdistelmätuotetta, joka käsittää pigmenttipartikkeleita ja • · · 20 ne toisiinsa liittävää sideainetta. Toisiinsa sitoutuneet pigmenttipartikkelit muodostavat • * pigmentti-sideaine-rakennegranuulin. Tämä granuuli on muodoltaan pyörähdys- * · * symmetrinen ja sillä on sisäosa ja kuoriosa, jolloin sisäosan tiheys on kuoriosaa pienempi. |

Rakenteeseen sisältyy sideaineen ja pigmenttien lisäksi mahdollisesti lisäaineita. Olemme ΐ « * * f * *· " yllättäen todenneet, että tällainen yhdistelmätuote asettuu kuituradan kuitujen välisiin ^ • * ·;·* 25 tiloihin niin, että kuitujen väliset sidokset eivät häiriinny ja rakenteelle luontainen lujuus ;; i säilyy. | • · ♦ • · .

• * • · · . *, Keksinnölle on tunnusomaista, että kuituradan valmistuksessa ainakin osa, vähintään 3 | « · · >'; * * * [V ! paino-% täyteaineen määrästä korvataan tällaisilla partikkeligranuuleilla. | * * * ' • * Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle kuitupitoiselle radalle on tunnusomaista 30 se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa. Keksinnön mukaiselle 3

'3 I

118092 | menetelmälle hyvän vetolujuuden omaavan kuituradan valmistamiseksi on tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 12 tunnusmerkkiosassa ja keksinnön mukaiselle ? menetelmälle kuituradan palonkesto-ominaisuuksien parantamiseksi on tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 19 tunnusmerkkiosassa. -4' 5 Keksinnön avulla saavutetaan huomattavia etuja. Käyttämällä keksinnön mukaista täyteainetta voidaan raaka-ainekustannuksia laskea ilman lujuusominaisuuksien huononemista ja jopa parantaa lopputuotteen mekaanisia ominaisuuksia. Toinen huomattava keksinnöllä saavutettava etu on, ettei lopputuotteen paino kasva kohtuuttoman suureksi, koska keksinnön mukaisen granuulin tiheys on pienempi kuin perinteisesti 10 käytössä olevien massiivipartikkelien.

Keksinnön muut ominaispiirteet ja edut käyvät ilmi seuraavasta yksityiskohtaisesta selostuksesta ja siihen liittyvästä sovellutusesimerkistä. s

Kuviossa 1 on esitetty graafisesti vetolujuusindeksien muutos fillerimäärän funktiona

Kuviossa 2 on esitetty graafisesti mullenindeksien muutos fillerimäärän funktiona 15 Kuviossa 3 on esitetty graafisesti palstautumislujuuden muutos fillerimäärän funktiona ..| 5 Kuvioissa 4, 5 ja 6 on mikroskooppikuva granuulifillerillä täytetyn paperin pinnasta, • . . ϊ.·,? suurennoksilla n. 75X, 1175X ja 300X. Kuvien paperi sisältää 54 paino-% granuulia.

··- ····· ...

* * · ··» t ,···. Keksinnön mukaisten partikkeligranuulien koko on yleensä 1-100 pm, edullisesti noin 5 * · · ♦ : - 20 pm. Päällyste-elementtien kokoa voidaan valmistusprosessilla säädellä prosessin • · 20 sallimissa rajoissa.

• · · . . Keksinnön kohteena oleva täyteaine-elementti koostuu seuraavista komponenteista: • · » ♦ f· * · - · - pigmentti • * • ♦ : .* - sideaine, etenkin emulsiomuodossa oleva synteettinen sideaine, • · • · ·»« . - vesi « • · * t · · .¾ # · · *- ; 25 - prosessointia helpottavat tai erityisominaisuuksia antavat funktionaaliset lisäaineet • · t • ·

Keksinnössä voidaan käyttää käytännöllisesti katsoen kaikkia tunnettuja yleisesti käytettyjä pigmenttejä ja niiden seoksia. Yleisesti käytettyjä pigmenttejä ovat esimerkiksi Λ . . > , § Λ ...

118092 I

mineraalipigmenttejä. Mineraalipigmentteihin kuuluvat esimerkiksi kaoliini, jauhetut tai saostetut kalsiumkarbonaatit, titaanidioksidi ja silikaattipohjaiset pigmentit. j

Sideaineena voidaan käyttää edullisimmin erilaisia emulsiomuodossa olevia synteettisiä sideaineita, kuten esimerkiksi styreeni-butadieenilateksia tai polyvinylasetaatti- ··.

5 polyakrylaattipohjaisia latekseja, kuitenkaan rajoittumatta vain mainittuihin esimerkkeihin.

Mahdollisesti käytettävät lisäaineet voivat esimerkiksi parantaa seoksen teologiaa tai muuttaa sen pintajännitystä, tai antaa lopulliselle tuotteelle erityisominaisuuksia kuten pintalujuutta, sähkönjohtokykyä, tai vaikuttaa mustan absorptioon. Lisäaineiden käyttö ei rajoitu vain mainittuihin esimerkkeihin vaan menetelmässä voidaan käyttää yleisesti 10 käytettyjä funktionaalisia lisäaineita. .¾

Pallomaiset tai muuten pyörähdyssymmetriset partikkeligranuulit tuotetaan kuivattamalla sideaineesta ja pigmentistä sekä mahdollisista lisäaineista koostuva vesiliete. Edellä mainitut komponentit sekoitetaan tällöin ensin yhteen käyttämällä tehokasta sekoitusta, jotta saadaan aikaan mahdollisimman homogeeninen seos tai suspensio/dispersio.

ti

•jA

15 Kuivatustekniikan osalta spray -kuivatus soveltuu erityisen hyvin keksinnön mukaisten granuulien valmistukseen, mutta kuten ammattimiehelle on selvää, kuivatusmenetelmät ,·, eivät rajoitu vain spray-kuivatuksen, vaan myös muunlaiset kuivatustekniikat tulevat • · . . kysymykseen, kunhan niillä voidaan aikaansaada kyseisiä granuuleja. Kuivatuksessa on • *· * oleellista, että saadaan muodostetuksi erittäin hienojakoisia pisaroita, jotka kuivuvat '% » · » · «*"· 20 toisistaan erillään. Pisaroiden koko tulee suuruusluokaltaan vastata haluttujen « * 4 i*·,: pigmenttigranuulien kokoa. Yleensä pisaroiden koko on siten noin 1,1 -5 kertaa ί"]ϊ granuulien koko, tyypillisesti pisaran koko on noin 1 - 300 pm, edullisesti 5 - 100 pm, erityisen edullisesti korkeintaan 50 pm.

• · · • · · • · .··. Keksinnössä käytettävät lähtöaine-pigmentit koostuvat tuotteista, joissa on erikokoisia • * *

25 partikkeleita. Kuivatuksen aikana muodostuvien partikkeligranuulien sisällä tapahtuu S

• · · ' '..I tällöin pigmenttien segregoitumista. Muodostuu sisäosa ja sitä ympäröivä kuoriosa.

* ·

Kuoriosan paksuus pallorakenteen säteen suunnassa on yleensä noin 0,1 - 50 %, edullisesti i • * • · · /}> :·· ‘ 0,1 - 10 %, tyypillisesti 0,5 -2 % granuulin säteestä.

• ♦ ♦ • ♦ · ' - ·: t ·

Koska sisäosa sisältää enemmän karkeita partikkeleita kuin kuoriosa, pigmentti-sideaine- ' 30 rakenteen sisäosan tiheys on pienempi kuin kuoriosa. Yleensä sisäosan tiheys on noin 10 - * Λ 5 i 118092 90 %, edullisesti noin 40 - 80 % kuoriosan tiheydestä. Niinpä esimerkkinä voidaan ΐ mainita, että kun partikkeligranuuli muodostuu pigmenttipartikkeleista, joiden tiheys on noin 2400 - 3100 kg/m , sisäosan tiheys on noin 1100 - 1500 kg/m ja kuoriosan noin 1700 - 2000 kg/m3. Tavallisimmat käytettävät pigmentit ovat tiheydeltään 1500 - 7000 5 kg/m3, jolloin granuulin kokonaistiheys on 450 - 6300 kg/m3, sisäosan tiheys 50 - 5700 kg/m3 ja kuoriosan tiheys 600 - 6300 kg/m3. Tavallisesti pigmentti-sideaine-rakenteen sisäosa sisältää tällöin suhteessa kuoriosaan karkeampia pigmentti-partikkeleita. Sisäosan huokoisuus on myös kuoriosan huokoisuutta suurempi; sen huokostilavuus on tavallisesti noin 15 - 70 tilavuus %, edullisimmin noin 30-60 %.

10 Partikkeligranuulien sisäosassa on vähemmän sideainetta kuin pintaosassa. Yleensä noin 55 - 95 paino-% partikkeligranuulien kokonaissideainemäärästä on granuulien kuori- eli pintaosassa.

Partikkeligranuuli sisältää noin 1-30 paino-osaa, edullisesti noin 2-20 paino-osaa, sideainetta 100 paino-osaa pigmenttipartikkeleita kohti. Kuorikerros käsittää tällöin 15 hienojakoisia pigmenttipartikkeleita kuten esimerkiksi metallisilikaatti-, metallisulfaatti tai metallikarbonaattipartikkeleita, jotka ovat sitoutuneet toisiinsa silloitetun sideaineen välityksellä, jolloin ne muodostavat hienojakoisen ja joustavan kalvon, joka ympäröi sisäosaa.

* · · • · « ) :*; Esillä olevassa keksinnössä käytetään ilmaisuja’’pigmentti-sideaine-rakenne” ja * * * « 20 "partikkeligranuuli” toistensa synonyymeina ja ne tarkoittavat partikkelien ja sideaineen ja • · · : * *.: mahdollisten lisäaineiden muodostamaa yhtymää tai yhdelmää, jossa on useita toisiinsa : _ liittyneitä partikkeleita. Kaikki rakenteen partikkelit eivät kuitenkaan välttämättä ole toisiinsa liittyneitä, vaan rakenteen sisäosalla, joka on sideaineköyhää, ei ole lähes aina • · kovin suurta mekaanista lujuutta. ; * · · • · ··· 25 Keksinnön mukaisen, kuitupitoisen radan valmistus aloitetaan kuitujen ja lisäaineiden ri ♦ * ♦ • · *..! sekoittamisella veteen ja laimentamisella sopivaan sakeuteen. Kuitupitoinen rata voi olla i * · *·’ esimerkiksi paperi-tai kartonkirata. Kuitumateriaalina voidaan käyttää havu-tai « · * •••| lehtipuuselluloosaa tai mekaanista massaa. Kuiturata voi koostua yksinomaan 1 * * * * * mekaanisesta massasta tai sellusta, mutta tavallisimmin papereissa käytetään molempia - i 30 massalaatuja ja paperin käyttötarkoitus ratkaisee massapohjan. Täyteaineena käytetään keksinnön mukaista, granuloitua täyteainetta joko yksinään tai yhdistettynä muihin 6 118092 r ' H® • 7£, täyteaineisiin. Muilla täyteaineilla tarkoitetaan tässä lähinnä mineraalisia täyteaineita kuten > kaoliini, kalsiumkarbonaatti ja talkki. Raaka-aineet sekoittamalla saatua massaa kutsutaan kuitusulpuksi ja sen koostumus vaihtelee sen mukaan, mitä kuitutuotetta valmistetaan.

Sulppu sisältää tavallisesti 95 % vettä ja kuitua sekä lisäainetta siinä suhteessa kuin ne ovat 5 valmiissa kuitututuotteessa. Näin ollen kiintoainemäärästä on kuitumateriaalia 40-90 % ja lisä- ja apuaineita (sisältäen täyteaineet) 10-60 %.

Tämä seos levitetään liikkuvalle, vettä läpäisevälle muovikankaalle eli viiralle jossa kuituraina muodostuu veden poistuessa. Vesi poistetaan kuitusulpusta ja kuitupitoisesta radasta käyttämällä apuna imua, puristusta ja haihdutusta. Imulla saavutetaan noin 20 10 prosentin kuiva-ainepitoisuus. Kun märkää paperirainaa puristetaan huopien ja telojen välissä, päästään noin 45 prosentin kuiva-ainepitoisuuteen. Loppukuivatus 90-95 prosentin kuiva-ainepitoisuuteen saadaan aikaan, kun vesi poistetaan radasta kuumien sylintereiden ja kuivatushuopien avulla. ?

Keksinnön mukaisen kuituradan laatua ja ominaisuuksia voidaan haluttaessa muuttaa joko 15 paperikoneeseen liitetyllä tai erillisellä kalanterilla (kiillotus) ja/tai päällystysyksiköllä, jossa paperin pinnalle levitetään päällystyspasta. Paperi voidaan päällystää myös useampaan kertaan. Päällystyksen jälkeen paperirata kuivatetaan. Valmis rata kootaan • · paperirullaksi, joka leikataan jatkojalostukseen sopiviksi kapeammiksi rulliksi tai arkeiksi.

• · · • · · * · · • : : Keksinnön mukainen kuiturata voi olla myös non-woven-kuitutuote. Non-woven- * · · · " ··· ·’...·* 20 kuitutuotteella tarkoitetaan levy-, arkki-tai verkkorakenteita, jotka rakentuvat kuitujen tai ;! • · $ : filamenttien kietoutuessa toisiinsa mekaanisesti, termisesti tai kemiallisesti sitoutumalla.

♦ · ♦

• ♦ O

• · • · ·

Koeohjelmassa, jossa kokeiltiin keksinnön mukaisia granuuleita paperin täyteaineena, tehtiin yllättävä havainto. Granuloidun täyteaineen lisääminen selluloosa-arkkiin SCAN- • · 'il *£> ·'**: standardien mukaisissa laboratoriokokeissa tuotti huomattavasti odotettua korkeampia • · · : V. 25 lujuusarvoja sekä vetolujuudelle että puhkaisulujuudelle (Kuviot 1-3). Kuvioissa 100 % * · * * .*·*. viivan yläpuolella arkki on lujempi kuin siinä oleva sellu edellyttää. Viivan alla .

m . selluloosakuitujen välisten sidosten lujuus on alentunut, 75 % ja 50 % rajat on merkitty t * · * * * 7 * kuvioon. * « * · « • · ·

C · . Y

Yleisesti lujuus aleni korkeintaan sen verran, kuin sellun määrän väheneminen edellytti, 30 mutta lisäksi tehtiin selvä havainto lujuuden säilymisestä jopa tämän tason yläpuolella.

Käyrät osoittavat, että granuulifilleri ei heikennä selluloosakuitujen välisiä sidoksia. Veto- ty ^

1 1 8092 I

ja Mullen-indeksien 100 %:n viivan yläpuolelle osuvissa pisteissä granuuli on itse asiassa osallistunut arkin lujuuden muodostumiseen, eli vaikutus on täysin päinvastainen kuin 5 tavanomaisia täyteaineita käytettäessä. f . .¾ ;4w

Palstautumislujuuden pysyminen muuttumattomana jopa 30 % täyttöasteeseen on myös 5 yllättävä havainto, oikeastaan juuri palstautumislujuuden kohdalla erot perinteiseen | tekniikkaan ovat suurimmat. Toisin sanoen granuloidun täyteaineen todettiin pystyvän lujittamaan paperia.

Sekä granuulitäyteaineita että perinteisiä täyteaineita käytettäessä paperin lujuus riippuu myös käytetyistä sideaineista. Perinteisillä täyteaineilla saadut vertailutulokset ovat varsin 10 tavanomaisia ja käyttäytyvät johdonmukaisesti, mikä osoittaa laboratoriotyön laadun hyväksi ja tulokset toistettaviksi. Käytettäessä vertailumateriaalina tavanomaista täyteainetta, kuten kalsinoitua kaoliinia, 10 % lisäysmäärä alentaa laboratorioarkin ; vetolujuutta n. 20-30 % täyteaineen partikkelikoon mukaan, kuten oli odotettavissakin.

Kun arkissa on täyteaineena vastaava määrä granuloitua täyteainetta, lujuus laskee vain 5-15 10%.

Mitatut lujuusarvot osoittavat, että keksinnön mukaista täyteainetta on mahdollista käyttää samankokoista pitoisuutta kuin perinteisessä tekniikassa ja saavuttaa huomattavasti parempi lujuus. Vaihtoehtoisesti voidaan keksinnön mukaista täyteainetta käyttää jopa kolminkertainen määrä perinteiseen tekniikkaan verrattuna lujuuden pysyessä samana. ·„ • · ♦ ··· ♦ e · ψ 20 Granuloidun täyteaineen suotuisa vaikutus lujuuteen johtunee pääasiassa kahdesta .i • · • · · •*j : tekijästä. Granuloidun täyteaineen partikkelikoko (φ 1 - 100 μπι) ja

:***: . . I

; * \ pyörähdyssymmetnnen muoto aiheuttavat sen, ettei granuuli jää kovin helposti kahden • # · selluloosakuidun kosketuspintojen väliin jolloin selluloosakuitujen väliset sidokset eivät * · • · *** häiriydy. Toinen tekijä on, että täyteainegranuulit sitoutuvat ympäröiviin kuituihin ja 25 kykenevät kontaktipisteiden kautta välittämään rasituksia kuitujen välillä. f * ·· • * *

Hyvien lujuusarvojen lisäksi havaittiin granuulitäyteaineella täytetyn paperin muistuttavan * .i; :***: pinnaltaan kevyesti päällystettyä paperia kalanteroinnin jäljiltä (Kuviot 4-6).

• *

Termoplastista sideainetta käytettäessä granuuli muokkautuu kalanteroitaessa plastisesti .*··. lämmön ja paineen yhteisvaikutuksesta. Paperin pintakerroksessa granuulit muokkautuvat • · * ' 30 tasomaisiksi paperin pinnan mukaisesti. Korkeammalla granuulitäyteainepitoisuudella j l ** '.'f seostettu paperi tuottaa siis pinnaltaan laadukkaamman pohjapaperin esim. päällystystä |

118092 I

varten ja päällystystarve vähenee. Jo yli 20 % täyteainepitoisuudella paperin pinnanlaatu paranee niin, että päällystystarve vähenee. §

Granuloitua täyteainetta lisättiin kokeissa enimmillään lähes 60 painoprosenttia eikä määrän lisääminen entisestään 5 ~ 10 prosentilla vaikuta tuottavan vaikeuksia. Perinteistä * 5 vertailupigmenttiä käytettäessä 30 painoprosentin täyteainepitoisuuden lähestyessä arkin valmistaminen vaikeutui suuresti.

Kun täyteaineena käytetään keksinnön mukaista, granuulimuodossa olevaa täyteainetta, saavutetaan paremmat palonkesto-ominaisuudet kuin käyttämällä tavallisia täyteaineita.

Tämä ominaisuus perustuu siihen, että käytettäessä kalsiumkarbonaattipohjaisia 10 granuuleita lämpötilan noustessa yli 600 °C karbonaatti hajoaa vapauttaen hiilidioksidia ja : sitoen voimakkaasti lämpöä, molemmat ovat paloa estäviä ominaisuuksia. Mineraalifillerit yleensäkin haittaavat palamista, mahdollisuus käyttää granuloitua filleriä suurempana |; osuutena materiaalista kuin perinteisiä fillereitä parantaa palonkestoa. 1

Seuraavissa esimerkeissä on kuvattu granuulifillerin valmistus ja käyttö sekä 15 vertailunäytteiden valmistus.

Esimerkki 1 Granuulifillerin valmistus

Granuloitava pigmentti lietettiin kuiva-aineeltaan 50 p-% lietteeksi, liettämisessä käytettiin , dispergointiainetta, 0,2 p-% Dispex N40.

t · · * · · * * * |·:·* Pigmenttinä voidaan käyttää mitä tahansa epäorgaanista, partikkelikooltaan korkeintaan > * * * j * 20 muutaman mikrometrin olevaa jauhetta. Esimerkissä on käytetty hienojakoista PCC:tä, jota * · - ***\ on kaupallisina tuotteina saatavana mm. SMI:n valmistamat Multifex-MM, Ultra-Pflex, j; • * · . ''*·?· *..* Super-Pflex, Opacarb A40, Jetcoat ja Albafil tai Omyan valmistamat Opti-Cal päällystys- t • * ";v PCC:t.

··' ‘0 : *** Pigmenttilietteeseen sekoitettiin sideaineeksi akrylaattilateksia. Esimerkissä granuulin ♦ · · *...· 25 kuiva-aineesta lateksia on 7 p-%.

* * * • · · lm* ,¾ [··' Pigmentin ja sideaineen sisältävä liete spraykuivataan. Esimerkissä käytettiin Niron * * 1 . > valmistamaa, Mobile Minor-tyyppistä laboratoriospraykuivainta, jonka ajoparametrit • * ’···’ olivat: i • * ; • · _ :r

. . ' -A

"S

— ' ... .,;i 9 118092 f ::"4f lietteen syöttönopeus 50 ml/min atomisoij an pyörimisnopeus n. 25000 kierrosta minuutissa

kuivausilman lämpötila 200 - 250 °C

ulostulevan ilman ja granuulien lämpötila n. 110 °C

5 Esimerkki 2. Granuulifillerin käyttö täyteaineena

Selluloosa, 100% eukalyptus, liotettiin ja jauhettiin 30 min. SCAN-C 25:76 mukaisesti Valley-hollanterissa. Jauhetun kuidun pituuspainotteinen keskipituus oli n. 0,84 mm ja hienoainesta oli pituuspainotteisesti 2,1 % sellusta FiberLab-mittauksen mukaan.

Granuulit lietettiin veteen kuiva-ainepitoisuuteen 10 p-%, dispergointi-tai apuaineita ei 10 käytetty.

Jauhettua selluloosaa ja fillerilietettä sekoitettiin veteen siten, että sulpun kuiva-ainepitoisuudeksi saatiin n. 2,4 g/1, kun valmistettavan arkin neliöpaino oli 80 g/m2 ja tavoiteltu granuulipitoisuus tuorevesiarkkikoneella valmistetuissa arkeissa oli 20 %.

Sulpun filleripitoisuus oli tällöin n. 26 %, fillerin retentio n. 70 %. Eri filleripitoisuuksille 15 ja arkkipaksuuksille seosmääriä muutettiin vastaavasti. Jokaisesta selluerästä valmistettiin \ * myös sarja puhtaita selluarkkeja vertailua varten.

• 1 • t * · · *···.' ,···, Sulppuun sekoitettiin kaksikomponenttinen retentioaine. Ensimmäiseksi lisättiin 0,5 % 4 4· 1 : kuiva-aineesta kationista tärkkelystä 2-%:na liuoksena. Huolellisen sekoituksen jälkeen * ·· • · .2 3·, lisättiin 0,05 % silikasoolia silloittajaksi. Tämä retentiosysteemi on yleisesti käytössä • 4 · £ 20 paperiteollisuudessa.

• · • · ·

Sulpusta valmistettiin arkit, SCAN-C 26 mukaisilla laitteilla, työtavat SCAN-C 26:76 ja * · *!’ SCAN-M 5:76 mukaiset sillä poikkeuksella, että arkit kuivattiin rumpukuivauksella.

* · 1 1 « ·1 ·' Rumpukuivaus tarvittiin, koska arkit kalanteroitiin.

• · ' .ν·!, • 4 · .·. Kuivatut arkit ilmastoitiin, 24 h lämpötilassa 25 °C, suhteellinen kosteus 50 %. Ilmastoidut 2 • · · 3 · : 25 arkit kalanteroitiin kevyesti, kalanterointilämpö oli n. 65 °C, minkä jälkeen ilmastointi f

• I

suoritettiin uudelleen.

: 10 ...j 118092 #

: J

Arkkien vetolujuudet mitattiin Lorentzen&Wettre Tensile Tester- laitteella, :j§

.-A

puhkaisulujuudet Lorentzen&Wettre Mullen-laitteella ja palstautumislujuudet Scott % 4

Internal Bond Model B- testilaitteella, kutakin laitetta käytettiin tavanomaisten työtapojen | ''a* •β ja laitteiden ohjeiden mukaisesti.

5 Veto-ja Mullen-indeksit laskettiin jakamalla mittaustulos kulloisellakin arkin neliöpainolla.

Vertailukäyrässä on esitetty indeksiarvon poikkeama kunkin mlttaussaijan puhtaasta selluarkista. Poikkeaman arvo saadaan: poikkeama = (Xfn - Xps)/Xps · 100 %, ; 10 missä ^ Χλ, on tarkasteltavan, filleriä sisältävän näytteen mitattu indeksiarvo Xps on tarkasteltavaa näytettä vastaava puhtaasta sellusta valmistettu arkki

Esimerkki 3, Referenssinä käytetyt fillerit |

Vertailussa käytettävistä kaupallisista fillereistä valmistettiin arkit samalla menetelmällä 15 kuin granuulifilleristä. Vertailufillerit on esitetty taulukossa 1.

, .·. Taulukko 1. ..f

Filled Kuvaus • · • · ·

Omyacarb2GU Karkea GCC, partikkelikoko d50 n. 2,5 μτη * · * · * ;*·.· F-PCC Skalenohedrinen filleri-PCC, partikkelikoko dso n. 2,4 μιη * · . .

• · *

Alphatex Kalsinoitu kaoliini dso n. 0,7 - 0,9 μτη

OpacarbA40 Päällyste-PCC dso n. 0,4 μπι -7 * ** ^ • · 'Ty ··» • · * · * · · j '1 Käytetty filleri-PCC oli valmiiksi lietetty n. 18 p-% lietteeksi, GCC ja kalsinoitu kaoliini * · 4 lietettiin ilman apuaineita 10 p-% lietteeksi. Myös opacarb oli valmiiksi lietettyä. ‘ * ·.·''* 20 Vertailunäytteitä valmistettaessa käytettiin samoja retentioaineitaja työtapoja kuin * * ·*·’· granuulifillereitä käytettäessä. , • * : : ..... -¾ : 4 11 1 1 8092

Vertailunäytteiden mekaaniset ominaisuudet mitattiin samoilla laitteilla ja tulokset käsiteltiin samalla tavalla kuin granuulifillereitä käytettäessä.

• · * · * • · « • ·," · ·

* * · ' .A

• * * * · • · · · > · « *#·'.

* · ϊ · · * > * Ai • * · * · • · · • · • · * * · • * * * · · * · * * * * · • · · ·· · * * · * · • * • · • * • * ··* ¥ * * * · * · * .

• * · · . . -ii • * • · · * · · • ·

Claims (22)

12 1 1 8 092 t ’ ' ' t . . \

1. Kuitupitoinen rata, joka sisältää täyteainetta joka on granuulimuodossa oleva, muodoltaan pyörähdyssymmetrinen aine, jolla on sisäosa ja kuoriosa, jolloin sisäosan 5 tiheys on kuoriosaa pienempi, tunnettu siitä, että - sisäosan tiheys on noin 10-90% kuoriosan tiheydestä ja - täyteainetta käytetään 10-70 % kiintoainemäärästä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kuitupitoinen rata, tunnettu siitä, että täyteainegranuulin sisäosan tiheys on edullisesti noin 40 - 80 % kuoriosan tiheydestä

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen, kuitupitoinen rata, tunnettu siitä, että täyteainegranuuli koostuu pigmenttipartikkeleista ja sideaineesta.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kuitupitoinen rata, tunnettu siitä, että pigmenttipartikkelien tiheys on 1500 - 7000 kg/m3, edullisesti noin 2000 - 3100 kg/m3.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen, kuitupitoinen rata, t u n n e 11 u siitä, vf 15 että täyteainegranuulin tiheys on 400 - 6300 kg/m3, edullisesti 600 - 2800 kg/m3 jolloin : ¾ sisäosan tiheys on noin 50 - 5700 kg/m3, edullisesti 700 - 1500 kg/m3 ja kuoriosan tiheys on noin 600 - 6300 kg/m3, edullisestil700 - 2000 kg/m3. · • · · *·*;’ 6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen kuitupitoinen rata, • * * /**;* tunnettu siitä, että täyteainegranuulin sisäosa sisältää suhteessa kuoriosaan • * · *".* 20 karkeampia pigmenttipartikkeleita. • · • · 3. • * * : 7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen kuitupitoinen rata, • · :'**· t u n n e 11 u siitä, että täyteainegranuulin sisäosan huokoisuus on kuoriosan huokoisuutta ··· suurempi, jolloin sisäosa huokostilavuus on 10 - 70 tilavuus %, edullisimmin noin 30 - 60 :*·*: tilavuus-%. • · • · * • · *···* 25 8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen kuitupitoinen rata, • · *.*· tunnettu siitä, että täyteainegranuulin kuoriosa käsittää metallisilikaatti-, * · · metallisulfaatti tai metallikarbonaattipartikkeleita, jotka ovat sitoutuneet toisiinsa • * ·;··: silloitetun sideaineen välityksellä, jolloin ne muodostavat tiheän kalvon, joka ympäröi sisäosaa. _ 1 ,3 1 1 8092

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kuitupitoinen rata, tunnettu siitä, että täyteainegranuulin täyteainepartikkelit ovat mitä tahansa epäorgaanista ainetta, esimerkiksi kaoliineja, jauhettuja tai saostettuja kalsiumkarbonaatteja.

10. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen kuiturata, tunnettu siitä, että 5 granuloidun täyteaineen partikkelikoko (φ) on 1 - 100 pm, edullisesti 5-50 pm. . 11, Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen kuiturata, tunnettu siitä, että granuulimuodossa oleva aine on plastisesti muovautuva paineen ja/tai lämpötilan vaikutuksesta.

12. Menetelmä täyteainetta sisältävän, hyvän vetolujuuden omaavan kuitupitoisen radan, 10 kuten kartonki-, paperi- tai non-woven -radan, valmistamiseksi, jonka menetelmän mukaan kuitupitoiseen rataan sisällytetään täyteainetta, joka on granuulimuodossa oleva, muodoltaan pyörähdyssymmetrinen aine, jolla on sisäosa ja kuoriosa, ja sisäosan tiheys on kuoriosaa pienempi, tunnettu siitä, että sisäosan tiheys on noin 10-90 % kuoriosan tiheydestä ja täyteainetta käytetään 10-70 % kuiva-aineen määrästä.

13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuituradan täyteaineesta ainakin 10 paino-% koostuu granuloidusta täyteaineesta, jolloin sen vetolujuus on ainakin 10 % parempi kuin vastaavan kuituradan, joka sisältää olennaisesti kokonaan jauhettua mineraalipigmenttiä. • · I *···' 14. Patenttivaatimuksen 12 tai 13 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään • · · . *:* 20 granuloitua täyteainetta, jonka partikkelikoko (φ) on 1 - 100 pm, edullisesti 5-50 pm. < * · • · · ··« · . * * *. 15. Patenttivaatimusten 12-14 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että granuloitua • · · :*·.· täyteainetta käytetään 0,1 - 80%, edullisimmin 3-60% radan kuivapainosta. • · • * · * · ·...* 16. Patenttivaatimusten 12-15 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että täyteainetta sisältävä kuiturata päällystetään päällystyskoostumuksella. ·· · • · » * · *·.* 25 17. Patenttivaatimusten 12-16 mukainen menetelmä, t un ne ttu siitä, että ennalta • · ? 3 • * t määrätyn opasiteettitason saavuttamiseen käytetään 30 % vähemmän päällystyspigmenttiä • · · • · · *".* kuin vastaavan opasiteettitason saavuttamiseen kuiduradalla, joka sisältää jauhemaisia **:*’ mineraalipigmenttejä. • · . . 18. Patenttivaatimusten 12-17 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että • · · • · · 30 granuulimuodossa oleva aine on plastisesti muovautuva paineen ja/tai lämpötilan vaikutuksesta. 14 1 1 8092 ξ M

19. Menetelmä täyteainetta sisältävän, hyvän vetolujuuden omaavan kuituradan - palonkesto-ominaisuuksien parantamiseksi, jolloin täyteaineena käytetään granuulimuodossa olevaa, muodoltaan pyörähdyssymmetristä, massiivista ainetta jolla on f sisäosa ja kuoriosa, ja sisäosan tiheys on kuoriosaa pienempi, tunnettu siitä, että 5 sisäosan tiheys on noin 10-90 % kuoriosan tiheydestä ja täyteainetta käytetään 10-70 % kuiva-aineen määrästä.

20. Patenttivaatimuksen 19 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuituradan täyteaineesta granuulimuodossa oleva aine muodostaa ainakin 10 paino-%. t

21. Patenttivaatimuksen 19 mukainen menetelmä, t u n n e 11 u siitä, että 10 granuulimuodossa oleva aine muodostaa 50 - 100 paino-% kuituradan täyteaineesta.

22. Patenttivaatimuksen 19 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että granuulimuodossa oleva aine on plastisesti muovautuva paineen ja/tai lämpötilan vaikutuksesta. • · « • « · • 1 « * · « • · · . • · · • · • 1 · • » · ···· • · · • · * · • · 1 • · • · » ♦ ·« ♦ 1 »·· • 1 • · ··· *· ♦ ·· • · 1 • · * · ··· ····· • 1 • · 1 • 1 • 1 ·«· * ♦ • · · * · · . • · ♦ · .'4 · • ♦ · • · · , • · I · ,5 1 1 8092 I ' > .· 1