FI122691B

FI122691B - Menetelmä paperin valmistamiseksi

Info

Publication number: FI122691B
Application number: FI20075416A
Authority: FI
Inventors: Leena Kunnas; Lars Aasmus; Mari Ojanen; Tarja Sinkko; Tuomo Pappila
Original assignee: Upm Kymmene Corp
Priority date: 2007-06-05
Filing date: 2007-06-05
Publication date: 2012-05-31
Also published as: CN101743357A; EP2152970A4; EP2152970A1; JP2010529316A; EP2152970B1; CN104195883B; FI20075416A0; PT2152970E; FI20075416A; WO2008148934A1; US20100239763A1; CN104195883A

Description

Menetelmä paperin valmistamiseksi Tämän keksinnön kohteena on menetelmä paperin valmistamiseksi. Paperia voidaan käyttää esimerkiksi pakkauksissa tai jatkojalostukseen 5 käytettävänä teknisenä paperina.

Keksinnön mukaisella menetelmällä voidaan valmistaa esimerkiksi pussien materiaalia tai riisikäärepaperia. Riisikääre on pakkaus, joka suojaa kopio- ja tulostuspapereita. Tyypillisesti yhdessä riisikääreessä 10 on 500 A4-kokoista paperiarkkia. Riisikääreen tehtävä on ennen kaikkea suojata sen sisällä olevia paperiarkkeja ulkopuoliselta kosteudelta ja toisaalta säilyttää haluttu kosteustaso pakkauksen sisällä. Toiseksi riisikääre suojaa papereita mekaanisilta vaurioilta. Kolmanneksi se mainostaa brändiä ja neljänneksi hieno ulkonäkö ja painatus luovat 15 mielikuvan laadukkaasta tuotteesta.

On useita eri tapoja valmistaa riisikääre. Yleensä riisikääre koostuu pohjapaperista, polyeteenipäällysteestä, painatuksesta ja lakasta. Po-lyeteenipäällysteen tilalla käytetään myös erilaisia dispersioita ja vaho-20 ja antamaan pakkaukselle haluttu suoja ilmassa olevaa vesihöyryä vastaan. Lisäksi riisikääreessä voidaan käyttää erilaisia lakkoja, OPP-kalvoja tai muita vahvikemateriaaleja, kuten kuitukankaita.

Julkaisusta US 6,548,120 tunnetaan kierrätettävä ja uudelleen kuidu-25 tettava riisikäärepaperi, jonka vesihöyrynläpäisykyky on 0,8 - 7 g/100 in2/24 h eli 12,4 - 108,5 g/m2/24 h. Edullisessa suoritusmuodossa poh-™ japaperi on kalanteroitua. Pohjapaperin pinnalle muodostetaan perused päällyste ja sen päälle ainakin yksi päällystekerros käyttäen yleisesti c3 tunnetulta päällystysmenetelmiä. Molemmissa edellä esitetyissä kerii; 30 roksissa on polymeeriä, joka on valittu akryylipolymeereistä, akryyliko- polymeereistä, polyvinyyliasetaatista, polyvinyylialkoholista, eteenivi-5 nyyliasetaatista, polyvinyylikloridista, styreeni/butadieenikopolymeeris- m £ tä, polyvinylideeniklori-dista ja sen kopolymeereistä tai tärkkelyksestä.

o

(M

2

Keksinnön mukaisessa menetelmässä pohjapaperi käsitellään ensin niin, että sen pinnan karheus on 30 - 500 ml/min, ja sen jälkeen paperi päällystetään kosketuksettomalla menetelmällä.

5 Pohjapaperi voi sisältää 0-100 paino-% lehtipuumassaa, edullisesti sitä on 30 - 70 paino-%. Massa voi olla valkaistua, valkaisematonta tai puolivalkaistua. Edelleen paperi voi sisältää havupuumassaa 0-100 paino-%, edullisesti 30 - 70 paino-%. Havupuumassa voi myös olla valkaistua, valkaisematonta tai puolivalkaistua. Paperissa voi myös olla 10 valkaistua, valkaisematonta tai puolivalkaistua purumassaa 0-100 paino-%, edullisesti 30 - 70 paino-%. Mahdollista on myös, että paperissa on valkaistua, valkaisematonta tai puolivalkaistua termomekaanista massaa tai hiokemassaa 0-100 paino-%. Pohjapaperissa voi olla 0-45 paino-% täyteainetta, kuten kaoliinia tai kalsiumkarbonaat-15 tia. Paperi voi olla valmistettu siten, että pH paperikoneen lyhyessä kierrossa on pH 3,5 - 6,0 tai 6,0 -8,7.

Eräs pohjapaperin mahdollinen koostumus on 40 paino-% valkaistua, valkaisematonta tai puolivalkaistua purumassaa, 60 paino-% havu-20 puumassaa ja 5 paino-% täyteainetta. Yleisesti ottaen em. purumassan osuus voi vaihdella 30 - 70 paino-%, havupuumassan 30 - 70 paino-% ja täyteaineen 0-45 paino-%.

Paperi voi olla esipäällystettyä liimapuristimella tai vastaavalla laitteel-25 la. Esipäällysteen määrä voi olla 0,1 - 20 g/m2. Esipäällysteessä käyte-tään tavanomaisia mineraalipartikkeleita, kuten kalsium karbonaatti a ™ ja/tai kaoliinia. Kuiva-ainemäärä on 15-65 paino-%. On mahdollista, 9 että paperin pinta on käsitelty sileäksi ennen esipäällystämistä yhdeltä c3 puolelta tai molemmin puolin, esimerkiksi kalanteroimalla.

Ϊ 30

CL

Ennen varsinaista päällystämistä paperi käsitellään siten, että sen ^ Bendtsen-karheus on 30 - 500 ml/min, edullisesti 100 - 200 ml/min.

§ PPS-karheus voi olla 1,5 - 2,5 pm ja Hunter-kiilto voi olla 0-30 %, ° edullisemmin 20 - 30 %.

35 3

Bendtsen-karheuden mittaamiseen käytetty menetelmä on ISO 8791-2:1990. PPS-karheuden määritykseen käytetään ISO 8791-4:1992 mukaista menetelmää ja Hunter-kiilto määritetään ISO 8254-1:1999 mukaisella menetelmällä.

5

Paperin pinta voidaan saattaa sopivaan karheuteen kalanteroimalla soft-kalanterilla, superkalanterilla, moninippikalanterilla tai käsittelemällä paperi MG-sylinterin pinnalla. Edullisesti käytetään MG-sylinteriä, koska MG-sylinterillä käsitellyille papereille saavutetaan samoilla pääl-10 lystysresepteillä parhaat vesihöyrynläpäisyominaisuudet verrattuna muihin pinnan käsittelyyn tarkoitettuihin menetelmiin.

Kun paperia käsitellään siten, että pinnan karheus pienenee, sitä käsitellään kontaktissa kuumaa pintaa vasten siten, että paperin pinta plas-15 tisoituu. Käsittelyaika kuumaa pintaa vasten on tyypillisesti 0,7 - 7,0 sekuntia. Käsittely tehdään yleensä vain paperin toiselle puolelle. Käsitellyn pohjapaperin tiheys on normaalisti 600 - 1100 kg/m3, edullisesti 650 -850 kg/m3.

20 Kuten edellä todettiin, pohjapaperin käsittely tehdään edullisesti MG-sylinterillä, koska paperia käsiteltäessä saavutetaan erittäin tasainen pinta. Kun märkä raina painetaan kuumaa sileää pintaa vastaan, kuivuu paperin kuituverkoston kosketuspinta vastaamaan kuuman sileän pinnan sileyttä ja muotoja. MG-paperi on mittapysyvää, sileää ja kiiltä-25 vää. Lisäksi paperilla on alhainen tiheys ja korkea huokoisuus käsitel-lyn pintakerroksen alla verrattaessa saman sileystason kalanteroituihin ™ papereihin. Käsittelystä johtuen paperin sileä pinta muodostaa tason, 9 josta karheuspoikkeamat ovat ainoastaan alas rakenteeseen päin. Tä- c3 mä on erityisen edullista, koska tällöin paperin pinnalla ei ole karheus- ϊ 30 poikkeamia paperin pinnasta ulospäin, jolloin paperin pinnalle tuleva päällystekerros muodostaa huokosettoman pinnan, ts. paperissa ei ole 5 heikkoja kohtia, joiden läpi kosteus voisi tunkeutua.

tn h-· o c3 Kun pohjapaperi on käsitelty joko MG-sylinterillä tai kalanterissa, se 35 päällystetään. Päällystyskerrokset muodostetaan siten, että käytettävä 4 menetelmä on kosketukseton, kuten verhopäällystys tai ilmaharjapääl-lystys. Edullisesti menetelmä on verhopäällystys.

Paperia voidaan valmistaa mm. seuraavilla tavoilla: 5 1) Pohjapaperi kalanteroidaan tai käsitellään MG-sylinterillä pinnankar-heustasoon, joka on 30 - 500 ml/min. Tämän jälkeen pohjapaperi päällystetään yhdellä tai useammalla kerroksella käyttäen verhopäällys-tysmenetelmää.

10 2) Pohjapaperi esipäällystetään mineraalipartikkeleita sisältävällä pääl-lysteaineella. Esipäällystys voi tapahtua millä tahansa tunnetulla menetelmällä. Esipäällystyksen jälkeen pohjapaperi kalanteroidaan tai käsitellään MG-sylinterillä pinnankarheustasoon, joka on 30 - 500 ml/min.

15 Tämän jälkeen paperi päällystetään yhdellä tai useammalla kerroksella käyttäen verhopäällystysmenetelmää.

Silloin, kun käytetään vain yhtä verhopäällystyskerrosta, kyseinen kerros on sellainen sulkukerros, joka estää vesihöyryn tunkeutumisen pa-20 perin läpi. Sulkukerroksessa on yleensä ainakin yhtä jäljempänä lueteltua sulkukerroksessa käytettävää ainetta.

Usean verhopäällystysmenetelmällä muodostettavan kerroksen etu on kuitenkin se, että pienemmällä kokonaispäällystemäärällä saavutetaan 25 parempi tulos vesihöyrynläpäisyssä kuin käyttäen vain yhtä verhopääl-^ lystysmenetelmällä muodostettua päällystyskerrosta.

(M

o Hyväksi on havaittu esimerkiksi sellainen ratkaisu, jossa kolme päällys- cS tyskerrosta muodostetaan verhopäällystyksellä yhdellä kertaa siten, g 30 että paperin pinnalle tuleva kerros sisältää mineraalipartikkeleita ja si-

CL

deainetta, keskikerros on sulkukerros ja uloin kerros on jälleen mine-5 raalipartikkeleita ja sideainetta sisältävä kerros. Sideaine voi olla sama

LO

£ polymeerinen aine kuin on käytetty sulkukerroksessakin. Sulkukerrok- ° sessa voi olla myös mineraalipartikkeleita, mutta ei välttämättä. Sulku- 35 kerroksen muodostava aine sisältää edullisesti styreeni/butadieenia tai 5 eteenin ja akryylihapon kopolymeeriä. Edullinen mineraalinen aine on kaoliini.

Verhopäällystyksen tai muiden kosketuksettomien menetelmien etu on 5 se, että päällystekerros seuraa pohjapaperin pinnan muotoja, ts. pääl-lystekerroksen paksuus säilyy samanlaisena riippumatta siitä, onko paperin pinnassa profiilin vaihteluita vai ei.

Mineraalipartikkelit kaikissa muodostetuissa kerroksissa voivat olla 10 talkkia, kaoliinia, kalsiumkarbonaattia tai titaanidioksidia. Joissain tapauksissa on edullista, että partikkelit ovat levymäisiä, jolloin niillä on parempi pintaa sulkeva vaikutus.

Sulkukerroksessa ja sideaineena käytetyssä aineessa voi olla styree-15 ni/butadieenia, styreeni/akrylaattia, styreeni/butadieeni/akrylonitriilia, sty reen i/akry laatti/akry Ion itri Mia, styreeni/butadieeni/akrylaatti/akrylo- nitriilia, styreeni/maleiinianhydridia, styreeni/akrylaatti/maleiinianhydri-dia, polysakkaridia, proteiinia, polyvinyylipyrrolidonia, polyvinyylialkoho-lia, polyvinyyliasetaattia, etyleeni/akryylihappokopolymeeriä, eteeni/ 20 vinyylialkoholikopolymeeriä, polyuretaania, epoksihartsia, polyesteriä, polyolefiinia, karboksimetyyliselluloosaa, silikonia, vahaa tai näiden seoksia.

Erityisen edullisia sideaineita ovat esimerkiksi karboksyloitu styree-25 ni/butadieeni, karboksyloitu styreeni/akrylaattii, karboksyloitu styreeni ni/maleiinianhydridi, karboksyloidut polysakkaridit, proteiinit, polyvinyy- ™ lialkoholi, karboksyloitu polyvinyyliasetaatti ja näiden seokset.

(M

O

c3 Esimerkkejä polysakkarideista ovat agar, natriumalginaatti, tärkkelys ja g 30 modifioidut tärkkelykset, kuten termisesti modifioidut tärkkelykset, kar- boksimetyloidut tärkkelykset, hydroksietyloidut tärkkelykset ja oksi-5 doidut tärkkelykset. Esimerkkejä proteiineista ovat albumiini, soijaprote- LO ........

£ uni ja kaseiini.

o

(M

35 Paperi voidaan kalanteroida päällystyksen jälkeen tunnetuilla kalante-rointitekniikoilla, esimerkiksi soft-kalanterissa. Softkalanterissa nippi- 6 paine voi olla 10 - 300 kN/m, tyypillisesti 50 - 150 kN/m, ja kalanterin termotelan lämpötila voi olla 20 - 200°C, tyypillisesti 30 - 150°C.

Seuraavassa keksintöä tarkastellaan kuvien ja esimerkkien avulla. Ku-5 vissa

Kuva 1 esittää MG-sylinterin periaatettapa

Kuva 2 esittää verhopäällystysmenetelmän periaatetta.

Kuvassa 1 on esitetty MG-sylinterin 1 periaate. Paperiraina W puriste-10 taan puristintelalla 1b sylinterin 1a sileää ja kuumaa pintaa vasten siten, että paperin pinta plastisoituu ja siliää.

Kuvassa 2 on esitetty verhopäällystysmenetelmän periaate. Verhopääl-lystysyksikössä 2 on suutinjärjestely 3 usean virtauksen 4 johtamiseksi 15 monikerroksisena verhona 5 päällystettävän paperin 6 pinnalle. Paperin 6 kulkusuuntaa muutetaan ennen päällystämistä telalla 7, jotta ilma-rajakerroksen aiheuttamat ongelmat saadaan minimoitua.

Esimerkki.

20

Taulukossa 1 on esitetty kokeissa käytettyjen pohjapaperien ominaisuuksia.

Taulukko 1. Kokeissa käytetyt pohjapaperit.

25 ____ £! Ominaisuus Pohjapaperi Pohjapaperi Pohjapaperi S__1__2__3_ cvi Neliömassa (g/m2)__71,5__69,7__69,9_ ^ Tiheys (g/m3)__843__771_ ^ llmanläpäisevyys 22,9 s (Gur- 71,3 s (Gur- 48 ml/min £__ley)__ley)__

Sileys etupuoli / takapuoli 1730/260 182/103 676/331 ^ (ml/min)______ [{5 Veden absorptio 27 g/m2 27,3 g/m2 - R (Cobb) (ws)

CM

7

Pohjapaperi 1 on MG-paperi, jossa täyteainetta ja havupuusulfaattisel-lua, pohjapaperi 2 on valkoinen MF-paperi ja pohjapaperi 3 on pintalii-mattu ja esipäällystetty.

5 Mineraalipartikkeleita sisältävän kerroksen muodostavat pääasiassa kaoliini ja lateksi, kuten styreeni/butadieenilateksi.

Sulkukerroksessa voi olla styreeni/butadieeni -pohjaista lateksia, eteenin ja akryylihapon kopolymeerin vesidispersiota, propeenin ja eteenin 10 kopolymeeria, polyuretaanidispersiota tai näiden seoksia. Em. aineiden lisäksi sulkukerroksessa voi olla mineraalipartikkeleita, kuten kaoliinia.

Kokeissa käytettiin kolmea eri päällystemäärää: 15 1) pohjapaperia vasten tuleva kerros 3 g/m2, sulkukerros 4 g/m2, uloin kerros 7 g/m2 2) pohjapaperia vasten tuleva kerros 3 g/m2, sulkukerros 5 g/m2, uloin kerros 6 g/m2 3) pohjapaperia vasten tuleva kerros 3 g/m2, sulkukerros 6 g/m2, uloin 20 kerros 3 g/m2 Päällystysreseptit ovat taulukoissa 2 ja 3. Ainemäärät on annettu taulukoissa osina.

25 Parhaimmat tulokset saavutettiin silloin, kun sideaineena käytettiin si-^ deainetta, jossa on eteenin ja akryylihapon kopolymeeriä. Kun sideai- ™ neessa oli lisäksi mineraalipartikkeleita, saatiin aikaan tuote, joka on 9 kierrätettävissä, ts. tällä tuotteella on se ominaisuus, että se hajoaa c3 nesteessä. Myös painettavuusominaisuudet ovat hyvät. Paras pohjain 30 paperi oli pohjapaperi 1, jossa on havupuusulfaattisellua ja täyteainet- ta. Pohjapaperi 1 on käsitelty MG-sylinterillä. Kokeiden perusteella to-5 dettiin, että näillä aineilla ja menetelmillä sulkukerroksen neliömassan £ on hyvä olla yli 4 g/m2, edullisesti se on 5 - 7 g/m2, jotta tavoite alle 10 ° g/m2/24 h vesihöyrynläpäisyssä saavutetaan. Vesihöyryn läpäisyä mi- 35 tataan ISO 2528:1995:ssä selitetyllä menetelmällä, mittausolosuhteet ovat T=23°C, RH=50 % ja t=24 h.

O m

C\J O C\J

LL «— «— i-O

φ O

Q. .Φ O

CO *-*- ^ Q._________ r·** co <D in' O O 1- o o ^ ^ ^ 1 LL CM CO r- 1-0 CM § OJ ^

LL i- i- i-O

φ _ O O

Q_ CO o o CO Li. 1- ΙΟ. _________ CO CO CD ie O O i- o O ^ ^ ^ 1 LL CM CO 1- 1-0 CM § OJ ^

LL i- i- i-O

φ ^ O

Q. O

CO LL

Q._________ LO CO^ φ ie O O i- o O Ά ^ 1 LL CM CO 1- 1-0 CM O OJ ^

LL i- i- i-O

φ O

o. CO o o

CO LL 1- LO

Ω._________

CO

0) ie o o i- o o ^ ^ 1 LL CM CO i- 1-0 CM O OJ ^ oo __JI_________Σ-— φ Ä o o

Q. LO o O

CO LL i- ι- Ο. _________

CO CO

0) ie ..

o o -i- o o “l

^ D. LL M CO T- i-O

C\J o C\J ^

LL 1- 1- i-O

^ n- S

Q_ ^ O

CO Li.

-I—* Q._________ Q_ C\J cO_ $ g £ ^ o o

g ^Q. LL ΛΙ (O r- i-O

L_---------------- e/) CM o OJ ^ CO LL 1- 1- 1-0 CM ^ --------------- S =C0 o. n o LM ra LL 1- , ^ Q.--------------- w .e ;e O o o 1— o o ^ ^

1 0^Q_LLC\JOOi- i-O

oo 9-----------------

C\1 CO O

Q- J2 jg jg .1 .1 <b g , I I i2 X , Sä . W I W m oi— c'c'cnCUCUO)^ £ ™ SI SI I I f§ sgs f^fig o >· £ >> £ > £ B 1 * E ° φ B- I ra ~ ra ~ 1 ^ jg tr\ "S w O) w O) w O) 3 =5 ^ ^ CO CD /-CD <- CD c5 J= (V| 3 Φ 3 Φ 3 Φ ^ 3 .Ω .!lö φ Ό i ® o ® ” ® 10 ^ ΓΙ έ Έ ö ^ 0¾ 0¾ ö e ί ö e !i e g- J ö >; E w S E S E J e £

LO m = = ^ =3 ^ =3 ^ =3 ^CD^C^CD^: Q) i2 ^ ^ O o Q.O Q_ O >, >, .E

ri: e 8 8 E § o § Έξ E^®E^®^g«E«g-&sftss-5-5a

¢3 |— < ^^2ci-2cc\i2cco2t)i32t)i3LiJaS2.«5:oD-5lL5D.lLO

0 I-^—\—\—^^^-\-\-\-\-\-\-^^—\—|

CM

O m

C\J O C\J

LL «— «— i-O

φ IQ O

Ω. 7~ O

CO *-L i- ^ Ω._________

1- CO

0) Z' ..

O O 1- o o ^ ^ ^ Q. IL CM CO r- 1-0 o m CM O OJ ~

LL 1— i- i-O

φ ^ O O

Q. 77 O O

CO LL ^ «” 00 Q._________

i- CO

<D ..

O O 1- o o ^ ^ ^ Q. IL CM CO r- 1-0 o m

OJ O OJ

LL i- i- i-O

CO---------------

φ _ O O

q_ CO O O

CO LJ- i- i- OJ Q._________

i- CO

<D 'sz ..

O O 1- o o ^ ^ ^ CL LL OJ CO i- 1-0 CM O OJ ^

LL i- i- i-O

CO---------------

Q) _ O O

q. cp O O

CO LL 1- Τι- Ω._________

1- CO CD

O O i- O O ^

^ CL LL OJ CO i- i-O

O m

OJ O OJ

CD ^ - - ° OJ--------------- φ _ o o a» o o CO LL i- ι- Ο Ω._______________ i- C0_

(D

O O i- o O ^ ^

^ Q. IL CM CO T- i-O

o m

C\J O C\J

LL -r- -r- i-O

OJ---------------

φ O

Q_ CO o .-b! CO Li. 1- 4—* Ω._________ Q_ O CO^ ^ SSrOO. “l ^ ^ D. LL (M η T- 1-0 i_

CD

ii' CM o CM “l

CD LL -i- T- t O

C\J ^ ^---------------

o ω ° S

<M | C ? .E ” I " O L O O r O O I1 ^

1 Q) ^ 1 LL OJ 00 r- i-O

oo 9----------------- CM CO o Q- J2 jg jg .1 .1 m c , '<2 _ X , S! . W I W m ai— c'c'cnCDCUffi^ £ ” SI SI I I i§ sgs S _ § ^ f!s O &- &- &- | ra | o 0> o c a Σ. „ £ 1 ^ jg tr\ "S w CD w CD w CD 3 D ra)r(l)5 = .i: ,-oj3.^ 3 ® 3 ® ^ ^ 3 .Ω .^,0α)·π~ωο·-ω·-ω 03 >« * ΓΙ έ Έ ö ^ 0¾ 0¾ ö Έ I ö Έ c § J ö J | m 5 i o i 5 c £ LO 0) = = ^ =3 ^ =3 ^ =3 ^Φ-^τΐΦ-^Φ —τΐ-^Ο 8 Ω-ΟΩ-Ο >»>*- ρί; Λ 1 §§o§ o § Εξ ο^^ο^^ω§ωο^§-&οαοα-^-^^

¢3 |— < ^ I> C i- I> C CM 1 CCO^coi5^coi5LLlQ.>^.^5:OCL5cL5cLCLO

0 I-^^^^^^-\-\-\-\-\-\-^^—\—|

C\J

Claims

1. Menetelmä paperin valmistamiseksi, jossa - käytetään pohjapaperia, jolla on ensimmäinen puoli ja toinen puoli, 5. käsitellään ainakin pohjapaperin ensimmäinen puoli karheustasoon, jonka Bendtsen-karheus on välillä 30 - 500 ml/min siten, että pohja-paperi käsitellään MG-sylinterillä tai kalanteroidaan, ja -muodostetaan pohjapaperin ensimmäiselle puolelle kosketuksettomal-la menetelmällä sulkukerros siten, että paperin vesihöyrynläpäisykyky 10 on korkeintaan 10 g/m2/24 h.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pohjapaperi verhopäällystetään.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sulkukerroksen lisäksi muodostetaan yhdellä päällystyskerralla sulku-kerroksen yhdelle tai molemmille puolille mineraalipartikkeleita ja sideainetta käsittävä kerros.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnet tu siitä, että päällystetty paperi kalanteroidaan. C\J δ (M (M O oo (M X en CL CD sj- m h-· o o (M