FI124142B - Menetelmä kalsiumkarbonaatin ja ksylaanin saostamiseksi, menetelmällä valmistettu tuote ja sen käyttö - Google Patents

Menetelmä kalsiumkarbonaatin ja ksylaanin saostamiseksi, menetelmällä valmistettu tuote ja sen käyttö Download PDF

Info

Publication number
FI124142B
FI124142B FI20096050A FI20096050A FI124142B FI 124142 B FI124142 B FI 124142B FI 20096050 A FI20096050 A FI 20096050A FI 20096050 A FI20096050 A FI 20096050A FI 124142 B FI124142 B FI 124142B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
xylan
pcc
calcium carbonate
pulp
carbon dioxide
Prior art date
Application number
FI20096050A
Other languages
English (en)
Swedish (sv)
Other versions
FI20096050A (fi
FI20096050A0 (fi
Inventor
Päivi Solismaa
Esko Kukkamäki
Original Assignee
Upm Kymmene Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=41263467&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=FI124142(B) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Upm Kymmene Corp filed Critical Upm Kymmene Corp
Priority to FI20096050A priority Critical patent/FI124142B/fi
Publication of FI20096050A0 publication Critical patent/FI20096050A0/fi
Priority to EP10821624.3A priority patent/EP2486188B1/en
Priority to PCT/FI2010/050779 priority patent/WO2011042607A1/en
Priority to CN201080046501.3A priority patent/CN102725447B/zh
Publication of FI20096050A publication Critical patent/FI20096050A/fi
Application granted granted Critical
Publication of FI124142B publication Critical patent/FI124142B/fi

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L5/00—Compositions of polysaccharides or of their derivatives not provided for in groups C08L1/00 or C08L3/00
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08B—POLYSACCHARIDES; DERIVATIVES THEREOF
    • C08B37/00—Preparation of polysaccharides not provided for in groups C08B1/00 - C08B35/00; Derivatives thereof
    • C08B37/0006—Homoglycans, i.e. polysaccharides having a main chain consisting of one single sugar, e.g. colominic acid
    • C08B37/0057—Homoglycans, i.e. polysaccharides having a main chain consisting of one single sugar, e.g. colominic acid beta-D-Xylans, i.e. xylosaccharide, e.g. arabinoxylan, arabinofuronan, pentosans; (beta-1,3)(beta-1,4)-D-Xylans, e.g. rhodymenans; Hemicellulose; Derivatives thereof
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H17/00—Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its constitution; Paper-impregnating material characterised by its constitution
    • D21H17/63—Inorganic compounds
    • D21H17/67—Water-insoluble compounds, e.g. fillers, pigments
    • D21H17/69—Water-insoluble compounds, e.g. fillers, pigments modified, e.g. by association with other compositions prior to incorporation in the pulp or paper
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H17/00—Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its constitution; Paper-impregnating material characterised by its constitution
    • D21H17/63—Inorganic compounds
    • D21H17/70—Inorganic compounds forming new compounds in situ, e.g. within the pulp or paper, by chemical reaction with other substances added separately

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Paper (AREA)
  • Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)

Description

Menetelmä kalsiumkarbonaatin ja ksylaanin saostamiseksi, menetelmällä valmistettu tuote ja sen käyttö
Keksinnön kohde 5
Keksinnön kohteena on menetelmä kalsiumkarbonaatin ja ksylaanin saostamiseksi. Keksinnön kohteena on myös menetelmällä valmistettu PCC-ksy-laanikomposiitti ja sitä sisältävä tuote sekä PCC-ksylaanikomposiitin käyttö.
10 Keksinnön taustaa PCC on kemiallisesti saostettua kalsiumkarbonaattia CaC03. Sitä valmistetaan esimerkiksi poltetusta kalkista, CaO, joka sammutetaan antamalla sen reagoida veden kanssa. Kun sammutusreaktion kautta saadun kalsium-15 hydroksidin, Ca(OH)2, annetaan reagoida saostavan aineen kuten hiilidioksidin kanssa syntyy saostettua kalsiumkarbonaattia, PCC:tä (Precipitated Calcium Carbonate). Prosessiolosuhteita vaihtelemalla voidaan muuttaa esimerkiksi PCC:n kide-ja raemuotoa.
20 Kalsiumkarbonaatin saostaminen suoritetaan yleensä eräprosessina johtamalla hiilidioksidia kalsiumhydroksidi-vesilietteen eli kalkkimaidon joukkoon kalsiumkarbonaatin saostamiseksi. Reaktio kestää tavanomaisesti noin 1-4 h. Saostettua kalsiumkarbonaattia (PCC) voidaan valmistaa myös jatkuva-toimisesti kuitu- tai vesivirtauksessa johtamalla virtaukseen kalkkimaitoa ja 25 hiilidioksidia.
δ ^ PCC:tä käytetään yleisesti paperin valmistuksessa sekä täyteaineena että o päällystyspigmenttinä, mm. paperin monien ominaisuuksien, kuten optisten ^ ominaisuuksien ja painatusominaisuuksien, parantamiseksi. Täyteaineen g 30 lisäys mahdollistaa myös pienemmän kuituainesmäärän käytön paperin-
CL
valmistuksessa. Näin saadut kustannussäästöt ovat yleensä selvästi suu- o remmat kuin täyteainelisäyksen aiheuttamat kustannukset. Yleisenä pyrki- co g myksenä onkin siksi lisätä mahdollisimman paljon täyteainetta paperin val- ° mistuksessa käytettävään kuitususpensioon. Täyteainepitoisuuden nosto 35 aiheuttaa kuitenkin mm. paperin lujuusominaisuuksien heikkenemistä.
2
Menetelmiä kalsiumkarbonaatin saostamiseksi paperin kuituraaka-aineen joukkoon on esitetty mm. USA:laisissa patenteissa US-5679220 ja US-5731080 sekä eurooppalaisessa patentissa EP-1297220, 5 Keksinnön lyhyt yhteenveto
Nyt esitettävän keksinnön tarkoituksena on esittää uusi menetelmä kalsium-karbonaatin saostamiseksi siten, että samalla saadaan saostettua ksylaania kalsiumkarbonaatin joukkoon, jolloin menetelmä mahdollistaa kalsium-10 karbonaatin ja ksylaanin saostamisen nopeasti ja yksinkertaisella prosessi-järjestelyllä. Keksinnön mukaisen menetelmän tarkoituksena on näin ollen valmistaa uudentyyppinen PCC-ksylaanikomposiitti, jota voidaan käyttää mm. paperinvalmistuksessa täyteaineena siten, että se mahdollistaa täyte-ainepitoisuuden nostamisen paperissa ilman että paperin lujuusominaisuudet 15 heikkenevät. Nyt on myös havaittu, että keksinnön mukaista PCC-ksylaani-komposiittia voidaan käyttää myös lisäaineena muissa tuotteissa sen aikaansaamien yllättävien ominaisuuksien, kuten veden pidätyskyvyn, ansiosta.
Keksinnön mukaiselle menetelmälle kalsiumkarbonaatin ja ksylaanin saos-20 tamiseksi on pääasiassa tunnusomaista se, että menetelmässä: kalsiumhydroksidin vesiliuokseen lisätään koivusellua, jonka kuitujen ominaispinta-alaa on suurennettu ksylaanin annetaan liueta kuiduista kalsiumhydroksidin vesiliuokseen, ja 25 - kalsiumhydroksidin vesiliuos saatetaan tämän jälkeen kontaktiin ^ hiilidioksidin kanssa kalsiumkarbonaatin ja ksylaanin saostami- ^ seksi.
i δ i ^ Keksinnön mukaiselle PCC-ksylaanikomposiitille on puolestaan tunnusti; 30 omaista se, että se on valmistettu patenttivaatimuksien 1-6 mukaisella
CL
menetelmällä.
o m o
CD
g Keksinnön mukaiselle paperille ja tuotteelle on taas tunnusomaista se, että ° ne sisältävät PCC-ksylaanikomposiittia joko täyteaineena, päällystys- 35 pigmenttinä tai muuna lisäaineena.
3
Keksintö perustuu siihen, että valmistettaessa saostettua kaliumkarbonaattia, saadaan samanaikaisesti kalsiumkarbonaatin lisäksi saostettua myös ksylaania, jonka on havaittu muodostavan yhdessä saostetun kalsium-karbonaatin (PCC) kanssa nk. komposiittirakenteen. Keksinnön mukaisessa 5 menetelmässä pitkälle jauhettua koivusellua lisätään kalkkimaidon (kalsium-hydroksidi-vesilietteen) joukkoon ennen kuin kalkkimaidon annetaan reagoida hiilidioksidin kanssa kalsiumkarbonaatin saostamiseksi. Koivusellun lisääminen kalkkimaidon joukkoon saa aikaan ksylaanin liukenemisen kuiduista kalkkimaidon joukkoon. Tästä johtuen hiilidioksidi saostaa keksinnön 10 mukaisessa menetelmässä kalsiumkarbonaatin lisäksi myös ksylaania, joka muodostaa saostuessaan harsomaisen/kalvomaisen rakenteen PCC partik-keleiden ympärille ja näin ollen sitoo PCC partikkeleita toisiinsa. Muodostunutta yhdistettä kutsutaan tässä hakemuksessa PCC-ksylaanikomposiitiksi.
15 Kalkkimaidon joukkoon lisätään kuituja, joiden ominaispinta-alaa on suurennettu lähtösellun kuituihin nähden. Kalkkimaitoon lisätään tavanomaisesta koivusellusta pitkälle jauhettua koivusellua, edullisimmin koivusellusta valmistettua nanoselluloosaa (NFC, nanofibrillated cellulose).
20 Keksinnön kannalta oleellista on nimenomaan ominaispinta-alaltaan suuren koivusellun lisääminen kalkkimaidon joukkoon ja sen riittävä viipymäaika kalkkimaidossa ennen saostamista hiilidioksidilla, jotta ksylaania saadaan liukenemaan riittävästi kalkkimaidon joukkoon. Ksylaanin liukeneminen kuiduista kalkkimaidon joukkoon perustuu siihen, että kalkkimaidon pH (pH noin 25 11-12) on sopiva ksylaanin liuottamiseksi. Kun kalkkimaidon joukkoon joh- ^ detaan hiilidioksidia, pH laskee ja liuennut ksylaani saadaan saostumaan.
O
C\J
o Siihen kuinka helposti ksylaania liukenee kuiduista kalkkimaidon joukkoon ^ vaikuttaa oleellisesti kuitujen jauhautuneisuusaste. Kuitujen ominaispinta-ala g 30 tulee olla sellainen, että ksylaania liukenee kuiduista riittävästi kalkkimaidon
CL
joukkoon liuotusvaiheen aikana, tai kuitujen viipymäaika kalkkimaidossa o ennen saostamista tulee olla riittävän pitkä, jotta ksylaania liukenee tarvit- co g tava/riittävä määrä. Viive kuitujen kalkkimaitoon lisäämisen ja hiilidioksidilla ° saostamisen välillä riippuu näin ollen oleellisesti kuitujen jauhatusasteesta.
35 Edullisimmin keksinnön mukaisessa menetelmässä käytetään nanodimen-sionaalisia selluloosafibrillejä, koska niiden suuri ominaispinta-ala mahdollis- 4 taa ksylaanin liukenemisen helposti ja nopeasti kuiduista kalkkimaidon joukkoon. Vaihtoehtoisesti voidaan käyttää myös pitkälle jauhettua koivusellua, joka ei välttämättä ole nanodimensionaalista.
5 Kalsiumkarbonaatin ja ksylaanin saostumiseen vaikuttaa oleellisesti myös hiilidioksidin sekoittuminen kalsiumhydroksidin vesiliuokseen, jonka tulee tapahtua nopeasti ja tehokkaasti. Edullisesti aineet sekoitetaan toisiinsa injektoimalla siten, että voimakas sekoitus mahdollistaa lähes täydellisen sekoituksen muutamassa sekunnissa.
10
Keksinnön mukaisella menetelmällä PCC-ksylaanikomposiittia voidaan valmistaa joko jatkuvatoimisesti tai eräprosessina. Edullisesti saostaminen suoritetaan jatkuvatoimisesti. Jatkuvatoimisessa saostamisprosessissa vesi- tai kuituvirtaukseen injektoidaan voimakkaalla sekoituksella a) hiilidioksidia ja b) 15 kalkkimaitoa, jonka joukkoon on lisätty koivusellua, jolloin saostuminen tapahtuu jatkuvassa virtauksessa. Saostettaessa kalsiumkarbonaatti ja ksy-laani vesivirtauksessa voidaan valmistaa kalsiumkarbonaattia-ja ksylaania sisältävää komposiittia Saostettaessa kalsiumkarbonaatti ja ksylaani kuitu-virtauksessa paperinvalmistusprosessissa, saadaan muodostuva PCC-ksy-20 laanikomposiitti samalla saostumaan kuitujen pinnalle, joka osaltaan parantaa täyteaineen retentiota sekä valmistettavan paperin lujuutta.
Keksinnön mukaisella menetelmällä valmistetun PCC-ksylaanikomposiitin käyttö paperinvalmistuksessa täyteaineena ja/tai päällystyspigmenttinä, 25 parantaa paperin ominaisuuksia. Esimerkiksi paperin lujuusominaisuuksia 5 saadaan Parannetlua- Liaksi paperin täyteainepitoisuutta saadaan nostettua ™ ilman että paperin lujuus laskee. Lisäksi lisäämällä keksinnön mukaisella o menetelmällä valmistettua PCC-ksylaanikomposiittia paperin joukkoon, saa- ^ daan valmistettavasta paperista lähes ilmaa läpäisemätöntä riippuen ksylaa- 30 nin määrästä.
CL
O
o Keksinnön mukaista PCC-ksylaanikomposiittia voidaan näin ollen käyttää
CD
g paperin -ja kartongin valmistuksessa täyteaineena ja/tai päällystyspigment- ° tinä. Keksinnön mukaisen PCC-ksylaanikomposiitin lisäämisellä saavutetta- 35 vat hyvät lujuusominaisuudet ja vaikutukset paperin tiiveyteen mahdollistavat sen käytön hyvin monenlaisissa tuotesovellutuksissa.
5
Keksinnön mukaisen PCC-ksylaanikomposiitin ominaisuuksia voidaan hyödyntää myös muissa tuotesovellutuksissa kuin paperissa ja kartongissa. Sitä voidaan hyödyntää esimerkiksi monenlaisten tuotteiden lisäaineena, jotta 5 tuotteeseen saadaan muodostettua tiivis kerros tai kerroksia. Esimerkiksi tätä voidaan hyödyntää pakkausteollisuuden tuotteiden pinnoitteissa ja erilaisissa hygienia-ja kangastuotteissa.
Keksinnön mukaisen menetelmän etuna on sen yksinkertaisuus. Menetelmä 10 on mahdollista toteuttaa olemassa olevilla prosessilaitteilla eikä menetelmässä ole esimerkiksi tarpeen käyttää mitään ylimääräisiä kemikaaleja esimerkiksi pH:n säätöön, jotta ksylaani saadaan liukenemaan kuiduista kalkki-maidon joukkoon. Näin ollen keksinnön mukainen menetelmä voidaan helposti integroida esimerkiksi paperinvalmistusprosessiin. Lisäksi menetelmän 15 yksinkertaisuudesta johtuen menetelmässä ei ole tarpeen käyttää mitään aineita tai kemikaaleja, jotka eivät päädy muodostuvaan lopputuotteeseen eli PCC-ksylaanikomposiittiin. Näin ollen PCC-ksylaanikomposiitin valmistamiseksi ei myöskään tästä syystä tarvita mitään ylimääräisiä kemikaalikiertoja valmistusprosessissa.
20
Piirustusten kuvaus
Seuraavassa keksintöä selostetaan tarkemmin viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa 25 ? Kuva 1 esittää kaaviokuvana esimerkissä 1 referenssinä käytetyn jatku- vatoimisen kalsiumkarbonaatin saostamisprosessin, 9 Kuva 2 esittää kaaviokuvana esimerkissä 1 käytetyn erään keksinnön ί mukaisen jatkuvatoimisen saostamisprosessin, 30 Kuva 3 esittää referenssimenetelmällä (kuva 1) saostettuja
CL
kalsiumkarbonaattipartikkeleita, o Kuva 4 esittää keksinnön mukaisella menetelmällä saostettua PCC- co § ksylaanikomposiittia, PCC:NFC-suhde 4:1, ° Kuva 5 esittää keksinnön mukaisella menetelmällä saostettua PCC- 35 ksylaanikomposiittia, PCC:NFC-suhde 2:1,
Kuva 6 esittää eri täyteaineita sisältävien arkkien vetoindeksit, 6
Kuva 7 esittää eri täyteaineita sisältävien arkkien repäisyindeksit,
Kuva 8 esittää sidoslujuuksia mitattuna eri täyteaineita sisältävistä arkeista,
Kuva 9 esittää eri täyteaineita sisältävistä arkeista mitattuja ilman-5 läpäisevyyksiä, ja
Kuva 10 esittää veden poistumisaikoja eri täyteaineita sisältävistä arkeista.
Keksinnön yksityiskohtainen kuvaus 10
Keksinnön mukainen kalsiumkarbonaatin ja ksylaanin saostaminen PCC-ksylaanikomposiitin muodostamiseksi voidaan suorittaa joko eräprosessina tai jatkuvatoimisesti. Eräprosessissa Ca(OH)2:n vesiliuosta eli kalkkimaitoa sisältävään reaktoriin lisätään ensiksi koivusellua, jotta kuiduissa oleva ksy-15 lääni liukenee kalkkimaidon joukkoon. Tietyn ajan kuluttua reaktoriin johdetaan hiilidioksidia kalsiumkarbonaatin ja ksylaanin saostamiseksi. Hiilidioksidia johdetaan reaktoriin niin kauan, että kaikki kalkkimaito ja ksylaani on saostunut PCC-ksylaani-komposiitiksi.
20 Vaihtoehtoisesti kalsiumkarbonaatin ja ksylaanin saostaminen suoritetaan jatkuvatoimisesti, ns. putkireaktorissa. Kalsiumkarbonaatti ja ksylaani saadaan saostettua virtauksessa injektoimalla virtauksen joukkoon hiilidioksidia ja kalkkimaitoa, johon on liuotettu ksylaania. Hiilidioksidi voidaan injektoida virtaukseen joko ennen tai jälkeen kalkkimaitolisäyksen tai molemmat voi-25 daan injektoida samanaikaisesti. Injektoinnissa on oleellista, että sen avulla ? saadaan aikaiseksi voimakas sekoitus joka mahdollistaa hiilidioksidin ja kalk- o ^ kimaidon lähes täydellisen sekoittumisen muutamassa sekunnissa, jonka o seurauksena saostuminen ja PCC-ksylaanikomposiitin muodostuminen ^ tapahtuu muutamassa sekunnissa. Edullisesti sekoittuminen tapahtuu alle 5 ^ 30 sekunnissa.
CL
O
g Kalsiumkarbonaatin ja ksylaanin jatkuvatoiminen saostaminen voidaan suo-
CD
g rittaa joko kuituvirtauksessa (PCC-ksylaani-komposiitti sekoittuu samalla S kuitumassan joukkoon) tai vesivirtauksessa (saadaan PCC-ksylaani-kompo- 35 siittia, jota voidaan käyttää myöhemmin). Saostaminen voidaan suorittaa esimerkiksi erillisessä sivuvirtauksessa paperikoneella. Sivuvirtaus voi olla 7 paperinvalmistukseen menevästä päämassavirtauksesta erotettu sivuvirtaus tai fraktioitua massaa sisältävä virtaus, joka yhdistetään myöhemmin pää-massavirtaukseen. Fraktioitu massa voi olla lyhytkuitufraktio tai pitkäkuitu-fraktio. Itse asiassa PCC-ksylaani-komposiitti voidaan saostaa edellä kuva-5 tulla tavalla mihin tahansa massavirtaukseen, joka päätyy myöhemmin paperikoneen muodostusosalle ja muodostaa ainakin osan paperin raaka-aineista.
Keksinnössä käytetään koivusellua, koska ksylaania esiintyy runsaimmin lehtipuissa. Kalkkimaidon joukkoon voidaan sekoittaa ennen saostamista 10 pitkälle jauhettua koivusellua (freeness-arvo CSF alle 80 ml, edullisesti, noin 60 ml), ja edullisimmin koivusellusta valmistettua nanoselluloosaa.
Nanoselluloosalla tarkoitetaan selluloosananofibrillejä, jotka on valmistettu selluloosakuiduista. Nanoselluloosaa valmistetaan selluloosakuiduista 15 yhdistämällä kemiallinen tai entsymaattinen käsittely mekaaniseen jauhatukseen. Nanoselluloosasta voidaan käyttää myös nimityksiä nanofibrilloitu selluloosa (nanofibrillated cellulose, NFC), selluloosananofibrillit (cellulose nanofibrils, CNF) tai mikrofibrilloitu selluloosa (microfibrillated cellulose, MFC).
20
Oleellista keksinnön mukaisen saostamisreaktion kannalta on, että koivu-sellun viipymäaika kalkkimaidossa on riittävä ksylaanin liukenemiselle ennen kuin kalkkimaidon annetaan reagoida hiilidioksidin kanssa. Riittävä viipymäaika ksylaanin liukenemiselle riippuu koivusellun jauhatusasteesta. Pitkälle 25 jauhetun koivusellun sellukuitujen ominaispinta-ala on suurempi kuin tavan-^ omaisten sellukuitujen. Erityisesti nanoselluloosakuitujen ominaispinta-ala on ™ huomattavasti suurempi kuin tavanomaisten sellukuitujen, joten nanosellua o käytettäessä ksylaania saadaan nopeammin ja helpommin liuotettua kalkki- ^ maidon joukkoon. Esimerkiksi nanoselluloosan tapauksessa nanoselluloosa £ 30 lisätään kalkkimaidon joukkoon noin 0,5-1 h ennen saostamista hiilidioksi-
CL
dilla, mutta jo lyhempikin viipymäaika, esimerkiksi vain 5 min, riittää liuottaen maan ksylaania. Viipymäaika vaikuttaa myös liukenevan ksylaanin määrään
CD
g ja näin ollen saostuvan ksylaanin määrään.
o
CVJ
8
Kalkkimaidon pH on noin 11-12, joka on riittävä ksylaanin liukenemiselle kuiduista. Näin ollen kalkkimaitoon ei ole tarpeen lisätä muita kemikaaleja esimerkiksi pH:n säätämiseksi.
5 Reaktiivisena mineraaliaineksena käytetään keksinnön mukaisessa menetelmässä kalsiumhydroksidia (Ca(OH)2), jolloin saadaan saostumaan ns. saostunutta kalsiumkarbonaattia (PCC).
Saostavana kemikaalina käytetään hiilidioksidia. Saostamisreaktoriin tai 10 virtaukseen syötetään siten hiilidioksidipitoista kaasua, kuten puhdasta tai lähes puhdasta hiilidioksidia (C02) tai savukaasua tai muuta tarkoitukseen sopivaa kaasua.
Seuraavissa esimerkeissä esitetään keksinnön mukaisen menetelmän koe-15 ajoja ja keksinnön mukaisella menetelmällä valmistetun PCC:n käyttöä täyteaineena paperiarkeissa ja näistä arkeista tehtyjä testituloksia.
Esimerkki 1 20 Koeajot suoritettiin jatkuvatoimisessa putkireaktorissa. Kuvassa 1 on kuvattu tässä esimerkissä referenssinä käytetyn saostetun kalsiumkarbonaatin valmistusmenetelmä putkireaktorissa. Putkireaktorissa vesivirtauksen joukkoon on ensiksi injektoitu hiilidioksidia ja tämän jälkeen kalsiumhydroksidi-vesi-liuosta. Kuvassa 2 on havainnollistettu keksinnön mukaista menetelmää, 25 jossa putkireaktorissa vesivirtaukseen on ensiksi injektoitu hiilidioksidia ja ? tämän jälkeen kalkkimaitoa, johon oli aiemmin lisätty nanoselluloosaa (nano-
O
^ fibrillated cellulose, NFC). Hiilidioksidi ja kalkkimaito injektoitiin virtaukseen o siten, että aikaan saatiin aineiden lähes täydellinen sekoitus muutamassa ^ sekunnissa. Kuvissa INJ1 tarkoittaa hiilidioksidin injektointia virtaukseen ja 30 INJ2 kalkkimaidon tai kalkkimaidon ja nanoselluloosan seoksen injektointia.
CL
Viive t injektointivaiheiden välillä voi olla muutamien sekuntien luokkaa, esim.
O
g alle 5 s. Kalkkimaidon ja koivusellukuitujen seos ja hiilidioksidi saatetaan
CD
g kosketuksiin keskenään injektiosekoituksella, jossa virtaukseen yhdistetään S toinen virtaus joka saa aikaan virtauksien nopean sekoittumisen.
35 9
Koeajoissa käytettiin nanoselluloosaa (NFC), joka valmistettiin kuivaamatto-masta koivusellusta Masuko-jauhimella. Sellua syötettiin jauhimeen 2-5 %:n sakeudessa ja jauhaminen toistettiin 5 kertaa.
5 NFC lisättiin kalkkimaidon joukkoon ja saatua seosta injektoitiin vesivirtauk-seen noin neljä sekuntia sen jälkeen kun virtaukseen oli injektoitu hiilidioksidia. Viive NFC:n kalkkimaitoon lisäämisen ja seoksen injektoinnin välillä oli koeajoissa noin 0,5-1 tuntia.
10 Kalkkimaidon määrä oli laskettu sellaiseksi, että PCC:NFC -suhde lopullisessa tuotteessa oli noin 4:1 tai 2:1.
Putkireaktorissa tehtyjen koeajojen annostelumäärät on esitetty seuraavassa taulukossa.
15 _____
Ca(OH)2kon- NFCkonsen- Ca(OH)2tai C02 sentraatio, % traatio, % Ca(OH)2+NFC annostelu, ____annostelu, 1/s__kg/h REF ~ 2,0 0 0,2 8,8
PCCNFC
4l 2,0 0,7 0,2 8,8 PCC:NFC , r , n n ~ s q 2-Y 1,6 1,0 0,2 6,9 Pääprosessivirtauksen (vesivirtaus) virtausnopeus putkireaktorissa oli noin 2 l/s. Paine reaktorissa oli noin 5,6 bar, lämpötila noin 42,5 °C ja lopullisen tuotteen pH oli 6,8 - 7.
J 20 ° Vielä lopuksi näytteisiin lisättiin hiilidioksidia (1 kg/h 2 min/ 60 I) karbonointi- o reaktion loppuun saattamiseksi. Tämän jälkeen 120 I näytettä jätettiin seiso- "t maan yön yli. Seuraavana päivänä, kun täyteaine oli laskeutunut astian x pohjalle, ylimääräinen vesi dekantoitiin pois.
CC
25 g Dekantoituja näytteitä käytettiin täyteaineena laboratorioarkkeissa. Arkeissa o) käytettiin havupuumassaa 30 % ja lehtipuumassaa 70 %. Valmistettavien ° ? ° arkkien neliömassatavoite oli 80 g/m ja tuhkapitoisuus 30 %. Kaikissa val mistettavissa arkeissa käytettiin retention parannusainetta, Percol 63, jota 30 lisättiin 300 g/t. Lisäksi laboratorioarkit kalanteroitiin.
10 Täyteaineena arkeissa käytettiin: 1. Kymi SPCC, kaupallinen täyteaine 2. Velacarb APCC, kaupallinen täyteaine 5 3. Continuous PCC, jatkuvatoimisessa putkireaktorissa valmistettu PCC (kuvan 1 mukainen menetelmä) 4. Continuous PCC:NFC 4:1, keksinnön mukaisella menetelmällä jatkuvatoimisessa putkireaktorissa valmistettu PCC-ksylaani- komposiitti, PCC:NFC-suhde 4:1 10 5. Continuous PCC:NFC 2:1, keksinnön mukaisella menetelmällä jatkuvatoimisessa putkireaktorissa valmistettu PCC-ksylaani- komposiitti, PCC:NFC-suhde 2:1 6. PCC:NFC 2,5:1(lab), laboratoriossa erävalmistuksena valmistettu PCC, PCC:NFC-suhde 2,5:1 15 7. Continuous PCC+NFC 2:1(lab), jatkuvatoimisessa putkireakto rissa valmistetun PCC:n joukkoon sekoitettiin NFC:tä, PCC:NFC-suhde 2:1 8. Continuous PCC+tärkkelys, jatkuvatoimisessa putkireaktorissa valmistettu PCC, virtaukseen lisätty kationista tärkkelystä (Amylo- 20 fax, pitoisuus noin 5 %).
Referensseinä keksinnön mukaiseen PCC-ksylaanikomposiittiin käytettiin kahta kaupallista kalsiumkarbonaattia (Kymi SPCC ja Velacarb APCC), jat-kuvatoimisesti saostettua PCC:tä ilman NFC lisäystä (Continuous PCC), 25 PCC:tä, jonka joukkoon sekoitettiin nanoselluloosaa saostusreaktion jälkeen ^ (Continuous PCC+NFC 2:1 (lab)) sekä PCC:n ja tärkkelyksen yhdistelmää ^ (Continuous PCC+tärkkelys).
δ i ^ Kohdan 6 täyteaine (PCC:NFC 2,5:1 (lab)) on valmistettu laboratoriossa erä- g 30 valmistuksena siten, että reaktoriin on lisätty kalkkimaitoa ja nanoselluloosaa
CL
ja heti tämän jälkeen (ilman viivettä) reaktoriin on aloitettu hiilidioksidin o syöttö. Tässä tapauksessa ksylaania ei ehtinyt liueta nanoselluloosakuiduista
CD
g kalkkimaidon joukkoon. Tämä johtuu siitä, että hiilidioksidi laskee liuoksen ° pH:ta, joten ksylaania ei liukene enää hiilidioksidin lisäämisen jälkeen.
35 11
Tulokset
Kuvissa 3 - 5 on esitetty pyyhkäisyelektronimikroskoopilla (SEM) kuvattuna saostettuja kalsiumkarbonaattipartikkeleita sekä keksinnön mukaista PCC-ksylaanikomposiittia. Kuva 3 esittää tavanomaisia kalsiumkarbonaattipartik-5 keleita, jotka on valmistettu kuvan 1 mukaisella menetelmällä. Kuten kuvasta nähdään reaktorissa saostuu yksittäisiä PCC partikkeleita.
Kuvissa 4 ja 5 on esitetty keksinnön mukaisella menetelmällä jatkuvassa virtauksessa saostettuja kalsiumkarbonaattipartikkeleita. Kuten kuvista näh-10 dään kalsiumkarbonaatin lisäksi reaktorissa saostuu myös ksylaania, joka muodostaa harsomaisen rakenteen PCC-partikkeleiden ympärille. Saostuneen ksylaanikalvon lisäksi PCC partikkeleiden joukossa on myös nano-kuituverkosto, joka osaltaan sitoo PCC partikkeleita toisiinsa.
15 Kuvassa 6 on esitetty eri täyteaineita sisältävistä arkeista mitatut vetoindek-sit, sekä kalanteroiduista että kalanteroimattomista arkeista. Keksinnön mukaisella menetelmällä valmistettua PCC-ksylaanikomposiittia sisältävien arkkien vetolujuus on huomattavasti parempi kuin muiden arkkien.
20 Kuvassa 7 on esitetty mitattuja repäisylujuuksia eri arkeista. Kuten kuvasta huomataan keksinnön mukainen PCC-ksylaanikomposiitti parantaa myös jonkin verran repäisylujuutta, mutta huomattavasti enemmän keksinnön mukainen PCC-ksylaanikomposiitti paransi sidoslujuutta, kuten huomataan kuvasta 8.
25 ? Kuvassa 9 on esitetty eri arkeista mitatut ilmanläpäisevyydet, josta voidaan
O
^ huomata, että keksinnön mukainen PCC-ksylaanikomposiitti tekee arkista o lähes ilmaa läpäisemättömän. Lisäksi eri arkkien vedenpoistoajat (kuva 10) ^ mitattiin ja huomattiin, että keksinnön mukaisella menetelmällä valmistettua g 30 komposiittia sisältävien arkkien veden poistumisajat ovat huomattavasti
CL
pidempiä kuin muiden arkkien. PCC-ksylaanikomposiittia ei välttämättä tar-o vitse lisätä täyteaineena tuotteeseen kuten tässä esimerkissä on tehty, vaan
CD
g sitä voidaan käyttää päällystysaineena tai muuna lisäaineena esimerkiksi c\j vettä pidättävä kerroksen tai kerroksien muodostamiseksi.
35 12
Esimerkki 2
Koejärjestelyt olivat samat kuin NFC:Mä suoritetuissa kokeissa. Koivusellua (alkufreeness 595) jauhettiin Voith-Sulzer -laboratoriojauhimella loppu- 5 freeness-arvoon 60 ml (CSF), ja näin saatuun pitkälle jaettuun koivuselluun saostettiin kalsiumkarbonaattia sen jälkeen, kun kalkkimaidon oli annettu vaikuttaa siihen samalla viipymäajalla kuin NFC:Mä tehdyissä kokeissa. Put- kireaktorissa tehtyjen koeajojen annostelumäärät on esitetty seuraavassa taulukossa: (birch = pitkälle jauhettu koivusellu, freeness 60).
10 _____
Ca(OH)2kon- birch, konsen- Ca(OH)2tai C02 sentraatio, % traatio, % Ca(OH)2+NFC annostelu, annostelu, 1/s kg/h PCChirch ^ 2,0 0,68 0,2 8,8
PCCNFC
10-1 2,0 0,27 0,2 8,8
Pitkälle jauhetusta koivusellusta valmistetuista näytteistä voitiin havaita myös ksylaaanikalvoa, joka ei kuitenkaan ollut niin selvä kuin NFC:lla, ja sitä oli havaittavissa vain paikoittain. Kokeet osoittivat, että ksylaania voidaan 15 kuitenkin liuottaa myös pitkälle jauhetusta koivusellusta kalkkimaitokäsittelyllä ja saostaa samalla kun kalsiumkarbonaattia saostetaan hiilidioksidilla.
Laboratorioarkeilla, joihin oli käytetty pitkälle jauhettua koivusellua niin että kalsiumkarbonaattitäyteainepitoisuudeksi tuli sama kuin NFC:Mä, saatiin 20 vedenpoistoaika huomattavasti lyhyemmäksi kuin NFC:Mä (kuva 10), luokkaa ? 7-8s (täyteaine esimerkin 2 PCC:birch 4:1), mutta vetoindeksi oli kuitenkin ^ korkeampi kuin referensseillä (kuva 6), luokkaa 30 Nm/g. Sopivanlaatuisella 9 ksylaani-PCC-komposiitilla ja sopivansuuruisella annostelulla voidaankin ί suorittaa optimointi paperinvalmistusprosessin vaatiman lyhyen i 25 vedenpoistoajan ja valmistetun paperin lujuuden suhteen.
CL
O
m o
CD
O) o o c\j

Claims (8)

1. Menetelmä kalsiumkarbonaatin ja ksylaanin saostamiseksi, jossa menetelmässä 5. lisätään kalsiumhydroksidin vesiliuokseen lehtipuusellua, edulli sesti koivusellua, jonka lehtipuusellun kuitujen ominaispinta-alaa on suurennettu, annetaan ksylaanin liueta kuiduista kalsiumhydroksidin vesi-liuokseen, ja 10. saatetaan kalsiumhydroksidin vesiliuos tämän jälkeen kontaktiin hiilidioksidin kanssa kalsiumkarbonaatin ja ksylaanin saostamiseksi kuitu- tai vesivirtauksessa injektoimalla mainittuun kuitu- tai vesivirtaukseen hiilidioksidia, ja kalsiumhydroksidin vesiliuosta, johon on lisätty lehtipuusellua. 15
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lehti-puusellu, edullisesti koivusellu, lisätään kalsiumhydroksidin vesiliuokseen ennen saostamista hiilidioksidilla.
3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hii lidioksidi ja lehtipuusellua, edullisesti koivusellua, sisältävä kalsiumhydroksidin vesiliuos injektoidaan virtaukseen siten, että ne sekoittuvat virtaukseen lähes täydellisesti muutamassa sekunnissa.
4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, ^ että kalsiumhydroksidin vesiliuokseen lisätään pitkälle jauhettua lehti- ™ puusellua, edullisesti koivusellua, jonka freeness arvo on alle 80 ml, ja o edullisimmin koivusellusta valmistettua nanoselluloosaa. g 30
5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, CL että saostaminen suoritetaan paperikoneella erillisessä sivuvirtauksessa. m o CD
6. Saostunutta kalsiumkarbonaattia ja ksylaania käsittävän komposiittimate- ° riaalin käyttö tiiviin kerroksen tai tiiviiden kerroksien muodostamiseksi tuot- 35 teeseen.
7. Paperi, joka käsittää jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukaisella menetelmällä valmistettua PCC-ksylaanikomposiittia.
8. Tuote, joka käsittää jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukaisella menetel-5 mällä valmistettua PCC-ksylaanikomposiittia. 't δ c\j δ X CC CL O m o CD O) o o c\j
FI20096050A 2009-10-09 2009-10-09 Menetelmä kalsiumkarbonaatin ja ksylaanin saostamiseksi, menetelmällä valmistettu tuote ja sen käyttö FI124142B (fi)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20096050A FI124142B (fi) 2009-10-09 2009-10-09 Menetelmä kalsiumkarbonaatin ja ksylaanin saostamiseksi, menetelmällä valmistettu tuote ja sen käyttö
EP10821624.3A EP2486188B1 (en) 2009-10-09 2010-10-07 A method for precipitating calcium carbonate and xylan, a product prepared by the method, and its use
PCT/FI2010/050779 WO2011042607A1 (en) 2009-10-09 2010-10-07 A method for precipitating calcium carbonate and xylan, a product prepared by the method, and its use
CN201080046501.3A CN102725447B (zh) 2009-10-09 2010-10-07 用于沉淀碳酸钙和木聚糖的方法、由该方法制备的产品及其用途

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20096050 2009-10-09
FI20096050A FI124142B (fi) 2009-10-09 2009-10-09 Menetelmä kalsiumkarbonaatin ja ksylaanin saostamiseksi, menetelmällä valmistettu tuote ja sen käyttö

Publications (3)

Publication Number Publication Date
FI20096050A0 FI20096050A0 (fi) 2009-10-09
FI20096050A FI20096050A (fi) 2011-04-10
FI124142B true FI124142B (fi) 2014-03-31

Family

ID=41263467

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI20096050A FI124142B (fi) 2009-10-09 2009-10-09 Menetelmä kalsiumkarbonaatin ja ksylaanin saostamiseksi, menetelmällä valmistettu tuote ja sen käyttö

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP2486188B1 (fi)
CN (1) CN102725447B (fi)
FI (1) FI124142B (fi)
WO (1) WO2011042607A1 (fi)

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2650373T3 (es) 2009-03-30 2018-01-18 Fiberlean Technologies Limited Procedimiento para la producción de geles de celulosa nanofibrilares
DK2808440T3 (da) 2009-03-30 2019-09-30 Fiberlean Tech Ltd Fremgangsmåde til fremstilling af nanofibrillære cellulosesuspensioner
SI2386682T1 (sl) 2010-04-27 2014-07-31 Omya International Ag Postopek za izdelavo strukturiranih materialov z uporabo nanofibriliranih celuloznih gelov
DK2386683T3 (da) 2010-04-27 2014-06-23 Omya Int Ag Fremgangsmåde til fremstilling af gel-baserede kompositmaterialer
FI125278B (fi) 2010-08-20 2015-08-14 Upm Kymmene Corp Menetelmä kalsiumkarbonaatin saostamiseksi sekä menetelmän käyttö
FI126212B (fi) * 2012-03-27 2016-08-15 Upm Kymmene Corp Menetelmä ja järjestelmä ksylaanin eristämiseksi kasvimateriaalista
FI20125569L (fi) * 2012-05-28 2013-11-29 Nordkalk Oy Ab Saostettua karbonaattia sisältävän komposiittirakenteen valmistus ja käyttö
FI126571B (fi) * 2012-06-28 2017-02-28 Nordkalk Oy Ab Päällystyskoostumuksen käyttö maalina
SE538250C2 (sv) * 2012-11-09 2016-04-12 In-lineproduktionsmetod för papperstillverkning
SE538243C2 (sv) 2012-11-09 2016-04-12 Stora Enso Oyj Förfarande för att bilda och därefter torka ett kompositmaterial innefattande en mikrofibrillerad cellulosa
SE538246C2 (sv) 2012-11-09 2016-04-12 Skikt för papp i en in-lineproduktionsprocess
CN107922207A (zh) * 2015-09-08 2018-04-17 日本制纸株式会社 碳酸镁微粒与纤维的复合体及其制造方法
EP3362508B1 (en) 2015-10-14 2019-06-26 FiberLean Technologies Limited 3d-formable sheet material
JP6931659B2 (ja) 2016-01-05 2021-09-08 ストラ エンソ オーワイジェイ Ｍｆｃを含むコンポジットを生成するための方法およびこの方法によって製造されるコンポジット
EP3216918A1 (en) * 2016-03-10 2017-09-13 Linde Aktiengesellschaft Process for reduction of papermaking water hardness and cod
US11846072B2 (en) 2016-04-05 2023-12-19 Fiberlean Technologies Limited Process of making paper and paperboard products
CN109072551B (zh) 2016-04-05 2020-02-04 菲博林科技有限公司 纸和纸板产品
WO2018180699A1 (ja) * 2017-03-31 2018-10-04 日本製紙株式会社 無機粒子複合繊維シートの製造方法
CN115768947A (zh) * 2020-06-12 2023-03-07 特种矿物(密执安)有限公司 表面矿化有机纤维及其制造方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2689530B1 (fr) 1992-04-07 1996-12-13 Aussedat Rey Nouveau produit complexe a base de fibres et de charges, et procede de fabrication d'un tel nouveau produit.
FI100729B (fi) 1995-06-29 1998-02-13 Metsae Serla Oy Paperinvalmistuksessa käytettävä täyteaine ja menetelmä täyteaineen va lmistamiseksi
US6464827B1 (en) * 2000-11-28 2002-10-15 Praxair Technology, Inc. Method of digesting wood with an alkaline liquor by adding an acidic agent to precipitate dissociated lignin
FI117870B (fi) 2001-04-24 2011-06-27 M Real Oyj Päällystetty kuiturata ja menetelmä sen valmistamiseksi
FI123392B (fi) * 2008-02-22 2013-03-28 Upm Kymmene Oyj Menetelmä kalsiumkarbonaatin saostamiseksi kuiturainaprosessin yhteydessä ja kuiturainakoneen lähestymisjärjestelmä

Also Published As

Publication number Publication date
CN102725447A (zh) 2012-10-10
WO2011042607A1 (en) 2011-04-14
EP2486188B1 (en) 2016-05-18
EP2486188A4 (en) 2014-01-01
EP2486188A1 (en) 2012-08-15
FI20096050A (fi) 2011-04-10
CN102725447B (zh) 2016-09-07
FI20096050A0 (fi) 2009-10-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FI124142B (fi) Menetelmä kalsiumkarbonaatin ja ksylaanin saostamiseksi, menetelmällä valmistettu tuote ja sen käyttö
FI125278B (fi) Menetelmä kalsiumkarbonaatin saostamiseksi sekä menetelmän käyttö
EP2917407B1 (en) In-line production method for paper making process
EP3127868B1 (en) Calcium-carbonate-microparticle/fiber composite and manufacturing method therefor
EP2917404B1 (en) Ply for a board from an in-line production process
JP6023915B2 (ja) フィラーを有する繊維ウェブ製造完成紙料を提供する方法、及び紙又は板紙
RU2415986C1 (ru) Суспензии обработанного латексом наполнителя для использования в бумажном производстве
EP0738303B1 (en) Treatment of inorganic filler material for paper with polysaccharides
FI122948B (fi) Valkaistu mekaaninen paperimassa ja sen valmistusmenetelmä
EP1392921B1 (en) Filler and a process for the production thereof
FI123286B (fi) Menetelmä saostetun kalsiumkarbonaatin valmistamiseksi
US20040108081A1 (en) Filler-fiber composite
US20040108082A1 (en) Filler-fiber composite
ZA200504336B (en) Filler-fiber composite.
FI126299B (fi) Menetelmä kalsiumkarbonaatin saostamiseksi sekä menetelmän käyttö
EP3615617B1 (en) Coated calcium carbonate for pitch and/or stickies control

Legal Events

Date Code Title Description
FG Patent granted

Ref document number: 124142

Country of ref document: FI

Kind code of ref document: B

MM Patent lapsed