FI63083B - Foerfarande foer eliminering av konventionell ytappretering avapper - Google Patents

Description

I5SF1 [B] (11)KUULUTUSjULKAISU , JSBT& l J 1 ' UTLÄGGN I NGSSKRIFT O O U O 5 C (45) Patentti oy onnet by 11 04 1933 ^ τ ^ (51) Kv.ik?/Im.a.3 D 21 H 3/28 SUOM I — FI N LAN D (21) PwenttHMlwiiw· — PKancamMuiinf 793Ö35 (22) HakamltpUvi—An«5knin(*d*g 20.11.79 (23) AlkupUvi—GIWgkMdag 20.11.79 (41) Tullut ]ulktMlui — Blhrit offwKlig 21.05.80 ^tontti, j» rekisterihallitus N·****— j. ku^.k—n 31.12 -82

Patent* oeh registerstyrelsen ' Anaku utii<d odi utLskrton pubikwsd (32)(33)(31) Pyr»·**y etuoikeu»—B«gtrd prlodtat 20.11.78

USA(US) 9625OU

(71) CPC International Inc., International. Plaza, Englewood Cliffs,

New Jersey 07632, USA(US) (72) Howard L. Arons, Ramsey, New Jersey, Howard P. Francis, Homewood,

Illinois, USA(US) (7M Oy Kolster Ab (5^) Menetelmä paperin tavanomaisen pintaviimeistelyn poisjättämiseksi -Förfarande för eliminering av konventionell ytappreiering av papper Tämä keksintö koskee keitetyn, erikoiskäsitellyn tärkkelys-tuotteen käyttöä paperin märkäpään lisäaineen tavanomaisen pinta-viimeistelyn poisjättämiseksi.

Vaikka pieni määrä korkealuokkaista paperia valmistetaan lumppumassasta, paperia valmistetaan suurimmaksi osaksi puumassasta. On olemassa viisi erilaista puumassaa: mekaaninen massa (jauhettu puu), puolikemiallinen massa, sulfiittimassa, sulfaatti- tai voima-paperimassa ja natronmassa. Ensimmäinen valmistetaan puhtaasti mekaanisin keinoin, toinen mekaanisten ja kemiallisten keinojen yhdistelmällä ja muut kolme kemiallisin keinoin. Mekaaninen massa sisältää oleellisesti kaiken puun lukuunottamatta kaarnaa ja varastoinnin ja kuljetuksen aikana hävinnyttä puuta. Puolikemialliset massat ovat osittain vapaat ligniinistä. Kemialliset massat ovat kuitenkin olennaisesti selluloosaa; ei-toivottu ligniini ja muut puun ei-sellu-loosakomponentit on liuotettu pois keitto- ja valkaisukäsittelyllä.

63083 2 Tästä johtuen kemialliset massat ovat paljon parempia kuin mekaaniset ja puolikemialliset massat hienopaperin valmistukseen. Kuitenkin johtuen vaaditusta erikoisjalostuksesta ne ovat liian kalliita toimiakseen pääkuitulähteenä halvempiin paperilaatuihin, kuten sanomalehtipaperiin.

Jos massakuidut olisivat paperiparkin ainoita aineosia, paperin käyttökelpoisuus olisi erittäin rajoitettu, koska arkki olisi pehmeä, sillä olisi kellertävä väri, eikä sille voitaisi menestyksellä kirjoittaa tai painaa musteella. Jos arkki olisi ohut, vastakkaiselle puolelle painettu teksti näkyisi läpi. Tällöin on välttämätöntä lisätä muita aineosia kuten viimeistely- tai värjäysaineita ja täyteaineita selluloosakuituihin paperien valmistamiseksi, jotka soveltuvat sen moniin käyttötarkoituksiin.

Moniin papereihin, paitsi absorpoiviin tyyppeihin, suodatin-papereihin ja useimpiin pakkauspapereihin täytyy olla lisättynä hienoksi jauhettua täyteainetta, jonka tarkoituksena on täyttää kuitujen väliset tilat, jolloin ne antavat tasaisen pinnan, kirkkaamman valkoisuuden, parantuneen painettavuuden ja parantuneen peittokyvyn. Viimeistelyainetta lisätään paperiin, muihin kuin absorpoiviin papereihin ja suodatinpaperiin, antamaan sille kestokykyä nesteiden tunkeutumista vastaan. Yleisiä viimeistelyaineita, joita lisätään massaan ennenkuin se muodostetaan arkiksi, ovat vahaemulsiot tai saippuat, jotka on valmistettu saippuoimalla hartsia alkalilla. Vii-meistelyaineet saostetaan alumiinisulfaatilla. Tässä kappaleessa kuvatun kaltainen viimeistely tunnetaan kaupankäynnissä sisäisenä viimeistd.ynä.

Sanaa viimeistely käytetään myös toisessa yhteydessä paperiteollisuudessa. Tämä toinen käyttö tunnetaan pintaviimeistelynä.

Se eroaa edellä kuvatusta sisäisestä viimeistelystä siinä, että se levitetään paperin pinnalle, jossa se liimaa kuidut paperin perusosaan ja kerrostaa enemmän tai vähemmän jatkuvan kalvon paperin pinnalle. Pintaviimeistelyä käytetään muodostamaan tasainen, kova pinta, joka ei tartu kynään, kun paperille kirjoitetaan, ei kuoriudu irti, jos paperia painetaan käyttäen tahmeita musteita, eikä osoita musteen leviämistä. Pintaviimeistelyn lisäetuna on, että paperin öljynkestoisuus paranee, koska viimeistelyaine pyrkii sulkemaan paperin huokoset. Pintaviimeistelyllä saattaa olla suurempi merkitys kuin sisäisellä viimeistelyllä tietyn tyyppiselle paperille, kuten 63083 3 kirjoituspaperille, painopaperille ja jollekin käärepaperille. On tärkeää pintaviimeistellä paperi, jota käytetään offset-painopro-sessissa, sillä tämä estää pintakuitujen irtoamisen, kun paperi kostuu vedellä painokoneessa.

Yleinen tapa lisätä pintaviimeistely, on levittää viimeis-telyaine paperin molemmille puolille, kun paperi johdetaan puris-tustelojen läpi.paperikoneella. Nämä telat pakottavat viimeistely-aineen paperiin ja poistavat liian viimeistelyaineen paperin pinnalta. Ominaista tässä prosessissa ovat erilaiset mekaaniset ongelmat, jotka tekevät kalliiksi levittää ja ylläpitää viimeistelyaineen yhtenäistä kerrosta paperin pinnalla. Tämä mekaaninen laitteisto on kallis ja lisäkustannuksena tulee sen veden haihduttaminen, joka on lisätty paperiin viimeistelyaineen laimean suspension mukana. Yleensä viimeistelyaine on tärkkelys tai tärkkelysjohdannainen, kuten hydroksietyylitärkkelys.

Tärkkelystä on pitkään käytetty lisäaineena paperin valmistuksessa paperiarkin vahvistamiseksi. Katso esimerkiksi Whistler ja Paschall, Starch: Chemistry and Technology, Academic Press Inc., New York. N.Y. Voi. 2, 1967, luku VI. Tässä tarkoituksessa tärkkelystä lisätään massaan ennen paperiarkin muodostamista. Tärkkelystä keitetään tavallisesti vedessä ennenkuin seos lisätään massaan.

Tämä menettely tuottaa paljon liukoista materiaalia, jota ei saada tehokkaasti pysymään paperiarkissa. Parannus tärkkelyskeittoon paljastettiin amerikkalaisessa patentissa 2 805 966, julkaistu 10. syyskuuta 1957, jossa tärkkelyslietettä kuumennettiin höyryruiskutuskat-tilassa. Tämä teki mahdolliseksi kuumennuksen säädön siten, että pääosa tärkkelysrakeista paisui, mutta ei murtunut. Kuitenkin lämpötila-alue, jolla tärkkelysrakeet paisuvat ja gelatinoituvat, on laaja. Tässäkin prosessissa vain osa rakeista voidaan saada halutussa paisuneessa tilassa. Jotkut tärkkelysrakeet voivat olla vielä pai-sumattomia ja tästä johtuen hyödyttömiä liimana, kun taas muut ovat liuenneina eivätkä pysy tärkkelyksessä. Sitäpaitsi monilla näin valmistetuista paisuneista tärkkelysrakeista on pyrkimys hajaantua ja muodostaa enemmän liuenneita aineita, kun niiden vesilietteet saatetaan voimakkaan sekoituksen alaiseksi.

63083 4

Eräs menetelmä tärkkelyksen saamiseksi, jonka paisuneet rakeet eivät hajaannus sekoituksen aikana, paljastettiin amerikkalaisessa patentissa 2 113 034, julkaistu 5. huhtikuuta 1938. Tämä toteutettiin tärkkelyksen reaktiolla formaldehydin kanssa. Tuote kestää dispergoinnin kuumaan veteen ja vaatii käsittelyä alkalilla ja voimakasta piiskaamista tärkkelyksen tekemiseksi sopivaksi paperimassan lisäaineeksi. Näiden käsittelyvaatimusten seurauksena ja koska tärkkelys pysyy vain osittain paperiarkissa, tuote ei ole koskaan saavuttanut hyväksymistä paperia valmistavassa teollisuudessa.

Toinen menetelmä tärkkelyksen saamiseksi, jonka paisuneet rakeet eivät hajaantuisi sekoituksen aikana, paljastettiin amerikkalaisessa patentissa 2 328 537, julkaistu 7. syyskuuta 1943. Tämä toteutettiin antamalla tärkkelyksen reagoida tiettyjen antimoni- tai fosforikloridien tai -oksikloridien kanssa. Patentissa ehdotettiin, että tuotteet saattaisivat olla hyödyllisiä paperin valmistuksessa. Nämäkään tuotteet eivät ole koskaan saavuttaneet hyväksymistä paperia valmistavassa teollisuudessa, sillä kuvatuilla tuotteilla esiintyy rajoitettua paisumista kuumassa vedessä ja ne jäävät vain osittain paperiarkkiin.

Eräs menetelmä, jolla osittain voitetaan nämä vaikeudet, paljastetaan ratkaisemattomassa amerikkalaisessa patenttihakemuksessa, Serial no. 780 614, jätetty 23. maaliskuuta 1977, joka liitetään viitteenä tähän hakemukseen.Tässä menetelmässä käytetään erikoiskä-siteltyä tärkkelystä, jonka rakeet paisuvat haluttuun määrään kylmässä vedessä. Tämä muunnelma poistaa tarpeen tärkkelyksen erikois-säädetystä kuumentamisesta, jota alalla aikaisemmin vaadittiin, mutta tekee silti välttämättömäksi tärkkelyksen esikäsittelyn huolellisesti säädetyissä olosuhteissa.

Tämän vuoksi olisi edistys alalla, jos keksittäisiin lisäaine, joka voitaisiin liittää paperimassaan ennen arkin muodostusta, joka antaisi paperille parantuneet pintaominaisuudet. Tällä vältettäisiin erillisen pintaviimeistelyvaiheen välttämättömyys, johon liittyy kosteuden lisääminen ja välttämättömyys edelleen kuivata tuote. Sitäpaitsi, jos tällaiset pintaominaisuudet voitaisiin saada aikaan aiheuttamatta haitallisia sivuvaikutuksia ja haluttujen ominaisuuksien menetystä, kyseessä oleva lisäaine saavuttaisi helposti hyväksyttävyyden alalla. Jos toisaalta lopullisesti muodostetun paperituotteen ominaisuudet, kuten kuivalujuus ja vetolujuus 63083 5 paranisivat lisäaineen avulla, tämä olisi taloudellinen lisäetu, joka saavutetaan käyttämällä tämän tyyppistä lisäainetta.

Tämän vuoksi keksinnön tarkoituksena on saada aikaan uusi ja parannettu menetelmä pintaviimeistelyominaisuuksien antamiseksi valmistetulle paperille lisäämällä erikoislisäainetta massaan paperinjalostuksen aikana.

Lisätarkoituksena on saada aikaan tämän tyyppinen aine pinta-ominaisuuksien parantamiseksi häiritsemättä muita paperin viimeistelyssä ja valmistuksessa käytettyjä lisäaineita ja perusaineita ja aiheuttamatta haitallisia vaikutuksia lopullisen arkin kemiallisiin ja fysikaalisiin ominaisuuksiin.

Muuna keksinnön tarkoituksena on saada aikaan lisäaine pinta-ominaisuuksien parantamiseksi, joka pysyy paperissa eikä huuhtoudu pois arkinmuodostusprosessissa.

Keksinnön tärkeänä tarkoituksena on saada aikaan lisäaine valmistetun paperin pintaominaisuuksien parantamiseksi, joka toimii suurella joukolla paperiraaka-aineita, on turvallinen käsitellä ja antaa lopulliselle arkille halutut ominaisuudet, joita ei tätä ennen ole ollut saavutettavissa, kun alalla on tehty aikaisempia yrityksiä valmistaa paperia ilman erillistä lisävaihetta, jossa levitetään pintaviimeistelyaineen kerros. Tämän keksinnön erikoistarkoituksena on saada aikaan menetelmä valmistetun paperin pinta-ominaisuuksien parantamiseksi lisäämällä märkäpäähän erikoislisäainetta, joka myös antaa lopulliselle paperituotteelle parantuneen kuivalujuuden.

Vielä muuna tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan tärkkelyslisäaine paperille, joka on helppo valmistaa, jonka rakeet paisuvat kuumassa vedessä haluttuun määrään tarvitsematta huolellisesti säätää lämmitysolosuhteita ja jonka paisuneet rakeet eivät hajaannu, kun ne saatetaan voimakkaan sekoituksen alaiseksi.

Tämä keksintö koskee parannettua menetelmää paperin valmistamiseksi, joka käsittää vaiheet, joissa; a) lisätään keitetyn, silloitetun tärkkelyksen vesisuspensio, jonka keitetty, paisunut tilavuus (jäljempänä käytetään nimitystä CSV) on noin 4-25 ml/g, selluloosamassan vesisuspensioon; b) lisätään polyelektrolyyttiä tärkkelys-massaseokseen; ja c) muodostetaan paperi sanotusta massan, tärkkelyksen ja polyelektrolyytin seoksesta.

63083

Toisena tämän keksinnön kohtana on märkäpään paperilisä-aineseos, joka sisältää: a) keitetyn/ silloitetun tärkkelyksen vesisuspension, jonka CSV on noin 4-25 ml/g; ja b) polyelektrolyyttiä.

Tämä keksintö koskee myös parannettua menetelmää paperin valmistamiseksi, jossa ruiskutetaan keitetyn, silloitetun tärkkelyksen vesisuspensiota, jonka CSV on noin 4-25 ml/g, märälle paperi-radalle paperinmuodostusprosessissa ja kuivataan tämä paperirata.

Tämän keksinnön mukaisesti on keksitty, että tietyt silloitetut tärkkelykset, jotka osoittavat erityistä paisumisastetta kuumassa vedessä, antavat erinomaiset pintaominaisuudet valmistetulle paperille, kun niitä lisätään massaan paperinvalmistusprosessissa.

Näin saatu paperi on erittäin edullisesti vertailtavissa pintaviimeis-teltyihin papereihin, jotka on valmistettu kalliilla pintaviimeis-telyprosessilla. Sitäpaitsi prosessi antaa lopullisen paperin, jolla on parantunut kuivalujuus. Tämän prosessin silloitettujen tärkkelysten mukaanliittäminen ei häiritse muita lisäaineita ja perusaineita, joita käytetään paperinvalmistuksen viimeistelyssä. Mitään haitallisia vaikutuksia lopullisen arkin kemiallisiin ja fysikaalisiin ominaisuuksiin ei esiinny.

Itse tärkkelysreagenssi, jota voidaan käyttää keksinnön toteutuksessa, voi olla peräisin mistä tahansa kasvislähteestä, kuten esimerkiksi maissista, vehnästä, perunasta, tapiokasta, riisistä, perunaryynistä ja hirssijyvistä. Se voi olla joko vahamaista tai ei-vahamaista. Nimitystä tärkkelys käytetään tässä laajasti ja se käsittää modifioimattoman tärkkelyksen ja seula jäännökset saunoin kuin tärkkelyksen, jota on modifioitu jonkin verran käsittelemällä hapoilla, alkaaleilla, entsyymeillä tai hapetus- tai derivointiai-neilla. Jos lähtötärkkelystä modifioidaan tai derivoidaan jollakin tavoin, se ei kuitenkaan ole hyödyllinen niin kauan kuin tuote on vielä raemuodossa ja sisältää vielä hydroksyyliryhmiä, jotka kykenevät reagoimaan silloitusaineiden kanssa.

Tässä keksinnössä käytetyt silloitusaineet voivat olla mitä tahansa hyvin tunnetuista orgaanisista tai epäorgaanisista poly-funktionaalisista reagensseista, jotka voivat reagoida kahden tai useamman tärkkelyshydroksyyliryhmän kanssa. Esimerkkejä tällaisista 7 63083 reagensseista, jotka ovat alalla hyvin tunnettuja, ovat fosfori-oksikloridi, natriumtrimetafosfaatti, epikloorihydriini ja akro-leiini.

Tämän keksinnön silloitetut tärkkelykset voidaan valmistaa yleisellä menettelyllä, joka on paljastettu amerikkalaisessa patentissa 2 328 537, julkaistu 7. syyskuuta 1943. On välttämätöntä säätää silloitusta huolellisesti sopivan tuotteen saamiseksi. Tähän keksintöön sopivia tuotteita ovat ne, jotka keitettäessä vedessä antavat CSV-arvon noin 4-25 ml/g ja mieluummin noin 7-20 ml/g.

CSV mitataan seuraavasti: 10,00 g:an kuivaksi laskettua tärkkelystä 600 ml:n ruostumattomassa teräsdekantterissa lisätään 190,0 g tislattua vettä.

Astia peitetään kellolasilla, jossa on keskireikä sekoitusakselia varten. Sekoitetaan nopeudella 500 rpm 18 minuuttia kiehuvassa vesi-hauteessa. Jäähdytetään 28°C:een sekoittamalla kylmässä vesihauteessa. Lisätään tislattua vettä haihtumalla hävinneen veden korvaamiseksi tarkasti, seos siirretään 250 ml:n sentrifugipulloon ja sentrifugoidaan nopeudella 2000 rpm 10 minuuttia. Merkitään pastan taso pullossa. Liuenneiden osien määrittämiseksi punnittu jae yläpuolisesta nesteestä haihdutetaan höyryhauteella. Senjälkeen jäännöstä kuivataan 4 tuntia 120°C:ssa tyhjöuunissa ja punnitaan. Liuenneiden aineiden prosenttimäärä lasketaan seuraavasti.

% liuenneita = Jäännöksen paino x 1900 Jakeen paino pastan varaama tilavuus sentrifugipullossa mitataan milli-litroina. CSV lasketaan seuraavasti:

Pastan tilavuus, ml CSV = -

Liukenemattomien paino, g , _ ... .. . . , Λ ΛΛΛ ,, % liukenemattomia ..

(Jossa liukenemattomien paino = 10,000 (1 - - )).

100

Jos mitään pastakerrosta ei erotu sentrifugoinnin jälkeen, koe toistetaan käyttäen 5 g:n tärkkelysnäytettä suorittaen vastaavat tarkistukset laskelmiin.

63083 8

On havaittu, että tuotteita, joilla on sopiva CSV, saadaan, kun tärkkelys on käsitelty noin 100-2000 mikromoolilla POCl^ra moolia kohti tärkkelystä. (Mooli tärkkelystä määritellään 162 g:ksi tärkkelystä kuivaksi laskettuna, tärkkelyksen yhden anhydroglukoosi-yksikön paino). Sopivat määrät muita silloitusaineita määritetään helposti kokeellisesti.

Tärkkelykset, joilla on yllä määritelty CSV, antavat vedessä keitettynä paisuneita rakeita, jotka ovat erityisen käyttökelpoisia paperinvalmistusprosessissa. Näiden silloitettujen tärkkelysten käyttö torjuu tärkkelyslietteiden huolellisesti säädetyn kuumennuksen tarpeen, jollaista vaadittiin alan aikaisemmissa prosesseissa. Sitäpaitsi on havaittu, että paisuneilla rakeilla, jotka on valmistettu silloitetuista tärkkelyksistä, joilla on määritelty CSV, on vain vähän tai ei lainkaan pyrkimystä hajaantua, kun ne saatetaan voimakkaan sekoituksen alaiseksi.

Tärkkelys valmistellaan lisättäväksi paperimassaan keittämällä suspensio veteen. Keitto voidaan toteuttaa panoskeittimessä tai suihkukeittimessä. Sopivasti vedessä keitetty silloitettu tärkkelys voidaan lisätä paperiraaka-aineeseen eri toimintakohdissa, joissa sekoitus on tehokas. Sopiva lisäyskohta on siipipumpun imu-puolella.

Tämän prosessin tärkkelykset ovat tehokkaita, kun niitä käytetään noin 1-20 paino-%:n tasoilla kuivia kiinteitä aineita tärkkelyksen ja massan seoksessa. Suositeltava käyttötaso on noin 5-10 pai-no-% kuivia kiinteitä aineita seoksessa. On keksitty, että tällaiset silloitetut tärkkelykset pysyvät hyvin paperissa ja että kun niitä käytetään suositeltavilla alle noin 20 %:n lisätyn tärkkelyksen käyttötasoilla, häviävät paperista arkinmuodostusprosessissa, jos polyelektrolyyttiä lisätään seokseen tärkkelyksen lisäyksen jälkeen, yllättävä havainto on, että tällaiset polyelektrolyytit, joita on aikaisemmin käytetty mineraalipigmentin pidättämiseen paperissa, ovat tehokkaita edistämään silloitettujen tärkkelysten pidättämistä. Tällaisia polyelektrolyyttejä voidaan käyttää noin 0,01-1 %:n tasolla ja mieluummin noin 0,025-0,1 paino-%:n tasolla raaka-aineen kuiva-painosta. Polyelektrolyytti lisätään massaan prosessin kohdassa, joka on silloitetun tärkkelyksen lisäyksen jälkeen.

Tämän keksinnön prosessissa käytetyt polyelektrolyytit voivat olla niitä, joita paperinvalmistajat käyttävät höytälöintiaineina 9 63083 tai apuaineina parantamaan pigmenttien pidättämistä paperissa.

Ne voivat olla joko anionisia tai kationisia. Esimerkkejä niistä, jotka ovat sopivia, ovat akryyliamidipöhjäiset kopolymeerit, joita myy Hercules Corporation, Wilmington, Delaware, kauppanimellä Reten; ne, joita myy Nalco Chemical Company, Oak Brook, Illinois, kauppanimellä Nalco, ja ne, joita myy Betz Laboratories, Trevose, Pennsylvania, kauppanimellä Betz.

paras polyelektrolyytti käytettäväksi määrätyssä paperinval-mistussysteemissä määritetään seuraavalla menetelmällä:

Britt Dynamic-vedenpoistotölkkiin, jota toimittaa Paper Research Material Co., 770 James St. Apt. 1206, Syracusa, N.Y. 13203, asetetaan 500 ml valmistettua raaka-ainetta. Seosta sekoitetaan nopeudella 700-800 rpm 15 sekuntia ennenkuin vaadittu määrä poly-elektrolyyttiä lisätään. Seosta sekoitetaan vielä 10 sekuntia, ennenkuin kiinnike avataan ja 1Q0 ml suodosta otetaan talteen. Suodos, tarvittaessa laimennettuna asetetaan sähköfotometriin ja prosentuaalinen läpäisevyys määritetään aallonpituudella 425 nyu. Polyelektrolyytti, joka antaa suurimman läpäisevyyden tässä kokeessa, on paras polyelektrolyytti käytettäväksi kulloinkin testatussa systeemissä .

Tämän keksinnön erillisessä toteutusmuodossa on keksitty, että tämän keksinnön tärkkelyksiä voidaan ruiskuttaa märälle paperi-radalle paperin valmistusprosessissa. Tällä menetelmällä valmistetuilla papereilla on erinomaiset pintaominaisuudet verrattuna pinta-viimeisteltyjen paperien ominaisuuksiin. Tällä prosessilla vältetään myös erillisen pintaviimeistelyvaiheen tarve siihen liittyvine kosteuden lisäyksineen ja tarpeineen edelleen kiivata tuote.

Seuraavat esimerkit kuvaavat tarkemmin tämän keksinnön käytäntöön soveltamista. On kuitenkin ymmärrettävä ettei keksintö rajoitu alla annettuihin esimerkkeihin.

Esimerkki I

Valmistettiin silloitettuja tärkkelyksiä käyttäen 400, 800 ja 1600 mikromoolia fosforioksikloridia yhtä moolia kohti kaupallista maissitärkkelystä. Paperikäsiarkkeja valmistettiin yhdistämällä niihin näitä silloitettuja tärkkelyksiä seuraavalla menettelyllä. Tärkkelystä keitettiin kuumentamalla sekoitettua 5 %:sta lietettä vedessä 15 minuuttia 95-100°C:ssa. Tärkkelysliete lisättiin 63083 10 paperimassaan, joka oli valmistettu valkaistun lehtipuun ja havu-puuvoimapaperimassan 50/50-seoksesta. Massa sisälsi myös alumiini-sulfaattia suhteessa 2 paino-% kuivatusta massasta. Tähän lisättiin 0/1 % kokonaiskuivapainosta laskettuna polyelektrolyyttiä Reten 421. Massalietteen pH säädettiin arvoon 4,5 rikkihapolla ennenkuin tärkkelys lisättiin. Laimeaa massalietettä, joka sisälsi suunnilleen 3 paino-S kiinteitä aineita, käytettiin paperikäsiarkkien valmistukseen käyttäen Williams-arkkikonetta neljän arkin sarjalle, joka muodostettiin jatkuvasti, puristettiin ja kuivattiin. Sokeita arkkeja valmistettiin käyttäen samaa massa-alumiinisulfaattikoostumusta lisäämättä lainkaan tärkkelystä. Puhkaisulujuus (Mullen-pistettä), kriitillinen vahaläpäisy ja K & N musteen kestokokeet mitattiin TAPPI-menetelmillä (Technical Association of the Pulp and Paper Industry 360 Lexington Avenue, New York, N.Y. 10017) T 403 ts-63, T 457 su-65 ja UM 413 tässä järjestyksessä. Tulokset on koottu taulukkoon I.

Tämä esimerkki osoittaa, että keitetyn, silloitetun tärkkelyksen lisääminen paperimassaan parantaa paperin kuivalujuutta, vaha-läpäisyä ja musteen kestoa.

Taulukko I

Paperikäsiarkin ominaisuudet 10 % silloitettua tärkkelystä -90 % valkaistua sekavoimapaperimassaa

Tärkkelys3^MullenKriitilli- K & N

puhkaisu- nen vahan Musteen lujuus läpäisy kesto _(pts)_(b)____ 400 mikromoolia P0CL-. sisältävä XL maissi 18,5 16 55,1 800 mikromoolia POCl^ sisältävä XL maissi 13,0 10 57,0 1600 mikromoolia POC1, sisältävä XL maissi 11,5 9 58,5 400 mikromoolia POC1., sisältävä XL vahamai- nen maissi 18,5 16 48,3

Sokeat arkit (vertailu) 10,0 7 59,3 a) XL = silloitettu Vähintään kahdella arkilla suoritetun määrityksen keskiarvo c)

Kolmen määrityksen keskiarvo 11 63083

Esimerkki II

Esimerkin I menettely toistettiin käyttäen silloitusainetta valittu määrä antamaan tärkkelys, jonka CSV on suositeltavalla alueella. Käytetyt silloitusaineet olivat epikloorihydriini, natrium-trimetafosfaatti ja fosforioksikloridi. Tärkkelyksiä käytettiin 10 %:n määrä kuten esimerkissä I. Tulokset esitetään taulukossa II.

Tämä esimerkki osoittaa, että eri silloitusaineet ovat yhtä tehokkaita tuottamaan silloitettuja tärkkelyksiä, jotka parantavat paperin ominaisuuksia.

Taulukko II

Paperinkäsiarkin ominaisuudet Tärkkelys Mullen Kriitillinen vahan

Silloitus CSV puhkaisu- läpäisy (a) reagenssi (ml/g) lujuus _(pts)_

Ei lainkaan il 8

Fosforioksikloridi 14 22 16

Natriumtri- metafosfaatti 14 22 16

Epikloorihydriini 11 22 16

Vähintään kahdella arkilla tehtyjen määritysten keskiarvo. Esimerkki III

Kokeet suoritettiin koepaperikoneella käyttäen paperiraaka-ainetta, joka oli 50 %:sesti valkaistun lehtipuuvoimapaperimassan ja 50 %:sesti valkaistun havupuuvoimapaperimassan seosta jauhettuna 450 ml:an Canadian-standardi-jauhatusasteeseen. Vahvistettua hartsi-viimeistelyainetta (1 %) ja alumiinisulfaattia (2 %) lisättiin massan jauhimessa. Tärkkelystä keitettiin vedessä käyttäen panoksia, joissa oli 9,1 kg tärkkelystä ja 143 kg vettä. Keitettyä tärkkelystä ja massaa sekoitettiin yhdessä koneen kammiossa 2 %:n raaka-aine-konsistenssilla kuivapainosta laskettuna. Paperikonetta ajettiin nopeudella 27,4 m/min käyttäen 72,6 kg/h massaa neliöpainoltaan 66,6 2 g/m :n paperin valmistamiseksi. 0,75 %:n Reten 421-valmisteen, anio- 63083 12 nisen polyelektrolyytin vesiliuos lisättiin pystyputkeen juuri ennen siipipumppua. Lisäysmäärä oli sellainen, että se antoi polyelektrolyytin kuivapainosta 0,05 % väkevyyden kaikista kiintoaineista laskettuna. Kaikki paperi kalanteroitiin kolmella kiilloitus-telalla paperikoneen kalanteripylväässä.

Pintaviimeistelty vertailupaperi valmistettiin käyttäen subs-tituutioasteeltaan 0,07 olevaa ja valuvuudeltaan 80 olevaa hydroksi-etyylitärkkelystä levitettynä pintaviimeistelynä. Tätä keitettiin 15 %:n pitoisuudella kaupallisista kosteista kiinteistä aineista laskettuna ja laimennettiin 10 %:n kiintoainepitoisuuteen viimeistely-puristimella tapahtuvaa levitystä varten. Saatiin tämän tärkkelyksen 4 %:nen jäämä paperiin. Kokeiden tulokset esitetään taulukossa III.

IGT-painettavuuskoe suoritettiin TAPPI-menetelmän T499-su-64 mukaan. Huokoisuus- tai tasaisuuskokeet suoritettiin TAPPI-menetelmien T 460 m-49 ja 479 sm -48 mukaan tässä järjestyksessä ja niissä käytettiin Gurley-Hill S-P-S Tester-laitetta, valmistaja Gurley Testing Instruments, Trony, New York. Paperiin jääneen tärkkelyksen määrä määritetään seuraavasti:

Valmistetaan CaCl2-liuos liuottamalla 540 g CaCl2’2H20 veteen ja laimennetaan 1 litraksi. Säädetään ominaispaino arvoon 1,30 16°C:ssa vedellä. Säädetään pH arvoon 1,8 jääetikalla.

Valmistetaan U02(C2H202)2~liuos liuottamalla 10 g UC>2 (C^H^C^) 2. 2H20 80 ml:aan vettä ja 20 ml:aan jääetikkaa. Vältetään lämmittämästä yli 60°C:en. Laimennetaan 100 ml:lla CaCl2-liuosta.

Punnitaan tarkalleen 2 g:n näyte paperia, joka on leikattu 2 noin 1 cm :n palasiksi. Liuotetaan 10 ml:aan vettä 250 ml:n keitto-lasissa. Lisätään 60 ml CaCl2~liuosta ja keitetään voimakkaasti 30 minuuttia silloin tällöin sekoittaen. Lisätään tarpeen mukaan vettä vakionestetason ylläpitämiseksi. Siirretään kvantitatiivisesti jäähtynyt seos 100 ml:n Kohlrausch-kolviin, joka sisältää 10 ml U02 (C2H.j02) 2~liuosta. Laimennetaan haluttuun tilavuuteen CaCl2-liu-oksella. Suodatetaan omalla painollaan 18,5 cm:n pidättävän paperin läpi kuivaan kolviin heittäen pois ensimmäisen osan suodoksesta. Määritetään näytteen optinen kiertokyky 2-dcm:n polarimetriputkessa.

...... „ Kiertokulma asteissa x 100 x 100

Tarkkelys-% = - 2 dcm x 203 x näytteen paino (g) jossa 203 = puhtaan maissitärkkelyksen ominaiskiertokyky.

13 63083 Tämä esimerkki osoittaa, että kun tämän keksinnön keitettyjä, silloitettuja tärkkelyksiä lisätään paperimassaan, ne antavat paperia, jonka ominaisuudet ovat yhtä hyvät tai paremmat kuin pinta-viiveistellyllä paperilla. Ne osoittavat myös, että tämän keksinnön tärkkelykset jäävät hyvin paperiin, kun niitä lisätään massaan poly-elektrolyytin kanssa.

63083 14 . , l

*|j« A

BeftSi * 3 ·· VO rH cn rH 5»i

on C 00 C > * -P O O <N

H E W <D VO Γ' P) Γ' +J ο«Ρ O 00 00

(OOyCffi rH <N I—I iN fH Q) I I I rH

W TO $ .2 -P cn

«3 O an <D p TO

Eh m £ m m t3 rH

•η <u

cu X

|| 'jg· π) & to c Ϊ :¾4 P tn g Httjr-lvocyiinvovo -P -H 3 in m m o in »-h -P - - - - - 0):(0 03 cm i—i <n ro in tn όίβονίιηοοοί''

KrH rH rH rH 3 β O 'H <N Γ0 lii 03 Γ-

_ Enn' _ H

nJ rl E c 3 •h 8 0¾

H o m in in o Q o :H S

> ro o cn rH <n 3 o :m Φ i-HrHrHi-H 53 h g w 3 S i, Tr oo m vo

0)y - -·» OO

0)3 r\j Γ' vo ro m -ro ·· >H oj ro in

X EC -o* rorororo < G

Ξ f S ». i';’.". 3 A S , H o' rorororo jlj 2 jlj Th h >i tn TO tn +> O :d tn ^ tn $ & g -s rl s 3 -i g I « ^-h eh ” σ Ί- £ 1- § o C 3 <N 00 00 00 00 O X >

S 03 '"H 1—I rH i—t rH Ό* ,10 <N H

C rH '—I (0 (O

rj (Q -H -H

rH ·Η ·Η *H rH ,ίς

rH rH rH rH O M

•H — OfiOQO)

P O <Ö ^ Q .S X

•H ύ > P h>

HÖH cn M ro G

u ·· -h cn vo oo oo co O n uh ω )2 G > Ή rHrHi-HrH (ÖO (θ8 jj) _ •g 8 ξ g

h -ro (0 -Rl -h d *H

.tn H rH TO 2 c -h tn - h - o to tn tSdg^-N o n1 h m n1 tn o tn Q Sd)

Hi S ti) - ' v ' ' SQ >iS _ X

rjo-n+l oo m vo in r- ή£ γη n c _

3 O 3 ^ rH (N (N N (N 0)0 d)H g G

¥ gr, H lo t» ί tn (3 ω ω -P _ o _ o 3 -h

>i (OO EH 3030 U

aJ ** 3 Ä ^ tl1-1 TA I

| 3g 8^¾¾ b$ s§to II

Ή Hi -μ-Ρ rH rH -H 5(8 -H TO -P C 3

:nj q t3 h O-PtnJO-PtnSgJ

EH -H® -HO) Hf43 5

W'-'P-I-P rj >i jn rH rH jjj rH

•H .(fl -H .(0 0) ly Q

00 cnp2rHcnj2^:«« <* c rH cn ro n· in "(0 3 33 63083 15

Esimerkki IV

Valmistettiin käsiarkkeja käyttäen 50 % valkaistua lehtipuumassaa ja 50 % valkaistua havupuuvoimapaperimassaa. POCl^illa silloitettua tärkkelystä, jonka CSV oli 14, lisätään 7 %:n määrä kuivapainona tärkkelys-massaseoksesta. Raaka-aine sisälsi myös 1 paino-% kuivana laskettuna hartsia ja 2 paino-% kuivana laskettuna alumiinisulfaattia ynnä pienen määrän polyelektrolyyttiä, joka lisättiin laimeaan liuokseen. Tärkkelyksen pidätys ja käsiarkin ominaisuudet esitetään taulukossa IV.

Nämä tulokset osoittavat, että sekä anioniset että kationiset polyelektrolyytit lisäävät tämän keksinnön tärkkelysten pidätystä paperiin. Näillä lisäaineilla valmistetulla paperilla on paremmat pintaominaisuudet mitattuna kriitillisenä vahan läpäisynä, kuin paperilla, joka on valmistettu ilman näitä lisäaineita.

Taulukko IV

Käsiarkin ominaisuudet ja tärkkelyksen pidätys käyttäen polyelektro-lyyttejä

Polyelektrolyytti_

Nimi Varaus % raaka- Pidätetty Mullen Kriitillinen aineessa tärkkelys puhkaisu- vahan läpäisy (kuivana) (%) lujuus (a) __.

Ei lainkaan - - 60 22,2 14

Reten 421 Änioninen 0,05 89 21,2 18

Betz 1215 L Änioninen 0,10 85 20,1 18

Betz 1225 L Änioninen 0,10 83 20,7 16

Nalco 625 Änioninen 0,10 86 21,7 18

Nalco 7 PD

095 Kationinen 0,10 71 22,8 16

Betz 1260 Kationinen 0,10 80 23,8 18

Sokeat arkit (ei tärkkelystä) 15,2 9 Vähintään kahdella arkilla suoritettujen määritysten keskiarvo.

63083 16

Esimerkki V

Valmistettiin paperikäsiarkit massaraaka-aineesta, joka sisälsi 50 % valkaistua lehtipuuvoimapaperimassaa ja 50 % valkaistua havupuuvoimapaperimassaa. 0,25 %:sta tärkkelyksen dispersiota vedessä ruiskutettiin märälle käsiarkkiradalle, kun se oli vielä viiralla. Materiaalia ruiskutettiin paperille riittävästi 2 paino-%:n tärkkelyksen kokonaislisäyksen saamiseksi kuivista kiinteistä aineista laskettuna. Kuivattujen arkkien ominaisuudet esitetään taulukossa V.

Nämä tulokset osoittavat, että kun tämän keksinnön silloitettua tärkkelystä ruiskutetaan paperiradalle, se antaa lopulliselle paperille erinomaiset pintaominaisuudet mitattuna kriittisenä vahan läpäisynä.

Taulukko V

Tärkkelysten ruiskutus paperikäsirakeille Tärkkelys Dispersio- Mullen- Kriitillinen .

menetelmä puhkaisu- vahan läpäisy lujuus (pts) P0C1--silloitettu Keitetty 13,8 14 (CSV = 14) 100°C:ssa

Juoksevuus 80, Keitetty 11,0 5 hydroksietyyli 100°C:ssa

Juoksevuus 80, Lietetty 12,2 10 hydroksietyyli

Modi f ioima ton Lietetty 13,8 8 maissi

Ei lainkaan - 10,2 3 Vähintään kahdella arkilla suoritettujen määritysten keskiarvo.

Claims (10)

17 63083

1. Menetelmä paperin valmistamiseksi, tunnettu siitä, että se käsittää vaiheet, joissa: a) lisätään keitetyn, silloitetun tärkkelyksen vesisuspensio, jonka keitetty, paisunut tilavuus on noin 4 ml/g - 25 ml/g, selluloosamassan vesisuspensioon; b) lisätään polyelektrolyyttiä tärkkelys-massaseokseen; c) muodostetaan paperi sanotusta massan, tärkkelyksen ja polyelektrolyytin seoksesta.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sanottu silloitettu tärkkelys muodostaa noin 1-20 paino-% tärk-kelys-massaseoksesta kuivista kiinteistä aineista laskettuna.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vähintään noin 80 paino-% massaan lisätystä silloitetusta tärkkelyksestä jää paperiin.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, . että sanottu polyelektrolyytti muodostaa noin 0,01-1 paino-% sanotusta massan, tärkkelyksen ja polyelektrolyytin seoksesta kuivista kiinteistä aineista laskettuna.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sanottu polyelektrolyytti koostuu anionisesta tai ka-tionisesta akryyliamidipohjäisestä kopolymeerista.

6. Märkäpään paperilisäaineseos, tunnettu siitä, että se sisältää: a) keitetyn silloitetun tärkkelyksen vesiliuosta, jonka keitetty, paisunut tilavuus on noin 4-25 ml/g; ja b) polyelektrolyyttiä.

7. Patenttivaatimuksen & mukainen seos, tunnettu siitä, että polyelektrolyytti koostuu anionisesta tai kationisesta akryyliamidipoh jäisestä kopolymeerista.

8. Paperi, jolla on parantuneet pintaominaisuudet, tunnettu siitä, että se sisältää selluloosakuitua, keitettyä, silloitettua tärkkelystä, jonka keitetty, paisunut tilavuus on 4-25 ml/g, ja polyelektrolyyttiä. 63083 18

9. Menetelmä paperin valmistamiseksi, tunnettu siitä, että ruiskutetaan keitetyn, silloitetun tärkkelyksen vesisuspensiota, jonka keitetty, paisunut tilavuus on noin 4-25 ml/g, mä-rälle paperiradalle paperinmuodostusprosessissa ja kuivataan tämä paperirata.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että märkään paperirataan lisätty keitetyn, silloitetun tärkkelyksen määrä on noin 2 paino-% raaka-aineesta kuivapainona laskettuna.