FI65077B - Fyllmedelskompositioner foer tillverkning av papper - Google Patents

Description

ESr^l [Bl «dKuulwtusjulkaisu lJ ' ; UTLÄGGN I NGSSKRIFT 65 0 // (51) Kv.tk.3/lm.a3 C 09 c 5/10, D 21 H 3/78 SUOMI —FINLAND (21) P»c*nttlh*l(*mui — Pw«fit»n»eknln| 753099 (22) H*k«mt*p<M —Anseknlngad·! 05 · H- 75 (23) AlkupWv*—Glltl|h«tsdaf 05-11-75 (41) Tullut Julkkuksl — BlWIt ofTwttllg l6. 05-76

Patentti· ja rekisterihallitus (44) NUtttvftkilpanon jt kwL|ulluJ*un pvm. — 30 11.83

Patent och regtsterstyrelsen Ansekan utltgd oeh utUkrlton publkand (32)(33)(31) Pyyrfuttr ucuolkwt—Bugird prlorltst 15-11-7^

Iso-Britannia-Storbritannien(GB) ^9657/7** (71) The Associated Portland Cement Manufacturers Limited, Portland House,

Stag Place, London SW1E 5BJ, Iso-Britannia-Storbritannien(GB) (72) Leslie Edward Shiel, Gravesend, Kent, Iso-Britannia-Storbritannien(GB) (7*+) Berggren Oy Ab (5*0 Täyteaineseoksia paperin valmistusta varten -

Fyllmedelskompositioner för tillverkning av papper

Esillä oleva keksintö koskee täyteaineina paperin valmistuksessa käytettäviksi tarkoitettuja seoksia, jotka sisältävät pigmentti-komponentin, kuten savea, litoponia, bariumsulfaattia, titaanipig-menttejä, talkkia ja kiiltovalkoista (satin white), tai kalsiumkarbo-naattia, esimerkiksi liitujauhetta, sekä tärkkelysfosfaattia ja retention apuainetta. Tällaiset mineraali-täyteaineet sisällytetään paperimassaan erilaisten paperityyppien valmistusta varten. Täyte-ainemäärän suhteen selluloosamäärään suuretessa saadun paperin läpinäkymättömyys paranee, mutta sen lujuusominaisuudet pyrkivät huononemaan, ja lisäksi täyteaineet pyrkivät häviämään muodostetusta mä-rästä paperirainasta valutetun veden mukana, niin että on tavallista lisätä nk. pidätystä edistäviä aineita. Nämä ovat normaalisti suurimolekyylisiä polymeerejä, joilla on taipumus höytelöidä yhteen täyteainehiukkaset ja selluloosakuidut.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on saada aikaan täyteaineseos, jolla on entistä parempi kyky höytelöityä kuiduille ja joka tekee mahdolliseksi saavuttaa entistä suurempia täyteaine- eli pigmentti-pitoisuuksia paperissa lujuus-, optisten ym. ominaisuuksien kärsimättä .

2 65077

Keksintöä voidaan soveltaa paitsi tavanomaisten liimausjärjestelmien yhteydessä, joissa käytetään alunaa, myös aikalisissä ja neutraaleissa liimausjärjestelmissä.

Liitujauheiden tapauksessa on esiintynyt suurta kiinnostusta niiden käyttömahdollisuuteen täyteaineena paperin valmistuksessa, niiden halvan hinnan ja helpon saatavissaolon johdosta. Eräänä tekijänä, joka on tehnyt nämä liitujauhe-täyteaineet kelpaamattomiksi happamis-sa järjestelmissä, on kuitenkin ollut niiden alttius hapon haitalliselle vaikutukselle, tavallisesti tuloksena paperintekijän alunan käytöstä, josta seurauksena on liimausasteen aleneminen ja monia muita haitallisia sivuvaikutuksia.

Tästä syystä on ehdotettu monia menetelmiä tähän tarkoitukseen käytettyjen liitujauheiden suojelemiseksi käsittelemällä niitä orgaanisilla aineilla, jotka jossakin määrin pystyvät estämään hapon vaikutusta liitujauheeseen paperinvalmistusprosessin aikana. Monia orgaanisia aineita on ehdotettu tätä tarkoitusta varten, muun muassa tärkkelyksiä, alginaatteja ja vesiliukoisia polyakrylaatteja. Brittiläisessä patenttijulkaisussa 11555/73 on selitetty tärkkelysten, vesiliukoisten aluminaattien ja polyakrylaattien synergistinen vaikutus liitujauheelle paperijärjestelmässä käyttöä varten aikaansaadun suojauksen asteeseen.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on lisäksi saada aikaan täyte-aineseos, joka sisältää hapon vaikutukselta suojattua pigmenttiä, joka on halvempaa sen käytön vaatimiin työ- ja pääomakustannuksiin nähden kuin tähän mennessä käytetyt pigmentit.

Edelleen keksinnön tarkoituksena on saada aikaan uudenlainen ja entistä parempi pigmentistä ja sen pidätystä edistävästä aineesta koostuva täyteaineseos.

Nyt on yllättäen todettu, että määrätyt tärkkelysfosfaatit voivat parantaa sellaisten pigmenttien kuin liitujauheiden, jotka muuten ovat alttiita hapon vaikutukselle, hapon kestokykyä, ja että eräillä seoksilla, jotka sisältävät tärkkelysfosfaatteja ja pigmenttejä, on paperinvalmistuksessa edulliset, entistä paremmat liukoisuus- ja höytelöitymis-om i nai suudet.

3 65077

Eräitä tärkkelysfosfaatteja on tähän mennessä käytetty paperiteollisuudessa pääasiassa paperin päällystyssovellutuksissa veteen liukenemattomien päällysteiden aikaansaamiseen, mutta pienessä määrin myös märkäpään lisäaineena lujuuden, vahan tartunnan ja täyteaineen pidätyksen parantamiseksi (Paper Trade J. 14J5, n:o 28, 48, 51 (1961)). Niitä on sovellettu myös paperinvalmistukseen tärkkelyksen sijasta ja yhdessä happamiin systeemeihin sopivien pigmenttien kuten esimerkiksi titaanidioksidin kanssa (US-patenttijulkaisu 3 132 066).

Esillä olevan keksinnön mukaan saadaan aikaan paperissa käytettävä täyteaineseos, joka sisältää pigmenttiä, tärkkelysfosfaattia, ja orgaanista, polymeeristä pidätyksen apuainetta ja jossa tärkkelysfos-faatti on vesiliukoinen, fosforihapon tai sen suolan monoesteri tai diesteri ja jonka substituutioaste on vähintään 0,002 sidottuna fosforina ilmaistuna, ja että koostumuksessa on tärkkelysfosfaatin ja orgaanisen polymeerisen retentioapuaineen yhteispaino, kiintoaineena laskettuna, 0,1 % pigmentin painosta ja orgaaninen polymeerinen pi-dätysapuaine edustaa 0,1-25 %t kiintoaineena laskettuna, tärkkelys-fosfaatin ja pidätysapuaineen yhteispainosta.

Seosta käytetään sellaisenaan paperin valmistuksessa, so. seoksen ainesosat yhdistetään seokseksi, ja mieluimmin vesidispersioksi, ennen kuin se lisätään paperikuituja sisältävään väliaineeseen.

Tärkkelysfosfaatteja on selitetty esimerkiksi teoksessa "Strach: Chemistry and Technology", Volume 3, Academic Press, 1967, Ch.XIV, ja yleisesti sanottuna ne ovat fosforin happojen tärkkelysestereitä ja käsittävät myös näiden estereiden metallisuolat, kuten fosforihapon tärkkelys-monoestereiden dikaliumsuolat, jotka on saatu käyttämällä vesiliukoisia metallifosfaatteja tärkkelysestereiden valmistuksessa.

Esillä olevan keksinnön yhteydessä kyseeseen tulevat tärkkelysfos-faatit ovat hapon monoestereitä ja diestereitä ja ovat vesiliukoisia, ja ne fosforin hapot, joista ne on johdettu, ovat yleensä mutta ei yksinomaan ortofosfori-, pyrofosfori- ja tripolyfosforihapot. Mitä tahansa tärkkelystä, raakana tai modifioituna tai johdosmuodossa, hyytelömäisessä tai rakeisessa tilassa, voidaan käyttää tärkkelys-fosfaatin valmistukseen, raakojen tärkkelysten lisäksi esimerkiksi laihoja koittoUirkkelyksiä, dekstriinejä ja tärkkelysjohdoksia, kuten muitakin eettereitä ja esteroitä kuin fosfaatteja, kunhan niissä on vähintään yksi vapaa hydroksyyliryhmä. Tärkkelystyyppi ei ole rajoitettu; esimerkiksi sopivat viljatärkkelykset kuten maissitärkkelys.

“ 65077

Ensisijaisesti sopivien tärkkelysfosfaattien substituutioaste (DS) on 0,002 - 1,0 sidottuna fosforina, jolloin korkeammat DS-arvot ovat sopivimpia vesiliukoisuuden ja sen suojausasteen kannalta, jonka ne pystyvät antamaan hapolle herkälle täyteaineelle eli pigmentille. DS on määritelmän mukaan fosforin paino näytteessä prosentteina, jaettuna fosforin painolla prosentteina (12,8) tärkkelysfosfaatissa, jonka DS on 1,0. Tärkkelysfosfaatteja voidaan käyttää yksinään tai yhdessä tärkkelysten, esimerkiksi anionisten, kationisten tai holanteritärkke-lysten, tai muiden polymeerien kanssa.

Orgaaninen polymeerinen pidätys-apuaine on sellaisenaan tunnettua tyyppiä, ja erityisen sopivia ovat polyakryyliamidi- tai polyamidi-tyyppiset aineet. Käytetyillä pidätys-apuaineilla on se vaikutus, että ne tekevät täyteaineseoksen höytelöityväksi. On todettu, että tärkkelysfosfaatin ja pidätys-apuaineen välillä on jossakin määrin keskinäistä vaikutusta, mitä tulee niiden substantiivisuuteen paperi-kuituihin nähden.

Täyteaineseoksen pigmenttikomponentti sisällytetään seokseen siinä tilassa, esimerkiksi hiukkaskokoon nähden, ja sillä tavalla, joka on normaali paperin valmistuksen yhteydessä tunnetussa tekniikassa. Seoksen kolme olennaista ainesosaa, olkootpa ne jo liuotettuina tai dispergoituina veteen tai ei, saatetaan yhteen siinä muodossaan ja lisätään paperinvalmistusmassaan täyteaineena sellaisin määrin, että paperiin saadaan haluttu täyteainepitoisuus.

Tärkkelysfosfaatin ynnä orgaanisen polymeerisen pidätys-apuaineen yhteismäärä kiintoaineena laskettuna on 0,1 - 20 %> mieluimmin 2 -10 paino-? pigmenttikomponentista. Orgaanista polymeeristä pidätys-apuainetta on kiintoaineena laskettuna mieluimmin 0,1 - 25 % tärkkelysfosfaatin ja pidätys-apuaineen yhteispainosta.

Pigmenttien haponkestävyys tässä yhteydessä voidaan määrittää seuraa-valla menetelmällä. 480 g tislattua vettä pannaan 600 ml dekanteri-lasiin, ja 22,5 ml 5 % alunaliuosta lisätään byretistä. Liuokseen pannaan pH-elektrodi ja liuosta hämmennetään jatkuvasti. 10 g 35 % kiintoainetta sisältävää testattavan pigmentin lietettä punnitaan matalaan astiaan. Alunan vesiliuoksen alku-pH merkitään muistiin pH0:na ja liete kaadetaan sitten dekanterilasiin ja matala-astia huuhdellaan 10 ml : 11 a tislattua vettä. pH-arvo, pH^., merkitään muistiin 16 sekunnin väliajoin, ja pH^/pHQ merkitään ajan funktiona; 5 65077 mitä pienempi pH:n suurenemisnopeus on, sitä parempi on näytteen haponkestävyys.

Liitujauheiden, joita oli käsitelty lisäämällä niihin keksinnön mukaisesti tärkkelysfosfaattia ja pidätysapuainepolymeeria, haponkestävyys määritettiin edellä selitetyllä menetelmällä, ja tulokset osoittivat, että näin suojatun liitujauheen pH:n suurenemisnopeus oli samanlainen, ellei parempikin kuin jauheiden, joita oli käsitelty ennestään tunnetuilla suoja-aineilla kuten tärkkelysten ja alginaattien tai polyakrylaattien seoksilla.

Seuraavat esimerkit annetaan keksinnön havainnollistamiseksi. Käytetty tärkkelysfosfaatti oli kylmään veteen liukoista perunatärkke-lys-fosfaattiesteriä ja pidätysapuainepolymeeri oli anionista poly-akryyliamidia.

Esimerkki 1 : Haponkestävyyden vertailu

Seuraavien kolmen täyteaineseoksen haponkestävyys testattiin edellä selitetyllä menetelmällä: A. Liitujauhe-täyteaine; B. Liitujauhe-täyteaine, joka oli suojattu tärkkelys-alginaatti-yhdistelmällä; C. Liitujauhe, joka oli käsitelty 4,4 paino-?:11a liitujauheesta laskettuna keksinnön mukaisella tärkkelysfosfaatin ja pidätys-apuainepolymeerin yhdistelmällä (4 % tärkkelysfosfaattia, 0,4 % polymeeriä).

Saatu pH:n suureneminen, pH^./pH0, on esitetty seuraavassa taulukossa 1.

65077 TAULUKKO 1

pH:n suurenemisnopeus, pHt/pHQ Aika, sek ABC

0 1,0 1,0 1,0 15 1,12 1,07 1,01 30 1,225 1,09 1,05 45 1,355 1,115 1,09 60 1,41 1,155 1,15 75 1,425 1,18 1,19 90 1,435 1,205 1,235 120 1,47 1,28 1,275 150 1,48 1,335 1,29 180 1,51 1,37 1,32 240 1,54 1,4 1,34

Esimerkki 2

Valmistettiin täyteaineseos lisäämällä liitujauheen vesidispersioon vesiliuos, jossa oli 4 paino-# mainittua tärkkelysfosfaattia ja 0,4 paino-# mainittua anionista polyakryyliamidia laskettuna liitujauheen painosta. Tätä seosta käytettiin taulukon 2 mukaiset määrät paperimassassa, jonka sakeus oli 20 # ja joka sisälsi 50 # valkaistua havu-puusellua ja 50 # valkaistua lehtipuusellua, oli jauhettu Schopper-Riegler-asteeseen 25 ja liimattu hartsilla ja alunalla. Muodostetusta rainasta suoritettiin kokeet, jolloin saatiin taulukon 2 mukaiset tulokset. Puhkeamislujuus mitattiin Schopper-Dalen kojeella, katkeamis-pituus Lorentzen & Wettres-koneella ja repeämiskerroin Elmendorf-kojeella, ja kaikki arvot on ilmaistu suhteena paperiaineen painoon.

Tulokset samanlaisista kokeista, jotka suoritettiin paperimassalla, johon täyteaineena oli lisätty pelkkää liitujauhetta, on myös esitetty taulukossa 2.

Taulukko 2

CaCCU- CaCO-z-pi- Pidätys Puhkea- Katkea- Repeä-Täyteaine lisäys, # dättynyt, % # missuhde mispi- mis- tuus kerroin

Esimerkki 2 28,33 14,39 50,79 4,39 6995 816 yksinJaUh° 33,33 14,22 J|2»66 3)49 5945 802

Esimerkki 2 40,72 18,59 45,65 4,19 6846 771 yksinJaUh° 50>00 19,40 38,80 3,30 5552 749

Liitujauheen prosenttimäärä on laskettu paperimassan painosta.

65077 7

Esimerkki 3

Kokeita suoritettiin samoin kuin esimerkissä 2 rainasta, joka oli muodostettu samanlaisesta paperimassasta, mutta jossa keksinnön mukaisena täyteaineena oli kaoliinia yhdessä tärkkelysfosfaatin ja anionisen polyakryyliamidin kanssa, sekä rainasta, jossa vertailun vuoksi täyteaineena käytettiin käsittelemätöntä kaoliinia. Tulokset on esitetty taulukossa 3.

TAULUKKO 3

Kaoliini- Kaoliinia Pidätys Puhkea- Katkea- Repeä-Täyteaine lisäys, % pidätty- % missuh- mispi- misker- nyt, % de tuus roin

Esimerkki 3 29,18 13,9 47,63 3,98 5900 825

Kaoliini 37,50 13,7 56,53 3,56 5880 808

Esimerkki 3 39,83 17,7 44,44 3,86 5768 760

Kaoliini 50,00 18,1 36,20 2,98 5014 741

Claims (4)

8 65077

1. Paperissa käytettävä täyteainekoostumus, joka koostuu (A) mineraalipigmentistä, (B) tärkkelysfosfaatista, ja (C) orgaanisesta polymeerisestä retentioapuaineesta, joka on jokin polyakryyliamidi ja/tai polyamidi, tunnettu siitä, että tärkkelysfosfaatti on vesiliukoinen, fosfori-hapon tai sen suolan monoesteri tai diesteri ja jonka subs-tituutioaste on vähintään 0,002 sidottuna fosforina ilmaistuna, ja että koostumuksessa on tärkkelysfosfaatin ja orgaanisen polymeerisen retentioapuaineen yhteispaino, kiintoaineena laskettuna, 0,1-20 % pigmentin painosta ja orgaaninen polymeerinen pidätysapuaine edustaa 0,1-25 %» kiintoaineena laskettuna, tärkkelysfosfaatin ja pidätys-apuaineen yhteispainosta.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen seos, tunnettu siitä, että pigmentti on liitujauhe.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen seos, tunnet-t u siitä, että tärkkelysfosfaatin substituutioaste on 0,002-1,0 sidottuna fosforina ilmaistuna.

4. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen seos, tunnettu siitä, että täyteaineseos on vesidispersion muodossa .