FI67417B - Foerfarande foer framstaellning av papper kartong eller papp som innehaoller staerkelsefibrer - Google Patents

Description

RSr^l [B] (11)KUULUTUSjULKAISU

A lJ ' 7 UTLÄGGN I NGSSKMFT 0/4 I / fSSjB C (45) ΓΛt- ’1 ---3 ^ ^ pi) K*Jk! /tat-CL3 D 21 D 3/00 SUOMI—FINLAND pi) 770870 ,8.03.77 ' ' (23) AtkupUv·—GIMgH«tadaf 18.03.77 (41) Tulta |«ilUMkii — Blhrtt offwitNg 26.09.77

Pfttcntti- ja rekisterihallitut ma νιμμμρμμ μ kuuL|uiiuiwii p*m.—

Patent· och registerstyrelsan 7 AmMmi uthgd odi utLskrtfun p«biicar*d 30.11.84 (32)(33)(31) ryydtttjr «cuoikw*—toglrd prtorkat 25.03.76 USA(US) 670360 (71) National Starch and Chemical Corporation, 10 Finderne Avenue, Bridgewater, New Jersey 08876, USA(US) (72) Henry R. Hernandez, Somerville, New Jersey, Albert N. Barna, Plain-field, New Jersey, Donald S. Greif, Bound Brook, New Jersey,

Douglas S. Thornton, Somerville, New Jersey, USA(US) (74) Leitzinger Oy (54) Tärkkelyskuituja sisältävän paperin, kartongin tai pahvin valmistusmenetelmä - Förfarande för framställning av papper, kartong eller papp som innehlller stärkelsefibrer Tämän keksinnön kohteena on paperin, kartongi" tai pahvin valmistusmenetelmä, jossa kuitumaisen massan vesiliete johdetaan viiran päälle sellaisella tavalla, että vesi poistuu ja tiivistetyistä kuiduista muodostuu arkki, josta puristamalla ja kuivaamalla saadaan lopullinen paperituote.

Paperin valmistuksessa on käytetty erilaisia luonnonkuituja (muita kuin selluloosa) sekä erilaisia synteettisiä kuituja. Millään näillä korvikkeilla ei ole kuitenkaan onnistuttu tuottamaan kaupallisesti kelpaavaa selluloosan korviketta 6741 7 2 johtuen niiden hinnasta, huonoista sitomisominaisuuksista, kemiallisista yhteensopimattomuuksista, vaikeudesta käsitellä paperinvalmistus-systeemeissä jne. Vaikkakin myös tärkkelyskuituja on ehdotettu käytettäväksi paperinvalmistuksen eri osissa, tällaisten kuitujen kaupalliset käyttöyritykset eivät ole lainkaan onnistuneet, ja paperia valmistetaan edelleen melkein yksinomaan puupohjaisista selluloosa-aineksista - joiden varannot ovat nopeasti ehtymässä.

On ilmeistä, että vesipitoisissa systeemeissä, joita normaalisti käytetään paperinvalmistuksen operaatioissa, massan kuitujen on oltava niin vettä kestäviä, että niitä voidaan käyttää kaikissa valmistusprosessin osissa suhteellisen laajalla pH-alueella ilman, että ne menettävät eheytensä. Tässä suhteessa niissä harvoissa viitteissä, joissa on ehdotettu selluloosakuitujen korvaamista tärkkelyskuiduilla (esimerkiksi amerikkalainen patentti 1,682,293), tärkkelystä on muunnettava kemiallisesti niin, että muutetaan radikaalisesti sen luonnossa esiintyviä ominaisuuksia ennen kuidun muodostamista, jotta saataisiin paperinvalmistusprosessissa tarpeellinen vedenkestävyys. Vaihtoehtoisesti muissa viitteissä (esimerkiksi amerikkalainen patentti 2,570,449) itse paperinvalmistusprosessia on muunnettava korvaamalla normaalisti käytetty vesipitoinen systeemi alkoholi-liuottimella, johon tärkkelyskuidut eivät liukene. Tällaisten menetelmien käyttäminen on ymmärrettävästi sekä epäkäytännöllistä että epätaloudellista kaupalliselta pohjalta käytettynä.

Eräs toinen paperinvalmistuksen puoli on, että usein massaan on lisättävä lisäaineita tiettyjen loppuominaisuuksien aikaansaamiseksi. Paperinvalmistuksessa käytetään usein lisäaineita, kuten pigmenttejä, latekseja, synteettisiä mikropallosia, palamista hidastavia aineita, värejä, parfyymejä jne. Näiden lisäaineiden tehokas pidättäminen paperikoneen märkäpäässä tuottaa valmistajalle vaikeuksia, koska se osa, joka ei pidäty, ei aiheuta ainoastaan taloudellisia tappioita vaan myös merkittävän saasteongelman, jos siitä tulee osa laitoksen poistovirtaa. Lisäksi tällaisia lisäaineita lisätään myös alalla yleisesti tunnettujen päällystys- tai kyllästysprosessien avulla. Näissä menetelmissä on tavallisesti kulutettava ylimäärä lämmitys-energiaa paperin esikuivaamiseksi päällystämisen jälkeen. Lisäksi eräissä tapauksissa päällystyssysteemien on oltava liuotinpohjaisia, mikä tuottaa erittäin suuria pääomakustannuksia ja vaatii haihtuvien aineiden talteenoton järjestämistä.

3 67417

Keksinnön tarkoitus on välttää edellä esitetyt epäkohdat ja tuoda esiin käytännöllinen paperivalmistus, jossa selluloosa korvataan osittain tai kokonaan tärkkelyskuidulla. Menetelmässä on tehostettu lisäaineiden, erityisesti veteenliukenemattornien paperin kuituihin kapseloituina liittyvien lisäaineiden pidättymistä ja lisäämistä paperinvalmistuksessa.

Keksinnön tavoitteena on edelleen tuoda esiin tehokas ja taloudellinen menetelmä, jolla sidotaan synteettisiä ja/tai luonnokuituja non-woven-rainamuotoon.

Nämä ja muut niihin liittyvät tavoitteet saavutetaan keksinnön mukaisella menetelmällä, jonka tunnusmerkit on esitetty patenttivaatimuksessa 1. Vaatimuksissa 1-10 on esitetty joitakin keksinnön edullisia sovellutusmuotoja.

Oheisen keksinnön mukaisesti on havaittu, että mainitut ja niihin liittyvät tavoitteet saavutetaan, kun vettä kestävillä tärkkelys-kuiduilla, jotka on valmistettu saostamalla tärkkelyksen kolloidaalinen dispersio koagulointisuolaiuokseen, korvataan osittain tai kokonaan selluloosa ja samanlaiset kuidut normaaleissa paperin ja kartongin valmistusoperaatioissa. Kuituja voidaan käyttää massan jatkeena, keinona, jolla lisäainetta lisätään paperituotteeseen, sideaineena kuitujen sitomiseksi non-woven-rainoiksi tai minä tahansa näiden yhdistelmänä.

Tässä yhteydessä käytettynä nimitys "paperi ja kartonki" käsittää arkkimaiset massat ja puristetut tuotteet, jotka on valmistettu kuitumaisista selluloosamateriaaleista sekä tällaisista kuitumaisista materiaaleista, jotka voivat olla peräisin synteettisistä aineista (kuten polyamidi, polyesteri, rayon ja polyakryylihartsi), mineraalikuiduista (kuten asbesti ja lasi) ja vastaavista.

Tässä yhteydessä käytettynä ilmaisu "normaali paperinvalmistusope- raatio" tarkoittaa menetelmää, jossa puuselluloosakuitujen (jotka on 4 6741 7 jauhettu hollanterissa tai jauhettu tiettyyn kuitujen hydratoitumis-asteeseen ja joihin voi olla lisätty monia funktionaalisia lisäaineita (vesipitoinen liete johdetaan viiran tai samanlaisen laitteen päälle sellaisella tavalla, että poistetaan vesi, jolloin muodostuu tiivistetyistä kuiduista arkki, joka puristamalla ja kuivaamalla voidaan tehdä kuivaksi rullaksi tai arkiksi. Tähän ilmaisuun sisältyy myös tavanomaiset menetelmät, joilla valmistetaan märkä- ja kuiva-laskeutettuja non-woven-materiaaleja.

Oheinen keksintö tuo yhdeltä kannalta esiin toteuttamiskelpoisen, tehokkaan ja taloudellisen menetelmän, jolla jatketaan jo olemassa olevia raaka-ainelähteitä. Lisäksi se antaa paperinvalmistajalle paljon suuremman joustavuuden toiminnoissaan: Hän voi saada tärkkelys-kuituja kuivassa tai märässä kerrosmuodossa ja voi säilyttää niitä myöhempää käyttöä varten tai hän voi liittää tärkkelyskuitujen valmistusprosessin laitokseensa massa- ja/tai paperinvalmistusoperaa-tioidensa integroituna vaiheena.

Oheinen keksintö antaa lisäksi valmistajalle uuden keinon lisätä lisäaineita paperituotteisiin ja samalla lisätä niiden pidättymistä ja siten pienentää taloudellisia häviöitä ja saasteongelmia. Kuten aikaisemmin mainittiin, paperinvalmistuksessa on yleisenä käytäntönä lisätä lisäaineita massassa käytettyjen kuitujen yhteydessä. Tällaisia lisäaineita lisätään, jotta saataisiin paperille tiettyjä muita ominaisuuksia kuin pelkästään kuidun antamat. Tällaisia lisäaineita ovat aineet, jotka toimivat pigmentteinä (esimerkiksi titaanidioksidi) sekä muut aineet, joita lisätään paperiin sellaisten ominaisuuksien saavuttamiseksi kuin parempi valkoisuus, kapasiteetti, sileys, musteenottokyky, palamista hidastava vaikutus, vedenkestävyys, suurempi koko jne. Oheisen keksinnön lisäsuoritusmuotona on havaittu, että kun valmistetaan tärkkelyskuituja niin, että ne sisältävät erilaisia funktionaalisia lisäaineita, ja kun tällaisia kuituja sen jälkeen käytetään vesipitoisessa paperinvalmistusprosessissa, lisäaineiden pidättyminen kasvaa suuresti verrattuna siihen, mikä saadaan aikaan käyttämällä nykyisiä menetelmiä. Suuremman pidättymisen lisäksi lisäaineiden tällaisella 1isäämistavalla on lisäetuna se, että ei tarvitse nojata selluloosakuidun lisäaineen ja flokkulointi-(esimerkiksi aluna) tai muiden pidätysapuaineiden väliseen herkkään varaus tasapainoon. Itse asiassa flokkulointi- tai pidätysapuainetta ei tarvitse käyttää tässä keksinnössä käytettyjen tärkkelyskuitujen kanssa.

6741 7 5

Edelleen on havaittu, että oheisen keksinnön mukaisesti voidaan valmistaa non-woven-rainoja märkä- tai kuivalaskeutetussa muodossa, kun tärkkelyskuituja lisätään rainan sisään, jossa ne toimivat rainan sideaineina. Tärkkelyskuidut voidaan jättää valmiiseen rai-naan tai, jos rainassa käytetty peruskuitu on palamaton, ne voidaan poistaa riippuen halutusta käyttötarkoituksesta.

Oheisen keksinnön kohteena on erityisesti paperin ja kartongin valmistusprosessin parannus, jossa menetelmässä kuitumaisen massamateriaa-lin vesipitoinen liete johdetaan viiran päälle sellaisella tavalla, että saadaan vesi poistetuksi ja tiivistetyistä kuiduista muodostuu arkki, josta puristettaessa ja kuivattaessa saadaan lopullinen paperituote. Menetelmä käsittää vaiheen, jossa käytetään 1 - 100 painoprosenttia massasta tärkkelyskuituina, joiden halkaisija on 10 - 500 mikronia ja jotka on valmistettu suulakepuristamalla tärkkelyksen kolloidaalisen dispersion, jonka kuiva-ainepitoisuus on 5 - 40 painoprosenttia, lankamainen virta liikkuvaan koagulointihauteeseen, joka on koagulointisuolan, joka on valittu ryhmästä, johon kuuluvat ammoniumsulfaatti, ammoniumsulfamaatti, yksiemäksisen ammoniumfos-faätti, kaksiemäksinen ammoniumfosfaatti ja niiden seokset, vesiliuos, joka sisältää koagulointisuolaa ainakin niin paljon, että se riittää tärkkelyksen koaguloimiseen.

Oheisen keksinnön mukainen menetelmä voidaan helposti tehdä sellaiseksi, että sitä voidaan käyttää missä tahansa tavanomaisessa paperin-valmistuslaitteistossa käyttämällä tietyn laitoksen normaaleja menettelytapoja, jolloin ainoa ero on siinä, että selluloosamassa korvataan kokonaan tai osittain tärkkelyskuiduilla.

Käytetyt tärkkelyskuidut voidaan valmistaa eri muunnelmien avulla. Ainoa vaatimus on, että vettäkestävien kuitujen halkaisija on 10 - 500 mikronia, ja että ne saostetaan suulakepuristamalla tärkkelyksen kolloidaalisen dispersion, jonka kuiva-ainepitoisuus on 5-40 painoprosenttia, lankamainen virta sopivaan liikkuvaan koagu-lointisuolaliuokseen.

Käyttökelpoisia ovat kuidut, jotka on valmistettu mistä tahansa luonnossa esiintyvästä tai fraktioidusta tärkkelyksestä. Siten voidaan käyttää viljatärkkelystä, vahamaista maissia, riisiä, tapiokaa, vehnää, perunaa, runsaasti amyloosia sisältävää viljatärkkelystä, 6 67417 kaupallista amyloosijauhetta jne. Suositeltuja ovat luonnossa esiintyvä viljatärkkelys, tapioka ja vahamainen maissi taloudellisuutensa ja saatavuutensa vuoksi.

Tärkkelys-kuiva-aineen konsentraatio dispersiossa tulisi olla noin 5-40 paino-%. Vaikkakin voidaan käyttää korkeampia tärkkelvskuiva-ainekonsentraatioita saadut dispersiot tulevat hyvin viskooseiksi ja niiden käsittelemiseksi tarvitaan erityislaitteita. Dispersioissa käytetyt konsentraatiot vaikuttavat kuitenkin valmiin kuidun ominaisuuksiin ja haluttuun lopputarkoitukseen. Esimerkiksi tärkkelyskuitu-jen, jotka on valmistettu kuiva-ainepitoisuudeltaan 5 %:sista dispersiosta, on havaittu olevan erityisen hyödyllisiä glassiinipapereiden tai rasvanpitävien paperin valmistuksessa, kun taas tärkkelyskuitujen, jotka on valmistettu kuiva-ainepitoisuudeltaan 15 %:sista dispersioista, on havaittu sopivan paremmin käytettäväksi huokoisemmissa papereissa, kuten suodatinpaperissa.

Kulloinkin käytetty tärkkelys on käytettävä kolloidaalisena dispersiona. Tämän keksinnön tarkoitusperiä varten nimitys "kolloidaalinen dispersio" tarkoittaa sellaista tärkkelystä dispersiota, joka on oleellisesti rakeetonta ja joka seisottaessa lämpötilassa, jossa sitä on tarkoitus käyttää, osoittaa vain vähän merkkejä geeliytymisestä tai saostumisesta. Tämä dispersiotila voidaan saada aikaan käyttämällä monia erilaisia menetelmiä riippuen käytetystä kyseisestä tärkkelys-pohjasta, halutusta loppukäyttötarkoituksesta ja käytettävissä olevasta laitteistosta.

Kun käytetään luonnontärkkelyksiä, jotka sisältävät erittäin runsaasti amylopektiiniä, kuten vahamaista maissia, sopiva kolloidaalinen dispersio voidaan valmistaa pelkästään keittämällä hyvin tärkkelystä vedessä tarvitsematta käyttää mitään kemiallsia lisäaineita tai modifikaatioita. Useimmissa tapauksissa käytettäessä tärkkelystä, jotka sisältävät amylopektiiniä vähemmän kuin noin 95 %, on toivottavaa kemiallisesti derivoida tai modifioida tärkkelys sen kolloidaalisen dispergoitumisen varmistamiseksi ennen lisäämistä vesipitoiseen systeemiin. Derivointi tai modifiointi suoritetaan niin pitkälle, että se varmistaa halutun kolloidaalisen dispersion muodostumisen vaikuttamatta tärkkelyksen kykyyn myöhemmin saostua. Vaihtoehtoisesti, jos lipeän mukanaololle systeemissä ei ole mitään esteitä, nämä tärkkelykset voidaan disperqoida vesipitoiseen natriumhvdroksi-diin, kaliumhydroksidiin tai muuhun tavanomaiseen alkaliin. Muina 7 6741 7 vaihtoehtoina tärkkelyspohjät voidaan dispergoida myös pienehköön määrään orgaanista liuotinta, kuten dimetyylisulfoksidiin, ja sen jälkeen lisätä veteen tai tärkkelys voidaan dispergoida yhdessä kemiallisen lisäaineen, kuten urean ja/tai paraformaldehydin, kanssa. Tapauksissa, joissa käytetään kaustisointia, käytetyn alkalin määrän on riitettävä dispergoimaan tärkkelys riittävästi. Tyypilliset alka-limäärät natriumhydroksidia käytettäessä ovat 15 - 40 painoprosenttia laskettuna tärkkelyksen painosta.

Tärkkelysdispersiota valmistettaessa tärkkelys lisätään dispergointi-aineeseen ja sekoitetaan voimakkaasti, kunnes saavutetaan kolloidaalisen dispersion tila. Kun kyseessä on tärkkelyksen laimeat dispersiot (so. 5 - 10 % tärkkelyskuiva-ainetta painosta laskettuna) tähän kuluu noin 45 minuuttia. Väkevämmät tärkkelysdispersiot tai eräät tietyt kemiallisesti modifioidut tärkkelyspohjät vaativat pidempiä aikoja ja/tai kohtuullista lämpöä.

Suurin osa tärkkelysdispersioista, mukaanlukien vahamaisen maissin dispersiot ja useimmat kemiallisesti modifioitujen tärkkelysten dispersiot, voidaan jäähdyttää huoneen lämpötilaan ennen koadjulointi-hauteeseen lisäämistä. Muutaman, kemiallisesti vähemmän modifioidun tärkkelyksen tapauksessa on suositeltavaa käyttää dispersiot suurin piirtein niissä korotetuissa lämpötiloissa, joissa ne on valmistettu niin, että tarpeellinen kolloidaalinen dispersio säilyy ja varmistaudutaan tehokkaasta kuidun tuotosta.

Oheisen keksinnön mukaisesti tärkkelyskuituja valmistettaessa käytetty koagulointihaude on vesipitoinen liuos, joka sisältää tiettyjä ammoniumsuoloja valittuna ryhmästä, johon kuuluvat ammoniumsulfaatti, ammoniumsulfamaatti, yksi- tai kaksiemäksinen ammoniumfosfaatti ja niiden seokset. Edellä mainitut funktionaaliset suolat on myös mahdollista yhdistää muiden yhteensopivien suolojen kanssa, jotka muodostavat tärkkelyssakan, jolloin saadaan aikaan tyydyttävä koagu-loituminen ja kuituinen tuote. Tähän tarkoitukseen sopivia suoloja ovat mm. ammoniumpersulfaatti, ammoniumkarbonaatti, ammoniumbromidi, ammoniumbisulfiitti, ammoniumnitriitti, ammoniumnitraatti, ammonium-bikarbonaatti, ammoniumoksalaatti, natrium- ja kaliumkloridi, natrium-ja kaliumsulfaatti. Yleisesti ottaen näiden lisäsuolojen käytöllä ei ole mitään etua, koska koaguloitumisen aikaansaamiseksi mukana on kuitenkin oltava vastaava minimimäärä ammoniumsulfaatti-, -sulfamaat- 6741 7 8 ti- tai -fosfaattisuoloja. Ainoa kerta, jolloin voi olla toivottavaa, että mukana on oleellisia määriä muita suoloja, on se, että käytetään kierrätettyä koagulointihaudetta, jossa on mukana in situ muodostuneita suoloja, kuten jäljempänä on esitetty.

Pienin suolakonsentraatio, joka tarvitaan aikaansaamaan koaguloitu-minen, sekä suositeltu suola tai suolaseos riippuu kyseisestä käytetystä tärkkelyspohjasta. Vahamaisen maissitärkkelyksen tapauksessa on esimerkiksi välttämätöntä, että ammoniumsulfaattia on mukana vähintään 35 painoprosenttia koko liuoksesta, ammoniumsulfamaattia 72 % (kyllästetty), kaksiemäksistä ammoniumfosfaattia 37 % ja yksi-emäksistä ammoniumfosfaattia 40 %. Kun on kysymys vehnätärkkelyksestä tai samanlaisista tärkkelyksistä, jotka sisältävät noin 64 - 80 % amylopektiiniä, suolaa voidaan käyttää vähemmän. Ammoniumsulfaattia tarvitaan tällöin 20 %, ammoniumsulfamaattia 50 %, yksiemäksistä ammoniumfosfaattia 25 % ja kaksiemäksistä ammoniumfosfaattia 30 %. Hybridiviljatärkkelysten tapauksessa, jotka sisältävät vähemmän kuin noin 50 % amylopektiiniä, ammoniumsulfaattia täytyy olla mukana vähintään 15 %, ammoniumsulfamaattia 40 %, kaksiemäksistä ammoniumfosfaattia 25 % ja yksiemäksistä ammoniumfosfaattia 20 %.

On huomattava, että koagulointihauteessa muodostuu alkalisuoloja, kun käytetään kaustisoituja tärkkelysdispersioita. Haluttujen tärkke-lyskuitujen tyydyttävä muodostuminen jatkuu, kunnes muodostuneen suolan määrä on suhteellisen korkea. Muodostuneen suolan sietoraja, jonka yläpuolella kuitujen muodostuminen tulee tehottomaksi, vaihtelee riippuen sellaisista tekijöistä kuin kyseinen käytetty suola, käytetty suolan kuiva-aineen kokonaismäärä, tärkkelyskuiva-aineen konsentraatio dispersiossa, amylopektiinin määrä tärkkelyspohjassa jne. Sen jälkeen, kun tämä suolan sietoraja on määritetty, tasapainotilassa oleva systeemi voidaan saada aikaan tällä maksimitasolla (tai alemmalla) lisäämällä jaksottaisesti, mutta jatkuvasti ammoniumsulfaattia. Esimerkiksi kun dispergointiväliaineena käytetään natriumhydroksidia ja tärkkelys-seos suulakepuristetaan ammoniumsulfaatti-koagulointihauteeseen, muodostuu natriumsulfaattia. Tässä tapauksessa on havaittu, että viljatärkkelyskuitujen (dispersion kuiva-ainepitoisuus 13 %) muodostuminen jatkuu tyydyttävällä tasolla, kunnes hauteessa on enintään noin 70 osaa natriumsulfaattia per 30 osaa ammoniumsulfaattia (liuoksen kuiva-ainepitoisuus 44 %). Tämän tason yläpuolella tärkkelyskui-tujen muodostuminen tulee tehottomammaksi, ja saaduilla kuiduilla on taipumus menettää yksilöllinen eheytensä. Muodostuneen suolan mää- 9 6741 7 rää systeemissä voidaan kuitenkin huomattavasti nostaa ennenkuin kuitujen muodostuminen huononee huomattavasti, kun alkuperäiseen koagu-lointihauteeseen tai hauteeseen kuitujen muodostumisen aikana lisätään pieni määrä epäorgaanista happoa. Edellä kuvatussa esimerkissä niinkin pienen määrän lisääminen kuin 3 osaa rikkihappoa per 100 osaa suolaa alussa käytetyssä koagulointihauteessa johtaa siten sietorajaan, joka on 90 osaa natriumsulfaattia per 10 osaa ammoniumsulfaat-tia, mikä lisää koagulointihauteen ikää.

Kuitujen muodostumisprosessissa käytettyä suolaliuosta voidaan ilmeisesti kierrättää ja käyttää uudelleen kuitujen poistamisen jälkeen. Suolakonsentraation säilyttäminen on kuitenkin tärkeää, erityisesti, kun suolan määrää vähentää kemiallinen reaktio, joka liittyy tärkke-lysdispersion lisäämiseen. Tärkkelysdispersiot, jotka eivät sisällä lipeää, eivät tuota kierrätettäessä tässä suhteessa paljoakaan vaikeuksia paitsi, että suolan kuiva-ainekonsentraatio on säilytettävä. Niissä tapauksissa, joissa käytetään kaustisoituja tärkkelys-dispersioita, tapahtuu kuitenkin kemiallisia reaktioita koagulointi-liuoksen kanssa. Esimerkiksi, jos käytetään ammoniumsulfaattia, reaktio johtaa ammoniakkikaasun ja natriumsulfaatin muodostumiseen. Tällaisen systeemin kierrättämistä voidaan pidentää ottamalla ammoniakki talteen happopesurissa ja palauttamalla se systeemiin ammo-niumsulfaattina. Muodostunut natriumsulfaatti voidaan käyttää koagulointihauteessa suolaseoksen osana, kunnes saavutetaan edellä tarkastellut sietorajat, tai niitä voidaan käyttää raaka-aineena massan tai paperin valmistuksen muissa osissa, esimerkiksi sulfaatti-selluloosan valmistuksessa "suolakakun" lähteenä.

Tärkkelyskuituja voidaan valmistaa missä tahansa lämpötilassa, jossa tärkkelysdispersiota voidaan käsitellä. Yleisesti sanoen koagulointi-haude pidetään suurin piirtein huoneen lämpötilassa (20°C) kuitujen valmistuksen aikana, mutta voidaan käyttää kuitenkin niinkin korkeita lämpötiloja kuin noin 70°C. Tietyissä olosuhteissa voidaan käyttää näitäkin korkeampia lämpötiloja, koska ne lisäävät suolan liukoisuutta koagulointihauteeseen, jolloin saadaan väkevämpiä liuoksia. Kun halutaan valmistaa vahamaisesta maissista kuituja käyttämällä koa-gulointiaineena yksiemäksistä ammoniumfosfaattia, on siten suotavaa nostaa hauteen lämpötilaa niin, että suolan konsentraatioksi saadaan noin 40 % (yksiemäksisen ammoniumfosfaatin kyllästymisraja 20°C:ssa on 28 %).

10 6741 7

Keksinnössä käytettyjä tärkkelyskuituja valmistettaessa tärkkelys-dispersio lisätään jatkuvasti tai erinä lankamaisena virtana liikkuvaan koagiMointisuolaliuokseen. Tämä lisääminen voidaan suorittaa joko suolaliuoksen yläpuolelta tai alapuolelta käyttämällä mitä tahansa tavanomaista tekniikkaa. Dispersio voidaan suulakepuristaa laitteen läpi, jöka sisältää vähintään yhden reiän, kuten kehruu-suuttimen, mäntäruiskun tai diureettisyöttöputken läpi. Vaihtoehtoisesti dispersio voidaan poistaa paineenalaisesta putkesta tai letkusta, joka sisältää useita reikiä, ympäröivään suljettuun tilaan, esimerkiksi samankeskiseen putkeen, joka sisältää liikkuvan koagulointi-liuoksen. Voidaan käyttää edellisen ja samantapaisten menetelmien eri muunnoksia, ja kuituja voidaan näin valmistaa joko panosmai-sesti tai jatkuvatoimisesti.

Kummankin suoritusmuodon mukaisesti vesipitoisen suolakoagulointi-liuoksen tulisi liikkua, , kiin tärkkelysdispersio lisätään. Molempien virtauksien suuntaa voidaan käyttää hyödyksi säädettäessä kuitujen pituuksia ja halkaisijoita tai leveyksiä. Jos suolaliuos liikkuu yleisesti ottaen myötävirtaan tärkkelysdispersion virran kanssa, muodostuu pyöreämpiä kuituja, jos tärkkelysdispersio lisätään noin 90° kulmassa suolaliuoksen virtauksen suhteen, muodostuu suhteellisesti litteämpiä kuituja. Yleisesti ottaen suositellaan reikiä, joiden halkaisija on 10 - 500 mikronia tässä yhteydessä tarvittavan kokoisten kuitujen valmistamiseksi. Tässä keksinnössä käytettyjen tärkkelyskuitujen halkaisija (leveys) on 10 - 500 mikronia, ja niiden pituus on yleisesti ottaen 0,1 - 3,0 mm, jos niitä tullaan käyttämään selluloosamassan korvikkeina paperissa. Non-woven-sovellutuksissa voidaan käyttää pidempiä kuituja.

On huomattava, että saatujen kuitujen pituus, poikkileikkauksen koko ja konfiguraatio riippuvat monesta toisistaan riippuvasta parametristä edellä kuvattujen lisäksi. Tärkkelysdispersion viskositeetti, kuiva-ainepitoisuus sekä koagulointiliuoksessa ja/tai tärk-kelysdispersiossa käytetyt komponentit ja niiden suhteelliset vir-tausviskositeetit ovat lisätekijöitä, joita voidaan käyttää ledellä tarkasteltujen parametrien yhteydessä saadun kuidun dimensioiden säätöön.

Tätä ja samanlaisia koagulointimenetelmiä, joissa valmistetaan tässä yhteydessä hyödyllisiä tärkkelyskuituja, on kuvattu vireillä olevassa patenttihakemuksessamme 770869, joka on jätetty oheisen hakemuksen 6741 7 11 kanssa samana päivänä ja joka on esitetty tässä yhteydessä viitteenä, sekä amerikkalaisessa patentissa 2,902,336. Menetelmissä voidaan käyttää myös erilaisia muunnelmia, mikäli lopullinen kuitu on niin vettäkestävä, että sitä voidaan käyttää paperinvalmistuksessa.

Saatu tärkkelyskuitujen vesipitoinen liete tai suspensio voidaan käyttää suoraan johtamalla se massavirtaan, jolloin voidaan valmistaa kuituja ja paperirainaa "in-line" paperia valmistavassa tehtaassa.

Jos tätä suoritusmuotoa tullaan käyttämään, yleisesti ottaen on suositeltavaa ensin pestä kuidut koagulointisuolaa sisältämättömiksi ennenkuin liete johdetaan paperinvalmistusoperaatioon. Vaihtoehtoisesti kuidut voidaan ottaa talteen kuivassa tilassa keräämällä vedestä viiralla tai samanlaisella laitteella. Tämän jälkeen on suositeltavaa liettää kuidut uudelleen vettä sisältämättömään liuottimeen, kuten metanoliin, etanoliin, isopropanoliin, asetoniin tai vastaavaan, johon kuidut eivät liukene. Sen jälkeen kuidut otetaan talteen, esimerkiksi suodattamalla, liuöttimessa ja kuivataan. Veden poistamiseksi voidaan käyttää myös muita menetelmiä, kuten sentrifugointia, flash-kuivausta tai spray-kuivausta. Sen jälkeen, kun kuidut on kuivattu, ne voidaan lisätä uudelleen vesipitoiseen väliaineeseen, jolloin niiden uudelleendispergoitavuus on erinomainen ja ne säilyttävät erillisen, epäjatkuvan rakenteensa. Vaihtoehtoisesti kuidut voidaan ottaa talteen lietteestä, esimerkiksi suodattamalla, pestä ja lisätä veteen kuiva-ainepitoisuuksiin noin 50 % asti ja muodostaa myöhempää käyttöä varten "märiksi levyiksi".

Edelleen on huomattava, että käytetty tärkkelys voidaan kemiallisesti käsitellä muodostuneen kuidun ominaisuuksien muuttamiseksi tai kolloidaalisen dispersion muodostumisen auttamiseksi. Vaihtoehtoisesti tärkkelyskuidut voidaan käsitellä muodostamisen jälkeen niin, että niille saadaan tiettyjä funktionaalisia ominaisuuksia. Tärkkelys voidaan käsitellä kemiallisesti, esimerkiksi aminoetyloimalla, jotta tärkkelys saataisiin dispersioon nopeasti dispergoituvaksi.

Tämä käsittely johtaa myös sellaisen kuidun muodostamiseen, jolla on kationinen varaus vesipitoisessa väliaineessa käytettynä. Samalla tavoin voidaan käyttää tärkkelystä, joka on modifioitu niin, että se sisältää anionisia ryhmiä ja on dispersiossa stabiili ja tuottaa regeneroimisen jälkeen kuidun, jolla on anionisia ominaisuuksia. Kuituja voidaan muuntaa myös muodostamisensa jälkeen niin, että saadaan tiettyjä funktionaalisia ominaisutiksia. Parempi anioninen 6741 7 12 funktionaalisuus voidaan siten saada valkaisemalla kuidut saostamisen jälkeen, mikäli olosuhteet eivät ole niin voimakkaat, että ne tuhoavat kuidut. Kuitujen ominaisuuksia voidaan myös säätää käyttämällä modifioitujen ja modifioimattomien tärkkelyksien seoksia tai lisäämällä muita funktionaalisia aineita, kuten polyakryylihappoa niin, että saadaan nimenomaan halutut ominaisuudet.

Eräs oheisen keksinnön mukaisen menetelmän eduista on, että sen avulla voidaan parantaa monin tavoin paperituotteita ominaisuuksien avulla, jotka ovat joko luontaisia tärkkelyskuidussa tai jotka voidaan sille antaa. Esimerkkinä tällaisista parannetuista ominaisuuksista mainittakoon sellaisten erilaisten erikoispapereiden, kuten glassiinipa-perin ja suodatuspaperin valmistaminen, mikä vaatii erityiskäsittelyä tavanomaisesti valmistettuna.

Glassiinipaperi valmistetaan massoista, joissa kuidun laatu mahdollistaa runsaan hydratoitumisen. Veteen suspendoidun massan mekaaninen käsittely aiheuttaa selvät rasvanpitävät ominaisuudet. Kuidut kuidu-tetaan ja turvotetaan melkein gelatiinimaiseen tilaan. Kun hydratoi-duista kuiduista tehdään paperia, viiran päälle muodostetaan tiheä ei-huokoinen arkki. Saatu arkki kestää rasvojen ja öljyn tunkeutumisen, koska se muodostuu lähes kokonaan hyvin hydratoituneesta selluloosasta. Selluloosan saattaminen tähän hyvin hydratoituneeseen muotoon vaatii huomattavan energiamäärän. Glassiinipaperin valmistaminen on jauhettava raaka-ainettaan pitkiä aikoja tai lisättävä jauhinten määrää, joiden läpi raaka-aineen on kuljettava. Kun raaka-aine on hydratoitunut ja johdettu viiralle, se kuivuu valumalla hyvin hitaasti. Tämän seurauksena paperikoneen nopeudet ovat rajoittuneet välille 45 - 152 m/min. riippuen jonkin verran paperin peruspainosta. Raaka-aineen lämpötila on ehkä nostettava höyryllä, jotta vesi poistuisi nopeammin viiralla. Glassiinipaperin valmistajien yritykset käyttää kationisia polyelektrolyyttejä valumisen parantamiseksi ovat onnistuneet vain rajoitetusti. Kuitujen flokkulointi voi parantaa valumista, mutta tämä muodostelman rikkominen voi aiheuttaa reikiä, jotka pienentävät tuotteen öljyn- ja rasvankestävyysominaisuuksia.

Olemme nyttemmin havainneet, että kun tärkkelyskuituja yhdistetään selluloosakuitujen kanssa, jotka on jauhettu hollanterissa alle sen asteen, joka tarvittaisiin tavanomaisessa glassiinipeperin valmistuksessa, saadulla seoksella on merkittävästi korkeampi free-ness ja se valuu alhaisemmissa lämpötiloissa noin yhdessä kolmasosassa 6741 7 13 siitä ajasta, joka tavallisesti tarvitaan tällä hetkellä käytetyissä korotetuissa lämpötiloissa, ja seoksen märän maton kuiva-ainepitoisuus on korkeampi puristamisen jälkeen ja sen kuivumistehokkuus on parempi verrattuna tavanomaiseen glassiiniraaka-aineeseen. Lisäksi tämän uuden paperin saatuihin arkkiominaisuuksiin kuuluu parempi sisäinen lujuus (Z-suuntainen lujuus), paremmat öljynpidätysominai-suudet ja suurempi vastus ilmankulun suhteen kuin tavanomaisella glassiinipaperilla. On ilmeistä, että selluloosan jauhatusvaatimusten pienentäminen voi aiheuttaa merkittäviä energiasäästöjä, koska kuitu-seoksen lämpötilaa ei tarvitse nostaa hyväksyttävien vedenpoistamis-nopeuksien aikaansaamiseksi, kuten tavanomaisessa glassiinipaperin valmistuksessa yleisesti tehdään.

Tärkkelyskuituja voidaan käyttää myös antamaan huokoisempi arkki.

Tämä ominaisuus voi olla toivottu sellaisissa papereissa kuin suoda-tuslaaduissa ja kyllästettävissä laaduissa. Aikaisemmissa alan menetelmissä selluloosan vähäisemmän jauhamisen on havaittu auttavan tämän ominaisuuden kehittymistä, mutta tämä tapahtuu ainoastaan heikomman rainalujuuden kustannuksella. Tämän keksinnön mukaisten tärkkelyskuitujen lisääminen yhdessä selluloosan kanssa voi johtaa huokoisempaan arkkirakenteeseen, jolloin samalla vaaditut lujuusominaisuudet säilyvät ja usein paranevat.

Oheisen keksinnön eräänä tunnusmerkkinä dispergoivaan väliaineeseen on mahdollista lisätä eräitä hydrokolloideja ja suulakepuristaa hydrokolloidit yhdessä tärkkelyksen kanssa niin, että saadaan tärk-kelys-hydrokolloidikuitu, jota voidaan käyttää oheisen keksinnön mukaisessa paperinvalmistusprosessissa. Tämän kuituseoksen aikaansaamiseksi hydrokolloidi (pienehkö määrä, so. alle 50 % kuiva-aineen kokonaispainosta) on vain yhdessä tärkkelysosan kanssa saatettava kolloidaalisen dispersion tilaan ennen kosketusta koaguloin-tihauteen kanssa. Kun on kysymys veteen dispergoituvista hydrokolloi-deista, kuten polyvinyylialkoholista, karboksimetyyliselluloosasta, hydroksietyyliselluloosasta jne., hydrokolloidi on vain lisättävä veteen, johon tärkkelys on dispergoitu. Kun on kysymys muista hydro-kolloideista, kuten kaseiinista, dispersio on kaustisoitava, jotta saataisiin haluttu kolloidinen dispersio.

Oheisen keksinnön eräänä vaihtoehtoisena suoritusmuotona tärkkelys-dispesioon voidaan sekoittaa tasaisesti veteenliukenemattomia lisäaineita ja kapseloida ne tämän jälkeen saadun tärkkelyskuidun sisään.

6741 7 14

Keksinnön mukaisten tärkkelyskuitujen sisään voidaan kapseloida veteenliukenemattomia lisäaineita mukaanlukien pigmenttejä, metalli-jauheita, latekseja, öljyjä, pehmentimiä, mikropallosia (lasihelmiä* vaahdotettua silikaa tai muita pienitiheyksisiä aineita joko puhalletussa tai puhaltamattcmassa muodossa) jne. Samalla tavoin kuidun sisään voidaan lisätä veteen liukenemattomia synteettisiä polymeerejä tai latekseja, kuten polyvinyyliasetaattia, polyakrylonitriiliä, polystyreeniä jne. On myös huomattava, että tärkkelyskuitujen tiheyttä voidaan muuttaa lisäämällä ilmaa tai muita kaasuja tärkkelysdis-persioon ennen sen johtamista koagulointihauteeseen. Edelleen on huomattava, että tiettyjä veteenliukenevia kiinteitä lisäaineita voidaan myös suulakepuristaa yhdessä tärkkelyskuitujen kanssa. Tällaisissa tapauksissa lisäaine liuotetaan vesipitoiseen tärkkelys-dispersioon ja koagulointihaude, jota käytetään tärkkelyskuitujen muodostamiseen, säädetään lisäämällä riittävä määrä yhteensopivaa suolaa, joka kykenee saostamaan lisäaineen. Tärkkelysdispersioon voidaan esimerkiksi lisätä kaupallista hartsiliimaa ja suulakepuristaa koagulointihauteeseen, joka sisältää funktionaalista tärkkelyksen koaguloivaa suolaa sekä riittävän määrän alumiinisulfaattia, joka saostaa hartsin, jolloin muodostuu yhteissaostettu tärkkelys-alumiini-hartsikuitu.

Oheisen keksinnön mukaisten tärkkelyskuitujen veteeniiukenemattomuutta voidaan edelleen tehostaa lisäämällä tavanomaisia ristisidostavia aineita, kuten urea-formaldehydiä, glyoksaalia, urea-melamiini-form-aldehydiä, Kymeneä (rekisteröity tavaramerkki, Hercules, Inc., Wilmington, Delaware) jne. Näitä ristisidostavia aineita voidaan lisätä tärkkelysdispersioon ennen suulakepuristamista tai ne voidaan lisätä jälkikäteen tärkkelyskuituun.

Lisäämiseen valittu nimenomainen lisäaine sekä missä tahansa edellä kuvatuissa suoritusmuodoissa käytetty määrä riippuu ominaisuuksista, jotka halutaan saada lopulliseen kuituun. Pigmentoiduilla kuiduilla on siten parempi Opasiteetti ja niitä voidaan lisätä normaalin menetelmin kuiturainaan, jolloin pigmentin pidättyminen on kokonaisuutena ottaen parempi kuin pelkästään lisäämällä pigmentti paperiraaka-ai-neeseen. Alustalle voidaan antaa palamista hidastavia ominaisuuksia lisäämällä tärkkelyskuidun sisään polyvinyylikloridijauhetta ja antimonitrioksidia tai muita palamista hidastavia kemikaaleja. Pape-rirainoihin voidaan lisätä mikropallosia sisältäviä tärkkelyskuituja 15 6741 7 niin, että pidättyminen on erittäin hyvä. Tällaisten pallosten pidättyminen mahdollistaa sellaisten arkkien valmistamisen, joilla on suuri koko ja alhainen paino verrattuna saman painoisiin selluloosa-arkkeihin. Tavanomaisissa arkeissa, jotka sisältävät mikropallosia, mikropallosten mukanaololla kuitujen välissä on kuituja irroittava vaikutus, mikä johtaa lujuudeltaan huonoon arkkiin. Oheisen keksinnön mukaisella arkilla on päinvastoin erinomaiset lujuusominaisuudet, koska palloset ovat kapseloituneet tärkkelyskuitujen sisään, jolloin pallosten sidostumista huonontava vaikutus on mahdollisimman pieni. Tärkkelyskuitujen ja saadun paperin tiheyttä voidaan myös vaihdella lisäämällä tärkkelysdispersioon ilmaa tai muita kaasuja ennen sen johtamista koagulointihauteeseen.

Käyttämällä lisäainetta kapseloivia kuituja on lisäksi mahdollista saada itse paperille uusia ominaisuuksia sen lisäksi, että kyseessä on uusi menetelmä lisäaineiden lisäämiseksi paperiin. Esimerkiksi on olemassa paperinvalmistuskoneita, joissa valmistetaan valmista rainaa, joka on muodostettu yksittäisistä, yhteenpuristetuista kerroksista. Tällaisia laitteita voidaan kutsua sylinterikoneiksi tai Fourdrinier-paperikoneiksi, joissa on toinen, myötävirtaan sijaitseva painelaatikko tai useita painelaatikoita. Tämän tyyppisissä koneissa käytetään tavallisesti huonompilaatuisia kuituja sisäkerroksissa ja pintakerroksena hyvälaatuista massaa. Käyttämällä pintakerroksessa pigmentoitua tärkkelyskuitua on mahdollista valmistaa paperirainaa, jolla on päällystetyn kartongin pintaominaisuudet. Päällystettyä kartonkia voitaisiin valmistaa märkäpäämenetelmällä, koska tärkkelyksen ja pigmentin konsentraatiot ovat korkeat substraatin pinnoilla. Vaihtoehtoisesti voitaisiin valmistaa koriste- tai kuvioerikoispaperia, jonka puolet olisivat erivärisiä. Kuitua voitaisiin valmistaa erivärisinä ja syöttää kahteen eri vaihelaatikkoon. Tällaista kummaltakin puolelta eriväristä paperia valmistetaan nykyään, mutta valmistuksen aikana on käytettävä pintalevitystä.

Tärkkelyskuidun sisään kapseloitujen veteenliukenemattomien synteettisten polymeerien käytön eräs etu on, että se mahdollistaa synteettisten kuitujen (kuten raionin, akryylikuitujen, polyesterin, nailo-nin tai polypropyleenin) hyvän pidättymisen paperirainoissa tai paperimaisissa rainoissa. Useimmilla näistä kuiduista on hyvin alhainen pintavaraus, ja siten niiden pidättymiset ovat huonoja yleisesti käytetyissä lateksisideainesysteemeissä, jotka perustuvat saostamis-ja kuidun laskeuttamistekniikkaan. Tällainen huono pidättyminen soi 6741 7 16 johtaa alhaiseen sideainetehokkuuteen ja aiheuttaa järjestelmässä polymeerin vaahtoamis-, takertumis- ja keräytymisongelmia. Hartsia ympäröivä tärkkelyskuitu varmistaa tehokkaan pidättymisen ja antaa arkille halutut loppuominaisuudet.

Oheisen keksinnön tunnusmerkki on edelleen se, että tärkkelyskuitu-ja voidaan myös käyttää valmistettaessa kuivalaskeutettuja non-woven-materiaaleja synteettisistä kuiduista. Tällaisissa sovellutuksissa valmistetaan raina käyttämällä ilmaa väliaineena, joka kerrostaa kuidut liikkuvan metallikudoksen päälle. Koska tällaisia synteettisiä kuituja ei ole hydratoitu, sitoutuminen on estynyt ja muodostuu suhteellisen heikkoja ja pehmeitä rakenteita. Jotta raina saataisiin kokonaisuudeksi, sen pinnalle on suihkutettava sideainetta. Oheisen keksinnön mukaisesti on mahdollista sekoittaa kuivia tärkkelyskuituja synteettisten kuitujen kanssa. Tällainen menetelmä on erityisen edullinen kertakäyttöisissä non-woven-materiaaleissa, joissa tärkkelys-kuidun biohajoavat ominaisuudet ovat ylivoimaisia verrattuna ominaisuuksiin, jotka saadaan tällä hetkellä käytetyillä synteettisten kuitujen sideaineilla. Sideaineena pidetään parhaimpana sellaisia kuituja, jotka sisältävät erityisen runsaasti amylopektiiniä. On huomattava, että tärkkelyskuitu voidaan pidättää lopulliseen non-woven-rainaan tai se voidaan haluttaessa poistaa siitä. Jos tärkkelyskuitu tullaan poistamaan, kuten esimerkiksi keraamisesta rainasta, sen poistamiseksi sopiva keino on rainan pitäminen olosuhteissa, jotka riittävät polttamaan tärkkelyskuidut.

Tärkkelyskuituja, täytettyjä tai täyttämättömiä, voidaan menestyksellisesti käyttää yksinään kokonaan tärkkelystä olevan paperituotteen muodostamisessa tai sitä voidaan käyttää yhdessä kaiken tyyppisten selluloosakuitujen tai ei-selluloosakuitujen kanssa. Havu- tai lehti-puuselluloosakuituja, joita voidaan käyttää, ovat valkaistu ja valkaisematon sulfaattikuitu (voimapaperikuitu), valkaistu ja valkaisematon sulfiittikuitu, valkaistu ja valkaisematon soodakuitu, neutraa-lisulfiitti-kuitu, puolikemiallinen hiokekuitu, kemiallinen hioke-kuitu ja näiden kuitujen kaikki yhdistelmät. Nämä nimitykset tarkoittavat puumassakuituja, jotka on valmistettu monilla erilaisilla, normaalisti selluloosa- ja paperiteollisuudessa käytetyillä menetelmillä. Lisäksi voidaan käyttää viskoosiraion- tai regeneroitu selluloosa-tyyppisiä synteettisiä selluloosakuituja sekä kierrätettyjä jätepapereita eri lähteistä. Samalla tavoin voidaan keksinnön 17 6741 7 mukaisten tärkkelyskuitujen kanssa käyttää keraamisia kuituja, lasia, asbestia tai muita epäorgaanisia kuitumaisia materiaaleja.

Tässä yhteydessä käytettyjen tärkkelyskuitujen vettäkestävän luonteen vuoksi kuidut dispergoituvat helposti muodostaen kestäviä dispersioita, joita voidaan käyttää pinta-aktiivisia aineita lisäämättä tavallisissa paperinvalmistuksen operaatioissa. Tämä mahdollistaa kuitujen käytön paperinvalmistusoperaatioissa ja laitteissa tarvitsematta modifioida normaaleja käsittelyolosuhteita. Kuidut voidaan siten lisätä jauhimeen tai sekoituslaatikkoon, painelaatikkoon, Fourdrinier-koneen viiralle ja sieltä arkki voidaan johtaa kuivaustelojen, kalantereiden läpi itärkäpuristimeen ja kelata arkiksi muuntamatta oleellisesti koneiden, joita käytetään sellulosapaperin valmistuksessa, normaaleja käyttöarvoja. On huomattava, että kun on kysymys paperista, joka on valmistettu kokonaan tärkkelyskuiduista, voi olla toivottavaa asettaa raina nailonverkkojen väliin tai kuivata raina kuivemmaksi kuin normaalisti paperinvalmistuksessa, jotta estettäisiin kuitujen takertuminen kuivaajaan.

Paperinvalmistus voidaan lisäksi integroida tärkkelyskuidun valmistukseen käyttämällä saostuvia kuituja sisältävää lietettä. Artikkelit on mahdollista muovata myös suoraan paksuista kuitulietteistä liete-muovaamalla malleihin tai muotteihin.

Ammattimiehille on ilmeistä, että käytetty tärkkelys ja käytetyn tärkkelyksen määrä vaihtelee riippuen halutusta paperin laadusta. Valitsemalla oikean tyyppinen tärkkelys on mahdollista saada aikaan halutut arkin ominaisuudet, jotka aikaisemmin on saavutettu vain hydratoimalla ja kuiduttamalla puumassa eri jauhatusasteisiin. Tarkemmin sanoen on ollut välttämätöntä jauhaa massa vähän (650 ml, CSF=kanadalaisen standardin jauhamisaste) sovellutuksissa, joissa käytetään valkaisematonta selluloosaa vuorauskartonkina, jotta varmistettaisiin veden nopea poistuminen ja samalla säilytettäisiin suuret käsittelynopeudet.

Myös valmistettavan tuotteen sisäinen sidosvahvuus säätää jauhatus-astetta. Tärkkelyskuidun lisääminen mahdollistaa nopean veden poistumisen ja tuotantonopeuden säilyttämisen, mutta varmistaa kuitenkin sisäisen sidoslujuuden kehittymisen. Glassiinipapereita valmistetaan usein sellusta, joka on jauhettu pitkälle (alle 50 ml, CSF). Nyttemmin on havaittu, että glassiinityyppisiä papereita voidaan valmistaa pienentämällä selluloosan jauhatusta puoleen, kun tärkkelyskuitua lisätään niinkin vähän kuin 15 %. Vaihtoehtoisesti papereissa, joissa 18 6741 7 opasiteetin ja huokoisuuden on oltava vieläkin alhaisemmat, on suositeltavaa käyttää tärkkelyskuituja suurempia määriä, so. noin 50 % tai enemmän.

Oheisen keksinnön mukaisia tärkkelyskuituja sisältäviä papereita voidaan valmistaa yhdessä minkä tahansa yleisesti käytetyn sisäisen lisäaineen, kuten liimojen, märkä- ja kuivalujuutta lisäävien aineiden, jne. kanssa, tai niiden pinta voidaan käsitellä päällystämällä, suihkuttamalla tai kyllästämällä alalla normaalisti käytetyllä tavalla .

Oheisen keksinnön mukainen tärkkelyskuitua sisältävä paperi voidaan liettää uudelleen ja palauttaa. Tärkkelyskuidun kykyyn säilyttää kuidun eheytensä uudelleenliettämisen aikana vaikuttaa tärkkelyskuidun tyyppi (enemmän amyloosia sisältävät tärkkelykset liettyvät helpommin) ja niihin kohdistuvat liettämisolosuhteet. Yleisesti sanoen, mitä vähemmän käytetään peruskemikaaleja ja korotettuja lämpötiloja uudelleenliettämisen aikana, sitä edullisempaa on tärkkelys-kuidun kierrättäminen.

Seuraavat esimerkit selventävät täydellisemmin oheisen keksinnön eri puolia ja suoritusmuotoja. Esimerkeissä kaikki osat ovat paino-osia ellei toisin ole mainittu.

Esimerkki 1

Valmistettiin liete sekoittamalla luonnossa esiintyvää modifioimaton-ta tärkkelystä, joka sisälsi 70 % amyloosia ja 30 % amylopektiiniä, veteen 5 painoprosenttia kiinteästä tärkkelyksestä laskettuna. Tämän jälkeen lisättiin sekoittaen niin paljon natriumhydröksidin kuiva-ainepitoisuudeltaan 25-prosenttista liuosta, että seos sisälsi 40 % lipeää tärkkelyksen kuivapainosta laskettuna. Tätä seosta sekoitettiin, kunnes saatiin tärkkelysrakeiden dispersio.

Saatu dispersio johdettiin 703 g/cm paineessa liikkuvaan suolaliuokseen nähden 90° kulmassa sekoitettuun koagulointihauteeseen, joka sisälsi ammoniumsulfaattia 28 % kuiva-aineesta laskettuna, kehruu-suuttimen läpi, jossa oli 100 reikää, joiden jokaisen halkaisija oli 70,2 mikronia. Saadut kuidut kerättiin teräslankaviiran päälle, pestiin suolattomaksi ja otettiin uudelleen talteen. Kuitujen keskimääräinen halkaisija oli 65 mikronia, keskimääräinen pituus noin 4 mm 6741 7 19 ja lopullinen kuiva-ainepitoisuus 23,5 painoprosenttia.

Noble ja Wood arkkimuotissa valmistettiin sarja käsiarkkeja käyttämällä eri määrät valkaistua havupuumassaa (BSWK) yhdistelmänä edellä valmistettujen kuitujen kanssa. Arkit kuivattiin Noble ja Wood kuivaajassa rummun lämpötilan ollessa 121°C ja niiden annettiin tasapainottua 24 tuntia 22°G:n vakiolämpötilassa ja 55 % suhteellisessa kosteudessa.

Taulukkoon I on koottu arkin valmistusolosuhteet ja koearvot.

Taulukko I

Kuituseos_ Neliö- Jauhatusaste Scheffield- Lujuus Z-

RqwK Tärkkelys- metripai- kanadalainen huokoi- suunnas- kuitu no g/nr standardi suus (2) „ (3) .___ (ml) t!) 100 O 78,1 544 218 596 90 10 82,6 540 192 630 75 25 80,4 475 74 846 50 50 77,9 367 28 1050+ 25 75 77,1 250 16 1050+ (1) Mittaa veden valumista massasta teräslankaviiran läpi. Jauha-mattomien massojen jauhatusaste on korkea verrattuna hyvin jauhettujen massojen alhaiseen jauhatusasteeseen. TAPPI-testi T227-M-58.

(2) Tämä testi mittaa paperin kykyä vastustaa ilmankulkua. Tarkemmin sanoen se mittaa ilmatilavuuden, joka voidaan johtaa määrätyn näytepinta-alan läpi tietyssä paineessa ja aikana. Mitä korkeampi arvo on, sitä huokoisempi on arkki (käytetyn renkaan sisähalkaisi- ja 7,62 cm; arvot ovat yksiköttömiä).

(3) Scott Internal Bond Tester laite mittaa paperin lujuuden Z-suunnassa. Tämä menetelmä on suunniteltu sen keskimääräisen voiman jouleina neliömetriä kohti, jokä tarvitaan paperinäytteen erottamiseen. TAPPI RC-305.

Taulukon tuloksetosoittavat, että, kun tämän kyseisen tärkkelyskuidun, joka on valmistettu dispersiona, joka sisältää kuiva-ainetta 5 %, määrä kasvaa, kuituseoksen vedenpidätyskyvyt kasvavat ja saadaan 20 6741 7 arkki, jonka huokoisuus on pienempi ja lujuus Z-suunnassa suurempi kuin 100-prosenttisen selluloosa-arkin.

Esimerkki 2 Tärkkelyskuituja valmistettiin käyttämällä esimerkin 1 aineita ja menetelmää. Viimeisen pesun jälkeen kuidut kuitenkin dispergoitiin etanoliliuokseen, otettiin talteen ja niiden annettiin kuivua. Kuidut yhdistettiin sen jälkeen selluloosan kanssa ja valmistettiin esimerkin 1 mukaisesti käsiarkkeja. Näillä käsiarkeilla tehdyt kokeet osoittivat, että kuivatun kuidun antamat ominaisuudet olivat verrattavissa ominaisuuksiin, jotka oli saatu käyttämällä esimerkin 1 mukaisia kosteita kuitutuotteita.

Esimerkki 3 Tärkkelyskuituja valmistettiin käyttämällä esimerkin 1 aineita ja menetelmiä. Tärkkelysdispersion tärkkelyskuiva-aineen konsentraatio oli kuitenkin 20 % ja lopullinen kuiva-ainepitoisuus kuidussa oli 38 %. Käsiarkit valmistettiin ja testattiin kuten esimerkissä 1. Tulokset on esitetty taulukossa II.

Taulukko II

Kuituseos__ Neliö- Jauhatusaste Scheffield- Lujuus Z- ς Tärkkelys- metripai- kanadalainen huokoi- suunnas- kuitu no g/m^ standardi suus (2) sa (3) _ (ml) u' 100 0 86,2 505 158 538 90 10 82,9 545 333 527 75 25 82,9 595 1215 565 50 50 79,7 676 8645 647 25 75 79,7 814 50496 1035+

Kuten taulukosta II käy ilmi, tärkkelyskuitujen, jotka on valmistettu dispersiosta, jonka kuiva-ainepitoisuus on korkeampi, käyttäminen lisäsi raaka-aineen vedenluovutuskykyä (so. jauhatusatetta) ja tuotti huokoisamman arkin, jonka huokoisuus ja lujuus Z-suunnassa olivat suuremmat kuin 100-prosenttisen selluloosa-arkin. On huomattava, että tämä tärkkelyskuiva-ainetaso tuottaa selvästi erilaisia jauhatusaste- ja huokoisuusarvoja kuin mitä saatiin esimerkissä 1, jossa 21 6741 7 kuitujen valmistukseen käytettiin 5 % tärkkelyskuiva-ainetasoa. Tämä vertailu havainnollistaa oheisen keksinnön mukaisen menetelmän soveltuvuutta antaa valmiille paperituotteelle erilaisia ominaisuuksia (esimerkiksi glassiiniraaka-aineessa vaadittu huokoisuus 5©rSus i suodatinpaperissa vaadittu huokoisuus) . Edelleen on huomattava»: että tärkkelyskuitujen käyttö paransi paperin lujuutta sekä esimerkissä 1 että 3.

Esimerkki 4 Tärkkelyskuituja valmistettiin käyttämällä tärkkelys-kuiva-ainepitoi-suudeltaan 20-prosenttista dispersiota, kuten esimerkissä 3, mutta pesun jälkeen ne lietettiin uudelleen etanoliin, otettiin talteen ja kuivattiin. Käsiarkit valmistettiin ja testattiin, jolloin osoittautui, että kuivatun kuidun antamat ominaisuudet olivat verrattavissa ominaisuuksiin, jotka oli saatu käyttämällä esimerkin 3 mukaista kosteaa kuitutuotetta.

Esimerkki 5 Tämä esimerkki havainnollistaa eri tärkkelyspohjista muodostettujen kuitujen käyttöä oheisen keksinnön mukaisen paperin valmistuksessa.

Tärkkelyskuidut valmistettiin ja yhdistettiin selluloosan kanssa esimerkissä 1 kuvatuilla menetelmillä. Selluloosaosa oli jauhettu ennen tärkkelyskuitujen kanssa sekoittamista jauhatusasteeseen 645 ml (kanadalainen standardi). Käsiarkkien neliömetripainona pidettiin 97,5 g/m2.

v

Taulukko III

22 6741 7

Kuituseos 2 4

BS Tärkke- Tärkkelyskui- Veto- Mullen Lujuus Z- MIT

lyskui- tupohja lujuus g/cm^ suunnas- taitosten _tu_____ g/Oin_ sa _määrä_ 100 0 -- 1040,55 4429,40 145 552 90 10 Aminoetyloi- 1462,4 6679,26 903 1210 tu vilja 70 30 " 1476,46 5624,64 1050+ 1280 90 10 Vahamainen 1525,68 6679,26 853 1670 maissi 70 30 " 1413,19 5062,17 1050+ 1125 90 10 Modifioima- 1553,80 5484/02 567 1340 ton vilja 70 30 " 1293,66 3445,09 1050+ 1245 90 10 Hybridivilja, 1659,26 5273,10 622 1420 joka sisältää 70 % amyloosia 70 30 " 1652,23 4148,17 1050+ 1390 90 10 Amyloosi 1545,99 5413,71 683 1433 70 30 " 1652,23 4780,94 1050+ 1395 ^TAPPI-menetelmä T404-5s-66 - Määrittää vetomurtolujuuden nauloina per tuuma (muunnettu metriyksikköihin).

2 TAPPI-menetelmä T403-ts-63 - Hydrostaattinen paine nauloina per neliötuuma (muunnettuna) joka tarvitaan paperin murtamiseen, kun säädetty, kasvava paine kohdistetaan kumikalvon läpi pyöreään pintaan, jonka halkaisija on 3048 cm.

3 Määritelty kuten esimerkissä 1.

4 TAPPI-menetelmä T423M-50. Taitosten lukumäärä, jonka koekappale voi kestää ennen murtumistaan, kun käytetään MITissä (Massachusetts Institute of Technology) kehitetyn tyyppistä taitetestaajaa.

Kuten taulukossa III on esitetty, minkä tahansa erilaisten tärkkelys-kuitujen lisäystä voidaan käyttää paperin kyseisten lujuusominaisuuksien parantamiseen verrattuna 100-prosenttiseen selluloosakuituarkkiin.

Esimerkki 6 6741 7 23 Tämä esimerkki havainnollistaa kahta menetelmää, joilla voidaan valmistaa lOO-prosenttisia tärkkelyskuituarkkeja.

Menetelmä A. 6 g modifioimatonta viljatärkkelyskuitua lietettiin 1 litraan vettä. Kuituja sekoitettiin lapasekoittimella, kunnes saatiin yhtenäinen seos. Noble and Wood arkinmuodostuslaitteessa, johon oli sovitettu 100 meshin teräslankaviira, valmistettiin käsi-arkki. Saatu kuituraina poistettiin viiralta ja imulevyistä ja sitä o puristettiin seuraavalla tavalla: 3 puristusta paineessa 7030,8 g'cm 2 ja 3 puristusta paineessa 28123,2 g/cm , jolloin imulevyt vaihdettiin puristusten välillä. Saadun maton kuiva-ainepitoisuus oli 70 %.

Raina asetettiin sen jälkeen imulevyjen väliin ja kuivattiin Noble and Wood kuivauslaitteessa 120,l°C:ssa. Saadun jäykän vahvikkeetto- 2 man paperimaisen tuotteen neliömetripaino oli 145 g/cm .

Menetelmä B. Tärkkelyskuidut käsiteltiin kuten menetelmässä A ja saatu rainamatto puristettiin seuraavasti: 2 puristusta paineessa 2 2 7030,8 g/cm- ja 2 puristusta paineessa 14061,6 g/cm , jolloin imu- levyt vaihdettiin puristusten välillä. Saadun märän maton kuiva-ainepitoisuus oli 50 %. Raina asetettiin kahden nailonviiran väliin ja johdettiin Noble and Wood kuivauslaitteen läpi 120,l°G:ssa. Saadun jäykän vahvikkeettoman paperimaisen rainana neliömetripaino oli 145 g/m2.

Esimerkki 7 Käsiarkkeja valmistettiin esimerkin 1 mukaisella menetelmällä, mutta viljatärkkelyskuitujen kanssa yhdistettiin kaupallista, modifioimatonta jauhettua glassiiniraaka-ainetta käyttämällä kahta eri jauhatus-astetta. Selluloosamassa saatiin jauhatuksen kahdesta eri kohdasta, jolloin toisen osan Schopper Reigler jauhatusaste Oli 350 ml, kun kokonaan jauhetun osan jauhatusaste oli 160 ml. Selluloosakuiduista korvattiin tärkkelyskuiiduilla 20 % ja kaikki käsiarkit valmistettiin 2 niin, että neliömetripaino oli 48,8 g/m . Arkkien pinta liimattiin tämän jälkeen laboratoriomittäisessä liimapuristimessa, johon oli asennettu kumitelat, käyttämällä 60°C:ssa pidettyä polyvinyyliase-taattiliuosta, jonka kuiva-ainepitoisuus oli 1 % (saatavissa tavaramerkillä Vinol 165 Air Products and Chemicals-yhtiöltä). Polyvinyyli- 24 6741 7 asetaatin jäämä oli 1 %. Sen jälkeen arkit tasapainoitettiin vakio-lämpötilassa 20°C ja 55 % huoneen kosteudessa 24 tuntia ennenkuin niiden terpentiininkestävyys testattiin käyttämällä TAPPI-standardia T454-ts-66. Terpentiinitestauksen tulokset on esitetty taulukossa IV.

Taulukko IV

Selluloosan Tärkke- Arkkimuotin Raaka-ai- Terpentiini SR-jauhatus- lys- valumis- neen läm- testi aste*_Osaa kuitu a»ika_ poti la °C ______ 350 ml 100 -- 21,3 s 24 855 s 350 ml 80 20 19,9 s 24 1800+ s 160 ml 100 - - 62,1 s 60 1800+ s v

Schopper-Riegler Freeness Tester, valmistaja Testing Machines, Inc.

Tärkkelyskuidun käyttö yhdessä osittain jauhetun massan kanssa lisäsi selluloosan terpentiininkestävyyttä ja vastasi kokonaan jauhetun glassiiniraaka-aineen kestävyyttä. Jauhatuksen pienentäminen mahdollisti lisäksi valumisajan pienenemisen lähes kolmasosaan merkittävästi alhaisemmissa lämpötiloissa. Siten vaikkakin tavanomaisen raaka-aineen lämpötila on nostettava noin 60°C:een, jotta saataisiin valumisajaksi 62 sekuntia, noin 20 sekunnin valumisaika voidaan saavuttaa 24°C:n lämpötiloissa menettämättä toivottuja ominaisuuksia käyttämällä oheisen keksinnön mukaista menetelmää. Tämä parempi valuminen voi johtaa nopeampiin koneen nopeuksiin ja lisätä tuotannon tehokkuutta ja samalla mahdollistaa merkittävät energiasäästöt pienemmästä jauhatuksesta ja raaka-aineen lämpötiloista johtuen.

Esimerkki 8 Tämä esimerkki havainnollistaa sitä ominaisuuksien paranemista, joka voidaan saada aikaan lisäämällä selluloosamassaan tärkkelyskuituja, jotka sisältävät polymeerisiä mikropallosia.

Tärkkelyskuituja valmistettiin esimerkin 1 mukaisella menetelmällä, mutta tärkkelysdispersioon lisättiin ennen kuitujen muodostamista 8,5 % mikropallosia (saatavissa Dow Chemical-yhtiöstä nimellä XD 6850). Kuidut tehtiin sen jälkeen yhdistelmänä selluloosapuu-massan kanssa käsiarkeiksi käyttämällä esimerkissä 1 kuvattua menetelmää. Kaikissa tapauksissa selluloosakomponentin kanadalaisen stan- 6741 7 25 dardin jauhatusaste oli 730 ml. Testauksen tulokset on esitetty taulukossa V. Vertailun vuoksi valmistettiin myös näytteitä, joissa mikropalloset oli lisätty suoraan paperimassaan teollisuudessa normaalisti käytetyllä tavalla.

Taulukko V

2

Kuituseos Pallosia, % Neliö-ι Kalii- Taber Lujuus Z- BSWK Tärkke- metri- perii jäyk- suunnassa lyskur- y sa parjo lxl0-3 cm kyys 100 O 0 O 97,6 18,79 3,7 111 100 O 0 0 130,1 24,38 6,3 137 100 0 1,8 ,86 97,6 24,39 6,6 103 100 O 2,0 1,0 97,6 25,40 7,1 90 95 5 ,43 ,43 97,6 23,11 5,0 168 90 10 ,86 ,86 97,6 26,16 6,3 206 85 15 1,29 1,29 97,6 28,45 7,5 237 ^Paperin paksuus senttimetrin tuhannesosina 2TAPPI-mentelmä T451-M-60 3 Määritelty kuten esimerkissä 1.

Kuten taulukosta V käy ilmi, mikropallosten lisääminen kummallakin menetelmällä paransi oleellisesti paperituotteen kaliiperia ja jäykkyyttä. Tässä suhteessa oli mikropallosia lisäämällä mahdollista 2 saavuttaa tuotteen, jonka neliömetripaino oli 130 g/m , kaliiperi 2 ja jäykkyys, kun neliömetripaino oli vain 97,6 g/m . Painonsäästön, sekä tarvittuna kuitumääränä että paperinvalmistuksen jälkeisinä kustannuksina (esimerkiksi postituksessa), merkitys on helposti ymmärrettävissä .

Kun verrattiin mikropallosia sisältävien arkkien muita ominaisuuksia, havaittiin, että erikseen lisättyjen pallosten pidättyminen oli noin 50 % alussa lisätystä määrästä, kun taas pidättyminen oli noin 100 % pallosilla, jotka oli lisätty kuituihin kapseloituneena. Lisäksi erikseen lisättyjen pallosten tapauksessa lujuus pieneni ja esiintyi viitteitä, että palloset eivät olleet jakaantuneet tasaisesti (konsentraatio oli suurempi yläpuolella), kun taas näitä tekijöitä ei esiintynyt tärkkelykseen kapseloiduilla pallosilla. Havaittu 26 6741 7 kaliiperin ja jäykkyyden kasvu, jokä saatiin käyttämällä normaalia pallosten ulkopuolista lisäystä, saavutettiin vain paperin pienemmän sisäisen sidoslujuuden kustannuksella, kun taas pallosten lisääminen tärkkelyskuidun sisällä varmisti niiden pidättymisen arkkiin, jolloin samalla sisäinen sidoslujuus kasvoi ja lisäksi haluttu jäykkyys ja kaliiperi kasvoivat.

Esimerkki 9 Tämä esimerkki havainnollistaa tuloksia, jotka on saatu käyttämällä paperinvalmistuksessa kolme kaoliinin lisäysmenetelmää.

Käsiarkit valmistettiin käyttämällä samanlaisia menetelmiä kuin esimerkissä 1. Käsiarkit valmistettiin niin, että muodostamis tapahtuman aikana valmiiseen arkkiin lisättiin päällystyskaoliinia n:o 2. Kaoliinin lisääminen käsiarkkeihin suoritettiin kolmella eri tavalla: (1) liettämällä pigmentti tavanomaisesti massakuituihin, (2) lisäämällä esimerkin 1 mukaisesti valmistettuja tärkkelyskuituja, jotka sisälsivät 80 % kaoliinia ja 20 % tärkkelystä, ja (3) käyttämällä menetelmien (1) ja (2) yhdistelmää. Kaikissa tapauksissa arkin neliö- 2 metripaino oli 97,6 g/m .

Saatujen paperiarkkien fysikaaliset ja optiset ominaisuudet on esitetty taulukossa VI.

Taulukko VI

Tavanomainen lisäys Tärkkelyskuitu

Sellu- Kao- TiO-, Tärkke- Kao- Opa- Veto- Lujuus Z- loosa, liini, 2 * J11"1' Vj’ <2> ^ ^ ΐ ό t*l J UUS Sa 100 0 0 0 0 85,9 991,34 302 87.2 12,8 O 00 92,0 625,74 113 75.2 0 O 5,0 19,8 88,9 1371,00 351 68,4 6,8 0 5,0 19,8 90,5 864,79 256 72,1 0 4,5 4,7 18,7 94,1 850,73 233 (1)TAPPX-menetelmä T425-m-60. Ilmoitettu prosentteina ja on yhtä suuri kuin 100 kertaa näytekappaleen, jonka takana on blankokappale, jonka reflektanssi ei ole enempää kuin 0,005, hajareflektanssin suhde samaan näytekappaleeseen, jonka takana on valkoinen kappale, jonka absoluuttinen reflektanssi on 0,89. Mitä korkeampi arvo on, sitä läpikuultamattomampi on paperi.

(2) 6741 7 27 Määritelty esimerkissä 5.

(3) Määritelty esimerkissä 1.

Kuten taulukosta VI käy ilmi, lisäämällä pigmenttiä tärkkelyskuidun sisään voidaan käyttää pigmenttiä enemmän ja saada paremmat lujuusominaisuudet verrattuna tavanomaiseen pigmentinlisäystekniikkaan.

Kun selluloosamassaan lisättiin tavanomaisella tekniikalla 12,8 % kaoliinia, vetolujuus ja lujuus Z-suunnassa pienenivät. Sitä vastoin, kun kaoliinia lisättiin 19,8 % kapseloituna tärkkelyskuituina (koko lisäysmäärä 24,8 %), vetolujuus ja lujuus Z-suunnassa lisääntyivät. Edelleen osoitettiin, että opasiteetin pieneneminen, jota tapahtui täytettäessä kuitua, johon oli kapseloitu kaoliinia, voitiin kompensoida lisäämällä erikseen pieni määrä kaoliinia tai titaanidioksidia.

Esimerkki 10 Tämä esimerkki havainnollistaa oheisen keksinnön mukaisessa menetelmässä käytettyjen tärkkelyskuitujen ylivoimaista pidättymiskykyä.

Valkaistu havupuuselluloosa jauhettiin 500 ml:n jauhatusasteeseen (kanadalainen standardi) ja jaettiin kolmeen osaan. Yhteen osaan lisättiin päällystyskaoliinia n:o 2 ja saatua seosta sekoitettiin, kunnes pigmentti oli jakaantunut tasaisesti massakuituihin. Toinen osa käsiteltiin samalla tavoin, mutta pidätysapuaineena lisättiin Natron 86 (tavaramerkki, National Starch and Chemical Corporation). Jäljelle jääneeseen osaan lisättiin tärkkelyskuituja, jotka sisälsivät kapseloituna kaoliinia (50 % tärkkelystä ja 50 % kaoliinia), ja kuituseosta sekoitettiin, kunnes jakaantuminen oli yhtenäinen. Käsi-arkit valmistettiin esimerkin 1 mukaisella menetelmällä ja arkkien kaoliinipitoisuus ja pidättyminen'prosenteissa arvioitiin. Tulokset on esitetty taulukossa VII.

28 6741 7

Taulukko VII ^ ' '

Kuituseos BSWK tärkkelys— kuitu (50% Pidättymis- Kaoliinin pidät- _kaoliini)_Kaoliini_apuaine_tyrni ne n, %__ 90 0 10 0 11 90 O 10 0,02 % 35 80 20 0 0 97

Taulukosta VII käy ilmi, että kaoliinin pidättyminen oli korkeimmillaan, kun kaoliini oli kapseloitu tärkkelyskuituun oheisen keksinnön mukaisesti.

Esimerkki 11

Seuraava esimerkki havainnollistaa tärkkelyskuitujen sitomisominai-suuksiensa perusteella tapahtuvaa käyttöä monikerroksisen arkin valmistuksessa.

Noble and Wood arkinmuodostuslaitteessa valmistettiin kaksikerroksisia käsiarkkeja valkaistusta havupuuselluloosasta, joka oli jauhettu 500 ml:n jauhatusasteeseen (kanadalainen standardi). Jotta lopulli- seksi neliömetripainoksi saataisiin 146 g/m , valmistettiin kaksi o kerrosta (kummankin paino noin 73 g/m ) ja puristettiin yhteen ennen kuivaamista Noble and Wood kuivauslaitteessa 121°C:ssa. Vertailu-käsiarkki sisälsi kummassakin kerroksessa 100-prosenttisesti selluloosaa, kun taas koekäsiarkissa päälikerroksesta oli korvattu selluloosasta 20 % tärkkelyskuiduilla. Kerrosten välinen sidos testattiin käyttämällä Scott Internal Bond-testauslaitetta. Tulokset on esitetty taulukossa VIII.

Taulukko Vili

Kuituseos

Lujuus Z- suun-

Pohjakerros - päälikerros_ nassa _ 100 % selluloosaa - 100 % selluloosaa 119,7 lOO % selluloosaa - 80 % selluloosaa ja 2 % tärkkelys- kuitua 197,4 ^ Määritelty esimerkissä 1.

6741 7 29 Tärkkelyskuidun mukanaolo lisää taulukon VIII mukaisesti valmiiden arkkien kerrosten välistä sidoslujuutta.

Esimerkki 12 Tämä esimerkki kuvaa sellaisen paperin valmistusta, joka sisältää erilaisia lisäaineita, jotka on lisätty käyttämällä kapseloituja lisäaineita sisältäviä tärkkelyskuituja.

Lisäaineet kapseloitiin tärkkelyskuitujen sisään esimerkissä 8 kuvatulla tavalla. Niistä muodostettiin käsiarkit, jotka sisälsivät tärkkelyskuituja taulukossa 9 esitetyt prosenttimäärät.

Taulukko IX

Lisäaine Lisäainetta Massaan lisätty tärkkelyskui- tärkkelyskuitujen __________ dussa, %_ määrä, %

Ti02 25 20

CaC03 25 20

Ai-jauhe 25 20

Hiilimusta 25 20

Fibran 68 5 10 (Liimausaineen tavaramerkki, National Starch and Chemical Corporation)

Pexol 200 5 10 (Liimausaineen tavaramerkki,

Hercules Powder Co.)

Antimonitrioksidin ja vinyy- 50 50 likloridin 1:1 seos (palamista hidastava aine)

Tres-diklooripropyyli- 57 40 fosfaatti (palamista hidastava aine)

Kaikissa tapauksissa lisäaineet pidättyivät hyvin valmiiseen paperituotteeseen ja ^antoivat sille luonteenomaisen ominaisuutensa.

Esimerkki 13 Tämä esimerkki havainnollistaa tärkkelyskuitujen käyttämistä tapana, jolla lateksisideaineita voidaan lisätä synteettisistä kuiduista valmis tettuun non-woven-rainaan.

Raionkuiduista (0,635 cm, 1,5 denier) ja polyesterikuiduista (0,635 cm, 1,5 denier) valmistettiin dispersio erillisissä säiliöissä kuiva- 6741 7 30 ainepitoisuuteen 0,1 %.

100-prosenttista tärkkelyskuitutuotetta sekä tärkkelyskuitua, joka sisälsi 20 % painosta laskettuna kapseloitua lateksia, vinyyliase- taatti/butyyliakrylaattikopolymeeriä, lisättiin sideaineena sellainen määrä, että lopullinen kuituseos sisälsi 25 % tärkkelyskuitutuottei- ta. Noble and Wood arkinmuodostuslaitteessa valmistettiin käsiarkkeja, 2 joiden neliömetripaino oli 65 g/m , käyttämällä esimerkissä 1 kuvattuja menetelmiä. Rainoista määritettiin niiden vetolujuuden paraneminen. Tulokset on koottu taulukkoon X.

Taulukko X

Tärkkelyskuitu Sideai- > Synteetti- Vetolujuus ^ neen nen kuitu (g/cm2) _________määrä_____________

Ei (vertailu) - Raion *

Ei (vertailu) - Polyesteri * 100 % tärkkelys 25 % Raion 710,11 100 % tärkkelys 25 % Polyesteri 217,95 80 % tärkkelys - 20 % lateksi 25 % Raion 984,31 80 % tärkkelys - 20 % lateksi 25 % Polyesteri 135,69

Arkin tiheys ei riittänyt vetolujuuden mittaamiseen ^Määritelty esimerkissä 5.

Kuten taulukossa X on esitetty, rainojen, jotka oli valmistettu käyttämällä sideaineina sekä tärkkelyskuituja että tärkkelys-lateksi-kuituja, vetolujuudet olivat ylivoimaiset. Sitä vastoin vertailu-rainat, jotka oli valmistettu 100-prosenttisesti synteettisestä kuidusta, eivät olleet edes niin eheitä, että ne olisi voitu testata. On huomattava, että käytetty lateksi lisäsi raionrainan vetolujuutta, kun taas se pienensi polyesterirainan lujuutta 100-prosenttiseen tärkkelyskuituun verrattuna. Tämä osoittaa, kuinka tärkeää on valita oikea lateksi käsiteltävään synteettiseen kuituun.

Esimerkki 14 Tämä esimerkki havainnollistaa tärkkelyskuitujen käyttöä sideaineena keraamisissa kuiduissa. Tämä esimerkki osoittaa myös, että tärkkelys- 31 6741 7 kuitu-sideaineet voidaan poistaa rainan muodostamisen jälkeen niin, että saadaan 100-prosenttinen keraaminen khituarkki.

Waring Blender sekoittimessa valmistettiin kuiva-ainepitoisuudeltaan 3-prosenttinen keraamisen kuöidun liete, johon lisättiin dispergointi- aineena 0,2 % natriumhydrioksidia (laskettuna kuidun kuivapainosta), minkä jälkeen sekoitettiin 1 minuutti. Tämän jälkeen kuituseos siirrettiin säiliöön, joka oli varustettu lapasekoittimella, ja lisättiin ennalta määrätty määrä tärkkelyskuitua seoksesta/ jonka kuiva-aine oli 1 %. Seosta sekoitettiin 5 minuuttia, minkä jälkeen

Noble and Wood arkinvalmistuslaitteesöa tehtiin esiarkit, joiden 2 neliömetripaino oli 407 g/m . Vertailuna valmistettiin keraaminen arkki lisäämättä lainkaan tärkkelyskuituja. Kaikkien arkkien lujuudet määritettiin ja tulokset on esitetty taulukossa XI.

Taulukko XI

Tärkkelyskuitu Neliömetripaino Vetolujuus ^ _____________ g/m2 _g/cm2 0 407,5 —* 5 % 407,5 3,52 10 % 407,5 20,39 ajx

Arkin tiheys ei ollut riittävä vetolujuuden mittaamiseen ^Määritelty esimerkissä 5.

Tärkkelyskuituja sisältävät arkit laitettiin sen jälkeen uuniin, jota pidettiin niin korkeassa lämpötilassa, että tärkkelyskuidut paloivat ja keraamiset kuidut sulivat. Tällä tavoin saatiin hyvin sidottu keraaminen raina.

Esimerkki 15

Valmistettiin kaksikerroksisia käsiarkkeja, jotka sisälsivät 10 % 2 titaanidioksidia lopullisen arkin painosta, joka oli noin 145 g/m . Titaanidioksidi lisättiin vertailukäsiarkkeihin tavalliseen tapaan dispergoimalla pigmentti valkaisemattomien selluloosakuitujen kanssa. Tämä muodosti päälikerroksen. Muissa käsiarkeissa lisättiin pääli-kerrokseen niin paljon tärkkelyskuitua, joka sisälsi kapseloituneena 20 % titaanidioksidia painosta laskettuna, että valmiin arkin painosta oli 10 % titaanidioksidia.

32 6741 7

Lopullinen arkki muodostettiin kahdesta kerroksesta, jotka valmistettiin erikseen Noble and Wood arkkimuotissa ja joiden neliömetripaino 2 oli 82,5 g/m . Arkit poistettiin viiralta ja puristettiin yhteen 2 märkinä mattoina paineessa 14061 g/cm . Tämän jälkeen arkit kuivattiin Noble and Wood kuivauslaitteessa 121°C:ssa. Vaikoisuuslukemat otettiin sen jälkeen päälikerroksesta standardin TAPPI R452-M-58 mukaisesti. Tulokset on esitetty taulukossa XII.

Taulukko XII

Näytearkki_Päälikerroksen valkoisuus

Vertailu 26,2 Tärkkelyskuitu 30,1

Taulukon XII tulokset osoittavat, että käsiarkkien, jotka oli valmistettu käytetty Ti02~kapseloituja tärkkelyskuituja, ominaisuudet olivat paljon paremmat kuin arkkien, jotka oli valmistettu tavanomaisilla menetelmillä.

Edellä kuvattujen oheisen keksinnön mukaisten suositeltujen suoritusmuotojen jälkeen erilaiset muunnelmat ja parannukset ovat ilmeisiä ammattimiehille. Oheisen keksinnön henki ja ala ei rajoitu edellä olevaan selitykseen, vaan ainoastaan patenttivaatimukset rajoittavat keksintöä.

Claims (10)

33 6741 7

1. Paperin, kartongin tai pahvin valmistusmenetelmä, jossa kuitumaisen massan vesiliete johdetaan viiran päälle sellaisella tavalla, että vesi poistuu ja tiivistetyistä kuiduista muodostuu arkki, josta puristamalla ja kuivaamalla saadaan lopullinen paperituote, tunnettu siitä, että 1 - 100 paino-% massasta on vettäkestäviä tärkkelyskuituja, joiden halkaisija on 10 - 500 pm, jotka kuidut on valmistettu suulakepuristamalla tärkkelyksen kolloidaalisen dispersion, jonka kuiva-ainepitoisuus on 5 - 40 paino-%, lankamainen virta liikkuvaan koagulointihauteeseen, joka muodostuu koagulointisuolan vesiliuoksesta, jonka suola on ammoniumsulfaatti, ammoniumsulfamaatti, yksi- tai kaksiemäksinen ammoniumfosfaatti tai näiden seos, joka vesiliuos sisältää koagulointisuolaa ainakin niin paljon, että se riittää tärkkelyksen koaguloimiseen.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään vilja- tai maissitärkkelyksestä valmistettuja tärkkelyskuituja.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään runsaasti amyloosia sisältävästä tärkkelyksestä valmistettuja tärkkelyskuituja.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään kationisesti modifioidusta tärkkelyksestä valmistettuja tärkkelyskuituja.

5. Patenttivaatimuksen 1 tai 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään tärkkelyksen eetteri- tai esterijohdannaisista valmistettuja tärkkelyskuituja.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tärkkelyskuitujen pituus on 0,1 - 3,0 mm.

7. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kolloidaalinen tärkkelysdispersio 6741 7 34 sisältää dispergoitua veteen liukenematonta lisäainetta korkeintaan 80 paino-% tärkkelyksestä.

8. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kolloidaalinen tärkkelysdispersio sisältää dispergoitua hydrokolloidia alle 50 paino-% tärkkelyksestä.

9. Jonkin patenttivaatimuksen 1-8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että jäljellä oleva kuitumainen massamateriaali on oleellisesti puuselluloosaa.

10. Jonkin patenttivaatimuksen 1-8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että jäljellä oleva kuitumainen massamateriaali on oleellisesti polyesterikuitua, raionkuitua, keraamista kuitua, lasikuitua tai asbestikuitua.