FI70954C - Foerfarande foer framstaellning av papper - Google Patents

Description

Menetelmä paperin valmistamiseksi 70 9 5 4 Förfarande för framställning av papper

Keksinnön kohteena ovat yleisesti paperinvalmistusmenetelmät ja etenkin sideaineen käyttö paperinvalmistusmenetelmässä, jolloin sideaine käsittää guar-kumia ja kolloidista plihappoa paperin valmistamiseksi, jolla on parannetut lujuus- ja muut ominaisuudet. Tällainen sideaine saa lisäksi ai-5 kaan lisättyjen materiaalien samoin kuin paperinvalmistuksen hienoaineen pidätyksen hyvin parantuneet tasot.

Tällä hetkellä paperinvalmistusteollisuudessa esiintyy useita vakavia ongelmia. Ensinnäkin selluloosasulpun hinta on noussut huomattavasti ja hy-10 välaatuista sulppua on suhteellisen vähän saatavissa. Toiseksi useat ongelmat mukaanlukien ongelmat, jotka liittyvät paperinvalmistusjätteiden poistoon ja erilaisten hallintoelinten ekologisiin vaatimuksiin, ovat lisänneet huomattavasti paperinvalmistuskustannuksia. Lopuksi paperin valmistamiseksi tarvitun energian kustannukset ovat kasvaneet konkreet-15 tisesti. Tuloksena teollisuudella ja sen asiakkailla on kaksi mahdollisuutta: joko maksaa korkeat kustannukset tai konkreettisesti vähentää selluloosakuitujen määriä ja/tai laatua, josta seuraa valmiin paperituotteen laadun huononeminen.

20 Teollisuus on tehnyt useita yrityksiä paperituotteiden kustannusten alentamiseksi. Eräässä ratkaisussa lisätään savea ja muita mineraalitäyteai-neita paperinvalmistusprosessiin kuitujen korvaamiseksi, mutta tällaisten lisäysten on todettu vähentävän lujuutta ja muita ominaisuuksia saatavassa paperissa epätyydyttävässä määrin. Samoin tällaisten mineraali-25 täyteaineiden lisäys saa aikaan täytemateriaalien huonon pidättymisen, esim. ne kulkevat viiran läpi siinä määrin, että täytemateriaalin taso nousee jätevedessä, jolloin jäteveden puhdistus ja materiaalin poisto muodostuu vakavaksi ongelmaksi. Erilaisia pidätysapualneita on käytetty pidätysongelman poistamiseksi, mutta niiden käyttö ei ole ollut täysin 30 tyydyttävä.

On tehty myös yrityksiä sulpputyyppien käyttämiseksi, jotka ovat vähemmän 70954 kalliita ja huonompilaatuisia, mutta tämä tietenkin saa aikaan paperin ominaisuuksien huonontumista ja usein tuottaa ylimääräisiä hienoaineita, joita ei pidätetä paperinvalmistusprosessissa ja tämä saa taas aikaan jäteveden poisto-ongelmia.

5

Siten keksinnön päätehtävänä on saada aikaan sideainejärjestelmä ja menetelmä, jotka tuottavat parannettuja ominaisuuksia paperissa ja jotka sallivat kuitujen minimimäärien käytön vaadittujen lujuuksien ja muiden ominaisuuksien aikaansaamiseksi. Eräänä toisena keksinnön tehtävänä on saada 10 aikaan sideainejärjestelmä ja sen käyttömenetelmä, jotka lisäävät konkreettisesti paperin lujuutta ja muita ominaisuuksia verrattuna samanlaiseen paperiin, joka on valmistettu tunnettujen sideaineiden kanssa. Vielä eräänä keksinnön tehtävänä on saada aikaan sideainejärjestelmä ja sen käyttömenetelmä, jotka maksimoivat mineraalitäyteaineiden ja muiden ma-15 teriaalien pidätystä paperiarkissa käytettäessä sideainetta paperimassassa paperinvalmistuskoneessa. Keksinnön vielä eräänä tehtävänä on saada aikaan paperi, jossa on korkea mineraalitäyteainekonsentraatio ja jossa on hyväksyttävä lujuus ja muut ominaisuudet.

20 Keksinnön muut tehtävät ja edut selviävät seuraavasta selityksestä ja oheisista piirustuksista, joissa kuviot 1-8 esittävät kaavioita tuloksista, jotka on saatu testattaessa esimerkkien mukaisesti valmistettuja paperiarkkeja ja jotka havainnollis-25 tavat keksinnön eri piirteitä.

Esillä oleva keksintö perustuu sideaineen ja sen käyttömenetelmän löytöön, jotka lisäävät konkreettisesti paperituotteen lujuutta ja muita ominaisuuksia ja jotka sallivat mineraalitäyteaineiden olennaisten määrien käy-30 tön paperinvalmistusprosessissa ja maksimoivat täyteaineen ja selluloosan hienoaineiden pidättymistä arkkiin. Tämä mahdollistaa paperin määrättyä laatua varten arkin selluloosakuitupitoisuuden alentamisen ja/tai käytettyjen selluloosakuitujen laadun alentamisen ilman arkin lujuuden ja muiden ominaisuuksien huonontumista. Myös käyttämällä keksinnön periaatteita 35 mineraalitäyteaineen määrää voidaan lisätä huonontamatta tuloksena saatavan paperituotteen lujuutta ja muita ominaisuuksia kohtuuttomasti. Siten vähentämällä käytetyn sulpun määrää määrätyn arkin valmistamiseksi tai 70954 3 korvaamalla sulpun mineraalitäyteaine, kuitupitoisuuden alentaminen sallii sulputukseen tarvittavan energian vähentämisen samoin kuin arkin kuivatukseen tarvittavan energian vähentämisen. Lisäksi on todettu, että mineraa-litäyteaineen ja hienoaineen pidätys on riittävän korkealla tasolla jäte-5 vesiongelmien minimoimiseksi.

Yleisesti keksinnön mukaisessa järjestelmässä käytetään sideainekomplek-sia, jossa on kaksi aineosaa, so. kolloidinen piihappo ja amfoteerinen tai kationinen guar-kumi. Guar-kumin ja kolloidisessa plihapossa olevan 10 SiO^in välinen painosuhde on yli 0,1 ja alle n. 25.

Esillä olevan keksinnön mukainen sideainejärjestelmä voidaan yhdistää muihin sideainejärjestelmiin. Kun se yhdistetään sideainejärjestelmään, jossa on kationista tärkkelystä ja kolloidista piihappoa ja joka on esi-15 tetty julkaisusta eruooppalaisessa patenttihakemuksessa 81850084.5 (julkaisu n:o 0041056), osa guar-kumista korvataan kationisella tärkkelyksellä, jolloin painosuhde toisaalta guar-kumin + kationisen tärkkelyksen ja toisaalta kolloidisessa plihapossa olevan SiO^tn välillä on myös yli 0,1 ja alle n. 25.

20

Kationiset ja amfoteeriset guar-kumit ovat kylmään veteen liukenevia, mikä on edullista verrattuna useimpiin kationisiin tärkkelyksiin, jotka vaativat kuumaa vettä tai kiehumista. Eräs toinen amfoteeristen ja etenkin kationisten guar-kumien etu on se, että niiden reaktiiviset paikat 25 ovat luoksepäästävämpiä kuin kationisten tärkkelyksen reaktiiviset paikat, mikä tekee mahdolliseksi sen, että voidaan käyttää sideaineen pienempiä määriä saman vaikutuksen aikaansaamiseksi, jos käytetään guar-kumia. Tämän ilmiön todennäköinen selitys on se, että guar-kumimolekyylit muodostavat suoria ketjuja, kun taas useat tärkkelysmolekyylit muodostavat kie-30 rukkamaisia ketjuja.

On todettu, että kuivattamisen jälkeen arkilla on huomattavasti parantuneet lujuusominaisuudet, kun käytetään esillä olevan keksinnön periaatteita. Samoin on todettu, että kun käytetään mineraalitäyteaineita, kuten 35 savea, liitua ja vastaavia paperimassassa, nämä mineraalitäyteaineet pidätetään tehokkaasti arkissa eikä niillä ole sitä vahingollisen vaikutuksen astetta arkin lujuuteen, joka voidaan todeta, kun ei käytetä keksinnön , 70954 4 mukaista sideainejärjestelmää.

Arkkituotteiden valmistuksen yhteydessä on käytetty jo sideaineita, jotka perustuvat kationisten aineiden ja piihapon yhdistelmään. Tätä on kuvattu 5 esimerkiksi US-patentissa 3.253.978, jossa esitetään epäorgaaninen arkki, jossa käytetään kationisen tärkkelyksen ja piihapon yhdistelmää, mutta jossa flokkulaatioon vastavaikutetaan ja järjestelmä toimii hyvin korkeilla piihappopitoisuuksilla. Tässä patenttijulkaisussa on esitetty esillä olevasta keksinnöstä poiketen, että kationisen tärkkelyksen ei tarvitse 10 hyytelöittää piihapposoolia, vaikkakin sillä on taipumus flokkulaatioon.

Hyytelöitymisen ja flokkulaation sanotaan saavan aikaan heikon vedenpoiston ja tartunnan viiraan ja tuotetun arkin huokoisuuden vähenemisen, jolloin flokkulaatiota ja hyytelöitymistä vastaan vaikutetaan tästä syystä pH-säädöillä.

15

Julkaistun ruotsalaisen patenttihakemuksen 8003948-0 ja vastaavan eurooppalaisen patenttihakemuksen 81850084.5 (julkaisu n:o 0041056) mukaisessa paperinvalmistusmenetelmässä käytetään sideainetta, joka sisältää kolloidista piihappoa ja kationista tärkkelystä. Tämä paperinvalmistus saa myös 20 aikaan yllä mainitut erinomaiset vaikutukset, mutta joissakin tapauksissa se voi tuoda mukanaan liian korkean kationisen tärkkelyksen pitoisuuden paperissa, josta seuraa, että paperin kovuus kasvaa, mikä joissakin tapauksissa ei ole sopivaa. Tämä haitta voidaan eliminoida käyttämällä esillä olevan keksinnön mukaista sideainejärjestelmää.

25

Vaikka mekanismia, joka tapahtuu paperimassassa ja paperinmuodostuksessa ja kuivatuksessa sideaineen läsnäollessa, ei täysin ymmärretä, uskotaan, että guar-kumi ja kolloidinen piihappo muodostavat kompleksisen agglome-raatin, joka on sidottu yhteen anionisella kolloidisella piihapolla ja 30 joka sisältää myös kationista tärkkelystä, jos sitä on läsnä sideaineessa, ja että guar-kumi tulee liitetyksi mineraalitäyteaineen pintaan, jonka pinta on joko täysin tai osittain anioninen. Guar-kumi ja valinnainen kationinen tärkkelys liittyy myös selluloosakuituihin ja hienoaineisiin, jotka molemmat ovat anionisia. Kuivattaessa agglomeraatin ja selluloosa-35 kuitujen välinen liittyminen saa aikaan laajan vetysitoutumisen. Tätä teoriaa tukee osittain se seikka, että anionisen massan zeetapotentiaali liikkuu nollaan päin käytettäessä keksinnön mukaista sideainekompleksia n 5 70954 sekä lujuusominaisuudet että pidätys paranevat.

Olemme todenneet, että kun käytetään yllä esitetyn tyyppistä sideainejär-jestelmää, sideainejärjestelmän vaikutusta voidaan parantaa lisäämällä 5 kolloidista piihappoaineosaa usein lisäyksin, so. osa kolloidisesta pii-haposta sekoitetaan ensin sulppuun ja mahdollisesti läsnäolevaan mineraa-litäyteaineeseen, sitten guar-kumi ja kationinen tärkkelys, jos sitä on läsnä, lisätään ja tämän jälkeen, kun sulpun, täyteaineen (jos läsnä), piihapon ja guar-kumin/tärkkelyksen kompleksinen agglomeraatti muodoste-10 taan ja ennen kuin massa syötetään paperinvalmistuskoneen kuumennuslaa- tikkoon, jäljellä oleva osa kolloidisesta piihaposta sekoitetaan massaan, joka sisältää kompleksisen agglomeraatin. Tämä kolloidisen piihapon syöt-tömenetelmä kahdessa tai useammassa vaiheessa saa aikaan määrättyjä lujuuden ja muiden ominaisuuksien parannuksia, mutta vaikuttavin parannus on 15 täyteaineen ja paperinvalmistuksen hienoaineiden pidättymisen kasvu. Näiden parannusten syytä ei täysin tunneta, mutta uskotaan, että ne syntyvät tuloksena kompleksisten täyteaine-kuitu-sideaine-agglomeraattien muodostumisesta, jotka ovat vakaampia, so. että kolloidisen piihapon myöhempi lisäys saattaa agglomeraatit, jotka on alussa muodostettu, sitoutumaan 20 yhteen vielä vakaampien agglomeraattien muodostamiseksi, jotka ovat vähemmän herkkiä mekaanisten ja muiden voimien suhteen paperin muodostuksessa.

Perustuen työhön, joka on tehty tähän asti, tämän keksinnön periaattei-25 den uskotaan olevan sovellettavissa kaikkien paperilaatujen ja -tyyppien valmistukseen, esimerkiksi painolaatujen, mukaanlukien sanomalehtipaperin, silkkipaperin, paperikartongin, lainerin ja säkkipaperin ja vastaavien valmistukseen.

30 On todettu, että suurimmat parannukset on havaittavissa, kun sideainetta käytetään kemiallisten sulppujen, esim. sulfaatti- ja sulfiittisulp-pujen kanssa, jotka ovat peräisin sekä lehtipuusta että havupuusta. Pienemmät, mutta erittäin merkittävät parannukset tapahtuvat termomekaanisten ja mekaanisten sulppujen kanssa. On havaittu, että ligniinin yliraää-35 rien läsnäolo puuhiokesulpussa näyttää häiritsevän sideaineen tehokkuutta niin, että tällaiset sulput voivat tarvita joko suurempaa sideaineen osuutta tai alhaisen ligniinipitoisuuden sisältävän muun sulpun suurempaa 6 70954 osuutta halutun tuloksen aikaansaamiseksi. (Tässä käytettynä käsitteet "selluloosasulppu" ja "selluloosakuitu" koskevat kemiallista termomekaanista ja mekaanista tai puuhiokesulppua ja niihin sisältyviä kuituja.) 5 Selluloosakuitujen läsnäolo on välttämätöntä keksinnön määrättyjen parannettujen tulosten aikaansaamiseksi, jotka tapahtuvat agglomeraatin ja selluloosakuitujen vuorovaikutuksen tai liittymisen johdosta. Mieluummin valmiin paperin tulisi sisältää yli 50% selluloosakuituja, mutta voidaan valmistaa pienempiä määriä selluloosakuituja sisältävää paperia, jossa 10 on huomattavasti parantuneet ominaisuudet verrattuna paperiin, joka on valmistettu samanlaisesta paperimassasta, jossa ei ole käytetty tässä esitettyä sideaineagglomeraattia.

Mineraalitäyteainemateriaali, jota voidaan käyttää, sisältää mitä tahan-15 sa yleisistä mineraalitäyteaineista, joissa on pinta, joka on ainakin osittain anioninen luonteeltaan. Mineraalitäyteaineita, kuten kaoliinia, bentoniittiä, titaanidioksidia, kipsiä, liitua ja talkkia voidaan käyttää tyydyttävästi. (Käsite "mineraalitäyteaineet", jota tässä käytetään, tarkoittaa edellä olevien materiaalien lisäksi wollastoniittia ja lasikuituja 20 ja myös mineraalisia pienitiheyksisiä täyteaineita, kuten paisutettua perliittiä.) Kun tässä esitettyä sideainekompleksia käytetään, mineraalitäyteaineet pidätetään olennaisesti valmiissa tuotteessa ja tuotetun paperin lujuus ei ole huonontunut siinä määrin kuin silloin, kun sideainetta ei käytetä.

25

Mineraalitäyteaine lisätään normaalisti vesipitoisen lietteen muodossa tavallisissa konsentraatioissa, joita käytetään tällaisten täyteaineiden kohdalla.

30 Kuten yllä mainittiin, paperin mineraalitäyteaineet voivat muodostua tai käsittää pienitiheyksistä tai kuohkeaa täyteainetta. Tällaisten täyteaineiden mahdollista lisäämistä tavanomaisiin paperimassoihin rajoittavat sellaiset seikat, kuten täyteaineiden pidättyminen viiraan, paperimassan vedenpoisto viiralla, saadun paperituotteen märkä- ja kuivalujuus. Nyt 35 me olemme todenneet, että tällaisten täyteaineiden lisäämisen aiheuttamat ongelmat voidaan välttää tai olennaisesti eliminoida käyttämällä esillä olevan keksinnön mukaista sideainekompleksia, mikä mahdollistaa 7 70954 myös tällaisten täyteaineiden korkeampien kuin normaalien osuuksien lisäämisen paperituotteen erityisten ominaisuuksien aikaansaamiseksi. Siten käyttämällä keksinnön mukaista sideainekompleksia on tullut mahdolliseksi tuottaa paperituote, jossa on alhaisempi tiheys ja siten korkeampi 5 jäykkyys samassa neliömassassa, ja samanaikaisesti pitää paperituotteen lujuusominaisuudet (kuten kimmomoduuli, vetoindeksi, vetoenergian absorptio ja pintakuitujen irtoamisvastus) samalla tasolla tai jopa paremmalla tasolla kuin aikaisemmin.

10 Kuten yllä on esitetty, sideaine käsittää kolloidisen piihapon ja amfo-teerisen tai katlonisen guar-kumin yhdistelmän mahdollisesti kationiseen tärkkelykseen sekoitettuna. Kolloidinen piihappo voi esiintyä eri muodoissa, esimerkiksi se voi olla polypiihapon tai kolloidisen piihapon soolien muodossa, vaikkakin parhaimmat tulokset saadaan käyttämällä kolloidisen 15 piihapon sooleja.

Polypiihappoa voidaan valmistaa saattamalla vesilasi reagoimaan rikkihapon kanssa tunnetuilla menetelmillä korkeintaan n. 100.000 molekyylipai-nojen (SiO^rna) aikaansaamiseksi. Kuitenkin tuloksena saatava polypiihap-20 po on epävakaa ja sitä on vaikea käyttää ja se muodostaa ongelman siten, että natriumsulfaatin läsnäolo saa aikaan korroosiota ja muita ongelmia paperinvalmistuksessa ja jäteveden poistossa. Natriumsulfaatti voidaan poistaa ioninvaihdolla käyttämällä tunnettuja menetelmiä, mutta tuloksena saatava polypiihappo on epävakaa ja ilman stabilointia se huononee varas-25 toitaessa. Suolavapaa polypiihappo voidaan valmistaa myös laimennetun vesilasin suoran ioninvaihdon avulla.

Vaikka havaitaan olennaisia parannuksia sekä lujuudessa että pidätyksessä sideaineella, joka sisältää polypiihappoa ja amfoteerista ja etenkin ka-30 tionista guar-kumia, mahdollisesti sekoitettuna kationisen tärkkelyksen kanssa, ensiluokkaisia tuloksia saadaan käyttämällä guar-kumia kolloidisen piihapon kanssa liuoksen muodossa, joka sisältää n. 2-60 paino-%

Si02:a ja mieluummin n. 4-30 paino-% SiO^ra.

35 Liuoksen kolloidisen piihapon pinta-alan tulisi mieluummin olla n. 50- 2 2 n. 1000 m /g ja mieluummin n. 200 - n. 1000 m /g, jolloin parhaimmat tu- 2 lokset havaitaan, kun pinta-ala on n. 300 - n. 700 m /g. Piihappoliuos 8 70954 stabiloidaan alkalilla, jolloin moolisuhde SiO^tM^O on 10:1 - 300:1, mieluummin 15:1 - 100:1 (M on ioni, joka on valittu ryhmästä Na, K, Li ja NH^). On todettu, että kolloidisen piihapon hiukkasten koon tulisi olla alle 20 nm ja mieluummin keskimääräisen koon tulisi olla n. 10-1 nm.

2 5 (Kolloidisen piihapon hiukkanen, jonka pinta-ala on n. 550 m /g, vaatii n. 5,5 nm:n keskimääräisen hiukkaskoon).

Varsinaisesti yritetään mieluummin käyttää piihappoliuosta, jossa on kolloidisia piihappohiukkasia. joissa on maksimaalinen aktiivinen pinta ja 10 hyvin määritetty pieni koko, joka on yleensä n. 4-9 nm.

Yllä olevat määritelmät täyttäviä piihappoliuoksia on markkinoilla eri lähteistä, mukaanlukien Nalco Chemical Company, Du Pont & de Nemours Corporation ja tämän keksinnön hakija.

15

Guar-kumi, jota käytetään esillä olevan keksinnön mukaisessa sideaineessa, on amfoteerinen tai kationinen guar-kumi. Guar-kumia esiintyy luonnollisesti guar-kasvin siemenissä (esimerkiksi Cyamopsis tetragonalobus). Guar-molekyyli on olennaisesti suoraketjuinen mannaani, joka on haarautunut 20 melko säännöllisin välein yksittäisillä galaktoosiyksiköillä vuorottele-villa mannoosiyksiköillä. Mannoosiyksiköt on liitetty toisiinsa£-(1-4)-glykosidisidoksilla. Galaktoosihaaroitus saadaan o<-(l-6)-sidoksella. Ka-tioniset johdannaiset muodostetaan polygalaktomannaanin hydroksyyliryh-mien ja reaktiivisten kvaternääristen ammoniumyhdisteiden välisellä reak-25 tiolla. Kationisten ryhmien substituution määrä on sopivasti vähintään 0,01 ja mieluummin vähintään 0,5 ja se voi olla jopa 1,0. Sopiva alue voi olla 0,08-0,5. Guar-kumin molekyylipainon oletetaan olevan 100.000- 1.000.000, yleisesti n. 220.000. Sopivia kationisia guar-kumeja on mainittu julkaistuissa eurooppalaisissa patenttijulkaisuissa EP-A-30 0,018,717 (EP-hakemus 80300940.6) ja EP-A-0,002,085 (EP-hakemus 78200295.0) shampoo-valmisteiden ja vastaavasti tekstiilien huuhteluaineiden yhteydessä. Luonnollinen guar-kumi saa aikaan käytettäessä sitä pape-rikemikaalina parannetun lujuuden, pienentyneen pölynmuodostumisen ja paremman paperinmuodostuksen. Luonnollisen guar-kumin haitta on se, että 35 se tekee vedenpoistoprosessin vaikeammaksi ja siten alentaa tuotantotehoa tai lisää kuivatuksen tarvetta. Eittämättä nämä ongelmat on vältetty suuressa määrin otettaessa käyttöön kemiallisesti muunnettuja guar-kumeja, n 9 70954 jotka ovat amfoteerisia tai kationisia. Kuitenkin kationisia tai amfotee-risia guar-kumeja, joita on markkinoilla, ei ole aikaisemmin käytetty esillä olevan keksinnön mukaisesti käytetyissä sideainekompleksityypeis-sä. On olemassa markkinoilta saatavia guar-kumeja, joissa on eri kationi-5 sointiasteita ja myös amfoteerisia guar-kumeja.

Amfoteerisia ja kationisia guar-kumeja, joita voidaan käyttää esillä olevan keksinnön yhteydessä, on markkinoilla eri lähteistä mukaanlukien Henkel Corporation (Minneapolis, Minnesota, USA) ja Celanese Plastics 10 & Specialities Company (Louisville, Kentucky, USA) tavaramerkeillä GENDRIV ja CELBOND.

Jos kationista tärkkelystä sekoitetaan guar-kumiin käytettäväksi keksinnön mukaisessa sideaineessa, kationinen tärkkelys voi olla peräisin tärk-15 kelyksistä, jotka johtuvat jostakin yleisistä tärkkelystä tuottavista materiaaleista, esim. maissitärkkelystä, vehnätärkkelystä, perunatärkkelystä, riisitärkkelystä jne. Kuten on hyvin tunnettua, tärkkelys tehdään kationiseksi ammoniumryhmäsubstituutiolla tunnettujen menetelmien avulla, ja niillä voi olla vaihtelevla substituutioasteita, jotka ovat korkein-20 taan 0,1. Parhaimmat tulokset on saatu, kun substituutioaste (d.s.) on n. 0,1-0,05 ja mieluummin n. 0,02-0,04 ja etenkin yli n. 0,025 ja alle n. 0,04. Vaikka useita ammoniumyhdisteitä, mieluummin kvaternäärisiä, käytetään valmistettaessa kationisoituja tärkkelyksiä sideainettamme varten, käytämme mieluummin kationisoitua tärkkelystä, joka on valmistettu 25 käsittelemällä perustärkkelys 3-kloori-2-hydroksipropyyli-trimetyyli- ammoniumkloridilla tai 2,3-etoksi-propyyli-trimetyyliammoniumkloridilla kationisoidun tärkkelyksen aikaansaamiseksi, jonka d.s. on 0,02-0,04.

Paperinvalmistusprosessissa sideaine lisätään paperimassaan ennen kuin 30 paperituote muodostetaan paperinvalmistuskoneessa. Kaksi aineosaa, kolloidiset piihappoaineosat ja guar-kumi (mahdollisesti sekoitettuna katio-nisen tärkkelyksen kanssa) voidaan sekoittaa yhteen sideainekompleksin vesipitoisen lietteen muodostamiseksi, joka sisältää piihappoa ja guar-kumia (ja mahdollisesti kationista tärkkelystä) ja joka voidaan sitten 35 lisätä ja sekoittaa perusteellisesti paperinvalmistusmassaan. Kuitenkaan tämä menetelmä ei saa aikaan maksimoituja tuloksia, etenkään, jos kationista tärkkelystä on mukana. Mieluummin piihapon ja guar-kumin ja mahdol- 10 70954 lisesti kationisen tärkkelyksen kompleksi muodostetaan In situ paperin-valmistusmassassa. Tämä voidaan suorittaa lisäämällä kolloidisen piihapon aineosa vesipitoisen soolin muodossa ja lisäämällä guar-kumi ja mahdollinen kationinen tärkkelys vesipitoisen liuoksen muodossa erikseen massaan 5 sekoitustankissa tai järjestelmän kohdassa, missä on tasainen sekoitus, niin että nämä kaksi aineosaa dispergoidaan paperinvalmistusaineosien kanssa niin, että ne vaikuttavat toisiinsa, ja paperinvalmistusaineosien kanssa samanaikaisesti.

10 Vielä parempia tuloksia saadaan, jos kolloidinen piihappoaineosa lisätään massan osaan ja sekoitetaan perusteellisesti sen kanssa, minkä jälkeen massan valmistus suoritetaan loppuun ja kationinen tärkkelysaineosa lisätään ja sekoitetaan massan kanssa perusteellisesti ennen paperituotteen muodostusta.

15

Siinä tapauksessa, että mineraalitäyteainetta on lisättävä massaan, on todettu, että mineraalitäyteaine lietetään veteen kolloidisen piihapon kanssa, tai lisättäessä piihappoaineosa kasvavin annoksin, kolloidisen piihapon aineosan alkuosuus ja sitten täyteaine-kolloidinen piihappo-aineosan 20 yhdistämiseksi lietetään sekoituslaitteeseen, missä se yhdistetään massaan sulpun ja guar-kumin ja mahdollisen kationisen tärkkelyksen kanssa.

Tämän jälkeen käytettäessä kolloidisen piihappoaineosan kasvavia lisäyksiä kolloidisen piihappoaineosan loppuosa tai osat sekoitetaan perusteel-25 lisesti massan kanssa sen jälkeen, kun alkuagglomeraatti on muodostettu ja ennen tai samanaikaisesti kuin massa johdetaan kuumennuslaatikkoon. Kolloidisen piihapon alkulisäyksen tulisi käsittää 20 - n. 90% koko lisättävästä määrästä ja sitten sen jälkeen kun alkuagglomeraatti on muodostettu jäljellä oleva osa tulisi lisätä ennen arkin muodostamista. Mie-30 luummin alkulisäyksen tulisi käsittää n. 30 - n. 80% kolloidisesta pii-happoaineosasta.

On todettu, että paperinvalmistusprosessissa, missä käytetään tässä selitettyä sideainekompleksia, massan pH-arvo ei ole ylettömän kriittinen ja 35 se voi olla 4-9. Kuitenkin yli 9 ja alle 4 olevat pH-alueet eivät ole toivottuja.

Il n 70954

Myös muita paperikemikaaleja, kuten viimeistelyaineita, alunaa ja vastaavia voidaan käyttää, mutta tulisi huolehtia siitä, että näiden aineiden taso ei ole tarpeeksi suuri häiritsemään piihapon ja guar-kumin ja mahdollisesti kationitärkkelyksen agglomeraatin muodostusta ja että aineen 5 taso kiertävässä jätevedessä ei tule liian suureksi, niin että se häiritsee sideaineagglomeraatin muodostusta. Tästä syystä tavallisesti on parempi lisätä aine järjestelmän kohdassa sen jälkeen, kun agglomeraatti on muodostettu.

10 Keksinnön mukaisesti amfoteerisen tai kationisen guar-kumin painosuhteen kolloidiseen piihappoaineosaan tulisi olla 0,1:1 - 25:1. Sama painosuhde soveltuu, jos osa guar-kumista on korvattu kationisella tärkkelyksellä. Mieluummin tämä suhde on 0,25:1 - 12,5:1.

15 Käytettävän sideaineen määrä vaihtelee halutun vaikutuksen ja erityisten aineosien ominaisuuksien mukaan, jotka on valittu sideainetta valmistettaessa. Esimerkiksi jos sideaine sisältää polypiihappoa kolloidisena pii-happoaineosana, tarvitaan enemmän sideainetta kuin jos kolloidinen pii- happoaineosa on kolloidista piihapposoolia, jonka pinta-ala on 300-2 20 700 m /g. Samoin jos kationisen guar-kumin d.s. on esimerkiksi 0,3 ver rattuna siihen, jos sen d.s. on 0,5, tarvitaan enemmän sideainetta oletettaessa, että kolloidinen piihappoaineosa on muuttumaton.

Yleisesti kun massa ei sisällä mineraalitäyteainetta, sideaineen taso 25 voi olla 0,1-15 paino-% ja mieluummin 0,25-5 paino-% perustuen selluloo-sakuitujen painoon. Kuten yllä on korostettu, sideaineen tehokkuus on suurempi kemiallisten sulppujen kanssa, niin että tarvitaan vähemmän sideainetta näiden sulppujen kanssa määrätyn vaikutuksen aikaansaamiseksi kuin muuntyyppisten kanssa. Siinä tapauksessa, että käytetään mineraali- 30 täyteainetta, sideaineen määrä voi perustua täyteainemateriaalin painoon ja se voi olla 0,5-25 paino-% ja tavallisesti 2,5-15 paino-% täyteaineen painosta.

Keksintöä selitetään yksityiskohtaisemmin seuraavien esimerkkien avulla.

35 Näissä esimerkeissä on esitetty erilaisia jauhatusmenetelmiä ja valmiiden tuotteiden ominaisuuksia. Seuraavla standardeja on käytetty eri tarkoituksiin: 12 70954

Jauhatus Valley-holanterissa SCAN-C 25:76

Jauhatusasteet:

Canadian Standard Freeness Tester SCAN-C 21:65

Schopper-Riegler SCAN-C 19:65 5 Arkinrauodostus SCAN-C 26:76

Neliöpaino SCAN-P 6:75

Tiheys SCAN-P 7:75 Täyteainepitoisuus SCAN-P 5:63

Vetoindeksi SCAN-P 38:80 10 Z-lujuus Alwetron

Tuhkapitoisuus (lentotuhka) Greiner & Gassner GmbH, Munchen

Vetoenergian absorptioindeksi SCAN-P 38:80

Testattaessa tuotettuja arkkeja ne vakioitiin ensin 20°C:ssa ilmassa suh-15 teellisen kosteuden ollessa 65%.

Esimerkeissä esitetyt pidätysmittaukset suoritettiin niin kutsutun dynaamisen vedenpoistoastian ("Britt-astia") avulla, joka oli varustettu tyhjenny spumpu11a ja mittauslasilla imetyn veden ensimmäisten 100 ml:n ke-20 räämiseksi. Mittauksissa käytettiin jaettua vedenpoistoastiaa, jossa oli viira (40 M), jonka silmäkoko oli 310 pm. Imunopeutta kontrolloitiin erilaisten läpimitan omaavien lasiputkien avulla ja se oli 100 ml/15 s. kokeissa. Seuraavaa mittausmenetelmää käytettiin: 25 1. 500 ml sulppususpensiota lisättiin sekoittaen 1000 kierrosta/min ja ajanotto käynnistettiin.

2. 15 sekunnin kuluttua lisättiin kolloidinen piihappc ja täyteaine. Kiintoaineiden kokonaispitoisuuden (kuidut + täyteaine) tulisi olla 0,5%.

3. 30 sekunnin kuluttua lisättiin guar-kumi ja/tai kationinen tärkkelys.

30 4. 45 sekunnin kuluttua imu käynnistettiin.

5. Ensimmäiset 100 ml vettä kerättiin ja suodatettiin suodatuspaperln läpi, joka oli punnittu. Suodatuspaperi oli firman Grycksbo-Munktell, Ruotsi, ja sen asteena oli 00 ja se pystyi pidättämään erittäin hienoja rakeisia sakkoja, esim. kylmää saostettua bariumsulfaattia. Suo- 2 35 datuspaperin neUomassa oli 80 g/m ja suodatusnopeus oli 150 ml/min

Hertzbergin mukaisesti.

6. Suodatuspaperi kuivatettiin, punnittiin ja poltettiin tuhkaksi.

13 70954 7. Pidätys laskettiin.

Tämän pidätysmittausmenetelmän ovat esittäneet K. Britt ja J.E. Unbehend julkaisussa Research Report 75, 1/10 1981 julkaisijana Empire State Paper 5 Research Institute ESPRA, Suracuse, N.Y. 13210, USA).

Seuraavissa esimerkeissä käytettiin markkinoilta saatavaa guar-kumia, savea ja kalkkia samoin kuin kationista tärkkelystä. Lisäksi käytettiin vertailuna markkinoilta saatavia pidätysaineita.

10

Esimerkeissä käytetty liitu "SJÖHÄSTEN NF" on luonnollinen, korkealaatuinen amorfisen rakenteen omaava kalsiumkarbonaatti ja sitä markkinoi Malmökrita Swedish Whiting Company Limited, Malmö, Ruotsi. Käytetyt C-laadun savi ja Superfill-savi ovat kaoliinia, jota markkinoi English 15 China Clay Limited, Iso-Britannia.

Käytetyt erilaiset guar-kumityypit ovat seuraavat: GENDRIV 158 ja 162 ovat kationisia guar-kumityyppejä, GENDRIV 58, jolla on kohtuullinen, ja GENDRIV 162, jolla on vahva katio-20 ninen aktiviteetti. Molempia markkinoi Henkel Corporation, Minneapolis,

Minnesota, USA.

CELBOND 120 ja CELBOND 22 ovat guar-kumityyppejä, joita markkinoi Celanese Plastics and Specialities Company, Louisville, Kentucky, USA. CELBOND 120 on amofoteerinen guar-kumi, jolla on sekä kationisia että 25 anionisia ominaisuuksia.

CELBOND 22 on vähän substituoitu kationinen guar-kumi, jossa on lisättyjä kvaternäärisiä ammoniumryhmiä.

PERCOL 140 on kationinen polyakryyliamidi, jota käytettiin pidätysapuai-neena ja jota markkinoi Allied Colloids, Iso-Britannia.

30 PERCOL E24 on anioninen polyakryyliamidi, jota käytettiin pidätysapuai-neena ja jota markkinoi Allied Colloids, Iso-Britannia.

Seuraavissa esimerkeissä esitetyt pitoisuudet on kaikki laskettu kuiva-painon perusteella.

35 70954 ESIMERKKI 1

Laboratorioviiramallissa valmistettiin käsin tehtyjä arkkeja erilaisista massoista, joilla on taulukossa 1 esitetyt koostumukset. Sulppua varten 5 käytettiin täysin valkaistua havupuusulfaattisulppua, joka oli valmistettu männystä ja joka oli jauhettu Vailey-holanterissä CFS-arvoon 470. Kaoliinia (C-savea, English China Clay Limited) käytettiin täyteaineena ja se lisättiin savilietteenä 100 g:n/l konsentraatiossa. Massan pH säädettiin arvoon 4,4 käyttämällä rikkihappoa. Sideaineena käytettiin kationisen 10 guar-kumin (GENDRIV 162) ja piihapposoolin yhdistelmää ja vertailu suoritettiin vertailumassoilla 1-3, jotka sisälsivät jo tunnettua pidätysapu- ainetta PERCOL 140 (kationinen polyakryyliamidi). Käytetty piihapposooli 2 oli l,5%:nen piihapposooli, jonka pinta-ala oli 503 m /g ja suhde Si02:Na20 = 35. Kokeessa savilietettä käsiteltiin ensin piihapposoolilla 15 0,5 tuntia. Massan valmistamiseksi sulppu mitattiin annoksittain, ja sit ten saviliete ja piihapposooli sekoitettiin sen kanssa. Tämän jälkeen kationisen guar-kumin (konsentraatio 0,5%) tai PERCOL:in (konsentraatio 0,01%) vesipitoinen liuos lisättiin, sen jälkeen pH-arvo säädettiin arvoon 4,4 käyttämällä rikkihappoa. Lopuksi suoritettiin arkinmuodostus.

20 Näiden saatujen käsiarkkien ominaisuudet nähdään taulukosta 1. Tulokset on esitetty myös kaaviossa kuviossa 1. Voidaan nähdä taulukosta ja kaaviosta, että keksinnön mukaisen sideainekompleksin käyttö tekee mahdolliseksi täyteainepitoisuuden lisäyksen vetoindeksin pysyessä samana.

25 ESIMERKKI 2

Laboratorioviiramallissa valmistettiin käsintehtyjä arkkeja erilaisista massoista, joiden koostumukset on esitetty taulukossa 2 ja joilla oli taulukossa 2 esitetyt ominaisuudet. Käytettiin samaa sulppua ja täyteai-30 netta kuin esimerkissä 1, jolloin massan 8 osuudet olivat 70% savea ja 30% sulppua ja muissa massoissa 30% savea ja 70% sulppua. Sideaine muodostettiin kationisesta guar-kumista, joka lisättiin 0,5%:sena vesipitoisena liuoksena ja joka koostui joko GENDRIV 162:sta, jonka typpipitoisuus oli 1,5%, tai CELBOND 22:sta, jonka typpipitoisuus oli 0,95%. Piihappo- 35 soolina käytettiin l,5%:sta piihapposoolia, jonka ominaispinta oli 2 550 m /g ja suhde Si02:Na20 = 45. Vertailunäytteissä 7 ja 8 ei käytetty mitään kemiallisia lisäaineita. Massat 9 ja 10 ovat keksinnön mukaisia.

Il 15 70954 pH-arvo säädettiin arvoon 7,0. Annosjärjestys massan valmistuksessa oli sama kuin esimerkissä 1.

Tämä esimerkki osoittaa, että sekä erittäin substituoitu katloninen guar-5 kumi (massa 10) ja vähän substituoitu katloninen guar-kumi (massa 9) tuottavat paperin lisääntyneen täyteainepitoisuuden.

ESIMERKKI 3 10 Laboratorioviiramallissa (Formette Dynamique) valmistettiin käsintehtyjä arkkeja erilaisista massoista, joilla oli taulukossa 3 esitetyt koostumukset. Tässä esimerkissä käytettiin sulppua, jossa oli 50% koivusulfaattia ja 50% mäntysulfaattia ja jauhatusaste oli 20% SR. Täyteaine koostui C-savesta 10%:sen vesipitoisen lietteen muodossa. Sideaineena käytettiin 15 katlonisen guar-kumin (GENDRIV 158) ja 1,5%:sen piihapposoolin vesipitois-ta liuosta ja piihapposoolin pinta-ala oli 530 m /g ja suhde 510^^320 = 35. Nollatesteissä (massat 11-13) ei käytetty mitään kemiallisia lisäaineita. Vertailutesteissä 14-16 käytettiin vain guar-kumia, mutta ei pii-happosoolia. Massat 17-19 valmistettiin keksinnön mukaisesti. Massan val-20 mistus ja arkkien muodostus suoritettiin esimerkin 1 mukaisesti, pH säädettiin arvoon 7,5.

Taulukko 3 esittää massakoostumukset ja testitulokset. Testitulokset on esitetty myös kuvioiden 2 ja 3 kaavioissa, missä käyrä A koskee nollates-25 tejä, käyrä B vertailutestejä ja käyrä C keksintöä sideainekompleksin guar-kumi + piihapposooli kanssa. Nähdään kuviosta 2, että vaikka guar-kumin lisäys tuotti täyteainepitoisuuden kasvun yhtäsuuressa vetoindek-slssä, parannus oli huomattavasti suurempi käytettäessä esillä olevaa keksintöä. Kuviosta 3 nähdään, että vetoenergian absorptioindeksin suuri 30 parannus saadaan aikaan esillä olevalla keksinnöllä.

ESIMERKKI 4 Tässä esimerkissä valmistettiin käsintehtyjä arkkeja laboratorioviiramal-35 lissa käyttämällä massoja, jotka oli valmistettu täysin valkaistusta män-tysulfaatista, jonka jauhatusaste oli 470 CSF. Täyteaineena käytettiin C-savea 10%:sen vesipitoisen lietteen muodossa. Sulpun painosuhde täyte- i6 70954 aineeseen oli massassa 70:30. Sideaine muodostui 0,5%:sta guar-kumin GENDRIV 162 ja 1,5%:sen piihapposoolin vesipitoisesta liuoksesta. Pii- 2 happosoolin pinta-ala oli 500 m /g ja suhde Si02:Na20 * 35. Vertailutes-teissä käytettiin vain esitettyä guar-kumia. Valmistettaessa massa pH 5 säädettiin arvoon 4,4. Massojen 21-25 valmistuksessa täyteaine ja pii- happosooli sekoitettiin ennen kuin ne sekoitettiin sulppuun. Täyteaineen ja sulpun sekoituksen jälkeen kationinen guar-kumi lisättiin, pH-arvo säädettiin rikkihapolla ja lopuksi muodostettiin arkki. Massojen koostumukset ja Z-lujuus, joka todettiin Alwetronin mukaisesti, on esitetty 10 taulukossa 4.

ESIMERKKI 5

Samoin tässä esimerkissä valmistettiin käsintehtyjä arkkeja laboratorio-15 viiramallissa. Sulppu koostui täysin valkaistusta mäntysulfaattisulpusta, jonka jauhatusaste oli 470 CSF. Täyteaine oli C-savea (10%:nen vesipitoinen liete). Keksinnön massoissa 30-32 sideaine koostui kationisesta guar- kumista GENDRIV 162 (0,5%:nen vesipitoinen liuos), l,5%:sta piihapposoo- 2 lista, jonka pinta-ala oli 500 m /g ja suhde Si02:Na20 = 35. Vertailutes-20 teissä 26-29 käytettiin pidätysapuaineenna PERCOL 140:a (0,01%). Massoissa 26,27,28,30 ja 31 pH säädettiin arvoon 4,4, kun taas massojen 29 ja 32 pH säädettiin arvoon 9,0.

Valmistettaessa massoja sulppu jaettiin ensin annoksiin ja sitten täyte-25 aine, joka käytettäessä piihapposoolia oli esikäsitelty piihapposoolilla.

Tämän jälkeen, milloin käytettiin, lisättiin guar-kumi, pH säädettiin rikkihapolla massoissa 26-28, 30 ja 31 ja natriumhydroksidilla massoissa 29 ja 32.

30 Kuten nähdään taulukosta 5 ja kuvioista 4 ja 5, on mahdollista käyttämällä esillä olevaa keksintöä lisätä täyteainepitoisuutta säilyttämällä määrätty vetoindeksi ja saada sama edullinen vaikutus Z-lujuuden suhteen (kuvio 5).

35 ESIMERKKI 6

Laboratorioviiramallissa valmistettiin käsintehtyjä arkkeja erilaisista 17 70954 massoista, jotka oli valmistettu täysin valkaistusta mäntysulfaattisul-pusta, jonka jauhatusaste oli 470 CSF. Täyteaineena käytettiin 10%:sta liidun (SJÖHÄSTEN NF) vesipitoista lietettä. Sideaine koostui kationisesta guar-kumista GENDR1V 162 (0,5%) ja l,5%:sta piihapposoolista, jonka pinta-2 5 ala oli 550 m /g ja suhde SiO^iNa^O = 40. Vertailuna käytettiin PERCOL 140:a (0,01%) massoissa 33-35. pH säädettiin arvoon 7,0. Massat valmistettiin edellä olevien esimerkkien mukaisesti. Massan koostumus ja testitulokset nähdään taulukosta 6 ja kaaviosta kuviossa 6. Kuten nähdään taulukosta 6 ja kuviosta 5, keksinnön mukainen sideainekoostumus saa aikaan 10 huomattavan lujuuden kasvun käytettäessä liitua täyteaineena.

ESIMERKKI 7 Tämä esimerkki on pidätystesti, jossa käytetään dynaamista vedenpoisto-15 astiaa (Britt-astia). Massan kuituosa koostui 25%:sta täysin valkaistua lehtipuusulfiittisulppua, jonka jauhatusaste oli 25° SR, 25%:sta täysin valkaistua mäntysulfaattisulppua, jonka jauhatusaste oli 25° SR ja 50%:sta termomekaanista sulppua, jonka ISO-valkoisuus oli 70 ja jauhatusaste 80 CSF. Viimeksi mainittu sulppu sisälsi jätevettä ja kaikki sulput oli otet-20 tu paperitehtaasta. Täyteaineena käytettiin 10%:sta vesipitoista Superfill-saven (English China Clay Limited) lietettä. Sideaine koostui 0,5%:sta kationisen guar-kumin GENDRIV 162 ja 1,5%:sen piihapposoolin liuoksesta.

2

Soolin pinta-ala oli 550 m /g ja suhde Si02:Na20 = 40. Vertailutestissä 30 käytettiin alunaa (l%:nen liuos), kun taas vertailutestissä 40 on yllä 25 mainitun ruotsalaisen patenttihakemuksen 8003948-0 ja vastaavan julkaistun eurooppalaisen patenttihakemuksen ΕΡ-Λ-0041056 mukainen sideaine, jossa käytettiin piihapposoolin ja kationisen tärkkelyksen (0,5%:n konsen-traatio) sideaineagglomeraattia. Näiden pidätystestien toimintatapa on esitetty yllä. Testeissä massan pH säädettiin arvoon 5,5 ja sekoittimen 30 nopeus oli 1000 kierr./min.

Taulukosta 7 nähdään, että parannettu täyteainepidätys saadaan aikaan, kun kuljetaan vertailunäytteen 39 alunasta piihapposoolin ja kationisen tärkkelyksen yhdistelmään massassa 40. Edelleen nähdään, että keksintö 35 saa aikaan edelleen parannuksia täyteainepidätyksessä, vaikkakin käytettiin lisättyjen kemikaalien pienempää kokonaismäärää.

18 70954 ESIMERKKI 8 Tämä esimerkki koskee myös pidätystestejä dynaamisessa vedenpoistoastiässä (Britt-astia). Tässä tapauksessa massa valmistettiin sulpusta, jossa 5 oli 80% puuhiokemassaa, jonka jauhatusaste oli 100 CSF, ja 20% mäntysul-

faattisulppua, jonka jauhatusaste oli 470 CSF. C-savea (10%:sta vesipitoista lietettä) käytettiin täyteaineena 20%:n määränä laskettuna massasta. Massojen 44 ja 45 sideaineena käytettiin kationisen guar-kumin GENDR1V

162 ja l,5%:sen piiliapposoolin 0,5%:sta liuosta. Piihapposoolin pinta-ala 2 10 oli 505 m /g ja suhde SiO^Na^O = 35. Vertailumossassa 43 käytettiin PERCOL 140:a (0,01%) pidätysapuaineena, kun taas massa 42 oli nollanäyte ilman kemiallisia lisäaineita. Kaikissa tapauksissa pH säädettiin arvoon 5,4 ja sekoittimen nopeus oli 1000 kierr./min.

15 Nähdään taulukon 8 tuloksista, että keksintö (massat 44 ja 45) saa aikaan huomattavan parannukset täyteaineen pidätyksessä.

ESIMERKKI 9 20 Tässä esimerkissä tutkittiin amfoteerisen tai kationisen guar-kumin ja ka tionisen tärkkelyksen seosta yhdessä piihapposoolin kanssa massan side-ainekompleksin muodostusta varten. Eri kemikaalien annostukset valittiin siten, että saatiin aikaan vakiot kemikaalikustannukset kemikaalien tämän hetkisissä hinnoissa. Testeissä käytettiin seuraavia guar-kumityyppejä: 25

GENDRIV 162 kationinen 1,5% N

GENDRIV 158 kationinen 1,0% N

CELBOND 22 kationinen 0,75% N

CELBOND 120 amfoteerinen 0,95% N

30 Lähtöarvona käytettiin suhdetta 3:10 piihapposoolin ja kationisen tärkkelyksen suhteena, koska tämä on yleinen annostus SE-patenttihakemuksen 8003948-0 ja vastaavan julkaistun eurooppalaisen patenttihakemuksen EP-A-0041056 mukaiselle sideainejMrjestelmälle.

Näiden testien massakoostumus oli 70 paino-% täysin valkaistua mäntysul-faattia, jonka jauhatusaste oli 340 CSF, ja 30% C-savea. Savi lisättiin 35 i9 70954 10%:sena lietteenä vedessä, guar-kumi 0,5%:sena vesipitoisena liuoksena, kationinen tärkkelys 0,5%:sena vesipitoisena liuoksena ja sooli l,5%:sena 2 piihapposoolina, jonka pinta-ala oli 505 m /g ja suhde Si02'.Na20 = 35. Ka-tionisen tärkkelyksen d.s. oli 0,047%. Massan pH säädettiin arvoon 7,0.

5

Arkeilla, jotka valmistettiin laboratorioviiramallissa, oli taulukossa 9 ja kaaviossa 7 esitetyt ominaisuudet. Tuloksista nähdään, että kationisen tärkkelyksen ja guar-kumin seokset ovat käyttökelpoisia paperin laatujen parannusten aikaansaamiseksi. Voitiin havaita, että paperi pyrkii tulemaan 10 pehmeämmäksi guar-kumin osuuden lisääntyessä sideainekoostumuksessa.

ESIMERKKI 10 Tämä esimerkki koskee pidätystestejä, joissa käytettiin massaa, joka oli 15 peräisin markkinoilla olevasta paperinvalmistuskoneesta, jossa valmistettiin superkalanteroitua aikakauslehtipaperia. Pidätystestit suoritettiin dynaamisessa vedenpoistoastiassa (Britt-astia). Testeissä käytetty massa sisälsi 20 15 paino-% täysin valkaistua lehtipuusulppua, CSF 672, 50 paino-% puuhiokesulppua, CSF 55 ja ISO-valkoisuus 70, 15 paino-% hylkypaperia, CSF 107, ja 20 paino-% C-laadun savea.

25 Massa laimennettiin suodatetulla vedellä, joka tuli paperinvalmistusko-neen kiekkosuodattimesta niin, että kaikki häiritsevät orgaaniset aineet olivat läsnä. Laimennetun massan konsentraatio oli 5 g/1. pH oli 6,2.

Laimennettu massa kaadettiin Britt-astiaan ja sekoitin käynnistettiin 30 (nopeus 1000 kierr./min). 15 sekunnin kuluessa kaikki, aluna, guar-kumi (GENDRIV 162, l,5%:nen vesipitoinen liuos) ja l,5%:nen piihapposooli Ί (pinta-ala n. 550 nf/g ja suhde Si02:Na20 = 35) lisättiin peräkkäin Britt-astiaan. Tämän jälkeen veden imu käynnistettiin yllä esitetyn pidätyksen toteamiseksi. Testitulokset on esitetty taulukossa 10.

Taulukosta 10 nähdään, että esiintyi huomattava sekä kokonaispidätyksen että täyteainepidätyksen kasvu käytettäessä keksintöä (massa 60) ja että 35 70954 20 kasvu ei ollut kumulatiivinen, vaan synergeettinen.

ESIMERKKI 11 5 Tämä esimerkki koskee pidätystestiä, jossa massassa muodostuneiden höytä-leiden lujuus arvioitiin vaihtelemalla sekoittiraen kiertonopeutta dynaamisessa vedenpoistoastiassa (Britt-astia). Käytettiin massaa, joka oli peräisin markkinoilla olevasta paperinvalmistuskoneesta, jossa valmistettiin pienitiheyksistä päällystettyä puuta sisältävää paperia tai LWC-10 paperia.

Massa sisälsi 39 paino-% puuhiokesulppua, 74°SR, 15 30 paino-% mäntysulfaattisulppua, 22°SR, 21 paino-% hylkypaperia, 66°SR ja 10 paino-% C-laadun savea.

Massa laimennettiin päälle nousevalla vedellä, joka oli peräisin lasketus-20 suppilosta, joka oli kytketty paperinvalmistuskoneeseen. Tämän veden kemi allisen hapen tarve (COD) oli 1300 mg/1 ja johtavuus 3000 jiS/cm.

Kaikissa testeissä 61-69 lisättiin 1 paino-% alunaa laimennettuun massaan, joka oli kaadettu Britt-astiaan ja jota oli sekoitettu esitetyllä nopeu-25 della 15 sek. ennen minkään pidätysapuaineen tai sideaineen lisäystä. Testeissä 61,62 ja 63 pidätysapuaine lisättiin sitten ja sekoitettiin 15 sek. ennen kuin veden imu massasta käynnistettiin. Testeissä 64-69 lisättiin ensin piihapposooli ja sekoitettiin 15 sek., ja sitten lisättiin guar-kumi ja sekoitettiin 15 sek. ennen kuin veden imu massasta käynnistettiin. 30 pH säädettiin arvoon 6,5 ja pidätysapuaine, joka lisättiin testeissä 61, 62 ja 63 oli PERCOL E24.

Kuten nähdään taulukon 11 ja kuvion 8 testituloksista, keksintö parantaa olennaisesti täyteaineen pidätystä kaikissa sekoittimen nopeuksissa. Tu-35 lokeista päätellen keksinnön mukainen sideainekompleksi reagoi kasvaviin sekoitinnopeuksiin suunnilleen samalla tavalla kuin tunnettu pidätysapuaine, vaikkakin olennaisesti korkeammilla pidätystasoilla.

Il 21 TAULUKKO 1 70954

Sulpun Piihap- Kationi- PERCOL Neliö- Tiheys Veto- Täyte-osuus posooli nen 140 massa .3 indek- aine-

Massa saveen ^ guar-kumi ,2 g m si pitoi-

massassa ° ^ g Nm/g SUUS

% 1. Vert. 90:10 - - 0.025 72.4 630 63.9 2.9 2. Vert* 70:30 - - 0.025 5Θ.Θ 620 47.8 11.6 3. Vert. 50:50 - - 0.025 69.0 590 34.5 17.6 4. Keks. 90:10 0.2 0.32 - 75.6 626 58.6 6.3 5. Keks. 80:20 0.2 0.32 - 70.1 630 50.8 12.0 6. Keks. 70:30 0.2 0.32 - 65.0 638 38.4 20.5 TAULUKKO 2 -------;-1-----

Piihappo- Kationi- iNeliö- Tiheys Veto- Repäi- Täyte-Massa sooli nen (massa .,2 indek- syin- aine- guar-kumi 2 g/ si deksi pitoi- ^ % 8 m Nm/g TiNm/g suus % 7. Vertailu ~ " 67*0 600 64.2 13.4 5.4 8. Vertailu “ ” 69.0 590 34.5 12.0 17.6 9. CELBOND 22 0.3 0.5 70.0 715 71.0 11.6 8.9 10. GENDRIV 162 0.3 0.5 86.0 595 40.0 13.2 26.8 TAULUKKO 3 22 70954

Pii- Kationi- Neliö-J Tiheys Veto- Veto- Täyte- Sulpun happo- nen massa ' indek- energi- aine- osuus riclSSä i * .

sooli guar- . 2 kg/m si an ab- pitoi- saveen , · g/m ! .

Kumi . sorptio- suus massassa % z Nm/« indeksi z ______£/kg___ 11 Nolla - - 85.3 561 52.0 803 0.0 100:0 12 Nolla - - 85.2 572 35.8 411 13.4 83:17 13 Nolla - - 86.1 607 23.6 197 29.1 63:35 14 Vert. - 1.0 89.5 585 58.6 960 0.0 100:0 15 Vert. - 1.0 '86.6 618 44.7 542 13.6 83: 17 16 Vert. - 1.0 85.4 652 31.0 293 29.0 65:35 17 Keks. 1.0 1.0 90.8 605 71.3 1639 0.0 100:0 -3 Keks. 1.0 1.0 90.1 626 50.8 763 15.0 83:17 -9 Keks. 1.0 1.0 89.7 660 35.6 392 30.2 65:35 ----1—I—----! TAULUKKO 4 --TT-—;—;—·—;—-—;--;-

Suhde Piihappo- Kationi- Neliö- Tiheys Z-lujuus Täyteaine- guar- sooli nen massa . 3 , pitoisuus ,, kumi: guar- ,2 kg/m kFa .

^ssa 6 . g/m % sooli % kumi _ /o 20 0.32 65.6 631 417 22.2 21 10.7 0.03 0.32 68.0 667 420 23.0 22 3.2 0.10 0.32 66.5 646 431 24.5 23 1.6 0.20 0.32 68.6 647 424 24.1 24 0.8 0.40 0.32 67.9 641 475 24.9 25 0.4 0.80 0.32 66.5 j 652 507 22.4 23 TAULUKKO 5 7095 4 pH PER- Pii— Katio— Neliö— Tiheys Veto— Z—lujuus Täyte-Sulpun COL happo— ninen massa , < 3 indek— aine— osuus

Massa j 140 sooli guar- ^^2 - ® si 3 pitoi-saveen 7 7 kumi Nm/g suus massassa

I /0 A

' *4 — 1 1 f 1 - ' 1 ........ 1 ' ' ' 1 |26 Vert.! 4.4 0.025 { - - 72.4 630 63.9 590 2.9 90:10 ' i 27 " 14.4 0.0251 - - 59.0 605 48.4 489 9.0 80:20 28 " 14.4 0.025 - - 60.3 590 38.4 445 15.4 70:30 29 ” 9.0 0.025 - - 69.0 590 34.5 416 18.0 70:30 30Keks. 4.4 - 0.2 0.32 75.6 620 58.6 600 6.4 90:10 31 ” 4.4 - 0.2 0.32 65.8 628 38.4 458 20.9 70:30 32 ” 9.0 - 0.2. 0.32 73.6 624 30.4 404 26.7 70:30 TAULUKKO 6 I------- I PERC0L Pii- Katio- Neiiö- Tiheys Z-lujuus T^te_ SulPun 140 happo- ninen massa 3 aine osuus M sooli guar- 2 kg/ra kPa pitoi- saveen assa ° kumi g/m suus massassa % % % 33 Vert. 0.023 - - 73.1 619 538 4.1 90:10 34 Vert. 0.025 - - 58.6 592 502 9.4 80:20 35 Vert. 0.025 - - 66.5 588 372 16.6 70:30 36 Keks. - 0.2 0.32 76.6 649 578 4.7 90:10 3/ Keks. - 0.2 0.32 62.6 591 480 16.5 80:20 38 Keks. - 0.2 0.32 65.0 590 400 26.0 70:30 TAULUKKO 7 j Pii- Kationi- Kationi- Aluna Täyte- Sulpun happo- nen nen j aineen osuus iMassa sooli guar-kumi tärkke- 0 pidätys saveen j j lys „ massassa ________%___i__ 39 Vert. - - 0.3 37.0 80:20 40 Vert. 0.17 - 0.58 - 42.5 80:20 41 Keks. 0.17 0.27 - - 54.1 80:20 TAULUKKO 8 24 70954

Pii- Kationinen PERCOL Täyteaineen

Mas happo- guar-kumi 140 pidätys SOOli % X z __%____ 42 Nollatesti “ ~ 11.5 i j 43 Vertailu ~ ” 0.025 23.0 j 44 Keksintö 0.05 0.08 - 30.0 45 Keksintö 0.2 0.32 - 47.0 TAULUKKO 9 ------------- ... ... . .. .. - — - 1 -- „ , Katio- Neliö- Veto- Täyte- Ti-

Pn- Guar-kumx . . , , . , ninen massa indek- aine- heys „ appo ————2 si pitoi- , , 3

Massa sooli g/m kg/m _ . Pitoi- lys , suus

Tyyppi Nm/g % s % % 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Vert. - - - - 60.7 64.0 5.3 615 2

Vert. 0.3 - - 1.0 87.1 49.0 22.5 624 3

Keks. 0.3 GENDRIV 162 0.5 - 84.2 39.5 26.8 608 4 49 Keks. 0.3 " 0.3 0.4 83.2 44.0 25.2 610 5

Keks. 0.3 " 0.15 0.7 81.8 47.0 24.1 601 6 51 Keks. 0.3 CELBOND 22 0.5 - 69.4 72.5 8.9 718 7 |52 Keks. i 0.3 H 0.3 0.4 78.2 62.0 17.3 740 8

Keks. : 0.3 " 0.15 0.7 80.7 55.5 21.7 745

1 I

9

Keks. 0*3 CELBOND 120 0.5 - 73.1 64.0 12.4 709 j 10

Keks. 0.3 ” 0.3 0.4 72.7 61.0 19.3 727 11 ,56 Keks. 0.3 " 0.15 0.7 79.8 59.0 19.0 745 25 TAULUKKO 10 70954

Aluna Guar- Piihappo- Kokonais- Täyteaine-

Massa kumi sooli pidätys pitoisuus % 7 1 1 1 57 Vertailu 1 53.7 19.5 58 Vert. pii-happosooli 1 - 0.2 55.0 19.7 59 Vert. guar- kumi 1 0.3 ~ 63.8 42.5 60 Keksintö 1 0.3 0.2 70.1 52.8 TAULUKKO 11

Sekoitti- PERC0L Piihappo Guar- Täyteaine-

Ma.SSa men lisäaine ^ kumi pitoisuus nopeus % ° % 7 rpm 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Vert. 600 0.02 - - 22.0 2 " 800 0.02 - - 10.0 3 " 1000 0.02 - - 6.5 4

Guar-kumi 600 — - 0.5 42.0 5 " " 800 - - 0.5 18.0 6 M " 1000 - - 0.5 17.5 7

Keksintö 600 - 0.2 0.5 59.5 8 63. " 800 - 0.2 0.5 39.0 9 ” 1000 - 0.2 0.5 29.5

Claims (12)

1. Paperinvalmistusmenetelmä, miss?) vesipitoinen paperinvalmistussulppu, joka sisältää seiluloosasulppua, muodostetaan ja kuivataan, tunnettu siitä, että massaan lisätään ennen arkin muodostamista sideaine, joka sisältää kolloidista piihappoa ja kationista tai amfotee- 5 rista guar-kumia, jolloin guar-kumin suhde SiC^iin on 0,01:1 - 25:1, mieluummin 0,25:1 - 12,5:1.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sideaine sisältää myös kationista tärkkelystä, jonka substituutioaste on 10 vähintään 0,01 ja korkeintaan 0,1, mieluummin n. 0,01 - n. 0,05 ja eten kin n. 0,02 - n. 0,04, jolloin kationinen tärkkelys, guar-kumi ja kolloidinen piihappo sekoitetaan painosuhteessa (kationinen tärkkelys + guar-kumiliCSiO^) 0,1:1 - 25:1, mieluummin 0,25:1 - 12,5:1.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kolloidinen piihappo järjestetään kolloidisena piihapposoolina, jon- 2 ka piihappohiukkasilla on pinta-alana n. 50 - n. 1000 m /g, mieluummin n. 300 - n. 700 m^/g.

4. Patenttivaatimuksen 1,2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että massan pH pidetään alueella n. 4 - n. 9.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sideaineen kiintoaineita on 0,1-15, mieluummin 1,0-15 paino-% 25 sulpun painosta.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vesipitoinen paperinvalmistusmassa sisältää selluloosasulp-pua ja mineraalitäyteainetta. 30

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että selluloosasulpun määrä massassa on säädetty siten, että valmis paperi sisältää vähintään 50 paino-% selluloosakuituja.

8. Patenttivaatimuksen 6 tai 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 27 70954 että sideaineen kiintoaineita on n. 0,5 - 25, mieluummin 2,5-15 paino-% perustuen mineraalitäyteaineen painoon.

9. Patenttivaatimuksen 6,7 tai 8 mukainen menetelmä, tunnettu 5 siitä, että kolloidinen piihappo lisätään ja sekoitetaan mineraalitäyte-aineeseen ennen mineraalitäyteaineen lisäämistä massaan, ja että guar-kumi ja mahdollisesti läsnä oleva kationinen tärkkelys sekoitetaan sul-pun, täyteaineen ja kolloidisen piihapon seokseen.

10. Jonkin patenttivaatimuksen 1-8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sekoitetaan massaan kolloidisen piihapon osa, tämän jälkeen guar-kumi ja mahdollisesti läsnä oleva kationinen tärkkelys massaan, joka sisältää kolloidisen piihapon alkuosan, ja sen jälkeen kun on muodostunut agglomeraatti, lisätään ja sekoitetaan kolloidisen piihapon jäljellä oleva 15 osa massaan ennen arkin muodostamista.

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että n. 20 - n. 90%, mieluummin n. 30 - 80% kolloidista piihappoa lisätään massaan agglomeraatin muodostamiseksi, ja että kolloidisen piihapon 20 jäljellä oleva osa lisätään agglomeraatin muodostumisen jälkeen.

12. Parannettu paperituote, joka sisältää selluloosakultuja, mieluummin vähintään 50% paperituotteen painosta ja on tunnettu siitä, että siinä on parannetut lujuusominaisuudet, tunnettu siitä, että selluloosa- 25 kuitujen välinen sidos paranee sideaineen avulla, joka sisältää kolloidisen piihapon ja guar-kumin ja mahdollisesti myös kationisen tärkkelyksen kompleksin, jossa tärkkelyksen substltuutioaste on vähintään 0,01, mieluummin n. 0,01 - n. 0,05 ja etenkin n. 0,02 - n. 0,04, ja jossa suhde (guar-kumi + kationinen tärkkelys):(SiOj) on 0,1:1 - 25:1, mieluummin 30 0,25:1 - 12,5:1. 28 70954