FI76392C - Foerfarande foer framstaellning av papper. - Google Patents

Description

76392 1 Menetelmä paperin valmistamiseksi Förfarande f8r framställning av papper 5 Tämän keksinnön kohteena on yleisesti menecelmä paperinvalmistukseen ja tarkemmin se liittyy paperinvalmistusmenetelmässä käytettävään sideaineeseen, jonka tuottamalla paperilla on parempia mekaanisia ja multa ominaisuuksia. Tällainen sideaine saa lisäksi aikaan suuresti parantuneet 10 retentiotasot ja helpommin kuivattavan paperimassan. Käsitteeseen "paperin valmistus" lasketaan tässä kuuluvaksi massa-arkkien valmistus, jolloin paino on veden poistossa ja retentiossa.

Paperiteollisuutta rasittaa tällä hetkellä suuri määrä vakavia ongelmia.

15 Ensiksikin selluloosapohjalsen massan hinta on noussut voimakkaasti ja korkealaatuisen massan saanti on jatkuvasti vaikeutunut. Toiseksi erilaiset ongelmat, mukaanluettuna ne ongelmat, jotka aiheutuvat paperinvalmistuksessa syntyvien jätetuotteiden hävittämisestä, ja eri viranomaisten asettamat ekologiset vaatimukset ovat olennaisesti lisänneet 20 paperinvalmistuksen kustannuksia. Lopuksi paperinvalmistuksen energiakustannukset ovat kasvaneet voimakkaasti. Tuloksena on, että teollisuudella ja sen asiakkailla on kaksi vaihtoehtoa, nimittäin joko maksaa korkeammat kustannukset tai vähentää suuresti selluloosapohjaisten kuitujen määrää ja/tai laatua sillä seurauksella, että valmiin paperi-25 tuotteen laatu heikkenee.

Teollisuudessa on tehty monia yrityksiä pienentää paperituotteen kustannuksia. Tavallisesti käytetty menetelmä on saven ja muiden mineraalisten täyteaineiden lisääminen kuitujen korvaamiseksi, mutta on osoittautunut, 30 että tällaiset lisäaineet ovat epätyydyttävässä määrin huonontaneet syntyvän paperin lujuutta ja muita ominaisuuksia. Tällaisten mineraalisten täyteaineiden lisäämisen seurauksena on lisäksi täyteaineen huono retentio eli pidättyminen eli täyteaine menee viiran lävitse sellaisessa määrin, että kiertoveden täytealnepitoisuudet lisääntyvät, minkä seurauksena 35 kiertoveden puhdistaminen ja mineraalin poistaminen on muodostunut vakavaksi ongelmaksi. Retentio-ongelman lieventämiseksi on käytetty erilaisia retentioaineita, mutta useimpien retentioaineiden teho ei ole osoittau- 2 76392 1 tunut täysin tyydyttyväksi.

On myös yritetty käyttää halvempia ja heikoinpilaatuisia massatyyppejn, mutta tämän seurauksena on luonnollisesti paperin ominaisuuksien huonone-5 minen ja usein ylimäärä kuitujen sellaista hienojaetca, joka ei kiinnity paperiin ja aiheuttaa sen seurauksena ongelmia kiertoveden puhdistaml- S 6SSä.

Tämän keksinnön päätavoitteena on sen tähden saada aikaan sideaine-10 järjestelmä ja valmistusmenetelmä, jotka parantavat paperin ominaisuuksia ja mahdollistavat hyvin vähäisen kuituainesmäärän käyttämisen tarvittavan lujuuden ja tarvittavien muiden ominaisuuksien saamiseksi. Keksinnön toinen tavoite on saada aikaan sideainejärjestelmä ja menetelmä sen hyödyntämiseksi, jolloin järjestelmä ja menetelmä paranta-15 vat suuresti paperin lujuutta ja muita ominaisuuksia tunnettujen sideaineiden avulla valmistettujen vastaavien paperien lujuuteen ja ominaisuuksiin verrattuna. Keksinnön toinen tavoite on saada aikaan sideaine ja menetelmä sen käyttämiseksi, joka sideaine ja menetelmä maksimoivat mineraali täyteaineiden ja muiden materiaalien retention valmistetussa 20 paperiarkissa, kun sideainetta käytetään paperikoneen massassa. Keksinnön tavoitteena on lisäksi saada aikaan paperi, jonka mineraalitäyteaine-pitoisuus on korkea ja lujuus ja muut ominaisuudet ovat hyväksyttävät. Keksinnön tavoitteena on vielä parantaa erityisesti paperimassan kuivatusta, mutta myös sen retentiota valmistettaessa massa-arkkeja massan-25 kuivatuskoneissa, jotta tällä keinoin voitaisiin vähentää kuitumateriaalin kuivatustarvetta ja lisätä saantoa.

Keksinnön muut tavoitteet ja edut käyvät ilmi seuraavasta kuvauksesta ja oheisista piirustuksista. Kuvioissa 1-5 esitetään kaavioita tuloksista 30 tutkittaessa arkkeja, jotka on valmistettu jäljempänä seuraavien esimerkkien mukaan ja jotka havainnollistavat erilaisia näkökohtia keksinnöstä.

Keksinnön pohjana on sideaineen ja sen käyttömenetelmän keksiminen, jotka sideaine ja menetelmä lisäävät suuresti paperituotteen lujuutta ja paran-35 tavat muita ominaisuuksia ja mahdollistavat huomattavien mineraalitäyte-ainemäärien käyttämisen paperinvalmistusmenetelmässä samalla, kun täyteaineen ja selluloosapohjäisten kuitujen retentio arkissa maksimoidaan.

76392 3 1 Keksintö tekee mahdolliseksi pienentää selluloosakuitupitoisuutta paperi-arkissa tunnetun paperilaadun saamiseksi ja/tai alentaa selluloosakuitu-jen laatua, ilman että paperin lujuus heikkenee tai muut ominaisuudet huononevat sopimattomasti. Käyttämällä hyödyksi keksinnön periaatteita 5 voidaan mineraalitäyteaineiden määrää myös lisätä, ilman että tuloksena saatavan paperituotteen lujuus ja muut ominaisuudet heikkenevät sopimattomasti. Tämän keksinnön avulla saadaan myös mineraalitäyteaineiden ja muun hienorakeisen materiaalin retentio korkeaksi. Lisäksi saadaan aikaan paperimassa, joka on helppo kuivata. Viimeksi mainittu ominaisuus tekee 10 mahdolliseksi alentaa energiakustannuksia paperin kuivatuksessa tai lisätä tuotantoa niissä tapauksissa, joissa paperikoneen tai massan-kuivatuskoneen kuivatuskapasiteetti on nopeutta rajoittava tekijä. Näitä keksinnön etuja selvitetään seuraavissa esimerkeissä.

15 Aivan yleisesti keksinnön mukainen järjestelmä käsittää erityisen sideaine-yhdistelmän käyttämisen, joka yhdistelmä sisältää kaksi komponenttia, anionisen ja kationisen. Anioninen osa muodostuu anionislsta kolloidisista hiukkasista, joissa ainakin pintakerros on aluminiumsilikaattla tai aluminiummodifioitua piihappoa, niin että hiukkasten pintaryhmät sisäl-20 tävät pii- ja aluminiumatomeja suhteessa 9,5:0,5 - 7,5:2,5. Kationinen komponentti muodostuu kationlsesta tai amfoteerisestä hiilihydraatista, edullisesti tärkkelyksestä, amylopektrlinistä ja/tai guarkumlsta, jolloin hiilihydraatti on kationisoitu niin, että sen korvausaste on vähintään 0,01 ja korkeintaan 1,0.

25

Keksintö pohjautuu havaintoon, että paperimassojen koko tavallisella pH-välillä n. 4 - n. 10, erityisesti tämän pH-välin alemmassa osassa, voidaan saavuttaa suuria etuja mm. veden poistossa ja retentiossa, jos käytetään sellaista anionista komponenttia, jossa hiukkasten pinta on aluminium-30 silikaattia tai aluminiummodifioitua piihappoa. Kuten seuraavista toteutus-esimerkeistä käy ilmi, tällainen sideaineyhdlstelmän anioninen komponentti vahvistaa lisätyn kationisen komponentin edullista vaikutusta, mikä johtaa mm. siihen, että nämä molemmat tekijät paranevat koko pH-välillä, mutta erityisen selvästi pH-välin alaosassa.

Jos kolloidisina hiukkasina käytetään puhdasta aluminiumsilikaattisoolia, se voidaan valmistaa tunnetulla tavalla seostamalla vesilasia natrium- 35 4 76392 1 aluminaatilla. Tällaisessa sodissa on homogeeniset hiukkaset, niin että hiukkasten pinnassa on pii- ja aluminiumatomeja suhteessa 7,5:2,5. Vaihtoehtoisesti voidaan käyttää aluminiummodifioitua piihapposoolia, toisin sanoen soolia, jossa vain soolihiukkasten pinnan pintakerros sisältää sekä 5 pii- että alumiiniatomeja. Tällainen aluminiummodifioitu sodi valmistetaan modifioimalla piihapposoolin piipinta aluminaatti-ioneilla, mikä on mahdollista todennäköisesti sen seurauksena, että sekä aluminium että pii voivat saada sopivissa olosuhteissa koordinaatioluvun 4 tai 6 hapen suhteen ja sen seurauksena, että molempien atomihalkaisija on suunnilleen 10 sama. Koska aluminaatti-ioni A1(0H)^ * on geometrisesti samanlainen kuin Si(OH)^, voidaan ioni asettaa tai korvata SiC^-pintaan, jolloin tällä tavalla tuotetaan aluminiumsilikaattipinta, jossa on määrätty negatiivinen varaus. Tällainen aluminiummodifioitu piihapposooli on paljon stabiilimpi geelin muodostumista vastaan pH-alueella 4-6, jolla alueella modi-15 fioimattoraat piihapposoolit voivat hyytyä melko nopeasti, eikä modifioitu sodi reagoi niin herkästi suolan kanssa. Aluminiummodifioitujen piihappo-soolien valmistus on hyvin tunnettu ja sitä on kuvattu kirjallisuudessa, esimerkiksi Ralph K. lierin kirjassa "The Chemistry of Silica", John Wiley & Sons, New York, 1979, ss. 407-410.

20

Modifioitaessa piihapposoolia saatetaan siis tietty määrä natriumalumi-naattia reagoimaan kolloidisen piihapon kanssa korkeassa pH-arvossa (n. 10). Tämä merkitsee sitä, että kolloidiset hiukkaset saavat pinta-ryhmiä, jotka muodostuvat AI-OH ^:sta. Nämä ryhmät ovat alhaisilla pH-25 arvoilla (4-6) luonteeltaan voimakkaasti anioniset. Puhtaalle modifioi-mattomalle piihapposoolille ei saada tätä voimakasta anionlsta luonnetta alhaisella pH-arvolla, koska piihappo on heikko happo, jonka pKs on suunnilleen 7.

30 Arkin muotoisten tuotteiden valmistuksen yhteydessä on sinänsä jo käytetty sideaineita, jotka perustuvat kationisten ja anionisten aineiden kombinaatioon. Siten US-patenttijulkaisussa 3 253 978 on kuvattu epäorgaanisen arkin valmistamista käyttämällä katlonisen tärkkelyksen ja piihapon kombinaatiota, jolloin kuitenkin estetään höytälöityminen ja 35 käytetään hyvin korkeita piihappopitoisuuksia. Tämä patenttijulkaisu eroaa nyt kyseessä olevasta keksinnöstä siinä, että Ilmoitetaan, että kationinen komponentti ei saa hyytelöidä anionlsta komponenttia, vaikka 5 76392 ^ tällä on taipumus höycälöityä. HyyteLöitymisen ja höytälöitymisen sanotaan aiheuttavan huonon veden poiston ja tarttumisen viiraan sekä valmistetun arkin huokoisuuden pienenemisen, mistä syistä höytälöitymistä ja hyytelöitymistä ehkäistään pH-valvonnalla.

5

Myös siinä paperiuvalmistusmenetelmässä, joka on esitetty EP-patentti~ julkaisussa 0 041 056, käytetään sideainetta, joka sisältää kolloidista piihappoa ja kationista tärkkelystä. Tämä paperinvalmistusmenetelmä on osoittanut antavan hyviä tuloksia hyvin useilla paperimassoilla, mutta 10 tietyissä olosuhteissa se ei tuo toivottua parannusta veden poistoon ja retentioon. Joskus tämä menetelmä voi myös vaatia, että kationista tärkkelystä lisätään suuria määriä, jotta saataisiin tavoitellut kuivatus- ja retentio-ominaisuudet. Korkeista kationisen tärkkelyksen pitoisuuksista « paperissa voi olla seurauksena paperin kovuuden kasvaminen, mikä voi olla 15 epätarkoituksenmukaista tietyissä tapauksissa.

Kationisen tärkkelyksen epäedullisen vaikutuksen estämiseksi suurilla 1isäyspitoisuuksilla ehdotetaan EP-patenttijulkaisun 0 080 986 mukaan, että sideaineyhdistelmä muodostetaan kolloidisesta piihaposta ja amfo-20 teerisestä tai kationisesta guarkumista.

Molemmat viimemainitut menetelmät merkitsevät hyvin huomattavaa parannusta aiemmin tunnettuun tekniikkaan verrattuna. Nyt on kuitenkin yllättäen osoittautunut, että keksinnön avulla voidaan vahvistaa sideaine-25 yhdistelmän vaikutusta, jos anioninen komponentti muodostuu yllämainituista anionisista kolloidisista hiukkasista, jotka muodostuvat aluminium-silikaatista tai joiden pintakerros on aluminiumsilikaattia, tai jos se on aluminiummodifioitua piihapposoolia. Tätä sideaineyhdistelmän vahvistettua tehoa voidaan käyttää joko sen lisäysmäärän pienentämiseen ja sen 30 vaikutuksen säilyttämiseen, joka voidaan saada yhdellä ja samalla katio-nisella komponentilla ja piihapposoolilla, tai sitä voidaan käyttää myös lisäetujen saamiseen esimerkiksi veden poistossa ja retentiossa, mikä on tärkeää kaikille paperituotteille, mutta erityisesti valmistettaessa massa-arkkeja massatehtaiden massankuivatuskoneissa.

Tähän mennessä tehtyjen kokeiden ja tehdyn työn perusteella keksinnön periaatteiden otaksutaan olevan sovellettavissa kaikenlaatuisten ja 35 6 76392 1 -tyyppisten paperituotteiden valmistuksessa, kuten esimerkiksi paino-paperilaatujen, sanomalehtipaperi mukaanluettuna, pehmopaperien, kartongin, peite- ja säkkipaperien, massa-arkkien ja vastaavien valmistukseen.

5 On käynyt ilmi, että suurimmat parannukset havaitaan, kun sideainetta käytetään kemialliseen massaan, esimerkiksi sulfaatti- ja sulfiittimassaan, joka on valmistettu yhtä hyvin lehtipuusta kuin havupuusta. Pienempiä, mutta erittäin merkittäviä parannuksia saavutetaan lämpömekaanisella massalla ja mekaanisella massalla. On todettu, että ylimääräisten lig-10 niinimäärien läsnäolo puuhiokkeessa näyttää vaikuttavan sideaineen tehokkuuteen, niin että tällaiset massat vaativat joko suuremman side-ainemäärän tai muiden ligniinipitoisuudeltaan alhaisten massatyyppien suuremman määrän sekoittamisen toivotun tuloksen varmistamiseksi (ilmaisuja "selluloosamassa" ja "selluloosakuidut" käytetään tässä tar-15 koittamaan kemiallista massaa, lämpömekaanlsta massaa ja mekaanista massaa tai puuhioketta sekä niihin kuuluvia kuituja).

Selluloosakuitujen läsnäolo on olennainen, jotta keksinnöllä päästäisiin parantuneisiin tuloksiin, jotka syntyvät agglomeraatin ja selluloosakui-20 tujen yhteisvaikutuksen tai yhdistymän vuoksi. Valmiin paperin tai arkin tulee edullisesti sisältää yli 50 % selluloosakuituja, mutta voidaan valmistaa paperia, jossa on alhaisemmat selluloosakuitupltoisuudet ja suuresti parantuneet ominaisuudet verrattuna paperiin, joka on valmistettu samanlaisista massoista, mutta ilman keksinnön mukaista sldealneagglo-25 meraattia.

Käytetyt mineraalitäytealneet käsittävät minkä tahansa tavallisista mine-raalitäyteaineista, joiden pinnalla on ainakin osittain anioninen luonne. Tällaisia mineraalitäyteaineita kuten kaoliinia, bentoniittia, titaani-30 dioksidia, kipsiä, liitua ja talkkia voidaan kaikkia käyttää tyydyttävin tuloksin (ilmaisua "mineraalitäyteaine" käytetään tässä käsittämään yllämainittujen materiaalien lisäksi myös wollastcniitti ja lasikuidut ja myös ominaistiheydeltään pieniä mineraalitäyteaineita kuten paisunut perliitti). Tätä kuvattua sideaineyhdistelmää käytettäessä materiaalitäyte-35 aineet säilyvät paperituotteessa huomattavassa määrin eikä paperin lujuus huonone samassa määrin kuin jos sideainetta ei käytetä.

7 76392 1 Mineraalitäyteaine lisätään tavallisesti vesilietteen muodossa tavallisissa, tällaisille täyteaineille käytettävissä konsentraatioissa.

Kuten yllä on mainittu, paperin mineraalitäyteaineet voivat muodostua 5 täyteaineesta tai sisältää täyteaineen, jonka tiheys on alhainen tai jonka tilavuuspaino on korkea. Mahdollisuutta sijoittaa tällaisia täyteaineita tavanomaisiin paperimassoihin rajoittavat sellaiset tekijät kuin täyteaineiden retentiot viiralla, vedenpoisto paperimassasta viiralla ja valmistetun paperituotteen märkä- ja kuivalujuus. On havaittu, että täl-10 laisten täyteaineiden lisäämisestä aiheutuvia ongelmia voidaan estää tai ne voidaan pääasiassa eliminoida käyttämällä tämän keksinnön mukaista sideaineyhdistelmää, joka tekee myös mahdolliseksi tavallista suurempien täyteainemäärien lisäämisen erityisten ominaisuuksien saamiseksi paperituotteeseen. Keksinnön mukaisen sideaineyhdistelmän avulla on siten 15 tullut mahdolliseksi valmistaa paperituote, jonka tiheys on alhainen ja sen seurauksena suurempi paperin jäykkyys samalla neliömetripainolla, ja on tullut mahdolliseksi pysyttää samanaikaisesti paperituotteen lujuusominaisuudet (kuten kimmokerroin, vetoindeksi, vetomurtotyö ja repäisy-vastus) samalla tasolla tai nostaa ne vielä korkeammalle tasolle kuin 20 aiemmin.

Kuten yllä on huomautettu, sideaine muodostuu kationisen komponentin ja anionlsena komponenttina olevan anionisen kolloidisen alumlniumsilikaatti-soolin tai anionisen kolloidisen aluminiummodlfloldun piihapposoolin 25 yhdistelmästä. Keksinnön tähän asti parhaat tulokset on havaittu, kun 2 soolin anlonisten kolloidisten hiukkasten ominalspinta on 50-1000 m /g 2 ja vielä mieluummin n. 200-1000 m /g, jolloin parhaat tulokset on havait- 2 tu, kun ominalspinta on ollut n. 300-700 m /g.

30 Kun kolloidista alumlnlummodifloitua plihappoa käytetään soolin muodossa, on osoittautunut hyvin edulliseksi käyttää soolia, joka sisältää ennen alumlnlummodifiointia n. 2-60 painoprosenttia Si02:a, edullisesti n. 4-30 painoprosenttia Si02ta ja joka on modifioitu niin, että soolihiukkasten pinta on saanut pintaryhmiä, joissa pii- ja alumlniumatomin välinen 35 suhde on yllämainittu. Tällainen sooli voidaan stabiloida emäksellä mooli-suhteessa SiOj : M2O suhteesta 10:1 suhteeseen 300:1, edullisesti suhteesta 15:1 suhteeseen 100:1 (M on ioni ryhmästä Ma,K,Li ja NH^). On 8 76392 1 todettu, että kolloidisten hiukkasten tulee olla kooltaan alle 20 mm ja edullisesti keskihiukkaskokoa välillä n. 10—1 mm (kolloidinen Al-modifi- 2 uitu piihappohiukkanen, jonka ominaispinta on n. 550 m /g, vastaa keskihiukkaskokoa n. 5,5 nm).

5

On parasta yrittää käyttää Al-modifioitua piihapposoolia, jonka kolloidi-silla anionisilla piihappohiukkasilla on maksimaalinen aktiivipinta ja hyvin määritelty pieni hiukkaskoko, jonka keskiarvo on 4-9 nm.

10 Yllämainitut ominaisuudet täyttäviä piihapposooleja voidaan hankkia erilaisista lähteistä, mukaanluettuna Nalco Chemical Company, DuPont & de Nemours Corporation ja EKA AB.

Sideainejärjestelmän kationisena tai amfoteerisena komponenttina tulee 15 keksinnön mukaan käyttäää kationista tai amfoteerisca hiilihydraattia, joka on kationisoitu niin, että sen korvausaste on vähintää 0,01 ja korkeintaan 1,0. Tähän asti parhaat tulokset on saavutettu, jos hiili-hvdraattikomponentti on muodostunut tärkkelyksestä, amylopektiinistä ja/ tai guarkumista, jotka ovat siksi edullisimmat hiilihydraatit.

20

Guarkumi, jota voidaan käyttää sideaineessa tämän keksinnön mukaan, on amfoteermen tai kationinen guarkumi. Guarkumia esiintyy luonnossa guar-taimen, esim. Cyamopsis tetragonalohuksen, siemenissä. Guarmolekyyli on pääasiallisesti suoraketjuinen mannaani, joka on haaroitettu melko sään-25 nöllisin välein vuorotellen yksinkertaisilla galaktoosiyksiköillä ja mannoosiyksiköillä. Mannoosiyksiköt on sidottu toisiinsa ^-(1-4)-glykosidi-sidosten avulla. Galaktoosihaaroitus saadaan aikaan <X-(l-6)-sidoksella. Kationiset johdannaiset muodostuvat polygalaktomannaanin hyd-roksyyliryhmien ja reaktiivisten kvartääristen ammoniumyhdisteiden välisen 30 reaktion kautta. Käytettäessä guarkumia kationlsten ryhmien korvausaste on mieluummin vähintään 0,01 ja edullisesti vähintään 0,05 ja se voi olla niin korkea kuin 1,0. Sopiva alue voi olla 0,08-0,5. Guarkumin molekyyli-painon oletetaan olevan välillä 100 000 - l 000 000, tavallisesti n. 220 000. EP-hakemusjulkaisuissa 0 018 717 ja 0 002 085 mainitaan sopi-35 via kationisia guarkumeja shampoovalmisteiden ja tekstiilien huuhtelu- aineiden yhteydessä. Luontoperäinen guarkumi saa paperlkemlkaalina aikaan parannetut lujuusominaisuudet, vähentyneen pölytyksen ja parannetun muo- 76392 ^ dostuksen. Luontoperäisen guarkumin haittana on, että se vaikeuttaa vedenpoistoa ja vähentää siten tuotantoa tai lisää kuivatuksen tarvetta. Nämä ongelmat on tosin suurelta osin voitettu siten, että on alettu käyttää kemiallisesti modifioituja guarkumeja, jotka ovat amfoteerisia tai 5 kationisia. Myynnissä olevia kationisia tai amfoteerisia guarkumeja ei ole kuitenkaan aikaisemmin käytetty sellaisissa sideaineyhdistelmissä, joita tämän keksinnön mukaan käytetään. Kaupallisesti on saatavis.sa guarkumeja, joilla on eri kationisointiaste, ja myös amfoteerisia guarkumeja.

10 Keksinnön tavoitteeseen nähden käyttökelpoisia amfoteerisia ja kationisia guarkumeja voidaan hankkia eri lähteistä, mukaanluettuna Henkel Corporation (Minneapolis, Minnesota, USA) ja Celanese Plastics & Specialities (r)

Company (Louisville, Kentucky, USA) tavaramerkeillä GENDRIV ''ja iR) CELBOND .

15

Jos keksinnön tavoitteen saavuttamiseksi käytetään kationisena komponenttina kationista tärkkelystä, kationinen tärkkelys on voitu valmistaa tärkkelyksistä, jotka ovat mistä tahansa tavallisista tärkkelystä tuottavista aineista, esimerkiksi maissitärkkelyksestä, vehnätärkkelyksestä, 20 perunatärkkelyksestä, riisitärkkelyksestä jne. Kuten tunnettua, tärkkelys tehdään kationiseksi korvaamalla ammoniumryhmillä tunnettujen menetelmien mukaisesti ja sen korvausasteet voivat vaihdella. Keksinnön tavoitteen kannalta pidetään edullisena kationisen tärkkelyksen korvausasteita välillä 0,01-0,1. Parhaimmat tulokset on saatu, kun korvausaste (d.s.) 25 on välillä 0,01 - n. 0,05 ja edullisesti välillä n. 0,02 - n. 0,04 ja mieluimmin yli n. 0,025 ja alle n. 0,04. Vaikka keksinnön mukaisessa sideaineessa käytettävien kationisoitujen tärkkelysten valmistuksessa käytetään hyvin monenlaisia ammoniumyhdisteitä, edullisesti kvartäärisiä, suositellaan käytettäväksi kationisoitua tärkkelystä, joka on valmis- 30 tettu siten, että lähtöaineena käytetty tärkkelys on käsitelty 3-kloro-2-hydroksxpropyylitrimetyyliammoniumkloridilla tai 2,3-etoksipropyylitri-metyyliammoniumkloridilla, jotta saataisiin kationisoitu tärkkelys, jonka korvausaste on 0,02-0,04.

35 Käytettäessä amylopektilniä kationisena hiilihydraattina, korvausaste on edullisesti 0,01-0,1. Tässä tapauksessa tulevat kysymykseen myös samat kapeammat ja edullisemmat alueet kuin kationisen tärkkelyksen kohdalla.

10 76392 1 Paperinvalmlstusmenetelmässä cai massa-arkin valmistusmenetelmässä sideaine pannaan massaan, ennenkuin tuote muotoillaan paperikoneessa tai mas-sankuivatuskoneessa. Molempien komponenttien lisäysjärjestys ja lisäys-paikat riippuvat käytettävänpaperikoneen tyypistä ja myös siitä, millai-5 siä mekaanisia rasituksia massaan kohdistetaan, ennekuin se syötetään viiralle. On kuitenkin tärkeää, että molemmat komponentit jakaantuvat paperimassassa niin, että ne ovat samanaikaisesti läsnä massassa, kun se syötetään viiralle, ja niin, että ne ovat ehtineet tätä ennen vaikuttaa toisiinsa ja muihin massassa oleviin komponentteihin.

10

On käynyt ilmi, että paperinvalmlstusmenetelmässä, jossa käytetään keksinnön mukaista sideaineyhdistelmää, massan pH ei ole erityisen ratkaiseva ja se voi olla pH-alueella 4-10. Kuitenkaan korkeampi pH kuin 10 ja matalampi pH kuin 4 eivät ole sopivat. Verrattuna anionisena komponent-15 tina käytettyyn modifioimattomaau piihappoon saadaan kuitenkin huomattavasti parempia tuloksia erityisesti tämän pH-välin matalilla pK-arvoilla.

Muitakin paper:kemikaaleja kuten liimaa, alunaa ja vastaavia voidaan käyttää, mutta on oltava hyvin huolellinen, etteivät näiden aineiden pitoi-20 suudet tule niin suuriksi, että aineet vaikuttavat anionisesta Al-modifi-oidusta piiliaposta ja kationisesta tärkkelyksestä ja/tai guarkumista koostuvan agglomeraatin muodostukseen ja etteivät kyseisten lisäaineiden pitoisuudet takaisin kierrätettävässä kiertovedessä tule niin suuriksi, että ne vaikuttavat sideaineagglomeraatin muodostukseen. Tästä syystä 25 kemikaalit lisätään tavallisesti mieluummin järjestelmän siinä vaiheessa, jolloin sideaineagglomeraatti on muodostunut.

Tämän keksinnön mukaan amfoteerisen tai edullisesti kationisen komponentin ja anionisen kolloidisen Al-modifioidun piihappokomponentin välisen 30 painosuhteen tulee olla välillä 0,1:1 ja 25:1. Tämä painosuhde tai suhdeluku on edullisesti välillä 0,25:1 ja 12,5:1.

Käytettävän sideaineen määrä vaihtelee toivotun vaikutuksen mukaan ja niiden ominaisuuksien mukaan, joita sideaineen valmistukseen valituilla 35 erityisillä komponenteilla on. Jos sideaineessa on polymeerinen Al- modifloitu piihappo kolloidisesta Al-modlfioidusta piihaposta muodostuvana komponenttina, voidaan esimerkiksi tarvita enemmän sideainetta, kuin jos 76392 1 kolloidisesta Al-modifioidustu piihaposta muodostuva komponentti on kol- 2 loidinen ΛΙ-modifioitu piihappo, jonka ominaispinta on 300-700 m /g. dos kationisen komponentin kohdalla käytetään alhaisempaa korvausastetta, voi samalla tavoin suurempi määrä sideainetta olla tarpeen edellyttäen, 5 että kolloidisesti Al-modifioidusta piihaposta muodostuva komponentti on sama.

Kun massa ei sisällä mitään mineraalitäyteainetta, voi sideainepitoisuus olla yleisesti 0,1-15 painoprosenttia, edullisesti 0,25-5 painoprosenttia 10 selluloosakuitujen painosta laskettuna. Kuten edellä on osoitettu, sideaineen teho on suurempi kemialliseen massaan, minkä vuoksi näissä massoissa vaaditaan pienempi määrä sideainetta tietyn vaikutuksen saamiseksi kuin muun tyyppisiä massoja käytettäessä. Kun käytetään mineraalitäyte-ainetta, voi sideaineen määrä perustua täyteaineen painoon ja olla 15 0,5-25 painoprosenttia, tavallisesti 2,5-15 painoprosenttia täyteaineesta laskettuna.

Keksintöä selvitetään seuraavassa lähemmin muutamilla toteutusesimer-keillä. Näissä toteutusesimerkeissä ilmoitetaan erilaisia jauhatus-20 menetelmiä ja valmistettujen tuotteiden ominaisuuksia. Seuraavia standardeja on käytetty eri tarkoituksiin:

Jauhatus Valley-holanterissa SCAN-C 25:76

Jauhatusasteet: 25 Canadian Freeness Tester SCAN-C 21:65

Schopper-Riegler SCAN-C 19:65

Arkinmuodostus SCAN-C 26:76

Neliömetripaino SCAN-P 6:75

Tiheys SCAN-P 7:75 30 Täyteainepitoisuus SCAN-P 5:63

Vetoindeksi SCAN-P 38:80 Z-lujuus Alwetron

Tuhkapitoisuus (pikatuhka) Greiner & Gassner GmbH,

Miinchen 35 Murtotyöindeksi SCAN-P 38:80 12 76392 1 Valmistettujen arkkien koetuksessa määritettiin ensin niiden kosteuspitoisuus 20°C:ssa ilmassa, jonka suhteellinen kosteus oli 65 Z.

Esimerkeissä selostetut retentiomittaukset suoritettiin ns. dynaamisen 5 vedenpoistoastian ("Britt-Jar") avulla, joka oli varustettu tyhjöimulla ja mittalasilla ensimmäisen poisimetyn 100 ml:n vesimäärän kokoamiseksi. Mittauksissa käytettiin levitettyä vedenpolstoastiaa, jonka viiran (40M) reikäkoko oli 310 pm. Imunopeutta säädettiin käyttämällä eri paksuisia laslkärkiä ja kokeissa se oli 100 ml/15 s. Kokeissa käytettiin 10 seuraavaa mittausmenetelmää: 1. 500 ml massalietettä panostetaan ja sekoitettaessa nopeudella 1000 r/min ja ajanotto aloitetaan.

15 2. 15 s:n kuluttua panostetaan kolloidista pilhappoa sekä täyteainetta.

Kuiva-ainepitoisuuden (kuitu + täyteaine) tulee olla 0,5 Z.

3. 30 s:n kuluttua panostetaan guarkuml, amylopektiini ja/tai katloninen tärkkelys.

20 4. 45 s:n kuluttua käynnistetään imu.

5. Ensimmäiset 100 ml kootaan ja suodatetaan punnitun, hienoutta 00 olevan suodatinpaperin lävitse.

25 6. Suodatinpaperi kuivataan, punnitaan ja poltetaan tuhkaksi.

7. Retentio lasketaan.

30 K. Britt ja J.E. Unbehend ovat selostaneet tätä retentlomittausmenetel-mää julkaisussa Research Report 75, 1/10 1981, jonka on julkaissut Empire State Paper Research Institute ESPRA, Suracuse, N.Y. 13210, USA.

Jäljempänä seuraavissa esimerkeissä on käytetty kaupan olevaa savea, 35 liitua ja kationista tärkkelystä. Sen lisäksi on vertailuna käytetty kaupan olevaa retentioainetta.

,3 76392 1 Esimerkeissä käytetty liitu "SJÖHÄSTEN NF" on luontoperäistä, korkealaatuista kalsiuriikarbonaattia, jolla on amorfinen rakenne ja jota myy Malmöknta Swedish Whiting Company Limited, Malmö, Sverige. Käytetty C-savi (Grade C) ja Superfill-savi ovat kaoliinia, joka on ostettu toimi-5 nimeltä English China Clay Limited, Iso-Britannia.

ΓίΟ Käytetyt erilaiset guarkumityypit olivat seuraavat: GENDRIV^ 158 ja 162 ovat kationisia guarkumityyppejä, joista GENDR1V ® 158:n kationiaktiivi-suus on kohtuullinen ja GENDRIV ^162:n voimakas. Molemmat on ostettu 10 toiminimeltä Henkel Corporation, Minneapolis, Minnesota, USA. CELBOND ® 120 ja CELBOND"' 22 ovat guarkumityyppejä, jotka on ostettu toiminimeltä Celanese Plastics and Specialities Company, Louisville, Kentucky, USA.

(r) CELBOND 120 on amfoteerinen guarkumi, jolla on sekä kationisia että anionisia ominaisuuksia. CELBOND '22 on korvausasteeltaan alhainen kat-15 ioninen guarkumi, johon on lisätty kvartäärisiä ammoniumryhmiä.

p PERCOL 140 on kationinen polyakryyliamidi, jota käytetään retentio-aineena ja joka on ostettu toiminimeltä Allied Colloids, Iso-Britannia.

Seuraavissa esimerkeissä ilmoitetut pitoisuudet on kaikki laskettu kui-20 valta pohjalta.

Esimerkki 1 Tässä esimerkissä valmistettiin massa, jonka koostumus oli seuraava: 25 70 % täysvalkaistua kemiallista massaa (60/40 täysvalkaistua koivusulfaattia/mäntysulfaattia) 39 % C-savea (English China Clay).

30 Kemiallinen massa oli jauhettu laboratoriokalanterissa CSF-lukuun 200 ml. Massa laimennettiin kuivapitoisuuteen 0,5 % ja lisättiin 1 % alunaa, minkä jälkeen massan pH säädettiin rikkihapolla pH-luvuksi 4,0-4,5.

Erilaisten kemikaaliannostusten yhteydessä määritettiin massan retentio-35 ja vedenpoisto-ominaisuudet. Retentiomittauksissa käytettiin dynaamista vedenpoistoastlaa, Britt-jaria. Sekoitusnopeus oli 800 r/min ja viiran mesh-luku oli 200. Massan hienojaepitoisuudeksi määritettiin 3,6 X

14 76392 ^ (jae, joka läpäisee 200 meshin viiran ilman kemikaaleja ja täydellistä dispergoimista). Ori kemikaalilisäysten yhteydessä määritettiin tämän hienojakeen retentio. Erilaisia kemikaalien yhdistelmiä arvioitiin. Käytetty kationinen tärkkelys on perunapohjainen ja sen korvausaste 5 oli 0,04.

Kolme erilaista anionista komponenttia testattiin.

2 A. 15 %:inen piihapposooli, jonka ominaispinta oli 500 m /g ja Si02:Na20-10 suhde n. 40.

2 B. 15 %:inen modifioitu piihapposooli, jonka ominaispinta oli 500 m /g ja SiÖ2:Na^O-suhde n. 40 ja soolin pinnalla oli 9 % Al-atomeja. Tämä merkitsee 0,46 % Al^^ia soolin kaikesta kiinteästä aineesta.

15 C. Sama kuin B, mutta soolin pinnalla oli 25 % Al-atomeja, mikä merkitsee 1,2 % Al^O^:a soolin kaikesta kiinteästä aineesta.

Kuvioissa 1 ja 2 esitetään arvioinnin tulokset kaaviomuodossa. Kationi-20 sen tärkkelyksen annosteltu määrä tarkoittaa lisäysmäärää kuivasta massasta laskettuna. Annostelujärjestyksenä oli ensin kationinen tärkkelys, sen jälkeen anioninen komponentti. Kuvioista käy ilmi, että anionisen komponentin tehokkuus lisääntyy suuresti soolin AI-pitoisuuden myötä.

25 Esimerkki 2 0,5 %:inen massa, joka muodostui valkaisemattomasta kemiallisesta massasta (mäntysulfaattia, jonka kappaluku oli n. 53 SCAN-Cl:n mukaan), valmistettiin samalla tavoin kuin esimerkissä 1 ja jauhettiin arvoon 30 23° SR ja pH-arvoksi säädettiin 4,5. Massaan panostettiin 10 % C-savea (English China Clay).

Hienoretentio määritettiin erilaiselle kemikaaliannostukselle samalla tavoin kuin esimerkissä 1.

Tässä esimerkissä valmistettiin myös laboratorioarkkeja suomalaisella arkkimuotilla (SCAN-C 2676). Kationinen tärkkelys oli myös tässä ta- 35 l5 76392 ^ pauksessa perunapohjainen tärkkelys, jonka korvausaste oli 0,04. Tässä arvioinnissa käytettiin kahta erilaista anionista komponenttia: 2 A. 15 %:inen piihapposooli, jonka ominaispinta oli 500 m /g ja Si0o:Na20-5 suhde n. 40.

2 B. 15 %:inen AI-piihapposooli, jonka ominaispinta oli 500 m /g ja

SiO^:Na^O-suhde n. 40. Kaikkien pintaryhmien määrästä laskettuna alumi-niumpitoisuus oli 9 %, mikä vastaa 0,46 %:a soolin kaikesta kiinteästä 10 aineesta.

Annostusjärjestys oli sama kuin esimerkissä 1. Arvioinnin tulokset käyvät ilmi taulukoista 1 ja 2 ja kuviosta 3, jossa tulokset esitetään graafisesti.

15

Esimerkki 3 Tässä kokeessa määritettiin massan hienojaeretentio esimerkissä 1 kerrotun menetelmän mukaisesti. Tässä tapauksessa kemikaalit olivat kationinen 20 guarkumi (GENDRT.V 162 toiminimeltä Henkei Company, USA), jonka korvaus-aste oli 0,18. Kokeessa massan pH-arvo oli n. 4,5. Anioniset komponentit olivat tässä tapauksessa: 2 A. 15 £:inen piihapposooli, jonka ominaispinta oli 500 m /g ja SiO^iNa^O-25 suhde n. 40.

2 B. 15 %:inen Al-modifioitu piihapposooli, jonka ominaispinta oli 500 m /g ja Si02:Na20-suhde n. 40. Sooli sisälsi 25 % Al-atomeja laskettuna pinta-ryhmien (Si + AI) kokonaismäärästä, mikä vastaa 1,2 % A^O^ia soolin 30 kaikesta kiinteästä aineesta.

C. Tämä tuote oli puhdas aluminiumsllikaattisooli, joka saatiin aikaan saostamalla vesilasia natriumaluminaatilla. Kolloideja, joiden koko oli 2 200 Ä (ominaispinta n. 200 m /g) voitiin valmistaa laboratoriomitta-35 kaavassa. Kemiallinen koostumus oli 88,0 % SiO^ia, 7,5 % A^O^ta ja 4,4 % Na20:a. Tuotteen kuivapltoisuus oli 15,9 %.

16 7 6 3 9 2 1 Arvioinnin tulokset käyvät ilmi taulukosta 3. Tästä taulukosta voidaan todeta, että tässäkin tapauksessa saadaan huomattavasti suurempi tehokkuus, kun Al-pitoisuutta lisätään anionisessa komponentissa.

5 Taulukko 1

% Kationinen | T

! I

tärkkelys | % A % B j Hienoret. % 10____________|_____________________i______________ 0 ! 0 oi 20,5 ! 1,0 0 0 30,0 2.0 0 jo 38,0 3.0 0 ! 0 30,5 151,0 0,3 ! 0 31,0 | 2.0 0,3 0 46,5 | 3.0 0,3 0 44,5 ! 4.0 0,3 0 30,0 5.0 0,3 0 20,0 20 1,0 0 0,3 30,0 2.0 0 0,3 56,0 3.0 0 ; 0,3 59,5 4.0 i 0 0,3 ; 38,0 '5,0 i 0 ' 0,3 20,0 25 j_________________j______;__________________________ 30 35 17 76392

Ta ui u lclco_2^ Arkkikokeiden tuloksia

Kemikaalit 5 Ei 11% i 1 % i

Paperin ominaisuudet kemikaaleja kationi i kationi i tärkkelystä tärkkelystä j ί ,

j j ; 0,3 % B

10 I i |Neliömetripaino (g(n3) j 106 115 : 111 1 ί i ;

Täyteainepitoisuus (%) 10,5 : 11,6 10,6 I

Vetoindeksi (Nm/g) 58 58 68 ί ’ 2 : ! :

Murtoindeksi (N/m ) : 54 56 ,58 | 15 Pintalujuus (Dennison) 11 : 11 14 ;E-moduli 2,6 .2,7 3,0 20 Taulukko 3 i% Kationinen | i Hienoretentio ! guarkumi % A ; % B % C j 25 __________________|_____________|____________ 0 0 ! 0 0 13 0,2 0 I 0 0 37 | 0,4 10 0 0 47 j 0,2 ! 0,3 0 0 46 i

| I

30 0,4 j 0,3 0 0 52 0,2 0 0,3 0 48 0,4 0 0,3 0 58 0,2 0 0 0,3 61 0,4 0 0 0,3 63 35_______[_______ 1 Esimerkki_4 76392 18

Massaan tehtiin seuraava koostumus: 19,7 g/1 TMP:tä (lämpömekaanlnen massa), joka jauhettiin CSF-lukuun 70 ml. Kuitususpensio laimennettiin 5 sanomalehtipaperikoneen kiertovedellä arvoon 3 g/1. Massan pH-arvoksi säädettiin rikkihapolla 5,8-6,0.

Massan vedenpoisto-ominaisuudet määritettiin erilaisissa kemikaali-annostuksissa. Tällöin tätä keksintöä verrattiin kaupallisesti arvostet-10 tuun tehokkaaseen kuivatusaineeseen, nimittäin 0RGAN0P0L-0RGANS0RB ^- järjestelmään. Tämä kemikaalijärjestelmä muodostuu bentoniittisavesta ja anionisesta suurlmolekyylisestä polyakryyliamidista. Näitä kemikaaleja annosteltiin tasolla, joka on tavallinen käytettäessä kemikaaleja paperikoneessa. Tätä järjestelmää verrattiin keksinnön mukaiseen järjestelmään, 15 joka muodostuu kationisesti guarkumista, jonka korvausaste on 0,28 (MEYPR01D R 9801, Mayhall, USA) sekä 15 % aluminiummodifioidusta pii- 2 happosooiista, jonka ominaispinta oli 500 m /g ja SiO^rNa^O-suhde n. 40 ja soolin pinnalla oli 9 % Al-atomeja (Si + Al:n yhteismäärästä), mikä merkitsee 0,46 % A1^0^:a soolin kaikesta kiinteästä aineesta.

20

Arvioinnin tulos käy ilmi taulukosta 4. Kemikaaliannokset perustuivat kuivamassatonnia kohden lisättyyn määrään. Tuloksista ilmenee, että keksinnön mukaisella kemikaalijärjestelmällä on huomattava positiivinen vaikutus massan vedenpoisto-ominaisuuksiin.

25

Taulukko 4

Kemikaalit CSF (ml) 30 ei kemikaaleja 70 5 1 ORGANOSORB R :a 0,5 % ORBANOPOL R :a 135 0,4 % guarkumia 80 0,4 % guarkumia + 35 0,3 % Al-modifioitua piihapposoolia 215 19 76 3 9 2 1 Esimerkki 5 Tämän esimerkin tarkoituksena on osoittaa, että Al-modifioidulla pii-happosoolilla on korkeampi reaktiivisuus (erityisesti matalissa pH-5 arvoissa) kationiseen tärkkelykseen kuin modifioimattomalla piihappo-soolilla. Reaktiivisuus voidaan nähdä mittana siitä tehosta, joka saadaan massassa ja valmiissa paperissa.

Koe suoritettiin seuraavasti: 10

Kationinen tärkkelys, jonka korvausaste oli 0,028, liuotettiin kiehuvaan veteen, niin että saatiin 0,5 Zrinen liuos. 100 g:aan liuosta pantiin anioninen komponentti. Anionisina komponentteina käytettiin seuraavia: 2 15 A. 15 %:inen piihapposooli, jonka ominaispinta oli 500 m /g ja Si07:Na„0-suhde n. 40.

B. 15 %:inen aluminiummodifioitu piihapposooli, jonka ominaispinta oli 2 500 m /g ja SiO^rNa^O-suhde n. 40 ja 5 % aluminiumia laskettuna pinta-20 ryhmien (Si + AI) kokonaismäärästä, mikä vastaa 0,25 % Al„0^:a soolin kaikesta kiinteästä aineesta.

Sen jälkeen kun anioninen komponentti oli lisätty, liuos sekoitettiin huolellisesti nopeakäyntisellä sekoittimella (Turbo-Mix). Liuos siirret-25 tiin keskipakoisputkeen ja kiinteä faasi (anioninen komponenttitärkkelys-yhdistelmä) erotettiin (kierrosluku 3500 r/min, 10 min). Sentrifugioinnin jälkeen pipetoitiin 1 ml ylifaasia. Tämä näyte analysoitiin irronneen (= ei-reagoineen) tärkkelyksen suhteen. Tämä mahdollisti reagoineen tärkkelyksen osuuden määrittämisen laskettuna koko tuodun tärkkelyksen mää-30 rästä. Tämä on myös mitta anionisen komponentin reaktiotaipumukselle kationisen tärkkelyksen suhteen.

Kokeen tulos käy ilmi taulukosta 5. A:n ja B:n ilmoitetut pitoisuudet tarkoittavat anionisen komponentin painoprosenttipitoisuutta näytteessä.

35 76392 20

TauluVckt5 % reagoinutta tärkkelystä (tärkkelyksen koko määrästä)

---------------------------------T

ph : komponentti < % 4,5 5,5 7,0 | A: 0,15 % | 5 β '10 * A: 0,40 % | 20 20 (70 j B: 0,15 % ! 36 45 80 j B: 0,40 Z j 90 86 86 j

Koetulokset osoittavat, että aluminiummodifioidun piihapposoolin reaktiivisuus kationiseen tärkkelykseen on huomattavasti korkeampi kuin modifi-oimattoman piihapposoolin. Tämä on erityisen ilmeistä matalassa pH-arvossa.

Esimerkki 6 rämän esimerkin kohteena on kyntekartongin valmistaminen suuressa paperikoneessa Inver-muodostusyksiköillä. Tämä kartonkilaatu muodostuu viidestä kerroksesta, nimittäin 1. kerroksesta, jossa on 90 % täysvalkaistua sul-aattimassaa ja 10 % täyteainetta (talkkia), 2.-4. kerroksesta, jossa on Ό X integroitua puuhioketta ja 20 % jätettä, 5. kerroksesta, joka on ksinomaan puolivalkaistua sulfaattimassaa, estiajossa verrattiin kolmea erityyppistä kemikaalijärjestelmää: (Iti . POLYMIN^SK, kaupan oleva kuivatusaine, jota toimittaa BASF AG, Saksan Littotasavalta.

. Kationinen perunatärkkelys, jonka korvausaste on 0,04, sekä kolloidi- 2 •n piihappo, jonka ominaispinta on 500 m /g.

Kationinen perunatärkkelys, jonka korvausaste on 0,04, sekä kolloi- 21 76392 "I dinen aluminiuinmodif ioitu piihappo, jonka ominaispinta on 500 m" 2/g Al:Si-suhde 1:12 (pintaryhmiä).

Kemikaalit annosteltiin seuraavasti: 5 k) 200 g/ton POLYMIN SK: ta painesuodatinten jälkeen kolmelle keskikerrokselle (tapaus 1). Tapauksessa 2 pantiin kationista tärkkelystä 6 kg:a tonnia kohti painesuodatinten jälkeen. Tapauksessa 1 kemikaalit annosteltiin samassa asemassa kuin tapauksessa 2. Koska eri kemikaalijärjes-10 telinät antoivat erilaiset vedenpoistotehot koneessa, nopeutta ja sen kautta tuotetta säädettiin, niin että höyrynkulutus pidettiin maksimi-tasolla, toisin sanoen tuotantotasosta tulee tällä tavoin eri kemikaali-järjestelmien tehokkuuden mitta.

15 Arvioinnin tulos ilmoitetaan kaaviomuodossa kuviossa 4. Kaaviosta käy selvästi ilmi, että aluminiuinmodifioidulla piihapposoolilla oli parempi teho kuin modifioimattomalia piihapposoolilla ja olennaisesti parempi teho kuin kaupallisella tuotteella, erityisesti kun kartongin neliömetri-painot olivat suuret.

20

Esimerkki 7 Tässä esimerkissä käytettiin hiilihydraattia amylopektiinin muodossa, joka amylopektiini oli ostettu toiminimeltä Laing National Ltd, Iso-25 Britannia, ja jonka kationisoimisaste oli n. 0,035 ja typpipitoisuus n. 0,31 %. Tätä hiilihydraattia käytettiin yhdessä Al-modifioidun pii- 2 happosoolin kanssa, jonka piihapposoolin ominaispinta oli n. 500 m /g ja SiO^iNa^O-suhde n. 40:1 ja aluminiumpitoisuus 9 % pintaryhmien kokonaismäärästä laskettuna. Massa muodostui sanomalehtipaperimassasta, 30 joka käsitti 76 % kuituja ja 24 % täyteainetta (English China Clay'n C-savea). Massan kuituosuuden koostumus oli 22 % kemiallista mänty-sulfaattimassaa, 15 % lämpömekaanista massaa, 35 % puuhioketta ja 28 % saman paperikoneen jätettä. Massa oli otettu sanomalehtipaperikoneesta ja se laimennettiin saman koneen kiertovedellä konsentraatioon 3 g/1, joka 35 on sopiva kuivatuskokeeseen. Massan pH säädettiin laimennetulla NaOH-vesi-liuoksella pH-arvoksi 5,5. Massan kuivatuskyky (mitattu kuten Canadian Standard Freeness) määritettiin pelkän amylopektiinin eri annostusten 76392 17 yhteydessä tai amylopektiinin ja Al-modifioidun piihapposoolin yhteis-annostusten yhteydessä. Kemikaalit annosteltiin 1 litraan massaa, jonka konsentraatio oli 3 g/1, ja sekoitettiin nopeudella 800 r/min. Sekoitettaessa lisättiin ensin amylopektiini, minkä jälkeen sekoittamista 5 jatkettiin 30 s. Sen jälkeen lisättiin samalla sekoittaen sooli, minkä jälkeen sekoittamista jatkettiin vielä 15 s. Lopuksi seurasi kuivatus. Jos massaan ei sekoiteta soolia, amylopektiinin lisäämisen jälkeen sekoitettiin sen sijaan 45 s, minkä jälkeen seurasi kuivatus.

10 Taulukosta 6 ja kuviosta 5 käy ilmi, että pelkkä amylopektiini antaa vähäisen kuivatustehon ja että Al-modifioidun piihapposoolin ja amylopektiinin yhdistelmä lisää huomattavasti kuivatuskykyä. Parhaimmassa tapauksessa päästään kaksinkertaiseen CSF-arvoon, kun amylopektiiniä on 2 % ja sco1 ia 0,3 %.

15

Taulukko 6 jKoe j Amylopektiini \ Al-modifioitu f CSF (ml) 20 I j (%) j sooli (%) j 1 - i 90 2 0,5 I HO ' 3 1,0 ! 115 25 4 1,5 - 1 115 i 5 2,0 - 105 | ! 6 2,5 - 110 !

j 7 0,5 0,1 110 I

j 8 1,0 0,1 150 30 9 1,5 0,1 150 10 2,0 0,1 130 11 2,5 0,1 120 12 0,5 0,3 125 13 1,0 0,3 175 35 14 1,5 0,3 200 15 2,0 0,3 210 16 2,5 0,3 195

Claims (15)

23 7 6 3 9 2

1. Paperinvalmistusmenetelmä, jossa selluloosamassaa ja mahdollisesti myös mineraalitäyteaineita sisältävä vesipitoinen paperimassa muodos- 5 tetaan ja kuivataan, jolloin paperimassaan sekoitetaan ennen paperin muodostusta sideaine, jossa on anioniset ja kationlset komponentit, tunnettu siltä, että paperimassaan ennen paperin muodostusta sekoitettu sideaine muodostuu osaksi kolloidisista anionisista hiukkasista, joissa ainakin pintakerros on aluminiumsilikaattla tai aluminium-10 modifioitua piihappoa, niin että hiukkasten pintaryhmät sisältävät pii-ja alumlniumatomeja suhteesta 9,5:0,5 suhteeseen 7,5:2,5, ja osaksi vähintään yhdestä kationisesta tai amfoteerisesta hiilihydraatista, edullisesti tärkkelyksestä, amylopektiinistä ja/tai guarkumista, jolloin hiilihydraatti on kationlsoitu niin, että sen korvausaste on vähintään 15 0,01 ja enintään 1,0.

1 Patenttivaatimukset

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hiilihydraatti on kationista tärkkelystä tai kationista amylo-pektiiniä, jonka korvausaste on n. 0,01 - n. 0,1, edullisesti 20 n. 0,01 - n. 0,05 ja mieluiten n. 0,02 - n. 0,04.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siltä, että kationinen tai amfotäärinen hiilihydraatti on guarkumia, joka on kationlsoitu korvausasteeksl, joka on n. 0,01-1,0, edullisesti 25 n. 0,01-1,0, edullisesti 0,05-1,0 ja mieluiten 0,08-0,5.

4. Patenttivaatimuksen 1,2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että anioninen komponentti muodostuu aluminiummodifioidusta pii-haposta, jolloin tämä ja hiilihydraatti-komponentti sekoitetaan painosuh- 30 teessä (hiilihydraatti):(Si02 kolloidisissa anlonislssa hiukkasissa), joka on välillä 0,01:1 ja 25:1, edullisesti välillä 0,25:1 ja 12,5:1.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että anioninen komponentti syötetään kolloidisena soolina, jonka 35 soolihiukkasten omlnalsplnta on n. 50 - n. 1000 m /g, edullisesti n. 300 - n. 700 n3/g. 76392

6. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tun nettu siltä, että paperimassan pH säädetään välille n. 4 - n. 10.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 5 että paperimassan pH säädetään välille n. 4-7.

8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sideainetta tuodaan sellainen määrä, että sideaineen kiinteät aineet ovat vähintään 0,1, edullisesti vähintään 0,25 painoprosenttia ja 10 korkeintaan 15, edullisesti korkeintaan 5 painoprosenttia massan painosta laskettuna.

9. Jonkin patenttivaatimuksen 1-8 mukainen menetelmä, tunnettu siltä, että selluloosamassan määrä paperimassassa säädetään niin, että 15 saadaan valmista paperia, jossa on vähintään 50 painoprosenttia sellu-loosakuituja.

10. Jonkin patenttivaatimuksen 1-9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sideainetta lisätään sellainen määrä, että sideaineen kiin- 20 teät aineet ovat n. 0,5-25 painoprosenttia, edullisesti n. 2,5-15 painoprosenttia mlneraalitäyteaineen painosta laskettuna.

11. Jonkin patenttivaatimuksen 1-10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kolloidinen anionlnen komponentti pannaan mineraalltäytealnee- 25 seen ja sekoitetaan siihen, ennenkuin täyteaine sekoitetaan paperimassaan, ja että hiilihydraatti-komponentti sekoitetaan massasta, täyteaineesta ja anionisesta komponentista muodostuvaan seokseen.

12. Paperituote, joka sisältää selluloosakultuja edullisesti vähintään 30 50 painoprosentin määrän paperituotteesta laskettuna ja joka sisältää mahdollisesti myös mineraalitäyteaineita sekä anlonlsista ja katlonislsta komponenteista muodostetun sideaineen, tunnettu siltä, että sideaine sisältää anionisena komponenttina kolloidisia anionisla hiukkasia, joissa ainakin pintakerros on alumlniumsilikaattia tai alumlnlummodi-35 floitua pllhappoa, niin että hiukkasten pintaryhmät sisältävät pii- ja aluminiumatomeja suhteessa 9,5:0,5 - 7,5:2,5, ja kationisena tai amfo-täärlsenä komponettlna vähintään yhden katlonisen hiilihydraatin, jonka 76392 ^ korvausaste on vähintään 0,01 ja enintään 1,0.

13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen paperituote, tunnettu siitä, että hiilihydraatti on kationista tärkkelystä tai kationista amylopektii- 5 niä, jonka korvausaste on n. 0,01 - n, 0,1, edullisesti n. 0,01 - n. 0,05 ja mieluiten n. 0,02 - n. 0,04.

14. Patenttivaatimuksen 12 mukainen paperituote, tunnettu siltä, että hiilihydraatti on kationista tai amfotääristä guarkumia, joka on 10 kationisoitu korvausasteeksi, joka on n. 0,01-1,0, edullisesti 0,05-1,0 ja mieluiten 0,08-0,5.

15. Patenttivaatimuksen 12,13 tai 14 mukainen paperituote, tunnet-t u siitä, että anioninen komponentti muodostuu aluminiummodifioidusta 15 piihaposta, jolloin tämä ja hiilihydraatti-komponentti on sekoitettu paino-suhteessa (hiilihydraattlkomponentti):(SiO^ kolloidisissa hiukkasissa) välillä 0,1:1 - 25:1, edullisesti välillä 0,25:1 - 12,5:1. 20 30 35 763 92