FI78141C - Foerfarande foer framstaellning av belaeggningsmedel foer papper och andra cellulosahaltiga aemnen. - Google Patents

Description

A

1 78141

Menetelmä päällystysaineen valmistamiseksi paperille ja muille selluloosapitoisille aineille. - Förfarande för framställning av beläggningsmedel för papper och andra cellulosahaltiga ämnen.

Keksinnön kohteena on menetelmä päällystysaineen valmistamiseksi paperille ja muille selluloosapitoisille aineille, joka päällystysaine on muodostettu pigmenteistä, dispersio- ja sideaineista.

Päällystämällä tai sivelemällä paperi nestemäisellä tuotteella halutaan saada paperiin pinta, joka on kestävä kosteana tapahtuvan hiertämisen suhteen. Tämä ominaisuus on erityisesti offset-järjestelmässä tärkeä, mitä järjestelmää nykyisin suuressa määrin käytetään korkealaatuisten painotuotteiden valmistamiseksi. Offset-menetelmälle on välttämätöntä, että painettavien papereiden ja kartonkien pinnalla on hyvä kulumiskestä-vyys. Jos paperin pintakerros tarttuu työkalun pintaan, on painotulos negatiivinen, koska painorulliin tarttuu kerros sively-pigmenttiä ja näin muodostuu virheellinen painokuva. Kulumis-kestävyys saavutetaan nykyisin tunnetuilla menetelmillä siten, että käytetään hartsia ja kemiallisia reaktiotuotteita, esim. kalsiumsulfoaluminaatin ja proteiinin tai tärkkelyksen välisiä reaktiotuotteita.

Nämä järjestelmät tulevat kuitenkin lisääntyvässä määrin ei-toivotuiksi, koska sitä varten käytettävät materiaalit ovat kalliita ja paperin käsittely tulee huomattavan kalliiksi.

Paperia päällystettäessä käytetään pääasiallisesti kolmea komponenttia: 1. tietyn ulkoasun omaavat pigmentit, 2. dispersioaineet, 3. luonnolliset tai synteettiset sideaineet.

2 78141

Pigmentit antavat tällöin paperille sileyden, läpinäkymättömyyden ja kiillon, dispersioaineet mahdollistavat suuren pigment-tipitoisuuden alhaisella viskositeetilla ja sideaineet sitovat pigmentit paperin pintaan.

Oheisen keksinnön tehtävänä on parantaa alussa mainitun laista päällystysainetta siten, että päällystetyn paperipinnan kulu-miskestävyys kasvaa ja saadaan aikaan hyvä painokuva alhaisilla käyttökustannuksilla. Lisäksi päällystysaineen pysyvyyden (työstöajan) tulee pidentyä ja yhteensopivaisuus erilaisten mus-telajien kanssa painatuksen yhteydessä tulee optimoida.

Keksinnön mukaisesti tämä tehtävä ratkaistaan patenttivaatimuksessa esitettyjen tunnusmerkkien avulla, jolloin ensimmäisen kerran kalsiumionipitoisten pigmenttien työstö tuli mahdolliseksi. Pigmentti muodostuu edullisesti kahden vesimolekyylin omaavasta kalsiumsulfaatista, joka kosteana on jauhettu kol-loidimyllyssä vastaavaan raekokoon. Vedettömän kalsiumsulfaatin käyttö on niin ikään mahdollista, jolloin voidaan käyttää kuivaa jauhamisprosessia.

Tavanomaisten dispergointiaineiden kanssa pigmenttiä ei voida dispergoida, koska kalsiumionilla on suuri liukenevuus. Pigmentti saatetaan nyt reagoimaan kolloidin kanssa, joka vaikuttaa sekä dispersioaineena että myös sideaineena ja suspension stabilisaattorina. Se ei sido ainoastaan suspension kalsium-ioneja vaan kiinnittää myös pigmentin kantomateriaaliin, toisin sanoen käsiteltävän paperin pintakerrokseen.

Yllä mainitut kolloidin ominaisuudet saadaan polysakkariidin reaktiolla fosforihapon ja ammoniakkisen emäksen, sopivimmin urean, yhdistelmän avulla. Reaktio suoritetaan autoklaavissa lämpötilassa, joka on suuruudeltaan 180 - 200°C, jolloin saadaan suuren dispersiovoiman omaava kolloidinen polyfosfaatti, joka kykenee ammoniumryhmiä vaihtamalla reagoimaan kalsiumionin i 3 781 41 kanssa. Kolloidin ja pigmentin välisen kemiallisen reaktion avulla saadaan yhtenäinen aine, jonka sileys- ja läpinäkymättö-myysominaisuudet ovat oleellisesti parempia kuin pigmentin ja sideaineen yksinkertaisen seoksen. Pigmentin lisäys tapahtuu sopivimmin lämpötilassa alle 45°C, jotta estettäisiin dextrii-nin muodostuminen polyfosfaateista.

Musteen yhteensopivuuden optimaaliseksi säätämiseksi on välttämätöntä järjestää mikropigmentiksi prosessin suorittamisen yhteydessä ylimääräinen aine.

Hämmästyttävällä tavalla on osoittautunut, että alumiinihydroksidi, jonka raekoko on 1 - 6 pn, soveltuu erityisen hyvin yhteen kalsiumsulfaatin kanssa.

Alumiinihydroksidi mahdollistaa dispersioprosessissa tai kalsiumsulfaatin märän jauhamisen yhteydessä keksinnön mukaisen kolloidin kanssa pitää kalsiumsulfaattisuspension viskositeetin alhaisella tasolla.

Luonnollisesti voidaan yrittää myös valmistaa tahna tai liete, joka soveltuu sekoitettavaksi myös toisten pigmenttien, esim. kaoliinin kanssa. Tämä on periaatteessa mahdollista; kuitenkin on huomattava, että suojakolloidin osuuden on tällöin oltava suurempi. Tällöin käytettävät dispersioaineet on testattava ennalta, jotta voitaisiin todeta sopivatko ne yhteen suojakolloidin kanssa, koska sen kohonneella polyfosfaattipitoisuudella voisi olla vaikutuksia sivelyvärin ominaisuuksiin.

Jos tahna tai liete on sekoitettu kalsiumkarbonaattiin tai vastaavien pigmenttien kanssa, ei edellä mainittu varovaisuus ole siinä määrin tarpeen, koska kalsiumsulfaattien työstö on helpompaa kuin kaoliinien työstö ja koska suojakolloidia tässä tapauksessa voidaan käyttää dispergointiaineen tapaisena aineena.

4 78141

Muita varotoimenpiteitä ei tällöin vaadita, koska dispersiovoi-ma tavanomaisten dispergointiaineiden kanssa on vastaavaa.

Tässä selostettavalla menetelmällä saatava tuote sopii yhteen kaikkien lateksityyppien kanssa, jotka mahdollistavat sivelyvä-reille välttämättömän korkean joustavuuden, käytettäväksi papereihin ja kartonkeihin.

Näin käsitellyn pinnan kestävyys kosteana tapahtuvaa kulumista vastaan on hyvä, koska suojakolloidissa on tapahtunut reaktio, joka aikaansaa tietyn asteisen liukenemattomuuden, mikä mahdollistaa kaikenlaisen offset-painamisen. Jos kuvattua tuotetta käytetään pigmenttien yhteydessä, jotka eivät sisällä kalsium-ioneja, vähenevät sen edut sen ominaisuuteen sideaineena, jonka etuna on sen kylmävesiliukoisuus, mikä tekee ennalta tapahtuvan liuottamisen korotetussa lämpötilassa tarpeettomaksi.

Kolloidisen tuotteen muita etuja kuvataan sen amfoteerisen luonteen avulla ja sen näin saadun kyvyn avulla käyttää sitä laajalla pH-alueella. Selostuksen yksinkertaistamiseksi on oheen liitetty kolme kuviota, joissa esimerkin omaisesti, mutta ei patenttivaatimusten tavoin täydellisesti on esitetty mahdollisuus prosessin toteuttamiseksi valmistaa tuote paperin sivele-miseksi kuvattujen periaatteiden mukaisesti.

Kuvio 1 esittää periaatepiirrosta emäksisen pigmentin valmistamiseksi kalsiumionien kanssa kuivana. Pigmenttiä vahvistetaan myöhemmin mikropigrnenteillä alumiini-ionien kanssa.

Kuvio 2 esittää suojakolloidin valmistusta, jonka tehtävänä on olla dispersioaine ja sideaine, edellä mainittuja makropigment-- tejä ja mikropigmenttejä varten.

Kuvio 3 esittää pigmenttien yhdistämistä suojakolloidin kanssa.

78141

Piirustuksen numeroin merkityt elementit vastaavat seuraavassa käytettävää numerointia.

Kalsiumsulfaatin käsittely tapahtuu kuivana kiertoputkiuunin avulla, jonka syöttöaukko 1 vastaanottaa materiaalin, annostelee sen kiertouuniin 2 ja seuraavaksi johtaa päättymättömän kuljetuskierukan 3 kautta sekoittimella varustettuun vastaan-ottolaitteeseen 4. Siinä on täryseula 10. Seulonnan jälkeen tuote järjestetään suihkumyllyn ja luokittelulaitteen kautta varastosäiliöihin (luokittelulaite 6, suihkumylly 5, varasto-säiliö 7).

Täyttösuppilon ulostulokohdassa oleva säätölaite 8 estää tuotteen klimppiytymisen.

Kiertouuni 2 toimii jatkuvasti lämpötilassa noin 800°C. Vas-taanottolaite 4 sisältää materiaalia, jolla on haluttu DIN-hienousaste. Täryseula 10 eliminoi epätoivottavan materiaalin, joka voisi häiritä kalsiumsulfaatin mikronisatioprosessia. Suihkumyllyn 5 toimintapaine on välillä 10-14 kg/cm^· Tuuliseu-la 6 voi erottaa partikkeleita keskimääräiseen halkaisijan maksimikokoon 5 pm saakka.

Kuvion 2 mukainen valmistusvaihe sisältää rajoitetun kapasiteetin omaavassa prosessissa autoklaavin 11 käyttämisen kolloidia varten, joka autoklaavi on varustettu nopeudeltaan säädettävällä moottorilla 12 käytettävällä siipisekoittimella. Koko laite on varustettu lämmöneristysvaipalla 13. Autoklaavin ulostulo-aukko 14 toimittaa ennaltamäärätyt tuotemäärät.

Jatkuvassa prosessissa käytetään sekoitussäiliötä 15, jonka käyttölaitteena on moottori 16 ja jonka ulostulo samanaikaisesti muodostaa sisäänmenoaukon jatkuvatoimiselle, tyypiltään pyörivän rummun omaiselle astialle 18 - jonka toiminta vastaa viitenumerolla 2 merkityn laitteen toimintaa - ja jonka astian 6 78141 ulostuloaukko puolestaan on täryseulan 19 kohdalla, joka saattaa materiaalin varastoon 20.

Kalsiumsulfaatille käytetään sideaineena ja dispersioaineena tärkkelyspolyfosfaattia, kuten yllä on selostettu. Käytettäessä maissitärkkelystä on työlämpötilan oltava välillä 180 - 190° ja käytettäessä perunatärkkelystä on lämpötilan oltava välillä 160 - 170°C.

Prosessin viimeinen vaihe suoritetaan laitteilla, jotka on esitetty kuviossa 3, jolloin keittosäiliö 21 on varustettu erityisillä sekoituslevyillä 22 auravanasekoittimen tavoin ja jota käytetään säädettävällä nopeudella moottorin 23 avulla. Toisessa osassa on esitetty, että dispergaattorisäililö 24 on varustettu jäähdytyslaitteella ja dispergaattorisekoittimella 25, jolloin sekoittimen nopeus on säädettävissä moottorin 26 avulla. Täryseula 27 lajittelee materiaalin ja johtaa sen välivarastoihin.

Kattilassa 21 tärkkelyspolyfosfaatti valmistetaan lämpötilassa välillä 70 - 80°C ja kiintoainepitoisuudella noin 20 %. Reaktio pidetään voimassa 90 min, jolloin jäähdytetään 60°C. Sen jälkeen annetaan suojakolloidilla varustettu mikronisoidusta kalsiumsulfaatista oleva pigmentti jatkuvasti sekoittamalla dis-persiosäiliöön 24. Tällöin lämpötila laskee arvoon 40°C, mutta kohoaa jatkossa kuitenkin kohonneiden leikkausvoimien vuoksi arvoon 60°C. Lämpötilan edelleen kohoaminen on estettävä jäähdytyksen avulla.

Jos kalsiumsulfaatti on dispergoitunut, annetaan toiseksi pigmentiksi aluminiumhydroksidLa, jolloin dispersion tätä prosessia jatketaan, jolloin syntyy stabiili tahna, jolla on mahdollisimman suuri kiintoainepitoisuus. Sen jälkeen lisätään mikro-bioziidi jotta estettäisiin tärkkelyspolyfosfaatin fermentoitu-minen.

7 78141

Saatava tahna ei saa sisältää partikkeleita, joiden keskimääräinen halkaisija on yli 6 pm.

Sovellutusesimerkki

Sivelykokeessa käytettiin ensiluokkaista (100 % selluloosaa, lyhyitä ja pitkiä kuituja) kantopaperia (140 g/m^)· Paperi sai tärkkelyskerroksen 2 g/m^ molemmille puolille.

Kantoaineeseen tehtiin esisively noin 10 g/m^ keksinnön mukaisella päällystysaineella raakkelin avulla ja sen jälkeen kerros 20 g/m2 keksinnön mukaisella päällystysaineella puhallusputken avulla. Saadut paperit olivat soveliaita kaikkiin painomenetelmiin. Paperi painettiin painonopeudella 20 m/s. Myöskään suurella painonopeudella kuten 50 m/s ei painokuvassa voitu todeta mitään siirtymistä tai muita epäpuhtauksia.

Neljän käyttötunnin jälkeen ei pääkappaletta eikä rullia tarvinnut vielä puhdistaa; painokuvan heikkenemistä ei voitu myöskään pidemmän käyttöjakson jälkeen todeta.

Claims (8)

8 78141

1. Menetelmä päällystysaineen valmistamiseksi paperille ja muille selluloosapitoisille aineille, joka päällystysaine on muodostettu pigmenteistä, dispersio- ja sideaineista, tunnettu siitä, että sideaine muodostetaan lisäämällä fosfo-rihapon ja ammoniumemäksen seos tärkkelykseen kolloidiksi, jolloin kyseiset kolme komponenttia reagoivat autoklaavissa lämpötilassa 160 - 220°C 180 - 240 minuuttia ja sen jälkeen nopeasti lasketaan lämpötilaan alle 45°C ja hajottamalla, hydratoimalla ja kuivaamalla muutetaan lämpötilassa yli 80°C kolloidiksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä päällystysaineen valmistamiseksi paperille ja muille selluloosapitoisille aineille, tunnettu siitä, että kolloidin vesipitoiseen liuokseen lisätään kalsiumionipitoinen pigmentti, jolloin säilytetään lämpötila alle 45°C ja seoksen dispersio suoritetaan kauemmin kuin 30 minuuttia.

3. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä päällystysaineen valmistamiseksi paperille ja muille selluloosapitoisille aineille, tunnettu siitä, että seoksessa on mikropigmenttiä, jonka raekoko on välillä 1-6 jum.

4. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä päällystysaineen valmistamiseksi paperille ja muille selluloosapitoisille aineille, tunnettu siitä, että ammonium-emäksenä käytetään ureaa ja tärkkelysaineena perunatärkkelystä.

5. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä päällystysaineen valmistamiseksi paperille ja muille selluloosapitoisille aineille, tunnettu siitä, että kolloidin komponentit muodostuvat 1 - 20 % fosforihappoa, 1 - 50 % ammo-niumemästä, lopun ollessa tärkkelystä. 9 78141

6. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä päällystysaineen valmistamiseksi paperille ja muille selluloo-sapitoisille aineille, tunnettu siitä, että kolloidin vesipitoiseen liuokseen lisätään ammoniumemästä emäksisen pH-arvon säätämiseksi.

7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä päällystysaineen valmistamiseksi paperille ja muille selluloo-sapitoisille aineille, tunnettu siitä, että kalsium-ionipitoisena pigmenttinä lisätään kalsiumsulfaattia.

8. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä päällystysaineen valmistamiseksi paperille ja muille selluloo-sapitoisille aineille, tunnettu siitä, että mikropig-mentti on aluminiumhydroksidia. -113 ' ' '· ' -·; :· : :··: · · ·" Pa tentkrav 78141