FI83897C - Foerfarande foer framstaellning av en pigmentblandning foer bruk vid ytbelaeggning av papper. - Google Patents

Description

83897 MENETELMÄ PAPERIN PÄÄLLYSTYKSEEN KÄYTETTÄVÄN PIGMENTTISEOKSEN VALMISTAMISEKSI - Tämän keksinnön kohteena on menetelmä paperin päällystykseen käytettävän pigmenttiseoksen valmistamiseksi, jossa menetelmässä muodostetaan talkkia ja ainakin yhtä muuta seoskompo-nenttia sisältävä vesiliete.

Päällystettäessä paperia päällystysseoksella, jossa pigmenttinä käytetään yksinomaan hienojakoista talkkipigmenttiä, saadaan yleisesti ottaen päällystetyllä paperille varsin hyvät paperitekniset ominaisuudet, erityisesti paperin pai-nettavuuden suhteen.

Koska viime aikoina päällystettyjen papereiden neliömassat ovat jatkuvasti alentuneet ja sen myötä myös päällysteen määrä (g/m2) pienentynyt, on erääksi kriittiseksi paperin ominaisuudeksi muodostunut paperin opasiteetti (läpinäkymättömyys) sekä offset- että syväpainomenetelmällä painettavissa papereissa. Lisäksi alhaiset päällystemäärät aiheuttavat ongelmia painettavuuden suhteen syväpainomenetelmässä käytettäville papereille, koska päällysteille on vaikea saavuttaa painomenetelmän vaatimaa riittävää sileyttä. Edellä mainitut opasiteetti- ja painettavuusongelmat esiintyvät, kun päällys-temäärä on yleensä alle 7 g/m2. Käytettäessä talkkia päällys-tyspigmenttinä edellä mainitut ongelmat entisestään korostuvat alhaisilla päällystemäärillä, koska talkkipartikkelin erittäin levymäisestä muodosta johtuen päällysteen rakenne pyrkii muodostumaan liian tiiviiksi.

Nykyisin käytettävissä olevat menetelmät, jotka parantavat talkkipäällysteen opasiteettia alhaisilla päällystemäärillä, perustuvat erilaisten kalliiden lisäpigmenttien käyttöön. Yleisimpänä lisäpigmenttinä käytetään kalsinoitua kaoliinia.

i i 2 83897

Kalsinoitu kaoliini antaa yhdessä talkin kanssa hyvät paperitekniset ominaisuudet; sekä opasiteetti että painettavuus paranevat 100 %:seen talkkipäällysteeseen verrattuna. Perinteisesti kalsinoitu kaoliini on lietetty veteen siten, että maksimi kuiva-ainepitoisuus on 50-52 % ja sen jälkeen kalsinoitu kaoliini -liete sekoitettu talkki 1ietteeseen, jonka kuiva-ainepitoisuus on 65-67 %. Valmistettaessa pigmenttiseos tällä tavalla minimimäärä kalsinoitua kaoliinia edellä mainittujen ominaisuuksien merkittäväksi parantamiseksi on noin 10 % koko pigmentin määrästä. Kalsinoidun kaoliinin korkeasta hinnasta johtuen pyrkimyksenä on ollut sen määrän minimointi pigment-tiseoksessa.

Tämän keksinnön tarkoituksena on muodostaa uusi menetelmä talkkia sisältävän pigmentti seoksen valmistamiseksi, jolla seokseen lisättävän toisen seoskomponentin, kuten kalsinoidun kidevedettömän kaoliinin tai vastaavan, määrää voidaan oleellisesti pienentää entisestään ilman, että saatavan päällystetyn paperin paperitekniset ominaisuudet tässä heikkenisivät. Tunnusomaista keksinnölle on se, että veteen lietetään ensin talkkia ja että saatuun talkki 1ietteeseen sen jälkeen lietetään kuivassa muodossa olevaa kalsinoitua kaoliinia ja/tai kalsinoitua talkkia joko erikseen tai yhdessä.

Keksinnön mukaisella menetelmällä valmistetussa talkki/kal-sinoitu kaoliini -seoksessa kalsinoidun kaoliinin tehokkuus tiiviin talkkipäällysteen avaajana on merkittävästi parempi kuin perinteellisellä tavalla eri 11islietoi 1la valmistetussa pigmenttiseoksessa, joka on saatu liettämällä kalsinoitu kaoliini ja talkki toisistaan erillään ja yhdistämällä lietteet jälkeenpäin. Verrattaessa kevyesti päällystetyn paperin paperiteknisiä ominaisuuksia, opasiteettia ja syväpainopainetta-vuutta, käytettäessä toisaalta keksinnön mukaisesti yhteis-lietolla valmistettua seosta ja toisaalta erillisistä lietteistä valmistettua seosta havaitaan yhteislietolla valmistetun pigmenttiseoksen parantavan ko. ominaisuuksia merkittävästi verrattuna eri 11islietteistä valmistettuun seokseen.

i

Parannus on todettavissa jäljempänä esitetyistä suoritusesi- merkei stä.

3 83897

Kalsinoidun kaoliinin asemesta voidaan seokseen keksinnön mukaan käyttää muitakin pigmenttejä, erityisesti kalsinoitua talkkia. Jäljempänä olevista suoritusesimerkeistä nähdään, että normaalia, kaisinoimatonta talkkia ja kalsinoitua talkkia sisältävillä seoksilla keksinnön mukainen yhteislietto parantaa saatavan paperin ominaisuuksia samaan tapaan kuin talkkia ja kalsinoitua kaoliinia sisältävillä seoksilla.

Keksinnön mukaan voidaan talkkia ja toista seoskomponenttia, kuten kalsinoitua kaoliinia sisältävä seos valmistaa yhteis-liettona siten, että valmiiksi dispergoituun talkkipigmentti-lietteeseen (kuiva-ainepitoisuus 65-67 %) lisätään jauhemaista kalsinoitua kaoliinia ja tarvittaessa vettä lietteen lop-pukuiva-ainepitoisuuden säätöä varten. Kalsinoidun kaoliinin osuus on 2-20 %, mieluummin 5-10 % koko pigmenttimäärästä. Tällä menetelmällä valmistetun lietteen loppukuiva-ainepitoi-suus on 50-70 %, mieluummin 55-65 %.

Keksintöä valaistaan lähemmin seuraavilla koetuloksiin perustuvilla suoritusesimerkeillä, jotka vertaavat keksinnön mukaista yhteisliettoa tunnetun tekniikan mukaiseen erillis-liettoon.

Esimerkki 1

Keksinnön mukaisella menetelmällä valmistetusta talkki/kaisi-noitu kaoliini -1ieteseoksesta sekä perinteisellä tavalla valmistetusta lieteseoksesta valmistettiin päällystysseos siten, että lietteisiin lisättiin tarvittava sideaine (5 osaa aikaiipaisuvaa akryylilateksia) ja päällystysseoksen kuiva-ainepitoisuus säädettiin lisävedellä 50 %:iin. Päällysteseos applikoitiin pohjapaperin pinnalle laboratoriopäällystysko-neella, päällystyskoneen nopeuden ollessa 400 m/min. Paperit kalanteroiti in laboratoriokalanterilla (viisi nippiä) viiva- 4 83897 paineen ollessa 230 kN/m ja lämpötilan 25°C sekä paperin kosteus 5 %. Eri päällystemäärillä päällystetyistä paperinäyt-teistä saatiin paperitekniset arvot interpoloimalla ne pääl-lystemäärätasoille 5,5 ja 6,5 g/m2.

Painettavuuden mittaamisen arviointiin käytettiin tunnettua Heiiotest-menetelmää, jossa IGT-laitteella painettiin 110 mm:n pituinen painojälki ja painojäljen alusta mitattiin etäisyys (mm), jolla löytyi 20 puuttuvaa pistettä. Toisin sanoen mitä suurempi Heiiotest-lukuarvo, sitä parempi painetta-vuus. Merkittävänä painettavuuserona voidaan pitää noin 5 mm:n Heliotest-arvon eroa. Opasiteetti määritettiin Elrep-ho-laitteella ja merkittävä ero on noin 0,5 %-yksikköä.

Tulokset on esitetty seuraavissa taulukoissa.

5 83897

Taulukko 1 Yhteislietetyn talkki/kalsinoitu kaoliini -seos-lietteen loppukuiva-ainepitoisuuden vaikutus päällystetyn paperin opasiteettiin ja painetta-vuuteen.

Koepiste 123456

YHTEISLIETTO

Finntalc CIO 95 95 90 90 85 85

Kalsinoitu kaoliini 5 5 10 10 15 15

Seoslietteen kuiva- ainepit.% 67 55 67 55 67 55 PÄÄLLYSTEMÄÄRÄ 5,5 g/m2

Opasiteetti, % 85,3 85,0 85,8 85,8 85,6 86,1

Heliotest, mm 84 87 91 90 82 103 PÄÄLLYSTEMÄÄRÄ 6,5 g/m2

Opasiteetti, % 86,0 85,7 86,4 86,4 86,0 86,7

Heliotest, mm 90 92 95 97 92 109

Tulosten perusteella voidaan todeta, että käytettäessä 5 tai 10 osaa kalsinoitua kaoliinia seoslietteen kuiva-ainepitoisuudella on vain lievä vaikutus paperiteknisiin ominaisuuksiin, mutta käytettäessä 15 osaa kalsinoitua kaoliinia kuiva-ainepitoisuudella on merkittävä vaikutus paperiteknisiin ominaisuuksiin siten, että ominaisuudet huononevat merkittävästi seoslietteen kuiva-ainepitoisuuden noustessa 67 %:tin.

6 83897

Taulukko 2 Päällystetyn paperin opasiteetti- ja painetta-vuusarvojen vertailu, kun talkki/kalsinoitu kaoliini -seos on yhteis- tai erillislietetty.

Koepiste 123456

YHTEISLIETTO

Finntalc CIO 95 90 85

Kalsinoitu kaoliini 5 10 15

Seoslietteen kuiva- ainepit.% 67 67 55

ERILLISET LIETTEET

Finntalc CIO 95 90 85 -kuiva-ainepit. 65,5 %

Kalsinoitu kaoliini 5 10 15 -kuiva-ainepit. 50 %

Seoslietteen kuiva-ainepit. % 64,5 63,5 62,6 PÄÄLLYSTEMÄÄRÄ 5,5 g/m2

Opasiteetti, % 85,3 85,8 86,1 84,8 85,2 85,8

Heliotest, mm 84 91 103 77 86 86 PÄÄLLYSTEMÄÄRÄ 6,5 g/m2

Opasiteetti, % 86,0 86,4 86,7 85,3 85,7 86,4

Heliotest, mm 90 94 109 85 91 92

Jos paperin referenssilaatutasona pidetään erillislietettyä seosta, jossa kalsinoidun kaoliinin osuus on 15 osaa niin edellä olevista tuloksista havaitaan, että yhteisliettoa käytettäessä samaan paperin laatutasoon päästään käytettäessä 10 osaa kalsinoitua kaoliinia ja myös 5:llä osalla kalsinoitua kaoliinia päästään lähes samalle tasolle. Lisäksi yhteis-lietto mahdollistaa korkeamman seoslietteen kuiva-ainepitoisuuden silloin, kun kalsinoidun kaoliinin osuus on alle 15 osaa.

Esimerkki 2 7 83897

Keksinnön mukaisella menetelmällä valmistetusta talkki/kalsi-noitu talkki -lieteseoksesta sekä perinteisellä tavalla valmistetusta lieteseoksesta valmistettiin päällystysseos siten, että lietteisiin lisättiin tarvittava sideaine (6 osaa alkalipa!suvaa akryyli lateksia) ja päällystysseoksen kuiva-ainepitoisuus säädettiin lisävedellä 50 %:iin. Päällysteseos applikoitiin pohjapaperin pinnalle laboratoriopäällystys-koneella, päällystyskoneen nopeuden ollessa 400 m/min. Paperit kalanteroitiin laboratoriokalanterilla (viisi nippiä) viivapaineen ollessa 230 kN/m ja lämpötilan 25°C sekä paperin kosteus 5 %. Eri päällystemäärillä päällystetyistä paperi-näytteistä saatiin paperitekniset arvot interpoloimalla ne päällystemäärätasoille 5,5 ja 6,5 g/m2. Tulokset on esitetty seuraavissa taulukoissa.

8 83897

Taul^ukkο_3 Yhteislietetyn talkki/kaIsinoitu talkki -seos-lietteen loppukuiva-ainepitoisuuden vaikutus päällystetyn paperin opasiteettiin ja painetta-vuuteen.

Koepiste 123456

YHTEISLIETTO

Finntalc CIO 95 95 90 90 85 85

Kalsinoitu talkki 5 5 10 10 15 15

Seoslietteen kuiva- ainepit.% 65 55 65 55 65 55 PÄÄLLYSTEMÄÄRÄ 5,5 g/m*

Opasiteetti, % 85,5 86,6 85,8 86,2 86,4 86,9

Heliotest, mm 85 88 84 87 78 90

PÄÄLLYSTEMÄÄRÄ 6,5 g/mJ

Opasiteetti, % 86,2 86,7 86,6 87,1 87,0 87,1

Heliotest, mm 86 90 87 92 85 98

Tulosten perusteella voidaan todeta, että käytettäessä kalsi-noitua talkkia seoslietteen kuiva-ainepitoisuudella on merkittävä vaikutus paperiteknisiin ominaisuuksiin siten, että seka painettavuus että opasiteetti huononevat kuiva-ainepitoisuuden noustessa 65 %:iin.

9 83897 I®H1h!s1S2_£ Päällystetyn paperin opasiteetti- ja painetta-vuusarvojen vertailu, kun talkki/kalsinoitu talkki -seos on yhteis- tai eri 11is 1ietetty.

Koepiste 123456

YHTEISLIETTO

Finntalc CIO 95 90 85

Kalsinoitu talkki 5 10 15

Seoslietteen kuiva- ainepit.% 55 55 55

ERILLISET LIETTEET

Finntalc CIO 95 90 85 -kuiva-ainepit. 65,5 %

Kalsinoitu kaoliini 5 10 15 -kuiva-ainepit. 50 %

Seoslitteen kuiva-ainepit. % 64,5 63,5 62,6 PÄÄLLYSTEMÄÄRÄ 5,5 g/m2

Opasiteetti, % 86,6 86,7 86,9 86,0 86,2 86,6

Heliotest, mm 88 89 90 85 85 87 PÄÄLLYSTEMÄÄRÄ 6,5 g/m*

Opasiteetti, % 87,0 87,1 87,2 86,4 86,7 87,2

Heliotest, mm 90 92 98 88 92 95

Jos paperin referenssilaatutasona pidetään erillislietettyä seosta, jossa kalsinoidun talkin osuus on 15 osaa, niin edellä olevista tuloksista havaitaan, että yhteisliettoa käytettäessä samaan paperin laatutasoon päästään käytettäessä vain 5 osaa kalsinoitua talkkia. Kalsinoitua talkkia käytettäessä kuiva-aineen nostoon yhteislieton yhteydessä ei ole mahdollisuutta .

Alan ammattimiehlle on selvää, että keksinnön erilaiset sovellutukset eivät rajoitu edellä oleviin esimerkkeihin vaan voivat vaihdella oheisten patenttivaatimusten puitteissa.

Claims (4)

10 83897

1. Menetelmä paperin päällystykseen käytettävän pigmentti-seoksen valmistamiseksi, jossa menetelmässä muodostetaan talkkia ja ainakin yhtä muuta seoskomponenttia sisältävä vesiliete, tunnettu siitä, että veteen lietetään ensin talkkia ja että saatuun talkki1ietteeseen sen jälkeen lietetään kuivassa muodossa olevaa kalsinoitua kaoliinia ja/tai kalsinoitua talkkia joko erikseen tai yhdessä.

2. Patenttivaatimusten 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että talkki1ietteeseen lietetään jauhemaista kalsinoitua kaoliinia ja/tai kalsinoitua talkkia niin, että sen määräksi tulee 2-20 %, sopivimmin 5-10 % koko pigmenttimäärästä.

3. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että toisen seoskomponentin lie-ton yhteydessä lisätään vettä lietteen kokonaiskuiva-ainepi-toisuuden säätämiseksi.

4. Patenttivaatimusten 2-3 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että vettä lisätään niin, että lietteen kokonaiskuiva-ainepitoisuudeksi tulee 50-70 %, sopivimmin 55-65 %. il 83897