FI90680B - Paperirainan valkaisu peroksidilla - Google Patents

Description

1 90680

Paperirainan valkaisu peroksidilla Tämän keksinnön kohteena on menetelmä paperirainan valkai-5 semiseksi peroksidilla, jossa menetelmässä peroksidi saatetaan liikkuvalle paperirainalle osana rainan pintakäsittelyyn tarkoitettua seosta. Lisäksi keksinnön kohteena on tällaiseen menetelmään tarkoitettu paperin pintakäsittelyseos.

10 Paperin valmistusprosessiin liitettyä rainan peroksidikäsit-telyä on käytetty paperin sterilointiin. Tämän lisäksi kirjallisuudessa on kuvattu menetelmiä, joissa peroksidia on käytetty massarainan valkaisuun. Täten tunnetaan valkaisemattoman tai puolivalkaistun massarainan valkaisu peroksi-15 disuihkutuksella sekä rainan valkaisu puristuksen jälkeen peroksidiliuoksella kostutettujen telojen avulla. DE-pa-tenttijulkaisussa 2 409 981 on esitetty menetelmä, jossa paperiraina valkaistaan rainan poikki asennetuista rakosuut-timista suihkutetulla valkaisukemikaalilla, joka julkaisun 20 mukaan voi olla peroksidia tai ditioniittia. Peroksidin käytöstä julkaisussa ei kuitenkaan ole suoritusesimerkkejä.

Peroksidiliuoksella tapahtuvaan paperirainan valkaisuun : :· liittyy ilmeisiä ongelmia. Jos peroksidiliuos on väkevää, on '-25 sitä vaikea annostella tasaisesti paperirainalle ja samalla peroksidia kuluu tarpeettoman paljon. Jos taas liuosta laimennetaan vedellä, on seurauksena rainan kastuminen ja lisääntyneet kuivauskustannukset.

30 US-patenttijulkaisuista 2 613 579 ja 4 435 248 käy edelleen selville mahdollisuus yhdistää peroksidi paperin sideaineeseen. Ensin mainitussa julkaisussa sideaineena on vaha ja viimeksi mainitussa, joka sisältää vain maininnan yhdistämismahdollisuudesta ilman ainuttakaan suoritusesimerkkiä, 35 sideaineena on natriumstearaatti. Kyseiset sideaineet ovat kuitenkin merkitykseltään marginaalisia normaalissa massa-mittakaavaisessa paperinvalmistuksessa.

2 90680 Tämän keksinnön tarkoituksena on muodostaa uusi peroksidin, kuten vetyperoksidin, tai sopivan epäorgaanisen tai orgaanisen peroksidiyhdisteen ja sideaineen yhdistämiseen perustuva ratkaisu paperirainan valkaisuun, jossa edellä mainitut pe-5 roksidin erilliseen levitykseen liittyvät epäkohdat on vältetty. Keksinnön mukaiselle valkaisumenetelmälle on tunnusomaista se, että peroksidi saatetaan paperirainalle sideaineena käytettyyn tärkkelykseen sekoitettuna.

10 Paperirainan käsittely tärkkelyksellä kuitujen sitomiseksi toisiinsa on tavanomaiseen paperinvalmistukseen oleellisesti kuuluva toimenpide. Kun peroksidilla tapahtuva rainan valkaisu on keksinnön mukaisesti yhdistetty tähän prosessiin joka tapauksessa kuuluvaan käsittelyvaiheeseen, ei valkaisu 15 lisää rainan käsittelyvaiheiden määrää eikä aiheuta ylimääräistä kuivaustarvetta. Peroksidin konsentraatio rainalle saatettavassa seoksessa on helppo säätää sopivan matalaksi, jolloin saavutetaan tasainen ja määrällisesti riittävä val-kaisuvaikutus samalla kun peroksidin kulutus pysyy pienenä.

20

Paperirainalle keksinnön mukaisesti saatettava seos voi peroksidin ja tärkkelyksen ohella sisältää myös paperin pai-nettavuutta parantavan pintapäällysteen.

25 Alustavat kokeet ovat osoittaneet, että keksintö on toimiva. Peroksidin valkaisuvaikutus ei kärsi sekoituksesta tärkkelykseen ja mahdollisesti mukana olevaan pintapäällysteeseen, eikä peroksidi toisaalta häiritse tärkkelyksellä tapahtuvaa liimausta tai päällystystä. Kun paperin pintaliimaukseen 30 yhdistettiin keksinnön mukainen peroksidivalkaisu, säilyi esimerkiksi paperin pintalujuus muuttumattomana.

Alustavien kokeiden mukaan keksinnön mukainen peroksidivalkaisu on myös riippumaton mahdollisen fluoresoivan vaalen-35 nusaineen läsnäolosta. Vaalennusainetta, kuten esimerkiksi stilbeenijohdannaista sisältävää Tinopalia (Ciba Geigy), joka muuttaa UV-säteilyä näkyväksi valoksi, on tähän saakka lisätty mm. paperin pintaliimaan, esipäällysteeseen tai mas- 3 9 G 6 80 sasulppuun. Näitä aineita on viime aikoina alettu epäillä toksisiksi ja keksintö antaa mahdollisuuden korvata ne osaksi tai jopa kokonaan peroksidikäsittelyllä.

5 Keksinnön mukaisesti paperirainalle saatettava peroksidin ja tärkkelyksen seos voi olla vesiliuos, jossa tärkkelyksen konsentraatio on 1-30, sopivasti 3-15 paino-% ja peroksidin konsentraatio sopivasti 1-40 paino-%. Tärkkelykset ovat yleensä modifioituja, mutta keksinnön mukaan myös natiivi 10 tärkkelys on mahdollinen. Peroksidi voidaan yhdistää tärkkelykseen yksinkertaisesti laimennusveden mukana.

Optimaalinen valkaisuvaikutus saavutetaan, kun peroksidia saatetaan käsittelyseoksen mukana paperirainan kummallekin 15 puolelle noin 0,08-1,0 g/m2.

Eräs tapa saattaa peroksidia sisältävä pintakäsittelyseos paperirainalle on teräpäällystys, jossa seos johdetaan liikkuvaan rainaan nähden poikittaisesta kaukalosta rainaa vas-20 ten olevalle päällystysterälle. Tällä menettelyllä on alustavissa kokeissa saavutettu hyviä tuloksia. Muita edullisia seoksen levitystapoja ovat mm. telapäällystys ja erilaisten liimapuristinten käyttö.

•.'25 Kuten todettiin, kohdistuu keksintö myös edellä kuvattuun menetelmään tarkoitettuun paperin pintakäsittelyseokseen. Seokselle on keksinnön mukaan tunnusomaista se, että se sisältää peroksidia sekä sideaineena käytettyä tärkkelystä. Lisäksi seos voi sisältää pintapäällysteen muodostavaa pig-30 menttiä. Alustavien kokeiden mukaan tällainen seos on mahdollista valmistaa ilman, että peroksidi vaikuttaisi haitallisesti tärkkelykseen tai päällystepigmenttiin. Seoksella on myös riittävä säilyvyys niin, että se ehditään saattaa rai-nalle ennen peroksidin hajoamista.

Keksinnön mukainen seos voi muodostua peroksidista sekä sideaineena käytetystä tärkkelyksestä esimerkiksi siten, • 35 4 90680 että seos on vesiliuos, jossa on n. 1-40 paino-% peroksidia ja 1-30 paino-%, edullisesti n. 3-15 paino-% tärkkelystä.

Vaihtoehtoisesti keksinnön mukaisen seoksen voi muodostaa 5 liete, joka sisältää peroksidia, tärkkelystä, pintapäällys-teen muodostavaa pigmenttiä sekä vettä. Tavallisimpia pigmenttejä ovat kalsiumkarbonaatti, kaoliini ja talkki, ja muina mahdollisina pigmentteinä voidaan mainita synteettiset, orgaaniset pigmentit. Lietteen tarkka koostumus voi 10 vaihdella suuresti paperin loppukäyttötarkoituksesta riippuen. Esipäällystykseen sopivassa lietteessä kiintoaineosuu-den koostumus on edullisesti n. 1-10 % peroksidia, n. 10-15 % tärkkelystä, ja n. 70-90 % pigmenttiä. Veden osuus esi-päällystyslietteestä on sopivasti suuruusluokkaa n. 15-20 %.

15 Pigmentointiseokseksi sopivassa lietteessä kiintoaineosuus taas koostuu edullisesti n. 4-40 %:sta peroksidia, n. 30-60 %:sta tärkkelystä, ja noin 20-50 %:sta pigmenttiä. Veden osuus pigmentointilietteestä on sopivasti n. 75-90 %.

20 Seuraavassa selostetaan keksinnöllä suoritettuja alustavia laboratoriokokeita.

Esivalkaisu '45 Kertaalleen pintaliimatulle puuvapaalle pohjapaperille (Kym-Art), jonka lähtövaaleus oli 81,9 %, applikoitiin terä-päällystysmenetelmällä toispuoleisesti pintakäsittelyseosta, joka oli aikaansaatu laimentamalla hapetettu maissitärkkelys (Amisol), jonka lähtösakeus oli 12 %, 6-%:iseksi vedellä tai 30 veden ja vetyperoksidin seoksella. Vaaleuden kehittymistä seurattiin kolmen viikon ajan, ja paperin pintalujuusarvot mitattiin. Tulokset on esitetty seuraavassa taulukossa 1.

I:

Taulukko 1 5 90680 5 Seos Peroksidi- Vaaleus, 2 Pintalujuus.

annos, g/m2 heti 3 vrk 7 vrk 14 vrk 21 vrk IGT, HV m/min 50 g tärkkelystä + 50 g vettä 0 81,9 82,4 82,6 82,6 82,7 1,65 10 50 g tärkkelystä + 50 g peroksi- dia (40 g/1) 0,17 82,3 84,2 84,7 84,9 85,2 1,65 15 50 g tärkkelystä + 50 g peroksi- dia (80 g/1) 0,36 82,5 84,6 85,2 85,3 85,6 1,70 20

Tuloksista nähdään tärkkelykseen yhdistetyn peroksidin selvä valkaisuvaikutus, joka oli oleellisesti yhtä hyvä kuin käytettäessä peroksidia yksinään (todettu vertailukokeella).

25 Lisäksi nähdään, ettei peroksidin käytöstä ole haittaa tärkkelyksen avulla aikaansaatavalle paperin pintalujuudelle.

Pintakäsittelvseoksen säilyvyys 30 Vetyperoksidia sisältävän tärkkelysliuoksen säilyvyyttä testattiin mittaamalla lämpötilassa 50°C liuoksen viskositeetti ja peroksidipitoisuus määräajoin vuorokauden ajan. Liuos oli vesiliuos, jonka tärkkelyspitoisuus oli 6 % ja peroksidipitoisuus 0, 2 tai 4 %. Kun oli käynyt ilmi, että liuoksen pH 35 laski vuorokauden säilytyksen aikana peroksidin takia 7,2:sta 2,l:een, täydennettiin sarjaa vielä liuoksella, jonka lähtö-pH nostettiin lipeällä 6,6:sta 7,8 saan, jolloin pH-taso saatiin pysymään pari tuntia hyväksyttävällä tasolla. Mittaustulokset on esitetty seuraavassa taulukossa 2.

Taulukko 2 6 90680 5 Liuos Viskositeetti, mPa·s heti 15 min lh 2 h 6h 23 h Tärkkelys 26,5 24,0 23,2 23,0 21,9 21,8 10 Tärkkelys +2 2 peroksidia 26,0 26,2 22,5 24,7 17,1 11,2 Tärkkelys +42 15 peroksidia 26,5 25,0 24,0 19,4 13,8 9,0 Tärkkelys +22 peroksidia alku-pH 6,6 -> 7,8 40,5 32,8 27,8 28,8 22,9 15,2 20 3 h

Peroksidipitoisuus, g/1 heti 15 min lh 2h 6 h 23 h 25__ Tärkkelys +22 peroksidia 20,3 19,2 19,6 18,9 17,6 2,8 30 Tärkkelys +42 peroksidia 40,9 40,1 37,8 37,1 34,0 0,2 Tärkkelys +22 peroksidia 35 alku-pH 6,6 -> 7,8 19,8 19,5 18,1 16,2 15,1 0,8 3 h

Tuloksista nähdään, että peroksidia sisältävän liuoksen vis-40 kositeetti säilyi pelkkää tärkkelystä sisältävään liuokseen verrattuna melko hyvin kaksi tuntia, mutta oli kuuden tunnin kuluttua jo selvästi laskenut, väkevämmällä liuoksella enemmän kuin laimeammalla, ja 23 tunnin kuluttua oli enää noin puolet tärkkelysliuoksen viskositeetista. Liuoksen pH:n nos-45 to nosti lähtöviskositeettia ja tämä ero suurelta osin säilyi 23 tunnin ajan.

Liuoksen peroksidipitoisuus säilyi tulosten mukaan hyvin kuusi tuntia, mutta oli vuorokaudessa laskenut lähes nol-50 laan. Liuoksen pH:n nosto nopeutti hieman peroksidin hajoamista .

li 7 90680

Koska tulosten perusteella peroksidia sisältävä tärkkelys-liuos näytti säilyttävän omineisuutensa kohtuullisessa määrin noin kuusi tuntia, suoritettiin vielä koe, jolla testattiin tällaisen kuusi tuntia säilytetyn liuoksen valkaisu-5 ominaisuudet. Täten valmistettiin vesiliuos, joka sisälsi 6 % tärkkelystä ja 2 % vetyperoksidia, liuosta säilytettiin kuusi tuntia 50°C:ssa ja liuos applikoitiin paperille kuten edellä selostetuissa esivalkaisukokeissa. Tulos on esitetty seuraavassa taulukossa 3, josta nähdään, että valkaisuvaiku-10 tus oli samaa luokkaa kuin tuoreilla liuoksilla ja että liuos täten säilyi käyttökelpoisena noin kuusi tuntia.

Taulukko 3 15 ___

Vaaleus, Z Vaaleudennousu, Z-yks. Pintalujuus, heti 5 vrk 18 vrk 32 vrk 5 vrk 18 vrk 32 vrk HV, m/min 20 82,1 84,1 85,1 85,3 2,0 3,0 3,2 2,4 25 Tärkkelvs/peroksidi-valkaisu eri peroksidiannostuksin

Suoritettiin koesarja, jossa liuokset olivat Amisol-tärkke-lyksen suhteen 6-%:isia ja joihin oli osana laimennusvettä 30 lisätty eri määriä vetyperoksidia siten, että peroksidi- 2 annostus paperirainalle vaihteli välillä n. 0,1-1 g/m . Liuoksilla pintaliimattiin kertaalleen liimattua puuvapaata KymArt-pohjapaperia, jonka paino oli 71,4 g/m2 ja lähtövaa-leus 82,3 %, (kokeet 1-7) sekä liimaamatonta rainaa, jonka 35 paino oli 49,0 g/m2 (kokeet 8-9). Liimaus tapahtui teräpäällystyksenä samaan tapaan kuin edellä selostetuissa esival-kaisukokeissa. Tulokset on esitetty seuraavassa taulukossa 4.

8 90680

Taulukko 4

Koe Tärkkelys- Peroksidi- Vaaleus, Z Pintalujuus, 5 annos, g/m2annos, g/m2 heti 1 vrk 4 vrk 7 vrk 14 vrk 28 vrk IGT HV,m/min 1 0,509 0 81,6 81,7 81,9 81,9 82,2 82,1 1,9 2 0,529 0,088 82,1 82,8 83,7 84,1 84,7 84,9 2,1 10 3 0,517 0,172 82,3 83,2 84,0 84,5 85,1 85,4 2,4 4 0,505 0,337 82,5 83,5 84,4 84,9 85,5 85,8 2,2 5 0,535 0,535 82,7 83,8 84,6 85,1 85,8 86,1 2,4 6 0,547 0,729 82,7 83,9 84,7 85,2 85,9 86,3 2,4 7 0,529 0,882 82,8 83,9 84,8 85,4 86,1 86,4 2,4 15 8 0,494 0,165 85,0 86,2 87,2 87,7 88,5 88,9 0,6 9 0,524 0,524 85,2 86,7 87,9 88,5 89,1 89,5 0,5 20

Tulokset osoittavat, että jo alhaisimmillakin peroksidian-noksilla saavutetaan paperissa tuntuva vaaleuden nousu.

Valkaisu tärkkelys/pigmentti/peroksidi-seoksella 25

Kertaalleen liimatulle KymArt-pohjapaperille, jonka lähtö-vaaleus oli 82,3 %, suoritettiin teräpäällystys käyttäen vesilietteitä, jotka sisälsivät tärkkelystä, pigmenttinä kalsiumkarbonaattia (Hydrocarb 90, 94-95 % vaaleus) tai kao-30 liinia (SPS, 85-86 % vaaleus), vetyperoksidia sekä fluoresoivaa vaalennusainetta (Tinopal) kokonaispäällystemäärän ollessa n. 2 g/m . Osa seoksista oli vertailuseoksia, joista pigmentti, peroksidi tai fluoresoiva vaalennusaine oli jätetty pois. Valkaisun tulokset on esitetty seuraavassa tau-35 lukossa 5.

Taulukko 5 9 90680

Tärkkelystä Pigmenttiä Tinopalia Peroksidia, Vaaleus, Z

5 100 osaa 80 osaa A,5 osaa g/m2 0 vrk 1 vrk 3 vrk 6 vrk (4 vrk) (7 vrk) + 0,34 82,5 83,5 84,4 84,9 10 + Hydrocarb 90+0 84,9 85,0 85,1 85,2 + " + 0,27 85,7 86,7 87,3 87,8 + " - 0,27 83,1 83,8 84,4 84,9 + " 0 82,0 82,1 82,2 82.3 15----- + SPS +0 84,5 84,5 84,6 84,8 + " + 0,33 85,3 85,6 86,9 87,3 + " - 0,35 82,5 83,0 83,9 84,3 20 + " 0 81,5 81,5 81,9 82,0 25 Nämä tulokset osoittavat, että peroksidi toimii valkaisimena myös paperin pigmentointiin käytetyssä lietteessä. Nähdään myös, että fluoresoiva vaalennusaine nostaa paperin vaaleus-tasoa, muttei vaikuta merkittävästi peroksidilla aikaansaatavaan vaaleuden nousuun.

30

Valkaisu yhdistettynä esipäällvstvkseen Päällystyspastaa, joka sisälsi märkäpainosta 67,4 % kalsium-karbonaatti- pigmenttiä (Hydrocarb 90), 9,5 % tärkkelystä, 35 7,2 % sideainetta, jossa oli lateksia ja CMCstä sekä 14,5 % joko peroksidia tai vettä, applikoitiin puuvapaalle KymArt-pohjapaperille teräpäällystysmenetelmällä samaan tapaan kuin edellä selostetuissa kokeissa. Sen jälkeen paperille tuotiin samalla tavalla loppupäällyste, jossa oli hienojakoisempaa 40 kalsiumkarbonaattia, kaoliinia, karboksimetyyliselluloosaa, lateksia sekä vettä. Mitattiin vaaleuden nousu seuraavan kolmen viikon aikana, josta tulokset on esitetty seuraavassa taulukossa 6.

Taulukko 6 10 90680

Esi- Loppu- Peroksidia, Vaaleus, Z

5 pääll. pääll. g/m2 0 vrk 1 vrk 6 vrk 10 vrk 20 vrk + 0 85,4 86,1 86,2 86,2 86,3 + +0 88,8 89,4 89,5 89,5 89,7 10 + - 0,32 87,4 88,4 89,1 89,5 89,8 + + 0,32 89,9 90,8 91,2 91,4 91,7 15 Tuloksista nähdään, että peroksidivalkaisu onnistui myös esipäällystykseen yhdistettynä ja lisäsi paperin lopullista vaaleutta myös silloin, kun paperille suoritettiin loppu-päällystys, vaikka loppupäällystys peittikin osan vaaleuden noususta.

20

Alan ammattimiehelle on selvää, että keksintö ei rajoitu siihen, mitä ilmenee edellä olevista esimerkkikokeista vaan voi vaihdella seuraavien patenttivaatimusten puitteissa.

Claims (8)

1. Menetelmä paperirainan valkaisemiseksi peroksidilla, jossa menetelmässä peroksidi saatetaan liikkuvalle paperi -rainalle osana rainan pintakäsittelyyn tarkoitettua seosta, 5 tunnettu siitä, että peroksidi saatetaan paperirainalle sideaineena käytettyyn tärkkelykseen sekoitettuna.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pintakäsittelyseos sisältää peroksidin ja tärk- 10 kelyksen ohella pintapäällysteenä käytettyä pigmenttiä, ku ten kalsiumkarbonaattia tai kaoliinia.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnet-tu siitä, että peroksidia saatetaan paperirainan kummallekin 15 puolelle noin 0,08-1,0 g/m2.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukaiseen menetelmään tarkoitettu paperin pintakäsittelyseos, tunnettu siitä, että seos sisältää peroksidia sekä sideaineena käy- 20 tettyä tärkkelystä.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen seos, tunnettu siitä, että seos on vesiliuos, jossa on n. 1-40 % peroksidia ja 1-30 %, edullisesti n. 3-15 % tärkkelystä. ' 25

6. Patenttivaatimuksen 4 mukainen seos, tunnettu siitä, että seos on liete, joka sisältää peroksidia, tärkkelystä, pintapäällysteen muodostavaa pigmenttiä sekä vettä. . "30

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen seos, tunnettu siitä, että lietteen kiintoaines sisältää n. 4-40 % peroksidia, n. ... 30-60 % tärkkelystä sekä n. 20-50 % pigmenttiä.

8. Patenttivaatimuksen 6 mukainen seos, tunnettu siitä, 55 että lietteen kiintoaines sisältää n. 1-10 % peroksidia, n. 10-15 % tärkkelystä sekä n. 70-90 % pigmenttiä. 12 90680