FI93477B

FI93477B - Parannettu paperinpäällystyskoostumus

Info

Publication number: FI93477B
Application number: FI903398A
Authority: FI
Inventors: Charles E Coco
Original assignee: Protein Tech Int
Priority date: 1989-07-06
Filing date: 1990-07-05
Publication date: 1994-12-30
Also published as: NO178159C; DE69016522T2; US4997682A; JP2935059B2; JPH0345797A; CA2017574A1; FI93477C; KR910003220A; AU622080B2; NO178159B; FI903398A0; CA2017574C; AU5513690A; HU212199B; ES2070279T3; RU2037596C1; EP0407222B1; EP0407222A1; HUT65019A; DE69016522D1

Description

93477

Parannettu paperinpäällystyskoostumus - Förbättrad pap-persbeläggningsblandning Tämä keksintö koskee proteiinia sisältävien paperinpäällys-5 tyskoostumusten tuottamista ja erityisesti paperinpäällys-tyskoostumusten tuottamista, joilla on erityiskäyttöä valu-päällystetyissä papereissa, joissa vaaditaan äärimmäisen runsasta kiiltoa, tasaisuutta, taipuisuutta, kestävyyttä valurummun adheesiota vastaan ja nukkauslujuutta. Hakija on 10 tietoinen seuraavista US-patenttijulkaisuista, jotka liitetään tähän viittauksena.

2 274 983, 2 246 466, 2 849 334, 2 881 076, 2 950 214, 3 081 182, 3 411 925, 4 048 380, 4 109 056, 4 277 524, 15 4 352 692, 4 421 564, 4 474 694, 4 520 048, 4 575 477, 4 581 257, 4 607 089, 4 620 992, 4 812 550.

Lisäksi valupäällystystekniikkaan liittyvää tietoa voidaan löytää seuraavista julkaisuista: 20 "Soy Protein Latex Interpolymers - Properties and Function", Proceedings of the 1987 Coating Conference TAPPI, sivut 133 - 139, Coco, C.E.; "Ultrahigh Finish Coated Papers - Cast Coating and Other 25 Processes," Pigmented Coating Processes For Paper and t \ Board, TAPPI Monograph No. 28, sivut 74 - 85, Casey, J.P.; "Isolated Soy Protein Binders for Paper and Paperboard Coatings", Protein Binders in Paper and Paperboard Coating, TAPPI Monograph No., sivut 75 - 96, Olson, R.A. and 30 Hoelderle, P.T. ja "Pigment Coating", Pulp and Paper Chemistry and Chemical

• I

. Technology, sivut 1551 - 1753, 1961, Casey, J.P.

Nämä julkaisut liitetään tähän myös viittauksena.

3 5

Paperin valupäällystyksen perustekniikka tunnetaan hyvin ja proteiinia sisältävän liimasideaineen käyttö näiden pape- 2 93477 reiden päällystysvalmisteissa tunnetaan myös alalla hyvin. Kasviproteiinista koostuvien liimasideaineiden, kuten muunnetun soijaproteiiniin, käyttö tunnetaan myös hyvin. Kuitenkin näihin tuotteisiin valittu liima-aine on tyypil-5 lisesti kaseiini-lateksi-yhdistelmä, koska niillä saavutetaan vaaleampi, tasaisempi, kiilloltaan yhdenmukaisempi ja nukkausvapaampi tulos.

Soijaproteiinista koostuvat liimasideaineet käytettäessä 10 niitä paperin päällystykseen, ovat tyypillisesti sideaineita, jotka on valmistettu eristetystä soijaproteiinista, joka on uutettu soijapapuhiutaleista vapaasta öljystä emäksisessä liuoksessa ja otettu sitten talteen saostamalla isoelektrisesti. Talteenotettu soijaproteiini muunnetaan 15 tyypillisesti hydraamalla ja muiden kemiallisten käsittelyjen avulla proteiinista koostuvaksi liima-aineeksi, joka sopii käytettäväksi sideaineena paperinpäällystyskoostumuk-sissa. Tämän tyyppisillä sideaineilla on monenlaista käyttöä paperinpäällystysteollisuudessa. Äskettäin on käytetty 20 joissakin paperinpäällystyssovellutuksissa muunnettua sideainetta, kuten esimerkiksi sideainetta, joka on julkaistu US-patenteissa 4 607 089, 4 620 992 ja 4 812 550.

Kuitenkin huolimatta soijaproteiiniin perustuvien aineiden 25 yleisestä hyväksymisestä liimasideaineina, soijaproteiiniin : perustuvat sideaineet ovat kärsineet joistakin haittapuo lista erityisesti verrattaessa niitä kaseiinin ja synteettisen hartsin yhdistelmiin valmistettaessa liima-sideaineita paperinpäällystystä varten. Enimmäkseen paperinpäällys-?0 tyskoostumuksissa, joita on käytetty valupäällystettyyn kirjopaperiin, ei ole käytetty soijasideaineita. Niissä alan tason mukainen sideaine on kaseiinin ja synteettisen liima-aineen, kuten lateksin yhdistelmä. Nämä kaseiinin ja synteettisen aineen valmisteet ovat tuottaneet optimaali-35 simman tasaisuuden, kiillon ja juoksevuuden yhdistelmän.

Il 3 93477

Hakija on havainnut kuitenkin, että käyttämällä erityisiä päällystyskomponenttien yhdistelmiä, hän voi tuottaa soija-proteiiniin perustuvan päällystyskoostumuksen, joka tuottaa äärimmäisen taipuisan, tasaisen ja kiiltävän päällystetyn 5 paperin. Päällystetyllä paperilla on poikkeuksellinen nukkauslujuus ja irtoavuus rummusta, jotka ovat paremmat kuin kaseiini-lateksi-valmisteissa. Hakijan keksintö vaatii soijan ja synteettisen oksaspolymeerin käyttöä liimasideai-neena ja se sisältää edullisesti sideaineen kontrollin 10 yhdistelmässä muiden päällystyskomponenttien kanssa.

Siten tämän hakijan keksinnön kohde on valmistaa päällys-tyskoostumus ja menetelmä, jonka avulla voidaan valupääl-lystää papereita, joilla on äärimmäisen runsas kiilto, 15 tasaisuus, taipuisuus, nukkauslujuus ja irtoavuus rummusta.

Hakijan keksinnön kohde on tuottaa liimasideaine ja menetelmä, joka voidaan toteuttaa tavanomaisia valupäällystys-prosesseja käyttäen ja joka voi tuottaa päällystettyyn 20 paperiin hyvän nukkauslujuuden.

Edelleen hakijan keksinnön kohde on valmistaa päällystys-koostumus käyttäen proteiinikopolymeeriliimaa, joka yhdistetään erityisten pigmenttien kanssa tasaisen, kiiltävän, 25 taipuisan ja nukkauslujan paperin tuottamiseksi.

Nämä ja keksinnön muut kohteet ymmärretään seuraavasta edullisten suoritusmuotojen kuvauksesta.

30 Tässä keksinnössä käytetään soijaproteiinikopolymeeri-lii-masideaineita yhdistelmänä erityisten päällystyspigmenttien . kanssa. Edullisesti keksinnössä käytetään soijan oksaspoly- meeria, joka valmistetaan kuten US-patenteissa 4 607 089 ja 4 812 550 on kuvattu. Tämän liimasideaineen, jota käytetään 35 edullisesti yhdistelmänä erityisten pigmenttiyhdistelmien kanssa, on havaittu olevan tehokas tämän keksinnön kohteiden saavuttamiseksi.

4 93477

Valupäällystettyä paperia, jonka tasaisuus ja kiilto ovat verrattavissa mihin tahansa tällaiseen alalla tunnettuun paperiin, ja joilla on parempi taipuisuus, voidaan valmistaa käyttämällä hakijan keksintöä. Erityisesti hakijan 5 keksintö voi tuottaa paperia, jolla on yhtä hyvät tai paremmat ominaisuudet verrattuna paperiin, joka on valmistettu käyttäen kaseiini-lateksiliimoja. Kuitenkin myös kaseiiniin ja lateksiin perustuvat päällystyskoostumukset kärsivät päällysteen tarttumisesta valurumpuun ja nukkauk-10 sesta. Nukkaus tarkoittaa, että päällystyskoostumuksen tarttuvuus pohjapaperiin häviää painamisen aikana.

Päällysteen tarttuminen valurumpuun tapahtuu valurummussa. Tarttuessaan rumpuun päällyste menettää tarttuvuutensa 15 pohjapaperiin paikallisesti ja tarttuu valurumpuun pieninä hiukkasina. Kun valurumpu pyörii, nämä hiukkaset kerääntyvät ylimääräiseksi päällystysaineeksi ja muodostavat huokosia paperin pintaan. Näiden huokosten seurauksena päällystetty paperi on karkeaa, huokoista ja sen kiilto on vähäis-20 tä. Päällysteen tarttuminen valurumpuun liittyy erityisesti päällystysvalmisteen suureen lateksipitoisuuteen.

Lateksikomponentti on oleellinen tavanomaisissa valmisteissa, koska lateksia tarvitaan lisäämään valumenetelmien 25 avulla tuotetun päällystetyn paperin taipuisuutta. Tavanomaisissa valmisteissa ei ole ollut käytännöllistä käyttää päällystyskoostumuksia, joissa lateksikomponentin osuus on yli 60 % sideaineen kokonaismäärästä, jos niinkään paljon. Tällaiset suuret lateksimäärät saavat aikaan sen, 30 että liian paljon lateksia joutuu kosketukseen valurummun kuuman pinnan kanssa. Koska lateksi on luonnostaan kuumassa pehmenevä kestomuovi, se sulaa ja tarttuu valurumpuun, jolloin tuloksena on edellä kuvattu rumpuuntarttuminen.

Tämä tavanomaisten päällystysvalmisteiden ominaisuus, 35 rumpuuntarttuminen, rajoittaa ankarasti lateksin määrää, jota voidaan käyttää päällystysvalmisteessa ja se rajoittaa 5 93477 myös taipuisuutta, tasaisuutta ja kiiltoa, joita voidaan parantaa lisäämällä lateksia.

Hakija on havainnut, että käyttämällä soijan ja synteetti-5 sen aineen kopolymeeria sideaineen lateksikomponentin määrää osana kopolymeerista voidaan lisätä siten, että se on korkeintaan 80 % sideaineesta. Sen seurauksena sideaineesta muodostettu päällystyskoostumus ei tartu rumpuun ja sillä on poikkeuksellinen kiilto, taipuisuus, tasaisuus ja 10 nukkauslujuus.

Nukkauslujuuden uskotaan olevan seurausta päällystysvalmis-teen liiman ja muiden komponenttien kasautumisesta tai erottumisesta päällystys- ja kuivausprosessin aikana. Tämän 15 vaikutuksen poistamiseksi päällystysvalmisteisiin lisätään tyypillisesti erilaisia dispergoivia aineita ja lisäaineita päällystyskomponenttien pitämiseksi tasaisesti jakautuneena päällystyskoostumuksessa paperirainan päällystämisen ja kuivaamisen aikana. Nämä menettelytavat ovat olleet riittä-20 vän tehokkaita tekemään kaseiini-lateksiyhdistelmään perustuvista sideaineista alan parhaita tähän saakka.

Hakija on havainnut, että käyttämällä soijakopolymeeria, joka on edellä mainituissa patenteissa mainittua tyyppiä, 25 edullisesti yhdistelmänä erityisten pigmenttien kanssa, . V voidaan tuotteen päällystyskoostumuksia, joissa päästään kaseiiniin ja lateksiin perustuvien koostumusten rajoituksista. Hakija kykenee valmistamaan valupäällystettyä paperia, jolla on hyvä kiilto, hyvä taipuisuus, hyvä väri 30 (vaaleus), hyvä tasaisuus ja niissä on eliminoitu päällysteen nukkaus, määritettynä standarditestein.

» •

Hakija on havainnut, että proteiinin ja synteettisen aineen kopolymeerin käyttö lisää odottamattomasii synteettisen 35 (lateksin) komponentin määrää, joka voidaan sisällyttää sideaineeseen (ja päällystyskoostumusvalmisteeseen). Uskotaan, että kopolymeerin sisältävässä sideaineessa synteet- 6 93477 tinen osuus tai lateksin osuus on proteiinikuoren ympäröimä tai suojaama. Sen seurauksena synteettinen osuus ei pääse kosketukseen valurummun kanssa. Pääasiallisesti vain prote-iiniosuus on kosketuksessa valurummun kanssa. Siten syn-5 teettinen osuus ei kuumene liikaa, ei sula eikä tartu valurummun pintaan. Kopolymeeri voi sisältää jopa 80 % synteettisiä osuuksia, 20 %:in soijaosuus riittää vielä suojaamaan synteettisiä elementtejä valurummun pinnalta. Kuitenkin 80 %:nen synteettinen osuus tuottaa paremman 10 taipuisuuden ja samanlaisen tasaisuuden, kiillon jän nuk-kauslujuuden kuin 80 %:nen osuus vapaata lateksia.

Hakijan päällystyskoostumuksessa käytetään edullisesti savi- ja kalsiumkarbonaattipigmenttejä yhdistelmänä soija-15 kopolymeeriin perustuvan sideaineen kanssa, vaikka muitakin tavanomaisia pigmenttejä voidaan käyttää. Hakijan päällys-tysprosessi tuottaa taipuisan, hyvin kiiltävän, tasaisen päällystetyn paperin, jolla on paremmat esteettiset ja optiset ominaisuudet, joita vaaditaan kuvatuntyyppisissä 20 kirjopapereissa. Erityisesti hakijan päällystyskoostumus tuottaa päällystetyn paperin, jossa ei olennaisesti ilmene lainkaan tarttumista valurumpuun ja nukkausta. Saven ja kalsiumkarbonaatin, joiden on havaittu olevan tehokkaita kopolymeerisideaineen yhdistämisessä, määrät voivat olla 25 noin 10 - 90 % painon mukaan läsnä olevan pigmentin kokonaismäärästä keksinnön päällystyskoostumuksessa. Kopolymeerisideaineen määrä voi olla noin 10 - 25 % painon mukaan pigmentin määrästä.

30 Keksintö voi tulla paremmin ymmärretyksi viitaten seuraa-viin esimerkkeihin.

Esimerkki 1 35 Valupäällystyskoostumus valmistettiin seuraavasti: 90 osaa painon mukaan savea 7 93477 10 osaa painon mukaan kalsiumkarbonaattia 0,2 osaa painon mukan dispergoivaa ainetta 0,1 osaa painon mukaan vaahdonestoainetta 15 osaa painon mukaan soijan synteettistä interpolymeeria 5 (US-patentti 4 607 089 (RP 535) [synteettinen osuus 82 %)) 0,5 osaa painon mukaan erotusainetta

Edellä oleva päällystyskoostumus suspendoitiin huoneen lämpötilassa olevaan veteen (kiinteitä aineita 58 %), pH-arvo 10 säädettiin 9,4:ksi ja paperi päällystettiin vesipitoisella koostumuksella käyttäen valupäällystysprosessia. Päällysteen paino oli 9,1 kg/riisi (500 arkkia). Rainan nopeus oli noin 76 m/min. Päällystämisen jälkeen prosessista saatu päällystetty paperi asetettiin testeihin, joissa tutkittiin 15 sen kiiltoa, väriä, tasaisuutta ja nukkauslujuutta. Noiden testien tulokset esitetään taulukossa 1. Päällystetyllä paperilla oli tutkimusten ja arvioinnin mukaan hyvä taipui-suus.

20 Esimerkki 2

Vertailun vuoksi valmistettiin kaseiini-lateksi-valupääl-lystyskoostumus seuraavasti: 25 90 osaa painon mukaan savea < · * · 10 osaa painon mukaan kalsiumkarbonaattia 0,2 osaa painon mukan dispergoivaa ainetta 0,1 osaa painon mukaan vaahdonestoainetta 10 osaa painon mukaan kaseiinia 30 6 osaa painon mukaan lateksia 0,5 osaa painon mukaan erotusainetta • ·

Edellä oleva päällystyskoostumus suspendoitiin huoneen lämpötilassa olevaan veteen (kiinteitä aineita 50 %), pH-arvo 35 säädettiin 9,4:ksi ja paperi päällystettiin vesipitoisella koostumuksella käyttäen valupäällystysprosessia. Päällysteen paino oli 9,1 kg/riisi (500 arkkia). Rainan nopeus oli 93477 8 noin 76 m/min. Päällystämisen jälkeen prosessista saatu päällystetty paperi asetettiin testeihin, joissa tutkittuun sen kiiltoa, väriä, tasaisuutta ja nukkauslujuutta. Noiden testien tulokset esitetään taulukossa 1. Päällystetyllä 5 paperilla oli tutkimusten ja arvioinnin mukaan hyvä taipui-suus.

Esimerkki 3 10 Valupäällystyskoostumus valmistettiin seuraavasti: 10 osaa painon mukaan savea 90 osaa painon mukaan kalsiumkarbonaattia 0,2 osaa painon mukan dispergoivaa ainetta 15 0,1 osaa painon mukaan vaahdonestoainetta 15 osaa painon mukaan soijan synteettistä interpolymeeria (US-patentti 4 607 089 (RP 535) [synteettinen osuus 82 %)) 0,5 osaa painon mukaan erotusainetta 20 Edellä oleva päällystekoostumus suspendoitiin huoneen lämpötilassa olevaan veteen (kiinteitä aineita 58 %), pH-arvo säädettiin 9,4:ksi ja paperi päällystettiin vesipitoisella koostumuksella käyttäen valupäällystysprosessia. Päällysteen paino oli 9,1 kg/riisi (500 arkkia). Rainan nopeus oli 25 noin 76 m/min. Päällystämisen jälkeen prosessista saatu päällystetty paperi asetettiin testeihin, joissa tutkittiin sen kiiltoa, väriä, tasaisuutta ja nukkauslujuutta. Noiden testien tulokset esitetään taulukossa 1. Päällystetyllä paperilla oli tutkimusten ja arvioinnin mukaan hyvä taipui-30 suus.

: Esimerkki 4

Vertailun vuoksi valmistettiin kaseiini-lateksi-valupääl-35 lystyskoostumus seuraavasti: li 9 93477 10 osaa painon mukaan savea 90 osaa painon mukaan kalsiumkarbonaattia 0,2 osaa painon mukan dispergoivaa ainetta 0,1 osaa painon mukaan vaahdonestoainetta 5 10 osaa painon mukaan kaseiinia 0,5 osaa painon mukaan erotusainetta

Edellä oleva päällystyskoostumus suspendoitiin huoneen lämpötilassa olevaan veteen (kiinteitä aineita 58 %), pH-arvo 10 9,4:ksi ja paperi päällystettiin vesipitoisella koostumuk sella käyttäen valupäällystysprosessia. Päällysteen paino 011 9,1 kg/riisi (500 arkkia). Rainan nopeus oli noin 76 m/min. Päällystämisen jälkeen prosessista saatu päällystetty paperi asetettiin testeihin, joissa tutkittiin sen 15 kiiltoa, väriä, tasaisuutta ja nukkauslujuutta. Noiden testien tulokset esitetään taulukossa 1. Päällystetyllä paperilla oli tutkimusten ja arvioinnin mukaan hyvä taipui-suus.

20 Taulukko 1

Esim. Esim. Esim. Esim.

12 3 4

Kiilto 20° 60 45 43 36

Kiilto 75° 92 85 85 83 25 Hunter -väri L 91,5 91 95 95 . ; (Vaaleus)

Hunter -väri a 0,6 0,6 0,15 0,15 (Punainen/vihreä)

Hunter -väri b 3,7 3,7 2,8 3,0 30 (Sininen/keltainen)

Parker -tasaisuus 0,80 0,93 0,80 0,93 (S - 5)

Parker -tasaisuus 0,67 0,73 0,67 0,73 (S - 10) 35 K & N (häviö-%) 31 37 10 16

Musteen kiilto 95 94 88 86 IGT-nukkaus (cm/s) ei 175 ei 135 yhtään yhtään 10 93477

Alalle koulutetut henkilöt ymmärtävät, että erilaisia muutoksia voidaan tehdä näin julkaistuun keksintöön poikkeamatta keksinnön hengestä. Keksintöä ei tule rajoittaa julkaistujen suoritusmuotojen ominaisuuksiin, jotka on 5 tarkoitettu kuvaamaan, mutta keksintöä rajoittaa pikemminkin vain liitettyjen patenttivaatimusten ja vastaavien piiri.

Claims

1X 93477

1. Menetelmä, jonka avulla tuotetaan valupäällystettyä paperia, jolla on hyvä kiilto, taipuisuus, tasaisuus, 5 kirkkaus, kestävyys valurumpuun tarttumista vastaan ja nukkauslujuus, päällystämällä paperirainapohja vesipitoisella paperinpäällystyskoostumuksella ja kovettamalla päällystetty paperirainapohja valmiin paperin muodostamiseksi, tunnettu siitä, että valmistetaan vesipi-10 toinen paperinpäällystyskoostumus, joka sisältää yhdistelmänä sinänsä tunnettuja paperinpäällystyspigmenttejä ja liimasideaineen, joka sisältää pääasiassa soijaproteiinin synteettisen oksaskopolymeerin.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet - t u siitä, että kopolymeeri on konjugoidun dieenin ja vinyyliaryylimonomeerin oksaskopolymeeri, joka on polyme-roitu soijaproteiinin kuorelle.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet - t u siitä, että kopolymeerin synteettinen osuus on korkeintaan noin 80 % painon mukaan kopolymeerista.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet -25 t u siitä, että kopolymeeri on butadieeni-styreeni-kopoly- < · < meeri.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnet -t u siitä, että valmis paperi on valupäällystetty paperi. 30

6. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnet - • · · .· t u siitä, että butadieeni-styreenin osuus on korkeintaan noin 80 % painon mukaan kopolymeerista.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukaisen menetelmän avulla tuotet tu päällystetty paperituote. 93477

8. Menetelmä, jonka avulla tuotetaan paperin valupäällys-tyskoostumus, joka on tehokas vähentämään olennaisilta osin päällysteen tarttuvuutta valurumpuun ja joka on tehokas tuottamaan hyvin kiiltävää, taipuisaa, tasaista, kirkasta 5 ja nukkauslujaa päällystettyä paperia, tunnettu siitä, että valmistetaan paperinpäällystysliimasideaineen ja paperinpäällystyspigmenttien vesipitoinen suspensio, joka sideaine sisältää pääasiassa soijaproteiinin synteettisen oksaskopolymeerin. 10

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tunnet -t u siitä, että kopolymeeri on konjugoidun dieenin ja vinyyliaryylimonomeerin oksaskopolymeeri, joka on polyme-roitu soijaproteiinikuorelle. 15

10. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kopolymeerin synteettinen osuus on lateksiosuus.

11. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tun nettu siitä, että kopolymeerin synteettinen osuus on korkeintaan noin 80 % painon mukaan kopolymeerista.

12. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, t u n - 25. e t t u siitä, että kopolymeeri on butadieeni-styreeni-kopolymeeri.

13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kopolymeerin butadieeni-styreeni- 30 osuus on korkeintaan noin 80 % painon mukaan kopolymeerista .

14. Patenttivaatimuksen 8 mukaisen menetelmän avulla tuotettu paperinpäällystyskoostumus. 35 is 93477