FI93757C - Paperi-, kartonki- tai pahvimainen raaka-aine ja menetelmä sen valmistamiseksi - Google Patents

Description

, 93757

Paperi-, kartonki- tai pahvimainen raaka-aine ja menetelmä sen valmistamiseksi

Keksintö koskee paperi-, kartonki- tai pahvimaista 5 raaka-ainetta, joka sisältää erittäin runsaasti epä orgaanisia aineosia eli epäorgaanisia kuituja ja epäorgaanisia, hiukkasmuotoisia lisäaineita, ts. täyteaineita ja pigmenttejä.

On yleisesti tunnettuja, että orgaanisiin kuituihin 10 pohjautuvan paperin lujuus johtuu orgaanisten kuitujen välille muodostuvista vetysilloista. Lisäksi on tunnettua, että epäorgaaniset täyteaineet erottavat mekaanisesti kuidut toisistaan ja vähentävät siten vetysilta-sidoksille tarjolla olevia kuitupintoja tai tukkivat 15 sitoutumiskykyisiä kohtia kuiduissa ja korvaavat nämä sidokset heikommilla kuitu-täyteaine-kuitusidoksilla, jolloin hienojakoiset täyteaineet pienentävät erityisen voimakkaasti lujuutta.

Jos siis paperi- tai pahvimaisten raaka-aineiden 20 valmistuksessa käytetään pelkästään epäorgaanisia kui tuja ja täyteaineita eli aineita, jotka eivät kykene muodostamaan vetysiltoja, saatujen raaka-aineiden lujuus on varsin vähäinen.

Julkaisuista EP-A-0 109 782 ja EP-A-0 027 705 tun-25 netaan paperimaisia raaka-aineita, jotka sisältävät epäorgaanisia kuituja kuten lasikuituja tai vuorivilla-kuituja, epäorgaanisia, hiukkasmuotoisia täyteaineita kuten savea ja bentoniittia sekä hydrolysoitua tärkkelystä orgaanisena sideaineena. Käytetään kuitenkin li-30 säksi orgaanisiakin kuituja lujuuden parantamiseksi ja haurauden vähentämiseksi.

Julkaisusta DE-A-26 06 487 tunnetaan menetelmä muotokappaleiden valmistamiseksi jatkuvatoimisesti, jotka sisältävät kvartsisoolia ja kationista tärkkelystä.

35 Nämä muotokappaleet eivät kuitenkaan sisällä epäorgaani sia, hiukkasmuotoisia täyteaineita.

2 93757

Julkaisusta EP-B-O- 080 986 (AT-E-13777) tunnetaan paperivaImistusmenetelmä, jonka avulla saadaan tuote, joka sisältää orgaanisia kuituja eli selluloosakuituja, mineraalitäyteaineita, anionista, kolloidista piihap-5 poa ja kationista guaaria. Suuren orgaanisten kuitujen osuuden vuoksi tällainen tuote palaa eikä siten sovi kaikkiin korkealämpötilasovellutuksiin.

Julkaisusta US-A-3 253 978 tunnetaan menetelmä huokoisen, epäorgaanisen arkin valmistamiseksi, joka 10 sisältää epäorgaanisia kuituja ja/tai suuria flokkeja, anionista kvartsisoolia ja kationista tärkkelystä. Tällainen arkki ei kuitenkaan sisällä hienojakoisia epäorg-gaanisia täyteaineita ja sen lujuus on riittämätön.

Julkaisusta GB-A-21 27 867 tunnetaan vähäisen ti-15 heyden omaava kuitumateriaali, joka sisältää epäorgaani sia kuituja, epäorgaanisia täyteaineita ja runsaasti kationista guaaria. Epäorgaaniset täyteaineet ovat vakio-täyteaineita, joiden käyttömäärä on suhteellisen pieni. Guaarin saostamiseksi epäorgaanisille kuiduille käyte-20 tään lisäksi booraksia.

Julkaisusta GB-A-2 031 043 tunnetaan kuitumainen arkkimateriaali, joka sisältää epäorgaanisia kuituja plastisesta savesta (ball clay) muodostuvassa matriisis-• sa. Materiaali voi lisäksi sisältää bentoniittia veden- 25 poistonopeuden säätelemiseksi. Sideaineena käytetään hydrolysoituvaa tärkkelystä. Materiaali sisältää lisäksi suhteellisen suuren osuuden selluloosakuituja.

Julkaisusta US-A-3 702 279 tunnetaan lämmöneristys-materiaalin valmistus, jossa sekoitetaan epäorgaanisia 30 kuituja ja epäorgaanisesta soolista muodostuvaa sideai netta, jonka jälkeen sooli geelitetään. Tämä materiaali ei sisällä hiukkasmuotoisia, epäorgaanisia lisäaineita. Ei käytetä orgaanisia sideaineita. Kuivauksen jälkeen materiaali sintrataan.

3 93757

Keksinnön tehtävänä on tarjota paperi-, kartonki-tai pahvimainen raaka-aine, joka toisaalta on palamaton ja toisaalta omaa suuren lujuuden ja taipuisuuden ja on helposti työstettävissä. Näitä ominaisuuksia ei pystytty 5 aikaisemmin yhdistämään eli suuren lujuuden ja taipuisuu den ja helpon työstettävyyden omaavien kuitumateriaalien valmistamiseksi on orgaanisten kuitujen suhteellisen suurta osuutta pidetty tähän saakka välttämättömänä, mikä on tietenkin merkinnyt palavuuden kasvua.

10 Tämän tehtävän ratkaisemiseksi keksintö ehdottaa paperi-, kartonki- ja pahvimaisia raaka-aineita, jotka sisältävät epäorgaanisia kuituja, epäorgaanisia, hiuk-kasmuotoisia lisäaineita ja orgaanisia side- tai flokka-usaineita, tunnettu siitä, 15 (1) että hiukkasmuotoisten, epäorgaanisten lisäaineiden osuus raaka-aineessa on 40-80 paino-%:iin saakka, (2) että epäorgaaniset, hiukkasmaisst lisäaineet muodostuvat (2.1) perustäyteaineesta, jonka hiukkasista vähintään 20 20 paino-% on kooltaan < 2^,um ja enintään 20 paino-% on kooltaan > 20^um ja toisaalta < 0,5^um ja (2.2) anionisesta, flokkeja muodostavasta aktiivipig-mentistä, jonka primaarihiukkasista vähintään 50 paino-% on kooltaan < 2^um, 25 (3.1) että orgaanisena flokkausaineena on kationinen, polymeerinen hiilihydraatti, jonka keskimääräinen moolimassa on 100 000 - 2 000 000 ja substituutioaste 0,01 - 0,3 ja jonka määrä on 0,5 - 6 paino-% raaka-aineen kuivamassasta laskettuna, ja että • 30 (3.2) 1000 g perustäyteainetta pystyy sitomaan enintään 0,1 mmol ja 1000 g anionista, flokkeja muodostavaa aktiivipigmenttiä pystyy sitomaan vähintään 0,1 mmol kationista hiilihydraattia flokkeja muodostaen.

4 93757

Keksinnön mukaiset raaka-aineet eivät pala. Ne täyttävät DIN 4102 luokan A mukaiset vaatimukset. Hyvien lujuusominaisuuksiensa ansiosta keksinnön mukaisia raaka-aineita on helppo jatkojalostaa samalla tavoin 5 kuin selluloosakuituihin pohjautuvaa paperia, kartonkia ja pahvia. Raaka-aineet voidaan valmistaa tavanomaisilla paperi-, kartonki- tai pahvikoneilla.

Hyvät lujuusominaisuudet ovatkin yllättäviä, koska tähän saakka on arveltu, että suurilla täyteainepitoi-10 suuksilla ja hiukkaskoon pienentyessä lujuusarvot pie nenevät drastisesti. Keksinnön mukaisten raaka-aineiden lujuusarvot kasvavat itse asiassa laajoissa rajoissa hiukkasmuotoisten, epäorgaanisten lisäaineiden määrien kasvaessa ja hiukkaskoon pienentyessä.

15 Sanonnalla "hiukkasmuotoiset, epäorgaaniset lisä aineet" ei keksinnön mukaisesti tarkoiteta kuitumaisia lisäaineita, koska kuitujen pituus on yleensä millimetrien luokkaa. Sanonnalla "hiukkaskoko" tarkoitetaan hiukkasen suurinta ulottuvuutta, joka on tärkeää esim. litis-20 tyneiden hiukkasten kohdalla. Anionisen, flokkeja muodos tavien aktiivipigmenttien osaset näyttävät usein taipumuksen muodostaa suurehkoja agglomeraatteja. Tästä syystä hiukkaskoolla tarkoitetaan keksinnön mukaisesti primaari-·· hiukkasten kokoa.

Lujuusominaisuuksien parantuminen johtuu todennä-25 köisesti siitä, että anioninen, flokkeja muodostava aktii- vipigmentti ja kationinen, polymeerinen hiilihydraatti tarttuvat toisaalta epäorgaanisten kuitujen ja toisaalta epäorgaanisten, hiukkasmuotoisten perustäyteaineiden :· pintaan. Perustäyteainehiukkaset tarttuvat kuitujen pin- 30 taan ja estävät tällä tavoin sinänsä liukkaiden epäorgaa nisten kuitujen liukumisen toistensa suhteen, jolloin saadaan liukumaton kuitumatto. Kasvikuituihin verrattuna epäorgaaniset kuidut eivät pysty aikaansaamaan lujuutta vetysiltojen muodostuksen eikä verkkoutumisen ja siihen 35 liittyvän kutistumisen avulla. Puhtaasti epäorgaanisista 5 93757 kuiduista muodostuneen arkin lujuus johtuu yksittäiskui-tujen keskinäisestä " li irtautumisesta" kuitujen kosketus-pisteissä orgaanisten sideaineiden avulla. Epäorgaanisten kuitujen vähäisen joustavuuden vuoksi tällaisessa 5 kuitumatossa on suhteellisen vähän kuitu-kuitukos-ketus- kohtia ja lisäksi on orgaanisten sideaineiden retentio nykyisten paperinvalmistusprosessien vedenpoistossa erittäin pieni. Valmiin tuotteen lujuus on siten vähäinen.

Keksinnön mukaisesti käytettävät perustäyteaineet 10 pystyvät pintansa koon ja rakenteen vuoksi sekä varaus-ominaisuuksiensa vuoksi muodostamaan sopivan kationisen hiilihydraatin kanssa flokkeja. Vesisysteemissä tapahtuvassa flokkauksessa epäorgaaniset täyteainekuidut joutuvat flokkien sisään. Täyteaineen lisääminen lisää si-15 ten keksinnön mukaisesti sekä kosketuskohtien määrää (kuitu-kuitu; täyteaine-kuitu; täyteaine-täyteaine) että myös hiilihydraatin retentiota. Hyvä rakennelujuus saavutetaan vain siinä tapauksessa, että mikäli mahdollista kaikki kuitu-kuituristeyskohdat ovat täysin ilman täyteaineesta 20 johtuvia virhekohtia flokkien sisässä ja flokkausaine on jakautunut tasaisesti. Tämä on mahdollista vain sopivasti muodostuneilla flokeilla. Flokinmuodostuksen säätely tapahtuu keksinnön mukaisesti flokkeja muodostavien ak-tiivipigmenttien avulla. Anionisen varauspotentiaalinsa 25 ansiosta nämä voivat siirtää flokkautumispistettä ja muo dostamalla kationisen hiilihydraatin kanssa mikroflokkeja ne parantavat osaltaan hiilihydraatin jakautumista. Tämän lisäksi anioniset, flokkeja muodostavat aktiivipigmentit voivat sulkea täyteaine-täyteaine- ja kuitu-täyteaineyh-: 30 distelmässä esiintyviä virhekohtia.

Kuvatusta reaktiomekanismista käy selvästi ilmi, että tässä tapauksessa on kyse hyvin monimutkaisesta systeemistä, jossa voi myös esiintyä synergistisiä vaikutuksia. Keksinnön mukaisten raaka-aineiden yksittäis-35 komponentit eli kuidut, perustäyteaine, anioninen, * 93757 flokkeja muodostava aktiivipigmentti ja kationinen hiilihdyraatti on siten laadun ja lisäysmäärien suhteen sovitettava tarkoin toisiinsa.

Epäorgaanisiin kuituihin ei liity mitään rajoituk-5 siä. Mutta keksinnön eräänä tavoitteena on tarjota kuitupitoisia raaka-aineita, joissa mahdollisesti syöpää aiheuttavat asbestikuidut on korvattu terveyden kannalta moitteettomilla kuiduilla. Tällaisia ovat mm. lasikuidut, mineraalikuidut, piihappokuidut, basalttikuidut 10 ja/tai alumiinioksidikuidut. Epäorgaanisten kuitujen pak suus ja pituus voivat vaihdella laajoissa rajoissa. Vähintään 80 % epäorgaanisista kuiduista ovat pituudeltaan edullisesti alueella n. 1 - 6 mm. Voidaan myös käyttää koostumukseltaan, pituudeltaan ja paksuudeltaan toisis-15 taan eroavien epäorgaanisten kuitujen seoksia.

Hiukkasmuotoisiin, epäorgaanisiin perustäyteainei-siinkaan ei liity rajoituksia. Sopivia ovat esim. S1O2, kaoliini, alumiinioksidi, valkaisumaat, kipsi, kalsium-karbonaatti, titaanidioksidi, perliitti, vermikuliitti 20 ja/tai muut, sinänsä tunnetut paperintäyteaineet tai muovimassoissa ja maaleissa käytettävät täyteaineet.

Muutamat näistä perustäyteaineista kuten kipsi ja valkaisumaat luovuttavat kuumennettaessa kidevetensä | tai adsorptiovetensä ja vaikuttavat siten tulta hillit- 25 sevästi. Vastaavanlainen vaikutus on kalsiumkarbonaatil- la, joka luovuttaa hiilidioksidia kohotetussa lämpötilassa.

Epäorgaanisten perustäyteaineiden pitoisuus on yleensä 35-75 paino-%, edullisesti 55 - 70 paino-% 30 raaka-aineen kuivamassasta laskettuna.

Epäorgaanisen perustäyteaineen hiukkasista 35 -99 paino-% on kooltaan edullisesti < 2^um ja enintään 10 paino-% on kooltaan > 20^um.

7 93757

Anionisena, flokkeja muodostavana aktiivipigmentti-nä on edullisesti alumiinihydroksidi, bentoniitti tai kolloidinen, amorfinen Si02· Aktiivipigmenttien pitoisuus on yleensä n. 1 - 15, edullisesti 2-10 paino-% 5 raaka-aineen kuivamassasta laskettuna.

Käytettäessä anionista, kolloidista, amorfista Si02:ta, sitä käytetään edullisesti 30 - 40-prosentti-sen vesidispersion muodossa. Käytetään edullisesti anionisia kvartsisooleja, jotka on saatu saattamalla 10 laimea vesilasiliuos kosketukseen happaman kationinvaih- timen kanssa ja vanhentamalla saatu sooli. Soolit disper-goidaan alkaliseen väliaineeseen, jolloin ne reagoivat piidioksidin pinnan kanssa ja synnyttävät pinnalla negatiivisen varauksen. Negatiivisen varauksen ansiosta 15 hiukkaset työntävät toisiaan luotaan ja edistävät siten tuoteen stabiloitumista. Sopivia tuotteita on kaupan esim. merkinnällä Ludox (Du Pontin tavaramerkki), joskin voidaan käyttää muitakin tällaisia tuotteita.

Jos aktiivipigmenttinä käytetään alumiinihydrok-20 sidia, tämä voidaan valmistaa in statu nascendi alkali-aluminaatista ja haposta, edullisesti natriumaluminaa-tista ja rikkihaposta tai alumiinisuolasta ja alkalista, edullisesti alumiinisulfaatista ja natronlipeästä.

• Käytettäessä aktiivipigmenttinä bentoniittia, edul- 25 linen on turpoava alkalibentoniitti.

Epäorgaanisten, hiukkasmuotoisten lisäaineiden ja kationisen, polymeerisen hiilihydraatin suhde valitaan edullisesti siten, että varauksen ylimäärää ei esiinny, jolloin saadaan optimaalisia flokkeja.

Γ 30 Edullisia polymeerisiä hiilihydraatteja ovat katio- ninen tärkkelys, kationinen amylopektiini, kationiset galaktomannaanit (esim. guaari tai kassia) ja/tai kationinen karboksimetyvliselluloosa. Hiilihydraatit voidaan sinänsä tunnettuun tapaan kationoida siten, että valin-35 naisesti hydrolysoidut lähtöainehiilihydraatit kvater- 93757 8 noidaan kvartäärisillä ammoniumyhdisteillä. Hiilihydraatit voidaan kuitenkin myös kationisoida kuivakationointi-menetelmällä. Kationisiin hiilihydraatteihin voidaan myös lisätä kationisia polyvinyvlialkoholeja.

5 Polymeerisen, kationisen hiilihydraatin pitoisuus on yleensä 1-5, edullisesti 1-3 paino-% raaka-aineen kui-vamassasta laskettuna. Pitoisuus riippuu olennaisesti aiotusta käyttöalasta. Haluttaessa valmistaa korkeita lämpötiloja kestäviä raaka-aineita, käytetään vähäisem-10 piä määriä polymeeristä, kationista hiilihydraattia. Kor keissa lämpötiloissa käytettäviä raaka-aineita ovat esim. kemian- ja moottorialan rakenteissa käytettävät tiivis-tysmateriaalit sekä kuumiin kaasuihin ja nesteisiin käytettävät lämmönkestävät suodatin materiaalit. Keksinnön 15 mukaisia raaka-aineita voidaan lisäksi käyttää myös rakennusalalla, erityisesti kuivarakenteissa, esim. kaapeli johdoissa ja palonsuojaeristeissä, palonsuojaovissa, seinä- ja kattopaneleissa, lämpöä torjuvien raaka-aineiden kantajapäällysteissä sekä mainosten tulenkestävissä 20 näytöissä (tavarataloissa). Ajoneuvoala muodostaa toisen tärkeän käyttöalan, koska keksinnön mukaiset raaka-aineet omaavat lämmönkestävyytensä lisäksi pienen tiheyden. Kationisen hiilihydraatin pitoisuuden ollessa suurehko raa-: ka-aine ei nytkään pala liekillä, koska kationinen hii- i 25 lihydraatti pelkästään hiiltyy.

Kationisen, polymeerisen hiilihydraatin keskimääräinen moolimassa on yleensä 200 000 - 1 000 000, edullisesti 300 000 - 800 000 ja substituutioaste 0,15 - 0,02.

Keksinnön mukaiset raaka-aineet voivat lisäksi si- :· 30 sältää kationisia, anionisia tai ionoitumattomia retentio- • · apuaineita. Tällöin on yleensä kyse paperiteollisuudessa tavanomaisista retentioapuaineista, joita lisätään edullisesti määränä n. 0,02 - 0,2 paino-% raaka-aineen kui-vamassasta laskettuna.

9 93757

Retentioapuaineina voidaan esim. käyttää katio-. nista polyakryyliamidia, jonka moolimassa on n. 1-10 mil-jonaa, tai polyetyleeni-imiinia, jonka moolimassa on n. 80 000 - 300 000.

5 Keksinnön mukaiset raaka-aineet voivat lisäksi sisältää märkälujuusaineita esim. määränä n. 0,2 - 5 pai-no-% raaka-aineen kuivamassasta laskettuna. Sopivia märkälujuusaineita ovat esim. urea- tai melamiini-formal-dehydihartsit, polyamidiamiini-epikloorihydriinihartsit 10 ja vastaavat.

Keksinnön kohteena on myös kolmiulotteisten muotokappaleiden valmistus keksinnön mukaisista raaka-aineista. Tällaisia kappaleita ovat mm. putket, kourut, suodatuskappaleet, eristysseinämät, tiivistyselementit 15 jne.

Keksinnön mukaiset raaka-aineet valmistetaan edullisesti siten, että sekoitetaan epäorgaanisia kuituja ja hiukkasmuotoisia, epäorgaanisia perustäy-teaineita sisältävä vesidispersio ja aktiivipigmenttiä 20 sisältävä vesisuspensio ja lisätään kationinen, polymeerinen hiilihydraatti tähän seokseen hiukan ennen muokkausta. Muokkaus voidaan suorittaa esim. paperi- tai pahvikoneessa. Tässä tapauksessa puhutaan arkinmuodostuk-‘ sesta. Kolmiulotteiset muotokappaleet valmistetaan edulli- i 25 sesti kuituvalumenetelmällä. Mutta on myös mahdollista asettaa vielä kostea arkki kolmiulotteiseen muotiin ja kuivata.

Muokkaus tapahtuu edullisesti sitten, kun vesi-seoksessa on muodostunut flokkeja kationisen, polymee-30 risen hiilihydraatin lisäykseh jälkeen.

Muokkaus tapahtuu edullisesti vähintään 10 sekunnin kuluttua kationisen, polymeerisen hiilihydraatin lisäyksen jälkeen. Retentioapuaine lisätään edullisesti kationisen, polymeerisen hiilihydraatin lisäämisen jäl-35 keen.

93757 10

Homogeenien tuotteiden saamiseksi epäorgaaniset kuidut ja epäorgaanisst perustäyteaineet märkädispergoidaan edullisesti erikseen ennen dispersion muodostamista, jonka jälkeen erilliset dispersiot sekoitetaan keskenään.

5 Tällä tavoin varmistutaan siitä, että jokainen aineosa * voidaan dispergoida optimaalisesti valitsemlla sopiva sekoitusnopeus, sekoitusaika jne. Dispergointiperametrit riippuvat esim. epäorgaanisten kuitujen laadusta, pituudesta ja paksuudesta tai perustäyteainehiukkasten laa-10 dusta, hiukkaskoosta ja tiheydestä.

Sitten epäorgaanisista kuiduista ja epäorgaanisista perustäyteainehiukkasista muodostuvaa dispersioseok-seen lisätään aktiivipigmenttejä sisältävä fesidispersio, jonka jälkeen lisätään kationinen hiilihdyraatti vähän 15 (n. 10-30 sekuntia) ennen arkinmuodostusta. Tämän jäl keen lisätään retentioaine.

Seuraavat esimerkit selventävät keksintöä.

Esimerkit 1-6

Esidispergoidaan pitkäkuituisia (2-6 mm) lasikui-20 tuja veteen. Sitten valmistetaan erikseen mineraalikuitu- esidispersio, jossa kuitujen pituus on n. 3 mmriin saakka. Mineraalikuituna käytetään kauppatuotetta "Inorphil" (firman Laxä), Ruotsi, tavaramerkki). Lasikuitujen ja mineraalikuitujen paino-osuudet ilmenevät taulukosta I.

• 25 Tämän jälkeen valmistetaan kaoliinia (perustäyteainetta) sisältävä dispersio. Myös käytettyjen kaoliinilaatujen hiukkaskoot ja paino-osuudet ilmenevät taulukosta I.

Kolme esidispersiota ja kolloidista, amorfista Siesta sisältävä dispersio sekoitetaan perusteellises-30 ti. Dispersion vesipitoisuus on n. 60 - 70 paino-%.

Sitten lisätään kationisen tärkkelyksen (kauppa-tuote Amijel, 0-Tak 210, valmistaja Cerestar) liuos (liuoksen kiintoainepitoisuus = 1 paino-%). Myös kolloidisen Si02:n ja kationisen tärkkelyksen paino-osuudet 35 ilmenevat taulukosta I.

11 93757

Kationisen tärkkelyksen lisäämisen jälkeen muodostuu flokkeja. Esimerkin 6 mukaan lisätään vielä kationinen polyakryyliamidi retentioaineena (Nalco 47-32, firman Nalco Chemical Co. tavaramerkki) taulukossa I mai-5 nittuina määrinä.

Noin 20 sekuntia kationisen tärkkelyksen lisäämisen jälkeen vesipitoinen massa siirretään Rapid-Köthen laboratorioarkintekolaitteeseen, jonka jälkeen vesifaasi poistetaan imulla. Saadaan arkki, jonka paksuus kuivaami-10 sen jälkeen on n. 0,3 mm. Koearkkien vetolujuudet ilme nevät taulukosta I.

Kuten esimerkeistä 1-6 käy ilmi, lujuus kasvaa voimakkaasti yllättäen ja vastoin paperiteollisuuden tekniikan tason näkemystä perustäyteainepitoisuuden kasvaessa 15 ja hiukkaskoon pienentyessä samalla kun retentioarvot ovat erittäin hyviä.

Jo vertailuesimerkit 1 ja 3 osoittavat hiukkaskoon vaikutuksen ja vertailuesimerkit 3 ja 4 osoittavat täyte-ainepitoisuuden vaikutuksen mekaaniseen lujuuteen.

20 Keksinnön mukaisista esimerkeistä 2, 5 ja 6 ilmene vät lujuuden kasvut, jotka johtuvat anionisen, flokkeja muodostavan aktiivipigmentin lisäämisestä, jolloin lujuus, joka esimerkissä 5 on suurempi kuin esimerkissä 2, t ; johtuu myös perustäyteaineen suuremmasta osuudesta ja 25 pienemmästä hiukkaskoosta.

Esimerkki 6 osoittaa, että retentioapuaineen käyttö parantaa edelleen lujuutta verrattuna lähinnä vertailukelpoisen esimerkin 5 raaka-aineeseen.

Esimerkit 7-10 30 Kuitu- ja täyteaine-esidispersiot valmistetaan kuten esimerkeissä 1-6, jolloin käytetään taulukossa II mainittuja aineita ja painosuhteita. Myös esidispersioi-den ja muiden aineosien sekoitus ja arkinteko tapahtuvat kuten esimerkeissä 1-6.

12 93757

Esimerkissä 7 käytetään aktiivipigmenttinä kolloidisen, amorfisen piihapon asemasta alumiinihydroksididis-persiota, joka valmistettiin in situ alumiinisulfaatis-ta ja natriumhydroksidista.

5 Esimerkissä 8 käytetään aktiivipigmenttinä bento- niittia. Esimerkki 9 otettiin mukaan vertailuesimerkkinä (ilman aktiivipigmenttiä).

Esimerkkien 7-10 tarkoituksena on osoittaa erilaisten flokkeja muodostavien aktiivipigmenttien vaiku-10 tus keksinnön mukaisten, palamattomien, epäorgaanisten raaka-aineiden lujuusominaisuuksiin. Flokkeja muodostavan aktiivipigmentin valinta ja määrä riippuvat pitkälti perustäyteaineen ominaisuuksista. Palamattomuusvaatimus rajottaa suuresti orgaanisten apuaineiden kuten hiilihyd-15 raattien käyttömäärää. Lisäämällä aktiivipigmenttejä perustäyteaineeseen suspensio "siirretään" kulloinkin sopivalle flokkausalueelle ja vain tällä tavoin saavutetaan hyväksyttävä mekaaninen lujuus.

Tämä voidaan osoittaa vertaamalla esimerkkien 20 1,3 (taulukko I) ja 9 mukaisten raaka-aineiden lujuus- arvoja, joihin ei ole lisätty aktiivipigmenttiä, muiden esimerkkien kulloinkin vastaaviin arvoihin.

Esimerkit 11-15

Esidispersioiden valmistus, dispersioiden sekoitus 25 sekä arkinteko suoritetaan kuten esimerkeissä 1-6. Yk- sittiäset aineet ja niiden määräosat ilmenevät taulukosta III. Tässä taulukossa mainitut esimerkit osoittavat, että voidaan käyttää erilaisia kationisia hiilihydraatteja, kun niiden substituutioaste (DS) on sopiva ja mooli-30 massa on sopiva.

Esimerkissä 15 käytettiin kahden erilaisen hiilihydraatin yhdistelmää, joiden lujuusarvotkin olivat so-piv ia.

,3 93757

Vastaavia, halutun paksuisia arkkeja voidaan valmistaa myös sopivilla paperi- tai pahvikoneilla (taso-tai lieriöviira). Reseptistä ja konetyypistä riippuen kokonaisretentio on 85 - 95 %. Käytettyjen kuitumateriaa-5 lien ja täyteaineiden laadusta ja määrästä riippuen voi 3 tiheys vaihdella alueella 500 - 1000 kg/m . Eristyskyky ja siten käyttömahdollisuus riippuvat pääasiassa valmistetun raaka-aineen tiheydestä ja lämmönkestävyys riippuu ensisijaisesti kuitujen sulamispisteestä. Kuvatuissa 10 reseptiesimerkeissä lasikuidut voitaisiin ongelmitta ja haittaamatta mekaanisia ominaisuuksia korvata muilla paremmin lämpöä kestävillä kuiduilla.

Taulukko I

93757 14

Esimerkki n:ro 123456 paino-%

Mineraali- kuituja (-3 mm) 32,5 26,5 32,5 18,5 18,5 18,5

Lasikuituj a (2-6 mm) 15,0 11,0 15,0 9,0 9,0 9,0

Kaoliinia nro 1 1q suomurakenne (46 % < ^um ) 50,0 54,5 -

Kaoliinia nro 2 suomurakenne (71% < 2^um) - - 50,0 70,0 64,5 64,5

Kolloidista, amor-f i sta S iO :ta 15 (hiukkaskoko 15-20 nm) - 5,5 - - 5,5 5,5

Kationista tärkkelystä moolimassa 800 000-1 milj.

DS : 0,05 2,5 2,5 2 , 5 2 , 5 2 , 5 2,45

Kationinen poly-20 akryyliamidi (Nalco 47-32) - - 0,05

Vetolujuus 0,9 3,8 2,3 4,0 5,3 5,6 (MP a) g x 7 c 7 -] 5 s J !

Taulukko II

Esimerkki nro 789 10 paino-% ^ Mineraalikuituja (-3 mm) 26,5 26,5 26,5 26,5·,

Lasikuituja (2-6 mm 11,0 11,0 11,0 11,0

Kaoliinia nro 1 suomurakenne 56,6 58,0 (71 % < 2 ^um) 10 Kaoliinia nro 2 suomurakenne (45 % < 2/um) - - 60,0 54,5

Alumiinisulfaattua 2,0 - -

Natriumhydroksidia 1,4

Bentoniittia - 2,0 15 Kolloidista, amorfis ta Si02:ta (hiukkaskoko 15-20 nm)- - - 5,5

Kationista tsrkkelystä moolimassa 800000-1 milj.

DS:0,05 2,5 2,5 2,5 2,5 20 Vetolujuus (MPa) 4,2 4,4 1,3 4,2

Taulukko III

g τ. 7 c 7 1 g o / o /

Esimerkki nro 11 12 13 14 15 paino-% 5 Mineraalikuituja (-3 mm) 19,0 27,0 27,0 18,5 27,0

Las ikui tu ja (2-6 mm) 9,5 11,5 11,5 9,0 11,0

Kaoliinia nro 2 suomurakenne 10 (7i < 2/um) - 54,5 54,5 - 54,0

Ka Is iumkarbonaat-t ia (99 % < 2^um) 68,0 - - 64,5

Alkalisesti aktivoitua bentoniittia 2,0 - - - 15 Kolloidista, amorfista SiO-'-ta (hiukkaskoko 15-20 nm) - 5,5 5,5 5,5 5,5

Kationista guaaria nro 1 DS:0,11 1,5 - -

Kationista guaaria 2Q nro 2 DS:0,02 - 1,5 - -

Kationista guaaria nro 3 DS:0,1 - - 1,5 - 1,0

Kationista kassiaa moolimassa 400 000 - - 2,5

Kationista tärkkelystä 25 moolimassa 800 000 - 1 milj. DS:0,0 5 - - 1,0

Vetolujuus (MPa) 4,0 4,1 4,0 4,7 4,2

Claims (25)

1. Paperi-, kartonki- pahvimainen raaka-aine, joka sisältää epäorgaanisia kuituja, epäorgaanisia hiukkasmuo- 5 toisia lisäaineita ja orgaanisia side- tai flokkausainei-ta, tunnettu siitä, 1. että hiukkasmuotoisten, epäorgaanisten lisäaineiden osuus on 40 - 80 paino-% raaka-aineen kuivamassasta laskettuna , 10 (2) että epäorgaaniset, hiukkasmuotoiset lisäaineet muo dostuvat (2.1) perustäyteaineesta, jonka hiukkasista vähintään 20 paino-% on kooltaan < 2 μιη ja enintään 20 paino-% on kooltaan > 20 μπι ja toisaalta < 0,5 μιη, ja (2.2) anionisesta, flokkeja muodostavasta aktiivipigmen- 15 tistä, jonka primaarihiukkasista vähintään 50 paino-% on kooltaan < 2 μιη, (3.1) että orgaanisena flokkausaineena on kationinen, polymeerinen hiilihydraatti, jonka keskimääräinen moolimassa on 100 000 - 2 000 000 ja substituutioaste 0,01 - 0,1 20 ja jonka määrä on 0,5 - 6 paino-% raaka-aineen kuivamassasta laskettuna, ja että (3.2) 1 000 g perustäyteainetta pystyy sitomaan enintään 0,1 mmol ja l 000 g anionista, flokkeja muodostavaa ak-tiivipigmenttiä pystyy sitomaan vähintään 0,1 mmol katio- 25 nista hiilihydraattia flokkeja muodostaen.

2. Patenttivaatimuksen 2 mukainen raaka-aine, tunnettu siitä, että hiukkasmuotoisten epäorgaanisten lisäaineiden (l) määrä on n. 50-75 paino-%, edullisesti n. 60 - 75 paino-% raaka-aineen kuivamassasta 3. laskettuna.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen raakaaine, tunnettu siitä, että epäorgaaniset kuidut ovat lasikuituja, mineraalikuituja, piihappokuituja, basaltti-kuituja ja/tai alumiinioksidikuituja. 93757 18

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen raa-kaaine, tunnettu siitä, että vähintään 80 % epäorgaanisista kuiduista ovat pituudeltaan alueella 1-6 mm.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen raa- kaaine, tunnettu siitä, että hiukkasmuotoisina, epäorgaanisina perustäyteaineina (2.1) ovat Si02, kaoliini, alumiinioksidi, valkaisumaat, kipsi, kalsiumkarbo-naatti, titaanidioksidi, sinkkioksidi, perliitti, vermi- 10 kuliitti ja/tai muut, sinänsä tunnetut paperintäyteaineet tai muovimassoissa ja maaleissa käytettävät täyteaineet.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen raakaanne, tunnettu siitä, että epäorgaanisten pe-rustäyteaineiden (2.1) määrä on 35 - 75, edullisesti 55 - 15 70 paino-% raaka-aineen kuivamassasta laskettuna.

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen raa-kaaine, tunnettu siitä, että epäorgaanisen pe-rustäyteaineen (2.1) hiukkasista 35 - 99 paino-% on kooltaan < 2 Mm ja enintään 10 paino-% on kooltaan < 20 μνχ.

8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-7 mukainen raa kaa ine, tunnettu siitä, että anioninen, flokkeja muodostava aktiivipigmentti (2.2) on alumiinihydroksidi, bentoniitti täi kolloidinen, amorfinen Si02.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen raaka-aine, 25 tunnettu siitä, että alumiinihydroksidi saadaan in statu nascendi alkalialuminaatista ja haposta, edullisesti natriumaluminaatista ja rikkihaposta, tai alumiinisuolasta ja alkalista, edullisesti alumiinisulfaatista ja natronlipeästä.

10. Jonkin patenttivaatimuksen 1-9 mukainen raa- kaaine, tunnettu siitä, että epäorgaanisten, hiukkasmuotoisten lisäaineiden (2) ja kationisen, polymeerisen hiilihydraatin (3) suhde valitaan siten, että ei esiinny varauksen ylimäärää. 93757 19

11. Jonkin patenttivaatimuksen 1-10 mukainen raaka-aine, tunnettu siitä, että kationinen, polymeerinen hiilihydraatti (3) on kationinen tärkkelys, kationinen amylopektiini, kationinen, galaktomannaani ja/ 5 tai kationinen karboksimetyyliselluloosa.

12. Jonkin patenttivaatimuksen 1-11 mukainen raaka-aine, tunnettu siitä, että kationisen, polymeerisen hiilihydraatin (3) pitoisuus on 1 - 5, edullisesti 1-3 paino-% raaka-aineen kuivamassasta laskettu- 10 na.

13. Jonkin patenttivaatimuksen 1-12 mukainen raaka-aine, tunnettu siitä, että kationinen, polymeerinen hiilihydraatti (3) saadaan antamalla lähtöai-nehiilihydraatin reagoida kvartaarisen ammoniumyhdisteen 15 kanssa.

14. Jonkin patenttivaatimuksen 1-13 mukainen raakaaine, tunnettu siitä, että kationisen, polymeerisen hiilihydraatin (3) keskimääräinen moolimassa on 200 000 - 1 000 000, edullisesti 300 000 - 800 000 ja 20 substituutioaste 0,15 - 0,02.

15. Jonkin patenttivaatimuksen 1-14 mukainen raakaaine, tunnettu siitä, että se lisäksi sisältää kationisia, anionisia tai ionoitumattomia reten-tioapuaineita.

16. Jonkin patenttivaatimuksen 1-15 mukainen raaka-aine, tunnettu siitä, että retentioapuai-neen määrä on n. 0,02 - 0,2 paino-% raaka-aineen kuiva-massasta laskettuna.

17. Patenttivaatimuksen 15 tai 16 mukainen raaka- 30 aine, tunnettu siitä, että retentioapuaine on kationinen polyakryyliamidi, j'onka moolimassa on n. 1 -10 miljoonaa, tai kationinen polyetyleeni-imiini, jonka moolimassa on n. 80 000 - 300 000.

17 95757

18. Jonkin patenttivaatimuksen 1-17 mukainen 35 raaka-aine, tunnettu siitä, että se lisäksi sisältää märkälujuusaineita. 93757 20

19. Jonkin patenttivaatimuksen 1-18 mukainen raaka-aine, tunnettu siitä, että se on kolmiulotteisina muotokappaleina.

20. Menetelmä jonkin patenttivaatimuksen 1-19 5 mukaisen raaka-aineen valmistamiseksi, tunnettu siitä, että sekoitetaan epäorgaanisista kuiduista ja hiukkasmuotoisista, epäorgaanisista perustäyteaineista (2.1) muodostuva vesidispersio ja aktiivipigmentistä (2.2) muodostuva vesidispersio ja lisätään tähän seokseen 10 kationinen, polymeerinen hiilihydraatti (3) vähän ennen muokkausta.

21. Patenttivaatimuksen 20 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että suoritetaan muokkaus, kun vesiseoksessa on muodostunut flokkeja kationisen, poly- 15 meerisen hiilihydraatin (3) lisäyksen jälkeen.

22. Patenttivaatimuksen 20 tai 21 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että muokkaus tapahtuu vähintään 10 sekunnin kuluttua kationisen, polymeerisen hiilihydraatin (3) lisäyksen jälkeen.

23. Jonkin patenttivaatimuksen 20 - 22 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että retentioapuaine lisätään kationisen, polymeerisen hiilihydraatin (3) lisäyksen jälkeen.

24. Jonkin patenttivaatimuksen 20 - 23 mukainen 25 menetelmä, tunnettu siitä, että epäorgaaniset kuidut ja epäorgaaniset perustäyteaineet (2.1) ja aktii-vipigmentit (2.2) märkädispergoidaan erikseen ennen dispersion muodostamista.

25. Jonkin patenttivaatimuksen 20 - 24 mukainen 30 menetelmä, tunnettu siitä, että raaka-aine val mistetaan sinänsä tunnetussa paperi-, kartonki- tai pah-vikoneessa tai kun kyse on kolmiulotteisista muotokappaleista, kuituvalumenetelmän avulla tai muovaamalla vielä kostea kuituraina. 21 93757