NO117948B - - Google Patents

Description

Limet mineralfylt papir og framgangsmåte til framstilling av samme.

Denne oppfinnelse vedrører en framgangsmåte til fremstilling av limet mineralfylt papirprodukt.

Papir, som det heretter refereres til, mens å innbefatte ethvert og alle produkter framstilt helt eller delvis av cellulose-liknende filter avsatt fra vann eller vanndige væsker.

Oppfinnelsen er anvendelig for både belagt og ubelagt papir.

Som kjent limes papir i alminnelighet ved å inkorporere et vannfrastøtende materiale, f. eks. harpiks eller et harpiksderivat i papirhanen.

Den vanlige og tradisjonelle metode

til liming av papir som har vært brukt oppimot 100 år er å' utfelle harpiks (kolo-fonium) eller et derivat av samme i en vanndig suspensjon' av cellulosefibre ved å tilsette papir — alun (aluminiumsulfat)

til en fibersuspensjon som inneholder en oppløsning av en harpikssåpe. Det er noe meningsforskjell med hensyn til reaksjo-nen mellom harpikssåpen og den oppløste aluminiumsulfat som frambringer lime-virkningen. Det synes imidlertid som om den utfelte harpiksblanding er en fysisk eller kjemisk forbindelse av harpiks med aluminiumhydrat som framstilles ved hy-drolyse av alunet og at den festes til cellulosefibrene som er suspendert i vannet. Når en papirhane dannes av denne vanndige suspensjon av cellulosefibre, og banen tørkes, gjør det utfelite harpikslim den tørkede papirhane noe vannfrastøtende.

Det er vel kjent,å tilsette mineralfyllstoffer såsom leire, titandioksyd og andre mineralfyllstoffer til den vanndige suspen-

sjon av cellulosefibrene, i tillegg til utfel-lingen av harpikslimmaterialet i samme,

og å bruke den resulterende fullstendige vanndige blanding til å danne en papirbane. Slik papirhane inneholder både har-pikslimemiddel og fyllstoff. I dette tilfelle synes det imidlertid som om harpikslim-ingsmaterialet eller -midlet hefter seg primært til cellulosefibrene og ikke til partiklene av mineralfyllstoffet fordi det er forholdsvis lett å skaffe en høy limingsgrad i en papirhane som ikke har noe mineralfyllstoff og limingsgraden, som kan tilveiebringes i en papirhane, avtar vanligvis vesentlig når forholdet av mineralfyllstoff i papirbanen økes.

Når alun oppløses i tilstrekkelig forhold i vannet av den vanndige suspensjon av cellulosefibre for å felle ut harpiks-limingsmidlet, blir vannet syrlig med en pH fra 4,5 til 6,5. Dette er en alvorlig ulem-

pe ved bruk av kalsiumkarbonatfyllstoff, eller annet fyllstoff som reagerer lett med svakt eller fortynnet syre.

I de fleste tilfelle, undtatt den papir-framstillingsmetode hvori fyllstoffet er kalsiumkarbonat eller annet alkalisk fyllstoff, nåes adekvat harpiksliming ved å felle ut harpiksmidlet med alun. I minst 100 år har det vært visse velkjente ulemper ved bruken av alun eller annet syrlig middel ved utfelling av harpikslimings-midlet. Disse ulemper innbefatter alunets skadelige virkning på papirets eldnings-egenskaper, også den øyeblikkelige virkning av det oppløste alun i den vanndige suspensjon av cellulosefibrene som svek-ker styrken av forbindelsen mellom fibrene i det fredige papir, videre den oftest skadelige virkning på hvitheten og blankheten av det ferdige papir, som resulterer av koa-guleringen og tilbakeholdelsen i papirhanen av fargede urenheter som finnes i vannet i den vandige suspensjon av cellulosefibrene og som ellers ville bli ført bort 'med vannet.

Som kjent har det vært foreslått mange metoder for bruk av harpiks, alun og kalsiumkarbonat i den vanndige suspensjon av cellulosefibrene, men det har ikke vært utviklet noen metode for forenet bruk av disse tre ingredienser som er selv middels tilfredsstillende.

Foreliggende oppfinnelse innbefatter et nytt limet trykkpapir som inneholder mineralfyllstoff og en ny framgangsmåte for liming.

Ethvert mineralfyllstoff kan brukes. Uten begrensning hertil kan det som eksempler nevnes leire, kalsiumkarbonat, magnesiumkarbonat, titandioksyd, talkum eller blandinger av disse.

Ifølge oppfinnelsen forbehandles det fint oppdelte mineralfyllstoff i en vanndig dispersjon eller emulasjon av et limingsmiddel. Dette limingsmiddel tiltrekkes eller absorberes fra den vanndige dispersjon eller emulsjon av de fine partikler av mineralfyllstoffet. Limingsmidlet overtrekker eller belegger de fine partikler av mineralfyllstoffet, enten på hele overflaten av partiklene eller på ett eller flere punkter på de respektive fine partikler. Nevnte belegg er stabilt og henger fast på partiklene og forblir på dem i den vanndige suspensjon av cellulosefibrene. Tilsist vandrer en del av beleggene fra de forbelagte partikler til cellulosefibrene i den ferdige papirhane.

Det forbehandlede eller forbelagte fint oppdelte mineralfyllstoff blandes med en vanndig suspensjon av cellulosefibre. Den resulterende vanndige blanding tilføres wiren i en Fourdriner-maskin eller annen baneformede maskin, og den resulterende papirhane tørkes og behandles på en hvilken som helst passende måte. Under tør-keperioden flyttes eller vandrer limings-materialet tilstrekkelig til at cellulosefibrene fra de forbelagte partikler kan danne et papirark som har tilfredsstillende liming. I noen tilfelle -fullføres den delvise vandring eller flytning av limingsmateri-alet til cellulosefibrene etter tørkingen, mens det ferdige papirark i noen dager holdes under en temperatur på 20°—30°C, f. eks. i et tidsrom på 3 eller 4 dager.

Framgangsmåten ifølge oppfinnelsen krever ikke bruk av alun: eller annet syr-

lig middel for å felle ut eller herdne li-mingsmaterialet. Under hensyntagen til de tidligere nevnte ulemper med alun er det også foretrukket å unngå bruken av alun i oppfinnelsen. Utelatelsen av alun er imidlertid ikke nødvendig for å oppnå tilfredsstillende liming med de limingsmidler som brukes ifølge oppfinnelsen. Resultatene som fåes når alun brukes er imidlertid noe mindre tilfredsstillende enn når alun ikke brukes.

Oppfinnelsen gir like gode resultater når det brukes et inert fyllstoff i likhet med leire eller et alkalisk fyllstoff f. eks. kalsiumkarbonat. Som tidligere er angitt har det ikke vært noen tilfredsstillende framgangsmåte til framstilling av et hvitt og limet papir, som inneholdt kalsium - karbonatfyllstoff, hvori limingen var til-veiebragt ved limingsmateriale som var i en sur vanndig suspensjon av cellulose-' fibre, før papirbanen ble dannet av den nevnte vanndige suspensjon. Foreliggende oppfinnelse skaffer imidlertid meget fortreffelig liming i papir som inneholder kalsiumkarbonatfyllstoff. Den forertukne praksis ifølge opfinnelsen er også å bruke en alkalisk suspensjon av cellulosefibre for framstilling av papirbanen på wiren i den baneformede maskin, enten fyllstoffet er kalsiumkarbonat eller annet alkalisk fyllstoff eller et inert fyllstoff såsom leire.

Den begynnende papirhane og det ferdige papir inneholder partikler av mineralfyllstoff som bærer tiltrukket eller ab-sorbert limingsmateriale. En del åv li-mingsmaterialet vandrer eller flyttes til cellulosefibrene men en del blir igjen på partiklene av mineralfyllstoffet eller be-lastningsmidlet. Som følge herav kan et ferdig papir som har en tilstrekkelig grad av liming lett framstilles selv når slikt papir har et stort forhold av mineralfyllstoff. Dette er meget forskjellig fra tidligere framgangsmåter hvori limingen i den vanndige suspensjon av cellulosefibre blir avtagende effektiv når forholdet av tilsatt mineralfyllstoff økes.

De foretrukne limingsmateriale er valgt fra den klasse radikaler av alifatiske ketener hvori de originale ketener har kullvannstoffatomgrupper som inneholder seks til tyve kullstoffatomer.

Ketenene er forbindelser av den alminnelige formel

Hvori minst en R representerer en alifatisk kullvannstoffgruppe og den annen R en alifatisk kullvannstoffgruppe eller hydrogen. Den eller de alifatiske kullvann-stof f grupper kan være rette kjeder, for-grenede kjeder eller mettede eller umettede. Med andre ord ketenene kan være enten keto eller aldo-alkyl eller alkylene ketener. Ketener hvis radikaler brukes som limingsmaterialer i overensstemmelse med oppfinnelsen har kullvannstoffgrupper som inneholder fra 6 til 20 kullstoffatomer.

Ketenene og deres radikaler er vel kjent. De er beskrevet f. eks. i Thorpes «Dictio-nary of Applied Chemistry», bind VII (utgitt 1946), sidene 102—106, «Journal of the American Chemical Society», bind 69 (utgitt 1947) sidene 2444—2448. Ketenene er også beskrevet i Gilmans «Organic Chemistry», bind 1, annen utgave, utgitt 1943, utgitt 1943, sidene 662—665.

De ovenfor nevnte ketener som har fra seks til tyve kullstoffatomer i deres kullvannstoffgrupper er betegnet som de høy-ere alifatiske ketener for øyemedene ifølge oppfinnelsen.

Som angitt ovenfor kan en R være en kullvannstoffgruppe og den annen R kan være hydrogen eller begge kan være kullvannstoffgrupper og disse kan være iden-tiske eller forskjellige fra hverandre.

Ketenet kan f. eks. være utledet fra oljesyre hvis formel er CH;, (CH2)7 CH : CU ( CB. 2) 7. i, nou. Dette keteri og'dets radikal kan repareres som ovenfor beskrevet i dan angitte tekniske litteratur, og dette radikal som inneholder umettede kullvannstoffgrupper kan brukes.

De andre umettede syrer av de olje-sure serier er vel kjent. De har den generelle formel CmH2lii-!.COOH. Ketenene som er utledet fra disse umettede syrer kan ra-dikaliseres og brukes i denne oppfinnelse.

Eksempler på ketener med umettede kullvannstoffgrupper hvis radikaler kan benyttes i overensstemmelse med foreliggende oppfinnelse er heksyl-, dekyl-, te-tradekyl-, heksadekyl- og eikosanyl-ketener for å nevne bare noen få spesies av den ovenfor beskrevne gruppe.

Bruken av emulsjoner som innbefatter de nevnte høyere alifatiske ketenradikaler er omhandlet i amerikansk patent nr. 2627477, som henviser til dannelsen av emulsjoner av de nevnte radikaler i vann ved hjelp av såpe, syntetiske rensemidler og andre midler.

Mange av de originale ketener av denne klasse er beskrevet i engelsk patent nr. 522 204.

Den generelle formel for et ketenradikal av denne klasse kan være RCH2COCR : C : O som angitt i «Journal of the American Chemical Society», bind 69, side 2444, enskjønt andre former har vært foreslått som like rimelige.

I den ovennevnte formel representerer «R» radikalet av et mettet kullvannstoff med rett eller forgrenet kjede eller et radikal som er umettet ved en eller flere deler av sin kjede.

De fine partikler av mineralfyllstoffet dyppes ned i den nevnte vanndige dispersjon eller emulsjon av radikalet. De fine mineralfyllstoffpartikler absorberer eller suger til seg radikalet sånn at dette dan-ner et belegg på hele overflaten av hver partikkel av mineralfyllstoffet eller på et eller flere punkter av samme. For å skaffe den nevnte adsorbsjon eller absorpsjon må partiklene være fri for ethvert belegg som frastøter radikalet.

Etter at fyllstoffet er blitt behandlet på denne måte, blandes det forbehandlede fyllstoff i form av fine partikler med den vanndige suspensjon av cellulosefibrene for å danne en vanndig blanding. Denne til-føres deretter en Fourdrinier-maskin eller annen baneformende maskin for å danne en papirhane. Denne tørkes og behandles på vanlig måte for å danne et ark av ferdig papir som derved er limet og fylt. Partiklene av mineralfyllstoffet holder tilbake beleggene av radikalet i papirbanen og det ferdige papir, undtatt delvis vandring av radikalet til cellulosefibrene i det tørre og sluttbehandlede papirark.

Et eksempel på framstilling av en vanndig emulasjon av et radikal er angitt nedenfor: I det følgende refererer uttrykket «enhet» til en hvilken som helst vektenhet, f. eks. pund, kilo eller liknende.

Seksti enheter av radikalet av mono-heksadekylketen og tolv enheter av et emulgeringsmiddel blandes og oppvarmes til 55°C. Denne operasjon, som alle her om-handlede operasjoner, utføres under alminnelig atmosfærisk trykk på tilnærmet 760 mm. kvikksølvsøyle. I dette eksempel er emulgeringsmidlet polyoksyetylen sorbi-tan trioleat som i handel er kjent som «Tween 85». Dette «Tween 85» er fullsten-dig beskrevet på side 587 i «Handbook of Material Trade Names» av Zimmerman & Lavine, utgitt 1953 av Industrial Research Service.

128 enheter vann, som kan være distil-lert vann eller springvann, tilføres sakte til ovennevnte blanding ved 55°—60° C. Den begynnende emulasjon som derved

dannes har en gul farge og er en emulsjon av vann i olje. Når ca. halvparten av vannet er tilsatt blir emulsjonen en emulsjon av olje i vann, og den opprinnelige gule farge forandrer seg til en hvit farge. Denne emulsjon kan brukes for oppfin-nelsens øyemed. Andre emulsjoner som kan brukes er beskrevet i amerikansk patent nr. 2627477.

I dette eksempel ér det seksti enheter av radikalet i en emulsjon hvis samlede vekt er 200 enheter. Vekten av radikalet er således 30 pst. av den totale vekt av emulsjonen. Dette er en hensiktsmessig konsentrasjon av radikalet i emulsjonen men dette forhold er ikke en nøyaktig kritisk faktor.

Det har vært foreslått, som omhandlet i amerikansk patent nr. 2627477, å påføre små mengder radikaler av høyere alkylke-tener på overflaten av en papirhane i limingsøyemed. Prøver har imidlertid vist at hvis de nevnte små mengder av de høyere alkylketenradikaler er inkludert i den vanndige suspensjon av cellulosefibrene hvorav papirbanen dannes, er limingen utilfredsstillende. For å få enhver merkbar grad av limingen ved å tilføre radikalet di-rekte til den vanndige cellulosefibersuspen-sjon, er det nødvendig å bruke store mengder av de nevnte radikaler hvilket gjør prosessen for kostbar.

Ifølge oppfinnelsen skyldes vanskelig-heten med å oppnå tilfredsstillende liming fra de høyere alifatiske ketenradikaler som er inkludert i den vanndige suspensjon av cellulosefibre, at radikalet ikke holdes tilbake i papirbanen som ér dannet på wiren i den baneformende maskin. Når den vanndige suspensjon av cellulosefibre, blandet med andre ingredienser, tilføres wiren i den baneformende maskin, avren-ner den største del av suspensjonens vann gjennom wirens åpninger og fører radikalene med seg. Den vanndige blanding av cellulosefibre og andre ingredienser som er tilført wiren i den baneformede maskin, kan ha så meget som 99 vektspst. vann og den begynnende papirbane har tilnærmet 85—90 vektspst. vann.

Foreliggende opfinnelse skaffer tilfredsstillende tilbakeholdelse av de høyere alkylketenradikaler i en papirbane som er dannet på wiren, fordi radikalet tilbakeholdes på de forbelagte partikler av mineralfyllstoffet, hvilket holdes tilbake av banen istedet for å bli ført gjennom åpningene i wiren med det avgående vann, og radikalet vandrer deretter til cellulosefibrene i det dannede ark hvilket begynner med tørkingen. Det belagte fyllstoff holdes selvfølgelig ikke i sin helhet tilbake i papirbanen men holdes tilbake i større grad enn radikalet i form av én emulsjon som ikke er belagt på fyllstoffet.

Når de brukes ifølge oppfinnelsen er meget små mengder av de nevnte radikaler meget effektive limingsmiddler for papir. Dette grunner seg muligens delvis på en fysisk eller kjemisk reaksjon mellom belegget av radikalene på mineralfyllstoff ets partikler og cellulosefibrene etter at radikalet i noen utstrekning har vandret fra mineralfyllstoffets partikler til cellulosefibrene, under det tidsrom hvori den begynnende våte papirbane tørkes, eller under det påfølgende tidsrom på noen dager hvori den tørkende papirbane eldes.

Graden av liming som på denne måte sikres ifølge oppfinnelsen kan varieres etter ønske ved å variere mengden av radikal som brukes. I alminnelighet er en prosent av radikalet, regnet etter den luft-tørre vekt av dette og den lufttørre vekt av cellulosefibre i det ferdige papir, mere enn tilstrekkelig til liming av papir til bruk for vannholdig blekk. I de fleste tilfelle kan endog en mindre prosentdel av radikalet brukes med tilfredsstillende resultat, i så liten grad som 0,1 pst. og i alminnelighet til et minimum på 0,25 pst. Når radikalet er av en umettet alkylketen er det funnet at en så liten del som 0,05 pst. gir en bruk-bar limingseffekt.

Som et eksempel framstilles et limet papir som, inneholder omtrent 5 vektspst. mineralfyllstoff, regnet etter lufttørr vekt av fyllstoffet og det ferdige papir. Dette mineralfyllstoff kan være kalsiumkarbonat. I et slikt tilfelle kan etter ønske en vanndig emulsjon framstilles av det valgte radikal. Konsentrasjonen med hensyn til vekten av radikalet i denne vanndige emulsjon, hvis sånn emulsjon brukes, kan etter ønske være 30 pst. som ovenfor nevnt. Som eksempel kan radikalet være monoheksadekylketenradikal. Denne tretti prosents emulsjon kan inneholde seksti enheter av det nevnte radikal, tolv enheter «Tween 85» og et hundre og tyveåtte enheter vann. I dette eksempel er den luft-tørre vekt av radikalet bestemt til å være 0,5 pst. av papirets lufttørre vekt.

600 enheter kalsiumkarbonat eller annet valgt mineral fyllstoff med fin par-tikelstørrelse suspenderes i 2400 enheter vann, som kan være destillert vann. Denne emulsjon blandes med den nevnte suspensjon for å skaffe en enhet av radikalet pr. 100 enheter kalsiumkarbonat. Denne blanding utføres ved 20°—30°C eller høyere.

De fine fyllstoffpartikler er fint og ensartet suspendert i den nevnte endelige blanding, som ikke er stabil, men kan holdes ensartet" ved sakte omrøring eller ved omrøring av de bunnfelte partikler. Ved 25° C er pH av den endelige blanding 7 og dens viskositet 4,5 centipois.

Konsentrasjonen av fyllstoffet og det emulgerte radikal i den endelige blanding er tilstrekkelig sånn at de fine fullstoffpar-tikler absorberer eller adsorberer radikalet for å skaffe radikalbelegget på de fine partikler. For dette øyemed kan den vanndige fyllstoff suspens jon og emulsjonen av radikalet blandes sammen ved 20°—30° C, under et tidsrom på 5 min. eller mere, idet det brukes en omrører av den alminnelige propelltype.

Som foran angitt tilbakeholdes, når dette forbehandlede eller forbelagte fyllstoff tilsettes den vanndige suspensjon av cellulosefibre, det absorberte eller adsor-berte radikal på de fint oppdelte partikler. Denne blanding kan utføres ved å tilsette den endelige blanding til den vanndige suspensjon av cellulosefibre mens disse ingredienser holdes ved 20°—30°C.

Blanderen kan som eksempel være den kjente blandehollender eller det kan være et hvilket som helst annet kjent blandeap-parat som ikke har noen defibreringsvirk-ning, men det er best å undgå fortsatt eller kraftig omrøring etter at blandingen er fullført.

pH av den vanndige suspensjon av celluloseaktige fibre, hvortil denne endelige blanding tilsettes, kan være over eller under den nøytrale verdi 7. En pH over 7'er foretrukket.

Konsentrasjonen av forbehandlet fyllstoff er valgt slik at der- fåes et endelig papirark som har ca. fem vektprosent fyllstoff, regnet etter den lufttørre vekt av de ubelagte fyllstoffpartikler og den luft-tørre vekt av papirarket.

Noe hensyn må tas til det faktum at noen av de forbelagte partikler av mineralfyllstoffet vil undvike gjennom åpningene i wiren i den baneformende maskin.

Ved å øke forholdet av forbehandlet eller belagt fyllstoff som tilføres den vanndige suspensjon av cellulosefibre kan en ennu større limingsgrad sikres.

Den vanndige blanding av hvilken den begynnende papirbane formes, kan bestå ene og alene av vann, cellulosefibre eller cellulosemasse suspendert i vannet, og den endelige blanding av forbelagte partikler og vann. Cellulosefibrene eller -massen kan være av en hvilken som helst type, enten ukokte cellulosefibre eller kokt cellulosemasse, eller en blanding av kokte fibre, eller en blanding av ukokte og kokte cellulosefibre.

Som foran beskrevet er det vel kjent ifølge tidligere praksis at noe av mineralfyllstoffet i den vanndige blanding som til-føres formewiren i en baneformende maskin, strømmer ut av den begynnende papirbane sammen med det avgående vann. Vanligvis er det heller vanskelig å holde tilbake mere enn omkring fem til seks vektsprosent av alminnelig ubelagt fyllstoff i det ferdige papirark, beregnet etter den lufttørre vekt av cellulosefibrene i det ferdige papirark og av den ferdige papirbane. Det har derfor vært vel kjent å tilsette en ekstra ingrediens til den vanndige blanding for å bedre tilbakeholdelsen av fyllstoffet i den begynnende papirbane og i det endelige ark.

For dette øyemed har det vært kjent å tilsette alun til den vanndige suspensjon av cellulosefibrene, som foran beskrevet, og også å tilsette visse organiske kolloider såsom animalsk lim, karayalim, stivelse og liknende. Disse kolloidale tilbakeholdnings-midler kan etter ønske tilsettes den vanndige suspensjon av cellulosefibre. I dette tilfelle forbehandles mineralfyllstoffet med en vanndig emulsjon av radikalet før fyllstoffet bringes i kontakt med den organiske kolloidtilsetning. Denne forbe-handling med radikalet skaffer bedre absorbsjon og adsorbsjon av radikalet ved de fine fyllstoffpartikler.

For de beste resultater er det ønskelig å unngå ethvert bruk av alun i den vanndige suspensjon av cellulosefibre og i den vanndige blanding som tilføres wiren i den baneformede maskin.

Det er foretrukket å blande de forbehandlede eller med radikal forbelagte partikler av mineralfyllstoffet med den vanndige suspensjon av cellulosefibre etter at fibrene er helt ferdig mekanisk bearbeidet i den vanndige suspensjon, f. eks. ved defi-brering eller på annen måte, for helt ut å hydrere og svelle cellulosefibrene og for å frambringe tynne trevler på deres overfla-ter før de radikalbelagte fyllstoffpartikler blandes med nevnte vanndige suspensjon. Oppfinnelsen er ikke begrenset til en prosess hvori hele fyllstoffet er forbehandlet på denne måte med et høyere alifatisk keteneradikal. Bare en del av det tilsatte mineralfyllstoff kan være forbelagt med det valgte radikal eller blanding av radikaler, og det gjenværende av fyllstoffet kan tilsettes i alminnelig ubelagt form til den vanndige suspensjon av cellulosefibrene. Det er tilstrekkelig hvis den ferdige papirbane inneholder 0,1 pst. eller mere av det valgte radikal eller blanding av radikaler, regnet etter den lufttørre vekt av radikalet og den lufttørre vekt av det ferdige papir, hvis dette forhold av radikalet er tilført i form av et belegg på noen av de fine partikler av mineralfyllstoffet.

Vanligvis er fra 0,25 til 0,5 prosent av radikalet tilstrekkelig, basert på den luft-tørre vekt av cellulosefibre og av radikalet hvis den nevnte prosentdel av radikalet tilsettes i form av en forbelegning på mine-ralfyllstoffpartiklene. Et større forhold av radikalet i form av forbelegning kan brukes, hvis en høyere grad av liming kreves.

Hvis det ferdige papir har en meget stort vektprosentsats fyllstoff, kan prosen-ten av' forbelegningsradikal økes, fordi selve fyllstoffet, i noen tilfelle, kan fast-holde så meget av det absorberte eller ad-sorberte radikal av forbelegningen at der vil være utilstrekkelig radikal igjen som fritt kan vandre til og lime cellulosefibrene. I alminnelige tilfelle gir imidlertid den ovennevnte grad på omtrent 0,1 til 0,5 prosent radikal tilført som et forbelegg på mineralfyllstoffet, og beregnet etter den lufttørre vekt av cellulosefibrene i det ferdige papir og etter den lufttørre vekt av radikalet, utmerkede resultater. Mengden av belagt mineralfyllstoff i det ferdige papir kan omfatte fra omkring 1 pst. til ca.

50 pst.

Som tidligere nevnt er oppfinnelsen anvendelig for papir hvis fyllstoff er kalsiumkarbonat eller annet alkalisk fyllstoff, uten begrensning til slike fyllstoffer, som kan være leire, titandioksyd etc. I virkeligheten skaffer oppfinnelsen den første vir-kelige tilfredsstillende framgangsmåte til liming av papir som har et alkalisk fyllstoff, foruten ved fremgangsmåter ved hvilke papirbanen limes ved en overflate-limingsmetode.

Papir som har en betydelig prosent-sats kalsiumkarbonat og som er godt limet, og som har en meget høy grad av hvithet kan således framstilles i overensstemmelse med foreliggende oppfinnelse. Når slikt papir prøves ved de vanlige produktprøver vil det selvfølgelig på overflaten vise en pH verdi som er over 7.

Syrefritt papir hvis pH verdi er 7 eller over viser langt mindre forringelse ved eld-ning enn syrlig papir.

Da alun og andre syremidler ifølge oppfinnelsen kan utelates er det også mulig å oppløse et oppløselig alkali, f. eks. na-triumkarbonat, i vannet av den vanndige suspensjon av cellulosefibrene, og derved gjøre papiret alkalisk og bedre dets eld-ningsegenskaper. Slikt limet papir kan ha leire eller annet fyllstoff som er inert for syrer. Slikt papir vil også vise en overflate pH-verdi over 7 når det prøves ved en alminnelig produktprøve.

Ved å eliminere bruken av alun og syremidler, er det mulig å defibrere eller på annen måte mekanisk bearbeide den vanndige suspensjon av cellulosefibrene under alkaliske forhold og derved få alle de kjente fordeler ved slik alkalisk bearbeidelse uten å redusere disse fordeler ved en etter-følgende tilsetning av alun til den vanndige suspensjon.

Den tørkede papirbane som på denne måte er framstilt kan ferdigbehandles til bruk som et ubelagt trykkpapir, eller papirbanen kan belegges for å skaffe et dy-rere og bedre belagt papir for tryknings-øyemed. I begge tilfelle er en tørket papirbane framstilt ifølge oppfinnelsen praktisk talt ensartet limet helt igjennom, med både cellulosefibre og mineralfyllstoffpartikler i tett forbindelse med dets høyere alkylketeneradikal, som er fordelt gjennom arkets hele tykkelse på en praktisk ensartet måte og som har vandret til cellulosefibrene i intim forbindelse med fibrene.

Hvis limingsmateriale påføres overflaten av en på forhånd dannet papirbane er den største konsentrasjon av limingsma-terialet ved overflaten av den på forhånd dannede papirbane som limingskomposi-sjonen er påført. Av den grund er det be-merkelsesverdig forbedring å fordele limingen ensartet eller praktisk talt ensartet gjennom papirets hele tykkelse, tett kom-binert med cellulosefibrene ved absorbsjon, adsorbsjon eller reaksjon.

Ved alminnelig romtemperatur på 20° —30°C. klassefiseres de foretrukne radikaler fra oljeaktig væske til fast og voks-liknende konsistens. Disse fysiske egenska-per avhenger av umetningsgraden av de fettsyrer som benyttes til framstilling av de begynnende ketener.

Fyllstoffpartiklene, på forhånd helt eller delvis belagt med det valgte radikalmateriale kan brukes hovedsakelig som et limingsmiddel, med noe forråd av fyllstoff-materiale.

I et slikt tilfelle har fyllstoffet en dob-belt funksjon, nemlig til en begynnelse å tilføre radikalet til cellulosefibre og også til å virke som et fyllingsmiddel. Prosent-delen av fyllstoff kan være lav, hvis den tilfører tilstrekkelig radikal til cellulose-fibren for å levere den ønskede limings-kvalitet. Ekstra ubelagt fyllstoff kan til^ føres for å tjene den vanlige oppgave for et fyllstoff, etter at limingskravené er opp-fylt.

Uten begrensning hertil, men som en viktig forbedring av det foregående, belegges fyllstoffpartiklene til en begynnelse med det nevnte radikalmateriale og de blir derpå belagt med manno-galaktan planteslimstoff, eller med en beleggkomposisjon som inneholder planteslimstoff, for å skaffe bedre tilbakeholdelse av partiklene i den begynnende papirbane og i det ferdige papir.

Dette bortskaffer også bruken av alun eller annet syringsmiddel for det øyemed å tilbakeholde fyllstoff og for limingsøyemed.

Som tidligere bemerket er bruken av alun meget forkastelig av mange grunner.

De mest alminnelige manno-galaktaner er tilstede i eller utvinnes av eller er modifiserte produkter av gummiene eller limene av følgende. (a) Akaciebønnégummi, også betegnet johannesbønnegummi eller johannesbrød-gummi. Det botaniske navn av dets kilde er:

Ceratonia siliqua L.

Den har omkring 83 vektsprosent manno-galaktaner. Den har vært brukt i papirindustrien i forskjellige øyemed, såsom limings-, bindings- og sluttbehand-lingsmiddel. Den har aldri vært brukt til formålene ifølge oppfinnelsen.

Dette produkt selges under handels-navnet akaciebønnégummi eller -lim og «Lycoid» gummi. Det er et praktisk talt vannfritt pulver.

Som foran bemerket behøver belegget ikke å være rent månno-galaktan. Beleg-ningsmidlet kan være en blanding av manno-galaktan planteslimstoff og stivelse.

(b) Guargummi eller -lim. Dette er utvunnet av en belgfrukt hvis botaniske navn er: Cyamposis psoralioides eller Cyamposis tetragonaloba ( psoralioides). Det finnes i handelen som guargummi eller -lim eller som «Burtonite No. 7, i form av et praktisk talt vannfritt pulver.

Andre planteslimstoffer som for tiden har liten kommersiell betydning og som har minst 50 vektprosent av et eller flere manno-galaktaner, og som kan brukes her er funnet i eller utledet fra frø av følgende kilder: (c) . Flammetre. Dette er en klasse som innbefatter følgende: Nutysia floribunda, familie Loranthaceae. Brachychiton ' aerifolius, familie Sterculi- aceae.

Den indiske rhododendron, hvis botaniske navn er: R. aborewm. (d) Huisachebusken, hvis botaniske navn er:

Vachellia farnesiana.

(e) Kentucky kaffetreet, hvis botaniske navn er:

Gymnocladus dioica.

(f) Mesquite, hvis botaniske navn er:

Proscopia juliflora.

(g) Palo verde, hvis botaniske navn er:

Torreyanum.

Cercidium torreyanum.

og

Cercidium floridum.

Hvor som helst det her er nevnt en «enhet» refererer den til en hvilken som helst vektenhet, såsom et kilogram, pund eller annen vektenhet.

Således kan, som eksempel, blandes en enhet av den nevnte akaciebønnégummi eller -lim med 100 enheter vann, og blandingen opphetes til 91°C med omrøring og opphetes videre ved 91° C. med omrøring i fem minutter og den kan etter valg deretter avkjøles til 20°C til 30°C. Alle her beskrevne operasjoner utføres under alminnelig atmosfæretrykk på omkring 760

mm. kviksølvsøyle, qg de her beskrevne

opphetnings- og blandeoperasjoner utføres med lite eller intet tap av vann. Alle må-linger av pH og viskositet gjøres ved 25° C.

Det resulterende produkt har en pH på

6 og en viskositet på 2960 centipois.

Hvis forholdet av den nevnte akacie-bønnégummi økes til 1,5 enheter har den resulterende kolloidale dispersjon en pH på 6 og en viskositet på 17600 centipois.

Oppfinnelsen er ikke begrenset til en pH på 6 eller over i den kolloidale dispersjon.

Som heretter beskrevet kan der således brukes en kolloidal dispersjon av et produkt som i handel er kjent som «Star gum No. 709». Dette produkt er en blanding av akaciebønnégummi og stivelse som er vannoppløselig eller vanndispergerbar. Når en enhet av den nevnte «Star gum» dis-pergeres kolloidalt i 100 enheter vann har den resulterende dispersjon en pH på 9 og en viskositet på 1600 centipois. Det er tilstrekkelig hvis de belagte partikler tiltrekkes elektrostatisk til cellulosefibrene i-vanndig suspensjon.

Cellulosefibrene er negativt ladet i vanndig suspensjon. Mineralfyllstoff ene er også negativt ladet i vanndig suspensjon. Forbelegningen av mineralfyllstoffets partikler lader de forbelagte partikler positi-tivt i vanndig suspensjon, eller senker i det minste de negative ladninger av de ubelagte partikler, sånn at de forbelagte partikler trekkes til cellulosefibrene i vanndig suspensjon og fastholdes deretter tii cellulosefibrene..'

Som ovenfor bemerket må den svelle og kolloidalt dispergerte beleggkomposisjon, for å bli effektiv for øyemedene med å tilbakeholde fyllstoff, ha en tilstrekkelig konsentrasjon av det organiske kollo-idmateriale i forhold til vann, sånn at det kolloidalé materiale kan belegge eller over-trekke partiklene av mineralfyllstoffet. Hvis mineralfyllstoffet på. denne måte er bragt i intim kontakt med en tilstrekkelig konsentrert svellet og kolloida! dispersjon av beléggingrediensen eller -ingrediensene, kan vekten av beléggingrediensen eller -ingrediensene være liten prosentdel av vekten av det. ubelagte mineralfyllstoff. Hvis ingrediensen er et svellet og.kolloidalt dispergert manno-galaktan, og be-leggkomposisjbnen har tilstrekkelig høy konsentrasjon av samme i forhold til vann er det en merkbar bedring i fyllstofftil-bakeholdningen hvis den lufttørre vekt av slikt svellet og kolloidalt dispergert manno-galaktan i blandingen av vann og kolloid og mineralfyllstoff er så liten som en enhet manno-galaktan pr. 2000 enheter fyllstoffpartikler. En annen viktig faktor, som enndog kan være den regulerende faktor, er at blandingen er fri for cellulosefibre, trekker til seg manno-galaktanet, sånn at manno-galaktanet belegger mineralfyllstoffet.

For det øyemed å tilbakeholde det forbehandlede eller forbelagte mineralfyllstoff i den begynnende papirbane og, i det ferdige papir, er det foretrukne forhold i slik blanding fra 1—100 enheter manno-galaktan pr. 2000 enheter mineralfyllstoff, beregnet etter den lufttørre vekt av slikt manno-galaktan og fyllstoff.

I de fleste tilfelle er så lite som 10 enheter manno-galaktan passende pr. 2000 enheter mineralfyllstoff. Som ovenfor bemerket er vekten av manno-galaktanet regnet etter dets lufttørre vekt eller praktisk talt dets lufttørre vekt og. vekten av fyllstoffet er regnet etter dets lufttørre vekt. Forholdet av manno-galaktan til fyllstoff avhenger i noen grad av cellulOT

■sematerialet og graden av dettes defib-rering, hvilket er faktorer i tilbakeholdelsen av fyllstoffet. Som et gjennomsnitt kan imidlertid den lufttørre vekt av manno-galaktanet være 0,5 pst. av den luft-tørre vekt av mineralfyllstoffet.

Hvis så ønskes kan suspensjonen av mineralfyllstoff belagt med radikal, enten før eller etter den påfølgende: behandling med manno-galaktan, konsentreres, f. eks. vel filtrering, bunnfelling eller fordamp-ning, for å gjøre den'hensiktsmessig, for lagring eller forsendelse. Denne konsentrasjon kan utføres til det punkt ved hvilket produktet er en pasta som inneholder så lite som ca. 30 vektdeler vann uten å øde-legge fyllstoffets evne til å bli redispergert i vann til en fortynning egnet f or. tilsetning til cellulosefibersuspensjonen.

Hvis mere manno-galaktan tilsettes utover den mengde som kreves for god tilbakeholdelse av fyllstoffet vil overskuddet hovedsakelig øke styrken av det férdige papir, spesielt når det ferdige papir er fuktet med vann. De ovenstående forhold er beregnet på bruken av akaciebønné-gummi som manno-galaktanet.

Uten noen begrensning dertil skal det nedenfor angis noen spesifikke eksempler på bruk forenet og i rekkefølge" av radikaler og manno-galaktaner.

Eksempel 1:

Et hundre enheter fint oppdelt kalsiumkarbonat ble suspendert i tre hundre enheter vann. Denne suspensjon ble blandet med en vanndig emulsjon av radikalet av mahnohéksadekylketen; Denne emulsjon hådde seks enheter av det nevnte radikal,;!,^ enheter «Tween 85» og 12, 8 enheter vann. Denne emulsjon av radikalet ble preparert som foran beskrevet. Disse ingredienser ble blandet mens de hadde en temperatur på 20°—30°C. Akaciebønné-gummi i en mengde av 0,7 enheter, regnet på dens lufttørre vekt, ble kolloidalt dispergert i praktisk talt 66,7 enheter distil-lert vann ved hovedsakelig 90° C på den foran angitte måte.

Den yanndige- suspensjon av kalsiumkarbonat ble til en begynnelse blandet med den yanndige radikalemulsjon ved 20°— 30°C, med en hlandingstid på 5 min. eller mere, for å belegge.fyllstoffpartiklene med radikalet. Denne blanding ble derpå blandet med den vanndige kolloidale dispersjon av svellet akaciebønnégummi ved 20°—30° C. ved å tilsette dispersjonen av akacie-bønnegummien til begynnelsesblandingen for å skaffe det annet belegg av akacie-bønnégummi.

Den vanndige suspensjon av celluloseaktige fibre hadde 1000 enheter forbehandlet ^cellulosefibre,- regnet på den - lufttørre vekt av disse, hvilke'på forhånd var helt svellet bg hydrért og forsynt med overila-tetrevler i den nevnte vanndige suspensjon, som hadde 95 pst. vann. Tilstrekkelig, rå natriumkarb<p>nat eller sodaaske Xhandels-vare) var blitt oppløst i vannet f or-å glidet én pH verdi mellom 10 og 12,5. Disse hlgré-dienser ble tilblandet ved 20°—30° C.

Den resulterende vanndige blanding ble formet til en papirbane på papirma-skinwiren og den begynnende papirbane ble presset på vanlig måte og tørket på vanlig måte på en dampopphetet trommel.

Det endelige ark hadde fortreffelig på begge sider, og hadde praktisk talt ni vektsprosent kalsiumkarbonatfyllstoff, regnet etter den lufttørre vekt av arket, ved tilbakeføring av avvannet til Fourdrinier-maskinens innløpsende.

Eksempel 2:

100 enheter fint oppdelt leire ble suspendert i praktisk talt 125 enheter vann.

En vanndig emulsjon av en blanding av de nevnte høyere radikaler av ketener utledet fra stearinsyre og oljesyre framstilt særskilt, som foran beskrevet. Denne vanndige emulsjon hadde 10 enheter av blandingen av radikalene, og praktisk talt 33 enheter vann, sammen med tilstrekkelig emulgeringsmiddel.

En kolloidal dispersjon av 1 enhet aka-ciebønnégummi ble framstilt særskilt i praktisk talt 100 enheter vann på den foran beskrevne måte.

Den nevnte vanndige emulsjon av radikalene ble blandet med den vanndige suspensjon av fyllstoff leiren mens ingrediensene hadde en temperatur på 20°—30° C. Den kollodiale dispersjon av akaciebøn-negummien ble derpå innrørt i blandingen, mens ingrediensene var ved 20°—30°C.

Dette tilveiebragte en endelig blanding av følgende innhold: 100 enheter fint oppdelt fyllstoffleire, 10 enheter blandede høy-ere alkylketen-radikaler, 1 enhet akacie-bønnégummi, 258 enheter vann.

Som ovenfor bemerket ble emulsjonen av de blandede høyere organiske ketenradikaler blandet med suspensjonen av fyllstoffleire, før tilsetningen av den kolloidale dispersjon av akaciebønnegum-mien. I denne begynnende blanding var konsentrasjonen av emulgerte radikaler tilstrekkelig til å bevirke deres absorbsjon ved den fint oppdelte fyllstoffleire.

En betydelig del av akaciebønnegum-mien ble adsorbert på partiklene som tidligere var belagt med de høyere alifatiske ketenradikaler. Leirefyllstoffet ble således forbelagt med både radikalene og akacie-bønnegummien.

Denne endelige blanding ble under om-røring tilsatt den vanndige suspensjon av de forbelagte cellulosefibre, mens begge disse ingredienser var ved 20°—30°C. Denne vanndige suspensjon av forbelagte cellulosefibre hadde 1000 enheter av defibrerte cellulosefibre, beregnet etter deres tørr-vekt. Denne vanndige suspensjon av de på forhånd defibrerte og bearbeidede cellulosefibre hadde omtrent 5 pst. fibre, luft-tørre, og hadde tilstrekkelig oppløst rå na-triumkarbonat til å gi den pH-verdi på 10. Cellulosefibrene hadde på forhånd blitt defibrert i vann som hadde den nevnte pH-verdi på 10.

Den resulterende fullstendige vanndige blanding ble tilført papirmaskinens wire for å danne en begynnende papirbane, som ble presset og tørket på vanlig måte. Det resulterende papir var godt limet på begge sider.

Eksempel 3:

I dette eksempel ble benyttet radikalet

av monno-heksadekylketen.

10 enheter av radikalet ble emulgert i praktisk talt 33 enheter vann, sammen med et passende emulgeringsmiddel. Denne emulsjon ble blandet med 100 deler titandioksyd fyllstoff i fin partikkelform, suspendert i praktisk talt 200 enheter vann.

Det ble fremstilt en særskilt kolloidal dispersjon som hadde 0,8 enheter akacie-bønnégummi, og 1,5 enheter modifisert potetstivelse, i praktisk talt 200 enheter vann.

Emulsjon av radikalet ble blandet med suspensjonen og titandioksydet mens disse ingredienser var ved 20°—30° C, og blandingen ble omrørt i 5 min. eller lengre ved samme temperatur for å bringe titan-dioksydpartiklene til å adsorbere eller ab-sorbere radikalet.

Den kolloidale dispersjon av akacie-bønnegummien og den modifiserte potetstivelse ble tilsatt den nevnte tidligere blanding mens begge var ved 20°—30° C med omrøring i 5 min. eller mere ved 20°— 30° C.

Den resulterende endelige blanding hadde 10 enheter av radikalet, 100 enheter fint oppdelt titandioksyd, 0,8 enhet akacie-bønnégummi, 1,5 enheter modifisert stivelse og praktisk talt 433 enheter vann.

På denne måte ble titandioksydets partikler til en begynnelse belagt med radikalet, og derpå belagt med den kolloidalt dispergerte akaciebønnégummi og den modifiserte potetstivelse.

Den således framstilte endelige blanding ble omrørt ved 20°—30° C i en på forhånd defibrert vanndig suspensjon av cellulosefibre. Vannet i den nevnte suspensjon hadde en pH-verdi på 8,2. Suspensjonen

hadde ca. 1000 enheter på forhånd defib-

rerte cellulosefibre, og ca. 20000 enheter vann.

Denne fullstendige vanndige blanding

ble tilført wiren i en papirmaskin. Den be-

gynnende papirbane og det ferdige papir-

ark hadde 7 vektsprosent titandioksyd-

fyllstoff. Når den begynnende papirbane ble presset og tørket ved varme på vanlig måte, var den godt limet på begge sider.

Enskjønt foretrukket praksis, som for-

an angitt, er å bruke manno-galak'tan til å

befordre god tilbakeholdelse av radikal-be-

lagte mineralfyllstoffpartikler, er det ikke nødvendig å bruke sånt manno-galaktan for å sikre liming. I virkeligheten er det mulig å framstille limet papir som har et moderat fyllstoffinnhold uten bruk av noen tilbakeholdningshjelp i det hele tatt, som vist i det følgende eksempel (4) enskjønt slik praksis ikke er å foretrekke.

Eksempel 4:

10 enheter manno-dekyl-ketenradikal ble emulgert i praktisk talt 33 enheter vann sammen med et egnet emulgerings-

middel. Denne emulasjon ble ved 20°—30°

C blandet med en vanndig suspensjon av

100 enheter kalsiumkarbonat, med fin par-tikkelstørrelse, i omkring 109 enheter vann for å belegge partiklene av det nevnte kalsiumkarbonat.

En blanding av blekede lange og korte

trefibre framstilt henholdsvis ved sulfat-

og sodaprosessen ble defibrert i vann ved en konsentrasjon på omkring 5 pst. Sus-

pensjonen av defibrerte fibre ble noe for-

tynnet gjennom en Jordanraffinør. Den ble derpå videre fortynnet og ført til en Fourdrinier-papirmaskin. Når den fortyn-

nede, defibrerte og raffinerte masse strøm-

te henimot papirmaskinen ble den blan-

det med en strøm av suspensjonen av det nevnte radikalbelagte kalsiumkarbonat og den resulterende blanding løp ut på forme-

wiren. En stor del av det behandlede fyll-

stoff falt gjennom wiren med det avgående vann, men ble oppsamlet og returnert med vannet som ble brukt til den endelige fortynning av masseforrådet som føres til papirmaskinen. Når systemet hadde nådd likevekt ble det til maskinen ført masse som inneholdt 25 deler kalsiumkarbonat-

fyllstoff til 100 deler fibre på den lufttørre basis. Den luttørre papirbane som ble dan-

net av samme inneholdt 7 pst. kalsiumkarbonatfyllstoff. Denne papirbane var godt limet på begge sider.

Som ovenfor beskrevet omfatter opp-

finnelsen papirproduktet og framgangs-

måten til å framstille det såvel som det belagte pigment og metoden til å fram-

stille det. Som det framgår av beskrivelsen kan det belagte pigmentprodukt være et pigment hvis partikler belegges bare med radikal eller først med radikal og derpå

med manno-galaktan. Brukbare forhold av radikal og manno-galaktan til pigment er blitt angitt. Det belagte pigment kan være i form av en forholdsvis fortynnet suspen-

sjon i vann eller vandig væske eller være mere høyt konsentrert til en for lagring eller forsendelse passende form. Det belag-

te pigment kan være i form av en vanndig pasta som er redispergerbar i vann og pro-

dukter brukbare til fylling av papir, hvis de er redispergerbare, og for andre øyemed,

f. eks. til fylling av gummi, kan framstilles ved å tørke det belagte pigment f. eks. ved den kjente sprøytetørkeprosess. Slike pro-

dukter ban bestå hovedsakelig av pigmen-

tet belagt bare med radikal eller av pig-

ment belagt med både radikal og et manno-

galaktan.

Claims (6)

1. Limet mineralfylt papir omfattende celluloseaktige fibre, og fra 1—50 pst., ba-

sert på vekten av papiret, av et mineralfyllstoff som er praktisk talt ensartet fordelt i papiret og et radikal av et alifatisk keten som inneholder en alifatisk kullvannstoffgruppe med fra 6 til 20 kullstoffatomer, karakterisert ved at det nevnte radikal er tilstede i form av et på forhånd anbragt belegg på fyllstoffpartiklene og ut-gjør minst 0,05 pst. av vekten av papirets cellulosefiberinnhold.

2. Papir ifølge påstand 1, karakterisert ved at den alifatiske kullvannstoffgruppe er en alkylgruppe, eller en alkylen-gruppe.

3. Papir ifølge en av de foregående på-. stander, karakterisert ved at det også inneholder et mannogalaktan i form av et belegg på de med ketenradikal belagte fyllstoffpartikler.

4. Papir ifølge påstand 3, karakterisert ved at mineralfyllstoffet har et belegg av manno-galaktan som beløper seg til minst 0,25 pst. av vekten av fyllstoffet.

5. Fremgangsmåte til fremstilling av et limet og mineralfyllt papir ifølge en eller flere av de foregeånde påstander 1—4, karakterisert ved at man først blander i vanndig suspensjon et mineralfyllstoff og en vanndig emulsjon av et radikal av en alifatisk keten inneholdende en alifatisk kullvannstoffgruppe med fra 6 til 20 kullstoffatomer for å utfelle ketenet som et belegg på fyllstoffet, blande den resulterende suspensjon av det belagte fyllstoff med en vandig suspensjon av cellulosefibre og på kjent måte omdanne den resulterende masse til en papirbane på en papirmaskin.

6. Fremgangsmåte ifølge påstand 5, karakterisert ved at den resulterende suspensjon av det belagte fyllstoff blandes med en vandig kolloidal dispersjon av et manno-galaktan.