NO117949B - - Google Patents

Description

Framgangsmåte til framstilling av papir.

Denne oppfinnelse vedrører fabrikasjon av papirprodukter forsterket med stivelse og særlig papir fremstilt av masser som inneholder ugelatinert stivelse som deretter gelatineres på stedet etter dannelsen av papirhanen.

Det er alminnelig praksis å tilsette stivelse til papirframstillingsmasser. Stivelsen kan bedre forskjellige egenskaper ved papiret som derved framstilles f. eks. med hensyn til større styrke, bedret stivhet, større overflateglatthet og mere støvfritt.

Undertiden inneholder massen ugelatinert stivelse men vanligvis tapes en så stor del av ugelatinert stivelse gjennom formewiren at den mere alminnelige praksis er å tilsette gelatinert eller kokt stivelse i vanndig kolloidal oppløsning til massen for papirframstillingen. Enskjønt meget av denne tilførte gelatinerte stivelse også tapes gjennom wiren, tilbakeholdes vanligvis en større del av den enn når det brukes ugelatinert stivelse.

Når kokt eller gelatinert stivelse tilsettes den vandige masse øker den dennes viskositet. Hvis derfor massen inneholder en betydelig mengde gelatinert stivelse, økes dens treghet på wiren, eller den tid som kreves for å avvanne den dannede papirhane så meget at papirmaskinens hastig-het må settes ned. Av den grunn er det i alminnelighet ikke økomisk mulig å arbeide med mere enn en liten mengde gelatinert stivelse tilstede i papirframstillingsmassen.

Foreliggende oppfinnelse gjør det mulig å framstille papir som inneholder stivelse i en hvilken som helst ønsket mengde innen rimelige forhold uten samtidig å øke massens avvanningstid i en forkastelig grad. Ved å praktisere foreliggende oppfinnelse er det like mulig å framstille papir som inneholder en liten mengde stivelse, f. eks. 1 pst. av vekten av det ferdige papir, eller som inneholder mere stivelse enn fibre.

Framgangsmåten ifølge oppfinnelsen ved framstilling av papir av en vanndig suspensjon av fibret papirframstillingsmasse blandet med mannogalaktan og stivelse som limingsmiddel utmerker seg ved at fint oppdelt ugelatinert stivelse blandes med en kolloidal dispersjon av mannogalaktan, som fortrinsvis er utvunnet fra johannesbrødbønner eller guar ved en temperatur under stivelsens gelatinerings-temperatur, hvorved stivelsespartiklene belegges med det nevnte dispergerte mannogalaktan, at den resulterende suspensjon blandes med en vandig suspensjon av fibret papirfremstillingsmasse, og at det deretter dannes en papirbane av blandingen hvorpå den dannede bane opphetes mens den er våt til en temperatur, ved hvilken stivelsen i banen blir gelatinert.

Stivelse opptrer i naturen i form av korn som varierer i lengde fra omkring 2 mikron til omkring 150 mikron langs kor-nets lengste akse. Hvert stivelseskorn sy-nes å omfatte en ytre tydelig motstands-dyktig hud som danner en sekk som om-slutter en masse av lettere dispergerbart stoff. Når huden er revet istykker, f. eks. ved mekanisk behandling eller, mere alminnelig, ved opphetning i nærvær av vann, strømmer sekkens innhold ut og be-virker en stor økning i systemets viskositet, og stivelsen sies da å bli gelatinert. Noen stivelser gelatineres lettere enn andre, men alle kan gelatineres ved tilstedeværelsen av vann under vannets kokepunkt. Generelt kan det sies at stivelse i nærvær av vann kan forutsettes å begynne å gelatinere in-nenfor et temperaturområde på fra 54° til 77° C.

Stivelse opptrer naturlig i og kan lett fåes i forholdsvis ren tilstand fra rotknol-ler f. eks. poteter, røtter såsom maniokrot, marg f. eks. marg av sagopalmen, og korn-sorter såsom mais, hvete og ris.

\Kornene i såkalte rå stivelser fra alle disse klasser er selvfølgelig ugelatinert og alle kan benyttes i overensstemmelse med oppfinnelsen. Det er kjent å modifisere rå stivelse med forskjellige modifiseringsmid-ler såsom syre, oksyderingsmidler, hydrok-sylalkyleringsmidler og liknende, under slike forhold at gelatinering av stivelsen unngåes. De resulterende modifiserte stivelser, fremdeles i ugelatinert tilstand er også anvendelige til bruk ifølge oppfinnelsen.

Ved utførelse av oppfinnelsen suspen-deres rå stivelse eller modifisert stivelse i vandig medium i form av ugelatinerte korn. Før tilsetningen til den fibrete masse blandes den ugelatinerte stivelse ved en temperatur under dens gelatineringstempe-ratur med en vandig kolloidal dispersjon av en mannogalaktan. Den således behandlede stivelsessuspensjon tilsettes deretter en vandig papirframstillingsmasse som inneholder celluloseartede fibre. Det antas at mannogalaktanet trekkes til de cellu-loseaktige fibre og på en måte virker til å forbinde eller sammenkjede stivelsespartiklene og fibrene. I hvert fall, når fiber-tilførslen og mannogalaktanbehandlet ugelatinert stivelsespartikler formes til en papirhane på en formewire, tilbakeholdes en betydelig større del av stivelsespartiklene i banen enn når det brukes ubehandlet stivelse. I alminnelighet tilbakeholdes hoveddelen av den behandlede stivelse, mens derimot i alminnelighet hoveddelen av ubehandlet stivelse tapes i kalkvannet.

Mengden av nødvendig mannogalaktan i forhold til den med samme behandlede ugelatinerte stivelse er meget liten. Mindre enn 2,3 kg mannogalaktan pr. 907 kg ugelatinert stivelse viser en bestemt virkning på tilbakeholdelsen av stivelsespartiklene i papirhanen. Større mengder av mannogalaktan gir noe bedre resultater. Når imidlertid massen inneholder passende store mengder ugelatinert stivelse er det å foretrekke ikke å bruke mere mannogalaktan enn 45 kg pr. 1000 kg stivelse da ellers den ønskede viskositet som meddeles massen ved mannogalaktanet kan være tilstrekkelig til å for-årsake uforønsket økning i avvanningsti-den på formewiren.

Mannogalaktaner forekommer i visse frøbelger og belgfrukter. De mest alminnelige mannogalaktaner forefinnes i eller utvinnes av eller er modifiserte produkter av lim eller limstoffer av følgende: (a) Akaciebønnelim også betegnet som johannesbrødlim og det botaniske navn på dets kilde er:

Ceratonia siliqua L.

Det har omkring 83 vektprosent mannogalaktaner. Det har vært brukt i papir-industrien for forskjellige øyemed f. eks. som et limings-, bindings- og sluttbehand-lingsmiddel.

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

Som foran bemerket er oppfinnelsen ikke begrenset til en ren mannogalaktan. Overtreknings- eller belegningsmaterialet kan være en blanding av mannogalaktan ' planteslimstoff og en kationisk vannopp-løselig stivelse. Denne kationiske stivelse chargeres positivt i vandig oppløsning. (b) Guarlim. Dette utledes av en belg-frukt hvis botaniske navn er Cyamposis psoralioides eller Cyamposis tetragonaloba ( psoralioides). Det forhandles som guar lim eller som Burtonite Nr. 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 en eller flere mannogalaktaner, og som kan brukes i overensstemmelse med oppfinnelsen er funnet i eller utvunnet av frø av følgende kilder: (c) Flammetre. Dette er en klasse som

innbefatter følgende:

Nutysia floribunda, familie Lorantha-caea.

Brachychiton aerifolius, familie Ster-culiaceae.

Indisk rhododendron, botaniske navn

er R. aboreum.

(d) Huisache-busken, hvis botaniske

navn er Vachellia farnesiana.

(e) Kentucky-kaffetreet, hvis botaniske navn er: Gymnocladus dioica. (f) Mesquite, hvis botaniske navn er:

Proscopis juliflora.

(g) Palo verde, hvis botaniske navn er: Torreyanum. Cercidium torreyanum. 03 Cercidium floridum.

De mannogalaktaner som for tiden er lettest tilgjengelige i kommersielle mengder er de som finnes i eller utvinnes fra johannesbrødbønnelim og guarlim. Kommersielle mannogalaktanprodukter inneholder ofte betydelige mengder tilsatt stivelsesmateriale. Hvis det tilsatte stoff er en kationisk stivelse kan det i en liten grad øke den gagnlige virkning av mannogalaktanen, selv om det brukes for seg alene viser sånt stivelsesmateriale liten virkning på tilbakeholdelsen av ugelatinerte stivelsespartikler.

For å være brukbart ved utførelsen av foreliggende oppfinnelse må mannogalaktanen være kolloidalt dispergert i vann. Kolloidal dispersjon av mannogalaktanen utføres lett ved omrøring og opphetning av en oppløsning, f. eks. 1 pst. suspensjon av mannogalaktan i vann, inntil mannogalaktanen sveller og «oppløses». Opphetning til en temperatur i nærheten av vannets kokepunkt, f. eks. til ca. 88° C, i noen få minutter er tilstrekkelig til å sikre god kolloidal dispersjon.

Noen trykkpapir, spesielt de som inneholder lite mineralfyllstoff og et stort forhold av treslip eller mekanisk tremasse er framstilt praktisk talt uten opphetning.

For de fleste trykkpapirs vedkommende utsettes imidlertid fibermassen for mere eller mindre defibrering og/eller raffinering hvorved fibrene utsettes for store trykk og knusing hvilket forårsaker at fibrene gjøres ru og/eller fibrileres og vanligvis at de forkortes i noen grad.Virkningen på fib-forkortes i noen grad. Virkningen på fibrene er meget kraftig under defibreringen og raffineringen. Når det derfor arbeides med masser som krever slik defibrering og eller raffinering er det foretrukket å tilsette den vandige oppslemning av ugelatinerte stivelseskorn belagt med kolloidalt dispergert mannogalaktan til den vandige masse etter at defibreringen og/eller raffi-neringer er utført. Likeledes er det foretrukket å blande den nevnte oppslemning med massen bare med moderat omrøring og å unngå kraftig og/eller forlenget omrø-ring etter tilsetningen inntil den tid massen formes til en papirhane.

Det er verd å legge merke til at pH ikke er noen kritisk faktor for det gode resultat av oppfinnelsen. Gode resultater kan fåes enten massen er nøytral, sur eller al-kalisk. Alun kan tilsettes massen, men det er ikke nødvendig for gode resultater, og bruken av alun med dets vel kjente ledsa-gende onder kan hvis så ønskes helt unngåes.

Virkningen på papirets bøyningsvarig-het ved praktiseringen av oppfinnelsen vises tydelig ved de følgende eksperimenter. Bøyningsvarigheten kan måles på M.J.T.-prøveapparatet og er et nummerisk siffer som angir antallet avdobbeltbøyninger som papiret vil tåle før det brister i bøyen.

Det ble brukt en lett defibrert masse på 35 deler blekede fibre av bløtt nordisk tre

og 65 deler blekede fibre av hardt nordisk tre med et tilstrekkelig innhold av oppløst sodaaske til å gi det suspenderende vann en pH verdi på 10,5. Først ble en del av massen uttatt og formet til ark «A» av papir med en vekt av 22,65 kg/ris. Arket ble tørket ved en temperatur på ca. 100° C, tilstrekkelig til å gelatinere stivelse, hvis sådan er tilstede, tørket natten over ved ca. 22° C og 50 R.F. og prøvet på M.J.T. bøyningsvarighetsprøveapparatet. Arket «A» tålte 30 dobbeltbøyninger før det gikk i stykker.

Til en annen liknende del av oven-nevnte masse ble tilsatt 10 pst., basert på vekten av tørre fibre, ugelatinert modifisert potetstivelse. Et ark «B» ble framstilt av denne masse og prøvet på samme måte som ark «A». Ark «B» tålte 43 dobbeltbøyninger, en økning i styrke på litt over 43 pst. mere enn emnearket «A».

Til en annen liknende del av den samme fibermasse ble tilsatt den samme mengde ugelatinert modifisert potetstivelse, som for arket «B», men i dette tilfelle ble stivelsen, suspendert i -vann, først blandet med en vandig kolloidal dispersjon inneholdende 1 pst. mannogalaktan framstilt ved opphetning og omrøring av en vandig suspensjon av en vektdel akaciebønneman-nogalaktan ved ca. 88° C i 5 min. i 100 vekt-deler vann. Det ble brukt tilstrekkelig av den kolloidale dispersjon av mannogalaktan sånn at mengden av benyttet mannogalaktan beløp seg til 5,35 kg pr. 1000 kg ugelatinert modifisert potetstivelse hvortil den ble tilsatt. Ark «C» dannet av den resulterende blanding ble prøvet på liknende måte som arkene «A» og «B». Ark «C» tålte 133 dobbelbøyninger før det gikk istykker, en økning på over 340 pst. mere enn ark «A».

Et annet ark «D» ble framstilt nøy-aktig lik ark «Cs> unntatt at der ble brukt ugelatinert rå potetstivelse istedet for den ugelatinerte modifiserte potetstivelse, som ble brukt i ark «C». Det resulterende ark «D» tålte 189 dobbeltbøyninger før det ble brudd, en økning på over 480 pst. mere enn ark «A».

Et annet ark «E» ble preparert nøy-aktig likt ark «C» unntatt at den ugelatinerte modifiserte potetstivelse i ak «C» ble erstattet med ugelatinert svakt etylitert kornstivelse. Resulterende ark «E» tålte 78 dobbeltbøyninger, en økning på 160 pst. over emnearket «A».

Det fremgår av de foregående eksperimenter at arkene framstilt ifølge oppfinnelsen viste overraskende økning i bøy-ningsvarigheten. Den bedrede styrke skyldes stivelsen som tilbakeholdes i ugelatinert tilstand i papirhanen ved det med stivelsen forbundne kolloidalt dispergerte eller oppløste mannogalaktan, og den etterføl-gende gelatinering av stivelsen på stedet under tørkning ved forhøyet temperatur.

For å vise virkningen av framgangsmåten ifølge oppfinnelsen i tilfelle hvor papiret har et stort innhold av mineralfyllstoff ble følgende eksperimenter utført.

Til 250 g fint oppdelt kalsiumkarbonat-fyllstoff ble tilsatt 2 g akaciebønnemanno-galaktan som på forhånd var dispergert i varmt vann. Det behandlede mineralfyllstoff ble tilsatt en lett defibrert vandig masse inneholdende 1000 g blekede fibre overveiende av hardt tre. Et ark «E» med en basisvekt på 22,65 kg/ris ble framstilt av samme og funnet å ha et fyllstoffinnhold på ca. 19 pst. og en bøyningsvarighet på 5 dobbeltbøyninger.

Et annet ark «G» ble lavet nøyaktig på samme måte som ark «F» unntatt at 40 deler fint oppdelt ugelatinert rå potetstivelse ble blandet i fyllstoffet før mannogalaktanet ble tilsatt samme. Ark «G» hadde en bøyningsvarighet på 10, eller 100 pst. mere enn ark «F».

Kolloidalt dispergert mannogalaktan er ofte tilstede i masser for papirframstilling i en mengde som beløper seg til 1 pst. eller mere av vekten av de tilstedeværende cellu-losefibre, for å bedre papirets styrke. Når slike mengder mannogalaktan brukes re-sulterer dette i en merkbar bedring i styr-keegenskapene innbefattende bøynings-varigheten. I de forannevnte eksempler, som virkeliggjør oppfinnelsen var imidlertid mengden av tilstedeværende mannogalaktan av størrelsesorden 0,1 til 0,2 prosent av vekten av cellulosefibrene. Virkningen på bøyningsvarigheten av en sådan mengde mannogalaktan blir neppe merkbar og kan sees bort fra. Den meget store økning i bøyningsvarighet som er vist ved eks-emplene skyldes derfor stivelsen som er holdt tilbake i papirhanen og gelatineres på stedet.

Claims (2)

1. Fremgangsmåte ved fremstilling av papir av en vandig suspensjon av fibrert papirfremstillingsmasse blandet med mannogalaktan og stivelse som limingsmiddel, karakterisert ved at fint oppdelt ugelatinert stivelse blandes med en kolloidal dispersjon av mannogalaktan, som fortrinsvis er utvunnet fra johannesbrødbønner eller guar ved en temperatur under stivelsens gela-tineringstemperatur, hvorved stivelsespartiklene belegges med det nevnte dispergerte mannogalaktan, at den resulterende suspensjon blandes med en vandig suspensjon av fibret papirfremstillingsmasse, og at det derefter dannes en papirhane av blandingen hvorpå den dannede bane opphetes mens den er våt til en temperatur ved hvilken stivelsen i banen blir gelatinert.

2. Fremgangsmåte ifølge påstand 1, karakterisert ved at mengden av forbe-handlet stivelse blandet med den vandige suspensjon av fibret papirfremstillingsmasse er avpasset til å gi et papirprodukt som inneholder fra 1 pst. til 50 pst. stivelse belagt med mannogalaktan.