NO123903B

NO123903B -

Info

Publication number: NO123903B
Application number: NO155030A
Authority: NO
Inventors: R K Mays; N Millman; F R Trowbridge
Original assignee: Huber Corp J M
Priority date: 1963-10-15
Filing date: 1964-10-06
Publication date: 1972-01-31
Also published as: GB1093042A; GB1093041A; FI46285B; US3227607A; FI46285C

Description

Avispapir med forbedrede optiske og trykke-egenskaper.

Foreliggende oppfinnelse angår avispapir som er fyllt eller ladet med syntetiske findelte silisiumholdige pigmenter i partikkelform, som gir papiret forbedrede optiske- og trykke-egenskaper.

Tilsetning av fyllstoffer til forskjellige papirkvaliteter

går tilbake til papirfremstillingens begynnelse. På den tid var et fyllstoff ansett uønsket fordi man trodde det forurenset papiret. Idag har fyllstoffer slik som leire, kalsiumsulfat, titandioksyd, kalk, ba-rytter, kalsiumkarbonat, diatoméholdig silisiumdioksyd, kalsiumsulfit, kalsiumsilikat, hvit stivelse og syntetisk natriumaluminiumsilikat stor utbredelse som fyllstoff for forskjellige papirkvaliteter. Det å fylle papiret kan ikke ansees å være forurensning av papiret fordi når anvendt i de riktige mengder vil pigmenter som brukes som fyllstoff forbedre

papirets egenskaper. Fyllstoffer er i alminnelighet høyst ønskelige i trykningspapir hvor de øker lysheten, ugjennomskinneligheten og forbedrer overflaten og arkets trykningsevne.

Pigmenter er i alminnelighet ansett for å være tilfredsstillende for fylling når de har en'høy grad av hvithet, en høy brytningsindeks, liten partikkelstørrelse, er tungt oppløselig i vann, er kjemisk inerte og har lav spesifikk vekt-. Dog har nylige studier vist at disse kriterier alene ikke er tilstrekkelig til å forutsi et pigments virkning på papir. Bare når man i virkeligheten har prøvet det kan verdien av et pigment fastslås. De mest ettertraktede fyllstoffer for avispapir eller annet lettvekts-trykningspapir, er de som forbedrer arkets optiske kvalitet og reduserer trykksvertens gjennomslag ved et relativt lavt pigmentinnslag.

Leire og kalsiumkarbonat har vært anvendt hittil som fyllstoffer for avispapir og lettvektig trykningspapir, de har dog hatt liten kommersiell suksess på grunn av at man ikke.kunne oppnå funk-sjonell brukbarhet ved lave tilsetningsnivåer.. Kalsiumkarbonat er og-så vanskelig å håndtere fordi det reagerer med harpikslim og alun og krever en spesiell bearbeidelsesteknikk.

Man har funnet at ved riktig valg av fyllstoffer når det gjelder morfologi, partikkelstørrelse, partikkelform, overflateareal, ab-sorberbarhet og kjemiske sammensetninger, er det mulig å oppnå en effek-tiv fordeling av fyllstoff i papirmassen. Dette resulterer i forand-ringer i papirporevolumet såvel som graden og utstrekningen av hår-rørene og hårrørsforbindelsene som i sin tur regulerer og fordeler gjennomtrengningen og absorbsjonen av trykksvertebærerne. Dette resulterer i forbedret trykningsmottagelighet og en bemerkelsesverdig økning i optiske egenskaper uten noen nedsettelse av arkets styrke.

Hensikten med oppfinnelsen er derfor å skaffe tilveie avispapir som inneholder syntetiske fyllpigmenter ved lave tilsetnings-mengder som forbedrer de optiske egenskaper og reduserer trykksverte-gjennomskinneligheten i arket til tilfredsstillende nivå, samt gir god arkstyrke.

Man har oppdaget at en gruppe findelte syntetiske silisiumholdige pigmenter i partikkelform kan anvendes som fyllstoffer for avispapir, katalogpapir og andre lettvektstrykningspapir og gi papiret tilfredsstillende optiske- og trykke-egenskaper ved lave pigmentmengder . uten nevneverdig nedsettelse :av arkets styrke. Disse syntetiske sili-siumhoIdige pigmenter.er hvite, amorfe stoffer.

Skjønt man kjenner mange hvite pigmenter f.eks. "fra US patent nr. 2 9^3 970, er de silisiumholdige pigmenter som er anvendbare i foreliggende oppfinnelse, hvorved også pigmenter av den type som beskrives i US patent nr. 3 085 861 kan anvendes, enestående ved at de har like morfologiske egenskaper d. vs. de er sammensatt av amorfe, sfæroide partikler. Det er kombinasjonen av deres morfologi sammen med oljeabsorbsjon, overflateareal, partikkelstørrelse, brytningsindeks og lyshet for hvert pigment som samvirker til å gi de forbedrede optiske-og trykningsegenskaper som de gir papiret.

Ifølge foreliggende oppfinnelse er det tilveiebragt et papir inneholdende 60 - 85 % treslip. med redusert gjennomslag for trykksverte, inneholdende fyllstoff og findelt silikatpigment i mengder tilstrekkelig til å gi 1 - 6 % aske, og dette papir er kjennetegnet ved at fyllstoffet er et hvitt amorft pulver med sfæroid karakter og med en par-tikkelstørrelse på 0.02 - 0.04 mikron og med et forhold mellom oljeabsorbsjon i ml/100 g og middelpartikkelstørrelse i mikron på minst 7000 og består av på tidligere dannede, kolloidale kjerner utfelt natriumaluminiumsilikat eller en fysikalsk kjemisk pigmentkombinasjon av omtrent 25 %hatriumaluminiumsilikat og omtrent 75 % hydratisert SiC^. Pigmentene kan beskrives kjemisk og/eller fysikalsk. F.eks. tilberedes et prekjernedannet natriumaluminiumsilikat med en amorf, sfæroid partikkelform ved delvis å nøytralisere et natriumsilikat med en syre, vanligvis en sterk mineralsyre så som svovelsyre hvilket silikat har et Si02til Na20 molforhold på ca. 2.5 for å danne en stabil natriumsilikatoppløsning som inneholder kolloidkjerner og med et forhold på fra 2.8 til 10.2, idet det foretrukne molforhold er fra 3 til 3.8. Etter denne forhåndssurgjøring eller prekjernedannelsestrinn ut-felles natriumaluminiumsilikatet ved å behandle det delvis nøytrali-serte silikat med alun under nøye regulerte forhold.

I dette tilfelle brukes prekjernedannelse til å definere pigmenter hvori det dannes en kolloidkjerne før utfellingen av pigmentet.

Et annet egnet pigment er utfelt, amorft hydratisert silisiumoksyd med fin partikkelstørrelse og sfæroid partikkelform. Disse sili-siumoksyder tilberedes ved å omsette et alkalimetallsilikat med en syre som spalter silikatet. Den anvendte syre danner et vannoppløselig salt med alkalimetallbestanddelene i silikatet. Reaksjonen utføres ved gradvis å tilsette til den vandige suspensjon en syremengde som er tilstrekkelig til å spalte alt silikatet som inneholdes i suspensjonen. På denne måte spaltes de fine partiklene av alkalimetallsilikatet i væskesuspensjonen fullstendig slik at det der dannes meget fine partikler av hydratisert silisiumoksydbunnfall.

Et findelt, amorft, hydratisert silisiumoksyd i partikkelform kan også fremstilles ved å behandle natriumsilikatet med et surt stoff som f.eks. karbondioksyd, saltsyre eller svovelsyre. Hvis reaksjons-forholdene reguleres nøyaktig vil det oppnås et fint partikkelformet, amorft, hydratisert silisiumoksyd med sfæroid partikkelform.

Et kompleks silisiumholdig pigment som er egnet for anvendelse 1 papir ifølge oppfinnelsen kan fremstilles ved å blande en vandig oppslemming av hydratisert silisiumoksyd, slik som beskrevet ovenfor, med en vandig oppløsning av syntetiske, utfelte, amorfe natriumaluminium-silikatpigmenter slik som er angitt i US patentene nr. 2 739 073 og nr. 2 848 3^6. Forholdene mellom de to pigmenter ligger fortrinnsvis i om-rådet av 65 - 80 vektprosent silisiumoksyd til 45 - 20 vektprosent natriumaluminiumsilikat.

Lettvektstrykningspapiret og avispapiret som fylles med de nevnte silisiumholdige pigmenter, er de som man vanligvis anvender kommersielt idag, dvs. de som inneholder minst 60 % treslip. Man anvender de som inneholder 60 - 85 % treslip og 40 - 15 % kjemisk masse. Papirvekten hvori pigmentene mest effektivt anvendes i henhold til oppfinnelsen går fra 6.81 - 18.16 kg per 500 ark 609.6 x 914.4 mm papir. Det foretrukne og mest vanlige område er 10 - 16.34 kg. (609.6 x 914.4-500). Pigmentene kan innarbeides i papiremnet ved kjente frem-gangsmåter så som før innløpskassen, i innløpskassen, ved hjelp av en dusj på maskinen eller overflatepåføring i limpressen for å gi fra 1 til 6 % askeinnhold med 1.5 - 4.5 % askeinnhold som det mest effektive sammenlignet med tidligere benyttede pigmenter.

Følgende eksempler angir typiske tilberedninger av pigmenter som er representative for typen som er egnet i foreliggende oppfinnelse. Eksempel 1

166 liter 6.93 % svovelsyre ble tilsatt med en hastighet av 6.37 liter per minutt til 948.5.liter natriumsilikat med 2.47 mol Si02til 1 mol Na20 ved 80°C i et reaksjonskar. Natriumsilikatet inneholdt 0.036 kg Na20 per liter. Silikatforholdet ble derved hevet til 3.30. Til dette medium ble det tilsatt 187.74 liter alun (A12(S01|) .14H20) som inneholdt 58.93 kg Al(SO^)^. 14H20 med en hastighet av 5.64 liter per minutt. pH-verdien i mediet var 5.5 og etter 15 minutters koking ved 8p°C var pH-verdien 5.58. Bunnfallet ble frafiltrért, tørket og malt. Det var et findelt hvitt pulver.

Eksempel 2

5753.2 liter natriumsilikat som inneholdt 2.57 mol Si02per

1 mol Na20 og inneholdt 0.24'kg silikat per liter ble tilsatt til 5753.2 liter vann ved 80°C. 7 % fortynnet svovelsyre ble langsomt tilsatt reaksjonsmassen inntil pH-verdien var 5.7- Reaksjonen ble full-byrdet ved koking i 15 minutter ved 93°C. pH-verdien var da 5.2. Det ble dannet en hvit utfelling. Produktet ble filtrert, tørket og malt.

Eksempel 3

Et hydratisert silisiumoksyd ble dannet ved å anvende karbondioksyd istedenfor svovelsyre i reaksjonen i eksempel 2.

Eksempel 4

379-54 kg kaolinleire dispergeres ensartet i 377-27 kg vann som inneholdt 0.9534 kg tetranatriumpyrofosfat som dispergeringsmiddel.

Denne dispersjon fylles i et blyforet reaksjonskar og 421.312 kg kommersiell 66° Baume svovelsyre som inneholdt 93.1 vektprosent HgSOjij, tilsettes. Under tilsetningen blandes syren nøyaktig med leire-dispersjonen og reaksjonskaret bringes opp til og holdes ved et trykk på 7 kg per cm<2>og ved 170°C, i 3 timer under fortsatt blanding. Leire-syrereaksjonsoppslemmingen avkjøles deretter og oppblandes med vann til et endelig volum på 2593 liter.

En separat vandig oppløsning av natriumsilikat som inneholder 1130.46 kg Na20.2.5Si02i et totalt oppløsningsvolum på 4712.3 liter tilberedes.

3520 liter av en 10 vektprosent natriumsulfatoppløsning bringes inn i et 22710 liters reaksjonskar og omrøres. Natrlumsilikatoppløs-ning tilsettes natriumsulfatoppløsningen mens omrøringen fortsetter. Silikatoppløsningen bringes inn i reaksjonskaret i midten parallelt med omrørerakselen og noen få minutter etter begynner tilsetningen av leire-syrereaksjonsoppslemmingen. Leire-syrereaksj onsoppslemmingen tilsettes med en hastighet som holder en alkalisk pH-verdi i reaksjonskaret under silikat-tilsetningsintervallet.

Etterat silikatoppløsningen er tilsatt fortsetter tilsetningen av leire-syrereaksjonsoppløsningen inntil pH-verdien I reaksjonsmassen blir sur. Etterat leire-syrereaksjonsoppslemmingstilsetningen er full-ført, kokes reaksjonsoppslemmingen under omrøring.. En reaksjonsmasse-temperatur på 60° - 71°C holdes under utfellings- og reaksjonsperiodene.

En oppslemming som inneholder 11.35 kg av reaksjonsproduktet blandes med en oppslemming som inneholder 34.05 kg av produktet i eksempel 2. Det blandede pigment isoleres og inneholder en kombinasjon av hvite pigmenter som omfatter 75 % hydratisert silisiumoksyd og 25 % syntetisk natriumaluminiumsilikat.

Andre syntetiske sillsiumholdige pigmenter av tilsvarende morfologi er brukbare uten hensyn til hvilken måte de er tilberedt på.

Por å. illustrere de forbedrede optiske egenskaper som avispapir og lettvektstrykningspapir har fått ved hjelp av disse silisiumholdige pigmenter, ble det foretatt prøvetrykking på 203.2 x 203.2 mm håndark som besto av 65 % sydstat-treslip og 35 % bleket sydstat-kraftmasse. Utgangsvekten på emnene ble holdt på 14.53 kg (609.6 x 914.4 - 500). Pigment-tilsetningen ble regulert til å gi tre askeinnhold ca.

2, 4 og 6 % og arkene ble kalandrert før prøven.

Følgende fremgangsmåte ble fulgt under tilberedningen og prøv-ingen av håndarkene idet man anvendte følgende råmasse:

Halvbleket treslip - 65 %

Bleket kraftmasse - 35 %

Krystallfiolett fargestoff - 0.002 %

Alun til en pH-verdi av 4.5

Den blekede kraftmasse ble raffinert til en kanadisk frihet

på ca.; 475 ml før blandingen med treslip. Ark ble presset på en Williams presse og lufttørket over natten i 203.2 x 203.2 mm tørkerammer ved 25°C og 50 % relativ fuktighet. Arkene ble kalandrert og bedømt på følgende måte:

1. Optiske egenskaper

TAPPI lyshet - TAPPI standard fremgangsmåte T-452-M-58

TAPPI opacitet-TAPPI standard fremgangsmåte T-425-M-60

2. Trykningsegenskaper

Prøvearkene ble trykt på filtsiden med en Vandercook Universal nr. 1 korrekturpresse idet man anvendte en fast plate som var svertet med høyhastighetsavispapirsverte. De trykte emner ble prøvet for grad av svertegjennomtrengning og trykningsintensitet. Begge disse egenskaper ble fastslått i henhold til Larocque's ligning.

™j.j.i• i i ■ i i -.nn Refleks fra trykt overflate , on Prosent tryknmgskvalitet = 100 * Refieks fra ikke-trykt overflatex 100

Prøvene ble utført på en hel trykkeflate. Den trykte side ble brukt til å bestemme tryknings- eller fargeintensitéten og baksiden til å male graden av svertegjennomtrengning. Refleksmålingene ble utført med et G.E. lyshetsmeter i en avstand av 457 mm.

Trykkeprøvene ble utført ved 25°C og 50'? relativ fuktighet

på en Universal nr. 1 Vandercook korrekturpresse og en 87.9 x 177.8 mm

avistrykkplate som var montert i typehøyden. Med underlaget nesskåret

0.1 mm og platen anbragt 23.3-mm, vil underlaget og platen møtes i et "kyss" trykk. Den massive del av platen, et område på 87.9 x 76.2 mm,

ble brukt til å måle trykningsegenskapene. Pressen ble regulert slik at alle arkene ble trykt med et 0.1 mm trykk. Alle ark ble veiet før og etter trykkingen.

Trykningsbedømmelsen ble utført med en sverte-opptaging som tilsvarer 2.0 g per m 2 for den kompakte del. Denne spesielle sverte-oppsugning ble valgt fordi synlig gjennomtrengningsverdier som man fikk med dette svertenivå falt innenfor et område som var rapportert av et antall avistrykkerier. Andre sverteopptagsverdier kan brukes til å gi de samme relative resultater.

Man fant at ca. 1.75 ml sverte tilført svertefordelingssyste-met frembragte en svertefilm som tilsvarte 2 g per m p. På grunn av variasjoner i mengden av sverte som tas opp av papiret som inneholder forskjellige pigmenter, var det dog nødvendig å tilføre 1.5 ml, 1.75 ml og 2.0 ml sverte til svertebeholderen for å fremstille den ønskede 2 g per m svertefilm1alle tilfeller.

En annen fremgangsmåte for sammenligning av pigmentenes inn-virkning på papirers optiske- og trykningsegenskaper, er å trykke arket som inneholder forskjellige mengder pigmenter med tilstrekkelig sverte til å gi en sort refleks på 90 %.. og så sammenligne gjennomslagsverdiene for de forskjellige askeinnhold.

Dataene i tabellene I og II indikerer at amorfe, sfæroide, syntetiske silisiumholdige pigmenter av den samme klasse når det gjelder morfologi, farge, partikkelstørrelse og partikkelform, viser utmerkede trykningsmottagelighet og tilhørende papiregenskaper når de brukes i avispapirtype råmaterialer ved lavt tilsetningsnivå.

Titandioksyd gir på grunn av dens høye brytningsindeks og opacitet gode optiske egenskaper til avispapir, men har dårlige gjennomslagsegenskaper.

De optiske egenskaper som avispapir får av pigmentene som er anvendt i oppfinnelsen kan med fordel sammenlignes med tidligere pigmenter som er anvendt på samme område, idet de i sin alminnelighet er bedre enn både leire og diatoméjord og er like god som natriumaluminiumsilikat. Trykningsegenskapene som kan tilskrives pigmentenes struktur er overlegen i forhold til tidligere kjente pigmenter spesielt når det gjelder gjennomslagsegenskaper. Pigmentenes trykningsintensitet gir i virkeligheten umerkbare forskjeller for det blotte øye, skjønt de synes å skille seg ut merkbart numerisk.

Gjennomslagsegenskapene for pigmentene som er anvendt i oppfinnelsen er når man sammenligner dem med tidligere anvendte pigmenter ved samme sorte refleksjon, bemerkelsesverdig overlegne,, hvilket indikerer at gruppen pigmenter som tilhører klassen med de spesielle morfologiske egenskaper er enestående i deres virkning på avispapir. Avispapir og andre lettvektstrykningspapirer viser en total overlegenhet når det gjelder optiske egenskaper og trykningsegenskaper når de fylles med disse pigmenter.

Claims

Papir inneholdende 60 - 85 % treslip med redusert gjennomslag for trykksverte, inneholdende fyllstoff og findelt silikatpigment i mengder tilstrekkelig til å gi 1 - 6 % aske,karakterisertved at fyllstoffet er et hvitt amorft pulver med sfæroid karakter og med en partikkelstørrelse på 0.02 - 0.04 mikron og med et forhold mellom oljeabsorbsjon i ml/100 g og middelpartikkelstørrelse i mikron på minst 7000 og består av på tidligere dannede, kolloidale kjerner utfelt natriumaluminiumsilikat eller en fysikalsk kjemisk pigmentkombinasjon av omtrent 25 % natriumaluminiumsilikat og omtrent 75 % hydratisert SiOn.