NO127412B - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte ved elektrostatisk belegning

av et cellulosefibermateriale, særlig papir,

med partikler i pulverform.

Denne oppfinnelse angår generelt fremstilling av arkfor-met materiale basert på cellulose, så som papir og papp, for å frembringe produkter hvis overflateegenskaper etter valg blir endret ved elektrostatisk påføring av tørr partikkel formig stivelse på det fuktige fiberformige cellulose-arkmateriale, slik som det f.eks. foreligger i en Fourdrinier-maskin.

Ved fremstillingen av papir- og papp-produkter er det viktig å tilpasse de fysikalske egenskaper for produktet etter den påtenkte anvendelse.. Av- denne grunn er det utviklet mange forskjellige prosesser og teknikker for å forbedre og regulere de forskjellige fysikalske egenskaper ved forskjelligé papir- og pappark eller baner. Blant de egenskaper som er av viktighet, kan nevnes: Styrke, stivhet, glatthet, porøsitet og tendens til å absorbere eller motstå inntrengning av forskjellige fluida, så som vann, olje,

voks og blekk eller trykksverte.

Når det gjelder trykkpapir, f.eks. avispapir, er en av

de mest viktige egenskaper den såkalte overflatefasthet (pick resistance). Denne er et mål for hvor lett eller vanskelig overflatefibre kan fjernes fra den øvrige del av arket, og er derfor et mål for overflåtestyrken. Under trykkeoperasjonen blir trykksverte avsatt på overflaten av arket ved hjelp av en trykkplate eller - i tilfelle av offsettrykking - av en gummi-overføringspla-te eller -valse. Når arket blir fjernet fra platen e.l., er det en tilbøyelighet til at de frie eller løse eller utilstrekkelig bund-ne overflatefibre rives ut fra overflaten av arket og blir tilbake på platen eller valsen. Økning av den hastighet med hvilken arket fjernes fra platen eller valsen, forsterker i høy grad overflate-fibrenes tendens til å rives ut fra arket. på lignende måte vil anvendelse av trykksverter med større vedheftning eller klebrighet, hvilket er nødvendig ved flerfargetrykk, også i høy grad forsterke denne tendens til utrivning av fibre. i ekstreme tilfelle blir partier av arkets overflate faktisk fjernet av trykkplaten og etter-later en merkbar ujevnhet i overflaten, hvilket er overordentlig skadelig for utseendet av det trykte området» I mindre alvorlige tilfelle kan individuelle fibre bli fjernet fra arkets overflate og oppsamles så på trykkplaten eller -valsen. Når tilstrekkelig meget av disse fibre er oppsamlet, vil det forstyrre trykksverte-fordelingen, og resultatet er et flekket eller året og ujevnt trykket område. Det blir da nødvendig å stoppe driften og rense pres-sen, og denne operasjon er både tidkrevende og kostbar.

Når papiret skal anvendes med trykksverter som tørker

ved absorpsjon, får papirprodusenten et vanskelig problem. F.eks. blir avispapir nesten alltid trykket med trykksverter som tørker ved absorpsjon. Overflaten av slikt papir må derfor ikke bare være sterkt, men må også være porøst, slik at bærestoffet eller væsken i trykksverten absorberes og derved tørker. Mens indre styrke og stivhet er av primær viktighet når det er tale om papp,

er overflateegenskapene også av betydning hvis det skal trykkes på pappen.

Ved de vanlige metoder for påføring av stivelse, blir denne påført enten i det indre eller som en sammenhengende film på overflaten av arket. Dette kan utføres ved hjelp av mange.

forskjellige kjente fremgangsmåter, nemlig:

1. Tilsetning til den uttynnede f iber.suspens jon , vanlig-

vis kjent som massesuspensjon, forut for innføringen av denne i papirmaskinen.

2. påføring på papirhanen under dannelsesprosessen på papirmaskinens wireparti ved hjelp av vannspruter, eller ved en lignende påføring på dandy-valsen, som så overfører den til papiroverflaten.. 3. <p>åføring på undersiden av den papirhane som er under dannelse, ved hjelp av. vannspruter som er rettet oppad gjennom den formende wire mot bunnen eller, undersiden av arket. 4. <p>åføring av eller mellom guskpre.ssene eller presse-sylindrene ved hjelp av passende fordelingsinnretninger. 5. <p>åføring ved limpressen mellom tørkesylindrene i papirmaskinens tørkeparti.

6. Påføring på papirmaskinens kalander-valser.

Hver av disse metoders evne til å påføre stivelse på papirarket, avhenger av mange faktorer som innbefatter betingelser som foreligger i papirmaskinen, arten av utgangsark,.de egenskaper som ønskes i det ferdige ark, og egenskapene ved det stivelsespro-

dukt som anvendes. Ved passende kjemisk behandling.kan f.eks. en stivelse for tilsetning til massesuspensjonen•ha en kationisk lad-

ning som gjør at den blir direkte.absorbert av papirfibrene og bevirker at den blir holdt på arket eller papirbanen i stedet for å forbli i det vann som fjernes fra papirbanen under avvanningspro-sessen. Ved de såkalte overflatepåføringer blir på lignende måte de reologiske egenskaper av stivelsen vanligvis endret og regulert for å gjøre det. mulig for :stivelsen å utføre den ønskede funksjon på bedre måte.

Imidlertid har alle de forannevnte metoder for stivel-sespåføring ulemper som henger sammen med manglende jevnhet, uef-fektiv bruk av stivelse, ugunstige økonomiske forhold på grunn av kostbart, nødvendig, utstyr.,, behov for førsteklasses kvalitet av sterkt modifiserte stivelser og krav om kokning av stivelsen før anvendelsen. Disse ulemper er særlig fremtredende ved overflateliming av papir eller papp som det skal trykkes på, spesielt når det skal anvendes trykksverter av absorpsjonstypen. Hvis stivel-

sen blir påført som et overflatebelegg med en tilstrekkelig meng-

de til å øke overflatestyrken (overflatefastheten), vil overfla-

ten kanskje ikke være så absorberende som ønskelig.

I motsetning til dette er foreliggende oppfinnelse spesielt rettet mot modifikasjonen av overflateegenskapene av et fiberformig absorberende cellulosearkmateriale, og den angår mer spesielt overflateliming av papir, så som avispapir. På denne måte kan overflatestyrken, f.eks. overflatefastheten, økes betydelig uten nevneverdig reduksjon av papirets evne til å absorbere de trykksverter som anvendes. Et trekk ved oppfinnelsen er evnen til i markert grad å endre overflateegenskapene av fiberformig cellulosearkmateriale med et minimum av stivelsestilsetning.

Denne oppfinnelse angår nærmere bestemt elektrostatisk påføring av tørt stivelsespulver på den våte bane av fiberformig cellulose-arkmateriale som dannes under fremstillingen av papir. Stivelsen samvirker med vannet i den våte bane, slik at den på vedheftende måte knyttes til overflatefibrene i banen, slik at når banen blir avvannet, vil overflatefibrene bli bundet til ho-vedmassen av papir. Dette forbedrer den omtalte overflatefasthet av trykkpapir. Anvendelse av elektrostatiske krefter for påføring av tørre stivelsespartikler har mange fordeler inkludert den used-vanlig moderate vektdel av stivelse som kreves for å øke overflåtestyrken av papiret sammenlignet med forskjellige andre metoder til innføring av stivelse i papir.

For å sette denne oppfinnelse i sitt riktige perspektiv kan det være til hjelp å sammenligne den med metoder som allerede er kjent innen papirfremstillingsteknikken. Den konvensjonelle metode består i å innblande stivelsen i massesuspensjon. Denne metode krever imidlertid stivelse som er egnet til å bli dispergert i massesuspensjonen, og slik stivelse er kostbar. Videre vil den stivelse som innføres ikke nødvendigvis bli henført til overflaten av papiret der hvor den trengs, og store mengder av stivel-

se går tapt i bakvannet. Den stivelse som går tapt, representerer en økonomisk belastning, og stivelsen i bakvannet bevirker sterk forurensning av vassdrag.

I en annen vanlig metode blir papiret tørket og deretter påført lim. Denne metode krever fornyet fuktning og gjentatt tør-king av papiret. Det er også vanskelig å redusere den anvendte mengde stivelse.. Omkostningene og den unødvendige termiske forurensning som oppstår ved denne metode, representerer alvorlige ulemper for dennes anvendbarhet.

Det kunne forsøkes å påføre tørt pulverformig stivelse

på vått papir-, men stivelsen har en tendens til å føres bort fra

den våte banen på grunn av den luftstrøm som følger med papiret som beveger seg; Stivelsespulver er meget finfordelt og lett,

og det ikke bare blåser lett bort, men det danner dessuten en eksplosiv blanding med luft. Hvis påføringssonen for stivelsespartikler er tett kapslet, vil stivelsespulveret sirkulere innen-

for kapslingen hvor det er høy fuktighet på grunn av vanndamp fra den våte bane, hvilket bevirker at stivelsespartiklene hefter til hverandre og til kapslingen. Denne metode ville utvilsomt resul-

tere i en tilfeldig stivelsespåføring på den våte bane i form av store agglomererte stivel sesklumper som ville ødelegge overflaten av banen og som ville medføre ujevn dekking av overflaten av banen.

En annen metode går ut på å fordele stivelsen i vann,

slik at det fremkommer en stivelsesoppslemming. Denne oppslemming sprøytes på den våte bane. Ved denne metode tlir stivelsen ikke jevnt fordelt på banen, og vannspruten har en tilbøyelighet til å

bryte opp den ømtålige bane. Videre kreves det store mengder vann for å danne oppslemmingen, hvilket avstedkommer en øket belastning på de presser og tørkeinnretninger som anvendes for å avvanne banen.

I motsetning til alle de ovenfor angitte kjente metoder

går foreliggende oppfinnelse ut på å utnytte elektrostatiske kref-

ter til å adskille stivelsespartiklene fra hverandre og derved for-hindre agglomerering av disse. Videre bevirker de elektrostatiske krefter at stivelsespartiklene trenger gjennom luftstrømmen ved den våte bane som er i bevegelse, for på en myk måte å bringe stivelsespartiklene mot overflaten av banen uten å ødelegge denne. Innførin-

gen av stivelsespartiklene i overflaten av banen reduserer i betyde-

lig grad den mengde stivelse pr. overflateenhet av banen som er nødvendig for selektivt å modifisere overflateegenskapene av banen for derved å oppnå meget betydningsfulle økonomiske besparelser.

Nærmere angivelser av oppfinnelsen samt de nye og særeg-

ne trekk ved denne er opptatt i patentkravene.

Oppfinnelsen blir illustrert i det følgende under henvis-

ning til typiske utførelsesformer vist på tegningene, hvor:

Fig. 1 er et perspektivriss som viser en konvensjonell papir-

maskin, omfattende en anordning for påføring av elektrostatisk ladede partikler på papirbanen og

Fig. 2 er et delvis skjematisk riss som viser noen alternativer

med hensyn til den elektrostatiske påføring av stivelses- . partiklene på papiret.

Typiske utførelsesformer for prosessen eller fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse kan bedre bli forstått ved betraktning av tégningsfigurene. Det henvises først spesielt til fig. i, hvor henvisningstallet 10 generelt angir en Fourdrinier-maskin, omfattende en innløpskasse 11, en skumlineal 12, en bryst-valse 13, registervalser 14 og en guskvalse 15 rundt hvilken wiren 16 føres. En konvensjonell dandy-valse kan anvendes om det er ønskelig, men en slik valse er ikke vist på tegningen. De konvensjonelle sugekasser er angitt med henvisningstallet 17. Når den nettopp dannede, våte papirhane forlater wiren 16, føres den til pressene, hvor pressevalsene eller -sylindrene er betegnet med tallet 18 og filten som fremfører partiet, er betegnet med de respektive henvisningstall 19, 20 og 21.

Papiret P, som opprinnelig avgitt fra innløpskassen 11 til wiren i nærheten av brystvalsen 13, består for det meste av vann, og vanninnholdet blir gradvis redusert ved drenering og deretter ved sugning til et nivå på omkring 80 % i nærheten av guskvalsen 15. Etter at papiret forlater guskvalsen blir det ført til et pressparti hvor pressvalsene 18 samvirker til ytterligere å presse ut vann fra papirbanen for å redusere papirets vanninnhold videre og for ytterligere å øke den indre styrke av arket. Til slutt blir den delvis avvannede bane ført til tørkesylindrene D

som reduserer arkets fuktighet ytterligere til det nivå som er ønsket i det ferdige produkt.

Fig. 1 viser skjematisk en utførelsesform for oppfinnelsen, ved hvilken de elektrostatisk ladede stivelsespartikler blir påført på den øvre eller filt-siden av papiret P før papirbanen blir ført mellom det første parpressvalser 18. Som det ses av figuren, blir stivelsespartiklene tilført som angitt med pilen 22, gjennom en fordelingskanal 2 3 og så gjennom rør 24 til fordelingshoder 25 som er plassert over overflaten av papiret P. En dosert mengde av finfordelt stivelse blir blåst inn, spredd ved hjelp av fordelingshodene 25, og partiklene blir elektrostatisk ladet for derved å danne en jevn sky av stivelsespartikler i kammeret 26, hvilke stivelsespartikler avsetter seg på papiret P som følge av deres elektrostatiske ladning, slik som beskrevet ovenfor.

Anordningen for påføring av stivelse kan plasseres på forskjellige steder langs forløpet av Fourdrinier.-wiren„ Den kan plasseres mellom eller i stedet for et av settene av pressvalser, eller den kari plasseres mellom den siste pressvalse og tørkepartiet. Likeledes kan anordningen vendes om og anvendes for elektrostatisk påføring av stivelsespartikler på den nedre overflate eller wiresiden av papiret, slik som angitt ved pilen 32. Oppfinnelsen er ikke begrenset til anvendelse på en papirmaskin av Fourdrinier-typen, men er like fordelaktig på maskiner av sylindertypen eller andre typer.

På fig. 2 er det vist påføring av stivelsespartikler på begge sider av den våte papirbane P, mens denne beveges gjennom enten et vertikalt eller et horisontalt forløp som kan opptre når papirbanen beveger seg mellom nærliggende par av pressvalser 18. Som illustrerende eksempel er det på den ene side av det i verti-kal retning løpende, våte papir vist et fluidisert forråd eller bord 33 med elektrostatisk ladede stivelsespartikler, hvor henvisningstallet 34 angir en sky av stivelsespartikler som på elektrostatisk måte blir transportert ut av det fluidiserte forråd 33 og til berøring med wiresiden av det våte papir. En annen konstruk-sjon for påføring av stivelsespartiklene ad elektrostatisk vei til det vertikalt førte papir er vist for påføring på filtsiden av papirbanen. Her er konstruksjonen skjematisk angitt i form av et skråplan 35 som blir vibrert som angitt med den dobbelte pil 36, slik at en dosert mengde av partikler blir bragt til å falle jevnt inn til nærheten av papirbanen fra den nedre ende av skråplanet 35, hvor den elektrostatiske ladning på partiklene danner en sky 37 i hvilken stivelsespartiklene blir ført elektrostatisk til berøring med det våte papir.

Som vist, kan elektrostatisk avsetning eller påføring

av stivelsespartikler eller -korn i doserte mengder fra en posisjon over eller under den våte materialbane bli oppnådd på forskjellige måter, idet anvendelsen av en skråttstilt flate som vibreres for å mate frem stivelsen og opplades for å lade stivelsen, er mulig, hvilke konstruksjoner er vist i US-patent 2 748 018. Anvendelsen av sprøytepistoler for å sende eller sprøyte doserte mengder av elektrostatisk ladede partikler er å foretrekke, hvilke appara-ter er kommersielt tilgjengelige og er beskrevet i en brosjyre, betegnet "Ransburg Electrostatic Powder Coating", publisert i 1966. Disse konstruksjoner kan også anvendes til å påføre stivelsen på papiret når dette beveges gjennom et vertikalt forløp, i hvilket tilfelle tilførselen av uladede partikler meget vel kunne føre til at ingenting i det hele tatt ble avsatt på. papirets Når ladningen påtrykkes, vil de elektrostatiske bevegelses- eller overførings-

krefter igjen styre strømningshastigheteh<*> og' -mengden av materia- ■•' let så vel, som avsetningen av partiklene på papiret. I den foretrukne situasjon, blir de.partikler som sendes mot papiret eller bringes til å falle mot dette, oppladet, men uoppladede partikler kan også anvendes og opplades på veien mot papiret, hvilket kan utføres ved å føre dem gjennom et elektrostatisk felt.

Ved tilførselen av stivelse i doserte mengder er det praktisk å fluidisere de tørre stivelsespartikler med luft, og den således dannede dispersjon blir blåst til fordelingshodene,

men det er også mulig å anvende andre tilførsels- eller fremfø-ringsmidler, f.eks. en skruetransportør, eller en tyngdekraftma-

tet venturipumpe.

Påføringen.av stivelsespartikler i henhold til denne oppfinnelse kan utføres på den ene eller begge sider av papiret.

Som tidligere angitt, innbefatter den foretrukne utførelse av oppfinnelsen påføring av stivelsen på den øvre eller filtsiden av papirbanen» Det skal bemerkes at wiresiden av papirbanen vanlig-

vis er meget sterkere enn filtsiden, slik at - og spesielt i avis-papirindustrien - det er tilstrekkelig å modifisere og forsterke bare filtsiden av papiret for å avstedkomme et tilfredsstillende produkt. På den annen side - og ved fremstilling av papir av fi-nere kvaliteter - kan det meget vel være ønskelig å påføre stivelsespartiklene på begge sider av papirbanen, og dette er det mulig å gjøre.

Graden av tilknytning eller sammenheng mellom nærliggen-

de molekyler i det naturlige stivelseskorn er tilstrekkelig til å bevirke at et slikt korn er forholdsvis uoppløselig og upåvirke-

lig av vann» Under innvirkning av varme blir disse intermolekylæ-

re bindinger utløst og til en viss grad erstattet av stivelsesmole-kylene i tilknytning til det omgivende vann. De opprinnelig tet-te, harde stivelseskorn oppsuger vann og sveller til mange ganger sin opprinnelige størrelse. Svellingen øker når oppvarmingen blir øket eller fortsatt, og til slutt vil kornene brytes opp eller deles og bevirker dannelse av en jevn dispersjon av hydratiserte stivelsespartikler som. vanligvis betegnes som en pasta eller et klister. For å virke som et klebemiddel i cellulosestrukturer er det ikke av avgjørende betydning at stivelséskornene blir fullstendig gelatinert med fullstendig kornbrudd. Når stivelse er delvis svellet,, er det i stand til å knyttes til overflatene av cellulosefibre. Den stivelse som anvendes ved denne-oppfinnelse,

bør være følsom eller påvirkbar av fuktighet i en slik grad at den enten lett hydratiséres ved berøring med vann ved normale rom-temperaturer eller er i stand til å bli hydratisert eller i det minste delvis svellet under de fuktighetsbetingelser og tempera-turforhold som hersker i arket når det passerer gjennom tørkepar-tiet i papirmaskinen.

Stivelsespulveret for elektrostatisk påføring kan være ugelatinert, kornformig stivelse, forgelatinert stivelse, så som trommeltørket stivelse eller en blanding av kornformig stivelse og forgelatinert stivelse. For bruk i en kontinuerlig papirma-

skin er imidlertid spesielt gode resultater oppnådd når stivelse spul veret består i hovedsaken av ugelatinert stivelseskorn. Med kornformig stivelse som er tørr når den påføres (bortsett fra nor-mal indre fuktighet) blir enhver tilbøyelighet i den påførte stivelse til å bevirke vedheftning på valsene i papirmaskinen, redusert til et minimum, mens det samtidig blir meddelt tilstrekkelig vedheftende egenskaper til stivel seskornene under tørkeoperasjonen til å øke overflatestyrken og overflatefasthetén„ Skjønt graden av gelatinering av den kornformige stivelse vil avhenge av gelatineringstemperaturen for stivelsen i forhold til temperaturen av banen i tørkepartiet av maskinen, kan gelatinerings- og tørketem-peraturene lett avpasses etter hverandre, slik at stivelsen bare blir delvis gelatinert under varmetørkeoperasjonen, hvor stivelse skornene blir bragt til vedheftende forhold til overflatefibre-

ne , mens de beholder sin kornformige struktur. Når det anvendes forgelatinert stivelse, vil den påførte stivelse absorbere vann og vil også bringes til vedheftende relasjon til overflatefibrene under tørkeoperasjonen og anvendelse av forgelatinert stivelse gjør prosessen uavhengig av tørketemperaturen og bidrar til en mer ut-strakt oppløselighet av stivelsespartiklene, slik at en mer kontinuerlig overflatebehandling kan bli oppnådd.

Den gelatineringstemperatur som omtales i foregående avsnitt, blir målt ved å opptegne viskositeten.av en oppslemming av ugelatinert stivelse i vann i forhold til temperaturen, hvor de resulterende kruver viser en økt viskositet så snart det oppnås en temperatur ved hvilken stivelsespartiklene oppsuger fuktighet og sveller. Det vil være åpenbart at den stivelse som anvendes ifølge oppfinnelsen, bør ha en gelatineringstemperatur som er tilstrekkelig lav i forhold til de temperaturer som opptrer ved dan-: nelsen av papiret eller:andre cellulosebaner, slik at den påførte stivelse i det.minste .delvis vil gelatinere, slik at.den får :et .. vedheftende forhold til fibrene i banen. Ved.den foretrukne utfø-reise av oppfinnelsen blir stivelsespartiklene påført ugelatinert,

og gelatineringstemperaturen for. stivel sen ligger høyere enn.tem<p>e-^' råturen av vannet i banen. På denne måte og når temperaturen blir økt i tørkepartiet av papirfremstillingsprosessen, blir stivelsespartiklene delvis gelatinert og blir ikke brudt eller oppdelt, slik at det frembringes svellede vedheftende partikler som bibeholder sin partikkel form i det endelige produkt, hvorved de fibre som be-røres av de svellede stivelsespartikler, kan være vedheftende i forhold til hoveddelen av arket uten å la stivel sesmaterialet bli dispergert for å redusere absorbéringsevnen for arket.

Under, utførelse ay denne oppfinnelse er fuktighetsinn-holdet av papirbanen. ved påføringsstedet for stivelsespartiklene forholdsvis mindre viktig for operasjonen ifølge oppfinnelsen enn balansen mellom fuktighet og temperatur.i tørkepartiet når denne fuktighet fjernes. Som vist i eksemplene nedenfor, kan banens fuktighet på det tidspunkt stivelsen blir påført, varieres mellom vide grenser, mens. det fremdeles blir oppnådd, tilfredsstillende egenskaper i arket. Mer spesielt kan det anvendes et fuktighetsinnhold fra 25-95 vektprosent vann eller mer, men det foretrekkes at banens fuktighetsinnhold på det tidspunkt da stivelsen påføres,

er i det minste omkring 45 vektprosent, fortrinnsvis over 60 vekt- . prosent. Dette er på grunn av at fuktighetsinnhold på 45 % eller mer gir større mulighet for de påførte stivelsespartikler til å oppsuge fuktighet og svelle for å avstedkomme de ønskede vedheftende egenskaper eller betingelser.: Den elektrostatiske påføring av stivelse på overflaten av en papirhane er ledsaget av helt særegne fordeler, sammenlignet med tidligere kjente metoder, og på den annen side er mange av. u-lempene ved de tidligere kjente metoder i merkbar grad eliminert ved fremgangsmåten ifølge foreliggende, oppfinnelse ...

Ved tidligere prosesser som innbefatter tilsetning av stivelse til papirmassesuspensjonen forut for banedannelsén, blir stivelsen i det-resulterende ark.fordelt -gjennom hele. tykkelsen av. papirbanen,' og meget om ikke mesteparten av stivelsen har følgelig ikke noen nevneverdig virkning med hensyn til forbedring av arkets overflateegenskaper. På lignende måte er det når stivelsen blir kokt for å danne en pasta, som er vanlig praksis, hvor stivelsesmaterialet blir dispergert eller fordelt gjennom" hovedmengden eller tykkelsen av banen, slik at det er dårlig plassert sett fra det synspunkt at overflateegenskapene skal påvirkes. I denne disper-.gerte tilstand reduserer stivelsesmaterialet betraktelig banens absorpsjonsevne. pette er situasjonen ved såkalte overflatelim-påføringer, hvor en betydelig del av den påførte stivelse vandrer ned gjennom mellomrommene mellom fibrene inn i hoveddelen eller det indre av arket.

I slike tilfeller som omfatter valsepåføring av stivel-

sen på en papiroverflate, er rheologien av stivelsesmaterialet vanligvis slik at det påføres en flekket eller ujevn limfilm, og ujevne overflateegenskaper er resultatet.

Ved anvendelse av vannspruter for påføring.av stivelse

på arkoverflaten er det nødvendig å bruke et betydelig kvatum vann i det utsprøytede materiale for å forbedre fordelingen og holde vis-kositeten på det nødvendige lave nivå. Følgelig må det brukes et. uønsket stort vannvolum, og dette vann må fjernes under etterføl-gende operasjonstrinn som medfører en økt belastning på pressene og/eller tørkesylindrene. Videre - og spesielt når banen er svak - kan kraften fra vannspruten forstyrre eller skade banen, og dette er spesielt tilfelle når det fremstilles avispapir. Videre har sprutdråper en tilbøyelighet til å påføre stivelsespartiklene som ujevne ansamlinger eller hauger. Det er interessant å legge merke til, spesielt når det avsettes ugelatinerte stivelsespartikler, at disse er meget små og trenger gjennom de mellomliggende åpninger eller hulrom mellom papirfibrene, slik at mange av de avsatte partikler ikke er i stand til direkte å bidra til overflateegenskaper.

De partikler som blir liggende i hauger på overflaten, har tilbøye-lighet til å vokse sammen med hverandre når det tilføres varme, i stedet for direkte å. tjene til å binde overflatefibrene til hoved-massen av papirbanen.

Påføring av et tørt pulver på en våt papirhane ved mekanisk fordeling har vært foreslått, men har ikke vært gjenstand for kommersiell utvikling. En slik prosess ville være av tålsom verdi på grunn av den sterke luftturbulens som eksisterer ved. overflaten av en hurtig fremført bane. Dette kunne skape et alvorlig støv-problem som ikke kunne,bringes,under kontroll ved hjelp av. praktis-

ke midler og ville således resultere i et betydelig pr.odukttap... I tillegg til dette er spredningsforholdene ved pulveret som sprøytes mekanisk, slike at jevn påføring i.virkeligheten er umulig. Hvis en slik metode ble anvendt på stivelse, ville støvdannelseh avsted-.

komme fare for forurensning og eksplosjon. Videre ville stivelses-pulverets tendens til å avsette seg i ansamlinger eller hauger, an-tagelig, gi en ujevn* og flekklignende virkning, og heller ikke her er det noe som hindrer små partikler av ugelatinert stivelse i å

trenge inn i banen, hvilket er lett å forstå når det tenkes på at de ugelatinerte stivelsespartikler vanligvis ikke er større, men ofte mindre enn diameteren av de papirfibre som danner banen.

Faktum er at det i den senere tid er funnet at påføring

av vandige stivelsesdispersjoner på et papirark inneholdende bare 15-20% fuktighet, bevirket at arket ble fullstendig gjennomtrukket,

I motsetning til dette påføres ifølge oppfinnelsen stivelsespulve-

ret på ark inneholdende meget mer fuktighet uten noen merkbar inntrengning i banen.

Den elektrostatiske påføring som anvendes ifølge denne oppfinnelse, til avsetning av stivelse på overflaten av en papir-

hane , blir ikke i merkbar grad påvirket av turbulensen i den luft som befinner seg nær wiren. Prosessen er fri for støv, og tilnær-

met all stivelse blir avsatt på banen. I tillegg til dette vil de ladede partikler som.er i bevegelse mellom fordelingsutstyret og papirbanen, frastøte hverandre slik at det ikke er noen tilbøyelighet til at disse danner agglomerater eller klumper, og den resulteren-

de sky av materiale er overordentlig jevn og avsettes på arkover-

flaten på jevn måte.

De elektrostatisk ladede stivelsespartikler blir tiltruk-

ket til den våte papiroverflate, og denne tiltrekning er i stand til effektivt å overvinne den turbulens som frembringes av luften som beveges langs den hurtig fremførte bane. De avsatte stivelsespartikler blir på overflaten av papiret, og det antas å være en selektiv avsetning av stivelse på de fibre som stikker over overfla-

ten av arket. Dette er de fibre som har størst tilbøyelighet til å rives ut og fjernes av den svertede overflate under trykkeoperasjonen. Det antas at dette fenomen, selektiv avsetning på avgjøren-

de viktige partier av banen, bidrar til. de uventede og merkbart forbedrede arkegenskaper som er resultatet av anvendelse av meget lave verdier eller små mengder av elektrostatisk påført stivelse.

Det er også helt uvanlig, og uventet å oppnå en forbedring av ark-egenskapene av den størrelse som er observert méd den grad av observert moderat svelling av stivelse i ark behandlet i henhold til denne oppfinnelse. Igjen kan dette - skyldes det faktum at stivel-

sen forblir på overflaten, slik at partikkeloppbrytriing ikke er

nødvendig for å bringe stivelsesmaterialet til vedheftende relasjon i forhold til overflatefibrene. En mikroskopisk undersøkel-se av jodpåførte ark fremstilt ved prosessen ifølge denne oppfinnelse, indikerte at stivelsespartiklene forblir på overflaten at-skilt fra hverandre og blir svellet til vedheftende tilknytning til overflatepapirfibrene for å avstedkomme en diskontinuerlig binding som øker styrken av arkets overflate uten å danne en kontinuerlig film som ville redusere arkets absorpsjonsevne. Det viser seg at utnyttelsen av stivelsen blir betydelig forbedret da bindingen finner sted på avgjørende viktige punkter. Fordelingens jevnhet kan finnes- mikroskopisk ved å sammenligne antallet av stivelsespartikler pr. arealenhet over forskjellige deler av papiroverflaten , idet stivelsespartiklene selvsagt ved mikroskopisk betraktning ikke er arrangert i et regelmessig mønster. Denne jevnhet kan også observeres visuelt, idet enhver agglomerering av stivelse på papiroverflaten ville resultere i feil som kan iakttas med et øvet øye. Mikroskopisk undersøkélse av jodpåførte produkter kan bekvemt utføres ved 100 gangers, forstørrelse.

Ved utførelse av denne oppfinnelse kan mengden av på-ført stivelse varieres betydelig, mens det fremdeles blir oppnådd noen fordeler ifølge oppfinnelsen. Imidlertid blir resultatene op-timale méd minst mulig omkostninger ved påføring av en forholdsvis liten mengde stivelse, så som 0,1-0,5 g stivelse pr. m 2behandlet overflate. Mer generelt kan fremgangsmåten ifølge denne oppfinnelse anvendes for påføring av fra 0,1 til 2,5 g stivelse pr. m 2 av overflaten. De resultater som blir oppnådd med denne oppfinnelse, synes å ha et optimum med minst mulig omkostninger i området fra omkring 0,2 til 1,0 g stivelse pr. m 2 av o*verflaten.

Stort sett kan partikkelstørrelsen variere innenfor området fra 40 til 300 mesh , og endog mindre partikler kan det være ønskelig å anvende. Fortrinnsvis er partikkelstørrelsen 80 mesh eller mindre. I virkeligheten kan partikler med en gjennomsnittlig diameter på 1/5 til 1/10 av den gjennomsnittlige bredde av papirfibrene lett behandles under utførelse av denne oppfinnelse.

Oppfinnelsen skal anskueliggjøres ytterligere ved hjelp av følgende eksempler: Eksempel 1

En eksperimentell papirmaskin av konvensjonell konstruk-sjon (i likhet med den som er vist på fig. 1) ble modifisert for å innbefatte en stivelsespåføringssone ved anvendelse av utstyr som angitt med henvisningstallene 22, 23, 24, 25 og 26 på fig. 1,

for å fremføre og elektrostatisk påføre finfordelt stivelse på

den våte papirbane. Det ble brukt et enkelt elektrostatisk for-delingshode 25 med fordelingshodet anbragt med en avstand på omkring 25-30 cm over banen, men i praktisk produksjon ville bredere baner bli fremstilt og følgelig flere fordelingshoder anvendt, slik som vist på tegningen, for å påføre stivelsen over hele bredden av slike bredere baner. Den anvendte massesuspensjon hadde likhet med en konvensjonell masse for avispapir (70% tremasse og 30% sulfitt)

og det ferdige ark veide 14,6 kg/ris (61 x 91 cm - 500 ark eller 280 m<2>).

Papirmaskinen ble drevet med en hastighet av 2 3 m/min.

og en ukokt pulverformig kornstivelse som var hydroksyetylert for å nedsette den opprinnelige gelatineringstemperatur til en temperatur i området fra 60 til 63°C ble påført på filtsiden av papiret ved anvendelse av en elektrisk ladning på 65-75 kV på hodene, hvilken ladning blir tilveiebragt ved hjelp av en kraftforsyningsenhet med negativ polaritet. Stivelsespartiklene ble siktet for å fjer-

ne partikler større enn 80 mesh. Stivelsespåføringsutstyret ble plasert slik at stivelsen ble avsatt på den øvre overflate av ar-

ket på et sted mellom de siste pressvalser og■den første tørkesy-liner, idet arkets fuktighet i dette område var omkring 65 %. Etter stivelsespåføringen ble arket tørket kontinuerlig ved bruk av tørkesylindre oppvarmet med damp med trykk 2,1 kg/cm , og det tør-kede ark ble kalandrert. Påføringshastigheten eller -mengden av stivelsen var slik at den påførte mengde var ekvivalent med en vektprosent av papirfibrene, nemlig omkring 0,5 g/m 2 av overflaten.

De ferdige ark ble så behandlet og undersøkt ved hjelp av standar-diserte prosedyrer i henhold til Technical Association of the Pulp & Paper Industry som følger: T459M-48 (voksprøve av overflåtestyrken av papir); T499su^64 (overflatestyrke av papir - IGT-prøveappa-rat) ; RC-19' (motstandsevnen av papir eller papp overfor trykksver-

te - K & N. Ink); T403ts-63 (bruddstyrken av papir)„ I hvert tilfelle ble IGT-prøvene utført ved anvendelse av en trykksverte nr.

3 og en fjærdrivanordning betegnet 35-B. De oppnådde verdier er henholdsvis i retning med og mot papirets maskinretning. Trykksverteabsorpsjonen er uttrykt som lyshetstap (brightness loss) av svert-ningen, slik som dette måles ved hjelp av en "Photovolt Brightness Tester (Model 610 - Photovolt Corporation, N.Y.C.'!).

Motstanden mot overflateutrivning, slik som den fremgår både av voks-utrivningsprøven og IGT-prøven, er markert forbedret.' • Trykksverte-absorpsjonen, som angitt ved K & N-trykksverteprøven,

er redusert med en ubetydelig verdi.

I det vesentlige samme resultater blir oppnådd ved anvendelse av den kommersielle hydroksyetylerte kornstivelse, markeds-ført av Penick and Ford, Limited under handelsnavnet "Penford Gum 300"

Eksempel 2

Prosessen i eksempel 1 ble gjentatt ved anvendelse av "Penford Gum 380" , som er et kommersielt tilgjengelig eksempel på

en ukokt, pulverformig kornstivelse som er modifisert ved hydroksyetylering for å nedsette dens opprinnelige gelatineringstemperatur. Denne kornstivelse ble også siktet for å fjerne partikler som vår større enn 80 mesh, og pulveret ble suksessivt påført med mengder som avsatte henholdsvis 1%, 2% og 3% stivelse på basis av fiber-vekten, eller omkring 0,5, 1,0 og 1,5 g/m 2. De ferdige ark ble undersøkt med hensyn til.arkstyrke, overflatefasthet og trykksver-' teabsorpsjon som ovenfor med følgende resultater:

Tallene' indikerer at Mullen- og trykksverteabsorpsjonen var forholdsvis uendret, mens også her overflatefasthetsprøven ble betydelig forbedret ved tilsetningen av stivelse.

Eksempel 3

Prosessen i eksempel 1 ble gjentatt, idet stivelsen i henhold til eksempel 2 bie påført ved nivået 1 % eller med omkring 0,5 g/m 2. Under forskjellige deler av dette forsøk var det elektrostatiske påføringsutstyr plassert henholdsvis ved (1) den samme posisjon som i eksempel 1, nemlig mellom den siste pressevalse og den første tørkesylinder hvor arkets fuktighet var omkring 65 %, (2) umiddelbart foran guskvalsen som vist på fig. 1, hvor arket inneholder omkring 83 % fuktighet, (3) ytterligere lengre bak over papirmaskinwiren, hvor arkets fuktighet var omkring 94 %. I hvert tilfelle var maskinens operasjon fullstendig tilfredsstillende, og arkprøvene var sammenlignbare uansett plasseringen av påførings-utstyret.

Eksempel 4

Prosessen i eksempel 1 ble igjen gjentatt, men denne gang ble stivelsen i henhold til eksempel 2 avsatt elektrostatisk på oversiden av arket ved hjelp av en enhet plassert over arket mellom den siste pressevalse og den første tørkesylinder, og likeledes ble stivelse påført undersiden av arket ved hjelp av en enhet plassert under arket på dette samme sted. Det oppstod ingen problemer med driften, og forbedringen av overflateutrivningsmot-standen, slik som ved de tidligere prøver, ble observert både på oversiden og undersiden av.arkene.

I de foranstående eksempler kan det anvendes en liten mengde trikresylfosfat, f.eks.l vektprosent, for å bidra til å holde stivelsespartiklene i en frittflytende tilstand.

Ved offsettrykking av avispapir tørker trykksverten ho-vedsakelig ved absorpsjon, slik at det er viktig at arkets overflate forblir i en slik tilstand at den lett absorberer trykksverte. Med den hittil mest effektive metode til å forbedre overfla-teutrivningsmotstand, nemlig overflateliming med en kokt stivelse, blir arkets absorpsjonsegenskaper vanligvis endret drastisk, og anvendelsen av slike metoder kan være upraktisk hvis arkets styrke er utilstrekkelig, slik som i tilfelle av avispapir. I motsetning til dette og som vist ved eksemplene, vil stivelse påført ved hjelp av den elektrostatiske avsetningsprosess ifølge denne oppfinnelse, danne en sterk og porøs overflate og trykksverteabsorp-sjonsegenskapene blir bare endret helt neglisjerbart ved denne behandling.

Som tidligere angitt, kan den stivelse som brukes skjønt den fortrinnsvis er ugelatinert - være -delvis gelatinert eller forgelatinert. N.år. det ønskes en mindr'e: reduksjon i papirets absorpsjon, bør stivelsen velges slik at under de påføringsbetingel-ser som brukes, vil stivelsespartiklene svelle og bli vedheftende,

men blir ikke brutt opp i nevneverdig grad. På den annen side fore-kommer det tilfelle hvor det er ønskelig å redusere vannabsorpsjons-evnen i papiret, og i slike tilfelle vil anvendelse av forgelatinert stivelse eller delvis gelatinert stivelse bidra til oppbrytning eller oppdeling av stivelsespartiklene og følgelig dispersjon av stivelsesmaterialet over hele overflatearealet av arket.

Følgelig - og skjønt forskjellige stivelser kan foretrek-

kes for bedre å kunne oppnå forskjellige formål eller for å ta hensyn til de forskjellige betingelser som anvendes under papirfrem-stillingen, så som maskinhastighet, påføringssted for stivelse, tørkesylindertemperatur o.l. - vil det forståes at det kan bru-

kes forskjellige stivelser alene eller i blandinger omfattende umodifisert kornstivelse, syre fortynnet stivelse, oksydert stivel-

se, derivatstivelser, tapioka-stivelse, potétstivelse, risstivel-

se, forgelatinerte stivelser etc.

I forbindelse med det foregående kan det nevnes at umodifisert kornstivelse har en gelatineringstemperatur på omkring 70-71°C, og det foretrekkes å anvende kornstivelse som er blitt modifisert for å redusere gelatineringstemperaturen, slik at gelati-neringen skjer lettere under papir fremstillingen og likeKes utvik-lingen eller fremkallingen av de ønskede vedheftende egenskaper.

I denne forbindelse skal det bemerkes at modifiseringen av kornstivelse eller andre stivelser med høy gelatineringstemperatur fortrinnsvis utføres for å senke gelatineringstemperaturen i en ut-strekning svarende til fra 5,5 til 28°C , fortrinnsvis fra 8,3 til 22,3°C. Dette kan på ønsket måte skje ved hydroksyalkylering av stivelsen, spesielt ved hydroksyetylering, hvilken modifikasjon av stivelse er i og for seg kjent.-

Det er også funnet at forskjellige stivelser påvirkes forskjellig av påtrykningen av en elektrostatisk ladning, både med hensyn til å akseptere og holde på ladningen for å forbedre avsetningseffektiviteten og likeledes med hensyn til å bibeholde en ladning, etter at den påtrykte eller meddelte ladning er gått

tapt som følge av jordingen. I denne henseénde er det ønskelig å behandle overflaten av stivelsespartikkelen som "anvendes, for å

øke overflateledningsevnen, hvilket fører til en overflatesone med økt ledningsevne som omgir en kjerne som er mer isolerende eller

har større motstand. Selvsagt må ikke hele overflaten av stivelsespartikkelen ha en forhøyet ledningsevne. Anvendelsen av stivelsespartikler som har en slik struktur at de omfatter et overfla-teområde med forhøyet ledningsevne og en mer isolerende del, er foretrukket da dette forbedrer kapasiteten av partikkelen, slik at den bibeholder en ladning etter avsetningen. Det er særlig foretrukket å anvende stivelsespartikler som beholder en positiv ladning etter avsetningen, og det er mulig at denne positive bi-beholdte ladning bidrar til den hurtige og forholdsvis fullsten-dige tilknytning eller sammenheng mellom de påførte partikler og papirfibrene ved overflaten av papirbanen. Det skal her bemerkes at hydroksyalkylering, f.eks. hydroksyetylering, virker til å øke ledningsevnen og i mange tilfelle til å avstedkomme en stivelses-partikkel som bibeholder en positiv ladning når den blir oppladet med en negativ spenningskilde og deretter jordet.

Når den våte papirhane passerer gjennom partikkelpåfø-ringssonen, blir den der utsatt for et elektrostatisk felt fra de oppladede fordelingshoder. Disse hoder er oppladet for å oppret-te et felt med en gjennomsnittlig potensialgradient på i det minste 2 og fortrinnsvis fra 2 til 4 kilovolt pr. cm av avstanden mellom fordelingshodene og overflaten av den effektivt jordede bane. Det skal bemerkes at papirbanen i seg selv utsettes for det elektrostatiske felt som kan avstedkomme feltkonsentrasjons-tilstander i nærheten av fremstikkende overflatefibre, eller fel-tet kan gi andre lignende virkninger på det våte papir i banen, hvilket kan bidra til det observerte fenomen at stivelsespartiklene forblir på overflaten i tilknytning til papirfibrene i stedet for i hovedsaken å trenge inn gjennom banen, slik det skulle ventes på grunn av det høye fuktighetsinnhold i papirbanen på det punkt hvor stivelsen påføres og på grunn av den meget lille partikkel-størrelse av stivelsespartiklene som påføres.

Som det vil forståes kan påføringen eller avsetningen

av stivelsespartikler i henhold til denne oppfinnelse være ledsaget av samtidig påføring av andre partikkelformige materialer som kan blandes med stivelsespartiklene og påføres sammen med disse. Disse andre partikkel formige materialer kan f.eks. være pigmenter, fyllstoffer og partikler av polymerer som er forenlige eller kom-patible med den valgte stivelse, f.eks. blandinger av stivelse med polyvinylalkohol, polyvinylacetat og kopolymerer av styren og butadien.

Claims (5)

1. Fremgangsmåte ved elektrostatisk belegning av et cellulosefibermateriale, særlig papir, med partikler i pulverform, karakterisert ved at en våt bane av fiberformig cellulose-arkmateriale inneholdende i det minste 25 vektprosent vann blir fremført forbi en partikkelpåføringssone, til hvilken sone det leveres tørre partikler av stivelse, fortrinnsvis ugelatinerte stivelseskorn, som er elektrostatisk oppladet for å gi gjensidig frastøtning, hvorved stivelsespartiklene blir elektrostatisk tiltrukket av og avsatt jevnt på den våte bane i form av adskilte partikler, hvorefter avvanning og den videre papirdannel-se foregår på kjent måte, hvorunder stivelsespartikler i hvert fall delvis foreligger i svellet tilstand, slik at de binder overflatefibrene sammen.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at stivelsespartiklene som i og for seg kjent blir påført i en mengde på o fra 0,1 til 2,5 g stivelse pr. m 2 av overflaten.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at stivelsespartiklene før påføringen er behandlet for å gi en ledende overflate og en indre del med uendret ledningsevne.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at stivelsen er kornstivelse, behandlet for å senke gelatineringstemperaturen ved overflaten av kornene med fra 5 til 28°C.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at kornstivelsen er hydroksyetylert på overflaten før påførin-gen .