NO129362B - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte for behandling av papir og kartong.

Foreliggende oppfinnelse angår behandlingen av papir

og kartong og omhandler særlig en økonomisk fremgangsmåte for forbedring av de fysiske styrkeegenskaper av papir og kartong.

Med betegnelsene "papir og kartong" (som heretter bare blir betegnet som kartong) skal forstås et produkt med en kvad-rat-metervekt i området 130-850 g/m som består av sjikt som i alt vesentlig består av fiberformet materiale av cellulose, som er fremstilt på en kartongmaskin. Fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse er anvendbar på kartong som har en tykkelse i området 0,1-1,3 mm og spesielt anvendbar på kartong i området 0,2-1,3 mm.

Fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse kan med fordel anvendes på en kartong som er fremstilt fra en cellulosemasse som består av en stor del fiberformet materiale med lav styrke. Disse kartongtyper, f.eks. "chipboard" uten dekksjikt, "chipboard" med dekksjikt av kjemisk masse og bølgepappmateriale, anvendes for fremstilling av eskekartong, stiv kartong, limet kartong og bølgepapp.

Betegnelsen "fysiske styrkeegenskaper" av kartong kan

måles i forhold til f.eks. stivhet, rigiditet eller Concora-styrke. Kartongstivheten defineres som den motstand som kartongen utøver

når den bøyes under påvirkning av en kraft under gitte betingelser. Verdien bestemmes f.eks. ved metoden som fremgår i B.S. 3748/1964,

ved å benytte f.eks. et Taber-instrument. I Taber-instrumentet måles stivheten som et bøyemoment som uttrykkes i Taber-enheter. Verdien er avhengig av en rekke faktorer som omfatter tykkelsen av kartongen, den metoden som kartongen er fremstilt ved, elastisi-tetsmodulen av det fiberformige cellulosematerialet som benyttes for å fremstille kartongen og den retning som målingen blir gjort i.

Kartongrigiditeten defineres som motstanden som kartong-

en utøver når den deformeres under påvirkning av en kraft påført kartongplanet i rette vinkler under spesielle betingelser. Be-stemmelse av rigiditet fremgår av TAPPI Standard T472 (SU 68). Målingen av denne verdi kan passende gjøres på en ringpresseholder

på et Gaydon-instrument.

"Concora-styrke" er et mål på motstanden mot pressing

som utøves av kartongen (bølgepappmateriale) til en kraft som virker i rett vinkel til bølgeplanet. Målingen kan gjøras ved å anvende metoden som fremgår i TAPPI spesifikasjon T809 (SU 66) og ved å benytte et Gaydon-instrument.

Det er et formål ved foreliggende oppfinnelse å frem-

stille på økonomisk måte en kartong som viser forbedrete fysiske styrkeegenskaper med hensyn til minst én.av de ovenfor nevnte parametere, særlig under betingelser med høy fuktighet..Kartongen som har disse forbedrete egenskaper kan fremstilles fra masse med høy styrke, men dette er dyrt, særlig når man sammenligner med kartong som er fremstilt fra avfallspapir..

Store anstrengelser er blitt gjort for å utvikle en økonomisk metode for å forbedre de:fysiske styrkeegenskaper ay en kartong som er fremstilt fra cellulosemasse med lav styrke. Det er således foreslått å tilsette visse, vannløselige eller høy-mole-

kylære polysakkarider som er svellbare i vann, f.eks. stivelse el-

ler mannogalaktangummi eller derivater av høymolekylære sakkarider f.eks. karboksymetylcellulose, som et middel for å forbedre de

fysiske egenskaper" av kartong som f r enas tilles frå'masser med lav styrke.. Nærværet av polysakkarid; særlig stivelse eller eh man- ' nogalaktangummi tjener til å bibeholde sprengstyrken i kartongen, som fremgår av Mullen-verdiene, og bestemmelsen av Mullen-verdien fremgår av B.S. 3137/1959..

Det er også blitt foreslått å anvende vandige løsninger som inneholder lignosulfonatsalt- Dette materialet er imidlertid meget hygroskopisk, og kartong som er behandlet på denne måte vil miste meget av sin forbedrete stivhet og rigiditet når den utset-tes for høy fuktighet. Det har nå vist seg at når en liten mengde av et hydrofobt, voksaktig materiale dispergeres i en vandig løs-ning av lignosulfonat og den resulterende dispersjon påføres en kartong, får man en forbedring i stivhet og rigiditet av kartongen, og en overraskende høy del av forbedringen beholdes ved høy fuktighet.

I overensstemmelse med oppfinnelsen er det skaffet tilveie en fremgangsmåte for å behandle en kartong som består i å behandle minst én side av kartongen med en vandig 5-60 vekt% dispersjon som omfatter et vannløselig lignosulfonatsalt og en effektiv mengde av et hydrofobt, voksaktig materiale. Det karakteristiske ved fremgangsmåten er at det anvendes en vandig dispersjon hvor tørrstoff-innholdet består av 95-99 vekt% lignosulfonatsalt og 5-1 vekt% voksaktig materiale.

Ved kartong som ikke inneholder dekksjikt av fiberformet cellulosemateriale med høy styrke ("chipboard" med dekksjikt) er det å foretrekke å behandle begge overflater, særlig dersom kartongen har en tykkelse som nærmer seg 1,3 mm, for å oppnå en forbedring i fysiske styrkeegenskaper. Ved kartong som har dekksjikt på en side med fiberformet cellulosemateriale med høy styrke (hvit "chipboard" med dekksjikt) kan overflaten uten dekksjikt med fordel behandles med en eller flere påføringer av den vandige dispersjon. Det er også mulig å-behandle en overflate av "chipboard" uten dekksjikt med en vandig dispersjon og å binde den ubehandlete overflate på dette produkt med den ubehandlete overflate av en lignende behandlet "chipboard" uten dekksjikt for å fremstille en la-minert kartong med forbedrete fysiske styrkeegenskaper.

Kartongen som behandles ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan fremstilles' fra mekanisk masse, en blanding, av kjemisk og mekanisk masse, en masse som ér. avledet fra sekundære fibre, silrester fra masse, og en hvilken som helst blanding av disse materialer. En masse som er avledet fra sekundære fibre, f.eks. blandet avfallspapir, avfallspapir fra esker eller avfallspapir fra avis, er et foretrukket materiale siden styrke-egenskapene til slike materialer har den mest bemerkelsesverdige forbedring.

Tørrstoffinnholdet i dispersjonen kan variere fra 5-60 vekt%. Den øvre grense av dette området er primært bestemt av viskositeten og stabiliteten av dispersjonen, ved anvendelses-temperaturen. Den nedre grense av dette området er bestemt av det derav følgende opptak av tørrstoff i kartongen ved påføringen av dispersjonen. Et foretrukket område av tørrstoffinnhold er fra 20-40 vekt%.

Det foretrukne område for påføringstemperaturen er mellom 15°C og 40°C og bør fortrinnsvis være under smeltepunktet for det voksaktige materialet. Jo høyere påføringstemperaturen er, jo større blir sannsynligheten for at beleggdispersjonen skal bryte ned med en derav følgende utfelling av store mengder av voksaktig materiale på kartongen. Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan justeres slik at mengden av lignosulfonat og voksaktig materiale, som opptas av kartongen kan variere mellom 0,5 og 15 vekt%, reg-., net på kartongen.

Lignosulfonatsaltet bør være løselig i vann og kan, om ønskes, inneholde et minimum av hygroskopiske sukkerforurensninger. Kalsium-, natrium-, magnesium- og aluminiumlignosulfonatsalter er alminnelig tilgjengelige.' Natriumlignosulfonat eller kalsiumligno-. sulfonat er foretrukne materialer for fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse.

Det hydrofobe, .voksaktige materialet bør utgjøre en stabil dispersjon sammen med den vandige lignosulfonatløsningen og bør ha et smeltepunkt som er slik at dispersjonen forblir stabil ved påføringstemperaturen til kartongen. Det voksaktige materialet kan dispergeres direkte i den vandige løsningen av lignosulfonatsaltet. Det er også passende, å fremstille en vandig dispersjon av detvvoksaktige materialet; ved hjelp åv: et dispergeringsmiddel som er inert•overfor lignosulfonåtsalt og deretter tilsette denne dispérsjonen til lignosulfonatløsningen. Det faste lignosulfonåtsalt kan* om ønskes, også tilsettes til en egnet vandig dispersjon av det voksaktige materialet.

Egnede voksaktige materialer omfatter paraffiniske hydrokarboner (paraffinvoksmed smeltepunkt på minst 40°C eller en lav-molekylær polyetylenvoks), eller fettalkoholer (f.eks. cetylalkohol). Det er foretrukket å anvende et ikké-ioniskover-flateaktivt middel for å fremstille en vandig dispersjon av det voksaktige materialet. Mengden av det voksaktige materialet som anvendes i dispérsjonen, ligger fortrinnsvis mellom 1 og 2 vekt-% av tørrstoffet i dispérsjonen.

Den vandige dispersjon av lignosulfonat og voksaktig materiale kan påføres overflaten av kartongen ved hjelp av separat-bestrykning eller bestrykning i papirmaskinen. Kartongen kan enten delvis eller fullstendig tørkes før påføringen. Den vandige dispersjon påføres fortrinnsvis til kartongen ved hjelp av en lim-pressé, en kalander-vannboks eller en dusj. Kartongens opptak av dispersjon er avhengig av temperaturen ved påføringen, tørrstoff-innholdet av dispérsjonen, limningsgraden av kartongen man går ut fra og maskinhastigheten.

Kartong som er fremstilt i overensstemmelsé med fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse har en forbedret stivhet og rigiditet (selv når den blir utsatt for tropiske fuktighets-betingelser) som kan være høyere enn tilfellet er ved lignende kartonger som ikke er behandlet på denne måte.

De følgende eksempler illustrerer oppfinnelsen.

EKSEMPEL 1

35 vektdeler kalsiumlignosulfonat (som inneholder 10% sukkerforurensninger) ble oppløst i 65 vektdeler vann ved 50°C under passende røring. 0;88 vektdeler 40 vekt-%-ig vandig dispersjon av en paraffinvoks (smeltepunkt 40°C) ble deretter innrørt i løsningen. Voksen ble overført til en vandig dispersjon ved hjelp av 2 vekt-% kalsiumlignosulfonat. De to overflatene av en kartong uten dekksjikt med en basisvékt på 670 g/m 2 og med en tykkelse påo 1,01 mm som utelukkende var fremstilt fra gjenvunnet masse fra avfallspapir,ble behandlet med den ovenfor fremstilte vandige dispersjon ved 38°c. Dispérsjonen ble påført ved hjelp av en kalander-vannboks, en påføring pr. side av kartongen ga et totalt opp-

tak på 10,5 g/m på kartongen.

En prøve av den, behandlete kartong ble kondisjonert ved konstant fuktighet og temperatur (65% relativ fuktighet/2.0°C-)-og stivheten i tverr-retningen ble bestemt ved hjelp: av metoden som.

er beskrevet i B.S. 3748/1964. Sammenlignet med ubehandlet kartong med samme kvadratmetervekt, som også var fremstilt;fra til-. svarende avfallspapir-masse på samme maskin:og ved samme produk-sjonshastighet og kondisjonert under lignende betingelser av fuktighetstemperatur, var økningen i stivhet på. tvers 27% (fra 320-406 Taber-enheter)_. Ved å.påføre..den ovenfor fremstilte dis-, persjon til overflatene av kartongen ved. å benytte to vannbokser pr. side, fikk man et opptak på o T 24~ ,5 g/m 2,. Økningen i stivhet på. tvers av kartongen var.ca..,45% (fra 320-464 Taber-enheter).

EKSEMPEL 2

Det ble fremstilt en dispersjon'-som angitt'i eksempel 1. Denne dispersjon ble benyttet til å behandle baksiden av en hvit kartong med et dekksjikt med;en tykkelse på 0,52 mm og som har en kvadratmetervekt på o ' 370 g/m 2 : , for å o gi: et opptak'av tørrstoff på<o >7,5 g/m2.. En prøve åv den behandlete kartong ; blé kondisjonert - under konstant-tropisk fuktighet og témperåtur (90%'rélativ"fuktighet /40°C) og stivheten: på tvers ble bestemt. Stivheten på tvers av den forbedrete kartong. var: fppbedret med: 22% når- man sammenligner med stivheten på tvers av en ubehandlet ka<J>rtbhg som var kondisjonert under lignende tropiske betingelser . -

Et,ytterligere eksempel av den ovenfor nevnte kartong ble behandlet, med en :vandig. løsning som kun inneholder 35 vekt->% kalsiumlignpsulfonat r ved hjelp av metoden" som er angitt i eksempel 1. Ved 90% relativ fuktighet/40°C var imidlertid stivheten på tvers av den behandlete kartong lavere énn for den ubehandlete kartong.

EKSEMPEL 3 ....=.,:

20-vektdeler kalsiumlignosulfdnat-som inneholder 10% sukkerforurensning blé oppløst i 80 vektdeler vann. 0,5 vektdeler av en 40 vekt-%-ig= vandig dispersjon av paraffinvoks/ smeltepunkt 40°C, (som inneholder 2 yékt-% kalsiumlignosulfonat på voksen som dispergeringsmiddel) ble .tilsatt til "løsningen .under røring^ En kartong av bølgepappkvalitet med en tykkelse på 0,21 mm og som har en kvadratmetervekt på 136: g/m 2 ble behandlet på oen side méd den fremstilte dispersjonen ved 25°C og-dispersjonen ble påført i en limpresse på en kartongmaskin for å gi-et: opptak åv tørrstoff som - tilsvarer 4 g/m . Den behandlete kartong ble kondisjonert ved 65% relativ fuktighet/20°C, ble deretter bølget og bølgématerialet ble deretter underkastet en pressanalyse ved å nytte et Gaydon-pressanalyse-instrument.

Det viste seg at den behandlete kartong ga Concora-verdier som var 40% høyere enn ubehandlet kartong (fra 22-28,6 kg).

EKSEMPEL 4

20 vektdeler natriumlignosulfonat bie oppløst i 80 deler vann. 0,5 vektdeler av en 40 vekt^%^ig vandig dispersjon av paraffinvoks (smeltepunkt 40°C) ble tilsatt til løsningen under kraftig røring.

En tilsvarende kartong til den som ble benyttet i eksempel 3 ble behandlet med den ovenfor fremstilte dispersjon for å ■> gi et opptak av tørrstoff som tilsvarer 4 g/m 2 på kartongen. Eri prøve av denne behandlete kartong ble bølget-og Concora-verdien ble bestemt. Det viste seg at den behandlete kartong ga Concora-verdier som var ca. 40% høyere enn de som man fikk ved å anvende prøver av ubehandlet kartong. :

EKSEMPEL 5 - 1 :

20 vektdeler kålsiumlignosulfonåt og 6 vektdeler farina-stivelse ble oppløst i 74 vektdeler vann. 0,5 vektdeler av en 40 vekt-%-ig vandig dispersjon av paraffinvoks, smeltepunkt 40°C,

(som inneholder 2 vekt-% kålsiumlignosulfonåt av-voksen som dispergeringsmiddel) ble tilsatt til løsningen under røringv En kartong av bølgepappkvalitet med en tykkelse på 0,21 mm og med en kvadratmetervekt på o 136 g/m 2 ble behandlet på begge sider ved 25°C med den ovenfor fremstilte dispersjon, som ble påført i en limpresse i en kartongmaskin for å gi et opptak av tørrstoff som tilsvarer 4 g/m 2.

Etter kondisjonering ved 65% relativ fuktighet/20°C viste det seg at den ovenfor behandlete kartong hadde en rigiditet sverdi (28 kg) som var 30% høyere enn rigiditetsverdien (23 kg) av en lignende ubehandlet kartong.

EKSEMPEL 6

30 vektdeler kålsiumlignosulfonåt ble oppløst i 70 vektdeler vann ved en temperatur på 50°C. 0,75 vektdeler av en 40 vekt-%-ig vandig voksdispersjon ble deretter innrørt i løsning-en .

En hvit kartong med dekksjikt og med en kvadratmetervekt på o 378 g/m 2 og en tykkelse på o .0,-5.0 mm ble behandlet på o baksiden med dispérsjonen ovenfor ved hjelp av påføringer i to kalander-: vannbokser for å gi et opptak på 7,5 g/m". Etter kondisjonering ved 65 % relativ fuktighet/20°CI,viste det seg at stivheten på tvers var.øket med 40% (fra 62. til 87 Taber-enheter) sammenlignet med tverrstyrken av en lignende, men ubehandlet, hvit kartong med dekksjikt, som var kondisjonert under lignende betingelser.

EKSEMPEL 7

Det ble fremstilt en vandig dispersjon som angitt i . eksempel 1.

En overflate av en kartong med kvadratmetervekt på

670 g/m 2og en tykkelse på 1,01 mm som var fremstilt kun fra gjenvunnet masse fra avfallspapir, ble gitt en dobbelt påføring

av den i eks. 6 fremstilte vandige dispersjon ved hjelp av kalander-vannbokser. Det ble oppnåo dd et opptak på 13,5 g/m 2. Produktet ved denne fremgangsmåten ble deretter bundet til en annen tambur kartong som var behandlet på samme måte slik at de behandlete sidene var i kontakt med hverandre. Etter kondisjonering ved 65% relativ fuktighet/20°C viste det seg at stivheten var forbedret med 50% i tverr-retningen og 27% i maskinretningen.

EKSEMPEL 8

Tre vandige dispersjoner ble fremstilt som inneholder henholdsvis 5% , 20% og 40% kålsiumlignosulfonåt som ble an-vendt i eksempel 1 og 1 vekt-% paraffinvoks (smeltepunkt 40 C) basert på vekten av lignosulfonatet.

En kartong som var fremstilt utelukkende fra avfallspapir og med en kvadratmetervekt på o 395 g/m 2 og en tykkelse påo 0,69 mm ble behandlet med en dobbelt påføring av 5%-ig vandig dispersjon. Prosentopptak av tørrstoff og forbedring i stivhet i maskinretning og tverr-retning (målt ved 65% relativ fuktighet/ 20°C) ble bestemt og fremgår av tabellen nedenfor. Dette eksperi-ment ble gjentatt med ytterligere eksempler av kartong som" ble behandlet med 20% og 40% vandige dispersjoner.

EKSEMPEL 9

En kartong med midtsjikt og baksjikt fremstilt fra masse av avfallspapir, et enkelt dekksjikt av ubleket Kraft-fiber og en kvadratmetervekt på 226 g/m 2 ble behandlet på baksiden med en vandig dispersjon som inneholder 540 vektdeler kålsiumlignosulfonåt, 312 vektdeler stivelse og 5,4 vektdeler paraffinvoks (smeltepunkt 40°C). Tørrstoffinnholdet av den vandige dispersjon var ca. 17%. Det omtrentlige opptak av kalsiumlignosulfonat/voks var 4,5% og av stivelse 2,0% (4,5 g/m 2).

Rigiditeten av en prøve av behandlet og ubehandlet kartong ble deretter bestemt. Rigiditeten av behandlet kartong var 2.9,4 kg, mens rigiditeten av ubehandlet kartong var 26,8 kg.

EKSEMPEL 10

Hvit "chipboard" med dekksjikt med en kvadratmetervekt på 2 95 g/m 2og en tykkelse på 0,44 mm ble behandlet med en vandig dispersjon som inneholder 40 vekt-% kålsiumlignosulfonåt og 1 vekt-% paraffinvoks (basert på kålsiumlignosulfonåt). En enkel på-føring av denne dispersjon ble utført på baksiden av denne "chipboard". Prosent opptak av tørrstoff var 2,7% (8,1 g/m <2>). Den behandlete kartong viste en 35% økning i tverrstivhet.

En prøve av den hvite "chipboard" ovenfor ble også. behandlet med en vandig dispersjon som inneholder 40 vekt-% kålsiumlignosulfonåt og 20 vekt-% paraffinvoks (basert på vekten av kålsiumlignosulfonåt ) . Den behandlete kartong viste en 23% økning i tverrstivhet. Det var en 25% økning i vannmotstandsdyktighet av denne kartong sammenlignet med kartongen som var behandlet i første del av dette eksempel.

Et ytterligere eksempel av den hvite "chipboard" ble behandlet med en vandig dispersjon som inneholder en voksmengde som tilsvarer den som ble benyttet i forsøket ovenfor. Opptak av tørrstoff var 2% (6 g/m 2). Den behandlete kartong viste en 9% økning i tverrstivhet. Når dette forsøk ble gjentatt under slik be-tingelse at man fikk et opptak av tørrstoff på 4% fikk man en 14% økning i tverrstivhet.

Claims (5)

1. Fremgangsmåte for behandling av papir og kartong, om-fattende å behandle minst én side av papiret eller kartongen med en vandig 5-60 vekt% dispersjon som omfatter et vannløselig lignosulfonatsalt og et.hydrofobt voksaktig materiale,, karakterisert ved at det anvendes en vandig dispersjon med tørrstoffinn-hold som omfatter 95-99 vekt% lignosulfonatsalt og 5-1 vekt% hydrofobt voksaktig materiale.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at det som hydrofobt voksaktig materiale anvendes paraffinvokso

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at det anvendes en mengde av det hydrofobe voksaktige materiale i den vandige dispersjon mellom 1 og 2 vekt%, regnet på tørrstoffinnholdet i dispérsjonen.

4. Fremgangsmåte som angitt i hvilket som helst av de fore-gående krav, karakterisert ved at det anvendes en dispersjon med tørrstoffinnhold på 20-40 vekt%.

5. Fremgangsmåte som angitt i hvilket som helst av de fore-gående krav, karakterisert ved at det opptas en dis-pers jonsmengde i papiret eller kartongen på mellom 0,5 og 15 vekt%, regnet på papiret eller kartongen.