NO149073B - Fremgangsmaate ved fremstilling av papir - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte av den

art som er angitt i krav l's ingress. Fremstilling av en papirhane fra cellulosemasse på en papirmaskin, hvor en vandig cellulosefibermasse, inneholdende mineralfyllstoff, utføres på en kontinuerlig vire på papirmaskinens våtende under dannelse av en papirhane som føres gjennom de forskjellige behandlingstrinn til den såkalte tørre

ende av papirmaskinen hvorfra det ferdige papir utgår. Beteg-nelsen "papirhane" er ment å omfatte papir av normal tykkelse og "tykt papir" som normalt betegnes som kartong.

Kjemiske additiver innarbeides generelt i den vandige masse

ved papirmaskinens våtende og disse additiver kan inndeles i to grupper, nemlig (a) de som er nødvendige for å sikre at det ferdige produkt tilfredsstiller gitte spesifikasjoner, dvs. kvalitetsfremmende kjemikalier, og (b) additiver som er nød-vendig for å få maskinens våtende til å fungere på en effektiv måte, dvs. prosessfremmende kjemikalier. Kvalitetsfremmende kjemikalier innbefatter f.eks. limingsmidler, stivelser, våtstyrke- og tørrstyrkeharpikser og fargestoffer, mens pro-sessefremmende kjemikalier eksempelvis innbefatter retensjons-midler, anti-skumningsmidler og slimicider. Hvis additivene som innarbeides i den vandige masse ved maskinens våtende kunne begrenses til prosessfremmende kjemikalier ville dette betydelig redusere eller til å med gjøre det unødvendig å foreta den kjemiske avløpsbehandling, som det vanligvis er nødvendig å underkaste avfallsmaterialene som erholdes under fremstil-lingsprosessen, i den hensikt å unngå forurensing, fordi re-tensjonsmidler anvendes kun i meget små mengder og fravær av kvalitetsfremmende kjemikalier i den vandige masse ved våtenden ville i vesentlrg grad redusere mengdene av nødvendige slimicider og anti-skumningsmidler, forutsatt at det innkommende prosess-vann har en tilstrekkelig høy renhet. Kvalitetsfremmende kjemikalier som er nødvendig for at papiret skal tilfredsstille visse spesifikasjoner kan da tilsettes på andre måter. En slik annen måte er å påføre det kvalitetsfremmende kjemikaliet på papirhanen i form av et skum inneholdende det ønskede kjemikaliet, slik som beskrevet i det etterfølgende. Fremgangsmåten er :-..\} r vrow': cn" <*ct or . > • • ;. r v/ 'vik ' <?r i.:>jrcn^c del.

Ikke-absorberende papir er nødvendig for mange formål og følgelig innarbeides limingsmidler i papiret under fremstillingen. Lim-ingseffekten kan oppnås enten ved "masseliming" dvs. at cellulosemassen blandes med limingsmidlet før dette utføres på våtenden av papirmaskinen, eller ved "overflateliming" dvs. påføring av limingsmidlet på papirbanen. Tilstedeværelsei av limingsmidlet i papiret reduserer dets absorpsjonsevne og gir det også en viss motstandsevne mot vannpenetrering. Limingsmidlene for-bedrer også en viss grad retensjonen av fibere, fyllstoff og fargestoffer i papiret. Limingsmidlet virker ved at overflate-spenningen mellom vann og papiroverflaten forøkes og således reduserer "oppfuktning" av vann på papiret.

Under fremstilling av papirbanen" i papirmaskinen er det vanlig

å underkaste papirbanen forskjellige overflatebehandlinger som eksempelvis kan innbefatte påføring av et limingsmiddel så vel som en belegningsmasse på papirbanen med forskjellige beleg-ningsbestanddeler. Limings- eller belegningsmassene inneholder normalt vann som bærer for bestanddeler hvilket har til følge at en ytterligere tørking av papirbanen er nødvendig. Denne tørking kommer i tillegg til den normale tørking som er nødvendig for å fjerne det vannet som inneholdes i cellulosemassen som tilføres papirmaskinens våtende, under dets omdan-nelse til en papirbane på den bevegelige vire og i de etter-følgende trinn etter arkformasjon.

I den hensikt å redusere fuktighetsmengden som må fjernes under papirfremstillingsprosessen er det foreslått å påføre en belegningsmasse i form av et skum som deretter mekanisk bryter ned etter påføring på papirbanen. Ved anvendelse av et skum unngås i betydelig grad fukting av papirbanen og følgelig nedsettes tørkebehovet for å fjerne vann fra banen. På tilsvarende måte er det også foreslått å tilføre cellulosemassen til papirmaskinens våtende i form av et skum. Imidlertid, i henhold til begge disse foreslåtte fremgangsmåter må skummet fremstilles under anvendelse av et overflateaktivt middel, såsom natriumlaurylsulfat, vanligvis ved en lav konsentrasjon såsom 0,01 - 0,5 vekt-%. Det er funnet at som et resultat av tilstedeværel-sen av det overflateaktive middel i skummet vil papirets limings-grad påvirkes uheldig og som en følge av dette har ingen av forslagene resultert i kommersiell suksess ved fremstilling av limt papir med normale konsentrasjoner av limingsmidler, såsom harpiks-alumkombinasjoner, alkylketendimerer, ravsyre-anhydrid og forsåpet harpiks. Det er nå overraskende funnet i henhold til et trekk ved oppfinnelsen at fordelene ved anvendelse av skum ved fremstilling av limt papir kan oppnås uten en samtidig ødeleggende effekt på papirets limings-grad, hvis det anvendes et skum som er avledet fra en spesiell type ikke-overflateaktivt skumningsmiddel, nemlig et protein-skumningsmiddel som er i stand til å redusere vannets overflatespenning fra den normale verdi på 72 dyn/cm til en verdi i området 45 - 65 dyn/cm. Et skum fremstilt med et slikt skumningsmiddel vil ikke i vesentlig grad påvirke papirbanens lim-ingsegenskaper, i motsetning til det skum som erholdes ved hjelp av et overflateaktivt middel, fordi det virker som et detergent og kan forhindre limingspartiklene fra å hefte di-rekte til cellulosefibrene og kan til og med fjerne dem fysisk fra fibrene og derved i stor grad nedsette papirbanens limfasthet.

Egnede proteinskumningsmidler for anvendelse ved utøvelse av foreliggende oppfinnelse er de som fremstilles fra keratin eller albumen ved hydrolyse og etterfølgende nøytralisering av det protein eller proteinholdige ekstrakt. Proteinet kan soledes være keratin eller albumen som eksempelvis er til-stede i hov og hornmel, fjær og blod. Proteinskumningsmidlet er normalt kommersielt tilgjengelig i form av en vandig opp-løsning inneholdende hydrolysert protein, hvilken oppløsning agiteres med en gass, vanligvis luft, eventuelt ved hjelp av mekaniske midler for å oppnå et skum.

Egnede proteinskumningsmidler er kommersielt tilgjengelige

som skumningskomposisjoner som anvendes ved brannslukning, f.eks. de kommersielt tilgjengelige midler solgt under handels-navnene "Nicerol", "Pyrene Standard", "Pyrene Premix" og "CM foam compound" (se de britiske patenter nr. 1.349.509 og 1.368.463}. "Nicerol" er et hydrolysert keratin skumninganiddel.

I henhold til foreliggende oppfinnelse kan et skum fremstilt ved anvendelse av et proteinskumningsmiddel anvendes for forskjellige formål ved fremstilling av papir. F.eks. kan skummet som sådant påføres på en side av papirarket, mens en belegningsmasse påføres samtidig på den andre side av banen, for å forhindre at denne krøller seg som en følge av påføringen

av belegningsmassen. Skummet kan også anvendes som en bærer

for et kvalitetsfremmende middel for påføring på papirbanen eller arket. Slike materialer kan eksempelvis innbefatte naturlige eller syntetiske termoplastiske polymere materialer, termoherdende polymere materialer, polysaccharider og deriva-

ter derav, såsom stivelse, animalske og vegetabilske prote-

iner såsom Kasein og gelatin, uorganiske polymere materialer, naturlige og syntetiske vokser, naturlige eller syntetiske pigmenter såsom china clay, kalsiumkarbonat og hydratisert alumini-umsilikat»og limingsmidler, såsom naturlig harpiks og derivater derav.

Følgelig ved å anvendes skum i henhold til oppfinnelsen er

det mulig å påføre kvalitetsfremmende kjemikalier på papir-

banen eller arket enten ved våtenden eller tørrende av papirmaskinen og derved oppnå de tidligere nevnte fordeler som følge av at de kvalitetsfremmende kjemikaliene utelates fra den vandige masse og anvendelse av skumpåføring av disse kjemika-

lier på papirbanen.

Forsøk er utført for å sammenligne effekten på limte papirark

av et skumprodukt erholdt fra et hydrolysert protein-skumningsmiddel og et skum erholdt fra et overflateaktivt middel, nemlig natriumlaurylsulfat. Som et resultat av disse forsøk ble det funnet at arkets vannavstøtende evne ble sterkt nedsatt når det ble anvendt skum inneholdende et overflateaktivt middel, mens kun en svak forandring ble observert med et proteinskum fremstilt fra "Nicerol" med en konsentrasjon 10 ganger større enn den for skummet fremstilt fra natriumlaurylsulfat.

Samtidig forble de normale egenskaper for papiret, dvs. flatevekt, bulk,askeinnhold, rivstyrke,bruddstyrke og sprengstyrke i det vesentlige uforandret når det ble anvendt proteinskum,

mens når det ble anvendt overflateaktivt skum ble sprengstyrken for papiret påvirket i betydelig grad.

De proteinholdige skum som anvendes i henhold til foreliggende oppfinnelse kan fremstilles ved å fortynne de kommersielt tilgjengelige, vandige oppløsninger av hydrolyserie proteinskumningsmidler til en konsentrasjon på eksempelvis 0,5 — 5 vekt-%, fortrinnsvis 1-2 vekt-% og deretter innføre gass, fortrinnsvis luft, i den fortynnede oppløsning for å danne det ønskede skum, om nødvendig også ved hjelp av mekaniske midler. Når skummet skal inneholde et belegningsmateriale kan det sist-nevnte innarbeides i fortynningsvannet for skumningsmidlet eller kan innarbeides i det initialt fremstilte skum.

Når skummet som sådant påføres papirbanen eller påføres i for-bindelse med et belegningsmateriale, er det i de fleste tilfeller nødvendig å nedbryte skummet etter det er påført overfla-ten av papirbanen og dette kan utføres ved hjelp av fysikalske midler, f.eks. ved hjelp av et valsenipp, en kniv eller en kant som utstrekker seg tvers over banens bredde. F.eks. kan en slepekniv, luftkniv, "Meyer"-stav eller en resiprokerende børste-bestryker anvendes for å nedbryte skummet.

Imidlertid, i visse tilfeller, f.eks. når det anvendes et boble-belagt (bubble coated) skum, er det ikke nødvendig å nedbryte skummet mekanisk da den vandige del av skumbelegget fjernes ved tørking.

Skummet eller skumbelegningsmidlet kan påføres papirbanen

ved hjelp av en manifold som kan justeres til å tillate at en passende skummengde eller belegningsblanding blir påført papirbanen .

De etterfølgende eksempler viser hvordan proteinholdige skum kan anvendes ved fremstilling av limt papir i henhold til oppfinnelsen. I hvert av disse eksempler ble skummet fremstilt ved å anvende som skumningsmiddel en kommersielt tilgjengelig vandig oppløsning av hydrolysert^ keratin solgt under handels-navnet "Nicerol", som er i stand til å senke vannets overflatespenning til en verdi i området 60 - 65 dyn/cm.

Eksempel 1

Bøyningskorreksjon med rent skum

Dette eksempel viser foreliggende fremgangsmåte anvendt ved den tørre ende av et alkalisk papirfremstillingssystem hvor det anvendes kritt som mineralfyllstoff.

En papirmasse ble fremstilt på konvensjonell måte fra fullbleket kjemisk masse og resirkulert avfall (fremstilt fra den samme masse), slik at massen bestod av 34 vekt-% løvvedcellulose,

36 vekt-% nåletrecellulose og 30 vekt-% resirkulert avfall.

Som alkalisk, masselimingsmiddel ble anvendt "Aquapel" (Hercules Powder Company Limited) som ble innarbeidet i massen ved pH på 7,2.

For å maksimere limretensjonen ble det også anvendt et retensjonsmiddel for cellulosefibere/fyllstoff, nemlig "Natron 88"

(Laing-National) som er et kationisk retensjonsmiddel. Til fibermassen ble også tilsatt et krittfylls.toff, nemlig "Snowcal 8.SW" (The Cement Marketing Company Ltd.) som ble innført i form av en 25 vekt-%'ig vandig suspensjon ved innføringsrørled-ningen for tynnmasse.

Ensidig belagt dyptrykkpapir ble fremstilt på en papirmaskin under anvendelse av et svakt alkalisk system og bestryknings-massen ble påført i limpressen ved hjelp av en "Billblade"-(A.B. Iventing Company) bestryker. På den ene side av papirbanen ble påført en bestrykningsmasse inneholdende et lateksbindemiddel og pigmenter for valgte papirkvaliteter og spesifikasjoner som tilfredsstiller kravene til dyptrykkpapirmar-kedet. Normalt belegges papiret ikke på den andre side på dette trinn og heller ikke senere i maskinen, og papiret ble fremstilt i en mengde på 3600 kg/h med en hastighet på 260 m/ min. med en bestrykningsvekt på 16 g/m 2.

I dette forsøk ble skum også påført på den ubestrøkne side av papiret via et nipp mellom støttevalsen og papiret ved "Billblade"-bestrykerstillingen. Skummet ble fremstilt ved å tilsette "Nicerol"-konsentrat til en tank med vann for å gi en 1,5 %<1>ig skumbar oppløsning som ble pumpet ved hjelp av en "Mono"-pumpe til "Billblade"-bestrykerstillingen i en mengde på 10 - 12 l/min. hvor oppløsningen ble agitert ved å føre luft gjennom tilføreselsrørledningen og det erholdte skum ble fordelt av en fordelingsstav på "Billblade"-bestrykerens støttevalseside.

I de etterfølgende tabeller viser resultatene forskjellen mellom påføring og ikke-påføring av skum.

1. Uten skum

Kvalitet, ensidig bestrøket dyptrykkpapir, flatevekt: 70 g/m<2 >Standard krølling eller bøying bør være:

Maskin:- C-U

Kalander:- Flat

2. Med skum

Kvalitet, ensidig bestrøket dyptrykkpapir, flatevekt: 70 g/m<2 >Standard krølling eller bøying bør være som ovenfor angitt.

I de foregående resultater henviser "U" til den ubestrøkne side av papiret og "C" henviser til den belagte side. Bok-stavene "A" - "F" betegner en progressivt økende grad av kur-vatur for papirarket, "A" betegner et i det vesentlige flatt ark og "F" betegner et fullstendig krøllet ark, dvs. et rør-formet ark.

Av de ovenfor viste resultater kan det sluttes at skum

bevirker en korreksjon av den naturlige krølling som følger av belegning av papirets ene side.

Det bør også bemerkes at "Cobb"-limfasthetsverdi forblir 20

i begge tilfeller, dvs." at limingsgraden for papirarket ikke ble påvirket.

Eksempel 2

Stivelsestilsetning ved hjelp av skum på støttevalsesiden av " Billblade"- bestrykeren

Ensidig bestrøket dyptrykkpapir ble fremstilt som beskrevet i eksempel 1, bortsett fra at i dette tilfellet ble skum/stivelse påført den ubelagte side av papiret via nippet mellom støttevalsen og papiret ved "Billblade"-bestrykerstillingen.

En skumbar blanding ble fremstilt ved tilsetning av "Nicerol"-konsentrat til en tank inneholdende 6%'ig vandig stivelses-oppløsning ("Viscosol 410" (Starch Products Company)) også inneholdende 3 vektdeler "Resin 5084" (B.I.P. Company) pr. vektdel stivelse, og skumningsmidlet ble tilført i en mengde til å gi 1,5 volum-% skumningsmiddel. Den skumbare blanding ble fremført og behandlet som angitt i eksempel 1.

Den følgende tabell viser forskjellen mellom tilsetning og ikke-tilsetning av skum/stivelse.

Resultater

Rull 1 med skum/ stivelse- påføring

Rull 2 uten s kum/ stivelse- påføring

N. B. Forskjellen i resultatene er vist ved nappefastheten "Dennison wax pick" på den behandlede side, samt en forandring i sprengstyrken. "Dennison wax pick test" er en standard prøvemetode innen papirindustrien for bestemmelse av overflatestyrke (Tappi T459 SU65)

Det vil sees at kun en liten senkning av papirets limfasthet fant sted.

Eksempel 3

Påføring av våtstyrkeharpiks med skum ved støttevalsesiden på " Billblade"- bestrykeren

Ensidig belagt dyptrykkpapir ble fremstilt slik som beskrevet

i eksempel 1 bortsett fra at skum/"Kymene 557" (en våtstyrkehar-

piks (Hercules Powder Company Limited)) ble påført arket ved det samme sted som angitt i eksempel 1 og 2.

Skummet ble fremstilt ved tilsetning av "Nicerol"-konsentrat til å gi en 5%'ig oppløsning av "Kymene 557" i den vanlige tanken og en mengde til å gi en 1,5 volum%<1>ig oppløsning. Oppskumming av væsken og på-føring av skum ble utført på samme måte som angitt i eksemplene 1 og 2.

Resultater:

Opptaket av "Kymene 557" i papiret var ca. 0,5%, regnet som tørrstoff. Papirets egenskaper forandret seg kun med hensyn til våtstyrkeegenskapene, dvs. at papiret som normalt utviste en våt/tørr sprengstyrke eller bruddstyrke i størrelsesorden 5% utviste nå en våtstyrke på 15%. cobb limfasthet var 22 g/m<2>

før og etter tilsetning av "Kymene 557"/skum.

Eksempel 4

Effekt ved å påføre skum med en høy konsentrasjon av stivelse

ved maskinens våtende

Fremgangsmåten ifølge eksempel 1 ble fulgt bortsett fra at papirbanen med en flatevekt på 70 g/m 2 var ubestrøket, dvs. at "Billblade"-hodet var tatt av og følgelig ble det ikke foretatt noen overflatebehandling av papiret bortsett fra det som var ansett som nødvendig for å påføre det anvendte skum.

I papirmaskinen ble papiret som ble tatt av viren ført gjennom presser som i begge tilfeller var konvensjonelle sugepresser. Forsøket ble i dette tilfellet utført ved den andre pressen

på følgende måte:

"Nicerol"-skumkonsentrat ble tilsatt en 10%'ig stivelsesopp-

løsning som også inneholdt harpiksen som nevnt i eksempel 2

og skumkonsentratet ble tilsatt til å gi en 1,5 volum-%'ig opp-

løsning som ble pumpet gjennom en "Mono"-pumpe i en mengde på 10 l/min. med luftinjeksjon til en fordelingsstav-anordning montert på toppsiden av det inngående nipp på jden andre presse, dvs. at det utgående skum ble påført på arkets overside.

Resultater:

Resultatene er gitt for henholdsvis (a) papir uten påført skum/ stivelse, dvs. for basispapiret med en flatevekt på 70 g/m<2 >uten noen overflatebehandling og (b) med påført skum/stivelse, uten noen ytterligere overflatebehandling.

Ingen forandringer kunne sees i de andre egenskaper bortsett fra styrke og igjen var Cobb-limfasthet uforandret. De oven-fornevnte forsøk tok 30 min. på maskinen uten noe banebrudd.

Eksempel 5

Fremstilling av lateks-pi gmentbelagt ark med skum som bærer for belegningsmidlet

Dette eksempel viser fremstilling i laboratorieskala. Forsøket ble utført med basispapir med en flatevekt på 75 g/m 2 og belegningsmassen ble påført ved hjelp av en "Skinner's Labora-tory" - (Skinner's Company) bestrykningsenhet.

Skumbestrykningsblandingen ble fremstilt på følgende måte: "Nicerol"-skumkonsentrat ble innført i et blandekar sammen med en bestrykningsmasse bestående av lateksbindemiddel, kal-siumkarbonatpigment og karboksymetylcellulose som skumstabili-sator. Skumkonsentratet ble tilsatt i en mengde til å gi en konsentrasjon på 1,5 volum-o. Denne blanding ble oppskummet ved pisking~og det totale faststoff i blandingen var 70%. Skumblandingen ble deretter utmålt på arket og påført ved hjelp knivanordningen på laboratoriebestrykeren. Et sammenlignings-forsøk ble også utført ved å anvende et overflateaktivt middel av natriumlaurylsulfattypen og de følgende resultater ble erholdt:

(a) Med " Nicerol"- skum

Arkene ble superkalandrert til å gi de ovenfor viste resultater på et matt bestrøket ark.

(b) Med overflateaktivt skum

De erholdte resultater var de samme som vist ovenfor under (a), bortsett fra at papirets limfasthet var fullstendig ødelagt.

Eksempel 6

Tilsetning av skum/ stivelse til kartong

En skumbar blanding tilsvarende den beskrevet i eksempel 2

ble fremstilt, bortsett fra at det ble anvendt 10%'ig stivel-seskonsentrasjon. Det fremstilte stivelse/skum ble påført på begge sider av et kartongark når dette ble ført gjennom to valser i limpressen som anvendes i kartongmaskinen som kan fremstille kartong ved tørrlegningsteknikkén.

Det ble funnet at stivelse/harpiksblandingen avsatt ved hjelp av skummet ble bibeholdt på overflatere av kartongen til å gi en kartong med normal stivhet, men resulterte i forøket false-tall og forbedrede ruhetsegenskaper.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte ved fremstilling av en limt papirhane på en papirmaskin ved å påføre et skum på papirbanen, karakterisert ved at det påføres et skum dannet av en oppskumbar blanding inneholdende et protein-skumningsmiddel på basis av hydrolysert keratin eller hydrolysert albumen som senker vannets normale overflatespenning fra en verdi på 72 dyn/cm til en verdi som ikke understiger 45 dyn/cm, fortrinnsvis til 45-65 dyn/cm.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at skummet påføres på en side av papiret og en' annen belegningsblanding påføres den andre side av papiret, hvorved krølling av papiret nedsettes.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det påføres et skum som inneholder hjelpemidler såsom naturlige eller syntetiske termoplastiske polymerer, derivater derav, animalske eller vegetabilske proteiner, uorganiske polymerer, naturlige eller syntetiske vokser, naturlige eller syntetiske pigmenter eller limingsmidler.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1-3, karakterisert ved at. det påføres et skum som inneholder et limningsmiddel.