NO163871B - Fremgangsmaate ved fremstilling av papir. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte ved papirfremstil-

ling ved hvilken man får forbedring av tørrstyrkeegenska-

pene eller for å gjøre papiret billigere anvendes tilsetningsmiddel av polysakkaridtypen sammen med et syntetisk retensjonsmiddel, slik som angitt i krav l's ingress.

Hovedråemnet ved fremstilling av papir eller kartong er en masse fremstilt av tre ved kjemisk eller mekanisk bearbei-ding. I henhold til fremstilllingsmåten taler man om enten kjemisk eller mekanisk masse. Som andre råemnebestanddeler anvendes fyllmiddel (kaolin, talkum CaCO^, osv.) og forskjellige tilsetriingsbestanddeler. Tilsetningsbestanddelene anvendes på den ene side for å senke råmaterialomkostninge—

ne og på den annen side for å forbedre produktenes tryknings-egenskaper. Ved hjelp av tilsetningsbestanddeler etterstre-

ber man å gi produktene spesielle egenskaper, å forbedre fyllmiddelretensjonen eller for å øke produktenes styrkeegenskaper.

For all anvendelse av papir eller kartong kreves det av

disse en viss styrke. Det krevete styrkenivå innvirker på valget av råstoffbestanddelene. Generelt kan det sies at jo bedre styrke en viss massebestanddel gir desto dyrere er den. Om man ved valg av masse ikke erholder tilstrekkelig styrke kan styrken økes ved å anvende såkalte styrkeforbed- ■ rende tilsetningsmidler. Slike er eksempelvis stivelse, vokslim og polyakrylamid. Med nåværende kjente styrkefor-bedringsmidler kan man vanligvis ikke senke råstoffomkostningene i vesentlig grad, fordi ektraomkostningene som for-årsakes av styrkebefordrende tilsetningsmidler er omtrent de samme som den tilsvarende reduksjon av råstoffomkostningene.

For å tilfredsstille styrkekravene tvinges man imidlertid generelt til å anvende disse tilsetningsmidler.

Mengden av anvendt styrkeforbedrende tilsetningsmiddel er

for tørrhårde lim av polysakkeridtypen generelt 0,5 - 2 %,

for vokslim og polyakrylamidlim 0,2 - 1 % av massens tørr-stoffvekt. I tidligere år har fyllmiddelretensjonen blitt tilveiebragt ved hjelp av alun. Imidlertid/da papirmaskine-

nes hastighet har steget, har alunets effekt ikke vært tilstrekkelig, og man har begynt å anvende syntetiske polyme-

rer, spesielt polyakrylamider. I den senere tid har man på

den ene side på grunn av omkostningshensyn og på den annen side for å oppnå bedre trykkresultater begynt å anvende ialt større mengder "fyllmidler. Av denne grunn har man ved visse fabrikker støtt på problemet med hensyn til papirets styrke og derfor tilsatt massen styrkeforbedrende midler. Denne kjente kombinasjonsanvendelse: har ikke ført til noen vesentlig økning av styrken. Den trolige årsak er at fyllmid-

let i st8rre grad enn de andre massebestanddeler har adsor-

bert det tilsatte retensjonsmiddel.

En kombinasjonsanvendelse av kationisk stivelse og anionisk retensjonsmiddel av polyakrylamidtypen er kjent også fra fremstilling av såkalt superfylte papirkvaliteter. Slike papirkvaliteter som inneholder to eller tre ganger mere fyllstoff enn vanlig er nemlig foreslått å fremstilles ved hjelp av den nevnte tilsetningsmiddelkombinasjon (STFI-

kontakt nr. 3, 1982, s. 3-4). Ved fremstilling av papir som inneholder eksempelvis 50 % kåolin kan man anvende 5 % kationisk stivelse og 0,3 % anionisk polyakrylamid. En slik anvendelse av kationisk stivelse sammen med en anionisk polymer baserer seg i henhold til flen nevnte publikasjon på

at de kationiske og anioniske bestanddeler doseres i hen-

hold til deres ladninger i samme forhold, hvorved stivel-

sen bringes til å avsette seg og forbli i papiret i større mengder enn massens adsorpsjonsevne. Forbedringen ved et fyllstoffinnhold på 0 % er skuffende liten. Tilsvarende resultater burde oppnås ved å dosere kun stivelse i en mengde på ca. 2 %.

Kationisk stivelse og anionisk polyakrylamid har ved labo-ratorieforsøk (TAPPI 59 (1976); 6 120-122) vist seg å funr gere også som tokomponent retensjonsmiddelsammensetning.

Ved forsøkene har man ikke undersøkt innvirkningen på

styrken. Også ved. disse forsøk ble det anvendt fyllstoff, 5-10 % Ti02, og doseringen av tilsetningsmiddel skjedde på

basis av retensjonsoptimering.

Akrylamid, hvis molekylvekt optimalt er 100 000 - 500 000, kan anvendes i papir som tørrstyrkelim. En sammensetning av forskjellige anioniske akrylamider og kationiske stivelser er undersøkt som tørrstyrkelim uten nevneverdige positive resultater (J.P. Casey: Pulp and Papir Chemistry and Chemical Technology, 3. utg., vol. III, Wiley et Sons, 1981, s. 1456). En årsak til det dårlige resultat kan være at forholdene ikke har vært riktig valgt.

Det er nå overraskende funnet at en anvendelse av et tilsetningsmiddel av polysakkaridtype og syntetisk polymer retensjonsmiddel kan anordnes slik at det oppnås en overraskende forbedring i forhold til teknikkens stand med hensyn til papirets eller kartongens tørrstyrkeegenskaper med mindre tilsetningsmengder enn tidligere.

De vesentlige særpreg ved oppfinnelsen fremgår av krav l's karakteriserende del, ytterligere trekk fremgår av kravene 2-4.

Med tilsetningsmiddel av polysakkaridtypen menes her polysakkarider som angitt i krav 1 som er påtenkt tilsatt papirmassen, som hovedsakelig er kjente som tørrstyrkefor-bedrende tilsetningsmidler og som tidligere er beskrevet i nevnte publikasjon (J.P. Casey s. 1475-1514). Med disse midler kan man ved siden av tørrstyrkeegenskapene også innvirke på separasjon av vann fra papirmaskinens bane, en optimal dannelse av papirhanen, og spesielt når det gjelder derivater også på retensjonen og også på våtstyrkeegenskap-ene. Det nevnte middel har evnen til å danne hydrogen-bindinger med cellulose og således øke papirets styrke. På grunn av prisfaktorene er de mest anvendte av denne type tilsetningsmiddel av polysakkaridtypen stivelser og derivater derav. På grunn av gode retensjonsegenskaper kan kationiserte stivelsestyper med fordel anvendes.

De syntetiske retensjonsmidler har en høy molekylvekt, er langkjedete polymerer, såsom polyetylenoksyd eller polyakrylamid, de sistnevnte enten som sådanne eller delvis eller fullstendig hydrolyserte eller substituerte éTler kopolymeriserte. Polyetylenoksyd er ikke-ionisk og dets molekylvekt er passende over 1 000 000. De sistnevnté kan være anioniske, kationiske eller ikke-ioniske, og deres molekylvekt er over 200 000, passende over 1 000 000. Midlenes anvendelse som sammensetninger eller blandinger er også mulig.

Med i det vesentlige fyllstoff-frie papir- eller kartongkvaliteter menes slike ved hvis tilvirkning det ikke anvendes fyllstoff overhodet eller kun i en liten mengde, maksimalt 10% og generelt under 5%

Retensjonen av kationisk stivelse ved anvendelsesmengder i henhold til oppfinnelsen er 90 - 100% (Casey, s. 1492, 1495). Økningen av stivelsesmengden erholdt ved hjelp av oppfinnelsen kan således ikke begrunnes med at man ved hjelp av retensjonsmidlet skulle via forbedringen av polysakkarid-tilsetningsmidlets retensjon erholde vesentlig bedre styrkeegenskaper (i motsetning til de kjente fremgangsmåter, ved hvilke styrkeegenskapene økes ved å avsette et tilsetningsmiddel av polysakkaridtypen og en polymer med motsatte ladninger slik at styrkeegenskapene derved øker).

På den andre side har ikke retensjonstilsetningsmidlet i seg selv noen særlig forhøyende virkning på styrkeegenskapene, da anvendelsesmengden stopper på et nivå i henhold til oppfinnelsen, dvs. ved en størrelsesorden som tilsvarer normal anvendelse av et retensjonsmiddel. Således bør den overraskende effekt ifølge oppfinnelsen tilskrives en kraftig synergistisk effekt av de anvendte midler.

Ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen velges retensjonsmidlet fra tilfelle til tilfelle ved anvendelse av kjente fremgangsmåter, eksempelvis ved retensjonsforsøk i laboratorieskala slik at optimale retensjonsresultater erholdes. Forholdene (massens, vannets, limningens og lignende innvirkninger) avgjør om det beste resultat oppnås med anioniske, kationiske eller ikke-ioniske retensjonsmidler. Det avvikes således fra kjente fremgangsmåter ved at ladningene av tilsetningsmidlet av polysakkaridtype og retensjonsmidlet ikke behøver å oppheve hverandre, og ikke engang behøver å være av motsatt fortegn.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan passende tillempes ved fremstilling av papir- og kartongkvaliteter som er helt eller delvis frie for mineralske fyllmidler, såsom kraftpapir, avispapir eller kartong. Utnyttelse av oppfinnelsen begrenser seg imidlertid ikke til fremstilling av disse. Ved fremstillingen.av kvaliteter med fyllstoffmiddel-innhold bør man imidlertid ta i betraktning retensjonshjel-pemidlets tendens til å absorberes generelt i første rekke på fyllstoffpartiklenes overflate. Ved en økning av reten-sjonsmiddeldoseringen over den mengde som fyllmidlet adsor-berer, slik at retensjonsmidlet kan fungere på en måte som oppfinnelsen forutsetter og festes til fibrene, så blir man ofte tvunget til å anvende uøkonomisk store tilsetningsmengder. Derfor er det fordelaktig at ved fremstilling av fyll-stoffholdig papir i henhold til oppfinnelsen at fyllstoffmidlet behandles særskilt med et retensjonsmiddel som er funnet å være egnet derfor (som kan være det samme retensjonsmiddel som i henhold til oppfinnelsen) og deretter tilsettes fyllstoffmidlet i henhold til oppfinnelsen til den behandlete masse. En annen måte er å forbehandle fyllstoffet i henhold til i og for seg kjent fremgangsmåte (eksempelvis i henhold til fremgangsmåten i det nevnte STFI-kontakt-publikasjon: fyllstoffoverflaten mottak kationisk stivelse når fyllstoffmidlet først dispergeres anionisk). På denne måte forandrer fyllstoffmidlets overflate fullstendig karakter, hvorved det muligvis kan blandes til massen allerede innen retensjonsmidlet tilsettes, uten at man mister styrkeegenskapfordelene som oppnås med polymersy-stemet i henhold til oppfinnelsen. Forbehandlingen av fyllstoffmidlet kan naturligvis anordnes til å skje i nærvær av massen.

Noen utførelseseksempler i henhold til oppfinnelsen beskri-ves i de følgende eksempler

EKSEMPEL 1

Masseblandingen var 50 % kjemisk masse, 50 % mekanisk masse. Massen ble tatt ut av et maskinkar; og 1 denne masse var det i et blandekar tilsatt 0,7 % kationisk stivelse "Posamyl B" (Avebe, Holland) samt for å oppnå ønsket limningsgrad 0,125 % harpikslim "T-lim" (Hercules, USA)

og 0,4 % alun. Til massen ble tilsatt forskjellige mengder anionisk polyakrylamid som var funnet å være best egnet for massen, samt i en andre prøveserie først 0,4 % kationisk stivelse og deretter forskjellige mengder polymer. Av massen ble fremstilt ark med flatevekt 60 g/m 2 og disse ble undersøkt. Resultatene var som følger:

Fra resultatene kan man se at til og med en tilsetning på 0,01 % polyakrylamid forbedrer arkenes styrke. Ifølge teknikkens stand burde så små tilsetninger av polyakrylamid ikke innvirke særlig på massens styrke.

EKSEMPEL 2

Dette eksempel ble utført som i eksempel 1 med den for-skjell at massen ble tatt før blandekaret, dvs. den inneholdt ingen tilsetningsmidler. Limmidlet ble tilsatt massen først, og deretter polyakrylamid og til slutt 0,4 % kationisk stivelse.

Resultatene var som følger:

Spaltningsstyrken var mindre enn i eksempel 1 fordi den kationiske stivelse var til stede med 0,7 % mindre. Resultatene viser imidlertid at tilsetningen av polyakrylamid forbedrer styrken.

EKSEMPEL 3

Dette eksempel ble utført som i eksempel 2, men stivelsen ble tilsatt før polyakrylamid og dens mengde ble variert. Resultatene var som følger:

Ved flere forsøk innen papirindustrien har lovende resultater erholdt i laboratorieskala overhode ikke stemt når disse overføres til produksjonsmaskinen. Derfor har kjemi-kaliesystemet i henhold til oppfinnelsen ble forsøkt i en kartongmaskin. Maskinen var av den såkalte Inverform-typen. Overflate- og det bakre sjikt ble fremstilt av ren kjemisk masse og til mellomsjiktet ble anvendt ca. 50 % mekanisk masse. En større mengde mekanisk masse begrenses av den ferdige kartongs spaltestyrke. Den errormalt 85 - 90 J/m<2 >og for dette tilsettes til mellomsjiktets masse 0,8 % kationisk stivelse. Også større menger, til og med 2 % er forsøkt, men uten resultat.

EKSEMPEL 4

Fabrikutprøvning ble utført. Kationisk stivelse ble hele tiden dosert til blandekaret. Dens mengde varierte fra 0,6 - 1,2 %. Derved ble oppholdt en spaltningsstyrke på ca. 90 J/m 2. Polyakrylamid ble tilsatt etter filtret og dets dosering ble øket gradvis. Når doseringen steg til 0,042 % steg spaltningsstyrken til 120 J/m 2.

EKSEMPEL 5

Et annet fabrikforsøk ble utført. Ved dette forsøk ble hele tiden 1,2 % kationisk stivelse dosert til blandekaret. Po-lyakrylamidets doseringsmengde og tilsetningssted ble variert, samt ved visse prøvetilfeller ble dosert en ekstra mengde stivelse til etter tilsetning av polyakrylamidet.

I respektive tilfeller var de beste resultatene og de der-til hørende polyakrylamidmengder de følgende:

EKSEMPEL 6

Ved å utføre forsøk med en laboratoriearkformer ble under-søkt innvirkningen av forskjellige retensjonsmidler av polyakrylamidtypen på papirets tørrstyrkeegenskaper. Den anvendte masse inneholdt 45 % cellulose og 55 % slipmasse. Massen ble tatt ut av utjevningsbeholdere, og den inneholdt 1,2 % kationisk stivelse. Av massen ble fremstilt ark med flatevekt på 60 g/m'<1>' ved hjelp av en sirkulasjonsvannark-former og til massen ble tilsatt 0,02 % polyakrylamid like før massen ble innført i arkformen. Resultatene var:

Det vil ses at de beste resultater erholdes ved anvendelse av enten kationisk eller anionisk retensjonsmiddel, dvs. såvel kationisk som anionisk polyakrylamid ga en god styrke sammen med kationisk stivelse.

EKSEMPEL 7

Et forsøk i henhold til eksempel 6 ble gjentatt med den for-skjell at det som masse ble anvendt en som inneholdt 23 % avfallscellulose og 77 % slipmasse, mengden av kationisk stivelse var 0,7 % og polyakrylamiddoseringen var 0,03 %

og arkene ble fremstilt som 100 J/m 2 uten sirkulasjonsvann. Resultatene var:

På nytt kan det ses at det oppnås en fordelaktig samvirkning med kationisk stivelse og såvel anionisk som kationisk polyakrylamid.

EKSEMPEL 8

Med en laboratoriearkformer ble fremstilt av masse som inneholdt 25 % slipmasse og 75 % (vikk)kartongavfall 60 J/m<2 >sirkulasjonsvanns ark. Til massen ble tilsatt i god tid (minst 0,5 timer) innen arkfremstilllingen enten en negativ guargummilim eller amfotært guargummilrm. Mengdene var i begge tilfeller 1,2 %. Like før massen ble ført i arkformeren ble den tilført 0,03 % forskjellige retensjonsmidler av polyakrylamidtypen. Resultatene var:

Det kan ses at en lignende fordelaktig samvirkning som erholdes med kationiske stivelsesretensjonsmiddelblandinger også kan oppnås med plantelimretensjonsblandinger.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte ved fremstilling av papir eller kartong for å forbedre papirets eller kartongens tørrstyrke-egenskaper ved at det til fibermassesuspensjonen tilsettes et tilsetningsmiddel av polysakkaridtypen og et syntetisk retensjonsmiddel, samt eventuelt fyllstoff, karakterisert ved at det som tilsetningsmiddel av polysakkaridtypen tilsettes, regnet på massens tørrvekt, 0,2 - 3% stivelse eller derivat derav, passende kationisk stivelse og som syntetisk retensjonsmiddel tilsettes 0,005 - 0,1% et polyakrylamid eller derivat eller kopolymer derav, eller polyetylenoksyd eller blandinger derav, idet: A) tilsetningen utføres til fibersuspensjonen som i det vesentlige er fri for tilsetningsmiddel, B) i det minste en del av retensjonsmidlet tilsettes til fibersuspensjonen før fyllstofftilsetning, eller C) fibermassen tilsettes forbehandlet fyllstoff.

2. Fremgangsmåte ifølge krav l, karakterisert ved at det til fibersuspensjonen tilsettes, regnet som massens tørrvekt, 0,8 - 1,5% tilsetningsmiddel av polysakkaridtype,

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at til fibersuspensjonen tilsettes, regnet på massens tørrvekt, 0,02 - 0,05% syntetisk retensjonsmiddel.

4. Fremgangsmåte ifølge hvilke som helst av de fore-gående krav, karakterisert ved at i det minste en del av tilsetningsmidlet av polysakkaridtypen tilsettes fibersuspensjonen før det syntetiske retensjonsmiddel .