NO300856B1 - Fremgangsmåte og anordning for liming av papir - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte og anordning for liming av papir. Spesielt papir produsert under alkaliske eller nøytrale betingelser anvender sykliske syreanhydrider, spesielt alkyl» eller alkenyl- succinsyre-anhydrider (ASA) alkyl - keten - dimerer (AKD), eller deres blandinger som lim.

Papir, papp, kartong og andre lignende produkter fremstilles først ved å oppløse cellulosen eller de syntetiske fibrene i store mengder vann og blandingen føres til en papirmaskin hvor vannet fjernes, slik at det dannes en kontinuerlig papirbane.

I henhold til fibrenes natur, typen papir eller papp som produseres etc., behandles produktet med forskjellige kjemikalier som kan tilsettes den vanndige dispersjonen av fibre. En spesiell behandling som er vanlig ved de fleste papirfremstillingsprosessene, er liming.

Liming av papir er vel kjent, to typiske limmaterialer er alkyl-keten-dimerer og alkenyl-succinsyre-anhydrider. Disse produktene anvendes generelt i emulsjonsform som beskrevet for eksempel i japansk patentpublikasjonEE 62-231099;

61-146898; 61-160495; 52-25102; 60-20905. Selv om foreliggende oppfinnelse vedrører liming generelt, er den spesielt opptatt av liming med alkenyl succinsyre-^ anhydrider.

UK-patent 1492104 beskriver anvendelse av polyoksyalkylen alky> eller arylalkyl-etere, eller de tilsvarende mono- og di-ester derivatene for å fremstille emulsjonen av sykliske syreanhydrider med lav skjærenergi. Slike emulsjoner brukes for. å dispergere anhydridene intimt i cellulosemassen for å produsere limt papir. Limemulsjonen kan produseres in-situ i cellulosemassen, eller før innføring i cellulosemassen. Emulsjonene blir fortrinnsvis fremstilt i nærvær av kationiserte stabilisatorer som for eksempel kationiserte stivelser, polyaminoetyl-acrylat-harpikser, polyamid-harpikser med frie aminogrupper, reagert eller ureagert med epi-klorhydrin etc.

Hovedfunksjonen til disse kationiske stabilisatorene er å lade emulsjonens partikler positivt, noe som bedrer absorpsjonen ved Coulombisk tiltrekning på den negativt ladede overflaten til cellulosefibrene.

Anvendelsen av nitrogen og/eller oksygenholdige emulgatorer for å fremstille emulsjoner av sykliske syreanhydrider i nærvær av kationiske stabilisatorer med en lav skjærenergi, utføres generelt ved å anvende en konsentrasjon på 2.0 til 10.056 emulgator basert på anhydridet. Typisk anvendes 1 til 5 deler kationisk stabilisatorer pr. 1 del anhydrid.

De fremstilte emulsjonene er kjemisk ustabile i vann. Konsekvensen av dette er at emulsjonspartiklene med sub-mikron diametere raskt hydroliseres. I motsetning til dette vil emulsjonspartikler med en diameter over 3-4 mikron, med for lav overflate-til-masseforhold, mangle tilstrekkelig Coulombisk tiltrekningsevne til raskt å kunne deponeres på cellulosen og forblir derved suspendert i prosessvannet som anvendes ved papirfremstillingen.

De blir derfor resirkulert kontinuerlig med prosessvannet og blir til slutt hydrolisert, noe som ikke bare er unødig bruk av limforbindelser, men som gir driftsforstyrrelser i papirmaskinen. Emulsjonsbasert limteknologi gir i tillegg dårlig limt papir på grunn av gjenfuktingsfenomenet, forårsaket av emulgatoren, lavt limutbytte og skumming.

Gjenfuktigen er resultatet av nærvær av restemulgator i det absorberte sykliske syreanhydridet på cellulosefiberover-flaten. Emulgatorens polare grupper, spredd over overflaten til anhydridpartikkelen, tiltrekker vann til overflaten og favoriserer derfor hydrolyse av anhydridet i stedet for at det reagerer med hydroksygruppene i cellulosen.

Videre vil nærværet av emulgatorrester i det ferdige produktet gi en uønsket vannaffinitet til papiret og en medfølgende reduksjon av den hydrofobe karakteren til papiret fremstilt ved liming. Disse ulempene unngås ikke ved å redusere emulgatorkonsentrasjonen til under 1.056 basert på anhydridet og ved å bruke "high-shear" blandere i nærvær av 1 til 5 deler kationisk stabilisator pr. 1 del anhydrid. Selv ved å bruke blandere av turbin-typen (roterer i området 10000 til 20000 RPM), er det vanskelig å kontrollere partiklenes diameterfordeling, både i sub-mikron og 3 til 4 mikron området. Anhydridets molekylmasse og struktur til dets alkenylkjede, har liten innvirkning på egenskapene over.

Emulgeringsteknikker med høy skjærkraft (high-shear), basert på turbinpumper med trykkfall mellom innløp og utløp opptil 8 til 10 kg/cm<2>, er nødvendig for å oppnå en diameterfordeling på emulsjonspartiklene som gir det beste limeresultåtet. Imidlertid er emulsjoner fremstilt med høy skjærkraft kjennetegnet ved liten stabilitet og de har en tendens til raskt å utfases.

Fremstilling av papir, ved anvendelse av sykliske syre-anhydridamulsjoner for liming, krever ytterligere ferdigheter som ikke er generelt tilgjengelig i papirindustrien, samt ekstra overvåkenhet. Driftskostnadene er også høyere og skumming kan medføre problemer.

Skum, som har en stor luft-væske grenseflate, favoriserer fordamping av resirkuleringsvæskene med dannelse av fett-deponeringer både på papiret og i vannresirkuleringstanken. Dette kan også medføre driftsproblemer på papirmaskinen. Det kan derfor være nødvendig med hyppige renseoperasjoner, noe som vil avbryte prosessen og øke produksjonskostnadene. En ytterligere negativ kostnad, representeres ved bruk av emulsjonens kationiske stabilisatorer.

Flere av problemene som papirindustrien møter ved bruk av emulsjoner av sylkliske syreanhydrider ved liming av papir, er beskrevet i : 1987 Sizing Short Course, april 8-10, 1987, Atlanta, Ga., TAPPI Press 1987.

1985 Alkaline Papermaking, april 17-19, 1985, Denver, Co., TAPPI Press 1985, ISSN 0738-1190.

Selv om limt papir kan oppnås ved å bruke emulgerte reaktive syntetiske produkter, er ulempene i forbindelsesavfall på grunn av hydrolyse, dårlig limt papir på grunn av gjenfuktingsfenomenet, lavt limutbytte, skumming, dannelse av fettavsetninger i vannresirkuleringstanken og driftsproblemer i papirmaskinen.

Tillegg er produksjonsprosesser for papir basert på liming med emulgerte produkter mindre økonomisk på grunn av:

- Behovet for emulgatorer og emulsjonsstabilisatorer.

- Et større forbruk av limforbindelser for å kompensere

for lavere limutbytte, som er resultatet av limets hydrolyse og som gir papiret en lavere hydrofob karakter. - Nødvendigheten av hyppigere renseoperasjoner som fører til et økt antall prosessavbrudd. - Behov for turbinpumper eller statiske blandere med høyt trykkdifferensial.

Hensikten med foreliggende oppfinnelse er å redusere eller eliminere de tekniske og økonomiske problemene forbundet med papirliming med emulgerte limforbindelser, spesielt de som er basert på sykliske syreanhydrider.

Et mål med oppfinnelsen er å utvikle en fremgangsmåte for å reagere 1 imforbindelsene med cellulosemassen i fravær av en emulgator med en nøyaktig forutbestemt og produserbar kontakttid og limforbindelsens partikkeldiameter som en funksjon av andre relevante driftsparametere (for eksempel cellulosetype, frihetsgrader i papirmassen, type mineraltilsetninger, temperaturen i tørkeseksjonen etc.)

En annen hensikt er å utvikle en fremgangsmåte for kontakt mellom den syntetiske limforbindelsen med cellulosemassen som reduserer hydrolysen av limforbindelsen under dens opp-holdstid i prosessvannet.

Nok en hensikt er å fremstille papir med en akseptabel grad av hydrofobisitet for skriving og trykking, angitt ved standardtestene som er utviklet for papirindustrien, som for eksempel Hercules Size-testen og Cobb-testen.

Det er også ønskelig at fremgangsmåten for å føre den syntetiske limforbindelsen sammen med cellulosemassen lett kan anpasses til eksisterende anlegg som produserer papir, papp etc.

I vår europeiske patentsøknad 89306178.8 beskriver vi en fremgangsmåte for fremstilling av papir, papp, kartong etc, med en limeprosess som omfatter følgende trinn:

- Fremstilling av en cellulose-vannoppslemming.

- Kationisering av oppslemmingen.

- Dispergering av syntetisk lim, konsentrert eller i løsning med ikke-aktive forbindelser som for eksempel gasser eller løsningsmidler i form av fine dråper i cellulosemassen før, under eller etter fremstillingen av papirbanen, uansett hvorvidt denne papirbanen er tørr eller fuktig.

- Tørking av papirbanen.

Etter at denne teknologien er utviklet i kommersiell skala, har vi funnet at fremgangsmåten kan forbedres dersom limet injiseres ved hjelp av en stempelpumpe gjennom en eller flere dyser nedsenket i det vanndige systemet. Vi har også funnet at dispergeringen av limet forbedres dersom det forvarmes før injeksjon i cellulosemasse/vannoppslemmingen. Som et foretrukket trekk ved oppfinnelsen, blandes limet i en liten mengde vann før injeksjon i cellulosemasse/vannoppslemmingen. Denne vannstrømmen kan inneholde kationisert stivelse og/eller andre kationiseringsmidler som for eksempel proteiner, polaminer og også naturlig gummi og syntetiske polyhydroksylerte hydrokarboner.

Foreliggende oppfinnelse frembringer en fremgangsmåte for liming av papir som er kjennetegnet ved følgende trinn:

a) danne en cellulosevannoppslemming,

b) forvarme et limprodukt, enten i ren tilstand eller i

løsning,

c) blande det forvarmede limproduktet med vann for å danne en limblanding, hvilken limblanding ikke er emulgert, d) injisere blandingen som en væske ved hjelp av en stempelpumpe via en dyse, i dråpeform, inn i cellulose/vannoppslemmingen, før dannelsen av en tørr papirhane,

e) tørke papirbanen,

hvor limblandingen injiseres ved tilstrekkelig stort trykk på 50 til 300 atmosfærer, hvilket trykk er tilstrekkelig stort til å danne et trykkdifferensial mellom blandingen og papirmassen, som akselererer disintegrasjonen av væskestrålen og øker kontakten mellom limet og papirmassen, hvilken økt kontakt akselererer dannelsen av papirbanen, og hvor minst en av cellulose/vannoppslemmingen og 1 imblandingen inneholder en kationiserende forbindelse.

Ytterligere fordelaktige trekk ved fremgangsmåtene er angitt i de uselvstendige krav.

Oppfinnelsen vedrører også en anordning for injeksjon av lim i en papirmasse som er kjennetegnet ved de karakteristiske trekk som fremgår av det selvstendige krav 8. Ytterligere fordelaktige trekk ved anordningen er angitt i de etterføl-gende uselvstendige krav.

Den foretrukne temperaturen som limet bør oppvarmes til, avhenger av typen av lim hvor alkenyl-succinsyre-anhydrider brukes bør temperaturen være fra 30 til 65°C, fortrinnsvis 35 til 50°C, når alkyl keten dimerer brukes bør temperaturen være over deres smeltepunkt, generelt over 40°C. Vi foretrekker også at vannet som det forvarmede limet varmes med, er oppvarmet til en temperatur i området 30 til 60°C.

Når oppslemmingen er kationisert, blir den generelt behandlet med mineraltilsettinger etter blanding med limet.

Ytterligere fordeler ved anvendelse av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen vil fremgå fra den etterfølgende detaljerte beskrivelse av enkelte prosedyrer som er nødvendig for å kunne anvende den. Disse prosedyrene er beskrevet for å forklare oppfinnelsen og er ikke ment å være begrensende for denne.

I henhold til den foretrukne prosedyren for å kunne anvende oppfinnelsen, blir den reaktive sytetiske limblandingen blandet med vann og kontinuerlig dispergert i form av fine dråper i en våtende til papirmaskinen, fortrinnsvis på steder hvor cellulosemasse-vannoppslemmingen har høy turbulens for å oppnå en rask og fullstendig kontakt mellom limforbindelsen og papirmassen.

Dispersjonen av limforbindelsen oppnås passende med en sprøytedyse som gir dråper i vannet med forutbestemte størrelser og en forutbestemt partikkeldiameterfordeling. Typen av sprøytedyse og sprøytevinkel kan endres avhengig av typen papirmaskin og ved hvilken posisjon i papirmaskinen hvor den vil plasseres for beste resultat. Antallet sprøytedyser som brukes kan velges i henhold til type papirmaskin og type papir eller papirprodukt som fremstilles.

Vi har funnet at det oppnås en god dispersjon av limet i store vanndige systemer ved å pumpe limet med en stempelpumpe gjennom en eller flere dyser nedsenket i det vanndige systemet.

Det vil derved opptre en sprøyteblanding på grunn av den store trykkforskjellen som dannes ved dysespissen mellom limet og papirmassen. Denne forskjellen aksellererer nedbrytningen av væskespruten som kommer ut med høy hastighet fra dysespissen til små sfæriske partikler ved at den treffer den omgivende væsken.

Den reaktive syntetiske limforbindelsen kan tilføres sprøytedysen gjennom et trykksatt ledningssystem og sprøyte-trykket kan frembringes ved mikrodoseringspumper. Alternativt kan forbindelsen tilføres sprøytedysen fra lagertanker som er trykksatt med en inert tørr gass og forbindelsen kan måles med kalibrerte mikroventiler.

Lagringstankene, 1edningssyternet, dysene, ventilene og mikropumpene kan passende være termostatert for å holde limet ved den ønskede foroppvarmingstemperaturen. Passende termostatering kan oppnås med vann med den valgte temperaturen .

Termostateringen kontrollerer viskositeten til limforbindelsen og danner dråper med forutbestemte diametere når de kommer ut av sprøytedysen. Viskositetskontrollen er spesielt anvendelig når det brukes reaktive limforbindelser som er faste eller meget viskøse ved romtemperatur. For eksempel kan dette være tilfelle med sykliske anhydrider, substituert med palmityl (eller tyngre) eller lineære i steden for forgrenede grupper eller anvendelse av alkyl-keten-dimerer.

I denne foretrukne fremgangsmåten injeseres det forvarmede limet i en strøm av vann med hovedsaklig samme temperatur som limet rett før selve vannstrømmen injeseres i cellulosemassen. Denne vannstrømmen kan også brukes til å føre andre tilsetningsstoffer inn i papirmassen, som for eksempel anti-skumningsmidler, proteiner, naturlige gummier, syntetiske polyhydroksylerte hydrokarboner, alum og kationisk stivelse. Det kan også føres inn i vannet produkter for å mikro-innkapsle limet og derved forhindre hydrolyse.

Trykksetting av limproduktet i lagertankene kan oppnås ved eller omtrent ved romtemperatur, med tørkede gasser som for eksempel luft, nitrogen, argon, metan, propan, butan, klorfluor hydrokarboner, karbondioksyd, nitrogenprotoksyd. Enkelte av disse gassene er løselige i den reaktive limforbindelsen ved lagringstemperatur.

Absorpsjonen av dråpene av limforbindelsen på cellulosefibrene blir påhjulpet ved kationiseringsbehandling. Fibrene kan ha gjennomgått tidligere kationisering, enten on-line eller i papirmasse-behandlingsbad. Alternativt kan selve limet påføres sammen med kationiseringsmidlet. Slik kationisering er en standardteknikk ved papirproduksjonen for å fremheve retensjonen av harpikser med våt styrke av mineraltilsetninger etc. som ellers i store deler ville gå tapt. Kationiseringen utføres generelt med langkjedede fettaminer, syntetiske polymerer inneholdende aminer, kationisk modifiserte stivelser, polyamid-amin harpikser og andre kationiserte produkter. Typisk brukes 0.02 til 3.50 masse-£ kationiseringsmiddel basert på massen av tørre fibre.

Kontakttiden mellom prosessvannet og den reaktive syntetiske limforbindelsen i dispergert dråpeform er meget kort, avhengig av turbulensen i maskinens våte ende og av katio-niseringsbehandlingen. Disse faktorene kan varieres for å oppnå den ønskede avsetningshastigheten av limdråpene på fibrene.

Den kombinerte virkningen av ekstremt lav kontakttid med prosessvannet og den naturlige hydrofobisiteten til limforbindelsen forhindrer dens hydrolyttiske nedbrytning og det resulterende avfallet.

Videre ved å redusere dråpediameteren, vil interaksjonene mellom cellulosefibrene og 1imforbindelsesabsorpsjonen forbedres slik at limutbyttet øker til et nivå som er høyere enn den som oppnås med den kjente emulsjonsteknologien.

I en annen prosedyre for å implementere foreliggende oppfinnelse, blir løsninger av visse gasser som for eksempel metan, propan, butan, klorfluor hydrokarboner, karbondioksyd etc. i den syntetiske limforbindelsen, sprøytet i form av fine dråper, direkte inn i den våte enden av papirmaskinen eller på den fremstilte papirbanen før maskinens tørkeseksjon eller i limpressen.

Dysen (e), eller enhver lignende anordning, tilkoblet med et trykksatt ledningssystem til lagringstanken inneholdende løsningen av 1 imforbindelse kan brukes for å dispergere limforbindelsesløsningene i cellulose-vannoppslemmingen. Fortrinnsvis er injeksjonssystemet regulert av papirproduksjonshastigheten og omfatter en forvarmet beholder som mater en lavtrykks fødepumpe som igjen føder, fortrinnsvis via et filter, en doseringspumpe som passende er en 4 til 6 sylinders doseringspumpe som opererer ved trykk i området 50 til 300 atmosfærer, fortrinnsvis 120 til 200 atmosfærer, og denne pumpen er regulert av et signal fra papirmassestrømmen for å opprettholde et konstant forhold mellom lim og massen.

Pumpen injeserer limet gjennom en eller flere dyser inn i vannstrømmen og deretter inn i massen med en forutbestemt hastighet for å gi passende liming. Enhver gass vil fordampe eller den oppløses av prosessvannet og favoriserer dråpe-dispergering uten å påvirke papirproduksjonsprosessen på noen annen måte.

En annen viktig funksjon til den oppløste gassen er å beskytte overflaten av dråpene fra vannets hydrolyttiske virkning og produsere in-situ en frisk overflate på dråpene når gassen fordamper eller oppløses i prosessvannet.

Det kan brukes et stort område gasslimforbindelsesblandinger og den foretrukne sammensetningen er avhengig av type papir som produseres i en gitt maskin og fra driftsparametrene.

Generelt kan konsentrasjonen av oppløst gass være i området 20 til 5056 av limforbindelsen, selv om det av økonomiske årsaker er foretrukket at gasskonsentrasjonene holdes i området 1 til 1956. Limforbindelse-gassløsningene kan også fremstilles ved forutgående blanding av gasstyper med lav og høy løslighet i limforbindelsen som for eksempel nitrogen og karbondioksyd, nitrogen og metan.

I en annen prosedyre blir den reaktive systetiske limforbindelsen først oppløst i et vannfritt, aprotisk, vannløslig, inert løsningsmiddel. Løsningen sprøytes med en eller flere dyser som fine dråper direkte inn i vann-celluloseoppslemmingen i papirmaskinens våte ende. I dette tilfellet blir det inerte løsningsmidlet oppløst av prosessvannet, som derved beskytter de reaktive limforbindel-sesdråpene fra vannets hydrolyttiske virkning og genererer in-situ en frisk overflate i nærvær av cellulosen.

I en ytterligere utførelsesform kan inerte gasser oppløses i det aprotiske løsningsmidlet, som tidligere beskrevet (for eksempel karbondioksyd).

Eksempler på anvendelige aprotiske forbindelser inkluderer ketoner, estere, etere, aromatiske og alifatiske hydrokarboner (for eksempel aceton, metyletyl keton, acetonyl aceton, metyl acetat, etylen glycol diacetat, dioxan, etc). Det kan anvendes et stort område av løsningsmiddelkonsen-trasjoner i løsninger med limforbindelsen.

Den foretrukne sammensetningen vil bli bestemt eksperimentelt avhengig av prosessparameterne. Økonomiske betraktninger vil indikere at løsningsmiddelkonsentrasjonene i området 1 til 195é er å foretrekke fremfor konsentrasjoner i området 20 til 5056 eller høyere, og anvendelse av slike lave konsentrasjoner vil også utelukke oppsamling av løsningsmidlet i vannresir-kuleringssystemet.

I en annen foretrukket prosedyre for å implementere oppfinnelsen, er den reaktive limforbindelsen oppløst i et vannfri, protisk, vannløslig forbindelse umiddelbart før den sprøytes eller omdannes til fine dråper.

Foretrukne konsentrasjoner av protisk anhydrøst løsnings-middel med den reaktive limforbindelsen er tidligere beskrevet i tilfelle med aprotiske løsningsmidler. Typer av slike løsningsmidler inkluderer alkoholer, eteralkoholer, esteralkoholer (f.eks. metylalkohol, etylalkohol, 2-butoksyetanol, etylen-glykol-monoacetat, 2-(2 butoksyetanol), etc.

Det brukes fortrinnsvis 0.005 til 2.0 masse-56 lim på tørre fibre. Etter påføring av limet, blir papirbanen tørket ved oppvarming til en temperatur i området 90 til 120° C, noe som også fremskynder reaksjonen mellom den reaktive limforbindelsen og hydroksydgruppene til cellulosen.

Dette kan utføres med de oppvarmede sylindrene som også danner det trykket som er nødvendig for å impregnere papirbanen med den reaktive limforbindelsen.

I henhold til en alternativ prosedyre for å implementere oppfinnelsen, blir den syntetiske limforbindelsen sprøytet på den dannede papirbanen med en eller flere dyser med liten sprøytevinkel. De kan sprøyte i retning av den ene siden av papirbanen eller i den motsatte siden eller på begge sider samtidig.

Med denne teknikken kan sprøytingen utvides til hele papirbanens overflate eller den kan begrenses til enkelte deler av overflaten, enten når denne er fremdeles fuktig eller i en limpresse eller i begge posisjoner.

Ved sprøyting i limpressen bør de siste tørkesylinderne som brukes til å tørke papiret, gi nok trykk og oppnå en tilstrekkelig høy temperatur til å sikre både impregnering av limforbindelsen og papirets våte tykkelse og reaksjon med cellulosens hydroksylgrupper.

Når limforbindelsen påføres i limpressen, bør konsentrasjonen av denne forbindelsen nå verdier over 2 masse-^ av de tørre fibrene. Høyere konsentrasjoner er mulig med kon-sekvenser for kostnadene.

Det er nødvendig med en viss tidsperiode for å oppnå slik reaksjon når konsentrasjonen av limforbindelsen er i de øvre områdene.

De foretrukne syntetiske reaktive limforbindelsene er sykliske syreanhydrider med generell formel hvor R-l er en organisk hydrofobisk gruppe. Mer foretrukket er flytende sykliske syreanhydrider hvor er en forgrenet kjede Cg-C^ alkenylgruppe.

Typiske eksempler på cellulose som kan behandles med limforbindelsene stammer fra harde og bløte tresorter, bleket eller ikke bleket, halvkjemisk, slipmasse og kombinasjoner derav. Syntetisk rayon eller regenerert cellulosefibre kan også brukes, samt avfallspapir og papp.

Foreliggende oppfinnelse kan anvendes for ethvert limmate-riale for eksempel inkludert acyl-halogenider, sykliske syreanhydrider, alkyl-keten-dimerer, isocyanater, alkyl-amino-klorider, urea-derivater , karbonsyre-klorider, klorsulfonsyre og klorfosforsyre amider som for eksempel de som beskrevet i 1987 Sizing Short Course Reference beskrevet over (side 4).

r

Det kan også brukes alternative blandinger av 1im-materialer. Når materialene er i fast form ved romtemperatur, som for eksempel alkyl-keten-dimerer, kan det være nødvendig å overføre dem til løsninger i smeltet tilstand eller som blandinger med andre limforbindelser, i hvilket tilfelle forvarmingstemperaturen bør være slik at produktet enten er smeltet eller i flytende form.

Et injeksjonssystem som også utgjør endel av foreliggende oppfinnelse er skjematisk vist i figur 1 og viser at limet mates fra lagertanken til en forvarmer A hvorfra det føres til en lavtrykkspumpe B gjennom filter C til doseringspumpen D som presser limet gjennom injektordysen E inn i en ledning F, gjennom hvilken en vannstrøm strømmer inn i hovedcellu-losemassen G.

Driften av lavtrykkspumpen er fortrinnsvis kontrollert av papirproduksjonshastigheten på samme måten som driften av doseringspumpen for å kontrollere mengden av lim som tilføres massen.

En mer detaljert og foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen er vist i figur 2. Limet injiseres gjennom en sprøyte-blandeanordning som omfatter en firedelt pumpe 1 tilkoblet akselen til en elektromotor 2 med variabel hastighet med kamaksel 5. Pumpen 1 kan omfatte ethvert antall utløp, avhengig av anvendelsesområdet. Lavtrykkspumpe , 3 er tilkoblet med kamaksel 6 til pumpen 1 og via filteret 4 med ledningene 7 og 8 til ledning 11. Den mater væsker eller smelter hvor faste urenheter er filtrert av til pumpens 1 sugeside. Pumpen 3 er tilkoblet med ledningen 11 til tanken 13 hvor limet lagret. Pumpeutløpene er koplet med ledningene 20, 21, 22, 23 til sikkerhetsventilene 24, 25, 26 og 27.

Pumpen 1 tilfører lim under trykk til dysene 40, 41, 42, 43 med ledningene 28, 29, 30, 31. Dysene er festet på ledningen 44 med dyseholdere 36, 37, 38 og 39.

Anordningen drives på følgende måte: Tanken 13 fylles via ledningen 14 med væske som skal blandes med vann og vanndige fluider strømmer i ledning 44. Ventilen 15 blir deretter lukket. Tanken 13 er tilkoblet med ledning 16 til tanken 17 inneholdende silika gel, molekylsikter og lignende lufttørke-midler. Tanken 17 er forbundet med atmosfæren når ventilen 18 er åpen.

Åpningsventilen 12 på ledningen 11 kobler tanken 13 til stempelpumpen 1 via lavtrykkspumpen 3, ledning 7, filter 4 og ledning 8 og lar limet strømme inn i pumpens utløp. Lukking av ventilene 32, 33, 34, 35 og håndrotering av kamaksel 5 og

åpning av sikkerhetsventilene 24, 25, 26, 27 forenkler fyllingen av beholderne.

Oppstarting av elektromotor 2, åpning av ventilene 32, 33, 34, 35 og lukking av sikkerhetsventilene 24, 25, 26 og 27 starter dosering og sprøyteblanding av limet i ledning 44 (inneholdende vann eller vanndige fluider som strømmer i denne) gjennom dysene 40, 41, 42, 43, festet på ledning 44 med dysene 36, 37, 38, 39 og 40. Vi har funnet at pintle-dyser tilsvarende de som brukes ved injeksjon av diesel-brennstoff i dieselmotorer er spesielt anvendelige.

Sikkerhetsventilene 24, 25, 26 og 27 tilkoblet pumpens beholdere med ledningene 20, 21, 22, 23 og til dysene 40, 41, 42, 43 med ledningene 28, 29, 30, 31 vil åpne når trykket i systemet øker over en settverdi.

I den foretrukne utførelsesformen av oppfinnelsen, blir limet sprøyteblandet inn i det strømmende vannet eller de vanndige væskene i ledningene, tilsvarende 44, som dysene er festet til i enhver passende posisjon (for eksempel alle dysene i en rad langs ledningens lengde eller fordelt rundt ledningens diameter med foretrukne vinkler etc). Antallet dyser som anvendes vil være avhengig av væskevolumet som skal sprøyte-blandes, antall pumpebeholdere som brukes og antallet pumper.

I den foretrukne utførelsesformen av oppfinnelsen, er pumpene 1 og 3, filteret 4, ventilene 12, 24, 25, 26, 27, 32, 33, 34, 35, tanken 13, ledningene 8, 11, 20, 21, 22, 23, 28, 29, 30, 31 og dysene 40, 41, 42, 43 elektrisk oppvarmet for å endre temperaturen og termostatere væskene i den. En temperatur høyere enn romtemperatur kan ha fordelaktige effekter på pumpingen og sprøyteblandingen, spesielt under vinterdrift eller dersom det utføres en kraftig blanding med substanser som smelter ved temperaturer i området 20 til 100°C.

I den foretrukne utførelsesformen av oppfinnelsen, kan tanken 13 veies kontinuerlig for å måle strømningen og dosere limet nøyaktig.

Sprøyteblandeanordningen kan fremstilles av stål med lavt karboninnhold, rustfritt stål eller andre materialer, avhengig av hvilken type fluidum som sprøyteblandes. Selv om rørene 20, 21, 22, 23, 28, 29, 30, 31 og ventilene 24, 25, 26, 27, 32, 33, 34, 35 må kunne motstå trykk på mere enn 200 kg/cm<3>, behøver ledningene 11, 7, 8 og filteret 4 kun å motstå trykk på 3 til 10 kg/cm<2>.

I den foretrukne utførerelsesformen av oppfinnelsen blir hastigheten til den elektriske motoren 2 variert ved hjelp av en elektronisk tilkobling til kretsen til pumpen som genererer strømmen av vann eller vanndige fluider i ledning 44. Med dette arrangementet vil positive eller negative strømningsvariasjoner i ledningen 44 automatisk modifisere pumpens 1 utløp.

Anordningen som tidligere er beskrevet, har vært brukt for å dosere og sprøyteblande med trykk i området 100 til 250 kg/cm<2>, C12°S <C>l6-18 alkenyl-succinsyre-anhydrider (ASA) i papirmasse under papirfremstillingsoperasjoner. Papirmasse til ASA-forhold i området 40.000 til 100.000 er fordelaktig vist med et sprøyte-blandetrykk på 200 kg/cm<2> og ved fremstilling av Gaussiske ASA-dispersjoner med partikkel-diametere sentrert rundt 1-2 mikron.

Kvaliteten på papiret produsert under slike industrielle forsøk indikerer at dets hydrofobe karakter, bestemt ved Cobb og flekkpenetreringslimtester har vært konstant og ligger innen det området som aksepteres av industrielle og kommer-sielle standarder.

Foreliggende oppfinnelse vil ytterligere bli illustrert ved hjelp av de etterfølgende eksempler hvor alle materialmengder henviser til masse av tørrcellulose. Følgende materialer ble brukt: A) Bleket sulfatcellulose (6056 hardt trevirke, 4056 bløtt trevirke) med frihet (friness) 35°SR og konsentrasjon 40 g/liter i springvann (hardhet 10 franske grader), behandles med 0 til 0 . 556 hydratisert aluminiumsulfat (alun) som en 100 g/liter løsning i springvann.

B)

Kationisert potetstivelse (Roquette Fr. EICAT 180 brand), med konsentrasjon ca. 556 i demineralisert vann kokes ved 85-90°C i 30 minutter og fortynnes deretter ca. 5 ganger. Stivelsen brukes normalt innen 12-24 timer fra koking for å forhindre uønsket elding. C) Kalsium-karbonat (Craie Micronic 0 brand) foroppslemmes i springvann med en konsentrasjon på 350 g/liter. D) Alkenyl-succinsyre-anhydrid {EXXON CHEMICAL CO) med en c12 forgrenet sidekjede og FIBRAK 76 (Roquette Fr. brand) med en Ci6_ig sidekjede, brukes som limforbindelser. E) Polyakrylamid (Schimmer & Schwartz F04550BPM brand), oppløst i vann med en konsentrasjon på 0.03856, brukes som flokkuleringsretensjonsmiddel. F) Natrium-polysilikat Na2Si307 3^0 som en 42 masse-56 vannløsning tilsettes uten modifikasjoner. Kolloidalt polymerisert silika inneholdende 0 .356 Na£0 som en 1556 vanndispersjon (EKA-KEMI Compozil BMA Brand) tilsettes uten modifikasjoner. G) Dietylen-tetra-amino-pentametylen-fosfonsyre (MONSANTO DEQUEST 2060S) inneholdende 0.156 Na20 som en 2056 vannløsning.

EKSEMPEL 1

En mengde 0.2556 aluminium-behandlet papirmasse fra bleket sulfatcellulose (6056 hardt trevirke, 4056 bløtt trevirke) mates til et 5 m<3> matebad og behandles med 0. 556 kokt kationisk potetstivelse. Mengden papirmasse er begrenset til ca. 1 times produksjon for å forhindre uønsket elding.

En doseringspumpe av stempeltypen tilkoblet en sprøytedyse, brukes for å sprøyteblande ren forgrenet kjede C12 alkenyl succinsyre anhydrid D forvarmet til 35°C med en strøm av sprinvann ved 40-50°C og blandingen mates med en mengde på 0.5 n^.ton<1> til sugesigen av pumpen som mater alum-behandlet papirmasse til papirmaskinen.

Papirmaskinen er fremstilt av SICMA, Terni, Italia. Den er utstyrt med et Fourdrinier nett med bredde 0.56 m og en serie på 22 dampoppvarmede tørkesylindere som kjører med en hastighet på 40 m.min-<1> og produserer ca. 100 kg papir pr. time. Gramvekten holdes på ca. 80-85 g.m<2>.

2556 kalsiumkarbonat oppslemmes i vann doseres on-line inn i papirmassen på sugesiden til viftepumpen. Papirmassens pH etter tilsetting av kalsiumkarbonat er i området 7.2-7.6.

0.03856 polyacrylamid E blir til slutt tilsatt papirmassen rett før den kommer inn i innløpskassen.

Natriumpolysilikat F doseres on-line inn i papirmassen på sugesiden til viftepumpen sammen med kalsium karbonat oppslemmet i vann. Papirmassens pH etter tilsetningen er i området 7.2 til 7.6.

Forsøk 3 og 4 ble utført med en papirmasse som var forbe-handlet med 0 . 556 alum og forsøk 4 med 0 .356 konsentrasjon av limforbindelse.

De følgende papirmaskin parametere ble observert etterat likevekt var inntrått.

Papirbanen tørkes i papirmaskinens tørkeseksjon, hvis dampoppvarmede sylindere er programmert til å nå temperaturer i området 50-110"C, før den vikles opp.

Cobb 60" resultatene viser at papiret er tilfredsstillende limt og har en kommersielt akseptabel hydrofobisitet for skrivning og trykking.

EKSEMPEL 2

Eksempel 1 gjentas i forsøkene 5, 6, 7 og 8. Forsøk 9 utføres med FIBRAN 76 som 1 imforbindelse. I alle tilfeller, var limkonsentrasjonen 0.2556.

Natriumpolysilikat F doseres on-line inn i papirmassen på sugesiden til viftepumpen sammen med kalsiumkarbonat oppslemmet i vann. Papirmassens pH etter tilsetningen er i området 7.2 til 7.6 Forsøkene 5 til 8 utføres med synkende mengder polyacrylamid (fra 0.03856 som i eksempel 1 til 0.019 og 0.056).

Følgende parametere ble observert ved likevekt.

Her viser Cobb 60" igjen at papirer er tilfredsstillende limt og har en kommersielt akseptabel hydrofobisitet for skriving og trykking.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte for liming av papir, karakterisert ved at den innbefatter følgende trinn: a) danne en cellulosevannoppslemming, b) forvarme et limprodukt, enten i ren tilstand eller i løsning, c) blande det forvarmede limproduktet med vann for å danne en limblanding, hvilken limblanding ikke er emulgert, d) injisere blandingen som en væske ved hjelp av en stempelpumpe via en dyse, i dråpeform, inn i cellulose/vannoppslemmingen, før dannelsen av en tørr papirhane, e) tørke papirbanen, hvor limblandingen injiseres ved tilstrekkelig stort trykk på 50 til 300 atmosfærer, hvilket trykk er tilstrekkelig stort til å danne et trykkdifferensial mellom blandingen og papirmassen, som akselererer disintegrasjonen av væskestrålen og øker kontakten mellom limet og papirmassen, hvilken økt kontakt akselererer dannelsen av papirbanen, og hvor minst en av cellulose/vannoppslemmingen og limblandingen inneholder en kationiserende forbindelse.

2. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved at vannet som limet blandes med er oppvarmet til mellom 30°C til 60° C.

3. Fremgangsmåte i henhold til krav 1 eller 2, karakterisert ved at limet injiseres sammen med vann i en konsentrasjon i området 0.1 - 1.0 rnasse-^ av tørr cellulose.

4. Fremgangsmåte i henhold til et eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at cellulose-vannoppslemmingen er behandlet med den kationiserende forbindelsen.

5. Fremgangsmåte i henhold til et eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at den kationiserende forbindelsen injiseres sammen med 1im/vannblan-dingen.

6. Fremgangsmåte i henhold til et eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at vannet som limet blandes med også inneholder et produkt som innkapsler limet.

7. Fremgangsmåte i henhold til et eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at limet injiseres ved hjelp av en stempelpumpe gjennom en eller flere dyser nedsenket i vannstrømmen.

8. Anordning for injeksjon av lim i en papirmasse, karakterisert ved en injektordyse anordnet ved den våte enden av papirmaskinen, en kilde for forvarmet lim, en lavtrykkspumpe som mater det forvarmede limet til en doseringspumpe som trykksetter det forvarmede limet til et trykk på 50 til 300 atmosfærer og som presser det trykksatte limet gjennom injektordysen i maskinens våtende og inn i en cellulosemasse, hvilket apparat danner et tilstrekkelig stort trykkdifferensial mellom limet og papirmassen til å øke kontakten mellom limet og papirmassen.

9. Anordning i henhold til krav 8, karakterisert ved at injektordysen injiserer lim inn i en vannstrøm som mates til cellulosemassen.

10. Anordning i henhold til krav 8 eller 9, karakterisert ved at doseringspumpen er regulert av hastigheten til papirproduksjonen.