NO772203L - Fremgangsm}te for fremstilling av fylt papir eller papp - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrorer en fremgangsmåte for fremstilling av'papir eller lignende produkter ved anvendelse av et fyllstoffmaterial egnet for tilsetning til papirmasse og andre cellulosematerialer.

Mineralske materialer som f.eks. kalsiumkarbonat, kaolin og titandioksyd er velkjente som fyllstoffer for cellulosematerialer. De kan forbedre opaciteten, hvitheten og trykk&rge-reseptiviteten av papir som de inneholdes i, men de har vanligvis en skadelig innvirkning på papirstyrken.. Også på grunn av at mineralske materialer generelt er forholdsvis billige i sammenligning med papirmassen reduseres den samlede pris pr. vektenhet papir inneholdende disse materialer. Et problem som er forbundet med innblanding av et mineralsk fylistoffmaterial i papirmasse er at

mineralpartiklene må være relativt fine, dvs. ha en diameter på

omtrent 50 mikron eller mindre, for å gi de onskede forbedringer med hensyn til opacitet, hvithet og trykkfarge-reseptivitet. Hvis et "mineralsk material har en partikkelstorrelsesfordeling slik at omtrent alle partikler er mindre enn 50 mikron vil det vanligvis være en ikke uvesentlig mengde partikler med diameter på 1 eller 2 mikron eller mindre. Mange av disse fine partikler vil ikke bli holdt tilbake i den matte av cellulosefibre som danner/papiret med det resultat at noe av det mineralske

.fyllstoffmaterial passerer gjennom nettingduken i papirmaskinen inneholdt i form av det som innen papirindustrien er kjent som

"bakvannet".

Det er vanligvis vanskelig å gjenvinne mineralske partikler og cellulosefibre fra slikt "bakvann" men bestemmelser vedrorende industrielle utstrømninger blir' 1 sterk grad gjort strengere slik at at fremmede faste materialer må fjernes fra utstromnings,vannet for det, slippes ut i elver eller vassdrag.

Det er et formål for den foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe et forbedret fyllstoffmaterial for celluloseprodukter som medfbrer fordeler med forbedret lysnet, opacitet og trykkfarge-re septivitet og som har mindre skadelig innvirkning på styrken av papiret sammenlignet med et konvensjonelt fyllstoff, og som blir omtrent fullstendig holdt tilbake i matten av cellulosefibre under papirfremstillingsprosessen.

Den foreliggende oppfinnelse vedrbrer således en fremgangsmåte for fremstilling av papir, papp eller lignende produkter inneholdende en fyllstoffblanding, og det særegne ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen omfatter (a) at rå stivelse suspenderes i tilstrekkelig kaldt vann til å danne en suspensjon inneholdende 3 til 10 vekt$ stivelses-faststoffer, (b) den således oppnådde

suspensjon oppvarmes under omroring til en temperatur i området

75 til 95°C, (c) det tilsettes et stivelsesfosfat til

tilstrekkelig vann for å danne en suspensjon eller losning inneholdende 1 til 10 vekt# av stivelsesfosfatet, (d) opplbsningen eller suspensjonen av stivelsesfosfatet tilsettes til suspensjonen av rå stivelse og temperaturen i den således oppnådde blanding heves til 75 til 95°C og dette teraperaturnivå opprettholdes i 5 til 10 min., (e) opplosningen av blandede stivelser oppnådd på denne måte omrcJres i en bl ande innretning med hoy skjærkraft i 1 til 5 min. og deretter bringes den blandede stivelseslosning til å avkjoles, (f) den avkjolte blandede stivelseslosning tilsettes til et tort pulverisert mineralsk

fyllstoffmaterial slik at den resulterende blandede suspensjon inneholder 5 til 25 vekt# av torr stivelsesblanding og 95 til 75 vekt$ av tort mineralsk fyllstoff, hvoretter enten den således

oppnådde suspensjon tilsettes til en suspensjon av cellulosefibre, de blandede stivelser koaguleres ved tilsetning av en losning aV;

et salt med et flerverdig kation og deretter heves pH i

suspensjonej. til over 5>5»eller den blandede suspensjon oppnådd

~" "etter trinn (f) behandles med en losning av et salt med et flerverdig kation for å koagulere stivelseslosningen, pH i det resulterende material heves til over 5 ?5 og deretter tilsettes den resulterende suspensjon til en suspensjon av cellulosefibre, og (h).suspensjonen av cellulosefibre inneholdende blandingen av mineralsk.fyllstoff og koagulerte blandede stivelser tildannes . til arkmaterial.

Den rå stivelse som anvendes er foretrukket potetstivelse. Stivelsesfosfatet som anvendes har fordelaktig en substitusjonsgrad i området fra 0,02 til 0,1. Substitusjonsgraden er antallet av fosfatgrupper (beregnet som ortofosfatgrupper) i stivelses-foasfatet' prg anhydro-glukoseenhet. Hver anhydro-glukoseenhet i stivelsespolymeren har tre substituerbare hydroksylgrupper, som hver kan forestres ved kontakt med et uorganisk fosfat, f.eks. et ortofosfat, metafosfat, polymetafosfat, pyrofosfat eller tripoly-fosfat, til å danne en ester med den generelle formel:

hvori X er hydrogen eller et enverdig metall, og R representerer anhydro-glukoseenh£ene i stivelsen.. Andre former av stivelse enn potetstivelse kan anvendes, f.eks., stivalse fremstilt fra mais, hvete, ris og tapioka. Mengdene av stivelse og stivelsesfosfat som anvendes er foretrukket slik at stivelsesblandingen inneholder fra 5 til 20 vekt$ stivelsesfoafat og fra 80 til 95 vekt# rå stivelse.

I trinn (g) er saltet med et flerverdig kation foretrukket et aluminium- eller kalsiumsalt, f.eks. alumlniumsulfat eller kalsiumklorid. pH heves foretrukket til en verdi i område t.. fra-5,8 til 6,5 ved tilsetning av et alkali.

Tilsetning av den blandede stivelseslosning til det torre pulveriserte mineralske fyllstoff, og blandingen av den resulterende blandede suspensjon med cellulosefibre, gjennomfares onskelig under forsiktig omroring.

I trinn (c) kan stivelsesfosfatet fordelaktig tilsettes til koldt vann eller vann ved omgivelsenes temperatur til å danne en., suspensjon. Avhengig av substitusjonsgraden av stivelsesfosfatet sveller enten materialet eller oppleses i koldt vann.

Den mekaniske utforelse av trinn (e) forbedrer egenskapene av' stiveisesblandingen. De to typer polymer blir innviklet i hverandre som et resultat av blandingen med hoy skjær-kraft, og dette vil gjerne forbedre homogeniteten av den deretter gjennom-førte koagulering, såvel som å forbedre forbindelsen mellom de blandede stivelser og de mineralske fyllstoffpartikler.. På grunn av forbedringen i koaguleringen gjennomfort ved dette reduseres den mengde stivelse som forblir i losning. Dette er fordelaktig på grunn av at opplost stivelse i vann som til slutt gjenvinnes fra f..eks& papirfremstillingsprosessen bevirker vanskeligheter ved fornyet anvendelse av vannet. Det mineralske fyllstoff som anvendes kan være et hvilket som helst av de mineralske fyllstoffer som anvendes ved fyllstofftilsetning til cellulosematerialer.

Oppfinnelsen skal illustreres ved hjelp av de etterfølgende eksempler på foretrukne og eksempelvise utforelsesformer for oppfinnelsen.

EKSEMPEL 1

Fremstilling av stivelses/ mineralsk fyllstoffblanding.

<*>f,5 g hydratisert potetstivelse bie blandet med 60 ml koldt vann og blandingen oppvarmet under omrfjring på' et dampbad til 85°C.

Til den resulterende stivelseslosning, ble det tilsatt en suspensjon av 0,5 g stivelsesfo.sfat med substitusjonsgrad

0,07 i 10 ml koldt vann, idet beholderen for stivelsesfosfatet ble vasket med koldt vann og vaskevannet tilsatt til potet-stivelseslosningen for å sikre innblanding av alt stivelsesfosfat;

Den resulterende blanding ble så oppvarmet på et dampbad under omroring til 85°C og holdt.ved denne temperatur.i 5 min. Vann ble deretter tilsatt for å innstille den.totale konsentrasjon av stivelse i lSsningen til 10 vekt$. Den.omrSrte ISsning ble oppvarmet til 85°C og den varme losning omrort kraftig ved hjelp av "en M.S;E.. homogenisator utstyrt med skjæreblader i 3 min. ved omtrent. 1/3 av den maksimale rotasjonshastighet av homogenisatoren.. Opplosningen ble så avkjolt til å gi en væske , som var mobil, men hadde egenskaper'med "sakte flyting" ved uthelling.

l+,5 g pulverisert engelsk kaolinleire med en partikkelstorrelsesfordeling slik at<1>+5 vekt$ besto av partikler med en ekvivalent sfarisk diameter mindre enn 2 mikron og 15 vekt$ partikler med en ekvivalent sferisk diameter storre enn 10 mikron ble blandet manuelt, med 10 g av stlvelseslosningen fremstilt som beskrevet ovenfor og blandingen ble omrort manuelt til den var.ensartet.

EKSEMPEL 2

Manuell fremstilling av papirark.

Det ble manuelt.fremstilt ark av papir fylt med stivelse/leire-agglomerater i" samsvar med oppfinnelsen på folgende måte.

i+00 g bleket sulfitt-masse fremstilt fra gran ble blotet opp. i, 10 1 vann i h timer og blandingen ble så desintegrert i 10 min. i et turbin-biandeinnretning fremstilt av etablissements Cellier i Aix-les-Bains, Frankrike, idet propellen roterte med en hastighet av 220 omdreininger pr* min. Innholdet av blande^

innretningen ble vasket ut med ytterligere 10 1 vann og overf5rt til en labor.atoriemolle hvor ytteriigere 2 1 vann bie tilsatt og. • blandingen malt i 16-|-min. Ved dette tidspunkt inneholdt

suspensjonen omtrent 1,8 vekt$ torr masse. Maletiden ble valgt-slik at "det ble oppnådd optimalt kompromis mellom lysnet og styrkeegenskaper av massen. Dette var slik at den malte masse hadde en canadian standard frihet på omtrent 300-320 cc. (Dette måles ved å anbringe en 1 1 prove av enVandig suspensjon inneholdende 0,3 vekt$ fibre i en beholder utstyrt med en tråd-* netting-bunn dekket med et vanntett hengslet lokk. Det hengslede lokk svinges til åpen stilling for.å tillate vannet å drenere gjennom massen og gjennom nettingluken til å falle ned i en stor trakt med en trang åpning ved bunnen av midt-stammen og et overlbpsrbr i en gitt hoyde over bunnåpningen. Jo stbrre. frihet for massen dessto hurtigere vil vannet falle ned i trakten og dessto mér vann vil strommecjsom overlbp ned gjennom det anordnede ror på grunn av at. åpningen er for liten til å oppta den totale vannstrom. Volumet av overlopsvannet måles i en målesylinder og canadian standard frihet uttrykkes i kubikkcentimeter vann). Den folgende tabell gir "enkeltarklyshet" (prosentvis refleksjon av fiolett lys med bolgelengde<*>+58 nm fra overflaten av et enkelt ark av papir med en torr vekt på 60 g pr; kvadratmeter) og bruddstyrkeforhold for papirark tildannet fra en bleket sulfitt-lSvtremasse malt i en Valley<J>,Niagara" male innretning til forskjellige canadian standard frihetsverdier:

Det kan sees at okning av maletiden slik at friheten reduseres fra 280 til 137 resulterer i en liten forbedring i styrken $å

a

bekostning av en vesentlig nedsettelse av hvitheten.

800 ml av massen ble så tilsatt vann opp til 2 1 og desintegrert i en laboratorie-desintegrator som ble drevet med 15000 omdreininger av propellen. Volumet av massen ble oket til V 1 og konsistensen ble kontrollert ved filtrering og inndamping til tSrrJiet av en liten prove og. veining av resten.. Vann ble tilsatt om nødvendig for å redusere konsistensen til 0,3 vekt% torr masse. Fyllstoff ble tilsatt og rort inn manuelt i en mengde.på 1^,5 g fyllstoff pr.<*>+ 1 papir-fibermasse.

Manuelle ark ble fremstilt fra massen ved å helle ^0 ml porsjoner av massen ut på en egnet nettingduk og ved fjernelse av overskuddsvannet.

EKSEMPEL 3

syv 1^,5 g porsjoner av stivelses/leire-blanding ble fremstilt som i eksempel 1 og hver porsjon ble behandlet med en forskjellig mengde av en losning av aluminiumsulfat inneholdende 5 g Æl^SO^ .16H20 pr. 100 ml losning'. pH ble innstilt til

6,0 med natriumhydroksyd, idet all blanding ble utfort manuelt slik at reaksjonsproduktet av leire med stivelse bare ble utsatt for meget små skjærkrefter. Leiren med sitt belegg av koagulert stivelse i form av slis-formede agglomerater ble så blandet med k 1 papirmasse-suspensjon og tildannet til manuelle ark som beskrevet i eksempel 2 ovenfor. De manuelle ark fra hver

porsjon ble provd for bruddstyrke ved prbven beskrevet i TAPPI Standard nr. T i+03 os-7^. Bruddstyrken er definert som det hydrostatiske trykk i kilo-newton pr. kvadratmeter nodvendig

for å frembringe brudd i materialet når trykket bkes mesi en styrt

. konstant hastighet gjennom et gummidiafragma til et sirkulært område med diameter 30,5 mnu Området av materialet under prove er til å begynne med plant og holdt fast ved omkretsen men fritt til å bule ut under provene Prover av hvert ark ble også veiet tort og deretter glodet, idet vekten av den torre prove ble anvendt for å bestemme vekten pr. enhetsareal av papiret i gram

pr. kvadratmeter og vekten av stske til å beregne prosentinnhold

av fyllstoffmaterial (leire og stivelse) basert på vekten av de torre fibre etter å ha tatt hensyn til glodetap av fyllstoffet og også beregne vektprosent tilsatt fyllstoffmaterial som faktisk var tilbakeholdt av fibrene.

Brud.dstyrkene ble dividert med vekten pr. enhetsareal av papiret til å gi et bruddstyrkeforhold og bruddstyrkeforholdet for hvert ark av fylt papir ble så uttrykt som en prosentandel av bruddstyrkeforholdet for et papirark fremstilt fra den samme suspensjon men uten fyllstoffinnhold.

Som en sammenligning ble det også fremstilt manuelle ark fra den samme papirmasseblanding, men inneholdende som fyllstoff bare den engelske kaolinleire som beskrevet i eksempel 1. Bruddstyrkeforhold og vektprosent uorganisk fyllstoffmaterial ble så bestemt for to forskjellige fyllstoff-innhold.

Resultatene er angitt i den etterfølgende tabell II.

Disse resultater viser at for et gitt innhold av fyllstoff reduseres styrken av papiret mindre ved tilsetning av kaolin behandlet med en blanding av potetstivelse og stivelsesfosfat koagulert med aluminiumsulfat i henhold til oppfinnelsen enn ved tilsetning av ubehandlet kaolin. Tilstrekkelig aluminiumsulfat, dvs. minst 0,5 elL 5% losning pr. 1^,5 g stivelses/leire-blanding eller omtrent 0,17 vekt# basert på den totale vekt av fyllstoffet, må imidlertid tilsettes for å koagulere stivelsen og stivelsesfosfatet fullstendig og således oppnå god retensjon av fyllstoffet og en god forbedring i styrken i forhold til den som oppnås med en tilsvarende mengde ubehandlet kaolin. Disse resultater kan sammenlignes med de resultater som hittil har kunnet oppnås i henhold til f.eks. US patentskrift nr... 3.132.066. De forste tre forsok i den etterfølgende tabell III er avledet fra eksempel 23 i dette US patentskrift, mens de resterende fors6k er avledet fra tabell II ovenfor;

Resultatene fra US patentskrift nr. 3.132.066 er ikke direkte

sammenlignbare med resultatene oppnådd ved fremgangsmåten i henhold til den Sreliggende oppfinnelse på grunn av at den

mengde fyllstoff som anvendes, såvel som arten av fyllstoffet,

er meget forskjellig fra dem som anvendes ved den'foreliggende oppfinnelse. Det er vel kjent at hvis stivelse tilsettes til papirmasse i en mengde tilsvarende den som anvendes i henhold

til US patentskrift nr. 3.132.O66 blir bruddstyrken-av det

papir som dannes fra den behandlede masse storre enn for papir tildannet fra ubehandlet masse. Det er også kjent at virkningen

av tilsetningen av titandioksyd, eller annet mineralsk fyllstoff, til massen er å nedsette bruddstyrken av det dannede papir. I

det spesielle tilfelle beskrevet i US patentskrift nr. 3.132.066

'er imidlertid mengden av tilsatt titandioksyd meget liten slik

at det ikke er overraskende at den gunstige virkning av stivelsen mer enn motvirker den skadelige virkning av titandioksydet.. ' Det er et formål for den foreliggende oppfinnelse at man i papiret kan innblande mye stare mengder fyllstoff- uten å redusere

styrken til et uonsket nivå og således fremstille et papir som

■har en., hdyere mengdeandel av relativt billig.fyllstoffmaterial og en mindre mengdeandel av dyr papirmasse.

De ovennevnte resultater viser at når titandioksyd behandles méd stivelsesfosfat i henhold til US patentskrift nr. 3.132.06.6 påvirkes ikke retensjonen av titandioksyd. Når imidlertid

kaolin behandles med en blanding av potetstivelse og stivelsesfosfat koagulert med aluminiumsulfat i samsvar med den foreliggende oppfinneIse.okes ikke bare. styrken.av papiret for ,

et gitt innhold av fyllstoff, .men retensjonen av fyllstoffet okes

også»

Claims (1)

1. li Fremgangsmåte.'for fremstilling av papir, papp eller lignende produkter hvori stivelse og ét mineralsk fyllstoff innblandes i cellulosefibre, .karakterisertVed at fremgangsmåten omfatter

   (a) rå stivelse suspenderes i tilstrekkelig koldt vann til å danne en suspensjon inneholdende 3 til 10 vekt$ stivelses-faststoffer$ (b) den således oppnådde suspensjon oppvarmes under omroring til en temperatur i området 75_95°C;

   (c) et stivelsesfosfat tilsettes til tilstrekkelig vann til å danne en suspensjon eller losning inneholdende^1-10 vekt$ stivelsesfosfat; (d) stivelsesfosfatlosningen eller suspensjonen tilsettes til suspensjonen, av rå stivelse og temperaturen i den således oppnådde blanding heves til området 75-95°C og dette temperatur-nivå opprettholdes i 5 til 10 min.; (e) oppløsningen av blandede stivelser oppnådd på denne måte omrores i en blandeinnretning med hoy skjærkraft i fra 1 til 5 min. og deretter bringes den blandede stivelseslosning til avkjoling?(f) den avkjolte blandérledo stivelseslosning tilsettes til et tort pulverisert mineralsk fyllstoffmaterial slik at den resulterende blandede suspensjon inneholder 5-25 vekt$ av torr stivelsesblanding og 95-75 vekt$ tort mineralsk fyllstoff f (g) den således oppnådde blandede suspensjon tilsettes enten til . en suspensjon av cellulosefibre, de blandede stivelser koaguleres ved tilsetning av et salt med et flerverdig kation og deretter heves pH i'suspensjonen til over 5,5>eller den blandede suspensjon oppnådd etter trinn (f) behandles med en losning av et salt med et flerverdig kation for å koagulere stivelsesblandingen, pH i det resulterende material heves til over 5j5og deretter tilsettes den resulterende suspensjon til en suspensjon av'cellulosefibre, og (h) suspensjonen av cellulosefibre inneholdende blandingen av mineralsk fyllstoff og koagulerte blandede stivelser tildannes til et arkmaterial, 2* Fremgangsmåte som angitt i krav t,karakterisert vedat det som rå stivelse anvendes potetstivelse. 3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1,karakterisert vedat det som rå stivelse anvendes maisstivelse, hvetestivelse, risstivelse eller tapioka-stivelse. <*>k Fremgangsmåte som angitt i krav 1 - 3,.karakterisert vedat det som stivelsesfosfat anvendes et sådant med en substitusjonsgrad i området fra 0,02 til 0,1. 5'Fremgangsmåte som angitt i krav 1 - !+, karakterisert vedat det anvendes mengder av stivelse og stivelsesfosfat slik at stivelsesblandingen inneholder fra 5 til 20 vekt$ stivelsesfosfat og fra 80 til 95 vekt$ rå stivelse. 6. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 - ,5?karakterisert vedat det som salt med et flerverdig kation i trinn (g) anvendes et aluminium- eller kalsium-salt, 7. Fremgangsmåte som angitt i krav 6,karakterisert ved. at det som salt anvendes aiuminiumsulfat eller kalsiumklorid. 8.. Fremgangsmåte som angitt i krav i 7»karakterisert vedat i trinn (g) heves pH til en verdi i området fra 5>8 til 6,5. 9. Fremgangsmåte som angitt i krav 1-8$karakterisert vedat vann med omgivelsenes temperatur tilsettes til stivelses&sfatet. 10. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 - 9,karakterisert vedat det som minealsk fyllstoff anvendes et leirematerial. 11. Fremgangsmåte som angitt i krav 10,karakterisert vedat det som mineralsk fyllstoff anvendes kaolinleire.