NO842651L - Papirlimings-fremgangsmaate - Google Patents

Abstract

I papirlimingen hvor det brukes syntetiske cellulosereaktive limingsmidler og kalsiumkarbonat som fyllstoff, har aluminiumpolyhydroksykloridet med formelen:. Al2(OH)6_xClx . n H0. hvor 0,96 <_ x i<_ 6 og n = 2x,. en utmerket retensjonsvirkning.

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for liming av papir, egnet for liming i nærvær av et fyllstoff som er følsomt for et surt miljø, særlig kalsiumkarbonat.

Papirlimings-fasen som består i å feste cellulosefibrene

i materialet som utgjør tremassen til hverandre ved hjelp av et limingsmiddel, kan hovedsakelig finne sted ifølge to teknikker: - I surt miljø (ved en pH mellom 4,5 og 6,5) hvor limingsmidlene (som vanligvis er avledet fra forskjellige forsåp-ede harpikssyrer), må utfelles for å feste seg til fibrene, ved hjelp av et egnet utfellingsmiddel (aluminiumsulfat eller aluminiumpolyklorid). - I nøytralt miljø (ved en pH mellom 6,5 og 7,5) hvor limingsmidlene er av den syntetiske cellulosereaktive typen, nemlig som fester seg til fibrene uten behov for å utfelles og følgelig uten at det kreves bruk av et utfellingsmiddel.

Eksempler på cellulosereaktive limingsmidler omfatter "Aquapel", fremstilt og solgt av Hercules Inc., "Basoplast" fra Badische Anilin und Soda Fabrik A.G. (BASF) og "Tenore-sin" fra Ciba-Geigy.

I begge teknikkene finner den større gjensidige påvirkningen mellom limingsmidlet og fibrene sted med de fineste fibrene på grunn av årsaker av kjemisk og fysisk natur, og dess bedre fibrene er dispergert, dvs. jo mer fibrene er tilbøye-lig til å adskilles fra det omgivende vannet, dess bedre er limingen.

Ved å redusere fiberdispersjonen, bør mengden av fibere

og limingsmiddel som holdes tilbake på metallduken under dannelsen av arket, bli større; på den annen side bør en mindre mengde fibre og limingsmiddel gå tapt med avløpsvan-net under metallduken.

Mens et slikt resultat oppnås med utfellingsmidlene i til- feilet med harpiks-limingsmidler, suppleres således ifølge fremgangsmåtene som hittil er kjent og brukt, dispersjonen i tilfellet med de syntetiske cellulosereaktive limingsmidlene med passende doserte produkter eller retensjonsmidler, slik som polyaminer, polyakrylamider, polyetylenaminer o.l., idet disse produktene er bemerkelsesverdig kostbare.

Det er også kjent at fibersuspensjonen, avhengig av slutt-anvendelsen av papiret, tilsettes et inert fyllstoff, til-passet for å tilføre bestemte egenskaper til papiret. Blant de mest kjente og brukte fyllstoffene, kan kaolin og kalsiumkarbonat nevnes. Når limingsmidlet er av den konvensjonelle typen, nemlig harpikstypen, byr ikke den kombinerte bruken av kaolin og aluminiumsulfat på bestemte problemer med unn-tak av at kaolinet må være spesielt rent ettersom mulige urenheter som kalsiumkarbonat reagerer med aluminiumsulfat, hvorved deler av utfellingsmidlet trekkes bort fra den bestemte virkningen som sådan.

I tillegg til dette, må et økonomisk ikke-neglisjerbart problem også tas i betraktning ettersom kaolinet med den ønskede renheten har en betydelig kostnad. Når fyllstoffet består av kalsiumkarbonat inhiberes i praksis bruken av aluminiumsulfat som utfellingsmiddel, ettersom en betydelig del av kalsiumkarbonatet brukes opp til å danne kalsiumsul-fat for å nøytralisere dispersjonen før kalsiumkarbonatet kan gi sin virkning.

Dette problemet er blitt løst, og er gjenstand for en tidligere patentsøknad fra den samme søker, ved å bruke, i en limingsfremgangsmåte med konvensjonelle harpiks-limingsmidler, aluminiumpolyklorid og polyhydroksyklorid som utfellingsmiddel sammen med bruken av kalsiumkarbonat som fyllstoff, ettersom det er funnet at disse utfellingsmidlene i motsetning til de kjemiske plausible antakelser, vir-ker i et nøytralt miljø (pH på ca. 7) i fiberdispersjonen.

I tilfellet med limingsfremgangsmåtene med syntetiske cellulosereaktive limingsmidler og hvor kalsiumkarbonat og et annet fyllstoff som er følsomt overfor et surt miljø, brukes, er tilflukten til de ovenfor nevnte syntetiske retensjons-midlene hittil også vært diktert av de ovenfor nevnte problemene forbundet med bruken av kalsiumkarbonat.

Ved siden av de ovenfor nevnte problemene, oppstår et annet problem i det bestemte tilfellet hvor fibersuspensjonene inneholder ikke neglisjerbare prosentandeler mekanisk tremasse, nemlig tremasse erholdt ved hjelp av mekanisk oppmal-ing av trevirket uten kjemiske angrep.

For god drift av det kontinuerlige maskineriet for papir-fremstilling, har faktisk i det .tilfellet også en annen driftsparameter ved siden av retensjonen en vesentlig betyd-ning, nemlig den hurtige adskillelsen av det hvite vannet fra metallduken, en parameter som kalles "freeness".

Hos denne type tremasse finner man faktisk at dersom retensjonen er høy, så er "freeness" alt for lav og omvendt.

Bruken av aluminiumsalter bortsett fra aluminiumsulfat er allerede foreslått tidligere. F.eks. er det i kanadisk patentskrift nr. 759.363 forutsett bruken av et basisk alu-miniumsalt med formelen

hvor X er et monovalent anion, f.eks. klor, n er 1 til 20, særlig 4 til 10, m er mindre enn 3n og forholdet Al/X er mellom 1,5 og 6, særlig mellom 2 og 4.

Det bestemte problemet som man åpenlyst står overfor i dette patentet, er forbedringen av papirlimingen ved å unngå bruken av aluminiumsulfat, og følgelig er både beskrivelsen og kravene fullstendig viet sammenligningen med aluminium-sulf at .

Når det gjelder fyllstoffet, henvises det generelt til det faktum at startoppslemmingen av tremasse om ønsket kan inne-holde de normale fyllstoffene uten ytterligere detaljert angivelse.

I sin tur beskriver GB patentsøknad nr. 2 010 352 bruken

i papirlimingen av aluminiumpolyhydroksydklorid med formelen :

som utfellingsmidlet for et limingsmiddel av harpikstype (nemlig basert på harpiks), med det bestemte formålet å fjerne problemene med korrosjon og dårlig lukt som er forbundet med den vanlige bruken av aluminiumsulfat. Til sist beskriver FR patentskrift nr. 2 418 297 en fremgangsmåte for papirliming med det formål å forbedre egen-skapene til det limte papiret og fyllstoff-retensjonen i papiret som fremstilles. For dette formål er det påtenkt bruken av, som utfellingsmiddel, et basisk salt med formelen

hvor M kan være aluminium, X klorid, 3n-m 0 og basisiteten, nemlig det prosentvise forholdet m/3n, er mellom 30% og 75% .

Det er spesielt foretrukket med nærvær av et polyvalent anion i det angitte saltet, f.eks. anionset av en mineral-syre, slik som svovelsyre. I innledningen er de mulige fyllstoffene angikk, nemlig kaolin, kalsiumkarbonat, talkum, etc. uten å oppstille noen forskjell mellom dem. Både beskrivelsen og eksemplene henviser imidlertid hele tiden til harpiks-baserte, dvs. harpiksholdige limingsmidler,

og til bruken av et retensjonsmiddel, slik som stivelse, polyakrylamid o.l. Den tidligere skjeldningen i denne bestemte teknologien mellom fremgangsmåtene som bruker harpiks-limings-middel, dvs. kolofonium-basert liming, og fremgangsmåtene med syntetiske cellulosereaktive limingsmidler, bekreftes således. Som allerede nevnt, ble det i det sist-

nevnte tilfellet, faktisk ikke brukt noen utfellingsmidler og fibersuspensjonen ble derimot tilsatt sammen med midler, også av syntetisk type, som fremmer retensjonen.

Det er nå funnet og det er en gjenstand ved den' foreliggende oppfinnelse at aluminiumpolyhydroksydkloridet har en utmerket retensjonsvirkning og tillater samtidig kalsiumkarbonat å brukes som inerte fyllstoffer, som pH i fiberdispersjonen er ca. 7.

Sagt på en annen måte, er det funnet at aluminiumpolyhydroksykloridet som vanligvis brukes som utfellingsmiddel i limingen av papir med vanlig brukte harpiks-holdige limingsmidler, i tilfellet med de syntetiske cellulosereaktive limingsmidlene har en helt forskjellig virkning men likevel viktig i betraktning av resultatene av limingsfremgangsmåten, nemlig en retensjonseffekt overfor fibrene og tilsetningene som utgjør tremassen.

Samtidig tillater tilsetningen av aluminiumpolyhydroksyklo-rid bruken av fyllstoffer som er følsomme for surt miljø, noe som ville være vanskelig dersom et annet velkjent og populært utfellingsmiddel som brukes til harpiksholdige limingsmidler, nemlig aluminiumsulfat, skulle anvendes.

I tilfellet med aluminiumsulfat, viste de eksperimentelle prøvene at den mengde aluminiumsulfat som trengs for å få

en retensjonseffekt som er tilfredsstillende og sammenlign-bar med aluminiumpolyhydroksykloridet, ville gi plass for en pH i fiberdispersjonen som ikke er høyere enn 6,4. Under disse anvendelsesbetingelsene, ville kalsiumkarbonat frem-kalle vanskeligheter og retensjonseffekten til aluminium-sulf atet ville åpenbart reduseres.

Fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse er således kjennetegnet ved at det til den vandige dispersjonen av fibere, supplert med et syntetisk cellulosereaktivt limingsmiddel og eventuelt med kalsiumkarbonat som fyllstoff, tilsettes aluminium polyhydroksyklorid med formelen:

Ifølge den foretrukkede utførelsesformen er den mengden aluminium polyhydroksyklorid som tilsettes til fiberdispersjonen slik at det fåes en retensjon målt som gjennomsiktighet, på ca. 40%.

Som allerede nevnt, støter man på bestemte problemer ved papirlimingen som går ut fra tremasseoppslemming som inneholder vesentlige mengder mekanisk tremasse. Det er over-raskende funnet at i dette tilfellet tillater bruken av aluminium polyhydroksyklorid med formel (~ £) at det oppnås akseptable verdier både med hensyn til "freeness" og med hensyn til retensjon, slik at det garanteres en lett drift av den kontinuerlige fremstillingsmaskinen for papir.

Aluminiumpolyhydroksykloridet som kan anvendes ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, er tilgjengelig i handelen ("Prodefloc SAB/18") og fremstilles under alle omstendig-heter slik som beskrevet i US patentskrift nr 3 909 439

som det her henvises til for ytterligere detaljer.

Resultatene av de eksperimentelle prøvene utført med alumi-niumpolyhydroksyklorid (heretter angitt ved forkortelsen PAC) sammenlignet med aluminiumsulfat gjengis nedenunder.

Aluminiumsulfatet hadde et A^O^ -innhold på 8,5%, mens

PAC inneholdt 18% Al203.

Retensjonen ble bestemt ved å måle restturbiditeten til

det filtrerte vannet etter Shopper-Riegler, ved hjelp av en gjennomsiktig, veltet pyramide med mm inndelinger.

Retensjonsverdiene ble angitt som % gjennomsiktighet i av-løpsvannene. Som en optimal verdi, ble retensjonen som gir en gjennomsiktighetsprosent på minst 40, bestemt.

Eksempel 1.

I tabell 1 er retensjons- og pH-atferden som skylles tilsetningen av økende prosentdeler aluminiumsulfat og aluminium-polyhydroksyklorid (PAC), gjengitt.

Som det vil ses, fåes retensjonsverdien som anses som opti-mum ved en sulfatprosent på 16,2%, men ved denne mengden senkes pH til 6,4. Det betyr at-det er ikke mulig å få

en god retensjon med sulfat uten samtidig å modifisere den bufrende virkningen av karbonat med forbruk av denne og CO2-utvikling.

Når det gjelder PAC, trengs det på den annen side en mengde på 3,1% PAC for å oppnå en retensjon til 40% gjennomsiktighet. Ved denne prosentvise andelen, er pH-verdien 6,96

og er i overensstemmelse med det karbonatbufrede miljøet.

I prøvene som ble utført i en maskin, måtte pH i syklusen opprettholdes over 6,6 for å unngå driftproblemer ved den kontinuerlige maskinen og derved ulemper ved produksjonen.

I anledning av ovenfor nevnte problemet med fiberoppslemminger som inneholder mekanisk tremasse, er det blitt utført sammenligningsprøver ved å bruke (a) polyhydroksykloridet med formel (4) ifølge foreliggende oppfinnelse, (b) det basiske saltet ifølge FR patentskrift nr. 2 418 297, som er tilgjengelig i handelen under forkortelsen WAC og (c) alum (nemlig aluminiumsulfat).

Prøvene vedrørte spesielt bestemmelsen av retensjon og "freeness", og for fiberoppslemminger som inneholdt forskjellige prosentandeler mekaniske tremasser.

Eksempel 2.

Fiberoppslemminq:

Oppslemmingen hadde en "freeness" på 630 ml SCF^^

Eksempel 3.

Fiberoppslemming:

Eksempel 4.

Fiberoppslemming:

Oppslemmingens "freeness": 500 ml SCF.

(1) NBKP: nøytral bleket krafttremasse; (2) BWD: tremasse; (3) SCF: Standard kanadisk "freeness", den høyeste verdien er den beste, (4) gjennomsiktighet-%, den høyeste verdien er den beste.

Som det vil forstås av eksemplene ovenfor, viser PAC de beste "freeness"-verdiene og retensjonsverdiene sammenlignet både med alum og med WAC. PAC og alum oppviser like retensjonsverdier for oppslemminger med de minste innhold av mekanisk tremasse, men "freeness"-verdiene er bestemt bedre for PAC.

I oppslemmingen som inneholder den høyeste %-andelen mekanisk tremasse (40%), oppviser PAC verdier både for retensjon og "freeness" som er bedre enn både for WAC og alum.

Claims (4)

1. Papirlimingsfremgangsmåte av den type hvor en vandig dispersjon av cellulosefibere tilsettes et syntetisk cellulosereaktivt limingsmiddel og eventuelt et'fyllstoff som er følsomt overfor surt miljø, karakterisert ved at den vandige dispersjonen tilsettes et retensjonsmiddel bestående av aluminiumpolyhydroksy-klorid med formelen

hvor 0,96 <^ x <_>< 6 og n = 2x.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at fyllstoffet er kalsiumkarbonat.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at aluminiumpolyhydroksykloridet tilsettes i en slik mengde at det bestemmes en retensjon som svarer til en gjennomsiktighet på minst 40% når den måles ved hjelp av Schopper-Riegler-fremgangsmåten.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at en vandig dispersjon av fibre som inneholder 5-40 vekt-% mekanisk tremasse kan behandles.