PL192636B1

PL192636B1 - Sposób wytwarzania gatunku papieru, sposób powierzchniowego zaklejania papieru i gatunek papieru

Info

Publication number: PL192636B1
Application number: PL335641A
Authority: PL
Inventors: Olof Malmström; Markku Nurminen; Raija Savolainen; Ari Teijo; Claes Zetter
Original assignee: Ciba Sc Holding Ag
Priority date: 1997-03-14
Filing date: 1998-03-11
Publication date: 2006-11-30
Also published as: CN1098394C; FI971084A0; NO994439L; ES2378412T3; EP0975836A1; AU725352B2; JP3851988B2; WO1998041686A1; CA2283962C; ATE540162T1; KR20000076176A; ID22448A; MX9908426A; JP2001516294A; ZA982148B; RU2198975C2; PL335641A1; NO994439D0; EP0975836B1; CA2283962A1

Abstract

1. Sposób wytwarzania gatunku papieru zawieraj acego dodatki, w szczególno sci str acany w e- glan wapnia jako wype lniacz, w warunkach odczynu oboj etnego lub alkalicznego, w którym to sposo- bie do papieru, w etapie szlamowania masy celulozowej, dodaje si e klej do zaklejania papieru oparty na 2-oksetanonie, znamienny tym, ze dodaje si e klej do zaklejania papieru oparty na 2-okse- tanonie, wytworzony z wi ecej ni z jednego kwasu t luszczowego o la ncuchu g lównym zawieraj acym od 6 do 22 atomów w egla, po laczonych ze sob a wi azaniami nasyconymi, przy czym co najmniej 40% wspomnianych kwasów t luszczowych stanowi co najmniej jeden kwas o rozgalezionym la ncu- chu w eglowym. 5. Sposób powierzchniowego zaklejania papieru zaklejonego w masie, zawieraj acego do- datki, w szczególno sci str acany w eglan wapnia jako wype lniacz, w warunkach odczynu oboj etnego lub alkalicznego, w którym do powierzchniowego zaklejania papieru stosuje si e klej do zaklejania papieru oparty na 2-oksetanonie, znamienny tym, ze stosuje si e klej do zaklejania papieru oparty na 2-oksetanonie, wytworzony z wi ecej ni z jednego kwasu t luszczowego o la ncuchu g lównym za- wieraj acym od 6 do 22 atomów w egla, po laczonych ze sob a wi azaniami nasyconymi, przy czym co najmniej 40% wspomnianych kwasów t luszczowych stanowi co najmniej jeden kwas o rozga lezio- nym la ncuchu w eglowym. 6. Gatunek papieru zawieraj acy klej do zaklejania papieru oparty na 2-oksetanonie, znamienny tym, ze zawiera klej do zaklejania papieru oparty na 2-oksetanonie, wytworzony z wi ecej ni z jed- nego kwasu t luszczowego o la ncuchu g lównym zawieraj acym od 6 do 22 atomów w egla, polaczo- nych ze sob a wi azaniami nasyconymi, przy czym co najmniej 40% wspomnianych kwasów t lusz- czowych stanowi co najmniej jeden kwas o rozga lezionym la ncuchu w eglowym. PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Wynalazek niniejszy dotyczy sposobu wytwarzania gatunku papieru zawierającego w swej recepturze dodatki, polegającego na zastosowaniu alkalicznych hydrofobizujących klejów do zaklejania papieru. Kleje te posiadają reaktywną grupę funkcyjną zdolną do tworzenia wiązań kowalencyjnych z włóknem celulozowym i jego hydrofobowymi ogonami wystającymi ze wspomnianego włókna na zewnątrz.

Wielkość produkcji wysokogatunkowych rodzajów papieru wytwarzanych w warunkach alkalicznych wzrosła gwałtownie dzięki łatwości użycia strącanego węglanu wapnia (PCC), wraz ze zwiększeniem odporności na starzenie i uzyskiwaniem lepszej białości. Także, stało się możliwe pełniejsze zamknięcie obiegu wodnego w maszynie papierniczej.

Obecne zastosowania drukarskie wysokogatunkowych rodzajów papieru wywierają szczególny nacisk na zaklejanie papieru i przykładowo wymienić tu można druk nieudarowy (NIP), a zwłaszcza druk strumieniem rozpylonego tuszu (określany w dalszej części niniejszego opisu jako „druk atramentowy”). Typowe gatunki papieru kancelaryjnego, przewidziane do użycia w różnorakich zastosowaniach i nadające się do użycia w powielaczach i drukarkach zmieniających się typów, w tym drukarkach do druku atramentowego (określanych w dalszej części niniejszego opisu jako „drukarki atramentowe”), nie są zdolne do spełnienia wymagań postawionych przed tak zwanymi „uniwersalnymi” gatunkami papieru kancelaryjnego. Oczekuje się, że papiery tych gatunków będą wykazywać dobrą drukowność zarówno w przypadku użycia w drukarkach atramentowych, jak i w przypadku drukarek laserowych, a także powielaczy [patrz: O. Malmstrom i K.H. Maier: „Leimungsstrategien far PCC-haltige Bϋropapiere” (Wochenblatt far Papier-fabrikation, 10/1996).

Druk atramentowy można wykonać w dwóch podstawowych wariantach: w drukarkach ze strumieniem ciągłym i drukarkach typu DOD (z punktowaniem na żądanie). Użycie drukarek atramentowych pokrywa obecnie szeroki zakres zastosowań, począwszy od monochromatycznych drukarek biurowych, aż do czterobarwnych drukarek o jakości fotograficznej, urządzeń do identyfikacji i znakowania bezpośredniego i wałkowych ploterów dla arkuszy wielkoformatowych. W porównaniu z innymi metodami NIP, druk atramentowy obejmuje najszerszy zakres zastosowań. Szczególne korzyści odnoszone z druku atramentowego polegają na jego zdolności do wielobarwności i na szybkości drukowania. Także koszty poniesione na druk wykonywany tym sposobem są względnie niskie.

Proces druku atramentowego można łatwo kontrolować przy użyciu komputera, dzięki któremu stają się łatwo dostępne wszystkie udogodnienia technik przetwarzania danych. I tak, na przykład, przy wykorzystaniu systemu przetwarzania danych można w prosty sposób regulować operację oddawania barwy i równoważyć charakterystykę chromatyczną barw.

Zgodnie z doświadczeniem nabytym z wyników drukowania atramentowego, na jakość drukowania wpływa skład włókna, a więc stosunek ilościowy drewna iglastego do drewna liściastego. Jeśli chodzi o jakość gotowego papieru, struktura i topografia porów w wykończonym arkuszu są decydujące dla rezultatów procesu drukowania. W odniesieniu do jakości papieru, wyniki drukowania określone są przez nieściśliwe włókno arkusza i inne parametry charakteryzujące zdolność absorpcji tuszu przez arkusz. Do tego, aby arkusz papieru miał wystarczającą zdolność absorbowania tuszu, z umożliwieniem wyschnięcia tuszu z dostateczną szybkością jeszcze zanim tusz rozpłynie się wzdłuż włókien lub do porów struktury arkusza, potrzebny jest rodzaj papieru zoptymalizowany do poziomu umożliwiającego druk atramentowy. Toteż, w przypadku drukowania atramentowego akcentuje się znaczenie powierzchniowo-chemicznego wzajemnego oddziaływania arkusza z tuszem.

Oprócz podstawowych czynników związanych ze strukturą papieru, jakość drukowania atramentowego można zmodyfikować za pomocą wprowadzenia dodatków stosowanych w papiernictwie, takich jak hydrofobizujące kleje do zaklejania w masie i preparaty klejowe do zaklejania powierzchniowego, kleje skrobiowe do zaklejania powierzchniowego i pigmenty o dużym polu powierzchni.

W dotychczasowym stanie techniki preparaty przeznaczone do zaklejania papieru opracowywano w celu modyfikowania powierzchniowo-chemicznych właściwości papieru i polepszenia jakości monochromatycznego druku czarno-białego dzięki zwiększenia hydrofobowości papieru. Przez zwiększenie hydrofobowości papieru, stało się możliwe uzyskanie na arkuszu lepszych wyników procesu drukowania przy użyciu czarnego tuszu, a to dzięki polepszonej kontroli absorpcji tuszu do struktury arkusza zachodzącej pod działaniem sił kapilarnych w obu kierunkach, a mianowicie zarówno w bok jak i w głąb arkusza. Podejście takie doprowadziło do wyraźnie zdefiniowanego modelu drukowania i do eliminacji zjawiska zaciągania (ang. „wicking”) czarnego tuszu przez arkusz.

PL 192 636 B1

Najpowszechniej stosowane preparaty do zaklejania papieru, nadające się do otrzymywania wysokogatunkowego papieru wytwarzanego w warunkach alkalicznych, oparte są na bezwodnikach kwasu alkenylobursztynowego (ASA) i dimerach alkiloketenów (AKD). Oba te typy klejów zawierają reaktywną grupę funkcyjną zdolną do tworzenia wiązania kowalencyjnego z włóknem celulozowym, jak również hydrofobowymi ogonami wystającymi z włókna na zewnątrz. Charakter i zorientowanie tych ogonów hydrofobowych nadaje włóknom niezwilżalność. Kleje na bazie AKD i ASA wprowadza się w postaci emulsji do części mokrej maszyny papierniczej z tym, że siła klejąca rozwija się w sekcji suszącej i na walcu maszyny papierniczej.

Kleje w gatunkach handlowych, oparte na dimerze alkiloketenu i zawierające jeden pierścień β-laktonowy, wytwarza się na drodze dimeryzacji z dwóch chlorków nasyconych kwasów tłuszczowych o łańcuchach prostych. Najczęściej używane kleje oparte na dimerze alkiloketenu wytwarza się z kwasu palmitynowego i/lub stearynowego. Bezwodniki kwasu alkenylobursztynowego, lub związki ASA, otrzymuje się w wyniku reakcji długołańcuchowych (C15-C20) związków olefinowych z bezwodnikiem kwasu maleinowego.

Dla uzyskania większej hydrofobowości papieru w przypadku zaklejania papieru w masie, okazało się niezbędne użycie większego wsadu klejów typu ASA i AKD do maszyny papierniczej, ale wskutek tego pogorszona została przepływowość maszyny i nasiliły się problemy związane z zanieczyszczeniami różnych typów.

Niestety, podejście do zagadnienia polegające na wykorzystaniu wyższego stopnia hydrofobowości do kontroli zachowania się czarnego tuszu podczas drukowania, nie dało optymalnych wyników w przypadku druku barwnego. W rzeczywistości, sposób ten nadaje się do polepszania utrzymania tuszu, i w rezultacie polepszenia gęstości. Jednakże, w przypadku druku barwnego, nanoszone dawki tuszów są większe niż w druku czarnym, a to, w połączeniu z większą absorpcją, często powoduje dokuczliwość polegającą na niezadowalająco powolnym wysychaniu nadrukowanych kolorowych tuszów, prowadząc do rozlewania się ich i mieszania nałożonych na siebie barw na zadrukowanym arkuszu (zjawisko znane jako „krwawienie kolorów”).

W konsekwencji, poczyniono różnorakie wysiłki w celu polepszenia jakości drukowania atramentowego w kolorach, na przykład przez zmianę ilości i stosując wypełniacze o większym polu powierzchni. Zaklejanie powierzchniowe stanowi także możliwość wpływu na drukowność papieru.

Aczkolwiek proponowano rozmaite podejścia do zagadnienia polepszenia zdolności absorpcyjnej arkusza i zrównoważonego stopnia hydrofobowości zadowalającego w przypadku druku atramentowego, w dziedzinie tej ciągle jeszcze poszukuje się alternatywnych sposobów wytwarzania wysokogatunkowych rodzajów papieru otrzymywanego metodą alkaliczną, zoptymalizowanych pod względem możliwości wielobarwnego druku atramentowego.

W przypadku wytwarzania gatunku papieru zawierającego dodatki, w szczególności strącany węglan wapnia jako wypełniacz, w warunkach odczynu obojętnego lub zasadowego, dobrą drukowność w metodzie druku atramentowy uzyskuje się przez włączenie w skład papieru kleju opartego na 2-oksetanonie i zastosowanie jako związku wyjściowego jednego, lub więcej niż jednego kwasu tłuszczowego o łańcuchu głównym zawierającym od 6 do 22 atomów węgla połączonych ze sobą wiązaniami nasyconymi, przy czym wspomniany(e) kwas(y) obejmują co najmniej jeden kwas z rozgałęzionym łańcuchem węglowym.

Stosowanie klejów opartych na 2-oksetanonie znane jest już od długiego czasu w papiernictwie [patrz, na przykład: patent Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 2627477 oraz J.W. Davis i in: „A new sizing agent for paper - alkylketene dimers”, Tappi, tom 39,nr l (1956)], ale w piśmiennictwie tym nie ma żadnej wzmianki o użyciu 2-oksetanonu wytworzonego z nasyconych kwasów tłuszczowych, z których co najmniej jeden zawiera rozgałęziony łańcuch węglowy.

Analogicznie do typowych klejów do zaklejania papieru AKD, te nowe kleje można wytworzyć wychodząc z kwasów tłuszczowych, przy czym istotne jest to, żeby co najmniej jeden z tych kwasów tłuszczowych zawierał rozgałęziony łańcuch węglowy, z tym, że wspomniane łańcuchy nie mogą zawierać żadnych wiązań podwójnych. Długość łańcucha węglowego w użytych jako związki wyjściowe kwasach tłuszczowych waha się w zakresie od 6 do 22 atomów węgla.

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania gatunku papieru zawierającego dodatki, w szczególności strącany węglan wapnia jako wypełniacz, w warunkach odczynu obojętnego lub alkalicznego, w którym to sposobie do papieru, w etapie szlamowania masy celulozowej, dodaje się klej do zaklejania papieru oparty na 2-oksetanonie, charakteryzuje się tym, że dodaje się klej do zaklejania papieru oparty na 2-oksetanonie, wytworzony z więcej niż jednego kwasu tłuszczowego o łańcuchu

PL 192 636 B1 głównym zawierającym od 6 do 22 atomów węgla, połączonych ze sobą wiązaniami nasyconymi, przy czym co najmniej 40% wspomnianych kwasów tłuszczowych stanowi co najmniej jeden kwas o rozgałęzionym łańcuchu węglowym.

W sposobie korzystnie do szlamu masy celulozowej dodaje się klej do zaklejania papieru oparty na 2-oksetanonie, wytworzony z mieszaniny złożonej z kwasu tłuszczowego o łańcuchu prostym i kwasu tłuszczowego o łań cuchu rozgałęzionym.

Korzystnie do szlamu masy celulozowej dodaje się klej do zaklejania papieru oparty na 2-oksetanonie, wytworzony z mieszaniny kwasów tłuszczowych, w przypadku której stosunek ilościowy kwasów tłuszczowych o łańcuchu nierozgałęzionym do kwasów tłuszczowych o łańcuchu rozgałęzionym wynosi około 1:1.

Sposób korzystnie charakteryzuje się tym, że do szlamu masy celulozowej dodaje się klej do zaklejania papieru oparty na 2-oksetanonie w ilości mieszczącej się w zakresie od 0,05 do 0,25% masy włókna w szlamie.

Przedmiotem wynalazku jest także sposób powierzchniowego zaklejania papieru zaklejonego w masie, zawierają cego dodatki, w szczególnoś ci strą cany wę glan wapnia jako wypeł niacz, w warunkach odczynu obojętnego lub alkalicznego, w którym do powierzchniowego zaklejania papieru stosuje się klej do zaklejania papieru oparty na 2-oksetanonie, charakteryzujący się tym, że stosuje się klej do zaklejania papieru oparty na 2-oksetanonie, wytworzony z więcej niż jednego kwasu tłuszczowego o ła ńcuchu głównym zawierającym od 6 do 22 atomów węgla, połączonych ze sobą wiązaniami nasyconymi, przy czym co najmniej 40% wspomnianych kwasów tłuszczowych stanowi co najmniej jeden kwas o rozgałęzionym łańcuchu węglowym.

Przedmiotem wynalazku jest także gatunek papieru zawierający klej do zaklejania papieru oparty na 2-oksetanonie, charakteryzujący się tym, że zawiera klej do zaklejania papieru oparty na 2-oksetanonie, wytworzony z więcej niż jednego kwasu tłuszczowego o łańcuchu głównym zawierającym od 6 do 22 atomów węgla, połączonych ze sobą wiązaniami nasyconymi, przy czym co najmniej 40% wspomnianych kwasów tłuszczowych stanowi co najmniej jeden kwas o rozgałęzionym łańcuchu węglowym.

Zgodnie więc z jednym z aspektów niniejszego wynalazku stwierdzono, że zwłaszcza mieszanina kwasów tłuszczowych o łańcuchach prostych i o łańcuchach rozgałęzionych (na przykład w stosunku 50/50) zapewnia uzyskanie optymalnej jakości gatunku papieru według wynalazku przeznaczonego do druku atramentowego, a tym samym przydatnego do stosowania jako papier „uniwersalny”. Jeśli chodzi o wytwarzanie papieru, należy zaznaczyć, że ilość kleju do zaklejania papieru wymagana przez nowy sposób dla osiągnięcia pożądanego wyniku końcowego, będzie mniejsza od ilości potrzebnej przy stosowaniu zwykłych preparatów klejowych. Tym samym, będzie to łagodzić problemy związane z zanieczyszczaniem i przywieraniem do papieru brudu, powodowanymi przez kleje znajdujące się w maszynie papierniczej.

Wynalazek dotyczy także gatunku papieru wytwarzanego za pomocą poddania go działaniu preparatu klejowego opartego na 2-oksetanonie otrzymanym z kwasów tłuszczowych, z których co najmniej jeden zawiera rozgałęziony łańcuch boczny. Papier ten może zawierać ałun i strącany węglan wapnia (PCC).

Trwałe emulsje nowych klejów można wytworzyć w taki sam sposób, jakim wytwarza się typowe emulsje AKD.

Gatunek papieru według niniejszego wynalazku jest, ogólnie, zaklejany w taki sposób, który przewiduje wprowadzenie co najmniej 200 g, korzystnie co najmniej 600 g, a najkorzystniej co najmniej 1 kg kleju/1 t papieru. Tak wytworzony gatunek papieru według wynalazku można zoptymalizować w przeznaczeniu do druku atramentowego, dzięki czemu będzie on mógł znaleźć zastosowania w powielaczach i drukarkach laserowych (jako papier „uniwersalny”).

Korzystnie, gatunek papieru według wynalazku ma zdolność zaspokajania wymagań druku atramentowego, zarówno czarnego jak i kolorowego, bez stwarzania problemów normalnie towarzyszących drukowi atramentowemu. W szczególności, gatunek papieru według wynalazku zapewnia osiągnięcie zrównoważonego kompromisu między właściwościami odnoszącymi się do adsorpcji i do hydrofobowości papieru tak, że wynik w postaci druku o wysokiej jakości uzyskuje się zarówno w przypadku uż ycia tuszów czarnych, jak kolorowych (oznacza to takie korzyś ci, jak minimalne przebijanie druku, wysoka gęstość druku, brak zaciągania, brak krwawienia i minimalna strzępiastość nadrukowanych konturów w przypadku drukowania tuszem czarnym lub tuszem kolorowym na kolorze). Ponadto, taki zrównoważony wynik drukowania można osiągnąć dzięki użyciu gatunku papieru według wynalazku, bez potrzeby uciekania się do powlekania papieru, polepszania jego hydrofobowości za

PL 192 636 B1 pomocą obróbki powierzchni arkusza czy też stosowania większej ilości skrobiowego kleju do powierzchniowego zaklejania papieru ponad normalnie dodawaną jego ilość. Toteż, gatunek papieru według wynalazku zdolny jest spełniać wymagania stawiane papierowi do drukarek w użytkowaniu biurowym, a oprócz tego może być używany jako papier „uniwersalny”.

Następnie, preparaty klejowe zgodnie z wynalazkiem umożliwiają osiąganie pożądanego ostatecznego wyniku druku atramentowego przy użyciu kleju do zaklejania papieru w ilości mniejszej od tej ilości, która jest wymagana w przypadku typowych klejów AKD, przy czym unika się problemów związanych z zanieczyszczeniem maszyny papierniczej i przywieraniem brudu i pyłu (pochodzącego z pylenia papieru) do walców, które są utrapieniem przy stosowaniu typowych klejów AKD do zaklejania papieru.

Jednym spośród gatunków preparatów klejowych zgodnie z niniejszym wynalazkiem jest klej oparty na 2-oksetanonie wytworzony z użyciem jako związku wyjściowego kwasu izostearynowego lub mieszaniny kwasów tłuszczowych, korzystnie zawierającej co najmniej 40% kwasu izostearynowego lub niektórych innych kwasów tłuszczowych z rozgałęzionym łańcuchem bocznym.

P r z y k ł a d 1

Wpierw, w celu umożliwienia dokonywania oceny omawianego sposobu, przygotowuje się arkusze testowe o gramaturze 80 g/m² według standaryzowanych metod przeprowadzania testów SCAN, przy użyciu sita czerpalnego do formowania arkuszy na wodę obiegową, prasy mokrej i cylindra suszącego. Szlam masy celulozowej wytworzono z masy celulozowej brzozowo/sosnowej (o wzajemnym stosunku ilościowym 60/40), skrobiowego kleju do zaklejania papieru w masie Raisamyl 135 ESP (z firmy Raisio Chemicals Oy) użytego w ilości wynoszącej 0,3% masy włókna, wypełniacza PCC użytego w ilości wynoszącej 22% masy arkusza i środków zatrzymujących użytych w ilości wynoszącej 0,16% całkowitej masy włókna. Kleje do zaklejania papieru w masie wprowadzano do masy celulozowej w ilości wynoszącej 0,06, 0,12 i 0,20% masy włókna.

Gotowe do testu arkusze poddano badaniu w teście absorpcji wody Cobb60 oraz w teście Schrodera z przenikaniem tuszu natychmiast po suszeniu, następnego dnia przed kondycjonowaniem oraz po suszeniu i kondycjonowaniu. Kondycjonowania arkuszy dokonywano za pomocą przetrzymania ich w ciągu 10 minut w temperaturze 105°C w komorze grzewczej.

Porównawczym preparatem kleju do zaklejania papieru użytym w niniejszym przykładzie był typowy klej do zaklejania papieru AKD (Raisfob 5105). Oparty na kwasie izostearynowym klej dyspergowano w taki sam sposób jak w przypadku typowego kleju AKD wytworzonego przy użyciu skrobi kationowej.

T a b e l a 1

Skład kleju/wsad (%)	Test Cobb60 (g/m²)	Test Schrodera (s)
1	2	3	4	5	6	7
	natychmiast	następnego	kondycjono-	natychmiast	następnego	kondycjono-
		dnia, bez	wanie		dnia, bez	wanie
		kondycjono-	(10 min,		kondycjono-	(10 min,
		wania	105°C)		wania	105°C)
Stosunek kwas palmitynowy/kwas
stearynowy
60/40
0,06	65	37	34,1	5	25	27
0,12	18,7	15,9	16,3	>1000	>1000	>1000
0,20	15,0	14,0	13,9	>1000	>1000	>1000
Stosunek kwas
palmitynowy/
kwas
stearynowy
40/60
0,06	29,8	23,1	26,1	47	70	112
0,12	17,3	16,0	15,6	>1000	>1000	>1000
0,20	16,3	12,8	14, 6	>1000	>1000	>1000

PL 192 636 B1

c.d. tabeli 1

1	2	3	4	5	6	7
Klej AKD oparty na kwasie izostearynowym, 100% łańcuchów rozgałęzionych 0,06	*)	*)	*)	0	0	0
0,12	70,0	55,0	52,3	0	0	2
0,20	45,6	33,4	32,3	10	22	25
Klej AKD oparty na kwasie izostearynowym, stosunek łańcuchów rozgałęzionych do nierozgałęzionych 50/50 0,06	*)	*)	*)	0	0	0
0,12	22,8	24,7	19,8	165	137	217
0,20	17,3	16,2	15,7	775	>1000	>1000

W powyższej tabeli 1 użyto następującego oznaczenia: *) = na wskroś.

Jak wydaje się to oczywiste na podstawie wyników zamieszczonych w powyższej tabeli 1, klej do zaklejania papieru AKD oparty na kwasie izostearynowym (o wzajemnym stosunku ilościowym węglowych łańcuchów rozgałęzionych do nierozgałęzionych wynoszącym 50/50) pozwala uzyskać jakość zaklejania porównywalną z jakością osiąganą przy użyciu typowych klejów do zaklejania papieru opartych na mieszaninie kwasu palmitynowego i kwasu stearynowego.

P r z y k ł a d 2

Dokonano oceny różnych typów klejów do zaklejania papieru AKD w półtechnicznej maszynie papierniczej, pracującej z szybkością 60 m/min (4,1 kg/min) i wytwarzającej papier wysokogatunkowy o gramaturze wynoszą cej 80 g/m².

Masy celulozowa użyta w omawianej szarży, przeprowadzanej w półtechnicznej maszynie papierniczej, zwierała następujące składniki: masa brzozowo/sosnowa zmieszana w stosunku 75/25, mielona do chudości wynoszącej 25° SR, wypełniacz w postaci strącanego węglanu wapnia (PCC) w ilości wynoszącej 22% masy papieru, klej do zaklejania papieru w masie Raisamyl 135 (z firmy Raisio Chemicals) w ilości wynoszącej 0,5% masy włókna i środki zatrzymujące w ilości wynoszącej 0,22% całkowitej masy włókna.

Kleje do zaklejania papieru w masie wprowadzano do szlamu masy celulozowej w ilości stanowiącej 0,15 i 0,20% masy włókna. Jako kleju do powierzchniowego zaklejania papieru użyto skrobiowego kleju Raisamyl 408 SP (z firmy Raisio Chemicals) w stężeniu wynoszącym 8% w przeliczeniu na suchą masę.

Hydrofobowość arkusza wytworzonego w półtechnicznej maszynie papierniczej poddano badaniu w teście absorpcji wody Cobb₆₀ przy użyciu próbek pobranych wprost z nawijarki Pope'go i kondycjonowanych w ciągu 10 minut przed przeprowadzeniem testu. Dodatkowo, hydrofobowość arkusza wytworzonego w maszynie papierniczej o skali półtechnicznej zbadano na próbkach kondycjonowanych na walcu, tak w teście absorpcji Cobb60, jak i teście przenikania tuszu HST. Test HST polega na obserwacji przenikania do arkusza tuszu, monitorowanego pomiarem współczynnika odbicia plamy tuszu w określonym czasie, na przykład w czasie, w którym współczynnik odbicia obniża się do poziomu 80% jego wartości początkowej. Kompatybilność próbek papieru z drukowaniem atramentowym zbadano przy użyciu handlowo dostępnej drukarki do druku atramentowego (produkcji firmy HewlettPackard). Wyniki drukowania pod względem „zaciągania” i „krwawienia” oceniano na użytych w teście zadrukowanych arkuszach, tak wizualnie, jak i z zastosowaniem analizy obrazu oraz za pomocą pomiaru gęstości optycznej zadrukowanych obszarów kolorowych.

PL 192 636 B1

T a b e l a 2

Skład kleju/wsad (%)	Test Cobb60 (g/m²)	Test HST (s)
	natychmiast po 10-minutowym	po kondycjonowaniu	po kondycjonowaniu
	napowietrzaniu	w zwoju	w zwoju
Stosunek kwas palimtynowy/kwas stearynowy 60/40 0,13	50,3	41,9	38
0,20	23,2	19,3	345
Stosunek kwas palmitynowy/kwas stearynowy 40/60 0,13	52,0	43,3	27
0,20	19,9	18,9	385
Klej AKD oparty na kwasie izostearynonowym, 100% łańcuchów rozgałęzionych 0,13	57,7	48,1	12
0,20	39,9	33,3	54
Klej AKD oparty na kwasie izostearynowym, stosunek łańcuchów rozgałęzionych do nierozgałęzionych 50/50 0,13	51,5	42,6	33
0,20	20,2	19,2	355

Jak wydaje się to oczywiste na podstawie wyników zamieszczonych w powyższej tabeli 2, klej do zaklejania papieru AKD oparty na kwasie izostearynowym (o wzajemnym stosunku ilościowym węglowych łańcuchów rozgałęzionych do nierozgałęzionych wynoszącym 50/50) pozwala uzyskać poziom hydrofobowości porównywalny z poziomem osiąganym przy użyciu typowych klejów do zaklejania papieru AKD.

T a b e l a 3

	Stosunek kwas palmitynowy/kwas stearynowy 60/40 Wsad 0,20%	Stosunek kwas palmitynowy/kwas stearynowy 40/60% Wsad 0,20%	Klej AKD oparty na kwasie izosterynowym, 100% łańcuchów rozgałęzionych Wsad 0,20 %	Klej AKD oparty na kwasie izostearynowym, stosunek łańcuchów rozgałęzionych do nierozgałęzionych 50/50 Wsad 0,20 %
1	2	3	4	5
Druk atramentowy czarno biały czas suszenia	7	8	natychmiast	6
zaciąganie	6,5	6,3	10	5,5
gęstość	1,38	1,44	1,1	1, 42
Druk wielobarwny krwawienie	7,4	7,5	6,5	6,5
powierzchnia nadruku obwód	50749	51850	49595	48440
nadruku gęstość,	2045	2016	1949	1905
czarny	1,24	1,28	0,98	1,27
Zużycie kleju do zaklejania powierzchniowego (litry/min)	1,51	1,43	1,60	1,33

PL 192 636 B1

Jak wydaje się to oczywiste na podstawie wyników zamieszczonych w powyższej tabeli 3, klej do zaklejania papieru AKD oparty na kwasie izostearynowym (o wzajemnym stosunku ilościowym węglowych łańcuchów rozgałęzionych do nierozgałęzionych wynoszącym 50/50), w przypadku druku czarno-białego pozwala uzyskać optymalny poziom zrównoważenia parametrów charakteryzujących strzępiastość nadrukowanego konturu (krwawienie, zaciąganie, powierzchnia i obwód testowego wzoru) i zużycie kleju. Ponadto, należy zauważyć, że powierzchniowe zaklejanie papieru sposobem według niniejszego wynalazku przeprowadza się z pominięciem użycia typowych środków hydrofobizujących lub innych metod hydrofobizowania powierzchni.

P r z y k ł a d 3

Klej do zaklejania papieru w masie zgodnie z wynalazkiem, w szczególności klej AKD oparty na kwasie izostearynowym, o stosunku węglowych łańcuchów rozgałęzionych do nierozgałęzionych wynoszącym 50/50, który okazał się najlepszy pod względem wyników otrzymanych w teście przeprowadzonym w skali laboratoryjnej i półtechnicznej, poddano dalszemu badaniu w maszynie papierniczej wytwarzającej papier wysokogatunkowy w skali przemysłowej. Próbki porównawcze otrzymywano dla potrzeb tego testu przy użyciu typowego kleju do zaklejania papieru AKD. Skład wytwarzanego papieru był równoważny składowi typowego papieru wysokogatunkowego zawierającego strącany węglan wapnia (PCC), a tym samym papier ten nadawał się do użycia w drukarkach atramentowych. Gramatura papieru wytworzonego w szarży testowej wynosiła 70 g/m². Ilość wprowadzonego kleju do zaklejania papieru wynosiła 1,3 kg/t papieru.

Pobrane z określonej ilości walców maszyny próbki arkuszy wytworzonych w trakcie szarży testowej poddano badaniu od górnej strony pod względem hydrofobowości (Cobb60 i HST) oraz parametrów (zaciąganie, krwawienie i gęstość optyczna) charakteryzujących kompatybilność z drukowaniem atramentowym.

T a b e l a 4

Zaklejanie/mierzony parametr	Klej AKD oparty na kwasie izostearynowym, stosunek łańcuchów rozgałęzionych do nierozgałęzionych 50/50	Klej AKD w gatunku handlowym o stosunku kwasu palmitynowego do kwasu stearynowego 40/60
Test Cobb60 (g/m²)	22,2	28,8
Test HST (s), powierzchnia	86,5	54
Druk atramentowy
zaciąganie na powierzchni	3	4
krwawienie na powierzchni	2	2
Druk atramentowy
czarny	1,84	1,4
czarny, kombinowany	1,10	1,13
niebiesko-zielony	1,37	1,36
magenta	0,93	0,92
żółty	0,91	0,88

Z porównania kompatybilności atramentowego zadrukowania arkusza zaklejonego klejem do zaklejania papieru AKD opartego na kwasie izostearynowym i arkusza zaklejonego handlowo dostępnym klejem do zaklejania papieru AKD (przeprowadzonego z uwzględnieniem wyników zamieszczonych w powyższej tabeli 4), wynika w sposób oczywisty, że klej do zaklejania papieru AKD oparty na kwasie izostearynowym pozwala uzyskać wyraźnie lepsze osiągi tak w przypadku użycia tuszów czarnych, jak i kolorowych. Papier zaklejony klejem do zaklejania papieru opartym na kwasie izostearynowym nie wykazywał żadnego przenikania tuszu poprzez arkusz, ani żadnego zaciągania lub krwawienia. Ponadto, gęstość nadrukowanego tuszu była w istotnym stopniu lepsza od gęstości dla próbek papieru zaklejonego klejem do zaklejania papieru AKD w gatunku handlowym. Następnie, należy zauważyć, że wysoki jakościowo poziom drukowności arkusza uzyskano bez jakiejkolwiek potrzeby dokonywania hydrofobizacji jego powierzchni.

W końcu, na podstawie testów przeprowadzonych w pełnej skali produkcyjnej udowodniono, że papier wytworzony w maszynie papierniczej w szarży testowej nie tylko nadawał się do druku atraPL 192 636 B1 mentowego, ale także był w stanie spełniać inne wymagania stawiane papierowi „uniwersalnemu”, takie jak poziom hydrofobowości dostateczny z punktu widzenia wydajności powielacza i drukarki laserowej. W trakcie przeprowadzania testu stwierdzono doskonałą przepływowość maszyny papierniczej i nie zauważono przywierania brudu lub zanieczyszczeń do powierzchni jej elementów.

P r z y k ł a d 4

W przykładzie tym, papier poddano obróbce powierzchniowej, przy czym w papierze już wcześniej rozwinęła się w pewnym stopniu hydrofobowość w wyniku przeprowadzenia operacji zaklejania w masie podczas jego wytwarzania, w etapie szlamowania masy celulozowej. Działanie ₂ hydrofobizujące stwierdzono na poziomie 30 g/m według Cobb60. Powierzchniowe zaklejanie papieru wykonano przy użyciu urządzenia Helicor, w którym arkusz papieru poddawany obróbce znajduje się na obrotowym bębnie i w którym skrobię do zaklejania powierzchniowego, razem z włączonym środkiem hydrofobizującym powierzchniowo, można nanosić z zastosowaniem dobranego ciśnienia rakla.

Jako skrobi zastosowanej w niniejszym przykładzie do zaklejania powierzchniowego użyto utlenionej kationowej skrobi do zaklejania powierzchniowego w postaci 10% roztworu (Raisamyl 406 SP, z firmy Raisio Chemicals Oy). Taki roztwór skrobi o 10% stężeniu zmieszano z dodatkami do powierzchniowego zaklejania papieru, użytymi w różnych ilościach obliczonych na podstawie ilościowego stosunku czynnika aktywnego do suchej substancji skrobi. Jako dodatki do powierzchniowego zaklejania papieru badaniu poddano AKD wytworzony na podstawie kwasu izostearynowego-kwasu stearynowego, styrenoakrylan i SMA. Stosunek ilościowy kwasu izostearynowego do kwasu stearynowego (to znaczy łańcucha rozgałęzionego do łańcucha prostego) wynosił 1 : 1. Jako styrenoakrylanu użyto kleju do zaklejania papieru Raisafob P400 (z firmy Raisio Chemicals Oy). Dodawanym SMA był bezwodnik kwasu styrenomaleinowego, produkcji Raisio Chemicals, sprzedawany pod nazwą Raisafob D100.

Wyniki testu zamieszczono w poniższej tabeli 5, w której wyniki zaklejania podano w wartościach Cobb60 i HST.

T a b e l a 5

Dodatek do zaklejania powierzchniowego	Ilość dodatku, % kleju do zaklejania powierzchniowego	Cobb60 (g/m²)	HST (80%), s
Receptura papieru	0	30,4	67
Receptura + skrobiowy klej do zaklejania powierzchniowego	0	46,6	60
AKD izostearynowy/stearynowy	0,5	22,4	126
	1	22,4	137
	2	20,4	140
	4	20,0	182
Styrenoakrylan	1	41,6	65
	2	39,2	69
	4	36,0	78
SMA	1	38,4	75
	2	29,2	115
	4	21,6	117

Wartości zamieszczone w powyższej tabeli 5 wskazują na to, że klej do zaklejania papieru AKD wytworzony z kwasów tłuszczowych obejmujących kwas izostearynowy wykazuje najlepsze właściwości już przy wprowadzeniu go w ilości na najniższym poziomie i zapewnia najwyższą hydrofobowość według wartości otrzymanych zarówno w teście Cobb60, jak i HST.

Wyniki testu wykorzystane do dokonania oceny drukowności czarno-białej zamieszczono w poniższej tabeli 6. Próbki papieru zadrukowano przy użyciu drukarki atramentowej typu Hewlett-Packard 500 C i zmierzono gęstość optyczną wydruków.

PL 192 636 B1

T a b e l a 6

Wyniki testu z drukowaniem atramentowym przy użyciu drukarki HP 560 C.

Dodatki do zaklejania powierzchniowego	Ilość, dodatku, % skrobi do zaklejania powierzchniowego	Druk czarno-biały: gęstość nadruku czarnego	Druk barwny: Gęstość nadruku połączenie z czarnym
Receptura papieru	0	1,33	0,98
Receptura + skrobia do zaklejania powierzchniowego	0	1,58	1,26
AKD izostearynowy/stearynowy	0,5	1,67	1,19
	1	1,76	1,22
	2	1,85	1,31
	4	1,86	1,32
Styreno-akrylan	1	1,58	1,23
	2	1,60	1,25
	4	1,67	1,25
SMA	1	1,74	1,27
	2	1,75	1,31
	4	1,80	1,30

Wyniki zamieszczone w powyższej tabeli 6 pokazują, że druk czarno-biały zapewnia uzyskanie jeszcze lepszych wyników jeśli chodzi o drukowność niż zwykłe związki stosowane w powierzchniowym zaklejaniem papieru

P r z y k ł a d 5

Dodatki do powierzchniowego zaklejania papieru przebadano również w półtechnicznej maszynie papierniczej, w której papier nie poddany wstępnie zaklejaniu powierzchniowemu, zaklejono z zastosowaniem kadziowej prasy klejarskiej i warstwowej prasy klejarskiej. Receptura papieru sporzą₂ dzona była jak dla papieru wysokogatunkowego o gramaturze wynoszącej 80 g/m i obejmowała 20% strącanego węglanu wapnia jako wypełniacza (zgodnie z recepturą zwykłego uniwersalnego papieru kancelaryjnego). Jako kleju do powierzchniowego zaklejania papieru użyto utlenionego kationowego kleju do zaklejania papieru Raisamyl 405 SP (z firmy Raisio Chemicals Oy) w postaci roztworu o 8% stężeniu. Skrobiowy klej do powierzchniowego zaklejania papieru zmieszano z różnymi hydrofobizującymi dodatkami do powierzchniowego zaklejania papieru, takimi jak: podstawowy AKD (kwas palmitynowy/kwas stearynowy, 60/40%), AKD oparty na kwasie izostearynowym-kwasie stearynowym (rozgałęziony/prosty, 50/50%), styrenoakrylan (Raisafob P400, Raisio Chemicals Oy) oraz dodatki do powierzchniowego zaklejania papieru oparte na SMA (bezwodniku kwasu styrenomaleinowego), Raisafon D100 (z firmy Raisio Chemicals Oy).

Poniższa tabela 7 zawiera otrzymane wyniki tego testu przeprowadzonego przy użyciu półtechnicznej maszyny papierniczej i warstwowej prasy klejarskiej.

T a b e l a 7

Wyniki zaklejania przy użyciu warstwowej prasy klejarskiej z zastosowaniem półtechnicznej maszyny papierniczej

Dodatki do zaklejania powierzchniowego	Ilość dodatku, % skrobi do zaklejania powierzchniowego	Cobb«o, (g/m²)	HST (80%), s
1	2	3	4
Receptura + skrobia do zaklejania powierzchniowego	0	42,3	143
Podstawowy AKD	0,25	25,6	255
	0,50	23,8	273
	1	20,3	310
	2	19,2	380
AKD izostearynowy/stearynowy	0,25	27,8	247
	0,50	25,7	251
	1	22,3	239
	2	20,4	285

PL 192 636 B1

c.d. tabeli 7

1	2	3	4
Styrenoakrylan	2	30,8	223
	4	25,6	229
SMA	2	25,3	266
	4	21,1	282

W poniższej tabeli 8 zamieszczono wyniki otrzymane w eksperymencie z drukowaniem atramentowy na próbkach papieru i przy użyciu drukarki HP 560 C. Wyniki drukowania analizowano zgodnie z metodą suchą.

T a b e l a 8

Drukowność czarno-biała w drukarce HP 560 C

	Druk czarno-biały	Druk barwny
Dodatek zaklejania powierzchniowego	Gęstość	Zaciąganie	Czas suszenia	Gęstość	Krwawienie : : powierzchnia	Krwawienie : : obwód
Wsad + klej do zaklejania powierzchniowego	1,07	2,1	1	0,95	49057	1834
Podstawowy AKD 0,5%	1,19	1,6	16	0,97	51103	2019
Podstawowy AKD 1%	1,22	1,5	24	0,98	49152	1923
AKD izostearynowy/stearynowy 0,50%	1,18	1,6	7	0,97	48313	1913
AKD izostearynowy/stearynowy 1,0%	1,21	1,5	13	0,98	47609	1898
Styrenoakrylan 1,0%	1,14	1,8	2	0,95	47654	1847
Styrenoakrylan 2,0%	1,14	1,7	4	0,96	47966	1821
SMA 1,0%	1,20	1,6	17	0,96	47058	1808
SMA 2,0%	1,23	1,5	26	0,97	47099	1909

Dane zamieszczone w powyższych tabelach 7 i 8 wskazują na to, że podstawowy klej AKD zapewniał uzyskanie bardzo dobrych wyników, jeśli chodzi o hydrofobowość próbek poddanych ocenie. Jednakże, wysoka hydrofobowość może prowadzić do zbyt niskiego poziomu wysuszenia tuszów kolorowych, z wynikającą z tego niejednolitością barwy w przypadku druku barwnego. Wyniki te zdają się wskazywać na to, że najlepsze zrównoważenie wszystkich trzech czynników, a mianowicie: zużycia kleju do zaklejania papieru, efektów druku czarno-białego i efektów druku barwnego, można osiągnąć przy użyciu kleju AKD na podstawie kwasu izostearynowego/kwasu stearynowego, co odpowiada rozgałęzionym i nierozgałęzionym łańcuchom węglowym.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wytwarzania gatunku papieru zawierającego dodatki, w szczególności strącany węglan wapnia jako wypełniacz, w warunkach odczynu obojętnego lub alkalicznego, w którym to sposobie do papieru, w etapie szlamowania masy celulozowej, dodaje się klej do zaklejania papieru oparty na 2-oksetanonie, znamienny tym, że dodaje się klej do zaklejania papieru oparty na 2-oksetanonie, wytworzony z więcej niż jednego kwasu tłuszczowego o łańcuchu głównym zawierającym od 6 do 22 atomów węgla, połączonych ze sobą wiązaniami nasyconymi, przy czym co najmniej 40% wspomnianych kwasów tłuszczowych stanowi co najmniej jeden kwas o rozgałęzionym łańcuchu węglowym.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że do szlamu masy celulozowej dodaje się klej do zaklejania papieru oparty na 2-oksetanonie, wytworzony z mieszaniny złożonej z kwasu tłuszczowego o ł a ń cuchu prostym i kwasu tł uszczowego o ł a ń cuchu rozgałęzionym.

PL 192 636 B1
3. Sposób według zastrz, 2, znamienny tym, że do szlamu masy celulozowej dodaje się klej do zaklejania papieru oparty na 2-oksetanonie, wytworzony z mieszaniny kwasów tłuszczowych, w przypadku której stosunek ilościowy kwasów tłuszczowych o łańcuchu nierozgałęzionym do kwasów tłuszczowych o łańcuchu rozgałęzionym wynosi około 1:1.
4. Sposób według zastrz. 1 albo 2, albo 3, znamienny tym, że do szlamu masy celulozowej dodaje się klej do zaklejania papieru oparty na 2-oksetanonie w ilości mieszczącej się w zakresie od 0,05 do 0,25 % masy włókna w szlamie.
5. Sposób powierzchniowego zaklejania papieru zaklejonego w masie, zawierającego dodatki, w szczególności strącany węglan wapnia jako wypełniacz, w warunkach odczynu obojętnego lub alkalicznego, w którym do powierzchniowego zaklejania papieru stosuje się klej do zaklejania papieru oparty na 2-oksetanonie, znamienny tym, że stosuje się klej do zaklejania papieru oparty na 2-oksetanonie, wytworzony z więcej niż jednego kwasu tłuszczowego o łańcuchu głównym zawierającym od 6 do 22 atomów węgla, połączonych ze sobą wiązaniami nasyconymi, przy czym co najmniej 40% wspomnianych kwasów tłuszczowych stanowi co najmniej jeden kwas o rozgałęzionym łańcuchu węglowym.
6. Gatunek papieru zawierający klej do zaklejania papieru oparty na 2-oksetanonie, znamienny tym, że zawiera klej do zaklejania papieru oparty na 2-oksetanonie, wytworzony z więcej niż jednego kwasu tłuszczowego o łańcuchu głównym zawierającym od 6 do 22 atomów węgla, połączonych ze sobą wiązaniami nasyconymi, przy czym co najmniej 40% wspomnianych kwasów tłuszczowych stanowi co najmniej jeden kwas o rozgałęzionym łańcuchu węglowym.