RU2098534C1 - Method of filling cellulose fibers with calcium carbonate, compounded paper containing cellulose fiber mass, and method of manufacturing thereof - Google Patents
Method of filling cellulose fibers with calcium carbonate, compounded paper containing cellulose fiber mass, and method of manufacturing thereof Download PDFInfo
- Publication number
- RU2098534C1 RU2098534C1 RU9393057196A RU93057196A RU2098534C1 RU 2098534 C1 RU2098534 C1 RU 2098534C1 RU 9393057196 A RU9393057196 A RU 9393057196A RU 93057196 A RU93057196 A RU 93057196A RU 2098534 C1 RU2098534 C1 RU 2098534C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fibers
- chemical
- pulp
- cellulose fibers
- paper
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Paper (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способу наполнения карбонатом кальция целлюлозных волокон, к наполненной бумаге и способу изготовления наполненной бумаги из волокон целлюлозы. The invention relates to a method for filling calcium carbonate of cellulose fibers, to filled paper and a method for manufacturing filled paper from cellulose fibers.
Известен способ наполнения карбонатом кальция целлюлозных волокон, а именно, волокнистого целлюлозного материала, содержащего множество удлиненных волокон со стенкой волокнистой массы, окружающей внутреннюю полость, при этом волокнистый материал содержит влагу, причем в волокнистую массу добавляют химикат, входящий в соединение с целлюлозой так, что заданное количество химиката в виде карбоната кальция, соединяясь с водой и целлюлозой, образует целлюлозный волокнистый материал, во внутренней полости которого и на его стенках расположен карбонат кальция (патент США 4510020 и патент PCT/ WO 91/01409). A known method of filling calcium carbonate with cellulose fibers, namely a fibrous cellulosic material containing a plurality of elongated fibers with a fibrous wall surrounding the internal cavity, the fibrous material contains moisture, and the chemical added to the pulp is added to the pulp so that a predetermined amount of a chemical in the form of calcium carbonate, combining with water and cellulose, forms a cellulosic fibrous material, in the inner cavity of which and on its walls ene calcium carbonate (US Patent 4,510,020 and PCT / WO 91/01409 patent).
Известна наполненная бумага, содержащая массу целлюлозных волокон, полости и стенки которых заполнены карбонатом кальция, полученным при взаимодействии солей кальция с карбонатами в водной среде волокон для повышения прочности бумаги (PCT/WO 91/01409). Known filled paper containing a mass of cellulose fibers, the cavities and walls of which are filled with calcium carbonate, obtained by the interaction of calcium salts with carbonates in an aqueous medium of fibers to increase paper strength (PCT /
Известен также способ изготовления наполненной бумаги из волокон целлюлозы, содержащих воду и имеющих трубчатые стенки и полости, в которых расположен карбонат кальция (патент PCT/WO 91/01409). There is also a method of manufacturing filled paper from cellulose fibers containing water and having tubular walls and cavities in which calcium carbonate is located (PCT / WO 91/01409).
В известном способе наполнения карбонатом кальция целлюлозных волокон наполнитель селективно дозируется в полости волокнистой массы путем массы перемешивания суспензии целлюлозы и наполнителя до тех пор, пока полости волокнистой массы не заполнятся наполнителем. Этот способ требует использования существенно больше порошкового наполнителя, чем может быть загружено в полости волокнистой массы. Соответственно способ требует отделения остаточного суспендированного наполнителя от наполненных волокон путем тщательного промывания целлюлозы до тех пор, пока по существу весь наполнитель на внешних поверхностях волокон не будет удален. In the known method for filling calcium carbonate of cellulose fibers, the filler is selectively dosed in the pulp cavity by mass mixing the cellulose suspension and the filler until the pulp cavities are filled with filler. This method requires the use of significantly more powder filler than can be loaded into the cavity of the pulp. Accordingly, the method requires the separation of the residual suspended filler from the filled fibers by thoroughly washing the pulp until substantially all of the filler on the outer surfaces of the fibers is removed.
Необходимо было получить способ, в котором существенное количество наполнителя может быть диспергировано внутрь полостей и клеточных стенок волокон целлюлозы с помощью простого способа, который был бы пригоден для использования с существующим бумагоделательным оборудованием. Желательно также обеспечить способ наполнения химическим соединением внутренней полости и клеточной стенки волокон волокнистых материалов целлюлозы, который исключает необходимость последующего этапа промывания. It was necessary to obtain a method in which a substantial amount of filler can be dispersed inside the cavities and cell walls of cellulose fibers using a simple method that would be suitable for use with existing paper-making equipment. It is also desirable to provide a method for filling a chemical compound of the inner cavity and cell wall of the fibers of the fibrous cellulose materials, which eliminates the need for a subsequent washing step.
В результате было разработано изобретение, которое предусматривает способ наполнения карбонатом кальция целлюлозных волокон, образующих волокнистый материал со множеством удлиненных волокон с внутренней полостью и со стенками, который имеет заданную величину влаги, при этом в волокнистый материал добавляют химикат для вхождения его в соединение с целлюлозными волокнами, причем заданное количество химиката в виде карбоната кальция соединяется с водой и с целлюлозными волокнами и образует целлюлозный волокнистый материал, во внутренней полости которого и на его стенках осаждается карбонат кальция, и отличается тем, что волокнистый материал содержит влагу на уровне, достаточном для получения целлюлозного материала в виде осушенной массы целлюлозной крошки, а химикат выбирают из группы окиси кальция и гидроокиси кальция, после чего целлюлозные волокна вводят во взаимодействие с двуокисью углерода. As a result, an invention was developed that provides a method for filling calcium carbonate with cellulose fibers that form a fibrous material with many elongated fibers with an internal cavity and walls, which has a predetermined moisture value, while a chemical is added to the fibrous material to enter it into the compound with cellulose fibers moreover, a predetermined amount of a chemical in the form of calcium carbonate combines with water and with cellulosic fibers and forms a cellulosic fibrous material, in its cavity and calcium carbonate is deposited on its walls, and is characterized in that the fibrous material contains moisture at a level sufficient to produce cellulosic material in the form of a dried pulp of pulp, and the chemical is selected from the group of calcium oxide and calcium hydroxide, after which cellulose fibers enter into interaction with carbon dioxide.
Предпочтительно, чтобы химикат добавляли на уровне от приблизительно 0,1 до примерно 50 мас. сухого веса указанного целлюлозного волокнистого материала. Preferably, the chemical is added at a level of from about 0.1 to about 50 wt. dry weight of said cellulosic fibrous material.
Желательно введение во взаимодействие целлюлозы с двуокисью углерода выполнить в закрытом контейнере с избыточным давлением газообразной двуокиси углерода. It is desirable to introduce the interaction of cellulose with carbon dioxide in a closed container with an excess pressure of gaseous carbon dioxide.
Предпочтительно введение во взаимодействие с двуокисью углерода выполнять тогда, когда целлюлозные волокна перемешивают с высоким сдвигом. Целесообразно также перемешивать целлюлозные волокна с высоким сдвигом, достаточным для сообщения целлюлозной массе энергии величиной от приблизительно 10 до примерно 70 Вт на 1 кг волокнистой массы сухого веса. It is preferable to introduce the interaction with carbon dioxide when the cellulosic fibers are mixed with high shear. It is also advisable to mix the cellulose fibers with a high shear sufficient to provide the pulp with an energy of about 10 to about 70 watts per kg of dry weight pulp.
Изобретение предусматривает также наполненную бумагу, содержащую массу целлюлозных волокон, полости и стенки которых заполнены карбонатом кальция, последний сформирован путем добавления химиката, а химикат выбран из группы окиси кальция и гидроокиси кальция при взаимодействии с двуокисью углерода. The invention also provides filled paper containing a mass of cellulose fibers, the cavities and walls of which are filled with calcium carbonate, the latter is formed by adding a chemical, and the chemical is selected from the group of calcium oxide and calcium hydroxide when reacted with carbon dioxide.
Целесообразно, чтобы химикат был добавлен в количестве от приблизительно 0,1 до примерно 50 мас. сухого веса целлюлозы для производства бумаги. It is advisable that the chemical was added in an amount of from about 0.1 to about 50 wt. dry weight pulp for paper production.
Предпочтительно, чтобы химикат был добавлен в количестве от приблизительно 5 до примерно 20 мас. сухого веса целлюлозы для производства бумаги. Preferably, the chemical is added in an amount of from about 5 to about 20 wt. dry weight pulp for paper production.
Изобретение предусматривает также способ изготовления наполненной бумаги из волокон целлюлозы, содержащих воду и имеющих трубчатые стенки и полости, которые содержат осажденный карбонат кальция, полученный добавлением химиката к целлюлозным волокнам, а химикат выбран из группы из гидроокиси кальция и сухой окиси кальция и целлюлозные волокна взаимодействуют с газообразной двуокисью углерода для проведения реакции с образованием осажденного карбоната кальция внутри волокон и на стенках волокнистой массы и формирование бумаги из полученных волокон. The invention also provides a method of manufacturing filled paper from cellulose fibers containing water and having tubular walls and cavities that contain precipitated calcium carbonate obtained by adding a chemical to the cellulose fibers, and the chemical is selected from the group of calcium hydroxide and dry calcium oxide and the cellulose fibers interact with carbon dioxide gas to conduct the reaction with the formation of precipitated calcium carbonate inside the fibers and on the walls of the pulp and the formation of paper from the floor learned fibers.
Предпочтительно, чтобы химикат добавляли в количестве от приблизительно 0,1 до примерно 50 мас. сухого веса целлюлозных волокон. Preferably, the chemical is added in an amount of from about 0.1 to about 50 wt. dry weight cellulose fibers.
Изобретение относится к способу наполнения целлюлозных волокон карбонатом натрия, наполненной бумаге и способу ее изготовления. Более конкретно, оно направлено на улучшенный способ производства наполненной целлюлозы для изготовления бумаги, в которой наполнитель формируется по месту вблизи целлюлозы для производства бумаги, и существенная часть наполнителя размещается в полостях и клеточных стенках волокон целлюлозы для производства бумаги и бумаги из этой целлюлозы. The invention relates to a method for filling cellulose fibers with sodium carbonate, filled paper and a method for its manufacture. More specifically, it is directed to an improved method for producing filled paper pulp for making paper, in which a filler is formed locally near paper pulp and a substantial portion of the filler is placed in the cavities and cell walls of the cellulose fibers to produce paper and paper from this pulp.
Бумага материал, получаемый из гибких целлюлозных волокон, которые, несмотря на то что очень коротки (0,02-0,16 дюйма, или 0,5-4 мм), в 100 раз длиннее своей ширины. Эти волокна имеют сильное притяжение воды и друг друга; при погружении в воду они разбухают в результате поглощения. Когда суспензия большого числа таких волокон фильтруется на проволочной сетке, волокна слабо слипаются друг с другом. При большем удалении воды из мата, образованного на сетке, с помощью всасывания и давления, лист становится прочнее, но еще относительно слаб. Когда лист высушивают, он становится прочнее и получается бумага. Paper is a material made from flexible cellulose fibers, which, although very short (0.02-0.16 inches, or 0.5-4 mm), are 100 times longer than their width. These fibers have a strong attraction of water and each other; when immersed in water, they swell as a result of absorption. When a suspension of a large number of such fibers is filtered on a wire mesh, the fibers adhere weakly to each other. With more water being removed from the mat formed on the net by suction and pressure, the sheet becomes stronger, but still relatively weak. When the sheet is dried, it becomes stronger and paper is obtained.
В производстве бумаги может быть использован любой волокнистый материал, например, дерево, солома, бамбук, конопля, жом, сизаль, лен, хлопок, джут и китайская крапива. Отделение волокон в таких материалах называют варкой целлюлозы безотносительно к степени очистки, вовлеченной в процесс. Отделенные волокна называют целлюлозой, являются ли они суспензией в воде в виде пульпы или до некоторой степени осушены. Целлюлоза из процесса варки, которая осушена до такой степени, что не является больше суспензией, размельченная на комья, не имеющие свободной воды, называется "осушенной массой целлюлозной крошки". Несмотря на то что осушенная масса целлюлозной крошки выглядят как кусочки частиц, такая целлюлоза может содержать примерно 95 мас. воды. In the manufacture of paper, any fibrous material can be used, for example, wood, straw, bamboo, hemp, beet pulp, sisal, flax, cotton, jute and Chinese nettles. The separation of fibers in such materials is called pulping, regardless of the degree of purification involved in the process. The separated fibers are called cellulose, whether they are a suspension in water in the form of pulp or to some extent dried. The pulp from the cooking process, which is drained to such an extent that it is no longer a suspension, crushed into lumps that do not have free water, is called a “drained pulp mass”. Despite the fact that the dried pulp mass looks like pieces of particles, such cellulose may contain about 95 wt. water.
Дерево является основным источником волокнистой массы для варки целлюлозы вследствие своего широкого распространения и высокой плотности по сравнению с другими растениями. Несмотря на то что могут быть использованы многие виды древесины, мягкую древесину предпочитают твердой вследствие большей длины волокон и отсутствия сосудов. Древесина и большинство других волокнистых материалов имеют целлюлозу в качестве основного структурного компонента вместе с гемицеллюлозой, лигнином и большим числом веществ, называемых вместе смолами или экстрактивами. Wood is the main source of pulp for pulping because of its wide distribution and high density compared to other plants. Despite the fact that many types of wood can be used, softwood is preferred to hardwood due to the longer fiber length and the absence of vessels. Wood and most other fibrous materials have cellulose as their main structural component, together with hemicellulose, lignin and a large number of substances called collectively resins or extracts.
Варка целлюлозы может выполняться с помощью любого из нескольких хорошо известных способов, например, с помощью механической варки целлюлозы, сульфатной варки целлюлозы и сульфитной варки. Существенным свойством бумаги для многих конечных применений является ее непрозрачность. Это особенно важно для бумаги, применяемой для печати, где желательно, чтобы как можно меньше через бумагу был виден отпечаток на обратной стороне или на лежащем ниже листе. Для печати и других применений бумага должна обладать также некоторой степенью белизны (или глянцем, как это известно в бумажной промышленности). Для многих бумажных изделий допустимые уровни этих оптических характеристик могут быть достигнуты с помощью одних волокон целлюлозы. Однако в других изделиях присущие светоотражательные возможности волокон являются недостаточными и не удовлетворяют требованиям потребителей. В этом случае изготовитель бумаги добавляет наполнитель в композицию бумаги. Pulping can be performed using any of several well-known methods, for example, by mechanical pulping, sulfate pulping and sulfite pulping. An essential property of paper for many end uses is its opacity. This is especially important for paper used for printing, where it is desirable that as little as possible through the paper was visible print on the back side or on the sheet below. For printing and other applications, paper should also have some degree of whiteness (or gloss, as is known in the paper industry). For many paper products, acceptable levels of these optical characteristics can be achieved with cellulose fibers alone. However, in other products, the inherent reflective capabilities of the fibers are insufficient and do not meet the requirements of consumers. In this case, the paper manufacturer adds filler to the paper composition.
Наполнитель состоит из мелких частиц нерастворимого твердого вещества, обычно минерального происхождения. Вследствие большой величины отношения площади поверхности к весу (и в некоторых случаях большого показателя преломления) частицы придают листу высокое отражение света и посредством этого увеличивают как непрозрачность, так и глянец. Полученное таким образом увеличение оптических характеристик бумаги является основной целью добавления наполнителей в композицию бумаги, хотя бумаге могут быть приданы другие преимущества, например, улучшенная гладкость, улучшенная пригодность для печати и прочность. The filler consists of small particles of an insoluble solid, usually of mineral origin. Due to the large ratio of surface area to weight (and in some cases a large refractive index), the particles give the sheet a high reflection of light and thereby increase both opacity and gloss. The increase in optical characteristics of paper thus obtained is the main purpose of adding fillers to the paper composition, although other advantages can be imparted to the paper, for example, improved smoothness, improved printability and strength.
Увеличивающееся использование щелочных условий в производстве бумаги для печати и письма сделало технически возможным введение высоких дозировок щелочных наполнителей, например, карбоната кальция. Существует экономический стимул увеличивать дозировку этого наполнителя, поскольку, когда бумагу продают на вес (или по количеству листов), более дешевый материал наполнителя эффективно заменяет более дорогую волокнистую массу. В Европе, где волокнистая масса более дорога, качественная бумага для печати и письма обычно содержит 30-50% карбоната кальция; в то время как в США обычно используют дозировку, соответствующую 15-20% При более высоких уровнях дозировки наполнителя для сохранения других желательных характеристик бумаги, например, прочности, необходимо использовать дополнительные дорогие химические добавки. В Европе это увеличивает затраты, оправдываемые вследствие высокой стоимости волокнистой массы. Однако меньшая стоимость волокнистой массы в США делает использование химических добавок для достижения более высокого замещения наполнителя менее экономически эффективным. Тем не менее, поскольку карбонат кальция составляет приблизительно 20-25% стоимости целлюлозного волокна, остается желательным экономичный способ увеличения уровня замещения целлюлозы наполнителем. Однако добавление наполнителя приводит к возникновению некоторых проблем. The increasing use of alkaline conditions in the production of printing and writing paper has made it technically possible to introduce high dosages of alkaline fillers, for example calcium carbonate. There is an economic incentive to increase the dosage of this filler, because when paper is sold by weight (or by the number of sheets), the cheaper filler material effectively replaces the more expensive pulp. In Europe, where pulp is more expensive, quality paper for printing and writing usually contains 30-50% calcium carbonate; while in the USA a dosage of 15-20% is usually used. At higher filler dosage levels, additional expensive chemical additives must be used to maintain other desirable paper characteristics, such as strength. In Europe, this increases the costs justifiable due to the high cost of pulp. However, the lower cost of pulp in the United States makes the use of chemical additives to achieve higher filler replacement less cost effective. However, since calcium carbonate accounts for approximately 20-25% of the cost of cellulose fiber, an economical way to increase the level of cellulose substitution with filler remains desirable. However, the addition of filler leads to some problems.
Одна из проблем, связанная с добавлением наполнителя, заключается в том, что механическая прочность листа меньше, чем можно было ожидать из отношения волокнистой массы, несущей нагрузку к наполнителю, не несущему нагрузку. Обычное объяснение этого в том, что некоторые частицы наполнителя захватываются между волокнами, посредством чего уменьшается прочность соединений волокно-волокно, которые являются первостепенными источниками прочности бумаги. One of the problems associated with the addition of filler is that the mechanical strength of the sheet is less than would be expected from the ratio of the pulp bearing the load to the filler not bearing the load. The usual explanation for this is that some filler particles are trapped between the fibers, thereby reducing the strength of the fiber-to-fiber joints, which are the primary sources of paper strength.
Вторая проблема, связанная с добавлением наполнителей, заключается в том, что значительная часть мелких частиц вымывается водой в процессе образования листа в бумагоделательной машине. Регенерирование и рециркуляция частиц из сточных вод, обычно известных как белая вода, ставит перед изготовителем бумаги трудную задачу. В поиске возможности уменьшения этой проблемы многие исследователи изучали способ, с помощью которого наполнитель удерживался бы листом. Было установлено, что основным механизмом является совместное образование хлопьев, т.е. адгезия частиц пигмента к волокнам. Как результат этого открытия основное усилие в технологии наполнителя было сделано в увеличении адгезивных сил. Эта работа привела к разработке и применению широкого множества растворимых химических добавок, известных как средства удержания. Из этих средств наиболее давно известным и нашедшим наибольшее применение является сульфат алюминия, но в последние годы нашло применение множество соответствующих полимеров. Однако при наличии всех этих средств удержания удержание осуществляется еще далеко не полностью. Дополнительным механизмом удержания является фильтрация частиц пигмента с помощью бумажного полотна. Он приобретает относительную влажность при наличии крупных частиц наполнителя, но его эффект ничтожен для мелких наполнителей. The second problem associated with the addition of fillers is that a significant portion of the fine particles is washed out by water during sheet formation in a paper machine. The regeneration and recycling of particles from wastewater, commonly known as white water, poses a challenge for the paper manufacturer. In the search for ways to reduce this problem, many researchers have studied the way in which the filler would be held by the sheet. It was found that the main mechanism is the joint formation of flakes, i.e. adhesion of pigment particles to fibers. As a result of this discovery, the main effort in filler technology has been made to increase adhesive forces. This work has led to the development and application of a wide variety of soluble chemical additives known as retention aids. Of these, aluminum sulfate is the most well-known and has found the greatest use, but in recent years many suitable polymers have found application. However, with all of these means of retention available, retention is far from complete. An additional retention mechanism is the filtering of pigment particles using a paper web. It acquires relative humidity in the presence of large filler particles, but its effect is negligible for small fillers.
В аспекте продукта изобретение относится к новым волокнистым материалам, содержащим множество удлиненных волокон, имеющих стенку волокна, окружающую внутреннюю полость, и имеющим химическое соединение, загруженное во внутреннюю полость, вовнутрь стенок волокнистой массы волокон и на поверхность волокон. In an aspect of the product, the invention relates to new fibrous materials containing a plurality of elongated fibers having a fiber wall surrounding the internal cavity and having a chemical compound loaded into the internal cavity, inside the fiber walls and on the fiber surface.
В аспекте способа изобретение относится к способу получения химического соединения по месту вблизи волокон волокнистого материала. В этом способе обеспечивается волокнистый материал, который состоит из множества удлиненных волокон, имеющих стенку волокна, окружающую внутреннюю полость. Волокнистый материал имеет такое содержание влаги, чтобы уровень воды был в диапазоне 40-95 мас. волокнистого материала, и вода находилась по существу внутри внутренней полости волокон и внутри стенок волокнистой массы волокон. К волокнистому материалу добавляют химикат так, чтобы химикат соединялся с водой, представленной в волокнистом материале. Затем волокнистый материал приводят в контактирование с газом, который вступает во взаимодействие с химикатом, образуя водонерастворимое химическое соединение. Способ обеспечивает волокнистый материал, имеющий химическое соединение, загруженное вовнутрь полостей волокон, стенок волокнистой массы волокон и на поверхность волокон. In an aspect of the method, the invention relates to a method for producing a chemical compound in place near the fibers of a fibrous material. In this method, a fibrous material is provided that consists of a plurality of elongated fibers having a fiber wall surrounding an internal cavity. The fibrous material has a moisture content such that the water level is in the range of 40-95 wt. fibrous material, and water was essentially inside the inner cavity of the fibers and inside the walls of the pulp of the fibers. A chemical is added to the fibrous material so that the chemical combines with the water present in the fibrous material. The fibrous material is then brought into contact with a gas that reacts with the chemical to form a water-insoluble chemical compound. The method provides a fibrous material having a chemical compound loaded into the interior of the fiber cavities, fiber walls of the fibers, and onto the surface of the fibers.
Хотя различные аспекты изобретения будут описаны более конкретно в отношении наполнения целлюлозы для производства бумаги, очевидно, что способ изобретения может быть приспособлен для применения с другими волокнистыми материалами, которые содержат множество удлиненных волокон, имеющих стенку волокнистой массы, окружающую внутреннюю полость, и который приспособлен для использования, когда существенное количество воды диспергировано во внутренней полости и стенках волокнистой массы. Although various aspects of the invention will be described more specifically in relation to the filling of pulp for paper production, it is obvious that the method of the invention can be adapted for use with other fibrous materials that contain many elongated fibers having a fibrous wall surrounding the internal cavity, and which is adapted to use when a significant amount of water is dispersed in the inner cavity and the walls of the pulp.
Фиг. 1-7 являются графическими зависимостями различных параметров листов бумаги, полученных из целлюлозы, наполненной карбонатом кальция в соответствии с изобретением, в сравнении с листами бумаги прямого наполнения на поверхности карбонатом кальция в соответствии со стандартным способом. FIG. 1-7 are graphical dependencies of various parameters of sheets of paper obtained from cellulose filled with calcium carbonate in accordance with the invention, in comparison with sheets of paper directly filled on the surface with calcium carbonate in accordance with a standard method.
На фиг. 1 показаны сравнительные зависимости коэффициента рассеивания (м2/кг) от показателя разрыва (кПа•м2/г) листов прямого наполнения и листов наполнения волокнистой массы; на фиг.2 сравнительные зависимости непрозрачности печати (%) от показателя разрыва (кПа•м2/г) листов прямого наполнения и листов наполненной волокнистой массы; на фиг.3 сравнительные зависимости глянца (%) от показателя разрыва (кПа•м2/г) листов прямого наполнения и листов наполненной волокнистой массы; на фиг.4 сравнительные зависимости показателя разрыва (кПа•м2/г) от зольности (%) бумаги листов прямого наполнения и листов наполненной волокнистой массы; на фиг.5 сравнительные зависимости коэффициента рассеивания (м2/кг) от зольности (%) бумаги листов прямого наполнения и листов наполненной волокнистой массы; на фиг.6 - сравнительные зависимости непрозрачности печати (%) от зольности бумаги (%); на фиг. 7 сравнительные зависимости глянца (%) от зольности (%) бумаги листов прямого наполнения и листов наполненной волокнистой массы. На фиг.1-7 знак 
Структура и физические свойства целлюлозных волокон являются важным аспектом изобретения. Наиболее широко используемыми целлюлозными волокнами для изготовления бумаги являются волокна, производные древесины. Выделенные с помощью процесса варки целлюлозы большинство волокон для изготовления бумаги представляют собой длинные полые трубки однородного размера на большей части длины, но сужающиеся на каждом конце. Вдоль длины волокна стенка волокна дерфорирована малыми отверстиями, которые соединяют центральный канал с наружной поверхностью волокна. Хорошо известно, что целлюлоза для изготовления бумаги может иметь высокое содержание влаги внутри клеточной стенки и центрального полого канала или полости без видимой влажности или без образования суспензии. Пример такой целлюлозы называют "осушенной массой целлюлозной крошки". Самый высокий уровень влаги, который может быть представлен в осушенной массе целлюлозной крошки без наличия свободной влаги на поверхности целлюлозы, зависит от типа древесины, используемой для получения целлюлозы, способа варки целлюлозы, используемого для разделения древесины на волокна и способа осушения. Уровень влаги для конкретной целлюлозы, при котором свободная вода появляется на поверхности, называется "уровнем свободной влаги". При уровнях влаги выше уровня свободной влаги волокна целлюлозы диспергируются в воде и образуется суспензия. В зависимости от типа целлюлозы уровень свободной влаги целлюлозы может быть от приблизительно 95 до примерно 90% влаги, т.е. от приблизительно 5 до примерно 10% целлюлозы. Все используемые в этой заявке проценты являются весовыми, а все температуры указаны в градусах Фаренгейта, если нет специальных указаний. The structure and physical properties of cellulose fibers are an important aspect of the invention. The most widely used cellulose fibers for making paper are fibers derived from wood. Highlighted by the pulping process, most paper fibers are long, hollow tubes of uniform size over most of the length, but tapering at each end. Along the length of the fiber, the fiber wall is deformed by small holes that connect the central channel to the outer surface of the fiber. It is well known that pulp for making paper can have a high moisture content inside the cell wall and the central hollow channel or cavity without visible moisture or without the formation of a suspension. An example of such a pulp is called a “drained pulp mass”. The highest level of moisture that can be present in the dried pulp mass without free moisture on the surface of the pulp depends on the type of wood used to produce the pulp, the pulping method used to separate the wood into fibers and the drying method. The moisture level for a particular pulp at which free water appears on the surface is called the "free moisture level". At moisture levels above the free moisture level, cellulose fibers are dispersed in water and a suspension forms. Depending on the type of pulp, the free moisture level of the pulp may be from about 95 to about 90% moisture, i.e. from about 5 to about 10% cellulose. All percentages used in this application are by weight, and all temperatures are indicated in degrees Fahrenheit, unless otherwise indicated.
В соответствии с изобретением используется осушенная масса целлюлозной крошки, которая содержит меньше влаги, чем уровень свободной влаги. Предпочтительно, чтобы осушенная масса целлюлозной крошки содержала от приблизительно 40 до примерно 95 мас. влаги от общего веса. В основном варианте воплощения изобретения предпочтительно использовать осушенную массу целлюлозной крошки, имеющую от приблизительно 70 до примерно 15% влаги, т.е. от приблизительно 85 до примерно 30% целлюлозной волокнистой массы. According to the invention, a dried pulp mass is used which contains less moisture than the level of free moisture. Preferably, the dried pulp mass contains from about 40 to about 95 wt. moisture of the total weight. In the main embodiment, it is preferable to use a dried pulp mass having from about 70 to about 15% moisture, i.e. from about 85 to about 30% of the pulp.
Способ наполнения волокон согласно изобретению применим к широкому диапазону волокон для изготовления бумаги. Этот способ может быть реализован на целлюлозах, полученных из многих видов древесины с помощью любого известного способа варки целлюлозы и процедур отбеливания. Целлюлоза может быть введена в процесс в "никогда не сушенном", обезвоженном состоянии или влагосодержание может быть восстановлено из сухого состояния водой до уровня влажности в пределах указанного диапазона. The fiber filling method of the invention is applicable to a wide range of papermaking fibers. This method can be implemented on celluloses obtained from many types of wood using any known method of pulping and bleaching procedures. Cellulose can be introduced into the process in a “never dried”, dehydrated state, or moisture content can be restored from a dry state by water to a moisture level within a specified range.
Могут быть использованы целлюлозные волокна различных натуральных источников, включая волокна мягкой древесины, волокна твердой древесины, хлопка, жома, конопли и льна. Волокна могут быть получены с помощью химической варки целлюлозы, однако также могут быть использованы волокна, полученные с помощью механической варки целлюлозы, например, порубочных остатков, с помощью термохимической и химикотермомеханической варки целлюлозы. Волокна могут принять некоторую обработку, например, рафинирование или биение, до загрузки химического соединения в полость. Синтетические волокна, например, полые вискозные нити, обладающие податливыми внутренними полыми структурами, также могут получить наполнение полости с помощью предлагаемого способа. Cellulose fibers of various natural sources can be used, including softwood fibers, hardwood fibers, cotton, pulp, hemp and flax. Fibers can be obtained by chemical pulping, however, fibers obtained by mechanical pulping, such as chopping residues, using thermochemical and chemical thermomechanical pulping can also be used. The fibers can take some processing, such as refining or beating, before loading the chemical compound into the cavity. Synthetic fibers, for example, hollow viscose yarns with pliable internal hollow structures, can also be filled with the cavity using the proposed method.
Кроме того, в соответствии с изобретением окись кальция (известь) или гидроокись кальция смешивается с осушенной массой целлюлозной крошки, имеющей требуемый уровень влажности. В этой связи окись кальция может быть добавлена к воде, используемой для восстановления влагосодержания осушенных волокон до добавления воды к волокнам. После добавления окиси кальция к осушенной массе целлюлозной крошки и простого перемешивания в течение нескольких минут окись кальция (в виде белого порошка) соединяется с водой, образуя гидроокись кальция в массе волокон в целлюлозе. Поскольку как окись кальция, так и гидроокись кальция относительно нерастворимы в воде (1,2 и 1,6 г/л, соответственно) и не имеется существенной свободной поверхностной влаги на волокнах, не совсем понятен механизм, посредством которого окись кальция втягивается в воду, расположенную внутри полостей волокнистой массы и стенок волокнистой массы. Однако окись кальция энергично взаимодействует с водой в процессе экзотермической реакции, дающей гидроокись кальция, при этом 100 г негашеной извести достаточно, чтобы нагреть 200 г воды от 0oF до кипения. Несмотря на отсутствие какой-либо подходящей теории, представляется, что окись кальция вступает во взаимодействие с водой у поверхностей отверстий волокон, образуя гидроокись кальция и что гидроокись кальция втягивается в клеточные стенки и внутреннюю полость целлюлозных волокон с помощью гидростатических сил. По этой причине в предлагаемом способе предпочтительно используют разновидности окиси кальция, обладающие высокой химической активностью. Менее приемлемы разновидности с меньшей химической активностью, например, дозированный известняк и "мертвая" негашеная известь.In addition, in accordance with the invention, calcium oxide (lime) or calcium hydroxide is mixed with the dried pulp mass having the desired moisture level. In this regard, calcium oxide can be added to the water used to restore the moisture content of the dried fibers before adding water to the fibers. After adding calcium oxide to the drained mass of pulp and simple mixing for several minutes, calcium oxide (in the form of a white powder) combines with water to form calcium hydroxide in the mass of fibers in the cellulose. Since both calcium oxide and calcium hydroxide are relatively insoluble in water (1.2 and 1.6 g / l, respectively) and there is no significant free surface moisture on the fibers, the mechanism by which calcium oxide is drawn into water is not entirely understood. located inside the cavities of the pulp and the walls of the pulp. However, calcium oxide reacts vigorously with water during an exothermic reaction to produce calcium hydroxide, with 100 g of quicklime sufficient to heat 200 g of water from 0 ° F to boiling. Despite the absence of any suitable theory, it appears that calcium oxide interacts with water at the surfaces of the fiber openings to form calcium hydroxide and that calcium hydroxide is drawn into the cell walls and the inner cavity of cellulose fibers by hydrostatic forces. For this reason, the proposed method preferably uses varieties of calcium oxide with high chemical activity. Varieties with less chemical activity, such as dosed limestone and "dead" quicklime, are less acceptable.
Окись кальция и гидроокись кальция могут быть добавлены в любом требуемом количестве до примерно 50% от веса сухого целлюлозного материала. Нижний предел добавления окиси кальция может быть как угодно низок, но предпочтительно, чтобы он был не менее 0,1%
Предпочтительнее всего, чтобы окись кальция или гидроокись кальция были представлены на уровне от приблизительно 10 до примерно 40% от веса сухого целлюлозного материала. Двуокись углерода добавляют до уровня, достаточно, чтобы вызвать полную реакцию химиката с газом с целью образования водонерастворимого химического соединения. Поскольку дальнейшая реакция не имеет места, может быть избыток газа. Поскольку в этом случае не образуется чуждого химического соединения, как, например, в случае осаждения водонерастворимого химического соединения двумя водорастворимыми солями, нет необходимости промывать целлюлозный материал после обработки двуокисью углерода в соответствии с изобретением для наполнения волокон осажденным карбонатом кальция. В случае целлюлозы для производства бумаги целлюлоза может быть немедленно перемещена на операцию изготовления бумаги, где она преобразуется в суспензию, рафинируется и помещается в машину Фурдинье или другое соответствующее бумагоделательное устройство. С другой стороны, целлюлоза для производства бумаги с загруженным вовнутрь химическим соединением может быть дополнительно осушена и поставляться как предмет коммерции на бумагоделательное предприятие для последующего использования.Calcium oxide and calcium hydroxide can be added in any desired amount up to about 50% by weight of the dry cellulosic material. The lower limit for the addition of calcium oxide can be arbitrarily low, but it is preferable that it is not less than 0.1%
Most preferably, calcium oxide or calcium hydroxide is present at a level of from about 10 to about 40% by weight of the dry cellulosic material. Carbon dioxide is added to a level sufficient to cause a complete reaction of the chemical with the gas to form a water-insoluble chemical compound. Since there is no further reaction, there may be an excess of gas. Since in this case an alien chemical compound does not form, as, for example, in the case of precipitation of a water-insoluble chemical compound with two water-soluble salts, there is no need to wash the cellulosic material after treatment with carbon dioxide in accordance with the invention in order to fill the fibers with precipitated calcium carbonate. In the case of papermaking pulp, pulp can be immediately transferred to a papermaking operation, where it is converted into a slurry, refined, and placed in a Fourdigne machine or other suitable papermaking device. On the other hand, pulp for the production of paper with an inwardly loaded chemical compound can be further dried and delivered as a commercial item to a paper mill for subsequent use.
Было установлено, что на осаждение карбоната кальция в целлюлозные волокна, содержащие от приблизительно 40 до примерно 85% влаги (15-60% волокнистой массы) и наполненные окислом кальция или гидроокисью кальция в диапазоне от приблизительно 10 до примерно 40% просто сказывается воздействие в контейнере с избыточным давлением при небольшом сдвиговом перемешивании. Предпочтительно, чтобы давление двуокиси углерода состояло от приблизительно 5 до примерно 60 psig, и перемешивание с малым сдвигом продолжалось в течение от приблизительно 1 до примерно 60 мин. It was found that the deposition of calcium carbonate into cellulose fibers containing from about 40 to about 85% moisture (15-60% pulp) and filled with calcium oxide or calcium hydroxide in the range from about 10 to about 40% is simply affected by the effects in the container overpressure with slight shear mixing. Preferably, the carbon dioxide pressure is from about 5 to about 60 psig, and low shear mixing is continued for about 1 to about 60 minutes.
Также было установлено, что волокна, содержащие от приблизительно 95 до примерно 85% влаги (5-15% волокнистой массы) и подобное наполнение окисью кальция, для полного осаждения карбоната кальция требуют энергичной обработки при высоком сдвиге в течение контактирования с двуокисью углерода. В связи с этим может быть использовано любое смешивающее устройство с высоким сдвигом. Предпочтительно, чтобы обработка при высоком сдвиге была достаточной для передачи от приблизительно 10 до примерно 70 Вт•ч энергии 1 кг волокнистой массы (сухого веса). It has also been found that fibers containing from about 95 to about 85% moisture (5-15% pulp) and similar calcium oxide fillings require vigorous high shear treatment during contact with carbon dioxide to completely precipitate calcium carbonate. In this regard, any high shear mixing device may be used. Preferably, the high shear treatment is sufficient to transfer from about 10 to about 70 Wh of energy per kg of pulp (dry weight).
Было установлено, что простым способом обеспечения контактирования двуокиси углерода с целлюлозой для производства бумаги в условиях обработки при высоком сдвиге является обработка с помощью рафинера при избыточном давлении. Герметичный рафинер является хорошо известной единицей оборудования, используемого в бумагоделательной промышленности, состоящего из цилиндрического бункера, в который загружается целлюлоза для производства бумаги. Цилиндрический бункер является газонепроницаемым и может выдерживать газ, находящийся под избыточным давлением. Вращающийся вал, содержащий рычаги лопастей, размещается в бункере для предотвращения маттирования целлюлозы для производства бумаги. Ниже бункера расположен винт шнека для транспортирования целлюлозы для производства бумаги во внутреннее пространство между комплектом сочетающихся дисков. Один диск является стационарным, в то время как другой диск (противоположный) приводится в движение с помощью двигателя. Диски разнесены на достаточное расстояние, чтобы нарезать целлюлозную крошку, когда целлюлоза проходит между стационарным и вращающимся дисками. Диски могут быть обеспечены рафинирующими поверхностями. Было также найдено приемлемым применение пластины "дьявольского зуба", или волокнообразующей пластины. До приведения целлюлозы в контактирование с вращающейся пластиной двуокись углерода закачивается в герметичный бункер для создания избыточного давления двуокиси углерода в бункере и остается в контакте с целлюлозой, в то время как целлюлоза для производства бумаги перемешивается и во время транспортирования целлюлозы с помощью шнека через диски рафинера. It has been found that a simple way to ensure that carbon dioxide is in contact with paper pulp under high shear processing conditions is through pressure refiner treatment. A pressurized refiner is a well-known piece of equipment used in the paper industry, consisting of a cylindrical hopper into which pulp is loaded for paper production. The cylindrical hopper is gas tight and can withstand pressurized gas. A rotating shaft containing levers of blades is placed in a hopper to prevent matting of pulp for paper production. Below the hopper is a screw screw for transporting paper pulp into the interior between a set of matching discs. One disk is stationary, while the other disk (opposite) is driven by a motor. The disks are spaced enough apart to cut the pulp when the pulp passes between the stationary and rotating discs. Disks can be provided with refining surfaces. It was also found acceptable to use the plate of the "devil's tooth", or fiber-forming plate. Prior to bringing the pulp into contact with the rotary plate, carbon dioxide is pumped into a pressurized hopper to create an excess pressure of carbon dioxide in the hopper and remains in contact with the pulp, while pulp for paper production is mixed while transporting the pulp using the screw through the refiner disks.
Было также установлено, что не представляется возможным воздействовать на реакцию между окисью кальция или гидроокисью кальция и двуокисью углерода путем продувания двуокиси углерода через смесь осушенной целлюлозной крошки и окиси кальция или гидроокиси кальция. It was also found that it was not possible to influence the reaction between calcium oxide or calcium hydroxide and carbon dioxide by blowing carbon dioxide through a mixture of dried cellulose chips and calcium oxide or calcium hydroxide.
В результате исследования листов бумаги, полученных в соответствии с изобретением было установлено, что приблизительно 50% осажденного карбоната кальция удерживается волокнами целлюлозы. Остальные 50% регенерируются в виде белой воды, которая может быть использована для наполнения бумаги в бумагоделательной машине в соответствии со стандартными способами наполнения поверхности. Удержанный карбонат кальция распределяется примерно равномерно в полости, внутри клеточных ячеек целлюлозных волокон и на поверхности целлюлозных волокон. Более высокого уровня удержания достигают осаждением карбоната кальция в контейнере с избыточным давлением при низком сдвиге, чем с помощью применения рафинера с избыточным давлением. Однако качество листов, полученных из целлюлозы, в которой на осаждение оказывалось влияние рафинера с избыточным давлением, выше. As a result of the study of the paper sheets obtained in accordance with the invention, it was found that approximately 50% of the precipitated calcium carbonate is retained by cellulose fibers. The remaining 50% is regenerated as white water, which can be used to fill paper in a paper machine in accordance with standard surface filling methods. The retained calcium carbonate is distributed approximately evenly in the cavity, inside the cell cells of the cellulose fibers and on the surface of the cellulose fibers. A higher level of retention is achieved by precipitation of calcium carbonate in a container with an overpressure at a low shear than by using a refiner with an overpressure. However, the quality of the sheets obtained from cellulose, in which deposition was influenced by refiner with overpressure, is higher.
Следующий пример дополнительно поясняет различные признаки изобретения, но при этом нет намерения ограничить объем изобретения, как изложено в прилагаемой формуле изобретения. The following example further explains various features of the invention, but there is no intention to limit the scope of the invention as set forth in the appended claims.
Материалы. Materials
Целлюлоза используемыми целлюлозами были смесь целлюлозы мягкой древесины и смесь целлюлозы твердой древесины, которые поставлялись Консолидэйтид Пейпер Ко, дополнительно рафинированные в однодисковом рафинере со свободностью целлюлозы 410 и 180 (CSF) для мягкой древесины и 395 и 290 (CSF) для твердой древесины. Cellulose The pulp used was a softwood pulp mixture and a hardwood pulp mixture, which were supplied by Consolidated Paper Co., further refined in a single-plate refiner with 410 and 180 cellulose-free refiners (CSF) for softwood and 395 and 290 (CSF) for hardwood.
Кальциевые реагенты использованная окись кальция была технической чистоты (Фишер Кемикэл Ко) или известью высокой активности Континентэл (Маблхэл Лайм Ко). Использовали также гидроокись кальция аналитической чистоты (Олдрич Кемикэл). Для сравнения с прямым наполнением использовали карбонат кальция чистоты изготовителя бумаги (Пфайцер). Calcium reagents used calcium oxide was of technical purity (Fisher Chemical Co.) or Continental high activity lime (Mablel Lime Co.). Analytical grade calcium hydroxide (Aldrich Chemical) was also used. For comparison with direct filling, calcium carbonate of the purity of the paper manufacturer (Pfizer) was used.
Оборудование. Equipment.
Смеситель для смешивания кальциевых реагентов с целлюлозой использовали трехскоростной смеситель пищевых продуктов Хобарта на лабораторном столе типа А с бункером из нержавеющей стали, имеющем емкость 20 кварт и плоскую лопасть. A mixer for mixing calcium reagents with cellulose used a three-speed Hobart food mixer on a Type A laboratory bench with a stainless steel hopper having a capacity of 20 quarts and a flat blade.
Рафинер в качестве как реакционной камеры, так и рафинера для осаждения карбоната кальция и введения его в волокна целлюлозы использовали герметичный дисковый рафинер Спраута-Бауэра. The refiner, both the reaction chamber and the refiner, used the Sprout-Bauer disk-tight disk refiner to precipitate calcium carbonate and introduce it into the cellulose fibers.
Фильтрующая центрифуга эта двухскоростная центрифуга, оборудуется перфорированным сосудом, облицованным полотняной оболочкой для фильтрования непрерывного потока суспензии низкой консистенции. The filtering centrifuge, this two-speed centrifuge, is equipped with a perforated vessel lined with a linen sheath for filtering a continuous flow of a suspension of low consistency.
Анализатор волокнистой массы Бауэра-Мак Нетта промышленный стандартный способ определения удержания невыщелачиваемого наполнителя. Bauer-Mac Nett Pulp Analyzer is the industry standard method for determining non-leachable filler retention.
Муфельная печь для образцов озоления использовали печь типа Термодайн. A muffle furnace for ashing samples used a Thermodine type furnace.
Стандартная процедура проведения рафинирования. Standard refining procedure.
Хобарт для каждой партии 1 кг целлюлозы (исходя из сухого веса волокнистой массы) смешивали в смесителе Хобарта с переменными количествами кальциевого реагента и водой, требуемой для конкретного химического наполнителя и консистенции. Целлюлозу смешивали в течение 15 мин при малой скорости (приблизительно 110 об/мин) для равномерного распределения кальция. For each batch of Hobart, 1 kg of cellulose (based on the dry weight of the pulp) was mixed in a Hobart mixer with varying amounts of calcium reagent and water required for a particular chemical filler and consistency. Cellulose was mixed for 15 minutes at low speed (approximately 110 rpm) to evenly distribute calcium.
Рафинер затем целлюлозу высокой консистенции загружали в бункер рафинера, который закрывали и герметизировали. Для взаимодействия с гидроокисью кальция в бункер вводили двуокись углерода. Двуокись углерода содержалась в этом резервуаре под давлением 20 фунтов в течение 15 мин. В течение этого периода карбонат кальция осаждался в волокнах целлюлозы путем реакции окиси кальция или гидроокиси кальция с двуокисью углерода. Затем целлюлоза рафинировалась а атмосфере двуокиси углерода при требуемых зазоре пластины и скорости подачи для обеспечения непосредственного контакта карбоната и волокон. Refiner then high consistency pulp was loaded into the refiner hopper, which was closed and sealed. To interact with calcium hydroxide, carbon dioxide was introduced into the hopper. Carbon dioxide was contained in this tank at a pressure of 20 pounds for 15 minutes. During this period, calcium carbonate was precipitated in cellulose fibers by the reaction of calcium oxide or calcium hydroxide with carbon dioxide. Then the cellulose was refined in an atmosphere of carbon dioxide at the required plate clearance and feed rate to ensure direct contact of carbonate and fibers.
Прямое наполнение для сравнения целлюлозы наполнялись непосредственно карбонатом кальция без помощи рафинера с избыточным давлением. Целлюлоза для прямого наполнения разделялась на волокна в британском разрывателе в соответствии со стандартом Таппи Т-205 для приготовления листов 60 г/м2 и загружалась в раздаточный резервуар. К суспензии целлюлозы низкой консистенции в раздаточном резервуаре добавляли переменные количества карбоната кальция и перемешивали для обеспечения гарантии однородного распределения до изготовления листов.Direct filling, for comparison, pulp was filled directly with calcium carbonate without the aid of an overpressure refiner. Cellulose for direct filling was divided into fibers in a British tear bar according to the Tappi T-205 standard for preparing sheets of 60 g / m 2 and loaded into a dispensing tank. Variable amounts of calcium carbonate were added to the low consistency pulp slurry in the dispenser tank and mixed to ensure uniform distribution prior to sheet production.
Центрифугирование для избежания этапа перемешивания консистенции с помощью смесителя Хобарта целлюлозы иногда загружали окисью кальция или гидроокисью кальция при низкой консистенции и затем осушали. Целлюлозу и кальциевый реагент перемешивали при консистенции 2% с помощью воздушной мешалки в течение 15 мин. Затем суспензию целлюлозы подавали в фильтрующую центрифугу для осушения целлюлозы до консистенции приблизительно 30% Целлюлозу удаляли из оболочки центрифуги, нарезали и загружали в рафинер с избыточным давлением для взаимодействия с двуокисью углерода. Centrifugation to avoid the step of mixing the consistency with a Hobart cellulose mixer was sometimes charged with calcium oxide or calcium hydroxide at a low consistency and then dried. Cellulose and calcium reagent were mixed at a consistency of 2% with an air mixer for 15 minutes. The cellulose suspension was then fed to a filtering centrifuge to dry the cellulose to a consistency of approximately 30%. The cellulose was removed from the centrifuge shell, cut and loaded into an overpressure refiner to react with carbon dioxide.
Способы испытания. Test Methods.
Растровая электронная микроскопия микроанализы с помощью растрового электронного микроскопа и рентгеновских лучей выполняли на поперечных сечениях волокон целлюлозы и листов. Сечения делали лезвием бритвы с помощью ручного реза. Сухие кусочки целлюлозы и полосы листов бумаги (1х0,3 см) крепили к коротким алюминиевым штырям и покрывали золотом с помощью катодного распыления. Образцы фотографировали в растровом электронном микроскопе типа JEOL 840 при ускоряющем напряжении 20 кВ. Scanning electron microscopy microanalysis using a scanning electron microscope and x-rays was performed on cross sections of cellulose fibers and sheets. Sections were made with a razor blade using a manual cut. Dry pieces of cellulose and strips of sheets of paper (1x0.3 cm) were attached to short aluminum pins and coated with gold using cathodic spraying. Samples were photographed using a JEOL 840 scanning electron microscope at an accelerating voltage of 20 kV.
Рентгенолучевой микроанализ растрового электронного микроскопа образцы приготавливали так же, как для наблюдений в растровом электронном микроскопе, но крепили к коротким графитовым образцам и покрывали проводящим слоем графита. An X-ray microanalysis of a scanning electron microscope samples were prepared in the same way as for observations in a scanning electron microscope, but were attached to short graphite samples and covered with a conductive layer of graphite.
Рентгенолучевой микроанализ выполняли с помощью энергодисперсионного спектрометра в сочетании с растровым микроскопом. Спектр микроанализа записывали в диапазоне энергии 15 кВ. X-ray microanalysis was performed using an energy dispersive spectrometer in combination with a scanning microscope. The microanalysis spectrum was recorded in the energy range of 15 kV.
Продукты приготовления образцов для рентгенолучевого анализа делали необходимым контроль проводить так, чтобы получить достоверные данные. Образцы целлюлозы и листов сушили одновременно в одних условиях. Это исключало возникновение вариаций из-за несоответствия процедур. После сушки образца необходимо принять меры, чтобы не подвергать его воздействию влаги. Образцы не подвергали воздействию окружающего воздуха и не хранили в экстракторе с химическим влагопоглотителем из-за опасения элементарного загрязнения. Все данные рентгенолучевого анализа были получены с помощью методики, сравнимой с получением подобных стандартных образцов для биологического рентгенолучевого анализа. Products for the preparation of samples for x-ray analysis made it necessary to carry out control so as to obtain reliable data. Cellulose and sheet samples were dried simultaneously under the same conditions. This eliminated the occurrence of variations due to inconsistent procedures. After drying the sample, care must be taken not to expose it to moisture. The samples were not exposed to ambient air and were not stored in an extractor with a chemical desiccant due to fear of elementary contamination. All X-ray analysis data were obtained using a technique comparable to obtaining similar standard samples for biological X-ray analysis.
Испытание карбоната. Carbonate test.
Образцы целлюлозы и листа бумаги помещали в 1%-ный водный нитрат серебра на 30 мин, промывали в дистиллированной воде, помещали в 5%-ный водный тиосульфат натрия на 3 мин и промывали водопроводной водой (способ Ван Косса для карбонатов). Карбонатные группы (кальций) окрашиваются в черный цвет. Для подтверждения присутствия карбонатов проводили быстрые испытания образцов методом пятна. Cellulose and paper samples were placed in 1% aqueous silver nitrate for 30 minutes, washed in distilled water, placed in 5% aqueous sodium thiosulfate for 3 minutes and washed with tap water (Van Koss method for carbonates). Carbonate groups (calcium) turn black. To confirm the presence of carbonates, rapid spot tests were performed on the samples.
Испытания целлюлозы/бумаги. Pulp / paper tests.
Когда каждый наполненный образец целлюлозы выгружали из рафинера для определения свободности, рН и содержания золы делали произвольную выборку. Содержание зоны целлюлозы оценивали с помощью способа Таппи-211. Листы бумаги (60 г/м2) получали из целлюлозы с помощью стандартного способа Таппи Т-205. И в этом случае содержание золы определяли в листе бумаги, и процент удержания считали процентом наполнителя в листе бумаги, основываясь на проценте наполнителя в целлюлозе (и вычитая небольшую заготовку исходного содержания золы целлюлозы). Поэтому процент удержания представляет удержание наполнителя, которое остается в целлюлозе в течение стандартного образования листа бумаги. Другая выборка целлюлозы из выгрузки рафинера подвергается тщательному промыванию (20 мин) водопроводной водой в камере ректификационной колонны Бауэра-Мак Нетта волокнистой массы и собиранию на сетке 20 меш. В этом образце целлюлозы, промытом с помощью устройства Бауэра-Мак Нетта определяют содержание золы и идентифицируют с данными таблиц, как золы В/М.When each filled cellulose sample was discharged from the refiner to determine freeness, pH and ash content were randomly sampled. The content of the cellulose zone was evaluated using the Tappi-211 method. Sheets of paper (60 g / m 2 ) were obtained from cellulose using the standard Tappi T-205 method. And in this case, the ash content was determined in a sheet of paper, and the retention percentage was calculated as the percentage of filler in the paper sheet, based on the percentage of filler in the pulp (and subtracting a small amount of the initial pulp ash content). Therefore, the percent retention is the retention of filler, which remains in the pulp during the standard formation of a sheet of paper. Another sample of pulp from the refiner discharge is thoroughly washed (20 min) with tap water in the chamber of the Bauer-Mac Nett distillation column of pulp and collected on a 20 mesh screen. In this cellulose sample, washed with a Bauer-Mac Nett device, the ash content is determined and identified with the data in the tables as B / M ash.
Листы бумаги использовали для оценки показателя разрыва и для оценки оптических характеристик. Показатель разрыва, определенный с помощью способа Таппи Т-403, является удобной мерой прочности и приемлемой мерой соединения волокнистой массы. Плотности листов измеряли в соответствии со способом Таппи Т-220, которые, как оказалось, в значительной степени коррелировали со свободностью и показателем разрыва. Оптические свойства, глянец, непрозрачность и коэффициент рассеивания определяли с помощью фотометра типа Технидайн. Sheets of paper were used to evaluate the tear index and to evaluate optical characteristics. The tear index determined using the Tappi T-403 method is a convenient measure of strength and an acceptable measure of pulp bonding. The density of the sheets was measured in accordance with the Tappi T-220 method, which, as it turned out, correlated to a large extent with the freedom and tear index. Optical properties, gloss, opacity, and scattering coefficient were determined using a Technidine type photometer.
Растровая электронная микроскопия. Scanning electron microscopy.
Начальные эксперименты наполнения с помощью CaO показали, что ромбоэдральные кристаллы кальцита достигают размера 1-3 мкм, что было подтверждено с помощью электронного микроскопа. Растровая электронная микроскопия поперечных сечений волокон целлюлозы и листов бумаги показала, что карбонат кальция осаждается в виде дискретных угловатых частиц, т.е. кристаллов. Кристаллические агрегаты можно видеть в полости и на поверхности. Характерный спектр кальция обнаружен внутри клеточной стенки так же, как на поверхности волокон и в полости клетки. Эта последняя информация указывает на то, что часть ионов кальция может также дифундировать в стенки волокнистой массы. Подтвердилось наличие карбоната кальция в полости и на поверхности целлюлозы и волокон листа бумаги. Initial experiments with CaO filling showed that the rhombohedral crystals of calcite reach a size of 1-3 μm, which was confirmed using an electron microscope. Scanning electron microscopy of cross sections of cellulose fibers and sheets of paper showed that calcium carbonate precipitates in the form of discrete angular particles, i.e. crystals. Crystalline aggregates can be seen in the cavity and on the surface. A characteristic calcium spectrum is found inside the cell wall in the same way as on the surface of the fibers and in the cell cavity. This latest information indicates that some of the calcium ions can also diffuse into the walls of the pulp. The presence of calcium carbonate in the cavity and on the surface of cellulose and fibers of a sheet of paper was confirmed.
В таблице приведено сравнение разрывных и оптических характеристик (при одинаковой начальной свободности) листов партии рафинера. Две цифры в круглых скобках, например (15,20), указывают на консистенцию целлюлозы и наполнение кальциевого реагента, соответственно. Кроме того, для сравнения приведены разрывные и оптические характеристики листов, в которых дозировка наполнителя была получена путем прямого добавления в процессе формирования листа бумаги карбоната чистоты изготовителя бумаги (Пфайфер). Результаты таблицы показаны также на фиг.1-7. Если коэффициент рассеивания, непрозрачность или глянец строят в зависимости от показателя разрыва, точки фиг.1-7, соответствующие листам наполненной волокнистой массы, лежат примерно на подобных кривых как точки, соответствующие листам прямого наполнения. Эти графики показывают ожидаемую обратную зависимость между оптическими характеристиками и прочностью, т.е. когда прочность разрыва увеличивается, требуемые оптические характеристики ухудшаются. Факт, что как листы наполненной волокнистой массы, так и листы прямого наполнения лежат на подобных кривых означает, что при любом данном увеличении оптических характеристик следует ожидать потерю прочностных свойств безотносительно к тому, как внесен наполнитель. The table shows a comparison of the discontinuous and optical characteristics (with the same initial freedom) of refiner batch sheets. Two numbers in parentheses, for example (15,20), indicate the consistency of cellulose and the filling of the calcium reagent, respectively. In addition, for comparison, the discontinuous and optical characteristics of the sheets are shown in which the filler dosage was obtained by directly adding the purity of the paper manufacturer (Pfeiffer) during the formation of the carbonate paper sheet. The results of the table are also shown in FIGS. 1-7. If the scattering coefficient, opacity or gloss is built depending on the tear index, the points of FIGS. 1-7 corresponding to the sheets of filled pulp lie approximately on similar curves as points corresponding to the sheets of direct filling. These graphs show the expected inverse relationship between optical performance and strength, i.e. when the tensile strength increases, the required optical characteristics deteriorate. The fact that both sheets of filled pulp and sheets of direct filling lie on such curves means that for any given increase in optical characteristics, a loss of strength properties should be expected regardless of how the filler is introduced.
Фиг. 4 графическая зависимость показателя разрыва от содержания золы листа прямого наполнения представляет ровную кривую; и в этом случае показано, что, когда содержание золы увеличивается, разрывная прочность уменьшается. Точки, соответствующие листам наполненной волокнистой массы размещаются на подобной кривой, и кривая, соответствующая листам наполненной волокнистой массы, лежит значительно выше кривой листов прямого наполнения. Это означает, что при сравниваемом содержании золы, листы наполненной волокнистой массы изобретения являются значительно прочнее. Как видно на фиг.5-7, справедливо также обратное утверждение, когда оптические характеристики построены в зависимости от содержании золы. При одинаковом содержании золы листы прямого наполнения обладают более высокими оптическими характеристиками, чем листы наполненной волокнистой массы по изобретению. FIG. 4, the graphical dependence of the tear index on the ash content of the direct-filling sheet is a smooth curve; and in this case, it is shown that when the ash content increases, the tensile strength decreases. The points corresponding to the sheets of filled pulp are placed on a similar curve, and the curve corresponding to the sheets of filled pulp lies much higher than the curve of the sheets of direct filling. This means that when the ash content is compared, the filled pulp sheets of the invention are significantly stronger. As can be seen in FIGS. 5-7, the converse is also true when the optical characteristics are built depending on the ash content. With the same ash content, direct-filled sheets have higher optical characteristics than the filled pulp sheets of the invention.
Было показано, что наполнение волокнистой массы карбонатом кальция может быть выполнено с помощью реакции по методу между окисью кальция (или гидроокисью кальция) и двуокисью углерода в осушенной целлюлозной крошке высокой консистенции. Дисковый рафинер Спраут-Бауэра при избыточном давлении адекватно служит в качестве как реакционной камеры, так и средства получения хорошей дисперсии наполнителя и волокнистой массы. При исследовании с помощью растрового электронного микроскопа обнаружено наличие кристаллов карбоната кальция как на наружных поверхностях волокнистой массы, так и внутри полости клетки; а рентгенолучевой микрозондовый анализ указывает на наличие кальция внутри клеточной стенки. Оптимальные условия наполнения волокнистой массы с помощью рафинера под избыточным давлением имеет место при консистенции 18% для целлюлозы мягкой древесины и 21% для целлюлозы твердой древесины. It was shown that the filling of the pulp with calcium carbonate can be performed using the reaction according to the method between calcium oxide (or calcium hydroxide) and carbon dioxide in a dried cellulose crumb of high consistency. The Spraut-Bauer disc refiner at overpressure adequately serves as both a reaction chamber and a means of obtaining a good dispersion of filler and pulp. In the study using a scanning electron microscope, the presence of crystals of calcium carbonate was found both on the outer surfaces of the pulp and inside the cell cavity; and X-ray microprobe analysis indicates the presence of calcium inside the cell wall. Optimum conditions for filling the pulp using an overpressure refiner occurs at a consistency of 18% for softwood pulp and 21% for hardwood pulp.
В некоторых отношениях свойства листов, полученных из целлюлозы с наполненной волокнистой массой выше характеристик листов прямого наполнения. При сравнении в случае одинакового наполнителя и одинаковой свободности листы наполненной волокнистой массы обладают более высокой разрывной прочностью. Это указывает на то, что сравнительная разрывная прочность может быть получена при более высоком содержании золы для листов, полученных из целлюлозы, наполненной волокнистой массы, чем для листов, полученных из целлюлозы прямого наполнения. Кроме того, при одинаковых разрывных прочностях получают подобные оптические характеристики. Это позволяет использовать карбонат кальция более низкой стоимости для замены более дорогой волокнистой массы без потери разрывных и оптических характеристик. Это потенциально большая экономия в производстве бумаги. In some respects, the properties of sheets obtained from pulp filled with pulp are higher than those of direct-filled sheets. When compared in the case of the same filler and the same freedom, the sheets of filled pulp have a higher tensile strength. This indicates that comparative tensile strength can be obtained with a higher ash content for sheets obtained from pulp filled with pulp than for sheets obtained from direct-filled pulp. In addition, with the same tensile strengths, similar optical characteristics are obtained. This allows the use of lower cost calcium carbonate to replace the more expensive pulp without loss of tensile and optical properties. This is a potentially big savings in paper production.
При равных содержаниях золы худшие оптические характеристики по сравнению с листами прямого наполнения частично понятны, поскольку карбонат бумагоделателя специально разработан в зависимости от морфологии кристаллов и размера частиц для достижения максимального рассеивания. Кроме того, наполнитель в тесном контакте с материалом клетка-стенка (например, внутри клеточной полости) может обеспечить меньшее рассеивание вследствие различия показателя преломления между наполнителем и воздухом. With equal ash contents, the worst optical characteristics compared to direct-fill sheets are partially understandable, since the paper carbonate is specially designed depending on the crystal morphology and particle size to achieve maximum dispersion. In addition, the filler in close contact with the cell-wall material (for example, inside the cell cavity) can provide less dispersion due to the difference in the refractive index between the filler and the air.
Claims (10)
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US66546491A | 1991-03-06 | 1991-03-06 | |
| US665464 | 1991-03-06 | ||
| US805025 | 1991-12-11 | ||
| US07/805,025 US5223090A (en) | 1991-03-06 | 1991-12-11 | Method for fiber loading a chemical compound |
| PCT/US1992/001737 WO1992015754A1 (en) | 1991-03-06 | 1992-03-05 | A method for fiber loading a chemical compound |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU93057196A RU93057196A (en) | 1996-09-20 |
| RU2098534C1 true RU2098534C1 (en) | 1997-12-10 |
Family
ID=27377031
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU9393057196A RU2098534C1 (en) | 1991-03-06 | 1992-03-05 | Method of filling cellulose fibers with calcium carbonate, compounded paper containing cellulose fiber mass, and method of manufacturing thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2098534C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115768947A (en) * | 2020-06-12 | 2023-03-07 | 特种矿物(密执安)有限公司 | Surface mineralized organic fibre and its preparing process |
| CN116145470A (en) * | 2023-02-21 | 2023-05-23 | 衢州东大复合材料科技有限公司 | Thermal sublimation transfer printing base paper with small elasticity |
-
1992
- 1992-03-05 RU RU9393057196A patent/RU2098534C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| US, патент, 4510020, кл.D 21H 3/40, 1985. РСТ, патент, WO, 91/01409, кл.D 21H 17/70, 1991. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115768947A (en) * | 2020-06-12 | 2023-03-07 | 特种矿物(密执安)有限公司 | Surface mineralized organic fibre and its preparing process |
| CN116145470A (en) * | 2023-02-21 | 2023-05-23 | 衢州东大复合材料科技有限公司 | Thermal sublimation transfer printing base paper with small elasticity |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3145707B2 (en) | Method of filling compound into fiber | |
| US4952278A (en) | High opacity paper containing expanded fiber and mineral pigment | |
| CA1152266A (en) | Lumen-loaded paper pulp, its production and use | |
| US3794558A (en) | Loading of paper furnishes with gelatinizable material | |
| DK2236545T3 (en) | A process for the preparation of nano-fibrillar cellulose gels | |
| US8277606B2 (en) | Method of providing paper-making fibers with durable curl and absorbent products incorporating same | |
| CA2247307C (en) | Paper web and a method for the production thereof | |
| US6958108B1 (en) | Method of producing a fiber product having a strength suitable for printing paper and packaging material | |
| CN1213200C (en) | Lumen loading of mineral filler into cellulose fibers for papermaking | |
| EP3870755A1 (en) | Release liner | |
| WO2007065969A1 (en) | Method of producing paper and cardboard | |
| EP1132517A1 (en) | Method of providing bleached papermaking fibres with durable curl and their absorbent products | |
| Novo et al. | Pulp and paper from sugarcane: properties of rind and core fractions | |
| RU2098534C1 (en) | Method of filling cellulose fibers with calcium carbonate, compounded paper containing cellulose fiber mass, and method of manufacturing thereof | |
| Antes et al. | Fiber surface and paper technical properties of Eucalyptus globulus and Eucalyptus nitens pulps after modified cooking and bleaching | |
| Ekevåg et al. | Addition of carboxymethylcellulose to the kraft cook | |
| Antes | Effect of Modified Cooking on Eucalyptus globulus and Eucalyptus nitens | |
| Gülsoy et al. | Utjecaj finih recikliranih vlakana na svojstva ručno izrađenog papira od nemljevene i mljevene celuloze | |
| Behera | Topochemistry of delignification and its effect on fiber properties of spruce organosolv pulp | |
| Lauterbach et al. | Starch Xanthide in Handsheets and Machine‐Made Papers | |
| Talaeipour et al. | Improving the Wet Tensile Strength of Recycled Paper via Incresing its Bond Capacity | |
| Yusoff | Effect of Pulping Properties on the Sizing of Paper from Acacia mangium Pulp | |
| EL-MEADAWY | AA IBRAHEM* MA YOUSEF |