SE0950746A1 - Process för tillverkning av ett substrat innehållande regenererad cellulosa och ett substrat tillverkat enligt processen - Google Patents

Abstract

Uppfinningen hänför sig till en process för tillverkning av ett substratvarvid processen innefattar stegen att tillhandahålla ett substrat innehållandecellulosafibrer, tillsätta en lösning innehållande upplösta och/eller delvisupplösta fibrer till ytan av substratet och tillsätta en lösning innehållande enregenereringslösning till ytan av substratet så att de upplösta eller delvisupplösta fibrer regenererar på ytan av substratet och därefter torka substratetför att bilda ett torrt substrat. Uppfinningen hänför sig även till ett substrattillverkat enligt processen.

Description

15 20 25 30 35 WO2007/003699 beskriver upplösning och regenerering av cellulosafibrer. De regenererade cellulosafibrerna bestryks sedan på ytan av papperet.

Det är dock svårt att hantera en lösning av regenererad cellulosa. De regenererade cellulosapolymererna, partiklarna eller fibrerna är ofta instabila när de är i lösning. Lösningen innehållande regenererad cellulosa kan också ha problem med reologi vilket gör det svårt att applicera regenererad cellulosa till en yta och detta ger då upphov till körbarhetsproblem. Ett annat problem är att en liten mängd upplösta och/eller delvis upplösta fibrer kan regenerera, dvs utbytet kan vara väldigt lågt. Det kan dessutom vara en stor mängd upplösta socker eller polysackarider närvarande som kan ge upphov till problem längre fram i processen, till exempel problem med höga BOD eller COD nivåer.

Det finns således ett behov för en förbättrad process för att förse en yta av ett substrat med regenererad cellulosa.

Sammanfattning av uppfinningen Det är ett syfte med föreliggande uppfinning att tillhandahålla en process för tillverkning av ett substrat innehållande regenererad cellulosa på ett förbättrat sätt.

Ett annat syfte med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla ett substrat med förbättrade mekaniska egenskaper, såsom styrka och styvhet.

Dessa syften och andra fördelar uppnås av processen enligt krav 1.

Genom att tillsätta en lösning innehållande upplösta fibrer och/eller delvis upplösta fibrer och en regenereringslösning till ytan av substratet är det möjligt att regenerera cellulosan på ytan och således möjligt att förse en yta av ett substrat med regenererad cellulosa på ett enkelt och förbättrat sätt.

Detta uppnås av de självständiga kraven och föredragna utföringsformer av processen definieras ide osjälvständiga kraven.

Uppfinningen hänför sig till en process för tillverkning av ett substrat varvid processen innefattar stegen; att tillhandahålla ett substrat innehållande 10 15 20 25 30 35 cellulosafibrer, tillsätta en lösning innehållande upplösta fibrer och/eller delvis upplösta fibrer till ytan av substratet och tillsätta en regenereringslösning till ytan av substratet så att de upplösta eller delvis upplösta fibrerna regenererar på ytan av substratet, följt av torkning av substratet. På detta sätt är det möjligt att förse en yta av ett substrat med regenererad cellulosa på ett enkelt och effektivt sätt. Den regenererade cellulosan kan företrädesvis vara iforrn av polymer, partiklar eller fibrer som vid bildningen kommer att inkorporeras i fiberstrukturen av ytan av substratet. På detta sätt bildas starkare bindningar mellan den regenererade cellulosan och fibrerna eller andra komponenter i papperet, såsom fyllmedel, i substratet jämfört med om regenererade cellulosapartiklar tillsätt till ytan. Dessutom undviks den komplicerade förvaringen och appliceringen av regenererad cellulosa till en yta såväl som retentionen av små regenererade socker eller polysackaridmolekyler.

Lösningen innehållande upplösta fibrer och/eller delvis upplösta fibrer kan tillsättas till ytan innan tillsats av regenereringslösningen. Det är även möjligt att först tillsätta regenereringslösningen till ytan av substratet följt av tillsats av lösningen innehållande upplösta och/eller delvis upplösta fibrer. l bägge fallen sker regenereringen av de upplösta och/eller delvis upplösta fibrerna på ytan av substratet.

Koncentrationen av upplösta och/eller delvis upplösta fibrer i lösningen innehållande upplösta och/eller delvis upplösta fibrer kan vara mellan 0,01-50 vikts-% men företrädesvis mellan 0,1-5 vikts-%.

Om cellulosan är upplöst och/eller delvis upplöst i en alkalisk lösning är det möjligt att regenerera cellulosan genom tillsats av en lösning med ett lågt pH, företrädesvis en lösning med ett pH under 6. Regenereringslösningen kan vara en syra eller en annan kemisklösning. Den sura lösningen kan företrädesvis vara citronsyra, fosforsyra, svavelsyra, ättiksyra, saltsyra. En lösning med lågt pH, såsom polyaluminiumklorid (PAC) eller polyaluminiumnitrat (PAN) kan också användas.

Om cellulosan är upplöst och/eller delvis upplöst i en sur lösning är det möjligt att regenerera cellulosan genom tillsats av en lösning med ett högre pH, företrädesvis med ett pH över 8. Regenereringslösningen kan således vara en alkalisklösning, företrädesvis natriumhydroxid. 10 15 20 25 30 35 Det är även möjligt att förse en yta av ett substrat med mer än ett skikt med regenererad cellulosa. Detta kan ske genom att tillsätta en andra lösning innehållande upplösta och/eller delvis upplösta fibrer och en andra regenereringslösning så att två skikt av regenererad cellulosa bildas på ytan av substratet. Det är även möjligt att förse substratet med tre, fyra eller fler skikt av regenererad cellulosa på samma sätt.

Föreliggande uppfinning hänför sig även till ett substrat som är tillverkat enligt processen nämnd ovan. Substratet är företrädesvis ett trycksubstrat. Substratet kan också vara ett förpackningsmaterial som används vid bildning av olika förpackningar. Då regenerering av de upplösta och/eller delvis upplösta fibrerna sker på ytan av substratet, kommer den regenererade cellulosapolymeren, partiklarna eller fibrerna att inkorporeras i fiberstrukturen på ytan av substratet och således binda starkare till ytan av substratet. Substratet kan också innefatta olika salter som bildas vid regenereringen av cellulosa och vilka företrädesvis inte tvättas bort från substratet.

Detaljerad beskrivning Uppfinningen hänför sig till en process för tillverkning av ett substrat genom tillsats av en lösning innehållande upplöst och/eller delvis upplösta fibrer och en regenereringslösning som kommer att regenerera de upplösta och/eller delvis upplösta fibrerna på ytan av substratet. De regenererade cellulosapolymer, partiklarna eller fibrerna bildar en makro, mikro eller nanostruktur på ytan av substratet och detta kommer förbättra substratets tryckegenskaperna.

Det har visat sig att bildandet av regenererad cellulosapolymer, partiklar eller fibrer på ytan av ett substrat ökar bindningen mellan fiberstrukturen på ytan av substratet och den regenererade cellulosan. Då bildningen sker på ytan kommer de regenererade cellulosapolymeren, partiklarna eller fibrerna inkorporeras i fiberstrukturen av ytan av substratet och bindningen blir således starkare. 10 15 20 25 30 35 Den regenererade cellulosan kommer dessutom fungera som ett bindemedel varvid substratets våtstyrka ökar och damningsproblemen minskar.

Det är även möjligt att modifiera laddningen av ytan av substratet.

Genom att till exempel regenerera den upplösta och/eller delvis upplösta fibrerna genom tillsats av sura kemikalier, såsom PAC eller PAN, kommer den regenererade cellulosan vara katjonisk och således. Genom tillsats av den katjoniskt regenererade cellulosan kommer substratets yta aningen vara katjonisk eller amfoter. Detta är fördelaktigt när substratet trycks med anjoniskt bläck, till exempel bläck för bläckstråletrycknlng. Det anjoniska bläcket kommer att binda bättre och starkare till substratets katjoniska yta.

Processen enligt uppfinningen gör det möjligt att modifiera laddningen på ett lätt sätt. Då regenereringen av de upplösta och/eller delvis upplösta fibrerna sker på ytan är det möjligt att modifiera den regenererade cellulosan genom tillsats av kemikalier till ytan. Således undviks risken att kemikalierna ska reagera på ett oönskat sätt innan de tillsätts till ytan.

Under regenereringen av cellulosa bildas dessutom andra komponenter, såsom salter. Tidigare har dessa komponenter normalt tvättats bort innan tillsats av den regenererade cellulosa till ett substrat. Det har dock visat sig att det är fördelaktigt att behålla dessa komponenter på ytan av substratet. Komponenterna är till största del olika typer av salter och dessa är bra för att destabilisera bläckpartiklar. Om regenereringslösningen innehåller natriumhydroxid eller kalciumhydroxid kommer natriumsalter respektive kalciumsalter att bildas. Processen enligt uppfinningen underlättar således även tillsats av komponenter såsom salter till ytan av substratet.

Substratet enligt uppfinningen kommer att ha en stark yta då regenereringen av de upplösta och/eller delvis upplösta fibrerna sker på ytan och bindningen mellan de regenererade cellulosafibrerna eller pigmenten och fibrerna av ytan av substratet kommer att öka. Den mekaniska styrkan av ytan av substratet kommer att öka styrkan på hela substratet. Det är även möjligt att reducera styrkan på det obehandlade substratet och fortfarande erhålla ett tillräckligt starkt substrat. 10 15 20 25 30 35 Substratet är företrädesvis ett papper eller en kartong. Substratet är företrädesvis ett trycksubstrat vilket kommer att tryckas i en efterföljande tryckprocess. Substratet kan också vara ett förpackningsmaterial som används för bildande av olika förpackningar.

De upplösta fibrerna kan tillverkas genom någon känd metod. Det är fördelaktigt att använda en process som kräver lite energi. Mängden upplösta fibrer i lösningen innehållande upplösta fibrer kan vara mellan 0,01-50 vikts-% men det är föredraget att koncentrationen är mellan 0,1-5 vikts-%. Högre koncentrationen kan öka viskositeten för mycket och således göra det svårt att tillsätta lösningen till ytan av substratet. För låga koncentrationen kan dock öka mängden vatten som tillsätts till substratet.

Det är föredraget att lösningen till största del innehåller upplösta fibrer men det är också möjligt att regenerera delvis upplösta fibrer på ytan av substratet. Lösningen som tillsätts till ytan av substratet kan således innehålla delvis upplösta istället eller såväl som upplösta fibrer. Delvis upplösta fibrer tillverkas genom att stoppa upplösningsprocessen innan fibrerna är helt upplösta. Dessa delvis upplösta fibrer kan vara svällda eller expanderade och kan också regenerera genom tillsats av en regenereringslösning.

Mängden regenererad cellulosa på ytan av substratet är företrädesvis mellan 0,01-2 g per sida av substratet. Mängden varierar dock beroende på de önskade egenskaperna på den slutliga produkten.

Regenereringslösningen är en lösning med lågt pH eller en lösning med högt pH. Beroende på pH vid den delvisa eller fullständiga upplösningen av cellulosafibrer, dvs om pH är alkaliskt eller surt, måste regenereringslösningen vara neutral eller av motsatt pH för att de upplösta och/eller delvis upplösta fibrerna ska regenerera. Regenereringslösningen kan ha ett pH under 6, företrädesvis mellan 2-. Om en sur regenereringslösning ska används är det föredraget att använda svavelsyra, men andra syror såsom ättiksyra, citronsyra, fosforsyra eller saltsyra kan också användas. Dessutom kan en lösning med lågt pH, såsom polyaluminiumklorid (PAC) eller polyaluminiumnitrat (PAN) också användas.

Andra exempel på möjliga kemikalier är; natriumortoborat (borax), natriumbisulfit, natriumbikarbonat, natriumdivätefosfat, koldioxid eller en 10 15 20 25 30 35 kombination av två eller flera av dessa substanser. Sura salter av svaga baser och starka syror såsom ammoniumsulfat, aluminiumsulfat och liknande kan också användas enskilt elleri kombination med någon av substanserna nämnd ovan.

Det är också möjligt att använda vatten som ett neutraliseringsmedium.

Regenereringslösningen kan ha ett pH över 8, företrädesvis mellan 10- 12. Om en alkalisk regenereringslösning ska användas är det föredraget att använda natriumhydroxid men andra alkalilösningar såsom kalciumhydroxid kan också användas.

En sida av substratet kan behandlas med lösningen innehållande upplösta och/eller delvis upplösta fibrer och en regenereringslösning. Det är dock även möjligt att behandla bägge sidorna av substratet.

Det är föredraget att lösningen innehållande upplösta och/eller delvis upplösta fibrer och regenereringslösningen sprayas på ytan av substratet.

Flertalet andra metoder för applicering av lösningarna kan dock också användas, till exempel med hjälp av valsar i kombination med en eller flera filmpressar, med hjälp av sprutmunstycken som är positionerade i en eller flera linjer tvärsöver substratet, med sprutmunstycken anpassade för dosering av åtminstone två komponenter, med hjälp av ridåbestrykare eller med en kombination av några av dessa metoder. Om en ridåbestrykare används är det möjligt att två eller flera ridåer härstammar från samma bestrykare.

Appliceringen av lösningen innehållande upplösta och/eller delvis upplösta fibrer och regenereringslösningen kan dessutom ske med hjälp av en ark- eller rullmatat tryckpress eller konverteringsmaskin. En offset, flexografi eller bläckstråletryckpress kan till exempel först trycka lösningen innehållande upplösta och/eller delvis upplösta fibrer och sedan överföra regenereringslösningen till ytan och således bilda ett vått i vått appliceringssteg innan ett tredje skikt appliceras utan eller med mellanliggande torkning.

Det kan även vara möjligt att använda sprejsystem på plats för att dosera lösningen innehållande upplösta och/eller delvis upplösta fibrer och 10 15 20 25 30 35 regenereringslösningen. Behandlingen kan därefter följas av torkning eller alternativt anslags- eller anslagslöstryckning.

Det är möjligt att först tillsätta lösningen innehållande upplösta och/eller delvis upplösta fibrer till ytan av substratet följt av tillsats av regenereringslösningen. Det är dock också möjligt att först tillsätta regenereringslösningen till ytan av substratet följt av lösningen innehållande upplösta och/eller delvis upplösta fibrer. På bägge sätt kommer regenereringen av de upplösta och/eller delvis upplösta flbrerna att ske på ytan av substratet. Genom att separat tillsätta de två lösningarna undviks problemen med lagring av regenererad cellulosa.

Det kan också vara möjligt att blanda lösningen innehållande upplösta och/eller delvis upplösta fibrer med regenereringslösningen precis innan tillsats till ytan av substratet. På så sätt kommer regenereringen av de upplösta och/eller delvis upplösta flbrerna ske precis innan tillsats eller under tillsats av lösningarna till ytan av substratet.

Det är även möjligt att göra flerskiktsbestrykningar med processen enligt uppfinningen, dvs att göra mer än ett skikt med regenererad cellulosa.

Detta kan ske genom tillsats av mer än en lösning innehållande upplösta och/eller delvis upplösta fibrer och mer än en regenereringslösning. På detta sätt kommer ett substrat med flera skikt med regenererad cellulosa bildas.

När ett trycksubstrat tillverkas kan det vara nödvändigt att förse substratet med en stor mängd regenererad cellulosa för att erhålla de önskade tryckegenskaperna. Det kan vara svårt att tillsätta stora mängder regenererad cellulosa i ett steg och det är därför ibland nödvändigt att tillsätta mer än ett skikt av regenererad cellulosa på ytan av substratet.

Det är också möjligt att bestryka substratet med en konventionell bestrykning innan och/eller efter bestrykning med den regenererade cellulosan. Detta kan ske för att ytterligare förbättra substratets tryckegenskaper.

Efter tillsats av lösningen innehållande upplösta och/eller delvis upplösta fibrer och regenereringslösningen torkas substratet för att bilda ett 10 15 20 25 30 35 torrt substrat. Alla kända processer för att torka substrat av cellulosa kan användas.

Substratet kan innehålla andra komponenter som vanligen används vid papperstillverkning, såsom limningsmedel, fyllmedel, OBA och andra tillsatsämnen.

Det är möjligt att tillsätta andra komponenter eller tillsatsämnen separat eller tillsammans med antingen lösningen innehållande upplösta och/eller delvis upplösta fibrer eller regenereringslösningen. Det kan till exempel vara föredraget att tillsätta stärkelse tillsammans med lösningen innehållande upplösta och/eller delvis upplösta fibrer vilket ytterligare kan förbättra substratets egenskaper.

Substratet innehåller cellulosafibrer och med detta inkluderas inte bara cellulosafibrer utan alla komponenter som härstammar från cellulosafibrer.

Exempel på sådana komponenter är mikrofibrillerad cellulosa (nanocellulosa) eller regenererad cellulosa.

Det upplösta och/eller delvis upplösta fibrerna kan vara cellulosafibrer från löwed och/eller barrved. Andra fibrer kan dock också upplösas och/eller delvis lösas upp och regenerera på ytan av ett substrat. Exempel på sådana fibrer kan vara växtfibrer såsom fibrer från olika spannmål, bagass, stärkelsefibrer eller andra liknande fibrer.

Substratet kan innehålla fibrer från löwed och/eller barrved. Substratet kan innehålla kemisk och/eller mekanisk massa. Eftersom genereringen av de upplösta och/eller delvis upplösta fibrerna sker på ytan av substratet kommer de regenererade cellulosa pigmenten eller fibrerna binda hårdare till ytan av substratet och således bli inkorporerande i fiberstrukturen på ytan av substratet. Det är föredraget att substratet är ett trycksubstrat.

Trycksubstraten enligt uppfinningen uppvisar förbättrade tryckegenskaper då både regenererad cellulosa och ibland även andra komponenter, såsom olika salter, kan vara närvarnade på ytan av trycksubstratet. Möjligheten att modifiera laddningen av de regenererade cellulosapigmenten eller fibrerna gör det även möjligt att förbättra trycksubstratets förmåga att absorbera bläck på ett önskvärt sätt. 10 10 Det är även möjligt att substratet är ett förpackningsmaterial.

Det kan även vara möjligt att tillsätta kemikalier vilka kommer att reagera på höjd temperatur och/eller minskad torrhalt och det är då möjligt att kontrollera att regenereringen av cellulosafibrer eller pigment sker under torkningen av substratet. Det finns ett antal olika kemikalier, såsom olika polymerer och ytaktiva ämnen som är känsliga för ändringar i temperaturen och deras egenskaper ändras vid höjd temperatur och regenerering av cellulosan kommer då att ske.

Claims (11)

10 15 20 25 30 35 11 Krav

1. En process för tillverkning av ett substrat varvid processen innefattar stegen: - att tillhandahålla ett substrat innehållande cellulosaflbrer, -tillsätta en lösning innehållande upplösta och/eller delvis upplösta fibrer till ytan av substratet, -tillsätta en regenereringslösning till ytan av substratet så att de upplösta och/eller delvis upplösta fibrerna regenererar på ytan av substratet, -torka substratet.

2. Processen enligt krav 1 kännetecknad av att lösningen innehållande upplösta och/eller delvis upplösta fibrer tillsätts till ytan innan regenereringslösningen.

3. Processen enligt krav 1 kännetecknad av att regenereringslösníngen tillsätts till ytan innan lösningen innehållande upplösta och/eller delvis upplösta fibrer.

4. Processen enligt något av föregående krav kännetecknad av att koncentrationen av de upplösta och/eller delvis upplösta fibrerna i lösningen är mellan 0.01-50 vikts-%, företrädesvis mellan 0.1-5 vikts-%.

5. Processen enligt något av föregående krav kännetecknad av att regenereringslösningen har ett pH under 6.

6. Processen enligt något av krav 1-4 kännetecknad av att regenereringslösningen har ett pH över 8.

7. Processen enligt något av föregående krav kännetecknad av att processen ytterligare innefattar stegen: -tillsätta en andra lösning innehållande upplösta och/eller delvis upplösta fibrer till ytan av substratet, -tillsätta en andra regenereringslösning till ytan av substratet så att ett andra skikt av regenererad cellulosa bildas på ytan av substratet. 10 15 12

8. Processen enligt krav 7 kännetecknad av att processen ytterligare innefattar stegen: -tillsätta en tredje lösning innehållande upplösta och/eller delvis upplösta fibrer till ytan av substratet, -tillsätta en tredje regenereringslösning till ytan av substratet så att ett tredje skikt av regenererad cellulosa bildas på ytan av substratet.

9. Ett substrat tillverkat enligt processen enligt något av kraven 1-8.

10. Substratet enligt krav 9 varvid substratet är ett trycksubstrat.

11. Substratet enligt krav 9 varvid substratet är ett förpackningsmaterial.