SE0950930A1 - En pappers eller kartongprodukt och en process för tillverkning av en pappers eller kartongprodukt - Google Patents

Abstract

Föreliggande uppfinning hänför sig till en pappers eller kartongproduktinnehållande en mäld varvid nämnda mäld innehåller stärkelse ochmikrofibrillerad cellulosa. Uppfinningen hänför sig även till en process förtillverkning av nämnda produkt.

Description

35 När stora mängder katjonisk stärkelse tillsätts till en mäld för papperstillverkning för att erhålla hög pappersstyrka uppstår två stora problem. Det första är att katjoniska molekyler tenderar att mätta den anjoniska laddningen på cellulosafibrerna och således sätta en gräns för hur mycket katjonisk stärkelse som kan tillsättas till mälden. Om ett överskott av katjonisk stärkelse tillsätts kommer endast en del av den tillsatta stärkelsen bli kvar i arket och resten kommer att cirkulera i pappers eller kartongmaskinens bakvattensystem. Ett andra problem är att fibrerna som har gjorts katjoniska genom tillsatts av ett överskott av katjonisk stärkelse inte kommer kunna absorbera andra katjoniska tillsatsämnen som vanligtvis tillsätts till en slurry innehållande massa, såsom limningsmedel och retentionsmedel. Dessutom orsakar stora mängder stärkelse ofta problem med körbarhet, mikrobiologi and skumning vid tillverkningsprocessen.

Det har nyligen visat sig att tillsatts av mikrofibrillerad cellulosa till ett papper eller kartong kommer öka produktens styrka, förmodligen på grund av den förbättrade fiberbindningen.

Det finns dock fortfarande ett behov för en kostnadseffektiv produkt med bra styrkeegenskaper.

Sammanfattning av uppfinningen Ett syfte med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla ett papper eller kartong med förbättrad styrka och densitet.

Ett annat syfte med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla en process som på ett enkelt och kostnadseffektivt sätt kommer kunna tillverka ett papper eller kartong med förbättrad styrka och densitet.

Dessa syften och andra fördelar erhålls genom papper eller kartongprodukten enligt krav 1. Föreliggande uppfinning hänför sig till en pappers eller kartongprodukt innehållande en mäld som innehåller stärkelse och mikrofibrillerad cellulosa varvid mälden innehåller stärkelse i en mängd av 2-15 vikts%. Det har visat sig att styrkan hos en produkt innehållande både stärkelse och mikrofibrillerad cellulosa (MFC) ökar då mängden stärkelse kan ökas utan att pappers eller kartongproduktens densitet ökar. 10 15 20 25 30 35 Mälden innehåller företrädesvis cellulosafibrer som kan vara fibrer från lövträd och/eller barrträd.

Det är föredraget att mälden innehåller 1-15 vikts-% av mikrofibrilierad cellulosa. Mängden stärkelse respektive MFC i produkten beror på slutanvändningen och de önskade produktegenskaperna. Stora mängder stärkelse kommer att öka produktens styrka och det har visat sig att kombinationen av MFC och stärkelse gör det möjligt för produkten att kvarhålla större mängder stärkelse.

Pappers eller kartongprodukten är företrädesvis en multiskikt produkt som åtminstone innehåller två skikt. Det kan vara föredraget att produkten innehåller åtminstone tre skikt och att skiktet i mitten av produkten innehåller mäld innehållande stärkelse och mikrofibrillerad cellulosa.

Föreliggande uppfinning hänför sig dessutom till en process för tillverkning av en pappers eller kartongprodukt varvid processen innefattar stegen att tillhandahålla en mäld innehållande fibrer, företrädesvis cellulosafibrer, tillsätta stärkelse till mälden, tillsätta mikrofibrilierad cellulosa till mälden och föra mälden till en vira för att bilda en bana.

Det är föredraget att 2-15 vikts-% av stärkelse och 1-15 vikts-% av mikrofibrilierad cellulosa tillsätts till mälden.

Stärkelse och lVlFC kan tillsättas separat till mälden eller som en blandning.

Det kan även vara möjligt att koka blandningen av stärkelse och MFC innan tillsatts till mälden. På detta sätt minskar flockning av MFC.

Detaljerad beskrivning Uppfinningen hänför sig till en pappers eller kartongprodukt innehållande en mäld som innehåller stärkelse och mikrofibrilierad cellulosa.

Mälden innehåller stärkelse i en mängd av 2-15 vikts-%, företrädesvis mellan 3-5 vikts-%. Följaktligen innehåller produkten stärkelse i en mängd av 2-15 vikts-%, företrädesvis mellan 3-5 vikts-%. 10 15 20 25 30 35 Mälden innehåller företrädesvis cellulosafibrer. Cellulosafibrerna kan vara fibrer från lövträd och/eller barrträd. Cellulosafibrerna kan vara mekaniskt, kemimekaniskt och/eller kemiskt behandlade. Fibrerna kan också vara blekta eller oblekta.

Det har visat sig att tillsatts av stärkelse och mikrofibrillerad cellulosa (MFC) till en mäld har väldigt bra effekt på pappers eller kartongproduktens styrka. Produkter innehållande både stärkelse i stora mängder och MFC gör det möjligt för produkten att kvarhålla större mängd stärkelse. Det har överraskande visat sig att tillsatts av stärkelse i stora mängder och MFC inte ökar produktens densitet. Kombinationen av MFC och stärkelse har således en synergistisk effekt nar det gäller att öka pappers eller kartongproduktens styrka utan att öka produktens densitet i samma grad. Det är således möjligt att minska pappers eller kartongproduktens densitet men ändå kunna tillverka en stark produkt. På detta sätt kan en mycket billigare produkt tillverkas då produktens fiberinnehåll kan minskas och styrkan kan bibehållas (jämfört med produkter tillverkade enligt teknikens ståndpunkt). Dessutom kan produktens vikt minska vilket reducerar transportkostnader och hanteringskostnader.

Mikrofibrillerad cellulosa (MFC) (även känd som nanocellulosa) är ett material tillverkat från träcellulosafibrer, där de individuella mikrofibrillerna har delvis eller helt separerats från varandra. MFC är normalt väldigt tunn (~2O nm) och längden är vanligtvis mellan 100 nm to 1 pm. Dock kan mikrofibrillerna vara längre, till exempel mellan 10-100 pm men längder upp till 200 pm kan också användas. Fibrer som har fibrillerats och som har mikrofibriller på ytan och mikrofibriller som är separerade och lokaliserade i en vattenfas av en slurry inkluderas i definitionen MFC. lVlFC kan produceras på ett antal olika sätt. Det år möjligt att mekaniskt behandla cellulosafibrer så att mikrofibriller bildas. Produktionen av nanocellulosa eller mikrofibrillerad cellulosa med bakterier är ett annat alternativ. Det är även möjligt att tillverka mikrofibriller från cellulosa med hjälp av olika kemikalier och/eller enzymer som kommer bryta ner eller lösa upp fibrerna. 10 15 20 25 30 35 Ett exempel på tillverkning av MFC visas i WO2007091942 som beskriver tillverkning av MFC med hjälp av malning i kombination med tillsats av enzym.

Det är också möjligt att modifiera den mikrofibrillerade cellulosan innan tillsatts till mälden. På detta sätt är det möjligt att ändra interaktionen och afiiniteten till andra substanser. Genom att introducera mer anjoniska laddningar till MFC ökar till exempel stabiliteten mellan fibrillerna och aggregat bestående av fibriller i MFC. Hur modifieringen sker beror till exempel på andra närvarande komponenter i mälden.

Mälden innehåller 2-15 vikts-% av stärkelse, företrädesvis mellan 3-5 vikts-%, och det är fördraget att mälden dessutom innehåller MFC i en mängd av 1-15 vikts-%. Den valda mängden stärkelse respektive MFC som tillsätts till mälden beror på den färdiga produkten som tillverkas och de önskade egenskaperna på produkten. Större mängder stärkelse kommer att öka produktens styrka. Det är dock inte möjligt att öka mängden stärkelse för mycket då andra problem kan uppstå. Mängden MFC måste också regleras baserat på mängden stärkelse och såklart även beroende på produktens slutanvändning. För stora mängder MFC kan orsaka problem med avvattning då MFC är ett väldigt fint material som lätt absorberar vatten och ökad mängd kommer göra det svårare att avvattna produkten.

Pappers eller kartongprodukten är företrädesvis en multiskikt produkt innehållande åtminstone tvâ skikt. Det kan vara föredraget att produkten innehåller åtminstone tre skikt och att skiktet placerad i mitten av produkten innehåller mäld innehållande stärkelse och mikrofibrillerad cellulosa. Det är också möjligt att åtminstone ett yttre skikt av produkten eller till och med alla skikt av produkten innehåller mäld innehållande stärkelse och MFC. På detta sätt är det möjligt öka styrkan och/eller bulken på detta skikt. Beroende på produktens slutanvändning, beslutas det följaktligen vilken och hur många av skikten som kommer innehålla mäld som innehåller stärkelse och MFC.

Det är inte nödvändigt att hela mälden i ett skikt av pappers eller kartongprodukten innehåller stärkelse och MFC, men det är föredraget att stärkelse och MFC tillsätts till den större delen av mälden av ett skikt. Skikten 10 15 20 25 30 35 kan dock innehålla andra komponenter såsom massa av utskott som inte innehåller stärkelse och MFC.

Mälden kan också innehålla olika mängder fyllmedel för att öka till exempel processens och det tillverkade substratets körbarhet och kostnadseffektivitet. Andra vanliga tillsatsämnen som används vid tillverkning av papper eller kartong kan också tillsättes.

Kartongprodukten är företrädesvis en kartongprodukt av hög kvalitet, såsom vätskeförpackningskartong, grafiskkartong eller livsmedelskartong Pappersprodukten är företrädesvis ett papper av hög kvalitet, såsom kopieringspapper av klass A eller B, grafiska papper, LWC, SC eller tidningspapper för höghastighets tryckmaskiner.

Föreliggande uppfinning hänför sig även till en process för tillverkning av en pappers eller kartongprodukt varvid processen innefattar stegen att tillhandahålla en mäld innehållande fibrer, tillsätta stärkelse till mälden, tillsätta mikrofibrillerad cellulosa till mälden och föra mälden till en vira för att bilda en bana. Tillsatsen av stärkelse och MFC sker företrädesvis i maskinkaret eller innan blandningspumpen. Det är också möjligt att tillsatsen sker till cirkulationsvattnet som så småningom tillsätts till mälden. Alla praktiskt möjliga platser för tillsats av stärkelse och MFC kan dock användas så länge uppehållstiden och blandningen, av stärkelsen och MFC med mälden innan den förs till viran, är tillräcklig.

Stärkelsen och MFC kan tillsättas separat, dvs stärkelsen kan först tillsättas följt av tillsats av MFC eller tvärtom, dvs MFC kan först tillsättas till mälden följt av stärkelse. Det är också möjligt att blanda stärkelse och MFC innan tillsats till mälden. Det är möjligt att blanda stärkelse och MFC innan tillsats till mälden genom att koka blandningen av stärkelse och MFC, företrädesvis genom att använda en jetkokare. Det har visat sig att genom att koka blandningen av stärkelse och MFC, uppvisar MFC mindre tendens att flocka. Dessutom, genom att ändra laddningen och lacldningsdensiteten avt ex stärkelse, kan olika grader av flockning erhållas och det är då möjligt att neutralisera laddningen av MFC. Detta kan påverka avvattningen och retentionen av fibrerna och eventuella fyllmedel i produkten. Det kan också 10 15 20 25 30 35 vara möjligt att tillsätta ett skikt med stärkelse på MFC och sedan tillsätta denna blandning till mälden, dvs en multiskikt effekt kan bildas.

Exemgel Material: Blekt kemotermornekanisk massa (BCTMP) med 570 CSF.

Mikrofibrillerad cellulosa (MFC) förbereddes genom att blekt sulfitmassa av lövträd med en konsistens av 4% raffinerades med en kantbelastning av 2 Ws/m till 28 SR. Massan behandlades därefter enzymatiskt med Endoglucanas (Novozym 476) med en aktivitet av 0,85 ECU/g. Enzymerna doserades till massan vilken därefter behandlades vid 50°C i 2 timmar vid pH 7. Efter den enzymatiska behandlingen tvättades massan och enzymerna deaktiverades vid 80°C i 30 min. Massan raffinerades därefter ytterligare en gång till 90-95 SR och den raffinerade massan fluidiserades (Microfluidizer, Microfuidics corp.) genom att massan med en konsistens av 3% passerade genom en kammare av 400 pm följt av en kammare av 100 pm, varvid den MFC som användes bildades.

Stärkelsen som användes var katjonisk stärkelse, Raisamyl 70021, Ciba (numera BASF).

C-PAM som användes var Percol 292 NS, Ciba (numera BASF).

BMA som användes var Eka NP495, Eka Chemicals.

Metod: Den torkade BCTMP blötlades i vatten över natten och dispergerades sedan i varmt vatten. Suspensionen innehållande BCTMP späddes därefter till en koncentration av 0.3%.

Den tillverkade MFC späddes till en koncentration av 0.3% och dispergerades med hjälp av en köksmixer. 10 15 20 25 [En formette arkformare användes för att forma arken som användes för testerna. Arken formades enligt följande procedur; massasuspension för att tillverka ett ark av 150 gsm tillsattes till mäldtanken. Under omrörning tillsattes stärkelse, om det användes, och MFC, om det användes. Efter 30 sekunder tillsattes 500g/t C-PAM och efter ytterligare 30 sekunder tillsattes 300g/t BMA till mälden och arkformningen startades därefter.

Det bildade arket våtpressades och torkades medan krympningen begränsades. Det torkade arket testades för strukturell densitet enligt SCAN P 88:01, z-styrka enligt SCAN P 80:88 och dragstyrkeindex enligt ISO 1924- 3.

Tabell 1: Resultat av styrke- och densitetstester.

Prov Strukturell z-styrka Dragstyrkeindex densitet (kPa) geometriskt (kg/m3) medelvärde (Nm/g) Referens 570CSF 388 103 27 Tillsats av 5% MFC 459 218 40 Tillsats av 5% Stärkelse 396 142 32 Tillsats av 5% MFC och 436 240 44 2,5% Stärkelse Tillsats av 5% MFC och 426 256 47 5% Stärkelse Som kan ses från tabell 1 ovan framgår det klart att tillsats av kombinationen av MFC och stärkelse kraftigt ökar styrkan, både z-styrka och dragstyrkeindex. Densifieringen av arken minskar dessutom jämfört med om endast MFC tillsattes.

Med tanke på den detaljerade beskrivningen ovan av föreliggande uppfinning, kan andra modifieringar och variationer bli uppenbar för de yrkeskunniga inom området. Det är dock uppenbart att sådana andra modifieringar och variationer kan ske utan att avvika från andan och omfånget av uppfinningen.

Claims (10)

10 15 20 25 30 35 Krav

1. En pappers eller kartongprodukt innehållande en mäld som innehåller stärkelse och mikrofibrillerad cellulosa kännetecknad av att mälden innehåller en mängd av stärkelse av 2-15 vikt-%.

2. Pappers eller kartongprodukten enligt krav 1 kännetecknad av att mälden innehåller cellulosafibrer.

3. Pappers eller kartongprodukten enligt något av ovanstående krav kännetecknad av att mälden innehåller 1-15 vikts-% av mikrofibrillerad cellulosa.

4. Pappers eller kartongprodukten enligt något av ovanstående krav kännetecknad av att produkten är en multiskikt produkt innehållande åtminstone två skikt.

5. Papper eller kartongprodukten enligt krav 4 kännetecknad av att produkten innehåller åtminstone tre skikt och att skiktet placerat i mitten av produkten innehåller mäld innehållande stärkelse och mikrofibrillerad cellulosa.

6. En process för tillverkning av en pappers eller kartongprodukt varvid processen innefattar stegen: -tillhandahålla en mäld innehållande fibrer, -tillsätta stärkelse till mälden, -tillsätta mikrofibrillerad cellulosa till mälden och -föra mälden till en vira för att bilda en bana.

7. Processen enligt krav 1 kännetecknad av att 2-15 vikts-% av stärkelse och 1-15 vikts-% av mikrofibrillerad cellulosa tillsätts.

8. Processen enligt något av kraven 6-7 kännetecknad av att stärkelse och MFC tillsätts separat till mälden. 10

9. Processen enligt något av kraven 6-7 kännetecknad av att stärkelse och MFC blandas innan de tillsätts till mälden.

10. Processen enligt krav 9 kännetecknad av att stärkelse och MFC 5 kokas innan de tillsätts till mälden.