SE500472C2 - Bestruket papper på basis av papper innefattande högutbytesmassa framställd av ved från trädslag tillhörande familjen Populus - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 Teknikens ståndpunkt Nämnda baspapper är vanligen tillverkat från en mäld innehållande; 1) kemisk massa i en mängd av 30-70% (w/w) och 2) högutbytesmassa 1 en mängd av 70-30% (w/w).

Exempel på lämplig kemisk massa är blekt långfibrig sul- fatmassa, såsom tallsulfatmassa. Aven andra kemiska massor, såsom exempelvis blekt eller oblekt sulfitmassa, kan använ- das.

Med högutbytesmassa menas massor med ett utbyte över- stigande 80%. Exempel på sådana massor är slipmassa (GW), tryckslipmassa (PGW och Super-PGW), termomekanisk massa (TMP), raffinörmassa där veden impregnerats med alkalisk peroxid (APMP) och kemitermomekanisk massa (CTMP). Vanligt- vis framställes nämnda massor av långfibrig ved, dvs. barr- ved, exempelvis i form av granved.

De två massatyperna ger baspapperet speciella egen- skaper. Den kemiska massan bidrar 1 första hand till att armera papperet. dvs. ge det tillräcklig styrka ledande till god körbarhet av såväl pappersmaskin som bestrykningsanlägg- ningen samt vid efterföljande tryckning. Högutbytesmassan tillsättes för att ge papperet hög bulk och hög opacitet.

Vad gäller den kemiska massan så mals den alltid före formningen av papperet. I de flesta fall mals även högut- bytesmassan före formningen av papperet och vanligtvis mals massorna tillsammans även om det är möjligt att mala dem var för sig. Vad gäller högutbytesmassan är det av vikt att den har en freeness av 25-350 ml CSF mätt enligt SCAN-C 21:65, (vilken metod gäller för samtliga freenessvärden angivna i denna patentansökan) vid formningen av papperet. Om högut- bytesmassan redan när den lämnar massafabriken har en free- ness inom detta intervall behöver massan ifråga icke malas även om det är möjligt att göra detta, speciellt vid höga freenessvärden inom det angivna intervallet.

Förutom de tidigare angivna mängdmässigt dominerade ingredienserna 1 baspapperet, dvs. cellulosamassa och fyll- medel, ingår i varierande mängder exempelvis retentions- medel, lim, alkali och färgämnen. 10 15 20 25 30 /1 - .~_-~ a f f; il :r k Alla dessa ingredienser ingår således i den mäld, som _ via inloppslådan tillföres pappersmaskinen, varpå baspappe- ret formas.

Efter det att baspapperet är färdigbehandlat. inklude- rande torkat till en torrhalt inom intervallet 93-96% så bestrykes papperet, vanligen på båda sidorna, med en smet.

Mycket varierande smetrecept användes i praktiken och exem- pel på beståndsdelar är pigment. bindemedel och mindre till- satser, inkluderande exempelvis ett färgämne.

Redogörelse för uppfinningen Tekniska problemet Bestrukna papper av ovan beskrivet slag uppvisar ett antal nackdelar i första hand orsakade av högutbytesmassa- delen, eftersom den i regel är tillverkad av ved med långa och styva fibrer. Ett problem är, att ett relativt stort antal fibrer reser sig från papperets plan eller yta vid hantering, exempelvis uppfuktning, av papperet. Vid exempel- vis offset-tryckning och när stor färgmängd användes ger nämnda fiberresning den tryckta pappersytan ett luddigt och småkrusigt intryck. Medelst ökning av bestrykningssmetmäng- den, uttryckt exempelvis i g/m2, kan papperets tryck- egenskaper förbättras. Dock för detta med sig, att tillverk- ningskostnaden för det bestrukna papperet ökar och vidare påverkas papperets böjstyvhet negativt om den pålagda smet- mängden blir alltför stor i förhållande till cellulosamassa- fibermängden. Det bestrukna papperet blir sladdrigt och dess körbarhet i exempelvis tryckpressar försämras.

Lösningen Föreliggande uppfinning utgör lösning på nämnda problem och avser papper bestruket på minst en sida, innefattande baspapper i en ytvikt av 35-65 g/m2 framställt utifrån 10 15 20 25 30 ø-Ary -,,.,v;... u-.f-'J - <1 I» 3:» Lf. en massafiberblandning bestående av högutbytesmassa, med ett utbyte överstigande 80% och med en freeness vid formningen av papperet av 25-350 ml CSF, och kemisk massa och ett bestryk- ningsskikt med en ytvikt av 5-18 g/m2, kännetecknat därav, att den i papperet ingående högutbytesmassan framställts av ved, som till minst 70% kommer från trädslag tillhörande familjen Populus (poppelsläktet).

Exempel på sådana trädslag är asp, hybridasp och poppel.

Vid framställning av högutbytesmassa är det icke ovanligt, att man använder sig av flera vedslag inkluderande såväl lövved (exempelvis björk, bok, m.fl.) som barrved (exempelvis gran, tall m.fl.). För framställning av papperet enligt uppfinningen är det nödvändigt, massadelen av cellulosamassafiberblandningen kommer från träd att minst 70% av fibrerna i högutbytes- tillhörande poppelsläktet.

Vad gäller den kemiska massan kan vilken som helst sådan användas för tillverkning av papperet enligt uppfinningen. Dock föredrages en halvblekt eller fullblekt sulfatmassa av barrved med en ljushet av minst 80% ISO. Blekt eller oblekt sulfitmassa kan också användas. Vad gäller det mängdmässiga förhållandet i papperet mellan högutbytesmassa och kemisk massa kan det varieras huvudsakligen enligt känd teknik, exempelvis av 100 delar kan 30-80 delar utgöras av högutbytesmassa. Papperets egenskaper förbättras med ökande andel aspfibrer i högutbytes- massadelen av cel1ulosamassafiberblandningen och det är före- draget, att minst 90% av högutbytesmassafibrerna kommer från trädslag tillhörande familjen Populus.

Den mäld som baspapperet formas av innehåller förutom ovan angivna specifika cellulosamassafiberblandning tradi- ingredienser såsom fyllmedel, bindemedel, färgämnen och alkali. kritor och leror av varierande slag. Om exempelvis en lera tionella retentionsmedel, Exempel på fyllmedel är av något slag användes som fyllmedel så behöver den vanligen 10 15 20 25 30 35 bara tillsâttas explicit (om ens då) vid uppstarten av papperstillverkning, ty efter det att bestrykningsanlägg- ningen är igång så inblandas i regel det utskott, som upp- står av det bestrukna papperet i den mäld, som införes på pappersmaskinen och på det sättet tillvaratas en del av den vid bestrykningen påförda leran och utgör fyllmedel vid bas- pappertillverkningen.

Papperet enligt uppfinningen har en ljushet. mätt enligt SCAN-C 17:75, som överstiger 75% ISO och företrädesvis över- stiger 78% ISO. Med ökande andel aspfibrer i högutbytes- massan är det möjligt att uppnå höga ljusheter hos det fär- diga bestrukna papperet.

Papperets egenskaper (inkluderande dess ljushet) på- verkas också förutom av bestrykningsskiktets tjocklek, exem- pelvis uttryckt som ytvikt i g/m2. av bestrykningsskik- tets komposition och därför är det lämpligt, att bestryk- ningsskiktet är bildat av en smet med ett innehåll av syn- tetiskt och/eller naturligt bindemedel av 7-25 delar per 100 delar pigment och med ett innehåll av våtstyrkemedel av 0-1.5 delar per 100 delar pigment och det föredrages, att bestrykningsskiktet är bildat av en smet med ett innehåll av syntetiskt och/eller naturligt bindemedel av 9-20 delar per 100 delar pigment och med ett innehåll av våtstyrkemedel av 0.1-1 del per 100 delar pigment. Exempel på pigment är kritor och leror av varierande slag. Förutom ovan angivna beståndsdelar kan i smeten ingå hårdare och färgåmne.

Det bestrukna papperet enligt uppfinningen kan därefter efterbehandlas, exempelvis kalandreras för uppnående av önskad glans hos papperet.

Fördelar Papperet enligt uppfinningen uppvisar flera fördelar.

Vid exempelvis offset-tryckning av papperet enligt upp- finningen har det visat sig möjligt att erhålla ett bra tryckresultat även på ytor med stor färgmângd. Problemen med fiberresning hos denna typ av papper har höggradigt redu- Samtidigt papperet enligt cerats. är körbarheten hos 10 15 20 25 30 uppfinningen i exempelvis tryckpressar god som en följd av, att den specifika i. papperet ingående cellulosamassafiber- blandningen tillåter användande av ett jämförelsevis tunt bestrykningsskikt.

Tidigare kända problem med ljusheten och ljushetsstabi- liteten hos papper av denna typ kan till stor del elimine- ras genom papperet enligt uppfinningen.

Bästa utföringsform Nedan redovisas två utföringsexempel och i anslutning till dessa anges mer preciserade uppgifter om uppbyggnaden av papperet enligt uppfinningen.

Exempel l För att utvärdera egenskaperna ur tryckningssynpunkt hos såväl papperet enligt uppfinningen som ett traditionellt papper har baspapper av båda slagen tillverkats vid ett svenskt pappersbruk och båda papperen har därefter bestru- kits i en pilotbestrykare hos ett schweiziskt företag.

Båda baspapperen framställdes på samma pappersmaskin och vid framställningen av' papperet enligt uppfinningen bestod massafiberblandningen av: a) 70% kemitermomekanisk massa (CTMP) tillverkad av ute- slutande aspved med en freeness av 235 ml CSF och med en ljushet av 84.0% ISO b) 30% blekt tallsulfatmassa med en ljushet av 90.0% ISO c) 8% fyllmedel i form av lera (English China Clay) med handelsnamnet SPS.

Normalt ingår icke fyllmedlet i massafiberblandningen, dvs. i den massasuspension som utsâttes för ett första mal- ningssteg. I dessa två fall skedde tillsatsen av fyllmedlet före det första malningssteget och därför anges fyllmedlet c) här som en del av massafiberblandningen. 10 15 20 25 30 35 Vid framställningen av det traditionella papperet bestod massafiberblandningen av: a) 70% granslipmassa med en freeness av 63 ml CSF och med en ljushet av 78.5% ISO b) 30% blekt tallsulfatmassa med en ljushet av 90.0% ISO c) 8% fyllmedel i form av lera (English China Clay) med handelsnamnet SPS.

Som framgår råder överensstämmelse vad gäller punkterna b) och c) hos massafiberblandningen, medan skillnaden finns hos punkten a).

I båda fallen användes torkad massa i form av balar och ett antal balar med enhetlig vikt av respektive massatyp (i förhållandet 7 till 3) slogs upp i en balupplösare. I bal- upplösaren tillfördes också fyllmedlet.

Respektive massafiberblandning inkluderande fyllmedlet maldes i två steg, först i en konkvarn i. huvudsak direkt efter uppslagning och sammanblandning och sedan, efter till- sats av nedan angivna ämnen, 1 en konkvarn (maskinkvarn) före införandet av den uppkomna mälden på pappersmaskinen, med en sammanlagd energiinsats av 90 kWh/ton massa hos massafiberblandningen för tillverkning av papperet enligt uppfinningen och l20 kWh/ton massa hos massafiberblandningen för tillverkning av det traditionella papperet. Nämnda ener- gimängder styrdes utifrân ett visst talvärde av vakuumet i guskvalsen 1 början av pappersmaskinen.

Den slutliga mälden färdigställdes i respektive fall genom tillsats av följande ämnen i angivna mängder.

Retentionsmedel i form av katjonisk poly- akrylamid med handelsnamnet Polymin KE 40 = 0.l2% Mäldlim av handelsnamnet Aquapel = l.0% Stärkelse av handelsnamnet Empressol NE 25 = 0.63% Natriumvätekarbonat = 0.35% Färgämnen av handelsnamnen Levanylviolett BNZ Eisenoxydschwarz 316 F Pigmosolblau 6900 250 ml/ton papper 280 g/ton papper 17 g/ton papper 10 15 20 25 30 Ovan angivna procentsiffror avser procent av den torra vikten av cellulosamassafiberblandningen i mälden.

Nämnda mälder med ett pH av 7.5 infördes vid var sitt tillfälle via inloppslâdan på pappersmaskinen. Maskinhastig- heten var 390 m/minut och papperets ytvikt i torkad och kon- ditionerad form var 40 g/m2. Två pappersrullar (tam- bourer) med en vikt av 3 ton kördes fram av respektive kva- litet. Den första rullen 1 respektive fall kördes fram för att jämvikt skulle uppstå i pappersmaskinen och nämnda rulle vidarebehandlades icke.

En pappersrulle av vardera kvalitet transporterades till tidigare nämnda pilotbestrykare. vardera sidan av respektive papper pâfördes ett bestryk- ningsskikt av en ytvikt av 12 g/m2 i torkad och kondi- tionerad form.

Bestrykningssmeten bestod av följande komponenter: Pigment; 70 delar krita med handelsnamnet Hydrocarb 90 MH och 30 delar lera med handelsnamnet Hydra- gloss E powder Bindemedel; 10 delar styrenbutadienlatex med handelsnamnet Dow DL 685 och 0.5 delar karboxymetylcellulosa med handelsnamnet CMC FF5 och 0.5 delar poly- vinylalkohol med handelsnamnet Polyviol LL 603.

I övrigt innehöll smeten 0.6 delar hårdare av typen ureaformaldehydharts med handelsnamnet Urecoll S och 0.0025 delar av ett färgämne med handelsnamnet Levanylviolett BNZ.

Smettorrhalten var 68% och pH justerades med natriumhydroxid (Na0H) till 9.0.

De bestrukna papperens ytvikt var således 40 + 2 x 12 = 64 g/mz.

Därefter kalandrerades de båda papperen i en pilotkalan- der vid en hastighet av 400 m/min. Linjetrycket var 130 kN/m och temperaturen var 8S°C. 10 15 20 25 30 35 '-0 (i I (f) C) f» l "J Ljusheten hos papperet enligt uppfinningen 1 kalandrerad form var 80.6% ISO, medan det kalandrerade traditionella papperets ljushet var 77.5% ISO. Ett âldringstest gjordes också och bestod i bestrålning av papperen med ljus från en xenon-lampa under 2 timmar. Papperet enligt uppfinningen förlorade 3.2%-enheter i ljushet. förlorade 3.6%-enheter i ljushet.

Papperet enligt uppfinningen provtrycktes tillsammans med papperet av traditionell sammansättning och ett på mark- naden tillgängligt kommersiellt LWC-papper i en rull-offset tryckpress av märket Zirkon från företaget Polygraph i Leip- zig. Tryckpressen var försedd med ett varmlufttorknings- system med efterföljande kylvalsar från företaget Butab. medan referenspapperet Falsverket efter tryckpressen var också av' märket Zirkon.

Färgsekvensen vid tryckningen var svart, cyan, magenta och gul. Tillverkare av färgerna. vilka var av typ heat-set färg, var företaget Hartmann. Produktnummer för respektive färg var 808-9201 (svart), 805-9200 (cyan), 801-9173 (magenta) samt 803-9198 (gul). Fuktvattnet i färgverken innehöll 4% fuktkoncentrat med handelsnamnet HET 86 från företaget Nordic AB. Färgdensiteterna justerades manuellt av operatörerna efter visuell bedömning mot en förlaga.

En subjektiv rankning av de tryckta proverna genomfördes och visade på goda tryckegenskaper för samtliga papper.

Papperet enligt uppfinningen uppvisade den jämnaste tryck- ytan kopplat till minst tendens till fiberresning. Hos papperet framställt enligt traditionellt sätt var fiberres- ningen betydligt mer markerad. Den kommersiella referensen hade mest markant ytstruktur och därmed mest fiberresning.

Den bättre tryckkvalité som papperet enligt uppfinningen uppvisar framkommer också av ytstrukturen mätt som ytrâhet med en prototyp av instrumentet FIBRO 1000 levererat från företaget FIBRO System AB. Mätning på fem provremsor gav ett medelvärde av 1.4 ' 10- mmz för papperet enligt upp- f1nn1ngen een 3.3 ° 1o"2 respektive 3.2 ' 1o'2 mmz för papperet framställt på traditionellt sätt respektive det kommersiella papperet. 10 15 20 25 30 10 Exempel 2 Ett papper i enlighet med uppfinningen framställdes genom att baspapper inledningsvis framställdes vid en för- sökskörning i ett svenskt pappersbruk.

Massafiberblandingen bestod av: 67% kemitermomekanisk massa (CTMP) tillverkad av en ved- blandning bestående av 80% asp och 20% gran med en free- ness av 56 ml CSF och med en ljushet av 83.0 % ISO. 33% blekt tallsulfatmassa med en ljushet av 90.02 ISO. l2.5% fyllmedel i form av kaolin från English China Clay, grad C. a) b) Efter uppslagning av nämnda cellulosamassor och inbland- ning av fyllmedlet i massasuspensionen maldes densamma först 1 mâlderiet i en konkvarn och efter tillsats av nedan an- givna ämnen som avslutning före pappersmaskinen också i en konkvarn. Sammanlagda malenergin uppgick till 50 kWh/ton massa.

Den slutliga mälden färdigställdes genom tillsats av följande ämnen i angivna mängder.

Retentionsmedel i form av katjonisk polyakrylamid med handelsnamnet Percol 1243 =0.036% Mäldlim 1 form av katjonaktivt hartslim med handelsnamnet T-lim 23 =0.9% Alun =l.2% Natriumvâtekarbonat =O.52% Färgämnen med handelsnamnen Pigmosolblau 6900 B36 Flexonylviolett RL V17 Optiskt vitmedel med handelsnamnet Blankophor P 3.1 1/ton papper Ovan angivna procentsiffror avser procent av den torra 2.6 g/ton papper 1.6 g/ton papper vikten av cellulosamassafiberblandningen i mälden. 10 15 20 25 30 ll :eg xïf Oulu «:r_ När mälden infördes på pappersmaskinen var dess pH =5.0.

Maskinhastigheten var 240 m/minut och det uppkomna papperets ytvikt. i torkad och konditionerad form, var 60 g/mz.

Nämnda baspapper beströks därefter i en kommersiell bestrykningsanläggning. Följande smetrecept. som är vanligt för offsetpapper, användes.

Pigmentz 70 delar lera handelsnamnet SPS 30 delar krita med handelsnamnet Hydrocarb 90 HH 9 delar styrenbutadienlatex: med handelsnamnet Dow DL 685 och 1.2 delar karboxymetylcellulosa med handelsnamnet CMC FF5.

(English China Clay) med Bindemedel: I övrigt tillsattes i smeten 0.8 delar härdare av typen ureaformaldehydharts med handelsnamnet Urecoll S och 0.8 delar optiskt vitmedel med handelsnamnet Blankophor P. Smet- torrhalten var 60% och pH justerades med ammoniak (NH3) till 8.5.

Bestrykningsmaskinen kördes med en hastighet av 650 m/minut och ett bestrykningsskikt av 15 g/m2, 1 torkad och konditionerad form. lades på vardera sida av papperet.

Det bestrukna papperets ytvikt blev således 60+2xl5 = 90 g/m2.

Därefter kalandrerades det bestrukna papperet 1 en superkalander vid ett linjetryck av 175 kN/m och en tempera- tur av 45°C till 65% glans mätt enligt Lehmann - LGDL - 02.

Ljusheten hos det kalandrerade papperet var 82.6% ISO.

Papperet enligt uppfinningen provtrycktes i en 4-fârgs arkoffset tryckpress av märket Roland Favorit med IR-tork- ning efter sista färgverket. Vattnet i fuktverket innehöll 8% isopropylalkohol och. 4% fuktvattentillsats med handels- namnet Combifix. Tryckningen skedde med normal färgsekvens, dvs. svart, cyan, magenta och gul. Tryckfârgerna var till- 10 :in 12 verkade av företaget Hartmann med handelsnamnet Irocart.

Färgdensiteten för respektive färg hölls vid 2.20, 1.60, 1.50 samt 1.08 mätt enligt Grapho Metronic.

Tryckresultatet bedömdes okulärt och befanns vara i nivå med det tryckresultat, som uppnås av på marknaden befintliga träfria glättade papper, dvs. sådana bestrukna papper där massafiberblandningen är helt baserad på kemisk massa. Den fiberresning och därmed sammankopplade problem ur tryck- kvalitetssynpunkt som är vanlig hos papper med ett visst innehåll av högutbytesmassa baserad på barrfibrer kunde ej observeras hos papperet enligt uppfinningen.

Claims (6)

10 15 20 25 /3 VLL. EIÄEIÄKR bli.

1. Papper bestruket på minst en sida, innefattande baspapper i en ytvikt av 35-65 g/m2 framställt utifrân en massafiber- blandning bestående av högutbytesmassa, med ett utbyte över- stigande 80% och med en freeness vid formningen av papperet av 25-350 ml CSF. och kemisk massa och ett bestrykningsskikt med en ytvikt av 5-18 g/m2, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v, att den i papperet ingående högutbytesmassan framställts av ved, som till minst 70% kommer från trädslag tillhörande familjen Qgpglgg (poppelsläktet).

2. Papper enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v, att den i papperet ingående högutbytesmassan fram- ställts av ved, som till minst 90% kommer från trädslag till- hörande familjen Populus (poppelsläktet).

3. Papper enligt patentkraven 1-2, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v, att ljusheten mätt enligt ISO överstiger 75%.

4. Papper enligt patentkraven l-2, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v. att ljusheten mätt enligt ISO överstiger 78%.

5. Papper enligt patentkraven 1-4, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v. att bestrykningsskiktet är bildat av en smet med ett innehåll av syntetiskt och/eller naturligt bindemedel av 7-25 delar per l00 delar pigment och med ett innehåll av vâtstyrke- medel av 0.1-5 delar per 100 delar pigment.

6. Papper enligt patentkraven 1-4, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v, att bestrykningsskiktet är bildat av en smet med ett innehåll av syntetiskt och/eller naturligt bindemedel av 9-20 delar per l00 delar pigment och med ett innehålla av våtstyrke- medel av 0.1-l del per 100 delar pigment.