SE523746C2 - Förfarande för ökning av fyllmedelsretention hos cellulosafiberark - Google Patents

Description

20 25 30 35 523 746 n o en a: 2 Enligt en utföringsform tillhandahålles fiberark med kvarhàllna, positivt laddade och/eller amfotera fyll- medelpartiklar, och enligt en annan utföringsform till- handahålles fiberarken med kvarhållna, negativt laddade och/eller amfotera fyllmedelpartiklar.

Enligt ytterligare en aspekt tillhandahàlles ett förfarande för ökning av dränering, eller avvattning, från en pappersmäld. Enligt förfarandet införlivas cellu- losafibrer med en ökning av anjoniska säten i mälden.

Kortfattad beskrivning av ritningarna De föregående aspekterna av och många av de åtföl- jande fördelarna med denna uppfinning kommer att framgå tydligare med hänvisning till den detaljerade beskrivning som följer tillsammans med de åtföljande ritningarna, på Vilka: Fig 1 är ett diagram som visar limningsförändring som en funktion av tillsatt katjonisk stärkelse för fiberark bildade i enlighet med föreliggande uppfinning.

Fig 2 är ett diagram som visar limningsförändring som en funktion av tillsatt limningsmedel för fiberark bildade i enlighet med föreliggande uppfinning.

Fig 3 är ett diagram som visar procentandel kvarhàl- let fyllmedel som en funktion av tillsatt katjonisk stär- kelse för fiberark bildade i enlighet med föreliggande uppfinning.

Fig 4 är ett diagram som visar procentandel aska i ark som en funktion av tillsatt katjonisk stärkelse för fiberark bildade i enlighet med föreliggande uppfinning.

Fig 5 är ett diagram som visar dräneringstid som en funktion av procentandel aska i ark för fiberark bildade i enlighet med föreliggande uppfinning.

Fig 6 är ett diagram som visar specifik förlängnin- gsstyvhet som en funktion av procentandel aska i ark för fiberark bildade i enlighet med föreliggande uppfinning. øn1nu 10 15 20 25 30 35 O I I 7 I O. 3 Fig 7 är ett diagram som visar dragindex som en funktion av procentandel aska i ark för fiberark bildade i enlighet med föreliggande uppfinning.

Detaljerad beskrivning av den föredragna utföringsformen Föreliggande uppfinning tillhandahåller ett förfa- rande för ökning av fyllmedelsretention hos cellulosa- fiberark. Förfarandet tillhandahåller ett cellulosafiber- ark med kvarhållna fyllmedelpartiklar. När fibrer med en ökning av anjoniska säten och fyllmedelpartiklar inför- livas i en pappersmäld, och mälden avsätts på pappers- maskinens formningsvira, kan den resulterande mälden dräneras med en ökad hastighet i förhållande till jämförbara mälder, vilka saknar cellulosafibrer med en ökning av anjoniska säten.

Som det används här avser termen "fyllmedelpartikel" positivt laddade fyllmedelpartiklar, negativt laddade fyllmedelpartiklar och amfotera fyllmedelpartiklar. Amfo- tera partiklar kan antingen vara formellt laddade (dvs positivt eller negativt laddade) eller sakna formell laddning. Fyllmedelpartiklar som är användbara vid före- liggande uppfinning kvarhàlles vid cellulosafibrer genom elektrostatisk bindning och association. Allmänt gäller att fyllmedelpartiklar är tillsatsmedel av icke-cellu- losapartiklar i kombination med cellulosafibrer i pap- perstillverkningsprocessen för åstadkommande av pappers- produkter som har förbättrade egenskaper jämfört med pap- persprodukter innehållande endast cellulosafibrer.

I allmänhet inkluderar förfarandet enligt uppfinnin- gen anbringande av antingen (1) positivt laddade och/el- ler amfotera fyllmedelpartiklar eller (2) ett katjoniskt retentionshjälpmedel och negativt laddade och/eller amfo- tera fyllmedelpartiklar till cellulosafibrer med ett ökat antal fixa, anjoniska säten. Termerna "cellulosafibrer med ett ökat antal fixa, anjoniska säten" och “cellulosa- fibrer med en ökning av anjoniska säten" avser cellulosa- fibrer som har modifierats så att antalet tillgängliga Iran: 10 15 20 25 30 35 :aa n' anjoniska säten i fibrerna ökas i förhållande till mot- svarande fibrer, vilka inte har modifierats på så sätt.

Cellulosa är, pà grund av sina hydroxylgrupper, en polär molekyl, som kan bilda vätebindningar med andra po- lära molekyler, såsom andra cellulosamolekyler, till bil- dande av fibrer. Vedmassafibrer innehåller cellulosa och hemicellulosaföreningar. Hemicellulosaföreningar innehål- ler ett litet antal karboxylgrupper, varvid fibrerna för- ses med en totalt sett negativ laddning. Följaktligen har cellulosa en viss naturlig tendens till kvarhållande av vissa andra material. För ökning av cellulosas kapacitet att bilda bindningar med, och till retention av, vissa material, åstadkommer förfarandet enligt föreliggande uppfinning en ökning av antalet säten på fibern, till vilka bindning kan ske. Följaktligen förser tillsatsen av fixa, anjoniska säten (t ex karboxylgrupper) till cellu- losafibrer fibrerna med ytterligare säten eller positio- ner, genom vilka bindning till katjoniska species kan ske. Vid utövande av uppfinningen är det antal karboxyl- grupper som tillsätts en fiber inte särskilt kritiskt och kan styras för åstadkommande av fibrer med önskad kapaci- tet för, och retention av, vissa material. Allmänt gäller att ju större antal fixa, anjoniska säten för en cellu- losafiber, desto större fyllmedelsretention hos fiberark införlivande dessa fibrer. I allmänhet kommer en ökning av antalet karboxylgrupper för en cellulosafiber att öka dess kapacitet för bindning till katjoniska material och dess förmåga till kvarhållande av dessa material. Som det används häri avses med termen "bindning" den elektrosta- tiska, attraktiva kraften mellan motsatt laddade materi- al, såsom en cellulosafibers anjoniska säten och ett kat- joniskt retentionshjälpmedel eller en positivt laddad fyllmedelpartikel. Termen "laddad" avser material och partiklar vilka har formella positiva och negativa ladd- ningar samt material som saknar formell laddning, men som har förmåga till elektrostatisk bindning och association genom dipolära interaktioner. v. 11::- 10 15 20 25 30 35 523 746 :;..i 5 Anjoniska säten kan föras in i en cellulosafiber, exempelvis genom kemisk modifiering av fibern för ökning av fiberns karboxylhalt. Lämpliga förfaranden för ökning av en fibers karboxylhalt inkluderar vilket förfarande som helst som resulterar i införlivande av karboxylgrup- per. Det är föredraget att införande av karboxylgrupper i cellulosamassa sker utan avsevärd tvärbindning och utan att massans polymeriseringsgrad avsevärt reduceras. Lämp- liga förfaranden är kända pà omrâdet och inkluderar kar- boxylering av cellulosafibrer, såsom beskrivs i US pa- tentskrift 5 667 637 i namnet Jewell et al avseende cellulosakarboxietylering, US patentskrift 5 755 828 i namnet Westland avseende polyakrylsyrakarboxylering av cellulosafibrer och US patentansökan 09/222 372, inlämnad den 29 december 1998, avseende cellulosasuccinylering, var och en överlàten till Weyerhaeuser Co och uttryckligen införlivad häri ge- nom referens. Andra karboxylerade cellulosafibrer och förfaranden för deras bildande är kända och är lämpliga vid utövande av föreliggande uppfinning. Exempelvis är karboximetylerad cellulosa (CMC) en lämplig, karboxylerad cellulosafiber. Karboxylerade cellulosafibrer, framställ- da genom TEMPO-katalyserad oxidation av cellulosa, är ett annat lämpligt förfarande för ökning av avtalet cellu- losakarboxylgrupper. Enligt detta förfarande är de bilda- de cellulosakarboxylgrupperna glukuronsyragrupper. Dessa fibrer och förfaranden för deras bildande beskrivs i US patentansökan 09/272 137, benämnd "Method of Making Car- boxylated Cellulose Fibers and Products of the Method", inlämnad den 19 mars 1999, överlàten till Weyerhaeuser Co och uttryckligen införlivad häri genom referens.

För framställning av en produkt som inkluderar en katjonisk fyllmedelpartikel från cellulosafibrer, vilka har modifierats sà att de inkluderar ett ökat antal fixa, anjoniska säten (t ex en karboxylerad fiber), behandlas fibern som har en ökning av anjoniska säten med en posi- tivt laddad fyllmedelpartikel. Exempelvis kan fibrer med »~n»v 10 15 20 25 30 35 523 746 6 en ökning av anjoniska säten kombineras med positivt lad- dade fyllmedelpartiklar i en vattenbaserad slurry, eller uppslamning, och därefter avsättas på ett perforerat un- derlag till bildande av en våtkomposit. När det väl har avsatts sker dränering av slurryns dispersionsmedium från våtkompositen, och vid den efterföljande torkningen fram- ställs ett ark bestående av cellulosafibrer med kvarhåll- na, positivt laddade fyllmedelpartiklar. Alternativt kan en blandning innefattande ett katjoniskt fyllmedel och ett anjoniskt retentionshjälpmedel framställas och där- efter sättas till en blandning av cellulosafibrer och ett katjoniskt retentionshjälpmedel. Exempelvis kan ett posi- tivt laddat fyllmedel, såsom katjoniskt kalciumkarbonat (PCC), blandas med anjonisk polyakrylamid (t ex anjoniskt retentionshjälpmedel) och därefter sättas till en bland- ning av cellulosafibrer och ett katjoniskt retentions- hjälpmedel (t ex katjonisk stärkelse).

Positivt laddade fyllmedelpartiklar som är användba- ra vid föreliggande uppfinning inkluderar kalciumkarbo- nat, såsom krita och utfällt kalciumkarbonat ("precipita- ted calcium carbonate", PCC) samt aluminiumtrihydrat. Ut- fällt kalciumkarbonat är en föredragen, positivt laddad fyllmedelpartikel.

Eftersom cellulosafibrer, vilka är modifierade så att de har en ökning av anjoniska säten, är anjoniska till sin beskaffenhet, kan inte negativt laddade fyll- medelpartiklar kombineras direkt med sådana fibrer för åstadkommande av fibrer med kvarhàllna, negativt laddade fyllmedelpartiklar. I förfarandet enligt uppfinningen är negativt laddade fyllmedelpartiklar bundna till cellu- losafibrer med en ökning av anjoniska säten genom ett mellanliggande, katjoniskt retentionshjälpmedel. Det katjoniska retentionshjälpmedlet har till uppgift att binda till cellulosafibrerna genom ifrågavarande anjoniska säten för åstadkommande av fibrer, vilka har en effektiv katjonisk yta. Genom retentionshjälpmedlet binds negativt laddade fyllmedelpartiklar till fibrernas katjoniska yta för åstadkommande av cellulosafibrer med »;1.a 10 15 20 25 30 35 523 746 7 för àstadkommande av cellulosafibrer med kvarhàllna, negativt laddade fyllmedelpartiklar.

Cellulosafiberark med kvarhàllna, negativt laddade fyllmedelpartiklar kan bildas sekventiellt genom att man först behandlar fibrer, vilka har en ökning av anjoniska säten, med ett katjoniskt retentionshjälpmedel och där- efter behandlar de resulterande fibrerna med negativt laddade fyllmedelpartiklar. Exempelvis kan det katjoniska retentionshjälpmedlet kombineras med de anjoniska cellu- losafibrerna i en vattenbaserad slurry. Till den resulte- rande slurryn sätts negativt laddade fyllmedelpartiklar.

Förekomsten av överskottsmängder av katjoniskt reten- tionshjälpmedel kan emellertid göra både fyllmedlet och fibern katjonisk och därigenom reducera fyllmedelsreten- tion. Därefter kan slurryn avsättas på ett perforerat underlag och vátkompositen torkas för àstadkommande av ett ark bestående av cellulosafibrer med kvarhàllna, negativt laddade fyllmedelpartiklar. Alternativt kan en blandning av katjoniska retentionshjälpmedel och negativt laddade fyllmedelpartiklar sättas till fibrerna med ett ökat antal anjoniska säten.

Katjoniska retentionshjälpmedel som är användbara vid föreliggande uppfinning inkluderar hartser, såsom polyamidepiklorhydrin (kommersiellt tillgängligt under handelsnamnet KYMENE fràn Hercules Inc, Wilmington, DE, USA, t ex KYMENE 557H), polyetylenimin och polyakrylamid (kommersiellt tillgänglig under handelsnamnet PAREZ fràn American Cyanamid Co, Stanford, CT, USA, t ex PAREZ 631 NC och PAREZ 75OB, CYPRO 514 och ACCOSTRENGTH 711 fràn American Cyanamid Co, Wayne, NJ, USA), katjoniska urea- formaldehyd- och melaminformaldehydhartser, katjonisk stärkelse (kommersiellt tillgänglig under beteckningen WESCAT EF katjonisk stärkelse fràn Western Polymer Co, Moses Lake, WA, USA), katjoniskt, dialdehydstärkelsebase- rat harts (kommersiellt tillgängligt under beteckningen CALDAS från Japan Carlet, National Starch 78-0080, COBOND 1000 från National Starch and Chemical Corp, New York, 10 15 20 25 30 35 . -nano 523 746 8 NY, USA). Andra användbara retentionshjälpmedel inklude- rar katjoniska polymerer, såsom kitosan och katjoniska siloxaner. Föredragna katjoniska retentionshjälpmedel inkluderar katjonisk polyakrylamid och katjoniska stär- kelser.

Negativt laddade fyllmedelpartiklar som är använd- bara vid föreliggande uppfinning inkluderar malen kalk- sten eller marmor (kalciumkarbonat tillfört i starkt an- jonisk form beroende på polyanjoniska dispergerings- titandioxid (försedd med medel), lera (milt anjonisk), anjoniskt dispergeringsmedel), silika, natriumaluminat- silikater och kalcinerad lera. Föredragna negativt ladda- de fyllmedelpartiklar inkluderar partiklar av lera och malen kalksten.

Cellulosafibrer är grundbestàndsdelen hos produkten enligt föreliggande uppfinning. Lämpliga fibrer inklude- rar vilken cellulosafiber som helst som kan modifieras för ökning av fibrernas fixa, anjoniska säten. Lämpliga fibrer inkluderar cellulosafibrer som kan modifieras så att de inkluderar karboxylgrupper. Fastän de är tillgäng- liga från andra källor utvinnes cellulosafibrer huvudsak- ligen från vedmassa. Lämpliga vedmassafibrer för använd- ning vid uppfinningen kan erhållas från välkända, kemiska processer, såsom Kraft- och sulfitprocesserna, med eller utan efterföljande blekning. Massafibrerna kan även be- arbetas genom termomekaniska eller kemitermomekaniska förfaranden, eller kombinationer därav. Den föredragna massafibern är framställd genom kemiska förfaranden. Man återanvända vedmassafibrer, samt blekta och oblekta ved- massafibrer. Det föredragna startmaterialet är framställt kan använda slipvedfibrer, eller returvedmassafibrer, från làngfibriga barrvedarter, såsom southern pine, doug- lasgran, gran och hemlock. Detaljer om framställning av vedmassafibrer är välkända för fackmannen på omrâdet.

Dessa fibrer är kommersiellt tillgängliga från ett antal olika företag, inklusive Weyerhaeuser Company. Exempelvis är lämpliga cellulosafibrer, vilka är framställda från :unna »«>,. 10 l5 20 25 30 35 523 746 9 southern pine och användbara vid föreliggande uppfinning, tillgängliga från Weyerhaeuser Company under beteckning- arna CF4l6, NF405, PL4l6, FR5l6 och NB4l6. Andra lämpliga cellulosafibrer kan erhållas från blekt nordbarrvedkraft- massa inkluderande barrved av typen Grand Prairie och Prince Albert NBK, blekt douglasgrankraftmassa inklude- rande Kamloops kraftmassa, blekt lövvedkraftmassa och sulfitmassor samt blekta barrvedsulfitmassor. Andra före- dragna massor inkluderar blekta, kemiska lövvedmassor som vanligtvis används vid framställning av finpapper.

Vedmassafibrer som är användbara vid föreliggande uppfinning kan även förbehandlas före användning vid föreliggande uppfinning. Denna förbehandling kan inklude- ra fysikalisk behandling, såsom att fibrerna utsätts för ånga, eller kemisk behandling.

Exempel pà förbehandling av fibrer inkluderar, fast- än de inte ska tolkas som en begränsning, tillsättning av brandskyddsmedel till fibrerna, samt ytaktiva föreningar eller andra vätskor, såsom vatten eller lösningsmedel, vilka modifierar ytkemin hos fibrerna. Andra förbehand- lingar inkluderar införlivande av antimikrobiella medel, pigment och densifierings- eller mjukgöringsmedel. Även fibrer som är förbehandlade med andra kemikalier, såsom termoplastiska och värmehärdande hartser, kan användas. Även kombinationer av förbehandlingar kan användas.

Enligt en annan aspekt tillhandahåller föreliggande uppfinning cellulosafiberark med kvarhållna fyllmedel- partiklar. Enligt en utföringsform av uppfinningen är fyllmedelpartiklarna positivt laddade. För dessa fiber är positivt laddade fyllmedelpartiklar bundna till fibrerna genom fibrernas anjoniska säten eller genom en kombina- tion av anjoniska och katjoniska retentionshjälpmedel.

Enligt en annan utföringsform är fyllmedelpartiklarna negativt laddade. För dessa fibrer är negativt laddade fyllmedelpartiklar bundna till fibrerna genom ett kat- joniskt retentionshjälpmedel, vilket är bundet till fib- rerna genom fibrernas anjoniska säten. Enligt ytterligare oana- »1m» lO 15 20 25 30 35 523 746 :se n. 10 en utföringsform är amfotera partiklar bundna till fib- rerna, vilka har fixa, anjoniska säten, genom katjoniska och/eller anjoniska retentionshjälpmedel. De fixa, an- joniska sätena inkluderar, enligt en föredragen utförin- gsform, karboxylgrupper, vilka har införlivats i cellulo- safibern.

Det är föredraget att fiberarken inkluderar karboxy- lerade fibrer, till vilka malen kalksten och/eller ler- partiklar har kvarhàllits genom katjonisk polyakrylamid som retentionshjälpmedel.

Enligt en annan aspekt av föreliggande uppfinning tillhandahàlles ett förfarande för ökning av dränerings- hastigheten hos en pappersmaskin. Enligt förfarandet in- förlivas cellulosafibrer med en ökning av anjoniska säten i en konventionell pappersmäld. Pà grund av förekomsten av fibrer med en ökning av anjoniska säten i mälden så ökas vattendräneringen kraftigt från mälden, vilken är avsatt pà formningsviran hos en pappersmaskin, jämfört med en liknande mäld, som saknar fibrer med kvarhàllna fyllmedelpartiklar. Fibrerna med en ökning av anjoniska säten kvarhàller fyllmedelpartiklar i arket, varigenom mängden fyllmedel i pappersmaskinens bakvatten reduceras.

Följaktligen kan en pappersmaskin, vars produktionshas- tighet begränsas av dränering, öka sin produktion genom införlivande av fibrer med en ökning av anjoniska säten i enlighet med förfarandet enligt uppfinningen. En mäld inkluderande fibrer med en ökning av anjoniska säten möj- liggör pà ett liknande sätt införlivande av kraftigt raf- finerade fibrer med relativt làg freeness för àstadkom- mande av ett ark med ökad arkhàllfasthet, och som kan bildas med ett acceptabelt dränering/produktion-förhál- lande Det ökade karboxylinnehàllet i cellulosafibrer för- ser fibrerna med ett stort antal fixa, anjoniska säten och resulterar i ökad fyllmedelkapacitet och retention för det fiberark som införlivar dessa fibrer. För pap- persprodukter ökas limning genom ökning av retentionen »n;n| 11,1: 10 15 20 25 30 35 523 746 ll hos katjoniska limningsemulsionpartiklar, vidare resulte- rande i förbättrad tryckbarhet. Beträffande bildande av ark kan vàtpartidränering fràn pappersmaskiner och ma- skinhastighet ökas genom partiell flockulering av de kraftigt karboxylerade fibrerna och fint material med katjoniska vátpartitillsatsmedel. Arkhàllfastheten kan även ökas genom ökning av bindningen av àtervunna mälder med tillsats av kraftigt karboxylerade fibrer, genom ök- ning av retention av katjonisk stärkelse eller genom ökad retention av andra katjoniska, polymera torr- och vàt- styrketillsatsmedel.

Avsikten med de följande exemplen är àskádliggöran- de, inte begränsning, av föreliggande uppfinning.

Exempel Exempel 1 Jämförelse av karakteristika och egenskaper hos handark framställda fràn cellulosafibrer med kvarhàl- let fyllmedel I detta exempel jämförs karakteristika och egenska- per hos handark framställda fràn cellulosafibrer med en ökning av anjoniska säten. Handarken framställdes fràn en stamblandning innehållande 70 viktprocent lövved (dvs Prince Albert lövvedmassa raffinerad till 500 CSF i en malningsholländare av typen Valley) och 30 viktprocent barrved. Barrveden var Grand Prairie barrvedmassa, raffi- nerad till 300 CSF. För àskàdliggörande av föreliggande uppfinnings fördelar framställdes handark fràn tvà typer av barrvedmassa: (1) barrvedmassan enligt ovan utan ytterligare behandling och med ca 3,5 milliekvivalenter (mekv) karboxylgrupper/100 g massa (betecknad GP i figu- rerna) och (2) karboxietylerad barrved framställd fràn barrveden ovan med ca 23 mekv karboxylqrupper/100 g massa (betecknad CW i figurerna), varvid massa innehållande cellulosafibrer har en ökning av anjoniska säten.

Finpapperhandark bildades med tillförsel av följande tillsatsmedel i tur och ordning till en fiberslurry (0,5% »»»»n 10 15 20 25 30 35 523 746 nu» n 12 konsistens) under omrörning vid 750 rpm i ett Britt-kärl: (1) tillsats av 0,5, 1, 2 eller 4 viktprocent katjonisk stärkelse, baserat pà de fasta bestàndsdelarnas totala vikt, följt av omrörning under 1 minut, (2) tillsats av 2,7 eller 4,0 pund av ett limningsmedel (ASA, alkylbärnstensyraanhydrid) per ton fiber, följt av omrörning under 15 sekunder, (3) tillsats av 25, 35 eller 45 viktprocent skalenohed- ralt, utfällt kalciumkarbonat (sPCC), baserat pà de fasta bestàndsdelarnas totala vikt, följt av omrörning under 15 sekunder, och (4) tillsats av 0,5 pund av ett anjoniskt retentions- hjälpmedel (ACCURAC 171) per ton fiber, följt av omrör- ning under 1 minut.

En tillräcklig mängd stamblandning tillsattes för àstadkommande av ett ark med en ytvikt av ca 75 g/m2.

Icke-kvarhàllet material orsakade emellertid lägre arkyt- vikter.

Limningen av jämförelsearken bestämdes genom "Hercu- les Sizing Test" (HST), vilket uppmätte antalet sekunder som bläcket hålls pà papperets yta innan det sugs in och väter arket. I fig 1 visas resultaten för handark som in- begriper GP (3,5 mekv karboxylqrupper/100 g massa) och CW (23 mekv karboxylqrupper/100 g massa) med 0,5, 1, 2 och 4 viktprocent katjonisk stärkelse, baserat på de fasta be- stàndsdelarnas totala vikt och antingen 25, 35 eller 45 viktprocent fyllmedel (PCC), baserat pá de fasta be- stàndsdelarnas totala vikt.

HST ökar vid minskning av fyllmedel och minskar i allmänhet vid ökning av katjonisk stärkelse, såsom visas i fig 1. Handark framställda från CW-barrved visade i allmänhet signifikant ökad limning, större än ca 50 pro- cent eller mer, jämfört med GP-barrvedinnehàllande ark.

I fig 2 visas limning av handark som en funktion av limningsmedel för CW- och GP-innehållande handark. Såsom visas i fig 2 ökar i allmänhet limning med ökning av lim- ningsmedel, och handark framställda frán CW-barrved upp- |aa|u 10 15 20 25 30 35 a ø .n - . n . . .. ..., _ _ - n - v a o n g ' "" ' ' . . » . . . . I 'u 'fi I f ' " " " ... .. . . .. .. .. *_ g --; 5 ¿ . .. . . . . . . . ; 1 , . . . .. .n ._ .É. ; ' nu' u. 13 visade i allmänhet signifikant ökad limning, större än ca 50 procent eller mer, jämfört med GP-innehållande ark.

I fig 3 visas mängden kvarhàllet fyllmedel för CW- och GP-innehållande handark som en funktion av procent- andelen katjonisk stärkelse för tillsats av 25, 35 och 45 procent fyllmedel. Såsom visas i fig 3 minskar fyll- medelsretention i allmänhet med en ökning av katjonisk stärkelse, och handark framställda från CW-barrved uppvi- sade i allmänhet signifikant ökad fyllmedelsretention, större än ca 5 procent eller mer, jämfört med GP-innehàl- lande ark.

Mängden kvarhàllet fyllmedel i ett handark kan be- stämmas genom förbränning av handarket till aska. I fig 4 jämföres procentandelen aska i handark för CW- och GP- innehållande handark som en funktion av procentandelen katjonisk stärkelse för tillsats av 25, 35 och 45 procent fyllmedel. Såsom visas i fig 4 minskar askhalten i all- mänhet med en ökning av katjonisk stärkelse, och handark framställda från CW-barrved uppvisade i allmänhet ökad askhalt jämfört med GP-innehållande ark. Dessa resultat är förenliga med dem ovan beskrivna, avseende fyllmedels- retention.

Dräneringstid under arkbildande i en arkform bestäm- des för CW- och GP-innehållande handark. Dräneringstid för handark som en funktion av askhalt i arket bestämdes, och resultaten visas i fig 5. Sàsom visas i fig 5 minskar i allmänhet dräneringstiden med en ökning av kvarhàllet fyllmedel, och handark innehållande CW-barrved hade sig- nifikant minskade dräneringstider, ca 5 procent, jämfört med GP-handark. Den tid som krävs för dränering av de ark som bildas i enlighet med föreliggande uppfinning är kor- tare än den för jämförbara ark, vilka inte inkluderar sà- dana fyllmedelkvarhàllna fibrer.

Hàllfastheten hos handark innehållande CW-barrved med en ökning av kvarhàllet fyllmedel var jämförbar med GP-innehållande handark med en mindre mängd kvarhàllet fyllmedel. I fig 6 visas specifik förlängningsstyvhet 10 15 20 25 30 35 f. II! O O OI I I nu _... . f f. .n o n g "' ' ...... .:'. -::: x': f" "', '9 n . 4 i n a .- . . ; ; 1 -g ~__. u . ~ . f . - ,, U N. H H. .vu »n 14 (mätt i meter) som en funktion av procentandelen kat- jonisk stärkelse för CW- och GP-innehållande handark vid tillsats av 25, i fig 6 ökar i allmänhet styvheten med en ökning av stär- 35 och 45 procent fyllmedel. Såsom visas kelse och en minskning av kvarhàllet fyllmedel. Styvheten hos CW-innehållande ark var något lägre, men jämförbar med de GP-innehållande arken.

I fig 7 visas dragindexet (mätt i NM/9) som en funk- tion av procentandelen aska i arket. Såsom visas i fig 7 minskar i allmänhet draghållfasthet med en ökning av ask- halt och en ökning av kvarhàllet fyllmedel. Dragindexet för handark innehållande CW-barrved var något lägre, men jämförbart med GP-innehållande handark.

Resultaten ovan åskådliggör att cellulosafiberark bildade i enlighet med följande uppfinning uppvisar för- delaktiga egenskaper, inklusive ökad fyllmedelsretention, minskade dräneringstider och ökad limning jämfört med jämförbara ark, vilka saknar fibrer med en ökning av an- joniska säten. Dessutom drabbas inte arken enligt uppfin- ningen av en minskad hållfasthet som ett resultat av sin ökade fyllmedelsretention, Exempel 2 Mätning av dräneringshastighet och framställ- ning av handark med låg ytvikt och låg densitet Ca 30-31 g massa raffinerades i en PFI-raffinör till 570i5 ml Canadian Standard Freeness. Nitton gram (torrba- serad) raffinerad massa i totalt 2000 ml vatten placera- des i en British-laboratorieuppslagare, 2,28 g av en lös- ning med 12,5% Kymene 557H tillsattes, och slurryn upp- slogs under 10 minuter. Den resulterande, uppslagna massaslurryn späddes ut till 19 l till bildande av en slurry med 0,l% konsistens. Denna slurrys dräneringshas- tighet uppmättes genom den tidsrymd det tar att passera 300 ml filtratvatten, med användning av en vätskeslurry- huvudhöjd ("liquid slurry head height") av 36 tum, genom en cirkulär formningsvira för handark med en diameter av 1,0 tum, innehållande 84x76 trådar per tum. Formningsvi- 10 l5 20 25 30 -ø-ou; n p. n. . . ,, , f . 1 u . 0 I n :n 1 Å I 'z ' ao: :m n. . , , , i . . I.. . , . - f š v in IIQ v mo; n 15 ran erhölls fràn Albany International, 435 Sixth St, Me- nasha, WI, 54952, USA.

En däckelbox med dimensionerna 12 tum x 12 tum an- vändes för bildande av handark med en ytvikt av ca 26 g/m2 och en densitet av 240 kg/mf pà den ovan beskrivna formningsviran. För varje massa bildades fem ark. Arken pressades inte. Avvattning av handarken àstadkoms genom att arken, vilka fortfarande var pá formningsviran, pas- serades över en vakuumslits. Arken torkades pà en àngupp- värmd trumtork och sattes i en ugn vid l05°C under en timme. Arkens vàtsprickningsstyrka ("wet burst strength") uppmättes på en Thwing Albert Model 1300-177 Wet Burst Tester, tillverkad av Thwing Albert Instrument Co, Phila- delphia, PA, 19154, USA. Åtta mätningar gjordes för varje massa, medelvärdet beräknades och användes som vàtsprick- ningsstyrkan.

Exempel 3 Vàtsprickningsstyrka och dräneringshastighet hos kraftigt karboxylerade fibrer Massaprov 5C tvättades med en 1%-ig CaCl2-lösning, följt av vatten, till bildande av en kraftigt karboxyle- rad massa i vilken väsentligen alla katjoner är kalcium, vilken betecknas prov 5C1. Prov SC1 blandades med blekt nordkraftmassa av typen Grande Prairie Softwood vid ett förhållande av 10% prov 5C1 och 90% blekt nordkraftmassa.

Denna blandning användes vid de evalueringar som beskrivs i exempel A, och jämfördes med en massa bestående av 100% Grande Prairie Softwood. Massablandningen innehållande 10% kraftigt karboxylerade fibrer uppvisade en 17%-ig minskning av dräneringstid och något förbättrad vàt- sprickningsstyrka i jämförelse med den 100%-iga Grande Prairie-massan vid likadan freeness. Resultaten samman- fattas i tabell 1. a mysen. :enas 10 15 20 25 30 523 746 :ro-- 16 Tabell 1 Dräneringstid och vàtspricknin sjämförelse Massa Dräneringstid Vàtsprickning (sekunder) (g) Blandning 166 1152 100% Grande Prairie Softwood 201 1136 Exempel 4 Framställning av kraftigt karboxylerade fibrer I de hittills visade exemplen har produktens maxima- la karboxylhalt varit ca 25 mekv/100 g. Det är med lätt- het möjligt att framställa en fiberprodukt med mycket kraftigare substituering. Detta kan pà lättaste sätt göras genom ökning av den använda mängden hypohalit och/eller genom förlängning av reaktionstiden. För àskàd- liggörande av detta framställdes tre prover enligt föl- jande tillvägagångssätt. För exempel 5A framställdes en buffertlösning med användning av 10,1 g NaHCO3 och 8,48 g Na2CO3, upplöst i 2,6 l avjoniserat vatten. I denna dis- pergerades 100 g torrbaserad nordbarrvedkraftmassa, följt av tillsats av 1,4 kg is. pH:t var ca 9,7. En oxiderande blandning framställdes genom inledande blandning av 200 mg TEMPO med 2,00 g NaBr, följt av tillsats av ~5 ml av V totalt 40 ml 5,25%-ig NaOCl-lösning och noggrann bland- ning till dess att det oljiga materialet var upplöst.

Detta sattes till den buffrade massaslurryn. De àterstà- ende 35 ml av NaOCl-lösningen tillsattes långsamt under de följande 22 minuterna. Därefter dränerades, tvättades och àterdispergerades slurryn i vatten med 2,13 g NaBH4 till bildande av en total vikt av 1336 g. Efter tvà tim- mar dränerades och tvättades massan från den reducerande behandlingen igen. Det totala karboxylinnehàllet uppmät- tes till 11 mekv/100 g.

För exempel 5B användes 190 ml 5,25%-ig NaOCl-lös- ning, och oxidationstiden var 2,8 timmar. Under oxidatio- nen föll pH frán 9,7 till 9,3. Efter tvättning uppslamma- des ànyo massan i vatten med 3,2 g NaBH4 till bildande av en sammanlagd slurryvikt av 2000 g. Efter en timme dräne- >na»o 10 15 20 25 523 746 * * " s;..u 17 rades och tvättades massan. Det totala karboxylinnehàllet uppmättes till 49 mekv/100 g.

För exempel 5C gjordes den oxiderande blandningen av 427 mg TEMPO, 2,1 g NaBr och sammanlagt 390 ml 5,25%-ig NaOCl-lösning. 2,8 timmar efter initiering av oxidationen hade pH fallit till 9,5, och 3 g Na2CO3 tillsattes. Efter fem timmar hade temperaturen ökat till 60°C, och pH hade fallit till 9,0. Då tillsattes 250 g is och 4 g Na2CO3. 7,5 timmar efter start av oxidationen tillsattes ytterli- gare 4 g Na2CO3. Vid 8,5 timmar dränerades och tvättades slurryn. Den oxiderade massan behandlades med NaBH4 som i exempel 5B. Det totala karboxylinnehàllet var 97 mekv/100 g.

Vattenretentionsvärden är en viktig egenskap hos cellulosafibrer för papperstillverkning. Högre värden in- dikerar ofta högre ytareor eller relativt sett högre fibermättningspunkter. Allmänt gäller att högre vatten- retentionsvärden kommer att korrelera med ökade hàllfast- hetsegenskaper hos arkprodukter. Vattenretention såsom rapporterats häri har bestämts genom TAPPI. I korthet uppslammas ett prov med känd torrvikt i vatten, centri- fugeras och vägs igen. Vattenretentionsvärden, karboxyl- innehåll och polymeriseringsgrad (DP) för de tre produk- terna fràn föreliggande exempel sammanfattas i tabell 2.

Tabell 2 Jämförelse av karboxylinnehàll, polymerise- ringsgrad och Vattenretention Prov nr Karboxylinnehàll DP Vattenretentionsvärde (mekv/100 9) 9/9 5A ll 1620 1,80 5B 49 1140 2,55 SC 97 860 4,21 obehandlat 4 1700 1,35 Förbättringen av Vattenretentionsvärden i alla pro- ver är omedelbart tydlig. .vu- »anna 1..,- 523 746 ' "- 18 Fastän den föredragna utföringsformen av uppfinning- en har àskàdliggjorts och beskrivits, torde det inses att flera olika förändringar av den kan göras utan att fràngà uppfinningstanken och uppfinningens skyddsomfàng.

De utföringsformer av denna uppfinning till vilka en exklusiv rätt hävdas definieras av de följande patentkra- VEII .

Claims (27)

10 15 20 25 30 35 523 746 . ø . | @ v. 19 PATENTKRAV

1. Förfarande för framställning av ett cellulosa- fiberark med kvarhållna fyllmedelpartiklar, innefattande antingen - behandling av fibrer, vilka har en ökning av anjo- niska säten, med positivt laddade fyllmedelpartiklar i en vattenbaserad slurry för åstadkommande av ett cellulosa- fiberark med kvarhållna, positivt laddade fyllmedelpar- tiklar; - behandling av fibrer, vilka har en ökning av anjo- eller niska säten, med ett katjoniskt retentionshjälpmedel i en vattenbaserad slurry för åstadkommande av cellulosafibrer med bundet, behandling av fibrerna, katjoniskt retentionshjälpmedel, samt vilka har bundet, retentionshjälpmedel, med negativt laddade fyllmedel- katjoniskt partiklar för åstadkommande av ett cellulosafiberark med kvarhållna, negativt laddade fyllmedelpartiklar; eller - kombination av ett katjoniskt retentionshjälpmedel med negativt laddade fyllmedelpartiklar, samt behandling av fibrer, vilka har en ökning av anjoniska säten, med kombinationen av ett katjoniskt retentions- hjälpmedel och negativt laddade fyllmedelpartiklar i en vattenbaserad slurry för åstadkommande av ett cellulosa- fiberark med kvarhàllna, negativt laddade fyllmedelpar- tiklar.

2. Förfarande enligt patentkrav l, varvid fibrer vilka har en ökning av anjoniska säten innefattar karbox- ylerade cellulosafibrer.

3. Förfarande enligt patentkrav l eller 2, varvid de positivt laddade fyllmedelpartiklarna innefattar kalcium- karbonatpartiklar.

4. Förfarande enligt patentkrav 1 eller 2, varvid det katjoniska retentionshjälpmedlet är valt från gruppen bestående av katjoniska polyakrylamider och katjoniska stärkelser. 10 15 20 25 30 35 523 746 20 2 el- ler 4, varvid de negativt laddade fyllmedelpartiklarna är

5. Förfarande enligt något av patentkraven 1, valda från gruppen bestående av malen kalksten och ler- partiklar.

6. Förfarande enligt något av patentkraven 1-5, var- vid de anjoniska sätena innefattar glukuronsyragrupper.

7. Cellulosafiberark med kvarhållna fyllmedelpartik- lar, varvid fyllmedelpartiklarna är bundna till fibrer med en ökning av anjoniska säten genom behandling av fib- rerna med fyllmedelspartiklar i en vattenbaserad slurry, varvid fyllmedelpartiklarna är bundna till fibrerna genom de anjoniska sätena, och varvid fyllmedelpartiklarna är valda från gruppen bestående av positivt laddade fyllme- delpartiklar, negativt laddade fyllmedelpartiklar och am- fotera fyllmedelpartiklar.

8. Ark enligt patentkrav 7, varvid fyllmedelpartik- larna är positivt laddade och är bundna till fibrerna ge- nom anjoniska säten, vilka är införlivade i fibrerna.

9. Ark enligt patentkrav 8, varvid de anjoniska sä- tena är karboxylgrupper.

10. Ark enligt patentkrav 8 eller 9, varvid de posi- tivt laddade fyllmedelpartiklarna innefattar kalciumkar- bonatpartiklar.

11. Ark enligt patentkrav 7, varvid fyllmedelpartik- larna är negativt laddade och är bundna till fibrerna ge- vilket är bundet vilka är införlivade i fibrerna. nom ett katjoniskt retentionshjälpmedel, till anjoniska säten,

12. Ark enligt patentkrav 11, varvid de anjoniska sätena är karboxylgrupper.

13. Ark enligt patentkrav 11 eller 12, varvid det katjoniska retentionshjälpmedlet är valt från gruppen be- stående av katjoniska polyakrylamider och katjoniska stärkelser.

14. Ark enligt något av patentkraven 11-13, varvid de negativt laddade fyllmedelpartiklarna är valda från gruppen bestående av malen kalksten och lerpartiklar. 10 15 20 25 30 35 523 746 « a n « . ao 21

15. Ark enligt krav 14, tionshjälpmedlet innefattar katjonisk polyakrylamid. varvid det katjoniska reten-

16. Ark enligt något av patentkraven 7-15, varvid de anjoniska sätena innefattar glukuronsyragrupper.

17. Pappersmäld innefattande cellulosafibrer med en ökning av anjoniska säten och laddade fyllmedelpartiklar, varvid fyllmedelpartiklarna är bundna till fibrerna genom behandling av fibrerna med fyllmedelspartiklar i en vat- tenbaserad slurry, varvid antingen - fyllmedelpartiklarna är positivt laddade och är bundna till fibrerna genom anjoniska säten, vilka är in- förlivade i fibrerna; eller - fyllmedelpartiklarna är negativt laddade och är bundna till fibrerna genom ett katjoniskt retentions- hjälpmedel, vilket är bundet till anjoniska säten, vilka är införlivade i fibrerna.

18. Mäld enligt patentkrav 17, varvid de anjoniska sätena är karboxylgrupper.

19. Mäld enligt patentkrav 17 eller 18, positivt laddade fyllmedelpartiklarna innefattar kalcium- varvid de karbonatpartiklar.

20. Mäld enligt patentkrav 17 eller 18, varvid det katjoniska retentionshjälpmedlet är valt från gruppen be- stående av katjoniska polyakrylamider och katjoniska stärkelser.

21. Mäld enligt patentkrav 17, 18 eller 20, de negativt laddade fyllmedelpartiklarna är valda från varvid gruppen bestående av malen kalksten och lerpartiklar.

22. Mäld enligt något av patentkraven 17-21, varvid de anjoniska sätena innefattar glukuronsyragrupper.

23. Förfarande för ökning av vattendränering från en fibermäld avsatt på formningsviran hos en pappersmaskin, innefattande införlivande av cellulosafibrer med en ök- ning av anjoniska säten och laddade fyllmedelpartiklar till en fibermäld genom behandling av fibrerna med fyll- medelpartiklar i en vattenbaserad slurry, varvid antingen 10 15 20 523 746 « « ~ « | v: 22 - fyllmedelpartiklarna är positivt laddade och är bundna till fibrerna genom anjoniska säten, vilka är in- förlivade i fibrerna; eller - fyllmedelpartiklarna är negativt laddade och är bundna till fibrerna genom ett katjoniskt retentions- hjälpmedel, vilket är bundet till anjoniska säten, vilka är införlivade i fibrerna.

24. Förfarande för ökning av vattendränering från en fibermäld avsatt på formningsviran hos en pappersmaskin, innefattande införlivande av cellulosafibrer med en ök- ning av anjoniska säten och ett katjoniskt material till en fibermäld.

25. Förfarande enligt patentkrav 24, varvid cellu- losafibrerna med en ökning av anjoniska säten innefattar karboxylerade fibrer.

26. Förfarande enligt patentkrav 24 eller 25, varvid det katjoniska materialet innefattar polyamidepiklor- hydrin.

27. Förfarande enligt något av patentkraven 23-26, varvid de anjoniska sätena innefattar glukuronsyragrup- per.