SE527746C2 - Bestruket papper och förfarande för dess framställning - Google Patents

Description

527 746 NI Tabell 1. Några tryckpapperskvaliteter Maia Fyll- vwim Ljusne: opacite: Glans Yrifimflhef % mekanisk medel % glmz ° ISO % TÅPPI % Hflnæf FPS = ms % kemisk Pm Tidnings- 70-100,30-0 0-16 40-48,8 57-60 90-94 - 2,642 PflPPef Kataloger SCC 30-80,70-20 0-7 45-90 65-85 85-92 25 l,7-2,6 SCB 30-80,70-20 7-15 45-60 65-85 85-92 35 1,5-1,9 SCA 30-80,70-20 16-30 45-60 65-85 85-92 46- 1,1-1,4 Mazda EBM C5(LWC) 45-70,S5-30 4-15 42-80 68-75 85-92 50-58 0,9-l,9 C4 S0, 50 4-12 S0-70 72-78 90-94 60-65 1,3-1,6 Uppfin- 6S-85,15-35 10-20 50-82 75-84 >90 60-75 0,9-1,5 ningen C3 0-10,100-90 10-20 75-150 76-82 90-95 63-72 0,8-1,4 C2 0, 100 ~20 78-82 95-98 till 80 0,8-1,4 Cl 0, 100 ~20 83-88 95-98 till 90 0,8-1,4 Ljushet är, såsom det definieras inom pappersindustrín, reflektansen hos papperet vid en speciell våglängd, vanligen 457 nm. Reflektionsfiirmågan är i sin tur pappe- rets förmåga att sprida ljus fi-àn ytorna mellan lufifibrerna eller luftpigmenten inne i pappersbanan, och definieras vanligen som ljusspridningskoefficient. Ett "vitt" papper är ett som reflekterar eller sprider lika mycket av alla våglängder i det synli- ga spektrat, och inte absorberar några våglängder. Pappersljushet uppnås sålunda genom blekning av massan för att avlägsna kromoforer som kan absorbera ljus vid vissa lánglängder, genom att tillsätta mera fibrer som kan åstadkomma mera ytor mellan luft och fibrer, och/eller tillsätta fyllmedel med hög ljushet som kan sprida ljuset vid alla våglängder i den synliga delen av spektrat. Många människor tar ljus- het flir att vara "vithet" hos papperet, och även om det inte är tekniskt korrekt upp- fattas högre ljushet i allmänhet som en högre kvalitet. 20 527 746 Glans är förmågan att reflektera ljus från en särskild spegelvinkel och högre glans hänger i allmänhet samman med högre kvalitet. Glans är alltså en indikator på yt- jämnhet. Tidningspapper som inte är bestruket kan ha en ljushet som är mindre än 62° ISO och en glans som är mindre 12 % Hunter, medan ett bestruket tryckpapper av hög kvalitet (Cl) kommer att ha en ljushet som är större än 87° ISO och en glans som överstiger 75 %.

Opacitet är den egenskap som gör att man inte kan se igenom papperet. Papper som inte är alltför umna förefaller vara opaka eftersom, som nämnts ovan, ljuset sprids ut vid ytorna mellan luft och fibrer och att ljus inte kan passera genom arket. Faktum är att "tryckopacitet" definieras som förhållandet mellan reflektionsförmågan för ett visst papper med ett bakomliggande papper helt utan reflektarts till reflektionsför- mågan hos samma papper om det vore obegränsat tjockt. Opacitet kan åstadkommas genom användning av mekaniska massor som innehåller en stor mängd "nollfiber- fraktion" (”fines”) eller partikulärt material som ökar den ytarea som är tillgänglig för ljusspridning, genom ökning av fibermängden, genom minimering av malningen av den kemiska massan/massoma, genom tillsats av oorganiska fyllmaterial som sprider ut ljus, och genom undvikande av förtätrxirtg av pappersbanan genom våt pressning eller kalandrering under tillverkningen. Beroende på papperskvaliteten kan emellertid inte alla dessa sätt att kontrollera ljushet, opacitet eller glans använ- das. En ätgärd som görs för att förbättra en pappersegenskap är ofta till skada för en av de andra egenskaperna hos arket. Exempelvis kan kalandrering av ett papper ort av kemisk massa för att förbättra glansen minska opaciteten på. grund förtätningen hos pappersbanan. På samma sätt som för alla maskintillverkade papper kommer det att vara en kompromiss mellan råmaterialen och pappersmaskinens drifisvariabler för att åstadkomma en produkt med den önskade konverterbarheten eller prestanda- kriterier för slutanvändningen. Då och då upptäcks ett nytt tillvägagångssätt som åstadkommer en stegvis förändring som möjliggör tillverkning av en ny överlägsen produkt eller samma produktkvalitet till en mycket lägre kostnad.

I Nordamerika finns det fem belagda papperskvaliteter som definieras som "coated #l" (belagd 1), eller Cl, som har den högsta totalkvaliteten och kostnaden (t ex en 20 527 746 4 glansig årsrapport) och C5 har den lägsta kvaliteten och kostnaden (används t ex i register och kataloger). I detta fall innebär totalkvalitet både de utseendemässiga egenskaperna (ljushet, opacitet och glans) och andra önskade egenskaper som t ex tryckbarhet, rivstyrka, inre bindningsstyrka, dragstyrka eller böj styvhet (se tabell 1).

Av den totala marknaden för belagt papper är de två största gruppema i volym C3 (för t ex reklambilagor) med 31 % och CS med 41 %. Som jämförelse innefattar Cl-, C2- och C4-kvalitetema 5 %, 10 % respektive 13 % av marknaden. Skillnaden i kvalitet (och kostnad) för var och en av dessa kvaliteter åstadkommes genom användning av olika fibertyper, massatillverknings- och/eller blekningsmetoder, bestrykningsteknik och typ av kalandrering. Exempelvis, se tabell 1, är de tre högsta kvaliteterna (Cl-CB) i allmänhet fiamställda av blekt kemisk kraflmassa (mindre än 10 % mekanisk massa) och är bestrulcna en, två eller till och med tre gånger på vardera ytan. Dessa kvaliteter hänvisas ofla till som belagda fria ark (coated fiee sheets), CFS (vilket innebär att ingen mekanisk massa används). Kvaliteterna C4 och C5 är huvudsakligen tillverkade av ungefär lika delar av blandad mekanisk slipmassa och blekta mekaniska massor och hänvisas gemensamt till som belagd slipmassa (coated groundwood), CGW.

Eftersom de används i produkter som ofia skickas via post, är kvalitetema C4 och CS de som har den lägsta basviktskvaliteten, och i detta fall kimde det vara en avse- värd utmaning att uppnå målen för ljushet och glans och ändå bibehålla opaciteten.

Mekaniska massor är särskilt lämpliga för dessa kvaliteter efiersom det fina eller partikulära materialet som åstadkommas vid fiberseparationen och framställnings- förfarandet tillhandahåller en stor ytarea och många ytor mellan lufi och fibrer som kan sprida ut ljus. Det finns alltså ett antal olika fibertyper och tillverkningsmetoder som används inom var och en av dessa kvaliteter för att åstadkomma det önskade utseendet och andra egenskaper.

Ett bestrykningsskikt kan läggas på papperet på ett antal olika sätt. Vart och ett kon- trollerar mängden bestrykning (beläggningstärg) som läggs på baspapperet så att man åstadkommer en jämn film, och bestrykningsutrusmingens utförande klassas efter hur den mäter bestrykningen på papperet. Bestrykningsutrust- ' 20 527 746 ningar med överföringsvals (transfer roll eoater) använder ett antal valsar för att åstadkomma en jämn ñlm av bestrykning på ett sätt som liknar en limpress (gate roll size press), men dessa används inte så ofia för pigmenterade bestrykningar. Bladbe- strykare (blade coaters) , som är de mest använda, avsätter ett överskott av bestryk- ningssarnmaitsättning på substratet och överskottet doseras av med ett släpande blad.

Det fmns ett antal variationer inom bladbesüykningstelniologin. Stavbestrykare (rod coaters) liknar bladbestrykare utom att en roterande trådlindad eller gängad stav an- vänds för att stryka av överskottsbestrykningen fiån ytan. Lufilcnivbesnykare (air knife coaters) är också liknande i det att ett överskott av bestrykning läggs på men i detta fall stryks överskottet av av en lufisuåle som lämnar den önskade mängden av bestrykrring kvar på papperet. Luflzlmivbestrykare är mycket olika de andra bestry- kartyperna på så sätt bestrylmingsskilctet får en jämn tjocklek över höjdvariaticnema i ytan snarare än att bli tunnare vid de höga punkterna i papperet. Filmpressar an- vänds för pigmentiserade bestrykningar för att lägga på lågvilctsbestrykningar (4-10 g/mz per sida) vid haga hastigheter. spfejhesuykare kan också användas ah aa tagga på en bestrykning.

En högglarrskalandreringsutrustriing är uppbyggd av en vertikal stapel av alterneran- de elastiska och icke-elastiska valsar där papperet i tur och ordning passerar genom nypen som uppstår mellan intilliggande valsar. De icke-elastiska valsarna är vanli- gen högpolerade, släta stålvalsar och de elastiska valsarna i är vanligen fyllda med bomull eller polymerer. Under drift värms stålvalsarna till önskad temperatur och en last läggs på den översta valsen i stapeln så att tryck och hög temperatur läggs på papperet då det passerar genom varje nyp. Genom detta förfaringssätt ges glans åt den yta hos papperet som i respektive nyp är i kontakt med den släta icke-elastiska valsen. Högglanskalandrering utförs tör att framställa den önskade glansiga ytan hos tryckpapper. Förmågan att uppnå glans beror på karaktären hos pappersytan och baspapperet, högglanskalandrerarens drifihastighet, temperaturen hos stålvalsama och det pälagda trycket på stapeln.

Högglanskalandrering uttörs normalt utanför papperstillverkningslinjen som ett separat driftssteg. Sedan slutet av 1990-talet har det emellertid funnits en tendens att 20 527 746 e högglanskalandrera inom själva pappersframställningslinjen där detta har varit möj- ligt, för att sänka kostnaderna. Om det är möjligt att anpassa högglanskalandrerarens drifishastíghet till hastigheten hos pappersmaskinen, och ändå åstadkomma samma papperskvalitet, kan man förvänta sig viss effektivisering eftersom papperet inte skulle behöva torkas, rullas upp på en rulle och därefier flyttas till en annan lokal inom bruket för högglanskalandreringen. Om pappersbanan dessutom behöver åter- fuktas på något sätt före högglanskalandreringen för att underlätta utvecklingen av glans, vilket ofia är fallet, skulle det finnas fördelar med att helt enkelt placera hög- glanskalandreringsutrustningen alldeles efter slutet av pappersmaskinen och bestrykaren och eliminera befuktningssteget. Placering av högglanskalandreraren inom själva papperstillverkningslinjen skulle emellertid kräva noggrann kontroll av papperstillverknings-, bestryknings- och högglanskalandreringsstegen, efiersom ett problem i något av dessa steg skulle stoppa hela produktionen hos bruket. Avance- rade processkontrollåtgärder är därför nödvändiga för att göra detta praktiskt genom- förbart.

Medan tidigare teknik i allmänhet beskriver framställning av bestrukna tryckpapper av kvaliteterna C4 eller C3 utgående från en mäld som har ett fiberinnehåll av omkring 50 vikt-% TMP och omkring S0 vikt-% kemisk massa som också innehåller omkring 12 vikt-% oorganiskt fyllmedel, så varken beskriver eller föreslår tidigare teknik möjligheten att använda blekt termomekanisk massa, särskilt höga nivåer av denna, som upptill 80 vikt-% TMP (fiberinnehåll), i sådana kvaliteter för att åstad- komma bestrukna tryckpapper av kvaliteterna C4 eller C3. Man kan antaga att såda- na blekta termomekaniska massor inte har använts i sådana papperskvaliteter på grund av dåliga bindningsegenskaper (styrkeegenskaper), optiska egenskaper, eller energikostnader för att möta kvalitetskraven.

Termen blekt termomekanisk massa, som den används i denna beskrivning och i patentkraven, avses innebära en massa som har egenskaper som de som definieras i tabell 2 och 3 nedan. Den termomekaniska massan skall alltså ha en fieeness under 50 ml Csf och en ljushet över 75° ISO. 20 25 527 746 Det är ett ändamål med föreliggande uppfinning att tillhandahålla ett bestruket papper av samma kvalitet eller av överlägsen kvalitet och till en mycket lägre kost- nad än det vanliga bestrukna papperet enligt tidigare teknik.

Det är ett annat ändamål med uppfinningen att tillhandahålla en förändring av till- verkningsstegen i den konventionella tillverkningsprocessen tör bestruket papper som tillåter framställning av en ny överlägsen produkt eller av samma kvalitet till en mycket lägre kostnad.

Det är ett annat ändamål med föreliggande uppfinning att tillhandahålla ett papper med i vissa avseenden liknande kvalitet som vanliga bestrukna papper som tillverkas av 100 % blekt kraftmassa, genom användning av en pappersmäld som innehåller blekt termomekanisk massa.

BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Ovanstående och andra ändamål med uppfinningen kan uppnås genom tillhandahåll- ande av ett förfarande iör fi-amställning av ett bestruket papper av någon av kvalite- terna cs nen c4, med ywikt av so du sz g/nnz innehållande en blandning av blek: termomelcanisk massa, blekt kemisk massa och ett oorganiskt fyllmedel, och som har en PPSIO-S-järnnhet som är mindre än 1,5 pm, en TAPPI-opacitet som översti- ger 88 %, en ljushet som överstiger 75° ISO och en Hunter gloss som överstiger 65 %, som innefattar stegen: a. tillhandahållande av en pappersmäld; b. forrnning av pappersmälden till en konsoliderad pappersbana på en pappersma- Skin; c. partiell torkning av den konsoliderade pappersbanan under betingelser som ger ett baspapper; d. bestrykning av baspapperet med användning av en filmbestrylcningsutrusming; e. torkning av det besuulma baspapperet; och f. högglanskalandrering av det bestrukna baspapperet; 20 25 527 746 Ü kännetecknad av att den nämnda pappersmälden har ett arkfiberinnehåll som består av omkring 60 till 85 vikt-% av en blekt termomekanisk massa (TMP), omkring 10 till 35 vikt-% av en blekt kemisk massa, och 0 till omkring 15 vikt-% av en avsvär- tad massa, där nämnda pappersmäld också innefattar omkring 12 till 20 vikt-% av ett oorganiskt fyllmedel, och den nämnda blekta termomekaniska massan har en freeness under 50 ml Csf och en ljushet över 7 5° ISO.

Uppfinningen hänför sig också till ett bestruket papper av någon av kvaliteterna C3 och C4 med en ytvikt av 50 till 82 g/mz innehållande en blandning av blekt termo- mekanisk massa, blekt kemisk massa, valfritt en avsvärtad massa, och ett oorganiskt fyllmedel, där procentintervallen är som nämnts ovan, och som har en PPSIO-S- jämnhet som är mindre än 1,5 pm, företrädesvis mindre än 1,3 pm, en TAPPI-opacitet som överstiger 90 %, en ljushet som överstiger 75° ISO och en Hunter-glans som överstiger 65 %, företrädesvis 70 %.

SÄTT ATT UTFÖRA UPPFINNINGEN Det föredragna oorganiska fyllmedlet enligt uppfinningen kan vara mald kalcium- karbonat, utfitlld kalciumkaxbonat, kalcinerad lera eller liknande.

Den blekta termomekaniska massan har företrädesvis en massaljushet av omkring 80° ISO, en TAPPI-opacitet som överstiger 90 %, en spridningskoefficient som överstiger 49 m2 , en ljusabsorptionskoefiicient som är mindre än omkring 1,2 mz/kg.

Föreliggande uppfinning utgör en väsentlig förbättring i förhållande till de C4- och CS-kvaliteter som visas i tabell 1, på så sätt att den åstadkommer ett ark som är jäm- förbart med eller överlägset ett bestruket papper av C4-kvalitet och jämförbart med ett bestruket papper av C3-kvalitet i det lägre ytviktsintervallet, men som företrädes- vis använder en väsentligen högre andel av mekanisk fiber i form av en blekt 527 746 termomekanisk massa (TMP) åtföljt av väsentligen lägre andelar av blekta kemiska massor. Den föredragna mäldsammansätmirigen överensstämmer mer med en typisk SC-mäld, som är en högglariskalandrerad men obestruken kvalitet. För SC-kvaliteter innehåller mälden t ex vanligen mellan 30-80 % mekanisk massa och 70-20 % kemisk massa. För C4-kvaliteterna skulle den mekaniska massan vanligen utgöra 50 % av fiberandelen hos massan och den kemiska massan 50 %. För ett högkvalitets- papper av C3-kvalitet skulle förhållandet mellan mekanisk och kemisk massa vanli- gen vara 10/90 eller 0/ 100. För föreliggande uppfinning, med kvalitetsfaktorer jäm- förbara med C3-kvaliteter, är det föredragna förhållandet mellan mekanisk massa och kemisk massa 80/20. Detta ger en avsevärd fördel när det gäller kostnadsbespa- ringar.

Den blekta TMP-massan fiamställs normalt av barrvedsmaterial (northern spruce och fir sofiwood) och eventuellt av björkved. Föreliggande uppfinning använder företrädesvis en termomekanisk massa som tillverkas av en blandning av barrved (fir, spruce) och eventuellt björkved, som har reducerats tillfiberform under tryck- satt malning och som har god färg och god styrka. Den genomsnittliga fiberlängden för var och en av barrvedstyperna är omkring 3 mm, med ca 4 miljoner fibrer per gram. Den genomsnittliga fiberlängden för björk, är omkring 1,5 - 1,8 mm, med omkring 10 miljoner fibrer per gram. Den termomekaniska massan bleks företrädes- vis med väteperoxid till en ljushet av i80° ISO, t ex mellan 75° och 85° ISO, före- trädesvis omkring 80° till 81° ISO. Förutom att eliminera de lcromoforer som orsa- kar färg ökar också väteperoxidblekningen av TMP-massan antalet karboxylsyra- grupper på. fiberytorna med upp till 100 %, fián låt oss säga 95 till 200 mmol/kg (jämfört med 10-25 mmol/kg för en blekt sulfannassa). Det är känt att en ökning av antalet karboxylsyragrupper, särskilt på ytan av fibermaterialet, förbättrar massans styrkeegenskaper (Zhang, Y. et al., J. Wood Chem. & Tech.l994, 14(l); 83-102).

Blekt termomekanisk massa som erhållits genom behandling med väteperoxid möj- liggör också reduktion av den specifika ljusabsorptionskoefficienten till mindre än 1,2 mz/kg, och en ökning av den specifika dragstyrkan hos massan med 9 till 15 %.

Den blekta termomekaniska massan kan t ex innefatta omkring 60 till 75 vikt-% 20 30 527 746 10 balsam- eller östlig gran (Abies balsama) och omkring 40 till 25 vikt-% kanadensisk gran (Canadian spruce, Picea glauca), östlig gran (eastem spmce, Picea rubens) och svartgran (black spruce, Picea mariana), där vilken som helst kan bytas ut mot omkring 0 till 15 vikt-% pappersbjörk (paper birch, Betula papyrifera) och/eller gul björk (yellow birch, Betula alleghaniensis) eller någon annan medlem ur Betulaceae- familjen. Den blekta kemiska massan är företrädesvis blekt kemisk barrved.

Enligt föreliggande uppfinning har den föredragna termomekaniska massan följande Bauer McNett-fiberfördelning: Mesh Mesh 16-30 20-24% Mesh30-100 25-31% Mesh 100 - 200 8 - 10 % Mesh> 200 33 - 38 % varvid man erhåller både hög opacitet och låg porositet och en hög inre bindning som minimerar blåsbildning i det slutliga best1'ukna papperet.

Mälden kan formas till en pappersbana med användning av en dubbelvira, som t ex en SynFormer NP formningsanordning, eller vilken som helst annan lämplig anord- ning. Banan torkas företrädesvis partiellt till ett fuktinnehåll på mindre än 3,0 % före förkalandreringen och/eller bestrykningen.

Konsolideringen av baspapperet utförs företrädesvis på vanligt sätt med användning av en dubbelvíraformningssektion. Målytvikten i dessa fall är omkring 34 till 54 g/mz. Efter torkning av pappersbanan till rätt fuktinneháll iörkalandreras baspappe- ret, om så är nödvändigt, med hjälp av en hårdnypkalandmringsanordning (hard nip calender) med stålvalsar så att man erhåller ett baspapper med jämn tjocklek då det passerar in i bestrykaren som kan vara inom själva papperstillverknirxgslinjen eller utanför denna. Det önskade intervallet för Bendtsen-ytråheten (Bendtsen rouglmess) är företrädesvis från 200 till 250 ml/min. 20 30 527 746 Bestrylcningen utförs normalt genom att man breder ut omkring 25 till 30 vikt-% bestrykningsmaterial på båda sidorna av baspapperet med användning av en enkel beseykniiig på omkring 6,5 ii11 1o,o g/iiß på vardera sidan av baspappeiei. Alema- tívt kan bestrykning åstadkommas genom att man breder ut omkring 25 till 40 vikt- % bestrykning över vardera sidan av baspapperet med användning av flera bestryk- ningar så att man totalt når 6,5 till 17,0 g/mz på vardera sidan av baspapperet. Även om vilket som helst bestrylcrringsförfarande skulle kimna användas enligt föreligg- ande uppfinning är det föredraget att använda en filmbestrykare, som t ex en bestry- kare med överföringsvals, en filmpress, en stavbestrykare, en sprejbestrykare eller liknande.

Vid användning av en filmbestrykare inom eller utanför linjen, kan en enkel filmbe- stryk-ning läggas på samtidigt på båda sidoma av basarket eller, med två sådana en- heter som tillhandahåller två separata bestrykningssteg, så kan två bestrylmingar läggas på på vardera sidan av basarket. Bestrykiiingens målvikt är vanligen 6-16 g/mz.

Den bestrykriingssammansättning som används här är framtagen för att vara sam- stämmig med kalandreringssteget som kan vara inom tillverkningslinjen eller utan- för denna och kan inkludera vilken som helst eller alla av GCC, lera, plastpigment med ihåliga kulor, glanslera eller bindemedel.

Det bestrukna baspapperet torkas vanligen till ett förutbestämt och kontrollerat optimalt fuktinnehåll så att man åstadkommer det optimalt önskade utförandet och slutanvändningsutförandet. Det bestrukna baspapperet torkas företrädesvis till ett fuktinnehåll av omkring 7,5 till 8,5 % före högglariskalandreringen.

Högglanskalandrering av det bestrukna papperet kan utföras inom papperstillverk- ningslinjen eller utanför denna, och åstadkommes normalt under förhållanden som ger ett bestruket papper som har en ytvikt av omkring 50 till 82 g/mz och en Hunter 75° glans över 70 %, en ISO-ljushet över 80° och en TAPPI-opacitet över 90 %.

Användningen av en högglanskalandrerare inom tillverkningslinjen som följer ome- 20 527 746 12 delbart efter bestrykningstorkarna, i stället för en högglanskalarrdrerare som är utan- mr mszslfiilmjen. i ett separat steg, är fiir-delaktig ur både en tids- och efiektivitets- synvinkel som nämnts tidigare. Detta eliminerar den hantering av pappcrsbanan som annars skulle krävas för ett högglanskalandreringssteg .utanför papperstíllverknings- linjen och som också tillåter den bestrukna pappersbanans firktinnehåll att kontrolle- ras när den förs in i högglarrskalandreringsumrsmingen, och därigenom potentiellt minskar bildningen av inre spänningar som skulle kunna orsaka andra problem i papperet under tryckning eller slutanvändning. En sådant problem som ibland upp- står vid användning av mekaniska massor (eller grova kemiska massafibrer) i bestrukna papper är förmågan hos en massafiber som har pressats samman under högglanskalandrering att snäppa tillbaka till det okollapsade tillståndet då det utsätts för fukt och värme, t ex under heatset offsett-tryckning. Det antages att mekaniska massafibrer i det bestrukna baspapperet som går direkt in i högglanskalandreraren vid rätt fukthalt kommer att förlora något eller hela denna benägenhet att återtaga sitt tidigare okollapsade tillstånd.

Av tillverkningskosmads- och kvalitetsskäl, är det i föreliggande uppñmring före- draget att placera högglanskalandreringsutustningen i själva papperstillverknings- linjen med pappersmaskinen och bestrykaren, och på så sätt undvika onödig hante- ring av papperet och ge papperstillverkaren en avsevärd flexibilitet när det gäller fiilctinnehàll hos papperet då det kommer in mellan de många elastiska och icke- elastiska valsarna hos högglanskalandreringsutrustningen. Det antages att när pappe- ret kommer in i nypet vid rätt fukthalt kommer detta att bidraga till att stabilisera de kollapsade fibrerna så att de inte blir så benägna att "snäppa upp", vilket ofta är fallet, då de möter en varm och fuktig miljö i ett senare skede, t ex vid heatset ofiset-tryckning.

Högglanskalandreringen följer företrädesvis omedelbart på torkningssteget med valstemperaturer av omkring l40-l50°C under en pålagd last av omkring 200 till 400 kN/m, under betingelser under vilka man åstadkommer en glans av omkring 60 till 75 % och en ytjämnhet som är mindre 1,5 um PPSl0, företrädesvis mindre än 20 30 527 746 13 1,3 pm PPSl0. Vanligen används en högglanskalandreringsutrusming med åtta till tio valsar för detta steg.

Tack vare massafi-amställningsmetoden enligt föreliggande uppfinning, tillhandahål- ler den blekta termomekaníska massan en stor mängd finmaterial som kan sprida ut ljus, och som därmed kan bidraga till att uppnå opacitet och ljushet.

Enligt föreliggande uppfmning hjälper det oorganiska fyllmedlet, som t ex mald kal- ciumkarbonat, (ground calcium carbonate, GCC) som fmns närvarande i pappers- tillverkningsmälden till att åstadkomma ljushet, opacitet och glans i slutprodukten.

Dessa fyllmedel måste självt ha hög ljushet och firmas närvarande i tillräcklig mängd för att åstadkomma den önskade effekten, utan att störa bindningen mellan fibrema i basarket. Det önskade intervallet för fyllmedel med hög ljushet i pappers- tillverkningsmäld är 12 till 20 % av den totala mälden, som nämnts ovan.

Föreliggande uppfinning använder blekta tennomekaniska massor av hög kvalitet i baspappcret, i stället för blekt kemisk massa, vilken normalt används i stora mäng- der i tryckpapper av C4- och CIi-kvaliteterna.

EXEMPEL Det följande är en detaljerad beskrivning av vissa utföringsfonner av uppfinningen, givna i exempelform, vilka av uppfmnarna anses vara det bästa sättet att utföra upp- finningen.

En viktig aspekt när det gäller utförandet av uppfinningen är användningen av blekta mekaniska massor av hög kvalitet och låg kostnad i baspapperet, i stället för blekta kemiska massor, vilka nonnalt används i tryckpapper av C4- och C3-kvalitet. I före- liggande utföríngsform användes en blekt termomekanisk massa.

Exempel 1. De vedtyper som användes och framställningen av massorna beskrivs här. Två separata blandningar studerades. En blandning av 75 % balsamgran och 25 527 746 14 % vit gran (White spruce) (75/25) och en blandning 70 % balsamgran, 20 % vitgran och 10 % vit björk (White birch). För vardera blandningen var näflisen törkonditio- nerad i vatten följt av tre steg med trycksatt raffinering där man använder vanliga processbetingelser, följt av silning, rening och behandling av utskott. Massor-na s blektes sedan í en tvástegs peroxidblekning vid vanliga betingelser. Handark fram- ställd enligt TAPPI-standard med användning av återcirkulerat bakvatten. Tabell 2 visar en summering av massaegenskapema och tabell 3 visar pappersegeriskapema för de två blandningarna. 10 Tabell 2: Slutliga massaegenskaper Oblekta massor Blekm massor Vedtyp: balsamgran/vit gran/vit björk 70/20/10 75/25 75/25 70/20/10 75/25 75/25 simingsymangc) s s sac s s sac Massaegenskaper Enhet Energiförbrukning kWh/BDMT 3963 3869 4005 3963 3869 4005 Freeness CSF MI 32 28 15 26 26 12 Spet, Somerville 0,15 mm % 0,03 0,03 0,02 0,02 0,01 0,01 Spet, PQM 1000 % 0,01 0,08 0 0,01 0,02 0,00 Fiberlángd, PQM 1000 mm 1,23 1,27 1,2 1,21 1,25 1,22 Bauer McNett, mesh >l6 % 4,6 5,6 5,9 3,8 3,7 6 16-30 % 20 21,3 22 21,5 23,5 21,4 30-100 % 31 28,6 25,4 30,1 30,3 25,9 100-200 % 8,4 8,6 9,6 8,8 9,1 9,4 > 200 % 36 35,1 37,1 35,9 33,4 37,4 ISO-ljushet R457 ° 55,5 56,1 55,3 75,4 79,7 79,0 527 746 i: IJ Tabell 3: Pappersegenskaper för slutlig massa Oblekta massor Blekta massor veatyp: balsamgfan/vit 70/20/10 75/25 75/25 70/20/10 75/25 75/25 glun/vitbjøfk simmgo/reningge) s s s&c s s s&c Pappersegensknper Enhet Densitet k/m* 534 562 615 612 637 684 Raw/index mNmz/g 5,42 5,23 4,66 5,04 4,50 4,60 Bmnsinaex kvamz/g 2,84 3,27 3,55 3,07 3,32 3,60 Dmgindex Nm/g 52,6 56,5 58,7 54,5 63,8 66,3 Rånet mumin 85 51 26 49 54 28 Porositet ml/min 20 14 8 12 52 5 swe-bindning J/mz 249 264 335 278 194 285 opacim % 99,1 98,8 98,8 90,7 90,7 89,4 (TAPPI) speeljuspfid- mz/kg 63,6 60,9 61,8 52,3 51,6 49,0 ningskoefi”. (S) speeljusabs. mz/kg 7,6 6,7 7 1,2 1,2 1,0 koefifi (K) Utgående från tabell 2 noterar vi att fiberlängderna för båda massoma är väldigt lika, inom intervallet fiån 1,2 till 1,3 mm för både den oblekta och den blekta massan.

Tabell 2 visar också elfektiviteten för tvåstegsperoxidblekningen. Ljusheten för 70/20/ IO-blandningen ökar från 55,5 till 75,4, nästan 20 punkter, medan 75/25- blandningen går från 56,1 till 79,7 eller 23,6 punkter. Den silade och renade (S&C) 7 SIZS-blandningen ökade 23,7 punkter. Tabell 3 visar inverkan av blekningen på 20 25 527 746 dragstyrkan hos massoma. Dragindex för 70/20/10-, 75/25- och 7 5/25- S&C-bland- ningarna ökar med 3,6 %, 12,9 % respektive 12,9 %.

Detta vittnar om karboxylsyragupperna som bildas under peroxidblekriingen vilket nämnts tidigare. Peroxidblekningen inte bara avlägsnar de ljusabsorberande kromo- forerna (vilket visar sig genom den specifika ljusabsorptionskoefficienten, K, eller den signifikanta ökningen i ljushet) utan ökar också väsentligt dragstyrkan hos mas- san. Dragstyrkan hos den TMP som beskrivs här är faktiskt högre än hos de flesta andra mekaniska massor, inklusive tryckslipmassa av asp. Detta är ett skäl till att en mindre mängd blekt kemisk massa krävs i den slutliga baspappersblandningen.

Exempel 2: Ett första försök utfördes för att demonstrera att det föreslagna koncep- tet var giltigt, nämligen att ett högt innehåll av blekt termomekanisk massa kunde ersätta blekt kemisk massa i C4- och C3-kvaliteter, och att bestrykningen och hög- glanskalandrcringsstegen ktmde utföras inom papperstillverlmingslinjen med pap- persmaskinen. Tvá olika papperstillverkningsmäldar användes i dessa försök. Den första mälden, A, bestod av 59,0 % blekt TMP, 26,6 % blekt krafcmassa (kemisk) och 14,4 % GCC. Den andra mälden, B, bestod av 64,5 % blekt T'MP, 16,1 % blekt lcraftmassa och 19,4 % GCC. I vardera fallet var veden som användes för den blekta TMP en blandning av 75 % balsamgran och 25 % vit gran.

TMP-massan fi-amställdes ur rullar av tidningspappersutskott och kraflmassan köp- tes på marknaden. TNT-massan separerades och bearbetades i fyra satser. Utskotts- nillarna slogs upp och massan rafiinerades först vid hög konsistens i en Sunds De- fibrator RG32/36 med plattor 981 IB under atmosfärstyck för att reducera CSF och spetinnehåll och öka massans styrka. Massan silades sedan i en 2-stegs MUST-sil med korgar med #O,10 mm springor. Silacceptet förtjockades till omkring 3 % kon- sistens och blektes med naniumhydrosulfit. Rejektet rañínerades vid hög konsistens i två steg, förtjockades och blektes på samma sätt som acceptet. Rejektlinjens accept och huvudlinj ens accept kombinerades därefter. Tre av de slutliga 'FMP-massoma hade en CSF (fieeness) på 35-36 ml, lågt spetinnehåll, längdviktad fiberlängd L(l) på 1,3 mm och dragindex, rivindex och ISO-ljushet på 55 Nm/g, 5,2-5,3 mNmz/g 20 527 746 respektive 77-78 %. En sats av TMP-massan hade aningen lägre värden för alla egenskaper och hade L(1), dragindex, rivindex, och ISO-ljushet på 1,15 mm, 53 Nm/g, 4,9 mNmz/g respektive 7 5°.

Den blekta kemiska lcrafiniassan raffmerades till ett CSF på 320 (från 670) och hade ett dragindex och rivindex på 95-101 Nm/g respektive l1,9-l 1,5 mNmz/g. TMP och BKP (bleached kraft pulp) blandades därefter i satserna som hade TMP/BKP-för- hållande på 70/30 eller 80/20.

Fyllmedlet tillsattes därefter till massasatsema i de angivna procenthalterna enligt första stycket i detta exempel. Fyllmedlet var Omya GCC med 95 % ISO-ljushet och ett Percol 47 retentionsmedelsystem användes.

Baspapperet framställdes vid 800 m/min med användning av en SymFlo-inloppslåda med korta blad och en SymFormer MB. Presspartiet bestod av två raka nyp, där det första var en skopress med dubbla filtband och det andra nypet en valspress med enkel filt med ett överföringsband på ovansidan. Målytvikten var 43,6 i 1 g/mz (BD). I dessa pilotförsök flyttades rullarna till ett annat ställe för att torka.

Förkalandrering av baspapperet utfördes med en OptiHard hàrdnypkalandrerare vid en last av 60 kN/m och 70°C. Den slätare ovansidan av papperet kalandrerades mot den heta valsen. Det uppsatta målet för Bendtsen roughness-nivån var 200-250 ml/min, vilket uppnåddes med den angivna lasten. Tjockleken (caliper) och ISO- ljusheten för papper "A" var 78 pm respektive 76,5° och för papper "B" var tjock- leken (caliper) och ISO-ljusheten 77 pm respektive 7 3,7 °.

De två baspapprena beströks i OptiSizer station, som behandlade båda sidorna av papperet samtidigt med 10 g/mz. Toppstavsdiametern var 12 mm med en hårdhet av 40 P&G och den lägre stavens diameter var 15 mm med en hårdhet av 32 P&G.

Nyptrycket var 20 kN/m. Bestrykningssammansättningen visas i tabell 4. 20 25 527 746 lll Tabell 4. Bestrykningssammansättning lör de simulerade on-line-försöken Material Varumärke Andelar CaC03 HC90 60 Kaolinlera Hydragloss 40 SB-latex DL966 12 CMC FF10 0,3 PVA Moviol 6-98 0,5 Stearat Nopcote C 0,8 OBA Blankophor P 0,8 För att åstadkomma törsökets màlbestrykningsvikt på 10 g/mz per sida justerades innehållet av fasta partiklar till 66 % tör den undre stràlen och 65 % för den övre strålen.

Högglariskalandrering utfördes med en 0ptiLoad-8 vid hastigheter av 1000-1200 m/min. Efier ett kalibreringstörfarande kalandrerades det bestrukna papperet "A" vid 145°C (temperaturen hos de första 3 termovalsarria) med en linjär last av 300 kN/m vid 1000 m/min medan papper "B" kalandrerades vid 140/ 145°C med en last av 250 kN/m och hastigheter av antingen 1000 m/min eller 1200 m/min. Det första försöket utfördes för att visa att det var möjligt att använda ett högt innehåll av termomeka- nisk massa, ett motsvarande lågt innehåll av krafimassa, och ett mycket högre inne- håll av fyllmedel i basarket och att köra papperet genom en filmbestrykare. Tabell 5 visar en sammanfattning av resultaten.

Sammanfattningsvis visade det simulerade on-line-törsöket att användningen av blekt TMP tillsammans med idén att utföra högglanskalandreringen inom själva papperstillverkningslinjen kunde användas för att framställa en C4-lcvalitet med glans, opacitet och ISO-ljushet som översteg 60°, 88° respektive 7 8°. De slutliga papperskvalitetsparametrarna justerades under andra lörsöksomgången genom varia- tion av olika inställningar.

Claims (10)

1. 0 15 20 25 527 746 l. Förfarande för framställning av bestruket papper av någon av kvaliteterna C3 och C4, med ytvikt av 50 till 82 g/mz innehållande en blandning av blekt ter- momekanisk massa, blekt kemisk massa och ett oorganiskt fylhnedel, och som har en PPS 10-S-jämnhet som är mindre än 1,5 pm, en TAPPI-opacitet som överstiger 88 %, en ljushet som överstiger 75° ISO och en Hunter gloss som överstiger 65 %, innefattande stegen: a. tillhandahållande av en pappersmäld; b. formning av pappersmälden till en konsoliderad bana på en pappersmaskin; c. partiell torkning av den konsoliderade banan under betingelser så att man åstad- kommer ett baspapper; d. bestrylming av baspapperet med användning av en fihnbestrykningsutrusming; e. torkning av det bestrukna baspapperet; och f. högglanskalandrering av det bestrukna baspapperet; kännetecknat av att nämnda pappersmäld har ett fiberinnehåll som består av om- kring 60 till 85 vikt-% av en blekt termomekanisk massa (TMP), omkring 10 till 35 vikt-% av en blekt kemisk massa och 0 till omkring 15 vikt-% av en avsvärtad mas- sa, där nämnda pappersmäld också innefattar omkring 12 till 20 vikt-% av ett oor- ganiskt fyllmedel, där nämnda blekta terrnomekaniska massa har en freeness under 50 ml Csf och en ljushet över 75° ISO.

2. Förfarande enligt krav 1, där baspapperet bestryks med en överlöringsvalsbe- strykare, en stavbestrykare, en ñlmpress eller en sprejbestrykare.

3. F örfarande enligt krav l, där nämnda oorganiska fyllmedel innefattar mald kal- ciumkarbonat, uppslammad kalciumkarbonat, eller kalcinerad lera. 10 l5 20 25 30 527 746 20

4. F örfarande enligt krav 1, där nämnda kaleiumkækrnat har en ljushe. s.,m Iver- stiger 90 % ISO.

5. Förfarande enligt krav 4, där nämnda ljushet överstiger 95° ISO.

6. Förfarande enligt krav l, där närrmda blekta TMP har framställts ur barrvedsma- terial som northern spruce och fir, och eventuellt från lövved av björk.

7. Förfarande enligt krav 1, där nämnda TMP bleks med väteperoxid.

8. Förfarande enligt krav 7, där nämnda TMP bleks till 75° - 85° ISO-ljushet.

9. Förfarande enligt krav 8, där nämnda TMP bleks till omkring 80° - 8l° ISO- ljushet.

10. Förfarande enligt krav 1, vilket innefattar torkning av nämnda konsoliderade bana under betingelser så att man når en ytvikt av omkring 34 till 54 g/mz. 1 1. Förfarande enligt krav l, där baspapperet före bestrykningen är fórkalandrerat på pappersmaskinen så att man åstadkommer en jänm tjocklek och släta ytor för yt- bestrykningen. 12. Förfarande enligt krav l, där baspapperet bestryks inom själva papperstillverk- ningslinjen. 13. Förfarande enligt krav 1, där baspapperet bestryks utanför papperstillverknings- linjen. 14. Förfarande enligt krav l, 12 eller 13, vilket innefattar påläggning av bestrykning på båda sidoma av nämnda konsoliderade bana samtidigt. 10 15 20 25 30 527 746 9.! 15. Förfarande enligt krav 1, 12 eller 13, vilket innefattar påläggning av två succes- siva bestrykningar på vardera sidan av nämnda konsoliderade bana. 16. Förfarande enligt något av kraven 12 till 15, vilket innefattar bestrykning av baspapperet till en bestrykningsvikt av omkring 6-17 g/mz på vardera sidan. 17. Förfarande enligt krav 1, vilket innefattar högglanskalandrering av det bestruk- na papperet inom själva papperstillverkningslinj en. 18. Förfarande enligt krav 1, vilket innefattar högglanskalandrering av det bestruk- na papperet utanför papperstillverkningslinjen. 19. Förfarande enligt krav 17 eller 18, vilket innefattar högglanskalandrering med en högglanskalandreringsuuustning med åtta till tio valsar. 20. Förfarande enligt krav 17 eller 18, varvid nämnda högglanskalandrering utförs under betingelser som ger ett bestruket papper som har en ytvikt av omkring 50 till 82 g/mz. 21. Förfarande enligt krav 18, där nämnda högglanskalandrering är anpassad så att man uppnår en Hunter 75 ° glans över 70 %, och med en ISO-ljushet över 80° och en TAPPI-opacitet över 90 %. 22. Förfarande enligt krav 1, där nämnda blekta kemiska massa är blekt kemisk barrved. 23. Förfarande enligt krav 1, där nämnda blekta tennomekaniska massa innefattar omkring 60 till 75 vikt-% balsam- eller östlig gran (Abies balsama) och omkring 40 till 25 vikt-% kanadensisk gran (Picea glauca), östlig gran (Picea rubens) och svart- l0 15 20 25 527 746 19. _ _ L ..._ L-u-.u- , ,, _ /n~,____. ,.._...-___.r_.\ 1;_-.._.:n_ __ ___.. -1,2 1-_ “o ..-o ...twin n +31! 1G flrf 01.. gran rrluca malaria), uar vuxen um ucist kan uyms ut m t nu w v n n» Ullllfl 1115 U pappersbjörk (Betula papyrifera) och/eller gul björk (Betula alleghaniensis) ellernå- gon arman medlem ur Betulaceai-familjen. 24. Förfarande enligt krav 1, där nämnda blekta termomekaniska massa innefattar omkring 60 till 75 vikt-% kanadensisk gran (Picea glauca), östlig gran (Picea rubens), en svartgran (Picea mariana), och omkring 40 till 25 vikt-% balsam- och eller östlig gran (Abies balsama) där vilken som helst kan bytas ut mot omkring 0 till 15 vikt-% pappersbjörk (Betula papyrifera) och/eller gul björk (Betula alleghaniensis) eller någon annan medlem ur Betulaceai-familjen. 25. Förfarande enligt krav 7, där nämnda blekta TMP har en specifik ljussprid- ningsabsorptionskoefficient som är mindre 1,2 mz/kg. 26. Förfarande enligt krav 7, där nämnda blekta TMP har en specifik dragstyrka ökad med 9-15 %. 27. Förfarande enligt krav 1, där nämnda konsoliderade bana bildas med hjälp av en dubbelviraanordning. 28. Förfarande enligt krav 1 eller 11, där nämnda konsoliderade bana torkas till ett fuktinnehåll av mindre än 3,0 % före törkalandrering och/eller bestrykning. 29. Förfarande enligt krav 1 1, där nämnda partiellt torkade baspapper iörkalandre- ras inom papperstillverkningslinjen under betingelser som ger en jämn tjocklek med en Bendtsen-ytråhet av omkring 200-250 ml/min. 10 15 20 25 30 527 746 12 3 nu w.. n 1 v . I 16 '1L-¿ 2,-.- ..D_..u._... --4.L....Å..2..~ _.-. 111,1- ...R-u-.Åßu nu ÛC fi" JU. FOIIBIUIGC Cllllgt Krav 1.), VUKUL 11mm un: uwlwuuuig v ima mauguu av QJ uu 30 vikt-% bestrykningsmaterial på båda sidoma av baspapperet med användning av en enkelbestrykning på omkring 6,5 till 10,0 g/mz på vardera sidan av baspapperet. 31. Förfarande enligt krav 15, vilket innefattar utspridning av omkring 25 till 40 vikt-% bestrykning över vardera sidan av baspapperet genom användning av ett fler- tal bestrykningar som totalt uppgår till 6,5 till 17,0 g/mz på vardera sidan av baspap- peret. 32. Förfarande enligt krav 1, vilket innefattar bestrykning av baspapperet med en filrnbestrykare. 33. Förfarande enligt krav 17, vilket innefattar torkning av det bestrukna baspappe- ret till ett fuktinnehåll av omkring 7,5 till 8,5 % före högglanskalandrering av det bestrukna papperet. 34. Förfarande enligt krav 17 eller 18, vilket innefattar högglanskalandrering av det bestrukna papperet omedelbart efter torkningssteget med valstemperaturer av om- kring l40-l50°C under en pálagd last av omkring 200 till 400 kN/m, under betingel- ser som ger en glans av omkring 60 till 75 % och en ytjämnhet som är mindre än 1,5 pm PPSl0. 35. Förfarande enligt krav 34, där nämnda ytjämnhet är mindre än 1,3 um PPS10. 36. Förfarande enligt krav 1, där nämnda tennomekaniska massa har följande Bauer McNett-fiberfördelning: Mesh Mesh 16 - 30 20 - 24 % Mesh 30-100 25-31 % 10 15 20 25 527 746 :Uf 840% 33-38% varigenom man åstadkommer både hög opacitet och låg porositet och hög inre bind- ning vilket minimerar blåsbildning i det slutliga bestrukna papperet. 37. Ett bestruket papper av någon av kvalitetema C3 och C4 med ytvikt av 50 till 82 g/mz innehållande en blandning av blekt termomekanisk massa, blekt kemisk massa och ett oorganiskt fyllmedel, och som har en PPSIO-S-jämnhet som är mindre än 1,5 pm, en TAPPI-opacitet som överstiger 88 %, en ljushet som överstiger 75 ° ISO och en Hunter gloss som överstiger 65 %, kännetecknar av att det har ett fiber- innehåll i basarket av omkring 60 till 85 vikt-% av en blekt termomekanisk massa (TMP), omkring 10 till 35 vikt-% av nämnda blekta kemiska massa och 0 till om- kring 15 vikt-% av en avsvärtad massa, där nämnda basarkpapper också innefattar omkring 12 till 20 vikt-% av ett oorganiskt fyllrnedel, där nämnda blekta tennome- kaniska massa har en freeness under 50 ml Csf. 38. Bestruket papper enligt krav 37, där nämnda PPSIO-S-jämnhet är mindre än 1,3 pm. 39. Bestruket papper enligt krav 37, där 60 till 85 vikt-% av fibermaterialet innefat- tar en termomekanisk massa, framställd från gran, tall eller björk och 40 till 15 vikt- % av dess fibermaterial innefattar blekt kemisk barrvedsmassa. 40. Bestruket papper enligt krav 37 eller 39, innefattande väteperoxidblekt terrno- mekanisk massa och som har en massaljushet av omkring 80 %, en T APPI-opacitet som överstiger 90 %, en ljusspridningskoefñcient som överstiger 49 mz/kg, och en ljusabsorptionskoefficient som är mindre än omkring 1,2 mz/kg. 10 15 20 25 30 527 746 750 kg/m3, ett rivindex som överstiger 4,5 mNmZ/g, och ett dragindex som översti- ger 54 Nm/ g. 42. Bestruket papper enligt krav 41, där nämnda dragstyrka är omkring 65 Nm/g. 43. Bestruket papper enligt något av kraven 37 till 42, där nämnda oorganiska fyll- medel innefattar kalciumkarbonat, och där nämnda bestrukna papper har en ljushet som överstiger 90° ISO. 44. Bestruket papper enligt krav 43, där nämnda ljushet är omkring 95° ISO. 45. Bestruket papper enligt något av kraven 37 till 43, som har en enkel bestrykning av 6,5 till 10 g/mz avsatt på vardera sidan det bestrukna papperet, som sammanlagt varierar mellan omkring 25,0 till 30,0 vikt-% av den totala sammansättningen av det bestrukna papperet. 46. Bestruket papper enligt något av kraven 37 till 45, som har ett flertal bestryk- ningar av en total massa per area av 6,5 till 17 g/mz avsatt vardera sidan av det be- strukna papperet som sammanlagt varierar från omkring 25,0 till 40,0 vikt-% av den totala sammansättningen av det bestrukna papperet. 47. Bestruket papper enligt något av kraven 37 till 46, som har ytor som ger en jänmhet av mindre än 1,5 pm, och en Hunter-glans som överstiger 65 %. 48. Bestruket papper enligt krav 47, där nämnda jämnhet är mindre än 1,3 pm, och nämnda Hunter-glans är högre än 70 %.