FI90679B - Keteenidimeeridispersioiden kationisuuden säätelemiseen tarkoitettu menetelmä - Google Patents

Description

90679

Keteenidimeeridispersioiden kationisuuden säätelemiseen tarkoitettu menetelmä 5 Paperinvalmistuksessa ja erityisesti painopaperin ja nestepakkauskartongin valmistuksessa käytetään erilaisia liimauskemikaaleja kuitumateriaalin hydrofobioimiseksi eli vedenläpäisykykyyn liittyvien ominaisuuksien parantamiseksi. Esimerkkejä käytetyistä hydrofobiointikemikaa-10 leista ovat AKD-vahan (alkyyliketeenidimeeri) vesidisper-siot, ASA-liima (alkenyylimeripihkahappoanhydridi), ja sen dispersiot sekä hartsiliimaus, jossa hyödynnetään eri tavoin modifioituja puun hartsiaineita.

15 Liimauskemikaalit voidaan jakaa reaktiivisiin ja ei-reak-tiivisiin aineisiin. Hartsiliimat kuuluvat ns. ei-reak-tiivisiin liimoihin, ts. ne eivät muodosta kemiallista sidosta kuitumateriaalin kanssa. Niiden toiminta perustuu siihen, että ne ovat itsessään hydrofobisia ja kun ne 20 saostetaan tai kiinnitetään kuituun, antavat ne toivotun hydrofobisen efektin. AKD- ja ASA-liimat puolestaan ovat reaktiivisia liimoja ja ne reagoivat selluloosakuidun OH-ryhmien kanssa muodostaen kovalenttisia sidoksia.

25 Liima-aineet lisätään yleisesti kuitudispersioon juuri ennen rainanmuodostusvaihetta. Paperikoneen lämpötilan ja muiden paperikoneolosuhteiden, kuten muiden lisä- ja apu-kemikaalien, vaikutuksesta, liima-aineen aktiivinen komponentti kiinnittyy kuituun, joko muodostaen sen pinnalle 30 vettähylkivän kerroksen kuten on tilanne hartsiliimojen yhdeydessä tai reagoiden kuitumateriaalin glukoosiyksi-köiden OH-ryhmien kanssa kuten on tilanne AKD- ja ASA-1limojen yhteydessä.

35 Liimaustapahtuman nopeus on mitä suurimmassa määrin riippuvainen paperikonesysteemistä kuten pH:sta, kuitumateriaalin laadusta ja paperin valmistuksessa käytettävien muiden kemikaalien yhteisvaikutuksesta.

2 90679

Hartsiliimat saadaan kiinnittymään kuidun pintaan tavallisimmin alunan (alumiinisulfaatin) avulla. Hartsiliimaus edellyttää täten matalaa pH:ta, 4 - 5, missä aluna muo-5 dostaa positiivisesti varautuneita ioneja, jotka puolestaan kytkevät hartsin kuituun. Ns. pseudoneutraaleissa systeemeissä voidaan käyttää muunneltuja hartsidispersi-oita myös neutraalissa pH:ssa. Näissä aluna on korvattu erilaisilla kationisilla polymeereillä, jotka kiinnittä-10 vät varsinaisen liima-aineen, hartsin, kuidun negatiivisesti varautuneeseen pintaan.

Kun pH paperinvalmistuksessa nousee alueelle 6,5 - 9,0, eli usein käytettäessä karbonaattia täyteaineena, eivät 15 hartsiliimat enää ole toimintakykyisiä vaan tarvitaan joko AKD- tai ASA-liimausta. Nämä liimausaineet toimivat tehokkaasti neutraaleissa paperinvalmistusolosuhteissa, joissa perinteiset hartsiliimat tai hartsiliimadispersiot eivät enää ole suorituskykyisiä.

20 AKD-vaha voidaan dispergoida erilaisten apuaineiden avulla dispersioiksi, joiden aktiiviainepitoisuus vaihtelee 6 %:sta ylöspäin aina 20 ja 30 % asti. Tällaisten dispersioiden stabiilisuus on yleisesti hyvä, ja tämä mahdol-25 listaa niiden valmistuksen muualla kuin paperitehtaalla.

AKD-dispersioiden valmistukseen käytetään yleisesti suo-jakolloidia, joka useinmiten on matalakationinen tärkkelys (substituutioaste < 0,05) sekä dispergointiainetta. 30 Lisäksi käytetään yleisesti säilöntäaineita, pH:n säätö-aineita ja mahdollisesti dispersion stabiilisuuten edullisesti vaikuttavia ainesosia.

Dispergointiaineina voidaan käyttää yleisesti tunnettuja 35 anionisia, kationisia tai nonionisia dispergointikemikaa-leja. Valinta riippuu ennen kaikkea lopputuotteen käyttötarkoituksesta .

III! 3 90679

Paperikoneen kiertovesi sisältää käytettävien kuitumateriaalien alkuperästä riippuen vaihtelevia määriä liukoisia ja kolloidaalisia joko anionisia tai nonionisia kom-5 ponentteja. Erityisen paljon näitä ns. häiriöaineita on uusiomassassa, ts. siistatussa massassa ja mekaanisessa massassa. Päällystetyn paperin valmistuksessa syntyvä hylky palautuu paperikoneen alkupäähän lisäten myös paperikoneen kiertovesien häiriöainekuormaa.

10 Häiriöaineet vaikuttavat haitallisesti liimaustapahtumaan erityisesti AKD- eli neutraaliliimaukseen. Ne huonontavat paperikoneen retentiojärjestelmää ja siten heikentävät liimakomponentin retentiota paperirainaan. Viiran läpi 15 kulkeutunut AKD ei reagoi kuidun kanssa, vaan joutuu kiertovesiin, missä se korkeasta pH:sta johtuen nopeasti hydrolysoituu ketoniksi ja muiksi liimauksen kannalta inerteiksi komponenteiksi lisäten systeemin häiriöainekuormaa .

20

Tunnetusti voidaan matalakationisia (substituutioaste < 0,05) tärkkelyksiä käyttämällä parantaa AKD-liimauk-sessa liima-aineen retentiota ja täten tehostaa liimausta. Yleisesti saatavilla olevien tärkkelysten kationisuus 25 on kuitenkin suhteellisen matala ja häiriöainepitoisuuk-sien kasvaessa joudutaan käyttämään synteettisiä orgaanisia kationisia polymeerejä. Kationisuuden nostamiseen tarkoitettuja kationisia polymeerejä kutsutaan yleisesti liimauksen yhteydessä promoottoreiksi, ts. aineiksi, jot-30 ka tehostavat liimausta. Tällaisia kationisia polymeerejä ovat esimerkiksi polydadmac-tuotteet, eräät märkäluja-hartsit ja formaldehydin ja disyandiamidin kondensaa-tiotuotteet. Tunnusomaista näille kaikille on, että ne ovat lyhytketjuisia, veteen hyvin liukenevia ja korkean 35 varaustilan omaavia polymeerejä.

Korkeakationiset synteettiset polymeerit voidaan lisätä 4 90679 joko AKD-liimaan dispersion valmistajan toimesta tai ne voidaan myös lisätä paperitehtaalla erikseen joko välittömästi ennen tai jälkeen neutraaliliiman annostelun.

5 Yhdysvaltalaisessa patentissa no 3 130 118 on kuvattu paperiliimaukseen käyttökelpoisen AKD-dispersion valmistusta, jossa liiman raaka-aineena on ehdotettu käytettäväksi korkean substituutioasteen omaavaa kationoitua tärkkelystä. Substituutioasteen on mainittu voivan olla 10 alueella 0,005 - 3. Tärkkelys on tertiäärisesti modifioitu.

Keksinnön mukaisesti on todettu, että edellämainitut kor-keakationiset polymeerit voidaan edullsiesti korvata kor-15 keakationisilla, pitkälle pilkotuilla tärkkelyksillä, jotka keksinnölle tunnusomaisesti on valmistettu käyttäen kvaternääristä 2,3-epoksipropyylitrimetyyliammoniumklori-dia tai 3-kloori-2-hydroksipropyylitrimetyyliammoniumklo-ridia ja joiden substituutioaste on 0,5 - 1,0.

20

Keksintöä kuvaamaan on käytetty esimerkkejä, joissa AKD-dispersion kationinen varaus on mitattu Miitek- virtauspo-tentiaalidetektorilla. Esimerkkidispersioina on käytetty kirjallisuuslähteiden mukaisesti valmistettuja ns. tek-25 niikan tason mukaisia, eli ei promoottoreita sisältäviä dispersioita ja vastaavasti promoottoripitoisa dispersioita. Korkeakationisen tärkkelyksen, so. keksinnönmukai-sen tärkkelyksen avulla saaduista varaustiloista on eis-tetty vastaavat analyysiarvot.

30 lii 5 906?9

Esimerkit: AKD-dispersioista on esitetty kuiva-aine ( k.a. ) ja va-raustila mitattuna Miitek-titraattorilla ( mekv/g ) .

5

Dispersio k.a. (%) AKD-pit. Var. tila % mekv/g I. 7,5 6,0 0,01 10 2. 13,7 10,0 0,02 3. 11,5 10,0 0,02 4. 15,0 6,0 1,90 5. 15,1 10,0 0,46 6. 11,0 7,7 0,62 15 7. 11,0 5,5 1,33 8. 11,0 5,0 2,58

Dispersiot 1-3 eivät sisällä promoottoreita, eli ka-20 tionisia polymeerejä. Dispersiot on valmistettu artikkelin, "Das Papier, 39, 5, 1985; J. Mertz, P. Rohringer, M. Bernheim", mukaisesti.

Kiihdyttämättömille, ei promoottoreita sisältäville dis-25 persioille on tunnusomaista matala varaustila.

Disperisot 4-8 ovat promoottoripitoisia eli kiihdytettyjä dispersioita. Promotoiduille dispersioille on tunnusomaista tavanomaisiin dispersioihin verrattuna korka 30 kationinen varaustila.

Dispersio 4 on valmistettu artikkelin, "Tappi Journal, II, 1990. s. 140; J. Marton", mukaisesti. Promoottorina on käytetty synteettistä kationista polymeeriä.

35

Dispersioihin 5 - 6 on kationisuuden aikaansaamiseksi lisätty korkeakationista tärkkelystä (Raifix 220, typpipitoisuus n. 3,7%, kationisuus noin 2,6 mekv/g, viskositeetti 30 %:na vesiliuoksena noin 1000 cP. Tärkkelys 40 on kationisoitu 2,3-epoksipropyylitrimetyyliammoniumklo- ridilla).

6 90 679

Dispersio no 5 on valmistettu kuten disperiso no 2, mutta sisältäen lisäksi 30 % AKD:n määrästä Raifix 220. Dispersiot 6 - 8 on valmistettu kuten dispersio 3, mutta sisäl-5 täen korkeakationista tärkkelystä, Raifix 220, vastaavasti 30, 80 ja 100 % AKD:n määrästä.

Esimerkeistä voidaan selvästi nähdä, että korkeakationi-sia tärkkelyksiä voidaan käyttää synteettisten kationis-10 ten polymeerien tapaan säätämään AKD-dispersion kationi-suutta .

lii!

Claims (3)

7 90679

1. Förfarande för regiering av katjoniseringsgraden hos en alkylketendimerdispersion genom att tillsätta disper-sionen en polymer som har en hög substitutionsgrad, kän- 25 netecknat därav, att man vid regleringen använder ned- bruten stärkelse, som med kvaternär 2,3-epoxipropyltrime-tylammoniumklorid eller 3-klor-2-hydroxipropyltrimetylam-moniumklorid substituerats tili substitutionsgraden 0,5 -1,0. 30

1. Menetelmä alkyyliketeenidimeeridispersion kationisuu-den säätämiseksi dispersioon lisättävällä korkean substi- 5 tuutioasteen omaavalla polymeerillä, tunnettu siitä, että säätämisessä käytetään kvaternäärisellä 2,3-epoksipropyy-litrimetyyliammoniumkloridilla tai 3-kloori-2-hydroksi-propyylitrimetyyliammoniumkloridilla substituutioastee-seen 0,5 - 1,0 substituoitua, pilkottua tärkkelystä. 10

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään tärkkelystä, joka on pilkottu noin viskositeettiarvoon 1000 cP, 30%:na liuoksena.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tun nettu siitä, että tärkkelystä käytetään 30 - 100 % alkyy-liketeenidimeeriliiman määrästä.

20 Patentkrav:

2. Förfarande enligt patentkravet 1, kännetecknat därav, att man använder stärkelse, som är nedbruten tili cirka viskositetsvärdet 1000 cP, som 30 %:ig lösning. 35

3. Förfarande enligt patentkravet 1 eller 2, kännetecknat därav, att stärkelsen används tili 30 - 100 % av alkylke- tendiraerlimmets mängd.