NO844425L - Forbedret fremstilling av papir og kartong. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår papir- eller kartongfremstilling. Mere spesielt angår oppfinnelsen en frmegangsmåte for papir-

eller kartongfremstilling der et organisk polysakkarid tilsettes til blandingen eller påføres på banen av fibre under fremgangs-måten for fremstilling av papir eller kartong. Spesielt angår oppfinnelsen papir med forbedret styrke eller overflatekarakter-istika fremstilt ved denne metode. Et forbedret additivmateriale utgjør også en del av oppfinnelsen.

Under de tidlige trinn av papir- eller kartongfremstilling er

det kjent å tilsette ett eller flere additiver for å øke inter-fiberbindingen og således styrken for papiret eller kartongen. Additivet er vanligvis polysakkarider inkludert stivelser og cellulose og deres kjemiske derivater såvel som andre stoffer istand til å danne kjemiske bindinger med cellulose som utgjør basis for papir- eller kartongbanen. Denne sistnevnte cellulose kan ha vært modifisert ved papir- eller kartongfremstillere for å understøtte banedannelsen under de tidlige produksjonstrinn før dannelsen av banen.

Additiver som beskrevet i søknaden kan tilsettes til massen selv eller til de tidlige trinn ved fremstilling av papirhanen ("våt-ende tilsetning") d.v.s. når vanninnholdet reduseres fra ca. 99% til ca. 30%. Additivene blir i slike tilfeller fordelt mer eller mindre enhetlig gjennom tykkelsen av papiret eller kartongen. Det er også for hensiktsmessighetens skyld kjent å tilsette additivet til den dannede bane, på en eller begge sider derav, ved fremstillingstrinn etter banedannelsen, etterat vanninnholdet er redusert til 2 til 20 vekt-% av banen.

"Limpresse tilsetning", kalt så etter den relevante del av papirfremstillingsmaskinen, er et eksempel på en kjent prosess, påfør-

ing av additiver kan gjennomføres på dette trinn ved bruk av oppløsninger eller dispersjoner av additivene, eller skummede væsker eller tørrpulvere. Mens limpresseprosessen er en bruk-bar metode for påføring av stoffer på papir eller kartong er det kjent at utstyret er kostbart å kjøpe og å innstallere;

det forbruker også store energimengder å drive maskineriet og å utføre det ekstra tørketrinn som medfølger bruken av en lim-presse.

Fordi påføring av stoffer på limpressen gjennomføres ved bruk

av oppløsninger eller dispersjoner i vann, er det nødvendig å sørge for ekstra tørkeutstyr i tillegg til det som benyttes for å tørke papiret eller kartongen før gjennomføring gjennom limpressen. Denne ekstratørking krever opptil 30% ekstra tørkeut-styr og representerer en ytterligere 30% økning i forbrukt energi under fremstilling av papir eller kartong.

Foreliggende oppfinnelse angår overføring, behandling og etter-følgende oppførsel ved oppvarming av disse dispersjoner eller oppløsninger av polysakkaridadditiver, og er basert på en betrakt-ning av disses flytkarakteristika.

Når dispersjoner av stivelse i vann underkastes høy skjærkraft påvirkning, d.v.s. høye strømningshastigheter gjennom små munninger slik som de som vanligvis benyttes for å fremstille spray, viser de betydelig dilatance, d.v.s at en tilsynelatende viskositet eller motstandsevne mot strømning øker når skjærkraftpå-virkningen øker. Resultatet av slike økninger er å begrense eller å stanse strømmen. Dilatance er spesielt merkbar i suspen-sjonre av stivelse der stivelsen utgjør 5% eller mer av det totale fluidum. Denne stans er kjent for brukere av stivelse som ønsker å sprøyte suspensjoner av rå eller behandlet stivelse som hjelpemiddel ved forskjellige industrielle prosesser inkludert påføring på papir og kartong under og etter fremstilling.

Vandige dispersjoner av stivelse har også en tendens til å danne sedimenter p.g.a. tyngdekraften eller inertkrefter på det par-tikkel f ormige materiale som er suspendert i vannet. Slike sedimenter er grunnen til mange feil ved utstyret. For å forhindre eller å redusere opptreden av sedimentering har det til nu vært vanlig å øke viskositeten i suspensjonen ved å heve temperaturen i stivelsen til over den temperatur ved hvilken de individuelle partikler brytes ned; prosessen kalles generelt "koking". Dette muliggjør at stivelsen hydratiserer, danner en gel som ved å øke fluidviskositeten reduserer stivelsespartiklenes tendens til sedimentering. Alternativt er det vanlig å tilsette stoffer som, ved å heve viskositeten i suspensjonens vandige fase, reduserer sedimenteringsprosessen. Slike viskositetesøkende stoffer inkluderer koldtvannsoppløselige derivater av stivelse eller av cellulose og mange høymolekylvekts polyhydroksystoffer slik som polyetylenoksyd etere, polyvinyl alkoholer såvel som "svellende leirer" slik som bentonit, attapulgit, laponit o.l. som er istand til å øke viskositeten i dispersjonen av stivelse i koldt vann.

Imidlertid fører prosedyrer som beskrevet ovenfor til dårlig spraydannelse fordi fluidene krever høyt pumpetrykk for å oppnå en tilstrekkelig høy grad av turbulens ved sprøytehodet til å

gi fine dråper som er ønskelige for påføring som her beskrevet. Slike høye pumpetrykk fører hyppig ti feil på utstyret p.g.a.

den inherente tendens for stivelsessuspensjoner til å bli dilatante. Ifølge oppfinnelsen er det oppdaget en fremgangsmåte for papir- eller kartongfremstilling der ett eller flere ytterligere additiver er tilstede i den styrkepåvirkende stivelsessuspensjon.

Ifølge oppfinnelsen tilveiebringes det en vandig suspensjon av stivelse og denne karakteriseres ved at den inneholder mindre mengder av et hydrofilt polymert viskositetsøkende middel hvorved avsetning av suspenderte stivelsespartikler forhindres. Det tilveiebringes også en fremgangsmåte for påføring av et viskøst behandlingsmiddel ved fremstilling av papir eller karbong, og denne karakteriseres ved at midlet påføres ved hjelp av en rota-

sjonsforstøver.

Oppfinnelsen kan sees som omfattende tre aspekter.

I et aspekt tilveiebringer oppfinnelsen en fremgangsmåte for fremstilling av papir eller kartong hvori en vandig stivelses-suspens jon påføres på papirhanen under eller etter dannelse; hvori det i suspensjonen er tilstede en hydratiserbar polymer i en mengde slik at suspensjonen rheologi endres for derved å gjøre suspensjonen mere speudoplastisk, hvorved påføring på banen lettes fordi pseudoplastiske (alternativt kjent som visko-elastiske eller skjærfortynnende) fluider som beskrevet ifølge oppfinnelsen, er istand til å ha tilstrekkelig viskositet til å forhindre sedimentering av dispergerte partikler slik som stivelse under de lave skjærgrader som erfares under lagring eller under transport; men der de samme fluider når de underkastes høy skjærkraftpåvirkning som f. eks. ved utstøting fra snevre munninger som spraydyser., viser tilstrekkelig lav viskositet til å tillate dannelse av små dråper egnet for påføring av oppløsning-er eller suspensjoner på papir eller kartong under fremstillingens tidlige trinn.

i et annet trekk tilveiebringer oppfinnelsen en fremgangsmåte

for fremstilling av papir eller kartong der en vandig oppløsning av en hydratiserbar polymer påføres på papirhanen under eller etter dannelse; hvori det i oppløsningen er tilstede et vann-oppløselig polymermateriale istand til å danne en kontinuerlig film på eller nær overflaten av papiret eller kartonen. Denne polymer kan påføres alene ved å trekke nytte av fordelene ved forstøvningsfordeleren som beskrives ifølge oppfinnelsen; alternativt kan den påføres sammen med stivelsen og rheologimodifiser-ende polymerer som beskrevet ovenfor.

I hvert av de ovenfor angitte aspekter er den hydratiserbare polymeren ikkeionisk eller ionisk, fortrinnsvis anionisk. Den kan være natrium-, kalium- eller ammoniumsaltet av en polykar-boksylsyre der karboksylenhetene er bundet til langkjedede polyhydroksylpolymerer, f. eks. polysakkarider, der polymerene er basert på glucose, manose, galaktose, pyrranose, amylose o.l. og deres hybridderivater inkludert slik syrer som glucuron-syre. Typiske polymerer inkluderer natrium-, kalium- og ammonium-salter av karboksymetylcellulose og den komplekse polymer som oppnås ved fermentering av et egnet sukkerbasert medium ved hjelp av organismen Xanthomonas campestris, og generelt kjent som xanthan-gummi. Den kan også være et av de vannoppløselige salt-er av polyakrylsyre, polymetakrylsyre og homologer derav, de aktuelle polysakkarider og deres derivater vil helst avhenge av hvilket aspekt ved oppfinnelsen som er viktigst.

I et annet aspekt ved oppfinnelsen tilveiebringes det en frem-gnagsmåte for fremstilling av papir eller kartong der suspensjoner eller oppløsninger av stoffer i vann eller andre væsker påføres ved hjelp av en rotasjonsforstøver. Selv om de vandige suspensjoner og de heri beskrevne oppløsninger kan påføres på overflaten av papiret ved konvensjonell høytrykkssprøyting, er det foretrukket å bruke en rotasjonsforstøver som hittil ikke har vært benyttet ved fremstilling av papir selv om den er velkjent i landbruket. Forstøveren er tilgjengelig i flere tilsvarende former inkludert innretninger som er kommersielt tilgjengelige under betegnelsen "MICRON MICROMAX" og "LELY HYDRASPIN". Slike forstøvere er beskrevet i detalj i GB-PS 2 004 204B, 2 004 205B og 2 004 206B. Disse forstøvere og andre tilsvarende innretninger omfatter et hult konisk hylster som bringes til å spinne rundt sin vertikalakse med den smale ende nedover.

En illustrasjon på konfigurasjonen av en forstøver er vist i fig.

1 i de ledsagende tegninger og består av et tverrsnitt av et tvillingkonussystem. Forstøveren omfatter en fast indre konus 1 omgitt av en ytre konus 2 montert på et bunnlager 3 som befinner seg ved enden av en sentralaksling 4. En sentraldyse 5 er an ordnet for å mate til innkommende fluid. Den ytre konus 2 er tilveiebragt ved toppen med et topplager 6 og drivanordninger omfattende et beltedrevet system 7, 8 sammenkoblet med en elektrisk motor 9. Den øvre ytre kant av den ytre konus 2 er utstyrt med tenner 10 og en omløpende beskyttende ring. Fluidet som skal forstøves pumpes gjennom en eller flere åpninger inn i det indre av spinnkonen 2 og føres deretter oppover og utover langs den indre overflate av spinnkonen 2 inntil den forlater konen tangensielt der konen er bredest ved den øvre omkrets. Størrel-sen av dråpene som dannes ved denne bevegelse for fluidet kontrolleres delvis ved at den øvre kant av konen er takket i form av tenner 10 anordnet radialt rundt den øvre overflate. Konen kan drives av en elektrisk motor eller en luft- eller hydraulisk motor via egnede drivanordninger og med egnede lagre for å under-støtte konen stivt. I tilfelle det benyttes en hydraulisk motor kan drivenergien overføres til motoren ved hjelp av en konvensjonell hydraulisk generatorpumpe og spesielt såkalt "hydraulisk fluid"; alternativt kan drivenergien overføres ved å sørge for at den vandige stivelsessuspensjon eller et annet fluid, ment for påføring på papiret, driver en turbin forbundet med spinnkonen.

For en gitt forstøver og en væske med gitte rheologiske egenskaper og bragt i spinn med en gitt rotasjonshastighet, dannes det dråper med enhetlig størrelse. Det følger at dråpestørrelsen kan velges ved å velge en egnet kombinasjon av forstøvergeometri, fluidrheologi og rotasjonshastighet for derved å møte de spesielle krav brukeren stiller. Hver av parametrene som styrer dråpe-størrelsen kan justeres uavhengig av de andre og også uavhengig av strømningshastigheten for suspensjonen eller oppløsningen som påføres på papiroverflaten, mens dråpestørrelsene med en konvensjonell spraydyse som benyttet tidligere er avhengig av trykk-fallet over dysen som i sin tur styrer strømningshastigheten. Fordi dråpene som fremstilles av forstøveren har i det vesentlige enhetlig størrelse følger de tilsvarende bevegelsesveier, noe som tillater en bemerkelsesverdig nøyaktig kontroll av det mønsteret som avsettes på papiroverflaten og derved også den enhetlige påføring. Hvis dråpene sprøytes ut fra rotasjonsforstøveren som er bragt i spinn på en vertikal akse, vil de bevege seg i horisontal retning, derev følger at de vil bevege seg langs en vei som bestemmes av resultanten av de horisontale krefter som dannes ved den tangensielle bevegelse og tyngdekraften. Hvis.forstøver legemet anbringes slik at bunnen av konen befinner seg nær den overflate på hvilken fluidet skal avsettes, følg-er det at dråpene vil bevege seg ca. 20 cm i vertikal retning under påvirkning av tyngdekraften og således vil bevege seg meget langsommere enn tilsvarende dråper som slippes ut ved høy hastighet fra en konvensjonell spraydyse under trykk. Dette er spesielt fordelaktig når fluidet skal påføres på overflaten av papir eller kartong under de tidlige trinn av fremstillingen når vanninnholdet i papiret er høyt og papirstyrken som et resultat tilsvarende lav.

En eller flere forstøvere kan være festet til et bjelkearrange-ment for således å tillate at fluid avsettes på den øvre eller undre siden av papiret eller kartongen ved passasje gjennom papir-maskinen. Hvis ønskelig kan omkretsen av spinnkonen omgis av et skjold for å begrense passasjen av dråper til det rom som befinner diametralt overfor skjoldet; dette tillater å rette påføring av fluider slik brukeren ønsker det. Fluid samlet ved dette skjold kan føre tilbake til en beholdertank eller til et fluid-sirkuleringssystem alt etter som.

Det første aspekt ved oppfinnelsen angår suspensjonens rheologi. Det er velkjent at hastigheten for en væske ved hvilken den går over fra laminær til turbulent strømning er definert ved Reynolds tall som følger:

hvori

Re = fluidets Reynolds tall

d = fluidets densitet

v = fluidets hastighet

r = radien for røret eller munningen gjennom

hvilken fluidet strømmer

K = en proporsjonalitetskonstant og

V = fluidets viskositet.

Hvis de ovenfor angitte parametre uttrykkes i egs enheter er

det kjent at turbulens inntrer når Reynolds tall overskrider 2000. Det kan sees at hvis verdien V (viskositeten) for et gitt fluid er lav vil Reynolds tall være høyt og således vil turbulens inntre ved betingelser der et fluid med høyere viskositet frem-deles ville strømme laminært; i tillegg vil den lave viskositet muliggjøre at fluidet strømmer med høyere hastighet under gitte omstendigheter og således ytterligere øker Reynoldstallet og således fluidets turbulens.

Det er velkjent at det for optimal effektivitet for et spray-eller forstøvningssystem er nødvendig at fluidet er i turbulent tilstand på det punkt der oppbrytning til dråper skjer; m.a.o. inntrer optimal dråpedannelse når fluidviskositeten er lav.

Derav følger at hvis to fluider med forskjellige viskositeter sammenlignes under tilsvarende strømningsbetingelser som definert ved de parametre som benyttes i Reynolds ligning, vil bedre spray-effektivitet oppnås i fluidet med lavere viskositet.

Andre betraktninger i forbindelse med det første aspekt, d.v.s. rheologien i stivelsessuspensjonen, krever at viskositeten eller motstandsevnen mot deformering i fluidet er sø høy som mulig når fluidet befinner seg i ro eller så å si i ro, d.v.s. under betingelser med lav skjærkraftpåvirkning. Tidligere kjent teknikk lærer at en stivelse eller en tilsvarende suspensjon kan stabili-seres hvis fluidviskositeten heves ved å koke i det minste en del av stivelsen eller ved tilsetning av et polymert materiale som angitt tidligere, d.v.s. at stivelsespartiklene forhindres fra avsetning p.g.a. tyngdekraft eller treghet. Stokes lov illustrerer dette ved å beregne at de krefter som utøves på suspenderte partikler p.g.a. ytre krefter er omvendt proporsjo-nale med fluidets viskositet. Imidlertid gir slik behandling grunn til høye viskositeter som er ugunstige for effektiviteten av sprayutstyret. Derav følger at rheologien for fluidet i hvilket stivelsen er suspendert bør vise høy viskositet ved lav skjærkraftpåvirkning for å forhindre avsetning av stivelsespartikler; samtidig bør det imidlertid vise lav viskositet ved høy skjærkraftpåvirkning for å sikre tilstrekkelig turbulens til å danne dråper med optimal størrelse og partikkelstørrelses-fordeling.

Det er velkjent at viskositeten for oppløsninger av enkelte polymermaterialer synker hurtigere enn andre når skjærkraft på-virkningen eller strømningshastigheten gjennom en gitt munning økes. Dette illustreres i den følgende tabell hvori viskositet-ene i vann for flere kjente høyviskositetes polymermaterialer sammenlignes over et område for skjærkraft påvirkning; de respektive viskositeter og skjærkraft påvirkninger ble målt med et Brookfield viskosimeter utstyrt med konsentrisk lodd og sylinder-feste, kommersielt tilgjengelig under betegnelsen "SC4 Small Sample Adapter":

Skjær

hastiahet

Ifølge oppfinnelsen er det oppdaget athvis en mindre andel av et materiale istand til å gi vandige oppløsninger med høy pseudo- plastisitet tilsettes til stivelsespulver eller innarbeides i en suspensjon av stivelse, gjør den stivelsen istand til lagring i forlenget tidsrom i vandig suspensjon, istand til å kunne tran-sporteres igjennom snevre munninger uten å gi dilatance; og suspensjoner som lett kan omdannes til dråper med tilstrekkelig liten størrelse til å kunne benytte dem som middel for påføring av stivelse enhetlig på overflater inkludert overflater av papir under fremstilling.

Foretrukne polymerer for det rheologipåvirkende 'formål er xanthan-gummi og tilsvarende polysakkarider istand til å kunne oppløses i vann for derved å oppnå oppløsninger med meget høy viskositet ved lave skjærhastigheter sammenlignet med andre kommersielt tilgjengelige produkter, men med relativt lav viskositet ved høy skjærhastighet; dette er vist i-tabell 1. Oppløsninger av xanthan-gummi viser liten variasjon i de fysikalske egenskaper, inkludert rheologien, over temperaturområder som vnaligvis erfares i papir-møller eller andre dermed beslektede industrielle anlegg; disse egenskaper viser også neglisjerbare variasjoner når ioniske og andre oppløste stoffer er tilstede sammen med xanthan-gummien. Dette er spesielt viktig når vann med ukjent sammensetning benyttes for å fremstille stivelsessuspensjonene, f. eks. når det benyttes resirkulert vann med forskjellige hårdhetsgrader eller med forskjellig saltinnhold og med varierende temperaturer.

De rheologipåvirkende egenskaper til xanthan-gummi er av spesiell viktighet hvis det er ønskelig å påføre stivelse i form av en suspensjon eller oppslemming i vann fordi nærværet av xanthan-gummi i suspensjon sterkt reduserer tendensen til stivelsespartikler til å avsette seg eller å danne sedimenter. Nærværet av xanthan-gummi i en stivelsessuspensjon som beskrevet ifølge oppfinnelsen tillater brukeren å lagre slike suspensjoner i utstrakte tidsrom og muliggjør at brukeren kan transportere stivelsen i form av oppslemming til sitt eventuelle bestemmelsessted uten behovet for å installere et spesielt røreutstyr i oppslemmings-beholderne som benyttes for transport og lagring av oppslemmingen. Hensiktsmessigheten med å kunne transportere og å lagre stivel-sessuspens joner ved tilsetning av xanthan-gummi er spesielt viktig i det at slike suspensjoner er tilgjengelige som rester fremstilt i visse næringsmiddelanlegg; det er økonomisk fordelaktig å kunne være istand til å tilføre stivelsen i form av suspensjon eller oppslemming slik den fremstilles istedet for å måtte ekstrahere og tørke stivelsen og deretter gjenopprette suspensjonen før bruk. Oppfinnelsen tilveiebringer en økonomisk metode for lagring og transport av slike stivelsessuspensjoner eller -oppslemminger til fordel for stivelses- og papirindustrien.

Det er også ifølge oppfinnelsen oppdaget at nærværet av xanthan-gummi i stivelsessuspensjoner også overvinner tendensen til slike suspensjoner til å vise dilatance fenomenet som best kan beskrives som en stigning i viskositeten eller motstanden mot strømning når skjærhastigheten økes. Dilatance er en tilstand som må unngås ved behandling av stivelse og andre suspensjoner fordi dilatante fluider har en tendens til å stoppe å flyte under tilstander med høye skjærhastigheter slik det skjer inne i pumper og på kontroll-ventiler, innsnevringer og bend i rørledninger og i dysene i konvensjonelt sprøyteutstyr. Derfor tjener nærværet av xanthan-gummi i slike suspensjoner til å forhindre den velkjente og ubehagelige tendens i suspensjoner til å forårsake blokkering i utstyret som benyttes for fluidtransporten og spesielt i dysene i konvensjonelt sprøyteutstyr.

Vektmengden av xanthan-gummi kan variere mellom 0,025 og 1% av vannet som benyttes for å fremstille stivelsessuspensjonene; når det gjelder suspensjoner fremstilt fra tørket pulverformig stivelse kan xanthan-gummien innarbeides i stivelsespulveret sammen med slike andre polymermaterialer alt etter ønske for å være tilstede i de ovenfor angitte andeler i oppslemmingen under bruk. Når det gjelder stivelse som allerede er fremstilt i suspensjons-form som beskrevet tidligere, er det hensiktsmessig å tilsette xanthan-gummien på et tidlig trinn for å lette transport og forlenget lagring.

Det andre aspekt ved oppfinnelsen angår de filmdannende egenskaper for visse polymerer når de oppløses eller på annen måte dispergeres i vann og påføres i dråpeform på en måte tilsvarende den som allerede er beskrevet for påføring av stivelsessuspensjoner på papir eller kartong under fremstilling. De foretrukne polymerer er polysakkarider slik som alkalimetallsalter av karboksymetyl stivelser eller av karboksymetyll cellulose eller av algininsyre eller av polyakrylsyre og homologer derav, eller

(mere foretrukket) natriumsaltet av karboksymetyl cellulose generelt kjent som SCMC eller CMC. Polymerene kan påføres med eller uten stivelse som heri beskrevet for å tilveiebringe forskjellige fordeler alt etter brukerens ønsker.

Karboksymetyl cellulosen kan ha en karboksymetyleringsgrad fra 0,35 til 1,4 (d.v.s. realtert til de tre labile hydroksygrupper som teoretisk er tilgjengelige for substituering i hver anhydro-glukosering i cellulosemolekylkjeden) og totale molekylvekter fra 15 000 til 800 000- og fortrinnsvis fra 50 000 til 250 000. Det er oppdaget ifølge oppfinnelsen at nærværet av SCMC eller

de andre polymerer som er beskrevet i en vandig stivelsesdisper-sjon har virkningen av å redusere temperaturen ved hvilken stivelsespartiklene brytes opp og danner en gel (geldannelsestemperaturen) som eksemplifisert ved en hurtig økning i viskositeten. For eksempel ble 4 deler SCMC med en molekylvekt på ca. 100 000 og en karboksy-metyleringsgrad på 0,85 tilsatt til 16 deler hvetestivelse. Virkningen var å redusere geldannelsestemperaturen for en 20 vekt-%ig stivelsessuspensjon fra 64°C til 59°C. Denne reduksjon i geldannelsestemperaturen er viktig ved papir- eller kartongfremstillingsprosessen idet at det er kjent at lavtempe-ratur geldannelse for stivelse forbedrer de fordelaktige virkninger ved tilsetning av stivelse til cellulose. Således er tilsetning av slik SCMC til stivelse en viktig og til nu uventet metode for å forbedre økonomien ved gjennomføring av papir- og kartongfremstillingsprosesser.

Mengden av disse polymerer eller blandinger derav kan variere opptil 10 vekt-% av det vann som benyttes for å bære additivene gjennom en konvensjonell spray- eller forstøvningsfordeler slik som heri beskrevet, men er hyppigst 0,25 til 7,5 %.

Nærværet av xanthan-gummi som en del av den vandige dispersjon

av stivelse eller andre vannoppløselige polymerer slik som SCMC øker motstandsevnen mot flyt av dispersjonen og tjener således til å kontrollere den hastighet med hvilken dispersjonen trenger inn i papiret etter påføring. Derav følger at nærværet av xanthan-gummi vil holde dispersjonen ved eller nær overflaten av papiret selv når papiret inneholder høye andeler vann slik dette inntrer under de tidlige trinn av papirfremstillingen.

Ved frmegangsmåten ifølge oppfinnelsen tas detsikte på at stivelse kan påføres papir eller kartong ved de heri beskrevne metoder for å utgjøre fra 0,5 til 10 % av vekten av det tørkede papir.

Det tas også sikte på at et rheologipåvirkende materiale, f. eks. xanthan-gummi, kan være tilstede i en mengde tilstrekkelig til å forhindre at stivelsen avsettes eller at dispersjonene derav blir dilatante og således uegnet for transport gjennom innsnevrede munninger. Det tas også sikte på at såkalte vannoppløselige polymerer som beskrevet ovenfor kan påføres på papiret eller kartong ved de heri beskrevne metoder for å gi forbedringer av papir eller kartongen eller for å øke fordelene ved påført stivelse. Det tas sikte på at stivelse og polymerer kan blandes sammen i tørr form; eller sammenblanding av respektive dispersjoner eller oppløsninger og så påføre den resulterende blanding ved de heri beskrevne metoder; eller ved å tilveiebringe dispersjoner eller oppløsninger av de respektive stoffer som skal påføres gjennom to eller flere forstøvningsfordelersett for påføring på de respektive materialer på de gunstigste punkter i papir- eller kartongfremstillingsprosessen.

Mens oppfinnelsen er beskrevet ovenfor som en fremgangsmåte for fremstilling av papir eller kartong skal det være klart at papiret eøøer kartongen som således fremstilles er et ytterligere trekk ved oppfinnelsen. Slikt papir eller kartong har vist seg å ha øket styrke og forbedrede overflateegenskaper som beskrevet nedenfor i eksemplene, noe som gjør produktet mere verdifullt.

Oppfinnelsen omfatter også grundige partikkelformige blandinger av stivelse og en eller flere av de ovenfor nevnte additiver, istand til felles suspendering eller hydratisering for bruk i foreliggende fremgangsmåte. Blandingen stivelse/xanthan-gummi kan lagres lenge og kan passere gjennom påføringsutstyr som beskrevet ovenfor og SCMC oppløsninger brukt alene eller sammen med stivelse er spesielt verdifulle.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere under henvisning til de ledsagende eksempler.

Eksempel 1.

a) Kjent teknikk.

100 g hvetestivelse ble dispergert i 1.000 ml vann for derved

å danne en oppslemming inneholdende 10% stivelsesfaststoffer ved romtemperatur. 8 ml av denne oppslemming ble anbragt i den sylindriske behold-er i et Brookfield SC-4 adapter utstyrt med den egnede spindel som ble bragt til rotasjon ved 20 omdreininger pr. minutt og temperaturen ble hevet fra 20°C i en hastighet av 2°/min. ved hjelp av en termostatisk kontrollert vannsirkulator. Avlesningene ble gjennomført kontinuerlig inntil viskositeten i suspensjonen hadde gått gjennom en hurtig stigning som antydet geldannelse. Avlesningene ble ført opp gratis. Ved ekstrapoler-ing, kom man frem til at geldannelsestemperaturen var 64°C.

b) Tilsetning av SCMC med lav substitueringsgrad.

Til 250 ml av stivelsesoppslemmingen fremstilt ovenfor ble

det tilsatt 1,25 g SCMC med en molekylvekt på ca. 100 000 og

en karboksymetyl substitueringsgrad på 0,65, representerende 5 vekt-% av stivelsesfaststoffene og 0,5% av den totale kombinasjon av oppslemming og oppløsning. Blandingen ble omrørt mekanisk i 1 time. 8 ml av blandingen ble anbragt i sylinder-en i Brookfield SC-4 viskosimeteret og den ovenfor beskrevne prosedyre ble gjentatt. Denne ekstrapolerte geldannelsestemperatur ble anslått å være 60°C.

c) Tilsetning av SCMC med høyere substitueringsgrad.

Til ytterligere 250 ml av den opprinnelige stivelsesoppslemming ble det satt 1,25 g SCMC med tilsvarende molekylvekt som den som ble benyttet i eksempel b), men med en substitueringsgrad på 0,8, hvoretter forsøket ble gjentatt. I dette tilfelle ble den ekstrapolerte geldannelsestemperatur anslått å være 59°C.

d) Tilsetning av ytterligere SCMC

Til ytterligere 250 ml av den opprinnelige stivelsesoppslemming ble det tilsatt 2,5 g av den i eksempel c) benyttede SCMC i en mengde av 10 vekt-% av stivelsesfaststoffene og 1,0% av den totale dispersjon. Forsøket ble gjentatt og geldannelsestemperaturen anslått til å være 58°C.

Virkningene av temperaturen på den ovenfor angitte blanding er oppsummert i diagram 1.

Disse forsøk har indikert en uventet reduksjon i geldannelsestemperaturen for stivelsessuspensjoner slik dette eksemplifiseres ved den hurtige stigning i viskositeten over et snevert tempera-turområde. Dette tolkes som en form for medsolvens som er mere åpenbar når SCMC har en høyere substitueringsgrad og således har en større affinitet for vann. Når således vann pluss slik SCMC trer inn i stivelsesgranuler under de tidlige trinn av granulopp-brytningen understøtter den naturlige tendens for SCMC molekyler til utvikling og ekspandering oppbrytningen av granulene ved lav-

ere temperatur enn det som skjer hvis SCMC ikke er tilstede.

En reduksjon i temperaturen ved hvilken stivelsen danner gel

og så gjøres istand til å danne en mer eller mindre kontinuerlig film innen strukturen av papirhanen er en fordel for papir-fremstillere fordi det er å forvente at varmeenergien som er nødvendig for å oppnå geldannelse vil reduseres; i tillegg vil geldannelsen skje på et tidligere trinn i tørkeavsnittet i papirfremstillingsprosessen, noe som tillater mere tid for fordelaktig gjensidig påvirkning mellom stivelse og cellulosefibre.

Eksempel 2.

Rheologisk virkning av xanthan- gummi ( suspensjonsstabilitet)

a) 38% stivelsesfaststoff oppslemming 250 ml mengder av en kommersiell stivelsesoppslemming "Tenstar

AB", fremstilt ved våtoppmaling av hvete og i form av en aldri tørket stivelsesoppslemming inneholdende 38 vekt-% hvetestiv-elsesfaststoffer, ble behandlet med forskjellig tilsetninger av xanthan-gummi. Avsetnings eller sedimenteringsgraden av stivelsen ble bedømt ved å notere volumet av klar væske i den øvre del av fluidet etter lagring i 250 ml gradinndelte glass-sylindre over perioder på noen dager. Resultatene er notert og vist i tabell 2 nedenfor.

d) 18% stivelsesfaststoff oppslemming.

Prosedyren som beksrevet i eks. 2a) ble gjentatt med en annen

aldri tørket kommersiell stivelsesoppslemming kjent som "Staper Staren" oppnådd ved våtmaling av korn og inneholdende 18% stivelsesfaststoffer. Resultatene er vist i tabell 3.

(Bemerk: Oppslemmingene som ble benyttet i de ovenfor angitte forsøk var behandlet med 0,2% diklorofen for å forhindre

mikrobiologisk påvirkning med stivelses- og polymerdis-) persjonene).

Resultatene av disse forsøk antyder at xanthan-gummi tilsetning til kommersielle oppslemminger av stivelse har den fordelaktige virkning at man forhindrer avsetning av stivelsespartiklene og i således gir en fordel ved langtidslagring uten behov for kontinuerlig omrøring slik tilfelle tidligere var.

Eksempel 3.

a) Virkning på styrken for håndfremstilt papir.

)

Blandinger av stivelse kombinert med natrium karboksymetyl cellulose og/eller xanthan-gummi ble fremstilt som vist i tabell 4.

250 g av hver blanding ble blandet inn i 750 ml vann for å utgjøre en 25%-ig vekt/volum oppslemming som ble benyttet for påsprøyting på håndfremstilt papir etter at det var dannet. Påsprøytingen ble arrangert for å tilveiebringe 0,7 ml ved hver anledning som på papir med nominell tørrvekt på 3,7 g er ekvi-valent med en 4,7%-ig påføring av tørr stivelse eller blanding på tørt papir.

Ppa<p>irråstoffet var bleket kraft med naturlig kationisk reten-sjonshjelpemiddel. Etter tørking og kalandrering ble arkene prøvet på bruddstyrke med en Mullen apparatur. Midlet av 10 årøver ble notert og sammenlignet med ubehandlet papir fremstilt samtidig men besprøytet med vann istedet for stivelsesoppslemming.

3

Resultatene av forsøkene som vist i tabell 5 illustrerer de fordelaktige virkninger ved å øke bruddstyrken for papir ved tilsetning av stivelse; de viser videre de ytterligere fordel-

er som oppnås ved tilsetning av små andeler polymerer som beskrevet ifølge oppfinnelsen til stivelsen. De ytterligere om-kostninger ved å gjennomføre disse tilsetninger oppveies mer enn fullstendig av de kommersielle fordeler som oppnås for papir-produsentene under anvendelse av oppfinnelsen.

Eksempel 4.

Anvendelse av en forstøvningsfordeler.

En forstøver som beskrevet ifølge oppfinnelsen ble anordnet

over wire-delen av en Foudrinier papirmaskin for å fordele en oppslemming fremstilt ved fortynning av en kommersiell stivelsesoppslemming som det var tilsatt SMCM og xanthan-gummi til umiddel-bart etter fremstilling av oppslemmingen som et biprosess av en prosess for ekstrahering av andre komponenter av oppmalt hvete. Andelene av materialet benyttet i dette eksempel var:

Stivelsesoppslemming

Papirfremstillingsmaskinen var innstilt på å fremstille 40 kg papir med en vekt på 35 g/m 2/min. i en hastighet av 400 m/min. Papirråstoffet inneholdt 1,5% på tørrbasis av en kommersiell kationisk stivelse som delvis skulle tilveiebringe den nødvend-ige bruddstyrke og delvis understøtte drenering såvel som reten-sjon på fibrene på wire-delen i maskinen. Oppslemmingen med den ovenfor angitte sammensetning ble pumpet gjennom en strøm-ningsmåler i en mengde av 1,5 l/min., noe som ga 0,57 kg stiv-elsesf aststof f er/min . , således 1,4% av papir tørrvekten. Oppslemmingen passerte gjennom en in-line fortynner der den ble blandet med vann pumpet separat i en mengde av 5 l/min. De resulterende ,5 l/min. av den fortynnede oppslemming ble ført gjennom en forstøver som her beskrevet, drevet av en luftmotor med 5.000 omdreininger/min., noe som ga dråper med en midlere diameter på 500 ym.

Oppslemmingen ble påført på papiret i løpet av 30 timer, prøver ble tatt med omtrent 1 times mellomrom. I løpet av dette tidsrom ble tilsetningen av kationisk stivelse til råstoffet progressivt redusert til 0 for å oppnå en sammenligning mellom oppfinnelsen og en godt kjent og til nu akseptert metode for for-bedring av papirkvaliteten ved tilsetning av et stivelsesbasert produkt til papirråstoffet. Tilfeldig valgte resultater fra dette forsøk er vist i tabell 6.

der, MB = trykket i pund/tomme 2 som er nødvendig for å ryke en papirprøve i en velkjent Mullen prøver som benyttes i papirindustrien;

2

GSM = vekten i g/m av papiret.

Således kan dette Mullen bruddforhold benyttes for å eliminere mindre variasjoner i papirvekten som ellers ville påvirke resultatene for prøven.

Resultatene viser at tilsetningen av stivelse øket bruddstyrken for papir som allerede inneholdt et styrkeøkende additiv; videre øket Mullen-bruddstyrkeforholdet ytterligere etterhvert som de tidligere benyttede styrkeøkende additiver progressivt ble redusert til null. Derfor kan tilsetning av stivelse modifisert som beskrevet ifølge oppfinnelsen og påført i form av små drå<p>er til papir under fremstilling på en papirfremstillingsmaskin gi bedre resultater enn en annen type stivelse som hittil ble ansett som aksepterbar av fagmannen.

Resultatene viser også at tilsetning av stivelse modifisert som beskrevet ovenfor og påført på papiret under de tidligere fremstillingstrinn øker strekkstyrken for papir hvortil det allerede var satt et strekkkstyrkeøkende additiv, nemlig en kationisk stivelse.

Eksempel 5.

Tilsetning av SCMC til papir under fremstilling ved bruk av forstøveren.

En dispersjon av SCMC ble påført på papir ved bruk av forstøveren og strømningsmåleutstyret som beskrevet i eksempel 4. I dette eksempel ble den modifiserte stivelsesoppslemming som ble benyttet i eksempel 4 erstattet med en vandig oppløsning av SCMC med en molekylvekt på ca. 100 000 og en karboksymetyl substitueringsgrad på 0,85, inneholdende 20 g tørr SCMC pr. liter oppløsning. Som i eksempel 4 ble papirfremstillingsmaskinen innstilt til å gi 4 0 kg tørt papir pr. minutt. Strømningshastigheten for SCMC oppløsningen ble justert til 5 l/minutt, noe som ga en påførings-mengde på 0,25% SCMC til det tørre papiret som ble fremstilt.

Resultatene av dette forsøk er vist i tabell 7:

Resultatene som er vist i tabell 7 viser fordelene ved påføring av så lite som 0,25% SCMC med relativt lav molekylvekt og høy karboksymetyl substitueringsgrad til papir ved hjelp av den her beskrevne forstøver under de tidlige fremstillingstrinn.

Forskjellige modifikasjoner og tilsetninger kan gjennomføres som angitt ovenfor.

For eksempel gir innarbeiding av de spesielle forstøvere i appa-raturen som benyttes ved fremstilling av papir eller kartong (som beskrevet ovenfor i forbindelse med sprøyting av stivelsessuspensjoner eller oppløsninger slik som av SCMC) muligheten for drift av maskineriet med selektiv eller ytterligere bruk av slike forstøvere med henblikk på andre suspensjoner eller opp-løsninger.

For eksempel kan slike forstøvere benyttes med limingsmidler enten disse foreligger i form av oppløsninger, emulsjoner eller suspensjoner. De kan også benyttes med farvestoffer i form av oppløselige farvestoffer eller uoppløselige pigmentsuspensjoner. De kan også benyttes med oljeaktige materialer, f. eks. påført for å gjøre papiret vannfast eller på annen måte å modifisere det. De kan også benyttes med flytende former av reaktive harpikser som tilsatt til papir for å øke våtstyrken eller motstandsevnen mot vann; i dette aspekt muliggjør bruken av to eller flere forstøvere anordnet over wire-delen av en papirfremstillingsmaskin påføring av forskjellige materialer som ved fysisk eller gjensidig kjemisk reaksjon og ved reaksjon med papiret gir ytterligere fordeler.

Ved å .justere posisjonen for forstøveren langs wire-delen av papirfremstillingsmaskinen er det tatt sikte på at penetrerings-graden for det påførte materiale kan kontrolleres. Ved f. eks.

å påføre materialet i posisjoner der vanninnholdet i papiret er høyt tillater at slike materialer trenger inn i selve papiret og blir en integral del av dette; omvendt tillater påføring på punkter der vanninnholdet er redusert ved drenering, sug eller varme, at materialet holdes tilbake på overflaten av papiret og således blir konsentrert der.

Det er også tatt sikte på at forstøverne kan benyttes for å på-føre belegg på papir etter enden av tørkedelen av prosessen; i dette tilfellet kan forstøverne utgjøre en del av det spesiali-serte maskineri som benyttes for å påføre<p>igmenter, harpikser og voks, farvestoffer eller forskjellige oppløsninger på overflaten av papiret.

Fordelene ved å skille dråpestørrelsen fra strømningshastigheten er ved slik innarbeiding i maskineriet med henblikk på stivelses-suspens jonene og SCMC oppløsningene som beskrevet, av generell anvendelighet ved fremstilling av papiret med kommersiell verdi. Det er tatt sikte på at de angjeldende forstøvere enten vil være forbundet for selektiv alternativ bruk eller at en rekke forstøv- ere tilveiebringer på forskjellige punkter av strømningsveien for papirfremstillingen og at de nødvendige oppløsninger eller suspensjoner står i permanent kommunikasjon med slike forstøv-ere for øyeblikkelig bruk etter ønske.

Claims (15)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av papir eller kartong, med påføring av en suspensjon eller en oppløsning av et materiale i en væske, karakterisert ved at den omfatter kontinuerlig å mate til materialet i væsken til en rotasjonsforstøver og å tillate at sprayen fra forstøveren faller på overflaten av papiret eller kartongen som beveges i forhold til forstøveren.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det som rotasjonsforstøver benyttes en i det vesentlige som beskrevet i GB-PS 2 004 204B, GB-PS 2 004 205B og GB-PS 2 004 406B.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at et antall forstøvere mates med samme eller forskjellige materialer i væsker idet forstøverne er anordnet på tvers av papirfremstillings- eller kartongfremstillingsmaskinen slik at papiret eller kartongen som beveger seg gjennom maskinen mottar ved siden av hverandre liggende eller overlappende langsgående striper av ett eller flere materialer fra forstøverne.

4. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at det anvendes et antall forstøvere som mates med like eller forskjellige stoffer i væsker hvorved forstøverne er anbragt på langs av papirfremstillings- eller kartongfremstillingsmaskinen slik at papiret eller kartongen som beveger seg gjennom maskinen mottar sekvensiell påsprøyting av ett eller flere materialer fra forstøverne.

5. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at væsken er vann.

6. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at forstøveren er plassert med sin bunn nær overflaten på hvilken væsken skal påføres.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at væsken er en viskøs suspensjon eller oppløsning beregnet for inntrengning i papiret, og at den påføres på et tidlig trinn i fremstillingsprosessen.

8. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at materialet i væsken er en vandig stivelsessuspensjon og påsprøytes på en papirhane.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at den vandige stivelsessuspensjon inneholder en mindre mengde oppløst xanthan-gummi for å stabilisere suspensjonen .

10. Fremgangsmåte ifølge krav 9, karakterisert ved at stivelsen er granulær.

11. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 8, 9 eller 10, karakterisert ved at den vandige stivelsessuspensjon i tillegg inneholder en mindre mengde natrium karboksymetyl cellulose.

12. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1-7, karakterisert ved at materialet omfatter en eller flere av et limingsmiddel, et farvestoff, en reak-tiv harpiks og et filmdannende materiale.

13. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at materialet i væsken påsprøytes på papiret etter tørkedelen av fremstillings prosessen for å oppnå en overflateeffekt.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 13, karakterisert ved at materialet er en voks, et adhesiv, et pigment, et fargestoff eller et filmdannende materiale.

15. Fremgangsmåte ifølge krav 12 eller 14, karakterisert ved at det filmdannende materiale er natrium karboksymetyl cellulose.