SE505388C2 - Mjukt, bulkigt, absorberande papper innehållande kemitermomekanisk massa - Google Patents

Description

505 388 2 Kemitermomekanisk massa (CTMP) är benämningen på en termo- mekanisk massa som modifierats genom tillsats av små mängder kemikalier, vanligen sulfit, som tillsätts före raffineringen. Inblandning av en viss andel kemitemomekanisk massa i mjukpapper har positiva effekter på egenskaper som bulk och absorptionsförmåga.

Samtliga typer av ovan nämnda massor används idag vid tillverkning av mjukpapper. finnin ens ändamål och vikti aste kännetecken Ändamålet med uppfinningen är att åstadkomma ett mjukpapper med ytterligare förbättrade egenskaper vad gäller bulk och absorptions- förmåga. Detta har uppnåtts genom att papperet innehåller minst 20 vikts-%, räknat på den totala fibervikten, högtemperatur- kemitermomekanisk massa (HT-CTMPLvilken uppvisar följ ande egenskaper: en långfiberhalt som vid fraktionering enligt Bauer McNett ligger mellan 60 och 75% (kvarhållna fibrer på viraduk med en maskvidd av 30 mesh), en finmaterialhalt vid fraktionering enligt Bauer McNett på högst 14% (genomsläppta fibrer genom en viraduk med en maskvidd av 200 mesh), en freeness av lägst 600 ml CSF, en spethalt lägre än 0,5%, företrädesvis lägre än 0,25%, och ett dragindex på minst 10 kNm/kgpch att papperet dessutom innehåller minst 10 vikts-% massa med goda styrkeegenskaper, såsom kemisk massa och/eller returfibermassa.

Det har överraskande visat sig att en inblandning av minst 20 % HT- CTMP ger en klart högre bulk hos papperet jämfört med en motsvarande inblandningsgrad av konventionell CTMP. Även papperets absorptions- förmåga samt vätskespridningshastighet förbättras vid inblandning av HT-CTMP. Papperets bulk, absorptions- och vätskespridningsegenskaper förbättras med en ökande inblandningsgrad av HT-CTIWP.

En inblandning av minst 10 % kemisk massa, företrädesvis långfibrig sulfatmassa, ger papperet erforderliga styrkeegenskaper. Annan massa med goda styrkeegenskaper kan också användas för att ge papperet dess styrka, såsom returfiberrnassa. Även andra fibertyper kan ingå, t ex 505 388 3 mekanisk massa, termomekanisk massa, CTMP, kemisk kortfibermassa etc.

Företrädesvis är den i papperet ingående kemiska massan mald till ett avvattningsmotstånd på mellan 20 - 45° SR, helst 22 - 30° SR,medan HT- CTMP-massan är omald eller mald till en freeness av lägst 600 ml CSF.

Uppfinningen innefattar även s k flerskiktsformat papper där minst ett av skikten innehåller minst 20 vikts-% HT-CTMP och där minst ett annat skikt uppvisar en från det förstnämnda skiktet skild fibersamman- sättning.

Bgkrigiing av ri_t;n__1_ig' ar Uppfinningen kommer i det följande att närmare beskrivas med hänvisning till bifogade ritningar.

Fig. 1 visar bulken som funktion av inblandningsgraden CTMP resp. HT- CTMP i två olika kvaliteter.

Fig. 2 visar absorptionsfónnågan som funktion av inblandningsgraden av CTMP resp. två olika kvaliteter av HT-CTMP.

Fig. 3a-c visar spridningshastigheten i papperets längs- tvärs- och tjock- leksrikming som funktion av inblandningsgraden av CTMP resp. av två olika kvaliteter av HT-CTMP.

BeskrivLng' av uppfigggen Enligt uppfinningen skall papperet innehålla minst 20 vikts-%, räknat på den totala fibervikten, högtemperatur-kemitermomekanisk massa av viss specificerad typ, fortsättningsvis kallad HT-CTMP. Denna massa samt metoden fór tillverkning av densamma finns beskriven i svenska patent- ansökan nr. 9402101-1, vars innehåll skall anses ingå som en del i föreliggande ansökan. Kännetecknande för massan är att det är en långfibrig, lättavvattnad, bulkig högutbytesmassa med låg spethalt och låg finmaterialhalt. 505 388 4 Den uppvisar en densitet lägre än 400 kg/m3, företrädesvis lägre än 325 kg/m3 och helst lägre än 275 kg/m3. Utbytesgraden är över 88 % och extraktinnehållet under 0,15 %. Den har en god styrka - dragindex över 10 kNm/kg, företrädesvis över 15 kNm/kg och helst över 20 kNm/kg.

Spethalten är mycket låg - mindre än 0,5%, företrädesvis mindre än 0,25 % och helst mindre än 0,10 % . Finmaterialhalten är låg - högst 14% enligt BMN < 200 mesh (Tyler Standard), företrädesvis högst 10%.

Lângfiberhalten är hög - mellan 60 och 75 % enligt BMN > 30 mesh, företrädesvis mellan 62 och 72 % och helst mellan 63 och 70%. Den har en hög freeness - lägst 600 ml CSF, företrädesvis lägst 650 CSF och helst lägst 720 CSF.

Fiberråmaterialet för framställning av massan kan vara samtliga lignocellulosahaltiga material, exempelvis ved eller gräs. Lämpligen används barrved, t ex gran.

Tillverkningsmetoden för framställning av denna massa (HT-CTMP), skiljer sig från framställning av CTMP av standardtyp fi-amför allt genom att man använder sig av en högre temperatur vid impregnering, förvärmning och raffinering, företrädesvis lägst 140°C. För mer detaljerad beskrivning av tillverkningsmetoden hänvisas till den ovan angivna svenska patentansökan nr. 9402101-1.

För att undersöka i vilken mån HT-CTMP påverkar papperets egenskaper jämfört med CTMP av standardtyp har genomförts en rad försök med olika inblandningsgrader HT-CTMP resp. CTMP. Resterande mängd massa utgjordes i samtliga försök av kemisk långfibermassa av sulfattyp.

Inblandningsgraderna HT-CTMP resp. CTMP var 20, 40, 54 och 60 vikts- % räknat på totalfibervikten. Den CTMP som användes var från Östrand och uppvisade en bulk på ca. 2,7 cm3/g, en freeness på 500 ml CSF, en spethalt (Sommerville) på 0,1%, ett dragindex på ca. 28 kNm/kg, en långfiberhalt enligt Bauer McNett (>30 mesh) på ca. 62 %, en kortfiberhalt enligt Bauer McNett (<200 mesh) på ca. 15% och ett rivindex på ca. 9,5 mz/kg.

'Nå olika kvaliteter av HT-CTMP användes, I och II, varvid I var en mer högbulkig kvalitet. HT-CTMP I uppvisade en bulk på 4,25 cm3/g, en 505 388 freeness på 735 ml CSF, en spethalt (Sommerville) på 0,36%, ett dragindex på 14 kNm/kg, en långfiberhalt enligt Bauer McNett (>30 mesh) på 71%, en kortfiberhalt enligt Bauer McNett (<200 mesh) på 9% och ett rivindex på 6 m2/kg.

HT-CTMP II uppvisade en bulk på 3,0 cm3/g, en freeness på 650 ml CSF, en spethalt (Sommerville) på O,1%, ett dragindex på 22 kNm/kg, en långfiberhalt enligt Bauer McN ett (>30 mesh) på 65,5%, en kortfiberhalt enligt Bauer McNett (<200 mesh) på 9% och ett rivindex på 9 mz/kg.

Som referens användes papper framställt av ren kemisk långfibermassa av sulfattyp, Munksjö TCF-80, vilken maldes till en freeness på mellan ca. och ca. 26°SR. Energiinsatsen vid malningen räknat per ton producerat papper var konstant, vilket innebar att den kemiska massan maldes mer per kg vid de lägre inblandningsgraderna av den kemiska massan . Alla parametrar förutom inblandningsgraden CTMP resp. HT-CTMP hölls konstanta under försöken. Spraykemikalietillsatsen i samband med kräppníngen av papperet justerades för att rätt vidhäfcning till yankee- cylindern skulle erhållas.

Försöken genomfördes på så sätt att man beredde en fibermäld med en koncentration i inloppslådan i intervallet 0,1 10,3 %, baserat på vikten torra fibrer. Till fibermälden tillsattes även våtstyrkemedel. Fibermälden tillfórdes inloppslådan på en tissuepappersmaskin och en pappersbana formades på viran. Den formade pappersbanan avvattnades, förtorkades och överfördes till en yankeecylinder där en ytterligare torkning skedde innan pappersbanan kräppades mot yankeecylindern med hjälp av en schaber.

Fackmannen inser att tissuepapper kan framställas på olika typer av pappersmaskiner och att kräppning av papperet för att få önskad mjukhet kan ersättas av tekniker som s k through-air-drying. Samtliga dessa förfaranden för framställning av tissuepapperet enligt uppfinningen skall naturligtvis anses omfattas av föreliggande patentansökan.

En lämplig ytvikt i torrhet på den bildade pappersbanan ffire kräppning är 12-30 g/m2 och efter kräppning 16-45 g/m2. 505 388 Det framställda papperets egenskaper vad beträffar ytvikt, tjocklek, bulk, torr- och våtstyrka, absorption och vätskespridningshastighet mättes och redovisas i Tabell 1-3. De mätmetoder som användes är standardiserade SCAN eller SIS-metoder och finns angivna i tabellen nedan. De angivna mätvärdena utgör medelvärdet av tre mätningar.

I Tabell 1 visas ytvikt, tjocklek och bulk hos det framställda papperet med olika inblandningsgrad av CTMP resp. de två olika HTCTMP-kvalitetema. 1 0 Som referens användes papper framställt av ren kemisk massa.

TABELL 1 Massa Inblandn.- Ytvikt Tjocklek Bulk grad om) (cmß/g) Ref. 29,4 148 5,1 CTMP 20% 29,4 166 5,7 " 40% 29,2 169 5,8 " 60% 29,4 183 6,3 HTCTMP 1 20% 29,6 168 5,7 " 40% 29,7 208 7,1 " 54% 30,0 248 8,3 " 60% 29,0 227 7,8 HTCTMP 2 20% 30,2 168 5,6 " 40% 29,9 198 6,6 " 60% 29,4 224 7,6 Metod SCAN-P6:75 SCAN- Beräknad P47I83 1 5 Figur 1 visar bulken som funktion av inblandningsgraden CTMP resp. HT- CTMP I samt II. Som framgår av figuren erhölls vid inblandriingsgrader från ca. 20% och högre en märkbar bulkhöjning for de papper som innehöll HT-CTMP jämfört med det som innehöll CTMP av standardtyp. Bulkhöj- 2 0 ningen var störst fór HT-CTMP I. 7 505 388 I Tabell 2 visas torr- och våtstyrka hos det framställda papperet med olika inblandningsgrad av CTMP resp. de två olika HTCTMP-kvaliteterna.

Som referens användes papper framställt av ren kemisk massa.

TABELL 2 Massa Inblandr orrstyrka Torrstyrka MD/CD- Våtstyrka Våtstyrka grad N/m CD N/m kvot MD N/m ICD N/m Ref. 333 216 1,5 78 53 CTMP 20% 351 235 1,5 102 61 " 40% 368 228 1,7 89 60 " 60% 378 229 1,7 106 63 HTCTMP1 20% 349 220 1,6 99 56 " 40% 329 190 1,8 85 52 " 54% 303 173 1,8 92 49 HTCTMP2 20% 355 235 1,5 91 56 " 40% 369 210 1,8 100 59 " 60% 307 185 1,7 89 54 Metod SCAN- SCAN- Beräk- SCAN- SCAN- P44:81 1744:81 nad P58:86 1758:86 1 0 I Tabell 3 visas absorptions- och vätskespridningsegenskaper (WAT) i 1ängs(x)-, tvärs(y)- samt tjockleks(z)-riktning hos det framställda papperet med olika inblandningsgrad av CTMP resp. de två olika HTCTMP- kvaliteterna. Som referens användes papper framställt av ren kemisk 1 5 massa. 505 388 8 TABELL 3 Massa Inblandr- Total abs. - WAT, x WAT, y WAT, z grad vatten g/g s/cm s/cm s/cm Ref. 3,8 3,91 0,93 0,59 CTMP 20% 3,9 4,08 0,86 0,70 " 40% 4,1 4,15 0,85 0,83 " 60% 4,3 4,30 0,76 0,85 HTCTMP1 20% 3,9 3,35 0,77 0,53 " 40% 4,7 2,35 0,53 0,38 " 54% 4,9 1,94 0,4 0,38 " 60% 5,0 1,89 0,61 0,45 HTCTMP2 20% 3,9 4,37 0,86 0,47 " 40% 4,4 2,92 0,64 0,50 " 60% 4,6 2,38 0,60 0,59 Metod SIS 251228 SCAN- SCAN- SCAN- P62:88 1362:88 P62288 Figur 2 visar absorptionsfórmågan som funktion av inblandningsgraden CTMP resp. HT-CTMP I och II. Absorptionsfórmågan ökar här mer med ökande inblandningsgrad för de papper som innehöll HT-CTMP jämfört med det som innehöll CTMP av standardtyp. Den största absorptions- förmågan uppvisade det papper som innehöll HT-CTMP I.

Fig. 3 a-c visar spridningshastigheten i papperets 1ängs-, tvärs- och tjockleksriktning som funktion av inblandningsgraden CTMP resp. HT- CTMP I och II. Här visade det sig att spridningshastigheten i papperets längsriktning (x-riktning) ökade med ökande inblandningsgrad av HT- CTMP, i synnerhet HT-CTMP I, medan den minskade med ökande inblandningsgrad av CTMP. I tvärsriktningen (y-riktning) ökade spridningshastigheten med ökande inblandningsgrad av såväl CTMP som HT-CTIVLP, dock mer med HT-CTMP och allra mest med HT-CTMP I.

I tjockleksriktningen (z-riktning) sjönk spridningshastigheten med ökande inblandningsgrad CTMP, den var väsentligen konstant fór HT-CTMP II och den ökade markant för HT-CTMP I. En hög spridningshastighet 505 388 9 innebär ett bättre och snabbare utnyttjande av papperets totala absorptionskapacitet och är således en viktig funktion.

Sammanfattningsvis kan konstateras att en inblandning av minst 20 och företrädesvis minst 25 vikt-% HT-CTMP i tissuepapper ger en överraskande hög kvalitetshöjning vad gäller viktiga egenskaper som bulk, absorptionsfönnåga och vätskespridningsförrnåga. Såsom vid iriblandnirgavCTb/IP sänks emellertid papperets våt- och torrstyrka med ökande inblandningsgrad HT-CTMP. För att erhålla acceptabla styrkenivåer rekommenderas att papperet innehåller minst 10 vikt-%, företrädesvis minst 20 vikt-%, massa med goda styrkeegenskaper, såsom kemisk massa eller returfiberrnassa. Den kemiska massan utgörs Företrädes- vis av barrvedsmassa av sulfattyp. Även andra fibertyper kan ingå, såsom mekanisk massa, tennomekanisk massa, CTMP, kemisk kortfibennassa etc.

Det bör också påpekas att det är möjligt att tillverka ett mjukpapper med mer än 90% och ända upp till 100% HT-CTIVIP, om man kan acceptera en lägre styrka hos papperet.

Företrädesvis är den i papperet ingående kemiska massan mald till ett avvattningsmotstånd på 20 -'45° SR, helst 22 - 309 SR, medan HT CTMP-massan är omald eller mald till en fi-eeness av lägst 600 ml CSF.

Om båda massorna, dvs den kemiska massan och HT-CTMP'n sammales till väsentligen samma avvattningsmotståndförloras nämligen en stor del av HT-CTMFns bulk- och absorptionsförbättrande egenskaper.

Det är tidigare känt att vid tissueframställning använda en s k flerskikts- låda och härvid lägga olika typer av massor i olika skikt. Med tanke på HT-CTMPhs goda egenskaper vad gäller absorptionskapacitet och vätskespridningsförmåga kan man allt efter de egenskaper man i första hand eftersträvar hos papperet lägga HT-CTMP i skikt antingen i mitten eller ytterst.

Om man eftersträvar hög total absorptionskapacitet,placeras lämpligen HT-CTMP, eventuellt blandad med annan massa, t ex kemisk massa, i mittenskiktegmedan de yttre skikten görs av massa med goda styrkeegenskaper, såsom kemisk massa och/eller returfibermassa, 505 388 företrädesvis i en andel av minst 81 och helst minst 85 vikts-%. Andelen HT-CTMP i mittenskiktet bör vara minst 20 vikts-%. Är man i första hand intresserad=av att erhålla en snabb absorption in i papperet, placeras lämpligen HT-CTMP eventuellt blandad med t ex kemisk massa och/eller returfiberrnassa i de yttersta skikten, medan ett mittenskikt av företrädesvis minst 81% och helst minst 85% kemisk massa och/eller returfibermassa ger erforderlig styrka. Andelen HT-CTMP i ytterskikten bör vara minst 20 vikts-%. Även vid flersláktsformning kan blandningar med andra massatyper ingå, såsom mekanisk massa, termomekanisk massa, CTMP, kemisk kortfibermassa etc.

Claims (7)

10 15 20 25 30 35 505 388 11 Patentkrav

1. Mjukt, bulkigt, absorberande papper innehållande viss andel massa av kemitermomekanisk typ (CTMP), k ä n n e t e c k n a t a v att det innehåller minst 20 vikts-%, räknat på den totala fibervikten, högtemperatur-kemitermomekanisk massa (HT-CTMP) vilken uppvisar följande egenskaper: en långfiberhalt som vid fraktionering enligt Bauer McN ett ligger mellan 60 och 75% (kvarhållna fibrer på viraduk med en maskvidd av 30 mesh), en finmaterialhalt vid fraktionering enligt Bauer McNett på högst 14% (genomsläppta fibrer genom en viraduk med en maskvidd av 200 mesh), en freeness av lägst 600 ml CSF, en spethalt lägre än 0,5%, företrädesvis lägre än 0,25%, och ett dragindex på minst 10 kNm/kg, och att papperet dessutom innehåller minst 10 vikts-% massa med goda styrkeegenskaper såsom kemisk massa och/eller returfibermassa.

2. Papper enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t a v att det uppvisar en bulk på minst 5,5 cm3/g.

3. Papper enligt patentkrav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t a v att det innehåller upp till 55 vikts-% returfibrer.

4. Papper enligt något eller några av föregående patentkrav, k ä n n e- t e c k n a t a v att det innehåller kemisk massan i form av barrvedsmassa av sulfattyp.

5. Papper enligt något eller några av föregående patentkrav, k ä n n e- t e c k n a t a v att i papperet ingår kemisk massa som är mald till ett avvattningsmotstånd på minst 20 och företrädesvis minst 22° SR, medan den ingående HT-CTlVlPn är omald eller mald till en freeness på lägst 600 ml CSF.

6. Papper enligt något eller några av föregående patentkrav, k ä n n e- t e c k n a t a v att det är ett flerskiktsformat papper där minst ett av skikten innehåller minst 20 vikts-% HT-CTMP och där minst ett annat 505 388 12 skikt uppvisar en från det förstnämnda skiktet skild fibersamman- sättning.

7. Papper enligt patentkrav 6, k ä n n e t e c k n a t a v att det eller de sistnämnda skiktet/skikten till minst 81%, företrädesvis minst 85%, består av massa med goda styrkeegenskaper, företrädesvis kemisk maSSa.