SE521591C2 - Metod att framställa en partikel uppvisande beläggning av med varandra växelverkande polymerer och pappers -eller nonwovenprodukt innehållande partiklarna - Google Patents

Description

lO 15 20 25 30 521 591 2 Detta innebär att det finns ett stort behov av nya sätt att behandla fibrer eller andra i papperet ingående partiklar såsom fyllmedelspartiklar, i vâtänden av pappersmaskinen. Även behandling med liknande process som limpress kan vara av intresse om det producerade papperets kvalitet därigenom ökar på ett tillfredsställande sätt, så att ovannämnda nackdelar blir av mindre betydelse.

Det är känt att bygga upp tunna multiskikt av elektroaktiva polymerer på ett elektro- statiskt laddat substrat för användning inom optik, som sensorer, fiiktionsreduktion m m. Detta beskrivs bl a i Niin Solid Films, 210/211 (1992) 831-835 samt i Thin Solid Films, 244 (1994) 806-809. Substratet doppas härvid omväxlande i utspädda lösningar av en polykatjon respektive en polyanjon med mellansköljning för att avlägsna rester av den föregående polyj onen som ej bundits till substratet. Tj ockleken på vardera deponerat skikt uppgår enligt beskrivningen till 5-20Å. Det finns ingen antydan om att det substrat som behandlas skulle kunna utgöras av fibrer.

I US 5,338,407 beskrivs en metod för att Förbättra torrstyrkeegenskapema hos papper, varvid man till mälden tillsätter en anjonisk karboxymetylguar eller karboxymetyl- hydroxyetylguar och en katjonisk guar. Dessa båda komponenter tillsätts antingen i blandning eller separat. Det finns dock ingen antydan att behandlingen sker under sådana förhållanden att ett dubbelskikt byggs upp på fibrerna med den ena komponen- ten i det ena skiktet och den andra komponenten i det andra.

I bl a US patenten 5,507,914 och 5,185, 062 beskrivs metoder för att förbättra avvattningsegenskaper och retention hos papper genom att man till massan tillsätter anjoniska och katjoniska polymerer. Det finns ej heller här någon antydan att behand- lingen sker under sådana förhållanden att ett dubbel- eller multiskikt byggs upp på massafibrerna med den anjoniska komponenten i det ena skiktet och den katjoniska komponenten i det andra skiktet.

Uppfinningens ändamål och viktigaste kännetecken .Ändamålet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma partiklar eller partikel- grupper, i synnerhet fibrer och/eller fyllmedelspartiklar, där man på ett kontrollerat sätt styrt uppbyggnaden av partikelytan och gett denna önskade egenskaper. Detta har 10 15 20 25 30 521 Säll 3 uppnåtts genom att partikeln eller partikelgruppen uppvisar en beläggning av minst två, företrädesvis minst tre, utanpå varandra belägna tunna skikt av polymerer, vilka sinsemellan växelverkar med varandra medelst elektrostatiska krafter, dispersion- skrafter, vätebindning eller annan typ av växelverkande krafler.

Partiklama eller partikelgrupperna kan vara av valfri typ, i första hand avses dock fibrer t ex cellulosañbrer, regenererade fibrer eller olika typer av syntetiska fibrer, samt fyllmedelspartiklar.

De växelverkande polymerema är företrädesvis alternerande katjoniska och anjoniska polyelektrolyter, men de kan även vara s k zwitterjoner.

Tjockleken på vardera av sagda tunna skikt uppgår företrädesvis till mellan 3 och l0OÅ, företrädesvis mellan 7 och 20Å.

Uppfinningen avser vidare en pappers- eller nonwovenprodukt, vilken innehåller fibrer eller/eller fyllmedelspartiklar enligt ovan.

Vidare avses en metod att framställa en partikel eller partikelgrupp av ovan angivna slag, varvid man behandlar partikeln eller partikelgruppen i konsekutiva steg med lösningar av de med varandra växelverkande polyrnerema, och där behandlingstiden för varje steg är tillräcklig för att ett tunt skikt av önskad tjocklek skall bildas.

Beskrivning av ritningar Fig. l visar i fonn av stapeldiagram dragstyrkeindex hos ark tillverkade av cellulosafibrer med olika antal påtörda polymerskikt.

Fig. 2 visar i form av stapeldiagram dragstyrkeindex på papper innehållande olika mängder av fyllmedelspartiklar behandlade enligt uppfinningen.

Fig. 3 visar ett dragindex-opacitetsdiagram ñör papper innehållande olika mängder av fyllmedelspartiklar behandlade enligt uppfinningen.

Beskrivning av uppfinningen Enligt föreliggande uppfinning behandlas partiklar eller partikelgiupper, t ex fibrer eller fyllmedelspartiklar, med växelverkande polymerer för att härmed bygga upp tunna 10 15 20 25 30 521 591 4 multiskikt av de växelverkande polymerema på partikelytan, I princip används, i det fall altemerande katjoniska och anjoniska polyelektrolyter används som växelverkande polymerer, den teknik som beskrivs bl ai ovannämnda artiklar från Thin Solid Films med den skillnaden att det enligt uppfinningen är fibrer eller andra partiklar eller grupper därav som utgör substratet.

Partiklama behandlas i konsekutiva steg med lösningar av de växelverkande polyme- rema, varvid behandlingstiden för varje steg är tillräcklig för att ett skikt av önskad molekylär tjocklek av önskad tjocklek, företrädesvis i storleksordningen 5-100 Å skall bildas. Växelverkan mellan partiklarna kan utgöras av elektrostatiska krafter, varvid polymerema utgörs av altemerande katj oniska och anjoniska polyelektrolyter, eller av växelverkan mellan nonjoniska polymerer medelst exempelvis dispersionskrafter eller vätebindningar. Exempel på denna typ av växelverkan mellan nonjoniska polymerer är adsorption av polyetylenoxid på oblekta cellulosañbrer och komplexbildning mellan polyetylenoxid och polyakrylsyra.

I det fall de växelverkande polymerema utgörs av altemerande katjoniska och anjoniska polyelektrolyter skall för partiklar eller partikelgrupper som uppvisar en anjonisk yta, vilket exempelvis är fallet med cellulosañbrer, det första skiktet utgöras av en katjonisk polyelektrolyt, och vice versa. Eventuellt överskott av föregående polyelektrolyt kan avlägsnas mellan vane behandlingssteg, t ex genom sköljning med vatten. Altemativt tillsätts endast en sådan mängd av respektive polymer i varje steg att all polymer adsorberas till partikelytan.

Metoden bygger på elektrostatisk attraktion mellan motsatt laddade polyelektrolyter för att bygga upp de önskade multiskikten. Genom att i på varandra följande steg behandla fibrema med en lösning innehållande polyjoner av motsatt laddning och medge dessa att spontant adsorberas till partikelytan, bildas multiskikt av angivet slag. I princip kan alla typer av polyelektrolyter användas.

Genom en sådan behandling av patiklar eller partikelgrupper, såsom fibrer, är det möjligt att göra nya typer av ytmodíñeringar på dessa. Genom att exempelvis behandla fibrer med på varandra följande skikt av hydrofoba, laddade polyelektrolyter skulle det vara möjligt att t ex utveckla nya typer av hydrofoberingskemikalier för hydrofobering lO 15 20 25 30 521 591 5 av papper. Det är även tänkbart att bygga upp "intelligenta" ytskikt på fibrer, vilka ändrar egenskaper med temperatur, pH, saltinnehåll etc. Dessa förändringar skulle exempelvis kunna baseras på fundamentala kunskaper om modema teorier om växelverkan mellan polymerer och ytaktiva substanser.

Ytterligare tillämpningar är jonbytande fibrer där man på fiberytan bygger upp "memb- ran" med jonbytande egenskaper, våtstyrkemedel där polymerema som tillsätts är reak- tiva med såväl fibrer som med varandra för att ge permanenta bindningar mellan fibrer- na samt framställning av högsvällande ytskikt där de kemikalier som tillsätts bildar svällda gelstrukturer på fiberytan för användning i absorberande hygienprodukter. En annan tänkbar tillämpning är nya typer av fibrer för tryckpapper, där de polyinerer som adsorberas ändrar färg när de utsättes för ett elektriskt, magnetiskt eller elektromagne- tiskt fält. Sådana typer av polymerer finns redan tillgängliga idag.

De fibrer som kan behandlas med metoden enligt uppfinningen kan vara av valfritt slag, såväl naturliga som syntetiska fibrer. Framför allt avses dock cellulosafibrer. Dock kan man även tänka sig att behandla syntetfibrer, exempelvis för att ge dessa en mer hydro- fil yta. Även grupper av fibrer eller partiklar kan behandlas enligt metoden.

Exempel 1 Nedanstående exempel visar ökningen av dragstyrkan hos ark tillverkade i en dynamisk arkformare. Den massa som användes var blekt SWK (barrsulfatmassa) vilken slogs upp i enlighet med SCAN-C 18:65, späddes till 3g/l och pH justerade till 8. PVAm (polyvinylamin), en katjonisk polymer, tillsattes i överskott och gavs tid att reagera varefter överskottet polymer tvättades bort från fibersuspensionen med hjälp av vatten.

Därefter tillsattes CMC (karboxymetylcellulosa), en anjonisk polymer, i överskott och efter 10 minuter avlägsnades icke-adsorberad polymer genom tvättning. Tillsats av PVAm och CMC upprepades i flera steg. Efter varje tillsats av CMC användes den s k dynamiska arkformaren för att tillverka ark med en ytvikt på 80 g/mz. Arken testades med avseende på dragstyrka enligt SCAN-P 67:93. Resultaten redovisas i nedanstående tabell 1 och visar tydligt en förbättring av dragstyrkeindex med antalet påförda polymerskikt. 521 591 6 Tabell I Polymerskikt (P=PVAm, C=CMC) Dragstyrkeindex (kNm/kg) Ingen polymer 39,0 P 53,6 PC 56,6 PCPC V 69A PCPCPC 75,8 Resultaten âskådliggörs även i F ig. 1 i ritningarna.

Exempel 2 I detta exempel användes fyllmedel for papperstillverkning som behandlats med flerskiktsadsorption av samma polymerer som i Exempel 1 ovan, dvs polyvinylamin och karboxymetylcellulosa. Pappersark på 80 g/mz tillverkades i en dynamisk arkformare. Arken testades med avseende på askhalt, dragstyrkeindex och opacitet.

Resultaten visas i tabell 2 nedan. Med askhaltrnenas här andel fyllmedel behandlat enligt ovan som tillsätts papperet.

Polymerskikt Askhalt (%) Dragstyrkeindex Opacitet (%) (P=PVAm, C=CMC) (kNm/kg) Ingen polymer 0,0 47, 78,8 Ingen polymer 20,6 19,7 87,1 P 7,5 38,3 82,9 P 14,3 30,5 86,7 P 21,7 23,8 89,5 PCP 7,5 37,9 83,5 PCP 13,9 31,7 87,8 PCP 24,3 26,6 90,7 PCPCP 9,0 40,0 84,7 PCPCP 18,0 35,9 87,0 PCPCP 28,0 30,0 91,0 Resultaten åskådliggörs även i Fig. 2 och 3. Fig. 2 visar härvid effekten på styrkan i papper innehållande olika mängder av fyllmedelpartiklar behandlade enligt 521 sm "I l uppfinningen. F ig. 3 visar effekten på pappers opacitet vid användning av olika mängder fyllmedelspartiklar behandlade enligt Exempel 2 ovan.

Claims (9)

10 15 20 25 30 521 591 fi r : ä' Patentkrav

1. l. Metod att framställa en partikel eller grupper av partiklar uppvisande en beläggning av minst två, företrädesvis minst tre, med varandra växelverkande polymerer, varvid partiklarna eller grupperna av partiklar behandlas i konsekutiva steg med lösningar av de växelverkande polymerema, kä nnetecknad av att överskott av den föregående polymeren avlägsnas mellan varje behandlingssteg alternativt att respektive polymer tillsätts endast i sådan mängd i varje steg att väsentligen all polymer adsorberas till partikelytan.

2. Metod enligt patentlcrav l, kännetecknad av att partikeln är en fiber.

3. Metod enligt patentkrav 2, kännetecknad av att fibem är en cellulosafiber.

4. Metod enligt patentkrav 2, k nnetecknad av att fibem är en syntetisk eller regenererad fiber.

5. Metod enligt patentkrav 1, k nnetecknad av att partikeln är en fyllmedelspartikel eller annan partikeltyp ingående i pappersfrarnställning.

6. Metod enligt något eller några av föregående patentkrav, kännetecknad av 10 15 20 ; - = , f u 521 591 fi' att de växelverkande polymerema är alternerande katjoniska och anjoniska polyelektrolyter eller amfolyter.

7. Metod enligt något eller några av föregående patentkrav, kännetecknad av att vardera av sagda tunna skikt uppvisar en tjocklek mellan 3 och l00Å.

8. Metod enligt något eller några av föregående patentkrav, kännetecknad av att vardera av sagda tunna skikt uppvisar en tjocklek mellan 7 och 20Å.

9. Pappers- eller nonwovenprodukt, kännetecknad av att den innehåller fibrer, fyllmedelspartiklar eller andra partiklar enligt något eller några av patentkraven 1-8.