NO320250B1 - Fremgangsmate for fremstilling av papir med forbedret opasitet og papirprodukt som har forbedret opasitet. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en papirfremstillingsprosess som anvender sammensetninger for å gi papiret forbedret opasitet, og et papirprodukt fremstilt ved anvendelse av sammensetningene.

Kvaliteten av papir fremstilt fra cellulosefibrer (dvs. tremasse eller papiret fremstilt ved resirkulering av slikt papir) bedømmes ofte ved dets opasitet. Papirprodusenter har lenge søkt å forbedre opasiteten slik at et forbedret papir kan oppnås.

Denne og andre ønskede egenskaper har tidligere vært oppnådd ved å tilføre masseoppslemmingen av cellulosefibre, additiver før oppslemmingen trer inn i papir-fremstillingsmaskinen. Forskjellige additiver er velkjente innen teknikken. F.eks. er ti-tandioksydpulveret kjent for åvære et utmerket hvitgjøringsmiddel. Titandioksyd er imidlertid blant de mest kostbare materialene som kan tilsettes til oppslemmingen. På tross av effektiviteten av slikt materiale som en lysner, er følgelig anvendelsen begren-set og det foreligger behov for tilfredsstillende erstatninger.

Kaolinleire har også vært anvendt som et fyllstoff i papir for å forbedre lyshet av det ferdige produktet. Generelt kalsineres kaolinleiren og suspenderes deretter i en vandig oppløsning før den tilsettes til massesammensetningen. Leiren må omrøres kontinuerlig før den trer inn i oppslemmingen ellers vil faststoffpartiklene begynne å danne sediment ved bunnen av holdetankene for leiren. Selv om kaolinleire tilveiebringer lyshet, så vel som opasitet til det ferdige papirproduktet, er den relative vanskeligheten med tilsetning til oppslemmingen en ulempe.

Når leire tilsettes til masseoppslemmingen, trenger oppslemmingen ytterligere kjemika-lier. Et retensjonshjelpemiddel er nødvendig for å bevare leiren i arket, hvilket vil med-føre ekstra kostnad for arket. Tilsetning av leire til oppslemmingen vil også ha en nega-tiv virkning på tørking av papirarket. Papirfabrikanten vil sakne papirmaskinen for å maksimalisere tørkingen for å sikre at arket tørkes, hvilket vil øke kostnaden for arket. Leiren øker også slitasje på papirmaskinen. Denne slitasjen viser seg ved kortere levetid for noen av delene av papirmaskinen. Viren, filten, sjaberbladet og raffinørene viser spesielt slitasje når leire anvendes. Med den økede slitetendensen av leiren er steng-ningstidene lengre og hyppigere. Slike kaolinholdige produkter er beskrevet i US patent nr. 3.014.836 til Proctor, jr. og 4.826.536 til Raythatha et al.

Hydratisert aluminiumsilikat har også vært anvendt som en leire-erstatning i papirfremstillingsprosessen. Det har egenskaper lignende kaolinleire og resulterer følgelig i de

samme ulempene ved anvendelse for fremstilling av papir.

Mange sammensetninger har vært tilsatt til oppslemmingen i et forsøk på å lime papiret, dvs. addere basis til papiret og gjøre papiret vannavstøtende eller vannfast. De fleste kjente lim, slik som de som er beskrevet i US patent nr. 2.142.986 til Arnold, jr. og US patent nr. 3.096.232 til Chapman, anvender en type voks. F.eks. beskriver Arnold, jr. at en emulsjon av voks i en oppløsning av deacetylert chitin, paraffinvokser, japan-voks, karnaubavoks, høyere alifatiske alkoholer eller syntetiske vokser kan anvendes som midlet som gir vannfasthet i et limpreparat. Et myknende middel såsom alifatiske alkoholer inneholdende 12 til 20 karbonatomer er også til stede i sammensetningen til Arnold, jr. Chapman beskriver anvendelsen av parafinvokser eller vann-uoppløselige deri-vater av harpikser for fremstilling av vandige voksemulsjoner med kationisk modifiserte stivelser.

Tallrike limingsmidler er kjent. Generelt er de kjente limene kanoniske materialer, spesielt de som anvendes for å lime stoffer for tekstilindustrien. Selv om limenes kationiske natur øker deres absorpsjonsevne ved fibrene hvorpå de påføres, forhindrer den kationiske naturen generelt at de anvendes i fullt mulig omfang i forbindelse med en lysner og et opakiseringsmiddel. Det er velkjent innen teknikken at selv om kationiske materialer ofte øker liming, reduserer de lysheten av materialet hvorpå de påføres. Fordi tilsetningen av kationiske limingsmidler til papir generelt reduserer deres lyshet, har kationiske lim hittil ikke vært foretrukket som et lim for papir, og spesielt, som et lim for papir fremstilt fra resirkulert masse som ofte mangler den iboende lysheten av papir fremstilt fra ny masse.

Det er et formål ved foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en fremgangsmåte for fremstilling av papir som vil resultere i et papir som har forbedret opasitet.

Nok et formål ved foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe et papirprodukt som har forbedret opasitet.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer følgelig en fremgangsmåte for fremstilling av papir med forbedret opasitet, kjennetegnet ved at den i det vesentlige består av trinnene: tilveiebringelse av en masseoppslemming av cellulosefibrer;

tilsetning til nevnte oppslemming av en sammensetning i en mengde som er effektiv for

å forbedre opasiteten av det fremstilte papiret, innbefattende saltet av et hydroksylert diamidoamin, hvor nevnte salt innbefatter en ammoniumforbindelse som har den generelle formelen:

hvor hver R\ representerer like eller forskjellige C4_C22_alkyl-, alkenyl- eller hydrok-syalkylgrupper, hvor hver R4 representerer like eller forskjellige C2-C6-alkylengrupper, hvor hver R2 representerer en Ci-C4-alkyl- eller en benzylgruppe, hvor R3 representerer en C2-C4-alkylengruppe og hvor n er et tall fra 0 til 20;

omdanning av nevnte oppslemming til papir, og

kalandrering av det dannede papiret.

Sammensetningen som anvendes ved oppfinnelsen tilsettes til masseoppslemmingen etter at tremassen er bleket for å fjerne lignin og andre uønskede bestanddeler og fargen er fjernet, dersom resirkulert papirmasse anvendes, men før massen trer inn i inn-løpskassen av en papirfremstillingsmaskin. Sammensetningen kan tilsettes alene, eller sammen med andre lysnere, opakiseringsmidler og lim. Sammensetningen kan for eksempel tilsettes i forbindelse med papirfremstillingsleirer, såsom kaolin, eller i forbindelse med et lyshets- og opakiseringsmiddel basert på stearinsyrediamid av aminoetyl-etanolamin.

Sammensetningen kan tilsettes til en hvilken som helst masseoppslemming av cellulosefibrer for å oppnå de ønskede fysikalske egenskapene og er spesielt nyttig for å forbedre egenskapene av papir fremstilt fra den resirkulerte massen av cellulosefibrer. Mengden av sammensetning, så vel som mengden av hver komponent i sammensetningen, vil va-riere avhengig av egenskapene og typene av masseoppslemming hvor til sammensetningen tilsettes. Som kjent har forskjellige kilder for tremasse forskjellige egenheter som bidrar til deres evne til å lysnes, gjøres mer opake og mer vannresistente, og lettere bearbeidbare. F.eks. krever visse tremasser en høyere konsentrasjon av lysnende og opakiserende midler enn andre for å fremstille et ferdigprodukt som har identiske egenskaper.

Sammensetningen anvendt ved foreliggende oppfinnelse innbefatter som det fremgår

et alkyl-bis(alkylamidoalkyl)-2-hyd^oksyalkylammoniumalkylsalt. I en foretrukket utfø-relsesform betyr hver Rj samme eller forskjellig C\ i-Cio-alkylgruppe, hvor hver R4 betyr samme eller forskjellig C2-C3-alkylengruppe, hvor R2 betyr en Cj-C2-alkylgruppe, hvor R3 betyr en C2-C3-alkylengruppe, og hvor n er et tall fra 0 til 4.

Anionet valgt fra saltet av diamidoaminet kan være hvilke som helst som er egnet basert på kvaterniseringsteknikken, innbefattende sulfater, klorider eller andre halogenider. Det foretrukne saltet er et sulfat fordi disse er mindre korrosive overfor metallisk utstyr, det foretrukne sulfatet er et Ci-C4-alkylsulfat, mer foretrukket metyl- eller etylsulfat på grunn av kommersielt tilgjengelighet.

En foretrukket sammensetning inneholder metyl-bis(talgamidoetyl)-2-hydroksyetyl-ammoniummetylsulfat. Denne sammensetningen er funnet å gi øket opasitet til det re-sulterende papiret uten i betydelig grad å redusere friksjonskoeffisienten eller lysheten av det fremstilte papiret. Sammensetningen tilsettes generelt til massen av cellulosefibrer ved et nivå på 0,2 til 5 vekt-% d/d (tørr til tørr), fortrinnsvis 0,5 til 2 vekt-% d/d på basis cellulosefiberen.

Tilskuddet av sammensetningen kan varieres avhengig av typen cellulosefibrer hvor fra masseoppslemmingen fremstilles. I tillegg kan anvendelsen av masse som er resirkulert fra papir kreve andre reguleringer med hensyn til sammensetningen, spesielt når den resirkulerte massen er mørk eller på annen måte misfarget. Alle slike reguleringer med hensyn til sammensetningen kan lett utføres av fagmannen i henhold til oppfinnelsen som her er beskrevet.

Massen hvortil sammensetningen tilsettes gjøres til en oppslemming ved anvendelse av konvensjonelle teknikker. Massen kan være bleket for å fjerne uønskede forurensninger såsom ligniner og avfarges dersom masse fremstilt fra resirkulert papir anvendes. Oppslemmingen lagres i holdetanker eller føres til en papirfremstillingsmaskin, såsom en Fourdrinier-maskin, på konvensjonell måte. Papirfremstillingssammensetningen som her er beskrevet kan tilsettes enten til oppslemmingen når den er i holdetanken eller kan tilsettes til oppslemmingen ettersom den beveger seg mot innløpskassen av papirfrem-stillingsmaskinen. Fortrinnsvis tilsettes sammensetningen på den flytende massen ettersom den beveger seg mot innløpsgassen.

Når oppslemmingen inneholdende sammensetningen når innløpskassen av papirfrem-stillingsmaskinen, dannes papir fra dette ved anvendelse av konvensjonelle papirfrem-stillingsteknikker og -materialer. Papiret fremstilt ifølge foreliggende oppfinnelse viser utmerkede egenskaper med hensyn til opasitet, uten nevneverdig redusert lyshet eller friksjonskoeffisient.

Videre forårsaker tilsetningen av sammensetningen til masseoppslemmingen ingen vesentlige negative virkninger på oppslemmingens bevegelse gjennom papirfremstillingsprosessen. At den ikke reduserer friksjonskoeffisienten er viktig ettersom lav koeffisient forårsaker krepprynking og oppviklingsproblemer. Registreringsproblemer kan også forårsakes på trykkepressen ved en lav friksjonskoeffisient.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer videre et papirprodukt som har forbedret opasitet fremstilt fra cellulosefibrer, kjennetegnet ved at produktet har en sammensetning omfattende, i en mengde effektiv for å forbedre opasiteten av papiret fremstilt derfra i det vesentlige bestående av saltet av et hydroksylert diamidoamin, og saltet omfatter en ammoniumforbindelse som har den generelle formelen:

hvor hver Rj representerer like eller forskjellige C4_C22-alkyK alkenyl- eller hydrok-syalkylgrupper, hvor hver R4 representerer like eller forskjellige C2-C(5-alkylengrupper, hvor R2 representerer en Ci-C4-alkyl- eller en benzylgruppe, hvor R3 representerer en C2-C4-alkylengruppe og hvor n er et tall fra 0 til 20, og hvor nevnte papir er kalandrert.

Sammensetningen inneholder fortrinnsvis en svak syre for åregulere pH-verdien. Syren opprettholder en sur pH, fortrinnsvis innenfor området på fra 3 til 6. Syren virker som et hjelpemiddel for dispersjon av sammensetningen. Svake organiske syrer, såsom eddiksyre eller maursyre, er spesielt foretrukket i sammensetningen. Sterke syrer kan natur-ligvis anvendes for å kontrollere pH, men kostnads- og sikkerhetsbetraktninger kan be-grense deres anvendelse.

Fortrinnsvis tilsettes et viskositetskontrollerende middel, såsom et salt, under fremstil-lingen av papirfremstillingssammensetningen. Generelt er natriumsaltene og kloridsal-tene kjente viskositetskontrollerende midler. Foretrukne salter innbefatter natriumacetat og natriumklorid. Denne komponenten virker til å redusere viskositet. Sammensetningen kan videre innbefatte et anti-skummemiddel for å kontrollere skum, og et biocid for å kontrollere bakterievekst.

Foreliggende oppfinnelse kan bedre forstås ved henvisning til følgende eksempel.

Eksempel 1

En prøve ble fremstilt ved å dispergere 99 g metyl-bis(talgamido)-2-hydroksyetyl-ammoniummetylsulfat i 200 g vann inneholdende 2,2 g eddiksyre (84%) og 0,5 g kaus-tisk soda 25%, ved 80°C. En prøve på 1 g ble fortynnet med 99 g vann for å danne 0,3% faststoffdispersjon. Dispersjonen ved et nivå på 8 ml ble blandet med en resirkulert avispapirmasseoppslemming inneholdende 60 g faststoffmasse. Håndark ble fremstilt og testet mot ark fremstilt uten additiv og med ark fremstilt med et ekvivalent nivå av et sammenlignbart opakiserende middel basert på stearinsyrediamidet av aminoetyl-etanolamin.

Håndarkene ble fremstilt ved pressing ved 377 kPa for åpresse ut vann og kondisjonert (TAPPI-standard T402 OM-88), deretter kalandrert ved 66°C og 4137 kPa. Håndarkene ble deretter testet med henblikk på lyshet og opasitet på et <ll>Technobrite"-instrument med et gjennomsnitt på fem avlesninger foretatt. Friksjonskoeffisienten (C.O.F. - coefficient of friction) ble målt ved en glidevinkeltester modell "TMI3225".

Produktet av prøven viste betydelig økning i opasiteten uten noen betydelig reduksjon i lyshet eller friksjonskoeffisient sammenlignet med sammenUgningsprøven uten additiv. I realiteten ble det også observert en økning i C.O.F. Sammenligningen viste en vesent-lig reduksjon i friksjonskoeffisienten.

Claims (17)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av papir med forbedret opasitet, karakterisert ved at den i det vesentlige består av trinnene: tilveiebringelse av en masseoppslemming av cellulosefibrer; tilsetning til nevnte oppslemming av en sammensetning i en mengde som er effektiv for å forbedre opasiteten av det fremstilte papiret, innbefattende saltet av et hydroksylert diamidoamin, hvor nevnte salt innbefatter en ammoniumforbindelse som har den generelle formelen: hvor hver Ri representerer like eller forskjellige C4_C22-alkyl-, alkenyl- eller hydrok-syalkylgrupper, hvor hver R4 representerer like eller forskjellige C2-C6-alkylengrupper, hvor hver R2 representerer en Ci-C4-alkyl- eller en benzylgruppe, hvor R3 representerer en C2-C4-alkylengruppe og hvor n er et tall fra 0 til 20; omdanning av nevnte oppslemming til papir, og kalandrering av det dannede papiret.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at saltet velges fra gruppen bestående av sulfat, klorid og andre halogenider.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at saltet er et sulfat.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at saltet er et Ci-C4-alkylsulfat.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at saltet er et metylsulfat.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at saltet er et etylsulfat.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at hver Ri representerer like eller forskjellige Ci i_Ci9-alkylgrupper, hver R4 representerer like eller forskjellige C2-C3-alkylengrupper, hvor R2 representerer en Ci_C2-alkylgruppe, hvor R3 representerer en C2-C3-alkylengruppe og hvor n er et tall fra 0 til 4.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at sammensetningen er metyl-bis(talgamidoetyl)-2-hydroksyetylammoniiimmetylsulfat.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at sammensetningen videre innbefatter en syre for å opprettholde en sur pH.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 9, karakterisert ved at sammensetningen videre innbefatter en effektiv mengde av et anti-skummemiddel, et biocid og et viskositetskontrollerende middel.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at sammensetningen tilsettes til masseoppslemmingen ved et nivå på 0,2 til 5,0%, uttrykt ved tørrvekt, basert på cellulosefiber.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at sarrmiensetningen tilsettes til masseoppslemmingen ved et nivå på 0,5 til 2%, uttrykt ved tørrvekt, basert på cellulosefiber.

13. Papirprodukt som har forbedret opasitet, fremstilt fra cellulosefibre, karakterisert ved at produktet har en sammensetning omfattende, i en mengde effektiv for å forbedre opasiteten av papiret fremstilt derfra i det vesentlige bestående av saltet av et hydroksylert diamidoamin, og saltet omfatter en ammoniumforbindelse som har den generelle formelen: hvor hver R\ representerer like eller forskjellige C4_C22_alkyl-, alkenyl- eller hydrok-syalkylgrupper, hvor hver R4 representerer like eller forskjellige C2-C6-alkylengrupper, hvor R2 representerer en Cj-C4-alkyl- eller en benzylgruppe, hvor R3 representerer en C2-C4-alkylengruppe og hvor n er et tall fra 0 til 20, og hvor nevnte papir er kalandrert.

14. Papirprodukt ifølge krav 13, karakterisert ved at hver R\ representerer like eller forskjellige Cn-Ci9-alkylgrupper, hver R4 representerer like eller forskjellige C2-C3-alkylengrupper, hvor R2 representerer en Cj-C2-alkylgruppe, hvor R3 representerer en C2-C3-alkylengruppe og hvor n er et tall fra 0 til 4.

15. Papirprodukt ifølge krav 13, karakterisert ved at sammensetningen er metyl-bis(talgamidoetyl)-2-hydroksyetylarnmoniummetylsulfat.

16. Papirprodukt ifølge krav 13, karakterisert ved at sammensetningen er til stede ved et nivå på 0,2 til 5,0%, uttrykt ved tørrvekt, basert på fiber.

17. Papirprodukt ifølge krav 13, karakterisert ved at sammensetoingen er til stede ved et nivå på 0,5 til 2%, uttrykt ved tørrvekt, basert på fiber.