FI108950B

FI108950B - Menetelmä päällystetyn puuvapaan paperin valmistamiseksi

Info

Publication number: FI108950B
Application number: FI980566A
Authority: FI
Inventors: Petri Silenius; Jyrki Kettunen
Original assignee: M Real Oyj
Priority date: 1998-03-13
Filing date: 1998-03-13
Publication date: 2002-04-30
Also published as: DE69926161D1; FI980566A0; EP0942099A3; PL331959A1; EP0942099A2; EP0942099B1; EE9900062A; CA2265410C; EE04123B1; PL196797B1; CA2265410A1; FI980566A; RU2157435C1; US6939609B1; DE69926161T2; JPH11315498A; JP3059711B2

Description

108950

Menetelmä päällystetyn puuvapaan paperin valmistamiseksi 5 Esillä oleva keksintö koskee patenttivaatimuksen 1 johdannon mukaista menetelmää päällystetyn puuvapaan paperin valmistamiseksi.

Keksintö koskee myös patenttivaatimuksen 10 johdannon mukaista menetelmää viiran kulumisen vähentämiseksi sekä patenttivaatimuksen 11 johdannon mukaista, olennaisesti 10 palonkestävää kuitupitoista materiaalirainaa.

Tänä päivänä asiakkaat ja lainsäädännölliset toimenpiteet määräävät yhä enemmän paperituotteiden kehityssuunnan. Painopaperin ostajat haluavat säästää postituskuluissa ja pienentää syntyvän jätteen määrää. Pakkauksille on myös määrätty jätemaksuja, joiden 15 suuruus vaihtelee tuotteen painon mukaan. Yleisesti ottaen paperituotteiden hintaan näyttää tulevan ylimääräisenä kustannusrasitteena energia- ja haittaveroja. Näiden syiden takia paperin ostajat haluavat neliömassaltaan alhaisempia paperituotteita, jotka silti täyttävät korkeat laatuvaatimukset. Toisaalta, jotta paperipohjainen viestintä voisi säilyttää kilpailukykynsä sähköisen viestinnän rinnalla, paperituotteiden painojäljen edellytetään 20 jopa edelleen paranevan.

Mainitut yleiset kehityssuunnat asettavat paperin raaka-aineille ja valmistusprosesseille . . erittäin korkeat vaatimukset. Vaatimusten täyttämiseksi paperin raaka-aineita ja niiden ; ; valmistusprosesseja on pyritty kehittämään viime aikoina hyvin voimakkaasti. Korkea- 25 laatuinen paperi pyritäänkin valmistamaan entistä pienemmällä raaka-ainemäärällä. Kun • : paperin neliömassaa pienennetään, paperin opasiteetti tulee kriittiseksi ominaisuudeksi.

Opasiteettia voidaan kasvattaa nostamalla paperin täyteainepitoisuutta. Tämä kuitenkin yleensä heikentää paperin lujuutta ja siksi paperin rakennetta pyritään muuttamaan siten, i että tärkeät tuoteominaisuudet säilyvät samanaikaisesti hyvinä. Eräs lisäongelma, joka 30 liittyy täyteaine- ja pigmenttimäärien kasvattamiseen paperi- ja kartongituotteissa, on —, jäännöstuhkan määrän lisääntyminen, mikä vaikeuttaa kierrätyskuitujen hyödyntämistä 2 108950 esim. energiantuotannossa tai vastaavasti niiden tuhoamista polttamalla. Lisäksi paperin-ja kartonginvalmistuksen nykyisillä mineraalipohjaisilla täyteaineilla ja pigmenteillä on suuri kuluttavuus. Tämä lyhentää viirojen käyttöikää.

5 Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on poistaa tunnettuun tekniikkaan liittyvät epäkohdat ja saada aikaan aivan uudenlainen ratkaisu paperien ja kartonkien päällystämiseksi sekä paperien, kartonkien, muovien, maalien ja erilaisten pastojen ja dispersioiden, etenkin polymeeridispersioiden täyttämiseksi. Erityisesti keksinnön tarkoituksena on saada aikaan paperien ja kartonkien pigmentti ja täyteaine, jolla neliömassaa voidaan alentaa ilman, että 10 paperin optiset ominaisuudet, etenkin opasiteetti, kärsivät. Keksinnön mukaan pyritään edelleen saamaan aikaan uudenlaiset paperi- ja kartonkituotteet, joilla on pienemmät \ tuhkapitoisuudet ja parannettu lämmön/palonkesto.

Keksintö perustuu siihen ajatukseen, että täyteaineena ja pigmenttinä käytetään kalsium-15 oksalaattia, CaC204. Kalsiumoksalaatti on veteen käytännöllisesti liukenematon neutraaleissa ja emäksisissä olosuhteissa. Se sopii siksi käytettäväksi paperin-ja kartongin täyteaineena moderneissa paperiprosesseissa siinä, missä kalsiumkarbonaattikin. Lisäksi sillä on hyvät optiset ominaisuudet, jotka mahdollistavat sen käytön pigmenttinä monissa tuotteissa. Koska sen kuluttavuus on pieni, sitä voidaan edelleen käyttää esim. hammas-." · t 20 tahnoissa ja vastaavissa pastoissa, joissa täyteaineelta edellytetään mahdollisimman ; , ·, vähäistä hankausvaikutusta.

I · I · I · . ’; ‘: Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle menetelmälle päällystetyn puuvapaan :' i ’: paperin valmistamiseksi on tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 1 25 tunnusmerkkiosassa.

•« t · > '...: Keksinnön mukaiselle menetelmälle viiran kulumisen vähentämiselle on puolestaan ; Y: tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 10 tunnusmerkkiosassa.

I · » > : ’. 30 Keksinnön mukaiselle, olennaisesti palonkestävälle materiaalirainalle on tunnusomaista se, ; ‘; mikä on esitetty patenttivaatimuksen 11 tunnusmerkkiosassa.

3 108950

Esillä olevan keksinnön avulla saavutetaan huomattavia etuja. Niinpä, kuten edellä todettiin, kalsiumoksalaatin optinen teho on erittäin hyvä. Tällä pigmentillä päällystetylle paperille saadaan hyvä opasiteetti ja neliömassaa voidaan alentaa. Toisaalta pigmentin tiheys on normaalia pienempi, mikä osaltaan auttaa neliömassan alentamisessa. Keksinnön mukaisel-5 la ratkaisulla riittävä opasiteetti saadaan siksi käyttämällä vähemmän täyteainetta, jolloin saadaan paperille myös parempi lujuus. Käyttämällä kalsiumoksalaattia paperin pigmenttinä ja/tai täyteaineena saadaan siten tuloksena kevyempi paperi, jolla on erinomaiset optiset ominaisuudet.

I 10 Keksintöä ryhdytään seuraavassa lähemmin tarkastelemaan yksityiskohtaisen selostuksen t ja muutaman sovellutusesimerkin avulla.

Oheen liitetyssä kuviossa 1 on esitetty elektronimikroskooppikuva kalsiumoksalaattikiteis-tä ja kuviossa 2 on esitetty jauhetun kalsiumoksalaatin partikkelikokojakauma.

I 15

Kalsiumoksalaatin kaava on : Ca(OOC)2 (I) : ' : 20 Se esiintyy tavallisesti kidevedellisessä muodossa, jonka bruttokaava on . ·,· CaC204 x nH20 (II) jolloin n on tavallisesti 1 tai 2, yleensä 1 (monohydraatti).

25 j . Luonnossa sitä tavataan monissa kasvisoluissa ja mm. virtsa- ja munuaiskivissä. Puhtaana aineena se yleensä luokitellaan laboratoriokemikaaliksi ja sitä on käytetty analyyttisiin ; tarkoituksiin kalsiumin määritykseen. Yleisesti oksalaateilla on todettu olevan voiteleva vaikutus metallin pinnoitteena (Encyclopedia of Chemical Technologyn, third edition, Kirk 30 Othmer, Voi. 16, s. 630, John Wiley & Sons, New York). Oksaalihapolle puolestaan löytyy käyttöjä, kuten metallien käsittely, puhdistus ja pinnoitus. Myös tekstiilien puhdistus, ja erilaisten kohteiden värjäys. Mitään mainintaa siitä, että kalsiumoksalaattia voitaisiin 4 108950 käyttää täyteaineena tai pigmenttinä ei löydy kirjallisuudesta.

Esillä olevassa keksinnössä hyödynnetään sitä havaintoa, että kalsiumoksalaatin valon-sirontakerroin on päällystekerroksessa erittäin suuri (luokkaa 250 - 500 m2/kg kerroksen 5 rakenteen mukaan). Olemme todenneet, että pigmenttien pakkautuminen on optisten ominaisuuksien kannalta hyvin optimaalista. Toisin sanoen, huolimatta aivan tavallista luokkaa olevasta taitekertoimesta, pigmentillä saadaan erittäin suuri valonsirontakerroin ja siten suuri opasiteettipotentiaali. Valonsirontakertoimen arvo on erittäin suuri verrattuna jopa taitekertoimeltaan erittäin suureen titaanidioksidiin, jolla pigmenttikerros-menetelmällä 10 mitattu valonsirontakerroin on luokkaa 160 m2/kg. Optisen tehon kannalta partikkelien pakkautuminen ja edelleen päällysteen rakenne on erittäin keskeistä.

Kokeissamme olemme edelleen voineet todeta, että Ca-oksalaatilla on erittäin pieni kulut-tavuus verrattuna nykyisiin pigmentteihin, eli sen lisääminen paperin päällystysseokseen 15 tavanomaisten pigmenttien tilalle vähentää viiran kulumista.

t

Kalsiumoksalaatti on varsin niukkaliukoinen veteen. Monohydraatista liukenee veteen 13 : °C:ssa vain 0,0067 g/1 ja 95 °C:ssakin vain 0,014 g/1, mikä on yhtä paljon kuin kalsiitti- < * · | : : muodossa olevasta kalsiumkarbonaatista liukenee huoneenlämpötilassa. Dihydraatista I j ! 20 liukenee vielä vähemmän. Kipsin liukenevuus on lähes 500-kertainen kalsiumoksalaattiin *.., * verrattuna. Korvaamalla osa perinteisistä täyteaineesta j a pigmenteistä kalsiumoksalaatilla V. ’ paperitehtaan liukenevien häiriöaineiden määriä voidaan oleellisesti vähentää.

< · ·

Kalsiumoksalaatin monohydraatti hajoaa termisesti kolmessa vaiheessa, jolloin se ensin ;,; 25 luovuttaa höyrystyvää (kide)vettä, minkä jälkeen siitä poistuu hiilimonoksidia ja sitten * » » hiilidioksidia, jolloin lopuksi saadaan kalsiumoksidia. Termisen hajoamisen seurauksena ! I « • * ’ kalsiumoksalaatin paino vähenee yli 80 %:lla. Tästä syystä voidaan paperin ja kartongin ’; ’ tuhkan määrää selvästi vähentää korvaamalla kaoliini, kipsi tai kalsiumkarbonaatti osittain : . · tai kokonaan kalsiumoksalaatilla. On syytä todeta, että sekä vesi että hiilimonoksidi ja 30 hiilidioksidi kykenevät syijäyttämään ilmaa ja happea ja palamattomina kaasuina etenkin vesi ja hiilidioksidi lisäävät selvästi paperin tai kartongin lämmön-ja palonkestoa. Keksinnön avulla on siten mahdollista tuottaa oleellisesti palonkestävä materiaaliraina.

5 108950

Keksinnön edullisen sovellutusmuodon mukaan saadaan aikaan puupitoinen tai puuvapaa pohjapaperi, jota voidaan käyttää liekinkestävissä tapeteissa. Tunnetusti tapettipaperi on palamatonta, jos siinä on esim. 15 % tai vähemmän elävää kuitua ja loppu esim. kiveä (eli mineraalista täyteainetta/pigmenttiä), joka on vaikeasti palavaa. Keksinnön mukaan voi-5 daan tehokkaasti hyödyntää kalsiumoksalaatin kykyä vapauttaa happea syrjäyttäviä kaasuja ja näin ollen käyttää kalsiumoksalaattia aktiivisena palonestoaineena. Yli 85 % kalsiumok-salaattia (kuivapainosta) sisältävät tapettipaperit ovat ainakin oleellisesti palamattomia ja ne täyttänevät myös EU:n tulevan SBI-normin, jonka mukaan testikappaleen on kestettävä 70 cm:n propaaniliekkiä, jonka teho on 40 kW/m2.

10 Täyteaineena kalsiumoksalaatin käyttömäärät ovat noin 0,1 - 90 %, edullisesti noin 1 - 80 % kuiva-aineesta ja päällysteenä sitä voidaan applikoida noin 1-100 g/m2/rainan sivu. Edullisesti kalsiumoksalaatin osuus pigmenttien ja täyteaineiden kokonaismäärästä on noin 10-95%.

15

Kalsiumoksalaatti voidaan valmistaa saostamalla oksalaattiliuoksista kalsiumsuoloilla. Se on myös kaupallisesti saatavilla.

« < Saostetulla kalsiumoksalaatin monohydraatilla on sinänsä varsin jyrkkä partikkelikoko- * « * • 20 jakauma, jota voidaan edelleen parantaa jauhamalla. Saostetun tuotteen keskimääräinen I ; [: partikkelikoko on noin 3 pm, kun taas jauhetun kalsiumoksalaatin mediaanikoko on noin v, · 1,2 pm. Jauhetun kalsiumoksalaatin partikkeleista yli 90 % on pienempiä kuin 2,3 pm, *. · ·’ mutta vain alle 10 % on pienempiä kuin 0,5 pm. Tämä jyrkkä jakauma antaa hyvät optiset ominaisuudet. Partikkelikokojakaumaa on lähemmin tarkasteltu esimerkissä 1.

25 t I « i · · ’. Kuviossa 1 on esitetty elektronimikroskooppikuva jauhetuista kalsiumoksalaattikiteistä.

• i » ' . * Kuviosta näkyy, että kiteet ovat varsin tasakokoisia ja muodoltaan pyöreähköjä.

: \ · Täyteainekäyttöön saostettu kalsiumoksalaatti sopii sellaisenaan tai jauhettuna.

30 I Kalsiumoksalaatin käyttöä täyteaineena ja pigmenttinä kuvataan seuraavassa lähinnä sellu- loosapitoisten tuotteiden valmistuksen yhteydessä. Huomautettakoon kuitenkin, että samo- 6 108950 ja etuja ja ominaispiirteitä, jotka liittyvät näihin sovelluksiin voidaan tehokkaasti hyödyntää monilla muillakin teollisuuden aloilla. Täyteainesovelluksia kalsiumoksalaatille löytyy mm. muovi- ja maaliteollisuudesta, sekä pastojen ja polymeeridispersioiden tuotannossa. Voidaan myös ajatella kalsiumoksalaatin käyttöä kosmeettisissa valmisteissa, lääkevalmis-5 teissä (mukaan lukien hammastahnat), pesujauheissa, lannoitteet jne.

“Selluloosapitoisella materiaalilla” tarkoitetaan paperia tai kartonkia tai vastaavaa selluloosaa sisältävää materiaalia, joka on peräisin lignoselluloosapitoisesta raaka-aineesta, etenkin puusta tai yksi- tai monivuotisista kasveista. Kyseinen materiaali voi olla puu-10 pitoinen tai puuvapaa ja se voidaan valmistaa mekaanisesta, puolimekaanisesta (kemi- mekaanisesta) tai kemiallisesta sellusta. Sellu ja mekaaninen massa voivat olla valkaistua tai valkaisematonta. Materiaaliin voi myös sisältyä kierrätyskuituja, etenkin kierrätyspa-peria tai kierrätyskartonkia. Materiaalirainan paksuus vaihtelee tyypillisesti välillä 35 -500 g/m2.

15

Kalsiumoksalaattia käytetään selluloosapitoisen aineen täyteaineena sinänsä tunnetulla j tavalla. Niinpä mekaanisesta tai kemiallisesta massasta tai niiden seoksesta muodostetaan . . ·. sulppu liettämällä massa veteen. Siihen lisätään haluttu määrä täyteainetta, tavallisesti 0,1 - . . 90 %, edullisesti noin 1-70 %, valmistettavan rainan kokonaispainosta, eli noin 1-90 % : : 20 kuiva-aineesta, jolloin sulpun kuiva-ainepitoisuudeksi yleensä tulee noin 0,1-5 %. Sulpun vesifaasina käytetään esimerkiksi paperikoneen kiertoveden kirkasta suodosta. Massan annostelu-pH asetetaan neutraaliksi tai lievästi emäksiseksi. Tyypillisesti pH on noin 6,5 -.' * 8. Konemassan pH voi olla annostelu-pH:ta hieman korkeampi, tyypillisesti noin 6,8 - 8,5.

Tarvittaessa sulpun pH.n asettamiseen ja pH:n säätämiseen paperinvalmistuksen aikana ‘ ’ 25 käytetään sopivaa emästä tai happoa. Emäksinä käytetään erityisen edullisesti alkalimetal- ’ ] Iin bikarbonaattia tai -karbonaattia, alkalimetallihydroksidia. Happoina käytetään mineraa- : lihappoa tai hapanta suolaa. Sopivimmiksi hapoiksi katsotaan rikkihappo ja sen happamat ‘ ‘ suolat, kuten aluna, ja sopivammiksi emäkseksi natriumbikarbonaatti. Kuitusulpusta val- • '.; niistetään paperikoneella paperiraina sinänsä tunnetulla tavalla.

30 : Kalsiumoksalaatista voidaan formuloida sopivia päällystysseoksia. Esillä olevassa keksin nössä tarkoitetaan "päällystysseoksella" paperin tai kartongin päällystykseen tai pinnoi- j 7 108950 tukseen tarkoitettua koostumusta, joka sisältää vettä ja sinänsä tunnettuja komponentteja, kuten pigmenttejä, sideainetta sekä viskositeettia säätävää ainetta (paksuntajaa). Pigmentistä ainakin osa, esim. 0,1 - 90 % on kalsiumoksalaattia. Se voi muodostaa koko pig-menttikomponentin, mutta haluttaessa päällystysseoksessa on jokin toinen pigmentti.

5 Esimerkkeinä näistä toisista perinteisistä pigmenteistä voidaan mainita kalsiumkarbonaat-ti, kalsiumsulfaatti, alumiinisilikaatti, kaoliini (kidevedellinen alumiinisilikaatti), alumiinihydroksidi, magnesiumsilikaatti, talkki (kidevedellinen magnesiumsilikaatti), titaanidioksidi, bariumsulfaatti ja piidioksidi sekä näiden seokset. Myös synteettiset pigmentit saattavat tulla kyseeseen. Edellä mainituista pigmenteistä pääpigmenttejä voivat 10 olla kalsiumoksalaatti, kaoliini ja/tai kalsiumkarbonaatti, jolloin niiden yhteismäärä on yli 50 % päällystysseoksen kuiva-aineesta. Voidaan myös käyttää kalsiumoksalaattia lisäpigmenttinä kalsinoidun kaoliinin, titaanidioksidin, saostetun karbonaatin, satiinival- ! koisen, alumiinihydroksidin, natrium silikoaluminaatin ja muovipigmenttien lailla ja näiden tilalla tai niiden kanssa, jolloin lisäpigmentin määrä on alle 25 % seoksen kuiva-15 aineesta. Erikoispigmenteistä voidaan vielä mainita erikoislaatuiset kaoliinit ja kalsium-karbonaatit sekä bariumsulfaatti ja sinkkioksidi.

, Sideaineina keksinnön mukaisissa päällystyskoostumuksissa voidaan käyttää mitä tahansa tunnettuja sideaineita, joita yleisesti käytetään paperinvalmistuksessa. Yksittäisten sideai-: 20 neiden ohella voidaan myös käyttää sideaineseoksia. Esimerkkeinä tyypillisistä sideai- : neista voidaan mainita synteettiset lateksit, jotka muodostuvat etyleenisesti tyydyttämättö- | mien yhdisteiden polymeereistä tai kopolymeereistä, esim. butadieeni-styreeni -tyyppiset ’. * · kopolymeerit, joissa vielä mahdollisesti on karboksyyliryhmän sisältävä komonomeeri, kuten akryylihappo, itakonihappo tai maleiinihappo, sekä polyvinyyliasetatti, jossa on » · · '; ’ · * 25 karboksyyliryhmiä sisältäviä komonomeerejä. Edellä mainittujen aineiden kanssa voidaan \ ' sideaineina edelleen käyttää esim. vesiliukoisia polymeerejä, tärkkelystä, CMC:tä, hyd- : roksietyyliselluloosaa ja polyvinyylialkoholia.

* * · ; ’. ·' Päällystysseoksessa voidaan vielä käyttää tavanomaisia lisä- ja apuaineita, kuten diper- ‘ ’ 30 gointiaineita (esim. polyakryylihapon natriumsuola), seoksen viskositeettiin ja vesiretenti-oon vaikuttavia aineita (esim. CMC, hydroksietyyliselluloosa, polyakrylaatit, alginaatit, bentsoaatti) ns. voiteluaineet, vedenkestävyyden parantamiseksi käytetyt kovettunet, opti- 8 108950 set apuaineet, vaahdonestoaineet, pH:n säätöaineet ja pilaantumisen estoaineet. Voiteluaineista voidaan mainita sulfonoidut öljyt, esterit, aminit, kalsium- tai ammoniumstearaatit, vedenkestävyyden parantajista glyoksaali, optisista apuaineista diaminostilbeeni disulfoni-hapon johdannaiset, vaahdonestoaineista fosfaattiesterit, silikonit, alkoholit, eetterit, kas-5 viöljyt, pH:n säätöaineista natriumhydroksidi, ammoniakki ja lopuksi pilaantumisen estoai-neista formaldehydi, fenoli, kvatemaariset ammoniumsuolat.

Keksinnön mukaisia päällystyspastoja voidaan käyttää sekä nk. esipäällystyspastoina että pintapäällystepastoina. Laskettuna 100 paino-osaa pigmenttiä kohti seos sisältää tyypilli-10 sesti noin 0,1-10 paino-osaa viskositeetin säätäjää ja 1 - 20 paino-osaa sideainetta.

Esipäällystysseoksen tyypillinen koostumus on seuraava: pigmentti/täyteaine (kalsiumoksalaatti mahdollisesti 15 yhdessä jonkin toisen pigmentin kanssa) 100 paino-osaa viskositeetin säätäjä 0,1 - 2,0 paino-osaa sideaine 1-20 paino-osaa lisä-ja apuaineita 0 - 10 paino-osaa vesi loput 20 | ,..: Keksinnön mukaisen pintapäällystysseoksen koostumus on esimerkiksi seuraava: • ‘ ' pigmentti/täyteaine I (kalsiumoksalaatti) 30 - 90 paino-osaa

mahd. toinen pigmentti/täyteaine II

1 * · ;,; 25 (esim. hieno kaoliini ja/tai karbonaatti) 10 - 30 paino-osaa pigmenttiä yhteensä 100 paino-osaa ‘ viskositeetin säätäjä 0,1 - 2,0 paino-osaa 1: ‘ ’ sideaine 1-20 paino-osaa : .: lisä- ja apuaineita 0-10 paino-osaa ’ ’ 30 vesi loput

Kaksipuolisen päällysteen määrä on tyypillisesti noin 5 -100 g /m2.

9 108950

Kalsiumoksalaattipigmenteillä päällystettyjen paperien opasiteetti on yleensä yli 95 % ja niiden ISO-vaaleus saadaan tasolle 92 %.

Seuraavat ei-rajoittavat esimerkit havainnollistavat keksintöä. Valonsirontakertoimet, 5 valonabsorptiokertoimet sekä opasiteetit on määritetty SCAN-P 8:93 -standardin mukaisesti. ISO-vaaleus (R457) puolestaan SCAN-P 3:93 -standardin mukaisesti. Arkkien ne-liömassat ja paksuudet on määritetty standardien SCAN-P 6:75 ja vastaavasti SCAN-P 7:75 mukaan.

10 Esimerkki 1

Pigmentiksi soveltuvan kalsiumoksalaattituotteen valmistus ja kalsiumoksalaatin hiukkaskoko I Laboratoriolaatuinen kalsiumoksalaatti-monohydraatti-jauhe (CaC204xH20) lietettiin 15 veteen. Lietettä jauhettiin helmimyllyllä 1 mm lasihelmillä ilman lisäaineita. Vedenpoisto jauhetusta materiaalista tehtiin keraamisella suotimella ja tuotteen partikkelikokojakauma määritettiin Coulter LS:llä (ks. kuvio 2). Numeroarvoina hiukkaskokojakautuma oli seuraa-, . ·, va: 20 Taulukko 1. Jauhetun kalsiumoksalaatin hiukkaskokojakautuma ;··: %< 10 25 50 75 90

Koko, pm 0,676 0,992 1,491 2,173 2,920 ! 25 Kalsiumoksalaatilla on siten varsin kapea hiukkaskokojakautuma, mikä on edullista optis- < · · ten ominaisuuksien kannalta.

t * ’; ’ Tuotteen kiintoainepitoisuus oli 54 p-% ja keskimääräinen partikkelikoko 1,4 pm.

108950 ίο

Esimerkki 2

Kalsiumoksalaatin ominaispinnan ja kuluttavuuden määrittäminen Käytettiin esimerkin 1 mukaista jauhettua lietettä Ca-oksalaatin viirankuluttavuus ja 5 ominaispinta-ala (BET) määrittämiseen.

Näytteen BET-ominaispinta-alaksi saatiin 4,4 m2/g. Kalsiumoksalaatin ominaispinta on samaa luokkaa kuin eräillä PCC-laaduilla.

10 Kalsiumoksalaatin kuluttavuus oli 2,79 g/m2. Taulukossa 2 kalsiumoksalaattia on verrattu perinteisiin pigmentteihin.

Taulukko 2. Kuluttavuus

Pigmentti__Kuluttavuus, g/m2 15 ZnO, punaleima 12,5

ZnO, kultaleima 0,7

CaC03, HC90 36,2 - ·' · * PCC (skalenoedrinen) 6,0 SPS kaoliini 10,1 j !"··! 20 Talkki 13,0 :': ’; Kalsiumoksalaatti 2,49

Kuten taulukosta selvästi käy ilmi, kalsiumoksalaatti on selvästi parempi kuluttavuuden » · ' · * · * 25 osalta kuin suurin osa tavanomaisista pigmenteistä, i ‘: Esimerkki 3 '... * Päällystekerrosten ja päällystetyn paperin optisten ominaisuuksien määrittäminen * » : ‘ : 30 Esimerkin 1 mukaisesta lietteestä määritettiin myös Ca-oksalaatin valonsironta-ja valonab-sorptiokertoimet (Y ja R475). Määritykset tehtiin sekä lasilevyiltä että pohjapaperilta. Optisista ominaisuuksista mitattiin S- ja K-arvot sekä opasiteettiarvot. Arvot mitattiin 108950 π kahdella eri aallonpituudella (557 nm ja 457 nm).

Kalsiumoksalaattikalvon ominaisuuksien määrittämiseksi pigmenttiliete levitettiin ensin lasilevylle pastalevittimellä kahdella eri kerrospaksuudella.

5

Lasilevyille tehdyillä kalvoilla Ro ja R» määritettiin ensin päällystetystä kohdasta. R» mittauksessa taustana käytettiin kartonkia, jolle oli applikoitu Ca-oksalaattilietettä. Kerrospaksuuden määrittämiseksi lasilevyn paksuus mitattiin sekä päällystetystä että päällystämättömästä kohdasta. Neliömassa määritettiin punnitsemalla levyn paino, minkä jälkeen 10 lietekalvo pestiin pois ja levy punnittiin uudelleen.

j

Lasilevyille tehtyjen kalvojen neliömassa-, paksuus-ja optisista mittauksista saadut tulokset on annettu taulukossa 3.

15 Taulukko 3. Lasilevyille tehtyjen kalsiumoksalaattikalvojen ominaisuudet Päällystekerroksen paksuus 95 pm _61 pm 557 nm ·;' Opasiteetti, % 96,5 96,3 457 nm ,··*, 20 Valonsirontakerroin,m2/kg 360 430 , V: Valonabsorptiokerroin, m2/kg 1,27 2,82 v · Opasiteetti, % 98,4 95,7 ISO-vaaleus, % 91,9 89,2

Neliömassa, g/m2 39,5 17,4 25 Paksuus (päällystetty), pm 1076 1041 I t

Paksuus (päällystämätön), pm 981 _980_ •; * · Seuraavaksi lietettä levitettiin mekaanista massaa sisältävälle pohjapaperille, jonka ne- 30 Hornassa oli 47,0 g/m2.

12 108950

Pohjapaperille sekä pohja+pigmenttikalvoille tehtiin vastaavat mittaukset kuin edellä. Koska s- ja k-arvoja voidaan pitää additiivisina ominaisuuksina, on esitetyt tulokset laskettu niin, että pohjan vaikutus arvoihin on vähennetty pohja+pigmenttikalvon antamista tuloksista. Tulokset on esitetty taulukossa 4.

5

Taulukko 4. Pohjapaperille tehtyjen kalsiumoksalaattikerrosten ominaisuudet Näyte Pohjapaperi, Päällystetty pa- paksuus 78 pm peri, paksuus 92 ___pm_ 557 nm

Opasiteetti, % 86,2 93,4 10 457 nm

Valonsirontakerroin, m2/kg 55,7 232

Valonabsorptiokerroin, 2,19 0,46 m2/kg

Opasiteetti, % 88,8 96,2 15 ISO-vaaleus, % 75,6 82,2

Neliömassa, g/m2 47,0 13,2 » · :': Yhteenvetona edellä esitetyistä tuloksista voidaan todeta, että kalsiumoksalaatin valon- j " 20 sirontakerroin on erittäin suuri ja päällystekerroksesta mitattuna se on tasoa 250-500 ::: m2/kg partikkelikoon ja kokojakauman mukaan. Suuri arvo viittaa siihen, että pigmenttien v * pakkautuminen on optisten ominaisuuksien kannalta hyvin optimaalista. Toisin sanoen, huolimatta aivan tavallista luokkaa olevasta taitekertoimesta (noin 1,5 -1,6), pigmentillä • * • t * " ·';' saadaan erittäin suuri valonsirontakerroin ja siten suuri opasiteettipotentiaali. Optisen tehon * » * ‘. 25 kannalta partikkelien pakkautuminen ja edelleen päällysteen rakenne on erittäin keskeistä.

< t * i t · » *

Claims

1. Menetelmä päällystetyn puuvapaan paperin valmistamiseksi, tunnettu siitä, että päällystysseokseen lisätään tavanomaisten pigmenttien tilalle kalsiumoksalaattia, jolloin 5 kalsiumoksalaatin osuus pigmenttien kokonaismäärästä on 10 -100 %.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kalsiumoksalaatin i osuus pigmenttien kokonaismäärästä on 10 - 95 %.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään 0,1 - 90 % kalsiumoksalaattia kuiva-aineesta.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään kalsiumoksalaattia, jolla on kapea partikkelikokojakauma. 15

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään saostettua kalsiumoksalaattia, joka on jauhettu ennalta määrättyyn partikkelikokoon.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että I , ,·. 20 käytetään kalsiumoksalaatin monohydraattia. I

* * • · : : 7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että : Y: toisena pigmenttinä käytetään kalsiumkarbonaattia, kalsiumsulfaattia, alumiinisilikaattia, : : : kaoliinia tai alumiinihydroksidia, magnesiumsilikaattia, talkkia, titaanidioksidia, 25 piidioksidia ja/tai bariumsulfaattia tai näiden seosta.

8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, t u n n e 11 u siitä, että , · valmistetaan päällystettyä paperia, jonka opasiteetti on yli 95 %. : : 30

9. Menetelmä päällystetyn puuvapaan paperin tuhkan määrän vähentämiseksi, | ;Y tunnettu siitä, että päällystysseoksen kaoliini, kipsi tai kalsiumkarbonaatti korvataan i j | osittain tai kokonaan kalsiumoksalaatilla, jolloin kalsiumoksalaatin osuus pigmenttien ! kokonaismäärästä on 10 -100 %. 108950

10. Menetelmä viiran kulumisen vähentämiseksi, tunnettu siitä, että kalsiumoksa-laattia lisätään paperin päällystysseokseen tavanomaisten pigmenttien tilalle siten, että kalsiumoksalaatin osuus pigmenttien kokonaismäärästä on 10 - 95 %.

11. Olennaisesti palonkestävä kuitupitoinen materiaaliraina, tunnettu siitä, että se sisältää kalsiumoksalaattia täyteaineena sekä päällystyspigmenttinä jonkin toisen pigmentin kanssa, jolloin kalsiumoksalaatin kokonaispitoisuus on yli 85 % paperin kuivapainosta. » » * 15 108950