FI116573B - Täyteaine ohuiden pohjapaperien valmistukseen ja menetelmä pohjapaperin valmistamiseksi - Google Patents

Description

116573 Täyteaine ohuiden pohjapaperien valmistukseen ja menetelmä pohjapaperin valmistamiseksi

Fyllnadsämne för framställning av tunn baspapper och forfarande för framställning av baspapper 5

Esillä olevan keksinnön kohteena on saostettujen kalsiumkarbonaattien (PCC) käyttö täyteaineina pohjapaperin valmistukseen yhdessä mekaanisen lehtipuumassan ja havusellun kanssa, sekä menetelmä pohjapaperin valmistamiseksi, jossa 10 menetelmässä käytetään lehtipuista, erityisesti Populus-suvun puuaineksesta tuotettua massaa ja havusellua yhdessä PCC-täyteaineen kanssa.

Tekniikan taso 15 Pohjapapereissa, erityisesi ohuissa pohjapapereissa käytetään kaoliineja ja jauhettuja kalsiumkarbonaatteja (GCC) täyteaineina. Ohuita pohjapapereita valmistetaan perinteisesti happamissa olosuhteissa, jolloin ei voida käyttää kalsiumkarbonaatteja vaan muita yhdisteitä, joten PCC:a ja GCC:a käytetään lähinnä hienopapereis-sa.

20 Päällystetyissä pohjapapereissa paperin on oltava tiivis, jotta päällystyspasta jää paperin pintaan hyvin peittäväksi kerrokseksi eikä pääse tunkeutumaan pohjapa-' *": periin päällystysprosessin aikana. Jotta päällystetty paperi olisi painettavuudeltaan hyvä, päällystekerrosten halutaan peittävän pohjapaperin täydellisesti. Ohuiden 25 päällystekerrosten tulee saada aikaan hyvä peitto ja painetun paperin kiillon tulee olla suuri ilman häiritsevää vaihtelua. Lisäksi paperin palstautumislujuuden, jota tarvittaessa mitataan ScottBond-arvona, on oltava riittävän suuri, jottei paperi hal-‘kea painatuksessa.

v 30 Paperit painetaan tyypillisesti heatset offset-painokoneella, jolloin valmiin pääl- ;,. ,·' lystetyn paperin pinta voi kuplia, jos pohjapaperin z-suuntainen lujuus ei ole riit- 2 1 1 6573 tävä. Tämä ilmiö on erityisen kriittinen kaksoispäällystetyn paperin tapauksessa, kun paperin pinta on tiivis, eivätkä heatset offset-painokoneen kuivausosalla paperin omasta kosteudesta syntyvät höyryt pääse poistumaan paperin pintojen kautta. Täyteaineella tulisi pohjapaperin laadun kannalta lisäksi olla korkea opasiteetti 5 (valonsironta) ja vaaleus, mutta samanaikaisesti on myös erittäin tärkeää, ettei täyteaine pienennä paperin palstautumislujuutta eikä toisaalta suurenna pohjapaperin huokoisuutta.

Arkkioffset-painatuksessa z-suuntainen lujuus on myös kriittinen vaikka painovä-10 riä ei kuivata erillisessä kuivaimessa. Arkkioffsetissa lujuusvaatimus tulee siitä, että painovärit ovat erittäin viskooseja ja painonipin ulostulopuolella paperiin kohdistuu paperia halkaisemaan pyrkivä voima.

Seostetut kalsiumkarbonaatit (PCC) ovat tunnetusti hyviä täyteaineita erityisesti 15 päällystämättömissä hienopapereissa. Niillä saavutetaan korkea vaaleus ja opasiteetti ja toisiin mineraalitäyteaineisiin verrattuna myös bulkki on parempi. Saavutettavat edut perustuvat pohjimmaltaan siihen, että PCC:n valmistusprosessissa partikkelien muotoa ja kokoa voidaan ohjata prosessinohjaussuureita muuttele-maila. Korkea vaaleus perustuu siihen, että koska prosessi on synteettinen, puh-: ·: 20 taiden raaka-aineiden avulla voidaan saavuttaa lopputulos, joka on jauhettuja kal- : | siumkarbonaatteja parempi. Myös PCC:n valmistaminen on suurissa laitoksissa :" ·* taloudellisesti kilpailukykyistä muihin täyteaineisiin verrattuna.

Täyteainepartikkelien muoto ja koko ovat paperin valmistusta ajatellen säädettä- * : : 25 vissä melko laajoissa rajoissa. Tämä on johtanut mm. siihen, että PCC- » pigmenteistä on tullut kilpailukykyisiä myös päällystyspigmentteinä.

* .,· Kalsiumkarbonaattipigmenttejä voidaan käyttää yleensä vain paperinvalmistus- prosesseissa, joissa pH on neutraali tai emäksinen. Happamissa oloissa karbonaa-* 30 tit liukenevat. Myös tätä rajoitusta on kyetty väistämään kehittämällä PCC- pigmenttejä, joita voidaan käyttää lievästi happamissa oloissa.

116573 3 PCC-pigmentit ovat saavuttaneet vahvan aseman päällystämättömien hienopape-reiden täyteaineena, jolloin partikkelit ovat tyypillisesti muodoltaan monimutkaisia ja kooltaan varsin suuria, ja myös hienopapereiden päällysteissä, jolloin par-5 tikkelit ovat tyypillisesti yksinkertaisempia ja kooltaan pienempiä.

Perinteisesti PCC-täyteaineita käytetään päällystämättömissä toimistopapereissa yli 15 p-%:n osuuksina, jolloin tavoitteena on vaaleuden ja opasiteetin nostaminen sekä kustannusten alentaminen. PCC:n partikkelimorfologia on suunniteltu siten, 10 että bulkki myös säilyy mahdollisimman hyvin. Tämän seurauksena PCC:n partikkelit ovat "merisiilimäisiä" morfologialtaan, joka taas on erittäin heikko rainan tiiveyden ja palstautumislujuuden kannalta. Synteettinen saostettu PCC on joko aragoniittia tai kalsiittia riippuen valmistusolosuhteista. Tyypillisesti aragoniitti on morfologialtaan neulamainen, joka soveltuu paperin päällystykseen. Kalsiitti sa-15 ostuu paperin huikkia lisäävinä, skalenoedraalisina eli lähinnä jyvämäisinä tai valonsiirron antavina romboedrisina eli kuutiomaisina aglomeraatteina tai pris-maattisina eli ryynimäisinä, pallomaisina tai pyöreähköinä partikkeleina, jotka ovat usein muodoltaan monimutkaisia, kooltaan varsin suuria ja paperin kannalta ominaisuuksiltaan kompromissi. Oheisessa kuviossa 1 on havainnollistettu partik-’· " 20 keleita SEM kuvien avulla. Hienopapereiden päällysteissä käytetyt partikkelit · ‘ ovat tyypiltään yksinkertaisempia ja kooltaan pienempiä.

* » · • » · « · PCC-pigmentit eivät ole kuitenkaan saavuttaneet erityistä menestystä ohuiden pohjapapereiden täyteaineina. Näissä tuotteissa täyteaineelta toivotaan laadun . 25 kannalta korkeaa vaaleutta ja opasiteettia ts. valonsirontaa, mutta samanaikaisesti « » on erittäin tärkeää, että täyteaineet eivät pienennä paperin palstautumislujuutta eivätkä toisaalta suurenna pohjapaperin huokoisuutta. Paperin kehityksessä yleensä pyritään alentamaan paperin neliömassoja, jolloin opasiteetti pienenee, joka taas on kompensoitava valonsirontakerrointa nostamalla. Lisäksi tiiveys luonnolli-::; 30 sesti huononee eli pienenee neliömassaa pienennettäessä. Paperikoneiden ja pääl- *,*·: lystyskoneiden jatkuvasti suurenevat ajonopeudet edelleen korostavat tiiveyden 116573 4 kriittisyyttä. Tunnettujen PCC-täyteaineiden ongelmana on, että ne eivät täytä kaikkia ohuen pohjapaperin valmistukseen liittyviä vaatimuksia samanaikaisesti. Tyypillisesti pohjapaperin vaaleus ja opasiteetti voivat olla suuria, mutta samanaikaisesti pohjapaperin palstautumislujuus on alentunut hälyttävästi ja tiiveys on 5 huonontunut niin, että päällystyspasta on tunkeutunut pohjapaperiin.

Patenttijulkaisussa FI100 729 kuvataan paperinvalmistuksessa käytettävä, pääasiassa kalsiumkarbonaatista muodostunut täyteaine sekä menetelmä sen valmistamiseksi. Menetelmässä kalsiumkarbonaatti saostetaan selluloosakuidusta ja/tai 10 mekaanisesta massakuidusta jauhamalla valmistettujen hienoainefibrillien pinnalle. Hienoainefibrillit, joiden pinnalle kalsiumkarbonaattipartikkelit ovat saostuneet, muodostavat helminauhamaisia rihmoja ja näin valmistetut kalsiumkarbo-naattiaggregaatit muistuttavat lähinnä kasassa olevia helminauhoja. Tämä sellu-kuituun tai mekaaniseen massakuituun sekä kalsiumkarbonaattiin perustuva täyte-15 aine antaa paperille hyvät optiset ominaisuudet ja hyvän lujuuden.

Menetelmä päällystetyn hienopaperin valmistukseen soveltuvan pohjapaperin valmistamiseksi yhdistämällä lehtipuuhiokemassa ja havusellu on esitetty patent-\V tijulkaisussa FI 103 417. Menetelmässä käytetään yhdistelmänä haavasta tai haa- 20 van sukuisesta puusta valmistettua mekaanista massaa ja havupuusellua, jolloin • · · .* saadaan aikaan lujuusominaisuuksiltaan pohjapaperin valmistukseen soveltuvaa • * · '· '· massaa. Haapamassan etuja ovat korkea vaaleus ja vaaleuden pysyvyys verrattuna kuusihiokkeeseen. Tämä johtuu etenkin haapahiokkeen tai vastaavan mekaanisen ···' massan alhaisesta ligniinipitoisuudesta ja matalasta karbonyyliryhmäpitoisuudes- 25 ta. Näin voidaan valmistaa korkean vaaleuden omaavaa hienopaperia tavan- * · omaista alhaisempaan neliömassaan.

* · • * ·

Yllä esitetyn perusteella voidaan havaita, että on olemassa ilmeinen tarve PCC-tyyppiselle täyteaineelle, joka soveltuu erityisesti ohuen pohjapaperin valmistuk-vri 30 seen yhdessä mekaanisen lehtipuumassan ja havusellun kanssa, ja joka täyttää \’·· samanaikaisesti kaikki pohjapaperin täyteaineelle asetettavat vaatimukset, sekä 116573 5 menetelmälle pohjapaperin valmistamiseksi, jossa käytetään lehtipuihin kuten haapaan tai haavan sukuisiin puihin perustuvaa mekaanista massaa ja havusellua yhdessä PCC-täyteaineen kanssa.

5 Keksinnön tavoite

Keksinnön tavoitteena on menetelmä pohjapaperin valmistamiseksi, erityisesti ohuen pohjapaperin valmistamiseksi, jonka avulla saadaan pohjapaperia, jolla on alhainen neliömassa, hyvä sisäinen lujuus ja tiiveys sekä parantunut valonsironta 10 ja opasiteetti.

Keksinnön tavoitteena on myös saostetun kalsiumkarbonaatin (PCC) käyttö täyteaineena pohjapaperin valmistuksen yhdessä mekaanisen lehtipuumassan ja havu-sellun kanssa, joka täyteaine täyttää erityisesti edellä pohjapaperin täyteaineelle 15 asetetut vaatimukset.

Keksinnön tavoitteena on myös menetelmä pohjapaperin valmistamiseksi, missä menetelmässä käytetään lehtipuihin kuten haapaan tai haavan sukuisiin puihin perustuvaa mekaanista massaa ja havusellua yhdessä PCC-täyteaineen kanssa, * · 20 jolloin voidaan saavuttaa kaikki toivotut pohjapaperin ominaisuudet samanaikai-: sesti.

Keksinnön tunnusomaiset piirteet 25 Keksinnön mukaisen PCC-täyteaineen käytön pohjapaperin valmistamisessa yh dessä mekaanisen lehtipuumassan ja havusellun kanssa sekä menetelmän pohja- * · '; ‘ paperin valmistamiseksi tunnusomaiset piirteet on esitetty patenttivaatimuksissa.

• » 1 I t 116573 6

Keksinnön kuvaus

On havaittu, että käytettäessä pohjapaperin valmistukseen mekaanista lehtipuu-massaa ja havusellua yhdessä PCC-täyteaineen kanssa voidaan yllättäen saavuttaa 5 samanaikaisesti kaikki pohjapaperilta vaadittavat ominaisuudet. Keksinnön mukaisessa menetelmässä edullisesti haavasta tai haavansukuisista puulajeista eli Populus-suvun puulajeista valmistettu mekaaninen lehtipuumassa, erityisesti pai-nehioke (Pressure Ground Wood, PGW) tai kemimekaaninen massaa (CTMP) yhdistetään havuselluun ja käytetään PCC-täyteainetta, joka partikkelikokoja-10 kaumaltaan on 90 % < 9 pm, 50 %< 5 pm ja 20 %< 1,5 pm ja joka morfologialtaan on ryynimäinen, jyvämäinen tai pallomainen.

Pohjapaperiin voidaan käyttää mekaanista lehtipuumassaa, joka on tuotettu edullisesti haavasta tai haavansukuisista lehtipuista eli Populus-suvun puulajeista, jotka 15 on edullisemmin valittu seuraavien lajien joukosta: P. tremula, P. tremuloides, P. balsamea, P. balsamifera, P. trichocarpa ja P. heterophylla tai erilaisista kanta-haavoista risteytetyistä haapalajeista kuten hybridihaapalajeista sekä geeniteknisesti tuotetuista lajeista tai poppelista, tai edellä mainituista lajeista valmistettujen * « ·§:§ί mekaanisten massojen seosta. Erityisen edullisia puulajeja ovat maatiaishaapa P.

• | 20 tremula, Kanadan haapa P. tremuloides, poppeli ja hybridihaapa. Mekaaninen • · · ; : lehtipuumassa voi valinnaisesti sisältää enintään 70 p-% kuusta tai mäntyä.

• · • · « • · · • · ♦ ’ * Haavan sijasta voidaan käyttää myös muuta lehtipuuta kuten koivua, eucalyptusta • · “···’ tai akaasiaa. Tällaiset mekaaniset lehtipuumassat voidaan tehdä seoksina, joissa 25 on esim. kahta lehtipuuta ja sitten havupuuna esimerkiksi kuusta. Kuusen osuus voi olla enintään 70 %, edullisesti enintään 50 % ja erityisen edullisesti alle 30 %.

’ · ” ‘ Mekaaniset lehtipuumassat ovat lyhytkuituisempia kuin koivusellu tai mekaaniset ' * kuusimassat. Siksi samassa neliömassassa mekaanista lehtipuumassaa on enem- : V: 30 män kuituja kuin koivusellussa tai mekaanisessa kuusimassassa. Tämä johtaa suu- • » 116573 7 rempaan valonsirontakykyyn, hyvään formaatioon eli pieneen neliöpainon vaihteluun pienessä mittakaavassa, pieneen pintakarheuteen, lisäksi bulkki on hyvä.

Haavasta tai muista Populus-suvun puulajeista valmistettu mekaaninen lehtipuu-5 massa ja erityisesti kemimekaaninen massa (CTMP) ja painehioke (PGW) sisältävät suuren määrän lyhyitä kuituja, jotka antavat massalle huikkia ja valonsirontaa. Yhdistämällä haavasta tai haavansukuisista puulajeista valmistettu mekaaninen massa havupuusta valmistettuun kemialliseen selluloosamassaan käyttäen PCC-täyte-ainetta voidaan tuottaa pohjapaperia, jolla on erinomainen valonsironta ja 10 opasiteetti, korkea vaaleus sekä tasainen pinta, hyvä lujuus ja tiiveys.

Mekaanista lehtipuumassaa, edullisesti haapa-CTMP:a tai haapa-PGW:a tai niiden yhdistelmää käytetään 20-70 p-% ja valkaistua havusellua 80-30 p-% sulpun kuiva-aineesta laskien, ja mekaanisen lehtipuumassan kuiduista vähintään 20 % 15 sisältyy kuitukoko fraktioon < 200 mesh ja edullisesti 10-40 p-% sisältyy kuituko- kofraktioon 28/48 mesh. Edullisesti lehtipuumassan kuiduista vähintään 30 p-% ja erityisen edullisesti vähintään 50 p-% on peräisin haavasta, hybridihaavasta ja/tai poppelista.

• · 20 Lehtipuuraaka-aine haketetaan, minkä jälkeen hakkeesta valmistetaan mekaanista • ·' massaa, hierrettä (TMP) tai kemimekaanista massaa (CTMP) sinänsä tunnetulla • · • 1 · • · ' · tavalla. Hiokemenetelmää käytettäessä (GW tai PGW) raaka-aine syötetään pro sessiin pölleinä. Mekaanisesta massasta muodostetaan sulppu yhdessä kemiallisen • t ‘ ‘ ’ massan eli sellun kanssa ja täyteaineena käytetään PCC-täyteainetta, jonka partik- , 25 kelikokojakauma on 90 % < 9 pm, 50 % < 5 pm ja 20 % < 1,5 pm. Lisäksi sulppu * · ... voi sisältää lisäaineita kuten erilaisia tärkkelyksiä, tärkkelysjohdannaisia sekä re- • tentioaineita. Sulpun kuiva-ainepitoisuus on 0,1-5 p-%. Sulpun vesifaasina voi daan käyttää esimerkiksi paperikoneen kiertovettä. Selluna käytetään edullisesti , valkaistua havusellua. Mekaanisen massan määrä on tällöin 20-80 p-%, i t · 30 edullisesti 30-70 p-% ja valkaistun havusellun määrä on 80-20 p-%, edullisesti • · t 1 t 1 70-30 p-% laskettuna sulpun kuiva-aineesta.

116573 8

Mekaanisen lehtipuumassan ja sellumassan sulpusta muodostetaan paperiraina paperikoneelle tunnetun tekniikan mukaisesti esimerkiksi kitarainainta käyttäen.

5 Suoritetuissa laboratoriokokeissa on havaittu, että käytettäessä mekaanista lehtipuumassaa, edullisesti haapapohjaista massaa, jolla on matala Freenes, CFS <_150 ml ja suuri vaaleus > 75, edullisesti > 77, sekä havusellua yhdessä PCC-täyteaineen kanssa, joka partikkelikokojakaumaltaan on 90 % < 9 μηι, 50 % < 5 μπα ja 20 % < 1,5 μm, edullisesti 90 % < 6,3 μm, 50 % < 2,7 μηι ja 20 %< 0,8 10 μιη ja erittäin edullisesti 90 % < 4,3 μηι, 50 % < 1,8 μηι ja 20 % < 0,5 μηι ja joka morfologialtaan on jyvämäinen, ryynimäinen tai pallomainen, on mahdollista valmistaa ohutta pohjapaperia, joka täyttää laadultaan pohjapaperille asetetut vaatimukset ja jonka ominaisuudet on esitetty seuraavassa: • neliömassa 25-150 g/m2, edullisesti 25-80 g/m2, 15 · valonsirontakerroin > 45, edullisesti > 50 ja erittäin edullisesti > 55 m2/kg, • palstautumislujuus > 200, edullisesti > 250 ja erittäin edullisesti > 300 J/m , • paperin huokoisuus < 500 ml/min, edullisesti < 300 ml/min ja erittäin edullisesti < 250 ml/min (neliömassassa 50 g/m2) ·. I · paperin bulkki 1,2-1,8 cm /g .' 20 · vaaleus > 75 %.

• · • ♦ · • »

Keksinnön mukaisen pohjapaperin kuitukoostumus sisältää 20-70 p-% mekaanis- · · ’ ta lehtipuumassaa, edullisesti haapapohjaista massaa, edullisemmin haapahioketta , . tai haapa-CTMP-massaa ja erittäin edullisesti haapa-CTMP-massaa, sekä 80-30 -. | 25 p-% havusellua, sopivasti valkaistua mäntysellua.

Pohjapaperi voidaan päällystää millä tahansa sopivalla tunnetun tekniikan mukaisella menetelmällä, jolloin paperiradan ainakin toiseen pintaan, edullisesti mo- * 7 lempiin pintoihin, muodostetaan päällystyskerros, jonka neliömassa on 5-50 g/m 30 , edullisesti 5-30 g/m2.

116573 9

Keksinnön mukaisesta pohjapaperista saadaan korkealuokkaista hienopaperia päällystämällä se sopivalla pigmenttipitoisella päällystysseoksella. Päällystysseos voidaan applikoida materiaalirainalle sinänsä tunnetulla tavalla. Paperin päällystäminen voidaan suorittaa on-line tai off-line tavanomaisella päällystyslaitteella 5 eli teräpäällystyksellä, tai filmipäällystämisen avulla tai pintaruiskutuksella.

Keksinnön mukaisella menetelmällä valmistettu pohjapaperi ja siitä edelleen valmistettu päällystetty paperi voidaan kalanteroida millä tahansa tunnetun tekniikan mukaisella kalanterointimenetelmällä. Edullisesti kalanterointi suoritetaan on-line 10 soft-kalanterointina, jolloin saadaan sileitä ja kiiltäviä tai mattapintaisia tuotteita, joiden bulkki, opasiteetti ja jäykkyys vastaavat vaatimuksia.

Esimerkit 15 Keksintöä havainnollistetaan seuraavien esimerkkien avulla. Alan ammattimiehelle on kuitenkin itsestään selvää, ettei keksintöä ole tarkoitus rajoittaa vain esimerkkien suoritusmuotoihin.

9 Ψ ·

Esimerkki 1 •\\ 20 ’. /. Laboratoriokokeet eri täyteaineilla .···. Koesarjassa tehtiin laboratorioarkkeja Formette Dynamique -arkkimuotilla. Koe pisteissä käytettiin alla kuvattuja kuitumassoja, hylkyä ja erilaisia täyteaineita.

....: 25 Lisäksi käytettiin vakiomäärä retentioaineita sekä tärkkelystä.

• ·

Kokeissa käytettiin seuraavia kuitumassoja: iit>. - pohjoismainen valkaistu havusellu, joka jauhettiin SR-lukuun 24 Escher

Wyss-laboratorioj auhimella 30 - 85 % haapaa ja 15 % kuusta sisältävä valkaistu CTMP, joka jauhettiin CSF- * arvoon 48 ml Voith Sulzer -laboratorioj auhimella (sakeus 4,2 %, ominaissär- 116573 ίο mäkuorma 0,3 J/m, ominaisenergiankulutus 90 kWh/t). Massan kuitujakauma ja tärkeimmät paperitekniset arvot laboratorioarkista mitattuna olivat: pituuspainotettu kuitupituus: 0,69 mm 5 - McNett-luokittelu +28 mesh: 3,3 %

McNett-luokittelu 28/48 mesh: 39,4 %

McNett-luokittelu 48/100 mesh: 22,4 % - McNett-luokittelu 100/200 mesh: 11,0 % - McNett-luokittelu -200 mesh: 23,9 % 10 - vetoindeksi 37,8 Nm/g repäisyindeksi 3,4 mNm /g - bulkki 1,79 cm3/g ScottBond 152 J/m2 sirontakerroin 47,4 m2/kg 15 - vaaleus 80,9

Kaikissa koepisteissä oli yhteensä 12 % täyteainetta. Päällystettyä paperia valmistavalla paperitehtaalla käytännön oloissa pohjapaperin täyteaine koostuu sekä ; *, ns. tuoreesta täyteaineesta että päällystetyn paperin hylystä tulevasta täyteaineesta • · · 20 (sisältää päällystekerroksen mineraaliset pigmentit). Tämän vuoksi osaan koepis-*. *. teistä täyteaine annosteltiin paperitehtaan päällystettynä hylkynä, jossa mineraa- linen pääkomponenetti oli päällysteen sisältämä jauhettu karbonaatti. Näissä pis- • · .···. teissä 6 %-yksikköä täyteaineesta oli tuoretäyteainetta ja 6 %-yksikköä hylystä tulevaa täyteainetta.

25 Käytetyt täyteaineet on kuvattu seuraavassa taulukossa 1 ja oheisessa kuviossa 2 . on esitetty partikkelikoko)akaumat graafisesti. Arvot on mitattu Malvem Master . Size -laitteella.

i * k 11

Taulukko 1 116573 Täyteaine Partikkelikoko Pinta-ala D50, μιη m2/g GCC1, j auhettu kalsiumkarbonaatti 1,67 6,64 GCC2, jauhettu kalsiumkarbonaatti 1,1 7,77 PCCl, skalenoedrinen 2,6 4,98 PCC2, romboedrinen 1,4 7,58 PCC3, seos skalenoedrinen/ prismaattinen 3,6 3,77

Arkkien ominaisuudet on kuvattu seuraavassa taulukossa 2. Veto- ja repäisyin-5 deksit ovat geometrisia keskiarvoja kone- ja poikkisuunnan tuloksista.

Taulukko 2

Ominaisuus Täyteaine GCC1 GCC1 GCC2 PCCl PCCl PCC2 PCC2 PCC3 PCC3 Hylky ei/on ei on ei ei on ei on Ei on

Neliömassa, g/m2 52,2 50,4 51,9 50,9 50,3 51,7 50,8 51,5 50,6

Tiheys, kg/mJ 567 56Ö 552 53Ö 541 544 546 5Ϊ5 550

Huokoisuus, bendt- ~2\Ö 170 240 32Ö 3ÖÖ 28Ö 230 480 24Ö * * · *. ' l sen, ml/min ISO-vaaleus 823 8Ϊ3 823 833 8Ϊ3 843 823 833 822

Sirontakerroin, 473 44,8 522 542 483 623 5Ϊ2 582 523 .... 1 m2/kg

ScottBond, J/m2 287 3Ö6 28Ϊ 234 3Ö8 266 35Ö 24Ö 286

Vetoindeksi, Nm/g öTj 6T3 572 58,0 57,6 532 573 552 573

Repäisyindeksi, 7,0 7,2 7,7 8,0 7,8 7,9 7,6 8,3 7,5 ···.'. mNm2/g * * « 10 Tuloksista havaitaan odotetusti, että vaaleus ja sirontakerroin nousevat PCC:tä käytettäessä verrattuna kalsiumkarbonaattiin. Yllättäen kuitenkin nähdään, että PCCl ja erityisesti PCC2 voivat parempien optisten ominaisuuksien lisäksi jopa | parantaa lujuusominaisuuksia. Näin on käynyt hylkyä sisältävissä pisteissä Scott- 1 1 6573 12

Bond-palstautumislujuuden ja repäisylujuuden osalta. Myös papereiden huokoisuus on säilynyt riittävän matalalla tasolla ja tässäkin huomio kiinnittyy PCC2:n yllättävän hyviin tuloksiin.

5 Esimerkki 2

Pohjapaperin valmistus pilot-paperikoneella sekä päällystys ja kalanterointi

Kokeissa käytettiin seuraavia kuitumassoja: - tehdasjauhettu pohjoismainen valkaistu havusellu 10 - 85 % haapaa ja 15 % kuusta sisältävä valkaistu CTMP, joka jälkijauhettin pi- lot-mittaisella jauhimella matalalla ominaissärmäkuormalla ominaisener-giakulutuksen ollessa 140 kWh/t. Ennen jälkijauhatusta massan CSF oli 115 ml. Jälkijauhatuksen jälkeen massan ja laboratorioarkkien tärkeimmät ominaisuudet olivat: 15 - CSF 59 ml - pituuspainotettu kuitupituus 0,73 mm McNett-luokittelu +16 mesh: 0,0 %

McNett-luokittelu 16/30 mesh: 5,4 % '·[ - McNett-luokittelu 30/50 mesh: 31,3 % 20 - McNett-luokittelu 50/200 mesh: 34,1 % - McNett-luokittelu-200 mesh: 29,1 % ! - vaaleus: 78,6 - vetoindeksi 46,7 Nm/g • · « t -y - repäisyindeksi 3,9 mNm /g 25 - tiheys 570 kg/m3 (bulkki 1,75 cm3/g) . · · ·. - ScottBond 329 J/m2 * , - sirontakerroin 51,5 m2/kg.

Vertaamalla näitä tuloksia esimerkin 1 laboratoriossa jälkijauhetun massan omi-' · ‘ ' 30 naisuuksiin, nähdään, että pilot-mittakaavan jauhin on tuottanut selvästi enemmän • ’· 200 mesh jaetta, kun taas jaetta 30/50 mesh (vastaa jaetta 28/48 mesh esimerkissä 116573 13 1) on pilotkokeessa selvästi vähemmän. Tulos on tyypillinen ja käytännössä on havaittu, että pilot-kokeessa käytetty jauhin vastaa paperitehtaan oloja erittäin hyvin. Jauhin on rakenteeltaan tehdasjauhinta vastaava, kuitenkin niin, että pilot-jauhimen koko on pienempi.

5

Massoista tehtiin pohjapaperia pilot-mittaisella paperikoneella. Paperikoneessa oli kitarainain. Papereihin lisättiin samoja täyteaineita kuin esimerkissä 1 seuraavasti: - PCC1, skalenoedrinen - PCC2, romboedrinen.

10

Vertailua jauhettuihin kalsiumkarbonaatteihin ei enää tehty, vaan kokeeseen otettiin mukaan 2 parasta PCC:tä

Sulppuun lisättiin kaikissa koepisteissä vakiomäärät tärkkelystä ja samoja reten-15 tioaineita.

Pohjapapereista valmistettiin rullia, jotka kuivattiin ja sitten analysoitiin. Seuraa- . . van taulukon 3 mittaustulokset ovat keskiarvoja neljän rullan mittauksista. Veto- • · · ; '. ja repäisyindeksi ovat kone- ja poikkisuunnan geometrisia keskiarvoja.

20 * « « 1 » * · · · · · * 1 » 14 116573

Taulukko 3

Ominaisuus Täyteaine PCC1 PCC2

Neliömassa, g/m2 51,2 52,3 Täyteaineen osuus, % 14,7 13,4

Tiheys, kg/mJ _ 756 751

Huokoisuus, bendtsen, ml/min 264 283

Vaaleus 77^2 78^8

Sirontakerroin, m2/kg 49,6 51,6

ScottBond, J/m2 479 377

Vetoindeksi, Nm/g 37,7 35,9

Repäisyindeksi, mNm2/g 7,5 7,5 5 Taulukosta 3 nähdään, että pohjapapereiden ominaisuudet olivat varsin lähellä toisiaan. Vertailua vaikeuttaa PCCl:n korkeampi pitoisuus. Kuten laboratorioko-.Y; keessakin PCC2:lla saavutettiin paremmat optiset ominaisuudet so. vaaleus ja · sirontakerroin.

»· · * t Y*· 10 Tämän jälkeen pohjapaperit päällystettiin samoilla pastoilla ja superkalanteroitiin.

Päällystemäärätavoite oli 18 g/m2 molemmille paperin puolille. Kalanteroinnin :linjapaine oli 280 kN/m.

' ’· Valmiin paperin tärkeimmät ominaisuudet on esitetty seuraavassa taulukossa 4 15 (ominaisuudet ovat paperin puolten keskiarvoja).

» * · * I ·

Taulukko 4 15 116573

Ominaisuus Täyteaine PCC1 PCC2

Neliöpaino, g/m2 88,4 89,7 Päällystemäärä, g/m2 36,4 36,6

Bulkki, cm Vg 0,75 0,75

Vaaleus 923 93^4

Opasiteetti 93,4 93,4

Sileys 0,60 0,59

Kiilto 793 783 5 Taulukon 4 mukaan ainoa selvä ero päällystyksen jälkeen on vaaleus, joka on PCC2:lla parempi. Tavanomainen odotusarvo kuitenkin on, että jos vaaleus on peräti 1,3-yksikköä suurempi valmiissa paperissa, korkeamman vaaleuden paperin opasiteetin odotetaan olevan selvästi huonompi kuin alemman vaaleuden paperis- V,· sa. Näin ollen PCC2:ta sisältävän paperin optisia ominaisuuksia on pidettävä • · 10 PCCl-paperia parempana. Paperin pintaominaisuuksissa (sileys, kiilto) käytännön t » · : eroa ei ole.

• · > * * 4 * · • · ' * * * * » »

Claims (14)

116573

1. Saostetun kalsiumkarbonaatin (PCC) käyttö ohuiden pohjapaperien valmistukseen yhdessä mekaanisen lehtipuumassan ja havusellun kanssa, tunnettu siitä, 5 että mekaanisen lehtipuumassan kuiduista > 20 p-% sisältyy kuitukokofraktioon < 200 mesh ja 10-40 p-% sisältyy kuitukokofraktioon 28/48 mesh, mekaanisen lehtipuumassan vaaleus on > 75, saostetun kalsiumkarbonaatin partikkelikokoja-kauma on 90 % < 9 pm, 50 % < 5 pm ja 20 % < 1,5 pm ja pohjapaperin neliö-massa on 25-150 g/m2. 10

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen käyttö, tunnettu siitä, että mekaanisen lehtipuumassan vaaleus on > 77 , saostetun kalsiumkarbonaatin partikkelikokojakauma on 90 % < 6,3 pm, 50 % < 2,7 pm ja 20 %< 0,8 pm ja pohjapaperin neliömassa on 25-80 g/m2. 15

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen käyttö, tunnettu siitä, että mekaaninen lehtipuumassa on valmistettu haavasta ja/tai haavansukuisista puulajeista

’·*·' 4. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 3 mukainen käyttö, tunnettu siitä, että mekaa- / 20 ninen lehtipuumassa sisältää CTMP-massaa tai painehioketta (PGW) tai niiden ‘. yhdistelmää, ja lehtipuumassa on valmistettu Populus-suvun puulajeista, jotka on • · ; valittu seuraavien lajien joukosta: P. tremula, P. tremuloides, P. balsamea, P. . . balsamifera, P. trichocarpa, P. heterophylla, erilaisista kantahaavoista risteytetyt haapalajit kuten hybridihaapalajit, geeniteknisesti tuotetut lajit ja poppeli. 25

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 4 mukainen käyttö, tunnettu siitä, että mekaa-, : nisen lehtipuumassan kuiduista ainakin 30 % on peräisin haavasta ja/tai haavan- . · * · sukuisista puulajeista. 116573

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen käyttö, tunnettu siitä, että mekaanisen lehtipuumassa sisältää ainakin 50 % kuituja, jotka ovat peräisin haavasta, ja/tai haavansukuisista puulajeista.

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen käyttö, tunnettu siitä, että mekaa ninen lehtipuumassa sisältää 70-100 % kuituja, jotka ovat peräisin haavasta ja/tai haavansukuisista puista ja 0-30 % kuituja, jotka ovat peräisin havupuista ja/tai muista lehtipuista.

8. Menetelmä pohjapaperin valmistamiseksi, jossa menetelmässä kuituraaka- aineesta muodostetaan paperirata paperikoneelle, tunnettu siitä, että kuituraaka-aine muodostetaan yhdistämällä saostettu kalsiumkarbonaatti (PCC) mekaanisen lehtipuumassan ja havusellun kanssa, ja mekaanisen lehtipuumassan kuiduista > 20 p-% sisältyy kuitukoko fraktioon < 200 mesh ja 10-40 p-% sisältyy kuitukoko-15 fraktioon 28/48 mesh, mekaanisen lehtipuumassan vaaleus on > 75, saostetun kalsiumkarbonaatin partikkelikokojakauma on 90 % < 9 pm, 50 % < 5 pm ja 20 % < 1,5 pm ja pohjapaperin neliömassa on 25-150 g/m .

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mekaanisen 20 lehtipuumassan vaaleus on > 77 , saostetun kalsiumkarbonaatin partikkelikokoj a- \ kauma on 90 % < 6,3 pm, 50 % < 2,7 pm ja 20 %< 0,8 pm ja pohjapaperin ne liömassa on 25-80 g/m2.

10. Patenttivaatimuksen 8 tai 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että me-25 kaaninen lehtipuumassa on valmistettu haavasta ja/tai haavansukuisista puulajeista.

.*·· 11. Jonkin patenttivaatimuksen 8-10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mekaaninen lehtipuumassa sisältää CTMP-massaa tai painehioketta (PGW) tai * » ... 30 niiden yhdistelmää, ja lehtipuumassa on valmistettu Populus-suvun puulajeista, 116573 jotka on valittu seuraavien lajien joukosta: P. tremula, P. tremuloides, P. balsa-mea, P. balsamifera, P. trichocarpa, P. heterophylla, erilaisista kantahaavoista risteytetyt haapalajit kuten hybridihaapalajit, geeniteknisesti tuotetut lajit ja poppeli. 5

12. Jonkin patenttivaatimuksen 8-11 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mekaanisen lehtipuumassan kuiduista ainakin 30 % on peräisin haavasta ja/tai haavansukuisista puulajeista.

13. Jonkin patenttivaatimuksen 8-12 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mekaaninen lehtipuumassa sisältää ainakin 50 % kuituja, jotka ovat peräisin haavasta ja/tai haavansukuisista puulajeista.

14. Jonkin patenttivaatimuksen 8-13 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 15 mekaaninen lehtipuumassa sisältää 70-100 % kuituja, jotka ovat peräisin haavasta ja/tai haavansukuisista puulajeista ja 0-30 % kuituja, jotka ovat peräisin havupuista ja/tai muista lehtipuista. » 116573