FI90679C - Keteenidimeeridispersioiden kationisuuden säätelemiseen tarkoitettu menetelmä - Google Patents

Description

90679

Keteenidimeeridispersioiden kationisuuden sååtelemiseen tarkoitettu menetelmå 5 Paperinvalmistuksessa ja erityisesti painopaperin ja nes-tepakkauskartongin valmistuksessa kåytetåån erilaisia liimauskemikaaleja kuitumateriaalin hydrofobioimiseksi eli vedenlåpåisykykyyn liittyvien ominaisuuksien paranta-miseksi. Esimerkkejå kåytetyistå hydrofobiointikemikaa-10 leista ovat AKD-vahan (alkyyliketeenidimeeri) vesidisper-siot, ASA-liima (alkenyylimeripihkahappoanhydridi), ja sen dispersiot seka hartsiliimaus, jossa hyodynnetaån eri tavoin modifioituja puun hartsiaineita.

15 Liiinauskemikaalit voidaan jakaa reaktiivisiin ja ei-reak-tiivisiin aineisiin. Hartsiliimat kuuluvat ns. ei-reak-tiivisiin liimoihin, ts. ne eivåt muodosta kemiallista sidosta kuitumateriaalin kanssa. Niiden toiminta perustuu siihen, ettå ne ovat itsessaan hydrofobisia ja kun ne 20 saostetaan tai kiinnitetaan kuituun, antavat ne toivotun hydrofobisen efektin. AKD- ja ASA-liimat puolestaan ovat reaktiivisia liimoja ja ne reagoivat selluloosakuidun OH-ryhmien kanssa muodostaen kovalenttisia sidoksia.

25 Liima-aineet lisåtaan yleisesti kuitudispersioon juuri ennen rainanmuodostusvaihetta. Paperikoneen lampotilan ja muiden paperikoneolosuhteiden, kuten muiden liså- ja apu-kemikaalien, vaikutuksesta, liima-aineen aktiivinen komponentti kiinnittyy kuituun, joko muodostaen sen pinnalle 30 vettåhylkivån kerroksen kuten on tilanne hartsiliimojen yhdeydesså tai reagoiden kuitumateriaalin glukoosiyksi-kdiden OH-ryhmien kanssa kuten on tilanne AKD- ja ASA-liimojen yhteydesså.

35 Liimaustapahtuman nopeus on mitå suurimmassa måårin riip-puvainen paperikonesysteemistå kuten pH:sta, kuitumateriaalin laadusta ja paperin valmistuksessa kåytettåvien muiden kemikaalien yhteisvaikutuksesta.

2 90679

Hartsiliimat saadaan kiinnittymaan kuidun pintaan taval-lisimmin alunan (alumiinisulfaatin) avulla. Hartsiliimaus edellyttåå tåten matalaa pH:ta, 4 - 5, missa aluna muo-5 dostaa positiivisesti varautuneita ioneja, jotka puoles-taan kytkevat hartsin kuituun. Ns. pseudoneutraaleissa systeemeisså voidaan kayttaa muunneltuja hartsidispersi-oita myds neutraalissa pH:ssa. Nåisså aluna on korvattu erilaisilla kationisilla polymeereillå, jotka kiinnitta-10 vMt varsinaisen liima-aineen, hartsin, kuidun negatiivi-sesti varautuneeseen pintaan.

Kun pH paperinvalmistuksessa nousee alueelle 6,5 - 9,0, eli usein kaytettaesså karbonaattia tayteaineena, eivat 15 hartsiliimat enaa ole toimintakykyisia vaan tarvitaan joko AKD- tai ASA-liimausta. Nama liimausaineet toimivat tehokkaasti neutraaleissa paperinvalmistusolosuhteissa, joissa perinteiset hartsiliimat tai hartsiliimadispersiot eivat enaa ole suorituskykyisia.

20 AKD-vaha voidaan dispergoida erilaisten apuaineiden avulla dispersioiksi, joiden aktiiviainepitoisuus vaihtelee 6 %:sta ylospain aina 20 ja 30 % asti. Tållaisten disper-sioiden stabiilisuus on yleisesti hyva, ja tama mahdol-25 listaa niiden valmistuksen muualla kuin paperitehtaalla.

AKD-dispersioiden valmistukseen kaytetaan yleisesti suo-jakolloidia, joka useinmiten on matalakationinen tarkke-lys (substituutioaste < 0,05) seka dispergointiainetta. 30 Lisaksi kaytetaan yleisesti sailontaaineita, pH:n saåto-aineita ja mahdollisesti dispersion stabiilisuuten edul-lisesti vaikuttavia ainesosia.

Dispergointiaineina voidaan kayttaa yleisesti tunnettuja 35 anionisia, kationisia tai nonionisia dispergointikemikaa-leja. Valinta riippuu ennen kaikkea lopputuotteen kåytto-tarkoituksesta.

III! 3 90679

Paperikoneen kiertovesi sisåltaå kaytettavien kuitumate-riaalien alkuperasta riippuen vaihtelevia mååriå liukoi-sia ja kolloidaalisia joko anionisia tai nonionisia kom-5 ponentteja. Erityisen paljon naita ns. håirioaineita on uusiomassassa, ts. siistatussa massassa ja mekaanisessa massassa. Påållystetyn paperin valmistuksessa syntyva hylky palautuu paperikoneen alkupåahan lisåten myos paperikoneen kiertovesien håirioainekuormaa.

10 Håirioaineet vaikuttavat haitallisesti liimaustapahtumaan erityisesti AKD- eli neutraaliliimaukseen. Ne huonontavat paperikoneen retentiojårjestelmåå ja siten heikentåvåt liimakomponentin retentiota paperirainaan. Viiran låpi 15 kulkeutunut AKD ei reagoi kuidun kanssa, vaan joutuu kiertovesiin, misså se korkeasta pH:sta johtuen nopeasti hydrolysoituu ketoniksi ja muiksi liimauksen kannalta inerteiksi komponenteiksi lisåten systeemin håirioainekuormaa .

20

Tunnetusti voidaan matalakationisia (substituutioaste < 0,05) tårkkelyksiå kåyttåmållå parantaa AKD-liimauk-sessa liima-aineen retentiota ja tåten tehostaa liimaus-ta. Yleisesti saatavilla olevien tårkkelysten kationisuus 25 on kuitenkin suhteellisen matala ja håirioainepitoisuuk-sien kasvaessa joudutaan kåyttåmåån synteettisiå orgaani-sia kationisia polymeerejå. Kationisuuden nostamiseen tarkoitettuja kationisia polymeerejå kutsutaan yleisesti liimauksen yhteydesså promoottoreiksi, ts. aineiksi, jot-30 ka tehostavat liimausta. Tållaisia kationisia polymeerejå ovat esimerkiksi polydadmac-tuotteet, erååt mårkåluja-hartsit ja formaldehydin ja disyandiamidin kondensaa-tiotuotteet. Tunnusomaista nåille kaikille on, ettå ne ovat lyhytketjuisia, veteen hyvin liukenevia ja korkean 35 varaustilan omaavia polymeerejå.

Korkeakationiset synteettiset polymeerit voidaan lisåtå 4 90679 joko AKD-liimaan dispersion valmistajan toimesta tai ne voidaan myos lisata paperitehtaa11a erikseen joko vMlit-tomåsti ennen tai jålkeen neutraaliliiman annostelun.

5 Yhdysvaltalaisessa patentissa no 3 130 118 on kuvattu paperiliimaukseen kåyttokelpoisen AKD-dispersion valmis-tusta, jossa liiman raaka-aineena on ehdotettu kåytetta-vaksi korkean substituutioasteen omaavaa kationoitua tårkkelystå. Substituutioasteen on mainittu voivan olla 10 alueella 0,005 - 3. Tarkkelys on tertiåarisesti modifioi-tu.

Keksinndn mukaisesti on todettu, etta edellamainitut kor-keakationiset polymeerit voidaan edullsiesti korvata kor-15 keakationisilla, pitkålle pilkotuilla tarkkelyksillS, jotka keksinnolle tunnusomaisesti on valmistettu kSyttåen kvaternaarista 2,3-epoksipropyylitrimetyyliammoniumklori-dia tai 3-kloori-2-hydroksipropyylitrimetyyliammoniumklo-ridia ja joiden substituutioaste on 0,5 - 1,0.

20

Keksintda kuvaamaan on kSytetty esimerkkejå, joissa AKD-dispersion kationinen varaus on mitattu Miitek- virtauspo-tentiaalidetektorilla. Esimerkkidispersioina on kaytetty kirjallisuuslahteiden mukaisesti valmistettuja ns. tek-25 niikan tason mukaisia, eli ei promoottoreita sisaltåviå dispersioita ja vastaavasti promoottoripitoisa dispersi-oita. Korkeakationisen tarkkelyksen, so. keksinnonmukai-sen tarkkelyksen avulla saaduista varaustiloista on eis-tetty vastaavat analyysiarvot.

30 lli 5 9 O 6 7 9

Esimerkit: AKD-dispersioista on esitetty kuiva-aine ( k.a. ) ja va-raustila mitattuna Miitek-titraattorilla ( mekv/g ) .

5

Dispersio k.a. (%) AKD-pit. Var. tila % mekv/g I. 7,5 6,0 0,01 10 2. 13,7 10,0 0,02 3. 11,5 10,0 0,02 4. 15,0 6,0 1,90 5. 15,1 10,0 0,46 6. 11,0 7,7 0,62 15 7. 11,0 5,5 1,33 8. 11,0 5,0 2,58

Dispersiot 1-3 eivat sisalla promoottoreita, eli ka-20 tionisia polymeerejå. Dispersiot on valmistettu artikke-lin, "Das Papier, 39, 5, 1985; J. Mertz, P. Rohringer, M. Bernheim", mukaisesti.

Kiihdyttamåttomille, ei promoottoreita sisåltåville dis-25 persioille on tunnusomaista matala varaustila.

Disperisot 4-8 ovat promoottoripitoisia eli kiihdytet-tyja dispersioita. Promotoiduille dispersioille on tunnusomaista tavanomaisiin dispersioihin verrattuna korka 30 kationinen varaustila.

Dispersio 4 on valmistettu artikkelin, "Tappi Journal, II, 1990. s. 140; J. Marton", mukaisesti. Promoottorina on kaytetty synteettista kationista polymeeria.

35

Dispersioihin 5 - 6 on kationisuuden aikaansaamiseksi lisatty korkeakationista tårkkelystå (Raifix 220, typpi-pitoisuus n. 3,7%, kationisuus noin 2,6 mekv/g, vis-kositeetti 30 %:na vesiliuoksena noin 1000 cP. Tarkkelys 40 on kationisoitu 2,3-epoksipropyylitrimetyyliammoniumklo- ridilla).

6 90 679

Dispersio no 5 on valmistettu kuten disperiso no 2, xnutta sisaltaen lisaksi 30 % AKD:n mSarastå Raifix 220. Disper-siot 6 - 8 on valmistettu kuten dispersio 3, mutta sisal-5 taen korkeakationista tårkkelysta, Raifix 220, vastaavas-ti 30, 80 ja 100 % AKD:n måarMsta.

Esimerkeista voidaan selvasti nahdM, etta korkeakationi-sia tarkkelyksia voidaan kayttMa synteettisten kationis-10 ten polymeerien tapaan saatamaan AKD-dispersion kationi-suutta.

111!