Бумага с улучшенной жесткостью и пухлостью и способ для ее изготовления

Бумага с улучшенной жесткостью и пухлостью и способ ее изготовления могут быть использованы в целлюлозно-бумажной промышленности и предназначены для копировально-множительного оборудования. Бумага содержит трехслойную, образующую единое полотно двутавровую структуру. Она имеет центральный сердцевинный слой, изготовленный в основном из целлюлозы, пухлость которого увеличена с помощью наполнителя, такого как диамидная соль. Покрытие на основе крахмала наносят на обе стороны сердцевинного слоя, при этом крахмал имеет высокое содержание твердых продуктов. Покрытие формирует трехслойную бумагу, имеющую составную структуру с наружными слоями высокой прочности, окружающими сердцевину низкой плотности. Техническим результатом является улучшение прочности, жесткости и стойкости к закручиванию полученного материала. 3 н. и 29 з.п. ф-лы, 2 ил., 3 табл.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к области бумагоделания и, в частности, к производству подложек из бумаги. Настоящее изобретение также относится к изделиям, изготовленным из подложек согласно настоящему изобретению, таким как бумага для печати и изделия из картона.

Родственная заявка

Настоящая заявка испрашивает приоритет по предварительной заявке на патент Соединенных Штатов, серийный номер 60/410,666, поданной 13 сентября 2002 года.

Уровень техники

Современные рабочие и домашние офисы используют множество бумажных продуктов, включая, но не ограничиваясь этим, сорта бумаги для копировально-множительного оборудования и картон, такие как бумага для письма, бумага для печати, бумага для копирования и бумажные формы. К сожалению, такие продукты на основе бумаги и картона демонстрируют один или несколько недостатков. Например, некоторые из этих продуктов имеют относительно низкую массу на единицу площади или не являются достаточно жесткими при изгибе или износостойкими для того, чтобы выдержать полный цикл прохождения через копировальную машину. Таким образом, в промышленности имеется постоянная потребность в производстве бумаги для копировально-множительного оборудования с более низкой массой на единицу площади, но с такими же, как и сейчас, свойствами жесткости, для того чтобы сохранить исходные материалы и иметь возможность для увеличения производительности. Другими важными свойствами бумаги для копировально-множительного оборудования является закручивание, то есть движение вне данной плоскости, и гигроскопическая расширяемость, то есть расширение и сокращение бумаги при изменении относительной влажности. Низкое закручивание требуется во время пакетирования бумаги в копировальных машинах и для правильного ввода. Низкая гигроскопическая расширяемость требуется из-за того, что закручивание является функцией гигроскопической расширяемости и распределения материала в листе (см. например, Carlsson, L.: A Study of Bending Properties of Paper and their Relation to Layered Structure, Doctoral thesis, Chalmers University of Technology, Department of Polymeric Materials, Gothenburg, Sweden, 1980, ISBN 91-7032-003-9). Гигроскопическая расширяемость и закручивание являются также функцией способа бумагоделания, в частности процессов, происходящих во время сушки волокнистого полотна (см. например, Handbook of Physical Testing of Papers, 2nd Edition, Vol.1, Chapter 3, pр.115-117, ISBN 0-8247-0498-3 by T. Uesaka: Dimensional Stability and Environmental Effects on Paper Properties). Жесткость на изгиб бумаги Sb является функцией модуля упругости E и толщины t, так что Sb пропорциональна Et3. Это означает, что наиболее эффективным средством для увеличения жесткости на изгиб является увеличение толщины бумаги. Однако толщина, как правило, должна удерживаться в заданных пределах. Еще более эффективным путем для увеличения жесткости на изгиб является создание эффекта составного материала, то есть прочных плотных наружных слоев и сердцевины с более низкой плотностью. Математические выражения для трехслойной структуры показывают, что эффект составной структуры создает значительно более высокую жесткость на изгиб, по сравнению с гомогенной структурой, если все остальные параметры поддерживаются постоянными (см. например, Handbook of Physical Testing of Paper, 2nd Edition, Vol.1, Chapter 5, pр.233-256, ISBN 0-8247-0498-3 by C. Fellers and L.A. Carlsson: Bending Stiffness, with Special Reference to Paperboard). Это знание ограничивается применением в многослойном картоне, а также для печатной бумаги с низкой массой на единицу площади, такой как бумага для копировально-множительного оборудования (см. например, Haggblom-Ahnger, U., 1998, Three-ply office paper, Doctoral thesis, Abo Akademi University, Turku, Finland, 1998).

Современные установки для поверхностной обработки бумагоделательных машин, производящие сорта бумаги для копировально-множительного оборудования, обычно имеют установки для дозированного проклеивания. Эти установки способны наносить крахмал для поверхностной обработки (и/или другие упрочняющие компоненты) на другие слои листа. Эта технология демонстрируется в опубликованной литературе (см. например, Lipponen, J. et al.: Surface Sizing with Starch Solutions at High Solids Contents, 2002 Tappi Metered Size Press Forum, Orlando, FL, May 1-4, 2002, Tappi Press 2002, ISBN 1-930657-91-9). Авторы говорят о значительном улучшении жесткости на изгиб, при подаче раствора крахмала в установку для проклеивания, при 18% твердых продуктов, по сравнению с более низкими содержаниями твердых продуктов (8, 12 и 15%).

Имеются также использующие заливку под давлением установки для проклеивания (также называемые бассейнами или ваннами), которые используются повсеместно. В этом случае возможность для нанесения растворов крахмала на наружные слои является не такой, как в установках для дозированного проклеивания, из-за изначально более глубокого проникновения в лист в установке, использующей заливку под давлением. Однако результаты, представленные в литературе, говорят, что увеличение содержания твердых продуктов крахмала также может обеспечивать меньшее проникновение с возможностью улучшения жесткости на изгиб (см. например, Bergh, N.-O.: Surface Treatment on Paper with Starch from the Viewpoint of Production Increase, XXI EUCEPA International Conference, Vol.2, Conferencias nos. 23 43, Torremolinos, Spain, p.547, 1984). Имеется, однако, возможность для значительного улучшения жесткости на изгиб по сравнению с результатами, о которых сообщается в литературе, и для получения других преимуществ, таких как формулируется выше.

Соответственно, имеется необходимость в улучшенных продуктах на основе бумаги и картона, которые уменьшают или устраняют один или несколько из этих недостатков, при этом давая возможность для производства сортов картона и бумаги для копировально-множительного оборудования со значительно более низкими массами на единицу площади, с более высокой производительностью и, как следствие, при более низкой стоимости производства. Такое улучшение получило бы преимущество от увеличения пухлости полотна бумаги перед применением поверхностной обработки (отметим большое влияние толщины бумаги на ее жесткость на изгиб) в сочетании c растворами крахмала с высоким содержанием твердых продуктов, включая модификаторы вязкости и/или агенты для поперечной сшивки, для увеличения прочности покрытия, полученного путем поверхностной обработки, и для увеличения связывающего соединения с поверхностью нанесенного слоя. Кроме того, целью настоящего изобретения является создание этих преимуществ в составляющей единое полотно бумаге, тем самым устраняя затраты, связанные с дополнительным оборудованием, необходимым для бумаги, имеющей множество целлюлозных слоев.

Сущность изобретения

Соответственно, целью настоящего изобретения является создание бумаги или картона, имеющего улучшенную пухлость и жесткость, имеющего трехслойную, образующую единое полотно составную структуру c верхним слоем, центральным слоем и нижним слоем, где центральный слой представляет собой целлюлозный сердцевинный слой, а верхний и нижний слои имеют основу из крахмала и представляют собой наносимые посредством проклеивания слои покрытия, которые покрывают верхнюю и нижнюю поверхность центрального слоя, c минимальным проникновением в центральный слой, и проникновением наполнителя в целлюлозный сердцевинный слой.

Кроме того, целью настоящего изобретения является создание бумаги или картона, имеющего улучшенную пухлость и жесткость, имеющего трехслойную, образующую единое полотно составную структуру, имеющую верхний слой, центральный слой и нижний слой, в которой центральный слой представляет собой целлюлозный сердцевинный слой, а верхний и нижний слои имеют основу из крахмала и представляют собой наносимые посредством проклеивания слои покрытия, которые покрывают верхнюю и нижнюю поверхность центрального слоя, верхний и нижний слои имеют массу покрытия на основе крахмала, на единицу площади, в пределах 2-10 грамм на квадратный метр, и наполнитель, проникающий в целлюлозный сердцевинный слой.

Кроме того, целью настоящего изобретения является создание способа для изготовления бумаги или картона, включающего в себя стадии создания композиции, содержащей целлюлозные волокна и наполнитель, формирования волокнистого полотна из композиции для изготовления бумаги, сушки волокнистого полотна, с формированием высушенного полотна, посредством проклеивания высушенного полотна c помощью раствора для проклеивания с высокой прочностью, на основе крахмала, с формированием верхнего и нижнего слоев покрытия на верхней и нижней стороне волокнистого полотна и сушки волокнистого полотна после обработки посредством проклеивания, с формированием трехслойного, образующего единое полотно материала, имеющего составную структуру.

Другие цели, варианты осуществления, отличительные признаки и преимущества настоящего изобретения станут ясны, если описание предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения рассматривать в сочетании с прилагаемыми чертежами, которые должны рассматриваться в иллюстративном, но не в ограничивающем смысле.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 представляет собой схематическую иллюстрацию трехслойной бумаги согласно настоящему изобретению, получаемой путем увеличения пухлости основного листа и использования крахмала с высоким содержанием твердых продуктов, содержащего модификаторы вязкости/наполнители/агенты для поперечной сшивки.

Фиг.2 представляет собой схематическую иллюстрацию осуществления способа в бумагоделательной машине.

Подробное описание

Бумага 10 в соответствии c одним из вариантов осуществления настоящего изобретения изображена на фиг.1, при этом термин "бумага", как он здесь используется, включает в себя не только бумагу и ее производство, но также и другие продукты типа полотна, такие как картон, и их производство. Плоский целлюлозный сердцевинный слой 12 с наполнителем покрывается с обеих сторон посредством получаемого путем проклеивания покрытия 14 высокой прочности на основе крахмала. Целлюлозные волокна формируют из композиции химической древесной массы, имеющей смесь волокон твердых пород дерева и мягких пород дерева c дополнительными наполнителями, такими как преципитат карбоната кальция, или с другими наполнителями, известными в данной области. Среди волокон могут диспергироваться поверхностно-активные вещества, удерживающие агенты или другие добавки, обычно добавляемые к продуктам на основе бумаги. Отношение волокон мягких пород дерева и твердых пород дерева в рамках настоящего изобретения может изменяться. В идеале, отношение волокон твердых пород дерева и мягких пород дерева находится в пределах между 3:1 и 10:1. Однако могут использоваться и другие отношения твердых пород дерева/мягких пород дерева или другие типы волокон, такие как волокна из химической древесной массы, такой как сульфатная и сульфитная древесные массы, содержащие древесину, или механическая древесная масса, такая как термомеханическая древесная масса, химико-термомеханическая древесная масса, облагороженная древесная масса и древесная масса из измельченной древесины. Волокна также могут иметь основу из рециклированных волокон, необязательно, из обесцвеченной волокнистой массы, и их смеси.

Целлюлозный сердцевинный слой 12 представляет собой сердцевину низкой плотности, у которой пухлость увеличена посредством наполнителя, таким образом достигается увеличение толщины. Предпочтительный вариант осуществления использует наполнитель на основе диамидной соли, такой как моно- и дистеарамиды аминоэтилэтаноламина, коммерчески доступные как Reactopaque 100 (Omnova Solutions Inc., Performance Chemicals, 1476 J.A. Cochran By-Pass, Chester, SC 29706, USA, поставляемый на рынок и продаваемый Ondeo Nalco Co., со штаб-квартирой в Ondeo Nalco Center, Naperville, IL 60563, USA), примерно от 0,025 до примерно 0,25 мас.% по отношению к массе сухого материала. Однако могут использоваться различные химические наполнители, известные в данной области, такие как кватернизованный имидазолин или микросферы, где микросферы изготавливают из полимерного материала, выбранного из группы, состоящей из метилметакрилата, орто-хлоростирола, полиорто-хлоростирола, поливинилбензилхлорида, акрилонитрила, винилиденхлорида, пара-трет-бутилстирола, винилацетата, бутилакрилата, стирола, метакриловой кислоты, винилбензилхлорида и сочетания из двух или более соединений, указанных выше. Сердцевинный слой 12 может содержать другие материалы, такие как поверхностно-активные вещества, удерживающие агенты и наполнители, известные в данной области. Использование удерживающих агентов, как правило, является предпочтительным, если в качестве наполнителя используются микросферы. В предпочтительном варианте осуществления, использующем диамидную соль, удерживающих агентов не требуется.

В предпочтительном варианте осуществления слои 14 покрытия на основе крахмала покрывают обе поверхности сердцевинного слоя. Покрытия с высокой плотностью покрывают верхнюю и нижнюю поверхность менее плотной целлюлозной сердцевины с наполнителем, создавая эффект составной структуры, которая представляет собой трехслойный, составляющий единое полотно продукт бумаги. В других вариантах осуществления только одна сторона целлюлозного сердцевинного слоя может покрываться c помощью покрытия на основе крахмала путем проклеивания. Покрытия высокой прочности формируют из растворов на основе крахмала с содержанием твердых продуктов в пределах 6-20%, но предпочтительно, с крепостью раствора крахмала, большей, чем у обычной бумаги, но все еще достаточно низкой для предотвращения избыточного проникновения покрытий в сердцевинные слои. Промышленные варианты осуществления настоящего изобретения, как правило, используют содержание твердых продуктов примерно 6-12%. Однако в других предпочтительных вариантах осуществления высокая жесткость может достигаться c помощью содержания твердых продуктов в крахмале примерно 18%.

Покрытие проникает в целлюлозный сердцевинный слой в минимальной степени или не проникает совсем. В результате в целлюлозной сердцевине крахмал может по существу отсутствовать. Контроль проникновения идеально достигается c помощью нанесения покрытия путем дозированного проклеивания, так что толщина наружной пленки может отслеживаться с большой точностью. В предпочтительных вариантах осуществления отношение толщины пленки слоев покрытия на основе крахмала к толщине бумаги в целом находится в пределах между 1:50 и 1:1,1. Уровни пористости бумаги также влияют на проникновение покрытия. Контроль толщины и проникновения является ключом к созданию трех отдельных соседних слоев, которые формируют составную структуру, имеющую наружные покрытия высокой прочности, вокруг сердцевины более низкой плотности.

Крахмал, используемый в покрытии, может представлять собой любой крахмал, обычно используемый в покрытии, предпочтительно, гидроксиэтилированный крахмал, окисленный крахмал, катионно-модифицированный или ферментативно преобразованный крахмал из любого обычно используемого источника крахмала, например из картофеля, кукурузы, пшеницы, риса или тапиоки. Покрытие может, кроме того, содержать модификаторы вязкости, агенты для поперечной сшивки и пигменты, такие как поливиниловые спирты, аммоний цирконий карбонат, боратные химикаты, глиоксаль, меламин формальдегид, измельченный и преципированный карбонат кальция, глины, тальк, TiO2 и окись кремния.

По завершении масса бумаги 10 на единицу площади, как правило, находится в пределах 59-410 г/м2, а покрытие имеет массу на единицу площади в пределах между 2 и 10 г/м2.

Фиг.2 изображает схему того, что является одним из вариантов осуществления способа, используемого для получения бумаги, на фиг.1. Известны многочисленные типы бумагоделательных машин с сеточной частью/сухой частью. Таким образом, настоящее изобретение не является ограниченным конкретным типом бумагоделательной машины, такой как та, которая изображена на схеме фиг.2.

Наполнитель 20 добавляют к композиции во время получения влажного продукта в сеточной части бумагоделательной машины, где композиция может, кроме того, содержать добавки, включая наполнители, удерживающие добавки, поверхностно-активные вещества и другие вещества, обычно добавляемые в композицию для бумаги, получаемой в сеточной части, которые известны в данной области. В настоящем варианте осуществления предпочтительный наполнитель представляет собой продукт на основе диамидной соли (Reactopaque 100). Однако и другие наполнители могут использоваться в духе настоящего изобретения.

Сеточная часть, кроме того, содержит установку 22 для очистки, для механической обработки древесной массы, бак 32 машины, напорный ящик 24, который выпускает широкую струю композиции на проволочную секцию, с формированием волокнистого полотна бумаги, сеточную секцию 26, имеющую подвижное сито с исключительно мелкими ячейками, прессовую секцию 28 и сушильную секцию 34, содержащую множество опорных валков, которые сушат волокнистое полотно и переносят его в клеильный пресс.

Покрытие на основе крахмала смешивают в мешальном танке 30. Используемый крахмал предпочтительно представляет собой гидроксиэтилированный крахмал, окисленный крахмал, катионно-модифицированный или ферментативно преобразованный крахмал из любого обычно используемого источника крахмала, например из картофеля, кукурузы, пшеницы, риса или тапиоки. В настоящем варианте осуществления крахмал варят и добавляют в мешальный танк вместе c модификаторами вязкости, агентами для поперечной сшивки и наполнителями, такими как одно или несколько из следующих веществ: поливиниловые спирты, аммоний цирконий карбонат, боратные химикаты, глиоксаль, меламинформальдегид, измельченные и преципитированные карбонаты кальция, глины, тальк, TiO2 и окись кремния. Крахмал может вариться вместе c боратными химикатами в варочном котле 38 для крахмала перед поступлением в мешальный танк. Смешанные покрытия переносят в рабочий танк клеильного пресса, а затем проклеивают по полотну бумаги, покрывая одну или обе стороны полотна. Покрытие на основе крахмала предпочтительно имеет содержание твердых продуктов крахмала в пределах 6-20 мас.%. Слои покрытия могут добавляться одновременно или последовательно в соответствии с одной из двух технологий, обычно используемых в промышленности. Толщина, масса, жесткость и стойкость к закручиванию бумаги являются в основном одинаковыми при любой технологии.

Используемая обработка посредством проклеивания предпочтительно представляет собой нанесение покрытия посредством дозированного проклеивания. Благодаря природе дозированного проклеивания нанесение твердых продуктов крахмала может контролироваться и нормироваться. В результате проникновение покрытия на основе крахмала в целлюлозный сердцевинный слой является минимальным, поддерживая эффект составной структуры для трехслойной, составляющей единое полотно структуры. Более того, могут использоваться другие виды проклеивания, известные в данной области, такие как нанесение покрытия с помощью проклеивания путем заливки под давлением. В этом случае возможность для нанесения растворов крахмала на наружные слои не является такой же, как для установок для дозированного проклеивания, благодаря изначально более глубокому проникновению в лист при заливке под давлением.

Затем покрытое полотно бумаги переносится для обработки посредством проклеивания в прессовую секцию 36 бумагоделательной машины, где прессовая секция, как правило, содержит множество нагреваемых паром вращающихся цилиндров под теплоизолирующим кожухом вблизи пути прохождения полотна бумаги для дополнительной сушки бумаги после проклеивания.

Полученная подложка бумаги демонстрирует одно или несколько улучшенных свойств, по сравнению с подложками, которые не содержат добавки наполнителя и/или подвергаются проклеиванию с использованием крахмала с высоким содержанием твердых продуктов, в сочетании c модификаторами вязкости и/или агентами для поперечной сшивки. Например, для некоторых вариантов осуществления настоящего изобретения подложка демонстрирует улучшенную гладкость по Шеффилду (TAPPI 538 om-88) как на сеточной стороне, так и на лицевой стороне подложки, в противоположность той же подложке без ингредиентов, указанных выше, таким образом делая возможным меньшее каландрирование при сохранении пухлости.

Кроме того, бумага демонстрирует улучшенную стойкость к скручиванию - свойство, наиболее важное для характеристик конечного источника сортов, предназначенных для множительного оборудования, улучшенную гигроскопическую расширяемость и улучшенную стойкость к изгибу согласно Lorentzon & Wettre. Другие преимущества настоящего изобретения включают в себя более закрытый лист и/или улучшенную возможность для достижения заданной пористости бумаги, приводящую к более высоким числам Gurley (TAPPI T460 om-96). Это является выгодным, поскольку бумага для копировально-множительного оборудования обычно пропускается через копировальные машины, использующие вакуумные присоски для подъема листов.

Следующие неограничивающие примеры иллюстрируют различные дополнительные аспекты настоящего изобретения. Если не указано иного, температуры приводятся в градусах Цельсия, масса бумаги на единицу площади, в граммах на квадратный метр, и процент любой добавки к древесной массе или влажности приводится по отношению к массе общего количества материала, высушенного в печи.

Пример 1

Серию опытов осуществляют на бумагоделательной машине, снабженной устройством с заливкой под давлением для проклеивания. Бумагу изготавливают из смеси примерно 9 частей древесины твердых пород дерева и 1 части древесины мягких пород дерева, и содержащей 19% наполнителя (преципитированного карбоната кальция). Стандартный клей AKD добавляют в качестве внутреннего клея, и стандартный поверхностный клей добавляют в устройство для проклеивания вместе c раствором крахмала. Опыт совмещают с добавлением Reactopaque 100 в бак для древесной массы твердых пород дерева перед рафинированием. Скорость добавления постепенно уменьшают до 0,15%, и покрытие для проклеивания, содержащее ферментативно преобразованный кукурузный крахмал, заменяют на покрытие, содержащее крахмал с более высоким содержанием твердых продуктов (10% вместо стандартных 8%), вместе с 5 частями, по отношению к крахмалу, глиоксаля (Sequarez 755, Omnova Solutions Inc., SC, USA) и 25 частями, по отношению к крахмалу, измельченного карбоната кальция (Omyafil OG, Omya, Inc., Alpharetta, GA, USA). Один опыт осуществляют при этих значениях параметров, затем процесс нанесения покрытия посредством проклеивания переключают назад на крахмал, без глиоксаля и наполнителя, в то же время поддерживая более высокие содержания твердых продуктов. Последний опыт сохраняет эти значения параметров, но уменьшает массу бумаги на единицу площади, для оценки влияния жесткости на изгиб. Таблица 1 представляет данные по стойкости к изгибу (жесткости на изгиб) согласно Lorentzon & Wettre, толщине бумаги и пористости согласно Bendtsen, по сравнению с контролем, без наполнителя и при стандартном содержании твердых продуктов крахмала. Опыт 2 демонстрирует увеличение, по сравнению с контрольным опытом, толщины и жесткости на изгиб и уменьшение числа пористости. Опыт 2 также демонстрирует более гладкую поверхность, как определяется по числу гладкости Bendtsen, которое уменьшается от 225/210 мл/мин (сеточная/лицевая сторона) до 205/195 мл/мин (сеточная/лицевая сторона). Это и уменьшение пористости для опыта 2 может приписываться наполнителю, замыкающему поверхность и образующему более гладкую поверхность. Наиболее важная информация получается при сравнении Опытов 2, 3 и 4 c Опытом 1 (контроль). Толщина увеличивается с добавлением Reactopaque, и жесткость на изгиб увеличивается в результате увеличения толщины, в сочетании c увеличением содержания крахмала, расположенного в поверхностных слоях. Общее содержание крахмала в листе также увеличивается в результате того, что лист становится более открытым (более высокое число пористости Bendtsen). Опыт 4, в сравнении с Опытом 1, является особенно важным, поскольку он демонстрирует, что увеличение жесткости на изгиб дает возможность для уменьшения массы на единицу площади, в то же время поддерживая почти такую же жесткость, как в контрольном опыте.

Таблица 1
Опыт Обработка Масса на единицу площади грамм/м 2 Толщина
микрон
Жесткость на изгиб, мН
MD/CD
Пористость Bendtsen, мл/мин
1 Контроль 80,3 99,4 104/62 880
2 Reactopaque, увеличение содержания твердых продуктов в крахмале, в сочетании c глиоксалем и GCC 80,3 102,3 117/57 715
3 Reactopaque, увеличение содержания твердых продуктов в крахмале 79,8 102,5 121/55 980
4 Reactopaque, увеличение содержания твердых продуктов в крахмале,
уменьшение массы на единицу площади
78,3 100,1 107/58 1000

Пример 2

Ряд сортов бумаги оценивается в опытах по дозированному проклеиванию. Исследуемая основная бумага производится с плотностью на единицу площади 90 грамм на квадратный метр, без Reactopaque 100. В контрольном опыте C1, используя эту основную бумагу, получают покрытие, посредством проклеивания, с массой на единицу площади 2 г/м2, в контрольном опыте C2 получают покрытие путем проклеивания с массой на единицу площади 5 г/м2, и в контрольном опыте C3 получают покрытие путем проклеивания с массой на единицу площади 8 г/м2. Контрольные опыты со сравнением, сторона к стороне, проводились на установке для дозированного проклеивания для ряда исследуемых сортов бумаги, произведенных c массой на единицу площади 88 грамм на квадратный метр, c добавлением 0,18% Reactopaque 100 перед рафинированием древесины твердых пород дерева. Исследуемые основные сорта бумаги получают покрытие, посредством проклеивания, содержащее гидроксиэтилированный кукурузный крахмал (Ethylex 2035 от A.E. Staley Manufacturing Co., Decatur, IL, USA) с более высоким содержанием твердых продуктов (18% вместо стандартных 8%), в сочетании c глиоксалем и наполнителем (измельченным карбонатом кальция). Сорта бумаги с покрытием, полученным посредством проклеивания, исследуют на жесткость на изгиб, гладкость и пористость. Для подытоживания результатов строят график жесткости на изгиб как функции гладкости, и результаты оценивают как гладкость по Шеффилду, равную 120, после каландрирования сталь по стали. Числа пористости Gurley и гладкости по Sheffield приводятся для некаландрированной бумаги. Коэффициент гигроскопической расширяемости оценивают на полосках бумаги, в направлении процесса и в поперечном направлении, с использованием тестера гигроскопической расширяемости Varidim (Techpap, Grenoble, France). Гигроскопическую расширяемость измеряют при относительной влажности в пределах между 15 и 90%, по которой вычисляют коэффициент гигроскопической расширяемости.

Различные добавки для растворов крахмала выбирают из следующего далее списка:

Натрий тетраборат пентагидрат, бура (Neobor от US Borax, CA, USA), добавляют в количестве 0,25% от крахмала, перед варкой крахмала.

Глиоксаль (Sequarez 755, Omnova Solutions Inc., SC, USA) добавляют в количестве 5% от крахмала в сочетании c преципитированным карбонатом кальция, добавляемым в количестве 50% по отношению к крахмалу (Megafil 2000, Specialty Minerals, PA, USA).

Поливиниловый спирт (Celvol 325 от Celenese Chemicals, TX, USA) добавляют в количестве 5% от крахмала.

Таблица 2 демонстрирует результаты. Сочетание высокого содержания твердых продуктов в крахмале и модификатора вязкости/наполнителя/агента для поперечной сшивки увеличивает жесткость на изгиб более чем на 20% по сравнению с контрольными опытами. Само по себе высокое содержание твердых продуктов в крахмале также дает некоторое преимущество, но неожиданный результат представляет собой общее воздействие на несколько важных свойств бумаги посредством применения наполнителя и проклеивания. Применение проклеивания дает более закрытый лист, как видно по увеличению чисел пористости Gurley, основная бумага, содержащая наполнитель, является более гладкой, и коэффициент гигроскопической расширяемости является значительно более низким для опытов с сочетанием высокого содержания твердых продуктов в крахмале и модификатора вязкости/наполнителя/агента для поперечной сшивки.

Пример 3

Ряд сортов бумаги формируют из смеси 8 частей древесной массы северных твердых пород дерева и 2 частей древесной массы северных мягких пород дерева, и имеющей 20% наполнителя, преципитированного карбоната кальция (Megafil 2000) от Specialty Minerals. Древесные массы рафинируют вместе и они имеют Canadian Standard Freeness примерно 450 мл. Стандартный клей AKD (Hercon 70) от Hercules добавляют в сеточную секцию с приданием основному листу числа Hercules для исследования клея 50-100 секунд. Reactopaque 100 (при 0,17 мас.%) добавляют перед рафинированием при температуре древесной массы 54°C (130°F) для достижения эффекта увеличения объема. Эти сорта бумаги исследуют на закручивание в горячем состоянии с помощью соответствующего инструмента, разработанного для таких измерений по поручению исследовательского центра International Paper. Результаты приведены в таблице 3. Они показывают, что добавление Reactopaque 100 к основному листу дает значительное уменьшение числа закручивания (разница в 5 единиц рассматривается как значительное различие).

Таблица 3
Образец бумаги Обработка Закручивание в горячем состоянии, миллиметры
1 75 грамм на квадратный метр без Reactopaque 100 42
2 80 грамм на квадратный метр без Reactopaque 100 32
3 75 грамм на квадратный метр добавление Reactopaque 100 25
4 80 грамм на квадратный метр добавление Reactopaque 100 20

Хотя настоящее изобретение описывается со ссылками на предпочтительные варианты осуществления, специалисту в данной области будет понятно, что в свете приведенного выше описания являются возможными различные модификации. Например, может изменяться оптимальное количество наполнителя, используемого вместе c различными типами и отношениями целлюлозных волокон. Все такие изменения и модификации, как предполагается, находятся в рамках и в духе настоящего изобретения, как определяется в формуле изобретения, прилагаемой к нему.

1. Бумага или картон, имеющая улучшенную пухлость и жесткость, содержащая
трехслойную, образующую единое полотно двутавровую структуру, имеющую верхний слой, центральный слой и нижний слой, в которой центральный слой представляет собой целлюлозный сердцевинный слой, а верхний и нижний слои представляют собой слои покрытия на основе крахмала, которые покрывают верхнюю и нижнюю поверхности центрального слоя с минимальным проникновением в центральный слой, и наполнитель, проникающий в центральный слой.

2. Бумага или картон по п.1, в которой отношение толщины центрального слоя по сравнению с толщиной бумаги или картона находится в пределах между 1:50 и 1:1,1.

3. Бумага или картон по п.1, в которой масса на единицу площади бумаги находится в пределах от 59 г/м2 до 410 г/м2, а масса на единицу площади каждого из верхнего и нижнего слоев покрытия находится в пределах от 2 до 10 г/м2.

4. Бумага или картон по п.1, в которой наполнитель выполнен из полимерного материала в форме микросфер.

5. Бумага или картон по п.1, в которой верхний и нижний слои формируются из раствора для проклеивания на основе крахмала, имеющего содержание твердых продуктов крахмала в пределах от 6 до 20 мас.%.

6. Бумага или картон по п.1, в которой наполнитель представляет собой продукт на основе диамидной соли.

7. Бумага или картон по п.1, в которой наполнитель изготавливают из полимерного материала в форме микросфер, выбранного из группы, состоящей из метилметакрилата, ортохлоростирола, полиортохлоростирола, поливинилбензилхлорида, акрилонитрила, винилиденхлорида, пара-трет-бутилстирола, винилацетата, бутилакрилата, стирола, метакриловой кислоты, винилбензилхлорида и сочетания из двух или более из указанных выше.

8. Бумага или картон по п.7, в которой центральный слой дополнительно содержит удерживающий агент.

9. Бумага или картон по п.1, в которой центральный слой дополнительно содержит добавку, выбранную из группы, состоящей из наполнителей, поверхностно-активных веществ, склеивающих агентов или их сочетаний.

10. Бумага или картон по п.1, в которой крахмал выбирается из группы, состоящей из гидроксиэтилированного крахмала, окисленного крахмала, катионно-модифицированного или ферментативно-преобразованного крахмала из любого обычно используемого источника крахмала, например из картофеля, кукурузы, пшеницы, риса или тапиоки.

11. Бумага или картон по п.1, в которой верхний и нижний слои дополнительно содержат агент для поперечной сшивки.

12. Бумага или картон по п.1, в которой верхний и нижний слои дополнительно содержат модификатор вязкости.

13. Бумага или картоны по п.1, в которой верхний и нижний слои дополнительно содержат пигмент.

14. Бумага или картон по п.1, дополнительно содержащая добавки, выбранные из группы, состоящей из поливиниловых спиртов, аммоний цирконий карбоната, боратных химикатов, глиоксаля, меламинформальдегида, измельченных и преципитированных карбонатов кальция, глин, талька, TiO2 и окиси кремния или их сочетаний.

15. Бумага или картон по п.1, в которой верхний и нижний слои образованы покрытием раствора крахмала с содержанием твердых продуктов от 12 до 20 мас.%.

16. Бумага или картон по п.1, в которой верхний и нижний слои образованы покрытием раствора крахмала с содержанием твердых продуктов от 12 до 18 мас.%.

17. Бумага или картон, имеющая улучшенную пухлость и жесткость, содержащая
трехслойную, образующую единое полотно двутавровую структуру, имеющую верхний слой, центральный слой и нижний слой, в котором центральный слой представляет собой целлюлозный сердцевинный слой, и верхний и нижний слои представляют собой слои покрытия на основе крахмала, которые покрывают верхнюю и нижнюю поверхность центрального слоя, масса покрытия на основе крахмала каждого из верхнего и нижнего слоев покрытия находится в пределах от 2 до 10 г/м2, и наполнитель, проникающий в целлюлозный сердцевинный слой.

18. Способ для изготовления бумаги или картона, включающий в себя стадии
a) создания композиции, содержащей целлюлозные волокна и наполнитель,
b) формирования волокнистого полотна из композиции для изготовления бумаги,
c) обработки полотна с помощью раствора на основе крахмала с формированием верхнего и нижнего слоев покрытия с высокой прочностью на верхней и нижней стороне волокнистого полотна, и
d) сушки обработанного волокнистого полотна с формированием трехслойного, образующего единое полотно материала, имеющего двутавровую структуру.

19. Способ по п.18, в котором отношение толщины волокнистого полотна по сравнению с толщиной бумаги или картона находится в пределах между 1:50 и 1:1,1.

20. Способ по п.18, в котором масса на единицу площади бумаги находится в пределах между 59 г/м2 и 410 г/м2, а масса на единицу площади каждого из верхнего и нижнего слоев покрытия находится в пределах между 2 и 10 г/м2.

21. Способ по п.18, в котором уровень крахмала из верхнего и нижнего слоев покрытия в волокнистом полотне является незначительным.

22. Способ по п.18, в котором верхний и нижний слои покрытия имеют содержание твердых продуктов в крахмале меньше чем 20 мас.%.

23. Способ по п.18, в котором для обработки используют устройство для дозированного проклеивания.

24. Способ по п.18, в котором наполнитель представляет собой продукт на основе диамидной соли.

25. Способ по п.18, в котором композиция дополнительно содержит добавку, выбранную из группы, состоящей из наполнителей, поверхностно-активных веществ или их сочетаний.

26. Способ по п.18, в котором крахмал выбирается из группы, состоящей из гидроксиэтилированного крахмала, окисленного крахмала, катионно-модифицированного или ферментативно-преобразованного крахмала из любого обычно используемого источника крахмала, например из картофеля, кукурузы, пшеницы, риса или тапиоки.

27. Способ по п.18, в котором раствор для проклеивания дополнительно содержит добавку, выбранную из группы, состоящей из поливиниловых спиртов, аммоний цирконий карбоната, боратных химикатов, глиоксаля, меламинформальдегида, измельченных и преципитированных карбонатов кальция, глин, талька, TiO2 и окиси кремния или их сочетаний.

28. Способ по п.18, в котором раствор крахмала для раствора на основе крахмала высокой прочности предварительно варят вместе с боратным химикатом перед обработкой посредством проклеивания.

29. Способ по п.18, в котором используют наполнитель из полимерного материала в форме микросфер.

30. Способ по п.18, в котором используют наполнитель из полимерного материала в форме микросфер, выбранного из группы, состоящей из метилметакрилата, ортохлоростирола, полиортохлоростирола, поливинилбензилхлорида, акрилонитрила, винилиденхлорида, пара-трет-бутилстирола, винилацетата, бутилакрилата, стирола, метакриловой кислоты, винилбензилхлорида и сочетания из двух или более из указанных выше.

31. Способ по п.18, в котором используют раствор на основе крахмала с содержанием твердых продуктов от 12 до 20 мас.%.

32. Способ по п.18, в котором используют раствор на основе крахмала с содержанием твердых продуктов от 12 до 18 мас.%.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к изготовлению бумаги и, в частности, к производству бумажных и картонных основ. .
Изобретение относится к термочувствительным регистрирующим материалам, в частности к бумагам, а учитывая основную область применения - производство деловых и ценных бумаг, его можно отнести к средствам их защиты от подделки.
Изобретение относится к производству бумаги, содержащей различные средства защиты от подделки и несанкционированного изготовления, а конкретнее к бумагам с защитными средствами, действие которых основано на явлении термочувствительности, т.
Изобретение относится к композиции, используемой для улучшения мягкости бумажной продукции. .

Бумага с улучшенной жесткостью и пухлостью и способ для ее изготовления

Наверх