Усовершенствованный способ производства бумажной и картонной продукции
Способ касается производства бумажной и картонной продукции (вариант). Способ включает формирование композиции, содержащей воду, сырой крахмал и порошковый оптический осветлитель, варку композиции, нанесение готовой композиции по меньшей мере на одну поверхность бумажной или картонной основы в клеильном прессе. Затем осуществляют сушку основы. В другом варианте способа варку композиции ведут при температуре до и включая 299°F. Техническим результатом является повышение яркости бумаги и картона. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 4 ил., 8 табл.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к усовершенствованному способу производства бумажной и картонной продукции и к бумажной и картонной продукции, произведенной этим способом. Более конкретно, настоящее изобретение относится к способу производства бумажной и картонной продукции.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Яркость и белизну бумаги или картона можно улучшить, например, обработкой поверхности бумажного или картонного полотна оптическим отбеливателем или оптическим осветлителем (OO). OO поглощает ультрафиолетовый свет и после этого испускает его на длинах волн видимого света, измеряемых в определенном диапазоне отражения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Один аспект настоящего изобретения относится к способу производства бумажной и картонной продукции, включающему:
формирование композиции, содержащей воду, сырой крахмал и порошковый оптический осветлитель;
варку композиции для получения готовой композиции, содержащей вареный или гидрированный крахмал и порошковый оптический осветлитель;
нанесение готовой композиции по меньшей мере на одну поверхность бумажной или картонной основы в клеильном прессе в способе производства бумаги или картона для получения проклеенной бумажной или картонной основы и
сушку проклеенной бумажной или картонной основы для получения высушенной бумажной или картонной основы.
Другой аспект настоящего изобретения относится к способу производства продуктов из проклеенной бумаги или картона, включающему:
формирование проклеивающей композиции, содержащей воду, сырой крахмал и порошковый оптический осветлитель;
варку композиции при температуре до и включая 299°F для получения готовой проклеивающей композиции, содержащей вареный крахмал и порошковый оптический осветлитель;
нанесение проклеивающей композиции по меньшей мере на одну поверхность бумажной или картонной основы в клеильном прессе в способе производства бумаги или картона для получения проклеенной бумажной или картонной основы и
сушку проклеенной бумажной или картонной основы для получения высушенной бумажной или картонной основы.
Еще один аспект настоящего изобретения относится к высушенной бумажной или картонной основе, полученной способом настоящего изобретения. Способ настоящего изобретения и высушенные и проклеенные бумажная и картонная основы, полученные способом настоящего изобретения, имеют одно или больше выгодных свойств. Например, высушенная и проклеенная бумажная или картонная основа, полученная способом настоящего изобретения,
имеет повышенные верхние значения яркости по сравнению с высушенной и проклеенной бумажной или картонной основой, полученной традиционными способами, в которых жидкий оптический осветлитель добавляют к вареному крахмалу для формирования композиции для клеильного пресса.
Еще один аспект настоящего изобретения относится к готовой композиции, содержащей вареный крахмал и порошковый оптический осветлитель.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Полностью понять настоящее изобретение можно из последующего описания предпочтительных вариантов его осуществления, взятого вместе с прилагаемыми чертежами, на которых:
ФИГ. 1 - график направленной яркости Tappi против поглощения оптического осветлителя в граммах на основе примера 1;
ФИГ. 2 - график белизны CIE против поглощения оптического осветлителя в граммах на основе примера 1;
ФИГ. 3 - график направленной яркости Tappi против поглощения оптического осветлителя в граммах на основе примера 2 и
ФИГ. 4 - график белизны CIE против поглощения оптического осветлителя в граммах на основе примера 2.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Хотя настоящее изобретение может быть осуществлено в многих различных формах, на чертежах показаны и описаны в примерах и последующем описании предпочтительные варианты осуществления при том понимании, что данное раскрытие должно считаться иллюстрацией принципов изобретения и не должно ограничивать широкий аспект изобретения приведенными вариантами осуществления.
В способах настоящего изобретения проклеивающую композицию, содержащую вареный крахмал и порошковый оптический отбеливатель, наносят по меньшей мере на одну поверхность бумажной или картонной основы. Вязкость проклеивающей композиции может изменяться в широких пределах. Например, вязкость может быть низкой, приблизительно 20 сантипуаз, и высокой, приблизительно 350 сантипуаз и выше. Вязкость составляет приблизительно от 100 до 300 сантипуаз, более предпочтительно приблизительно от 150 сантипуаз до 250 сантипуаз и наиболее предпочтительно приблизительно от 175 сантипуаз до 225 сантипуаз.
Процентное содержание твердых частиц в проклеивающей композиции может изменяться в широких пределах. Например, процентное содержание твердых частиц может быть низким, приблизительно 4%, и высоким, приблизительно 22% и выше, от общей массы проклеивающей композиции.
Процентное содержание твердых частиц предпочтительно составляет приблизительно от 8% до 21%, более предпочтительно составляет приблизительно от 10% до 19% и наиболее предпочтительно составляет приблизительно от 13% до 18%.
Крахмал может быть любого типа, включая без ограничения окисленный, этилированный, катионный, крахмальную крупку, и сочетание двух или больше упомянутых типов, и предпочтительно используется в водном растворе. Примером подходящих крахмалов для осуществления этого предпочтительного варианта осуществления на практике являются встречающиеся в природе углеводороды, синтезированные в кукурузе, тапиоке, картофеле и других растениях путем полимеризации декстрозных звеньев. Все такие крахмалы и их модифицированные формы, такие как ацетаты крахмала, сложные эфиры крахмала, простые эфиры крахмала, фосфаты крахмала, ксантаты крахмала, анионные крахмалы, катионные крахмалы и т.п., которые могут быть получены путем реакции крахмала с подходящим химическим или ферментативным реагентом, могут быть использованы для осуществления настоящего изобретения на практике.
Подходящие крахмалы могут быть приготовлены известными способами или получены от коммерческих источников. Например, подходящие крахмалы включают PG-280 компании Penford Products, SLS-280 компании St. Lawrence Starch, катионный крахмал CatoSize 270 компании National Starch и гидроксипропил №02382 компании Poly Sciences, Inc.
Предпочтительными для осуществления настоящего изобретения на практике являются модифицированные крахмалы. Более предпочтительными являются катионные модифицированные или неионные крахмалы, такие как CatoSize 270 и KoFilm 280 (все от компании National Starch), и химически модифицированные крахмалы, такие как этилированные крахмалы PG-280 и крахмалы АР Pearl. Наиболее предпочтительными крахмалами для осуществления настоящего изобретения на практике являются катионные крахмалы и химически модифицированные крахмалы.
Количество крахмала в проклеивающей композиции может изменяться в широких пределах, и можно использовать любое количество. Например, количество крахмала может быть высоким, приблизительно 100% или выше, или низким, приблизительно 50% или выше, от общей массы композиции. Количество крахмала предпочтительно составляет приблизительно от 60% до 90%, более предпочтительно составляет приблизительно от 65% до 85% и наиболее предпочтительно приблизительно от 70% до 80%, от общей массы композиции.
Порошковые оптические осветлители (ОО), используемые при осуществлении настоящего изобретения на практике, могут изменяться в широких пределах, и для целей настоящего изобретения можно использовать любой традиционный OO, который используют или можно использовать для осветления механической или сульфатной целлюлозы. Оптические осветлители являются красящими флуоресцентными соединениями, которые поглощают свет в невидимой ультрафиолетовой области спектра и после этого излучают его в видимой части спектра, в частности на длинах волн синего - сине-фиолетового. Это придает дополнительную яркость и может компенсировать природный желтый оттенок бумажной основы. Оптические осветлители, используемые в настоящем изобретении, изменяются в широких пределах, и можно использовать любой подходящий оптический осветлитель. Обзор таких осветлителей можно найти, например, в Энциклопедии промышленной химии Уллманна (Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry), шестое издание, 2000 Electronic Release, ОПТИЧЕСКИЕ ОСВЕТЛИТЕЛИ-Химия технических продуктов, которая включена в настоящий документ в полном объеме путем ссылки. Другие подходящие оптические осветлители описаны в патентах США №5902454; 6723846; 6890454; 5482514; 6893473; 6723846; 6890454; 6426382; 4169810 и 5902454 и в указанных в них справочных материалах, которые все включены в настоящий документ путем ссылки. Другие подходящие оптические осветлители описаны в опубликованных патентных заявках США №2004/014910 и 2003/0013628 и в документе WO 96/00221, а также в указанных в них справочных материалах, которые все включены в настоящий документ путем ссылки. Примерами подходящих оптических осветлителей являются 4,4'-бис-(триазиниламино)стильбен-2,2'-дисульфоновые кислоты, 4,4'-бис-(триазол-2-ил)стильбен-2,2'-дисульфоновые кислоты, 4,4'-дибензофуранилбифенилы, 4,4'-(дифенил)стильбены, 4,4'-дистирилбифенилы, 4-фенил-4'-бензоксазолилстильбены, стильбенилнафтотриазолы, 4-стирилстильбены, производные бис-(бензоксазол-2-ила), производные бис-(бензимидазол-2-ила), кумарины, пиразолины, нафталимиды, триазинилпирены, 2-стирилбензоксазол или -нафтоксазолы, бензимидазол-бензофураны или оксалиниды.
Наиболее коммерчески доступные оптические осветлители подготовлены на основе химических составов стильбена, кумарина и пиразолина, и они предпочтительны для осуществления настоящего изобретения на практике. Более предпочтительными оптическими осветлителями для осуществления настоящего изобретения на практике являются оптические осветлители, обычно используемые в бумажной промышленности, на основе стильбена, такие как 1,3,5-триазинилпроизводные 4,4'-диаминостильбен-2,2'-дисульфоновой кислоты и их соли, которые могут иметь дополнительные сульфогруппы, например, в положениях 2, 4 и/или 6. Наиболее предпочтительными являются имеющиеся в продаже производные стильбена, например предлагаемые в продаже компанией Ciba Geigy под фирменным наименованием "Tinopal", компанией Clariant под фирменным наименованием "Leucophor", компанией Lanxess под фирменным наименованием "Blankophor", компанией 3V под фирменным наименованием "Optiblanc", такие как оптические осветлители на основе дисульфоната, тетрасульфоната и гексасульфоната стильбена. Из этих наиболее предпочтительных коммерческих оптических осветлителей самыми предпочтительными являются имеющиеся в продаже оптические осветлители на основе гексасульфоната и тетрасульфоната стильбена и самыми предпочтительными являются оптические осветлители на основе гексасульфоната стильбена.
Количество оптического осветлителя, используемое при практическом осуществлении способа настоящего изобретения, может изменяться в широких пределах, и можно использовать любое количество, достаточное для достижения желательной степени яркости. В общем, чем меньше количество оптического осветлителя, тем меньше повышение яркости TAPPI конечного целлюлозного продукта. И наоборот, чем больше количество используемого оптического осветлителя, тем больше повышение яркости целлюлозы за тем исключением, что, хотя и без привязки к любой теории, считается, что в некоторый момент времени добавление оптического осветлителя не будет оказывать дальнейшего оценимого эффекта на яркость целлюлозы и даже может привести к снижению яркости целлюлозы. Количество используемого оптического осветлителя обычно составляет приблизительно 0,5 мас.% от количества производимой бумаги. Предпочтительно количество оптического осветлителя составляет приблизительно от 0,5 до 2 мас.%, более предпочтительно от 0,75 до 1,75 мас.% и наиболее предпочтительно приблизительно от 1 до 1,5 мас.% по вышеуказанной основе.
Количество порошкового OO в композиции для клеильного пресса может изменяться в широких пределах, и можно использовать любое количество. Например, количество OO может быть высоким, приблизительно 50% от общей массы композиции. Количество OO предпочтительно является высоким, составляя приблизительно 25% от общей массы композиции. Более предпочтительно количество OO в водном растворе составляет приблизительно от 2 до 10%. Наиболее предпочтительно количество OO в водном растворе составляет приблизительно от 5 до 10%. Было определено, что 2% концентрация ОО является оптимальной для визуальных целей. В последующих экспериментах, модифицирующих оптические свойства, использовали более высокие концентрации применяемого химического вещества. Это может зависеть или не зависеть от скорости машины. Масса применяемого OO составляет по меньшей мере приблизительно 0,7 мас.%. Более предпочтительно масса применяемого OO составляет по меньшей мере приблизительно 0,9 мас.%. Наиболее предпочтительно базовая масса OO составляет по меньшей мере приблизительно 1,1 мас.%. OO присутствует главным образом на поверхности или рядом с поверхностью бумажной или картонной основы. Например, количество OO на поверхности бумажной или картонной основы может быть больше 90%.
Проклеивающая композиция может включать другие дополнительные ингредиенты в дополнение к крахмалу и порошковому оптическому осветлителю. Такие дополнительные компоненты включают диспергаторы, флуоресцентные красители, ПАВ, деформирующие вещества, консерванты, пигменты, связующие, вещества для управления рН, вещества, высвобождающие покрытие и т.п.
Проклеивающая композиция может быть изготовлена традиционными способами путем добавления порошкового оптического осветлителя к крахмальной проклеивающей композиции, содержащей воду и вареный крахмал. Эти способы хорошо известны в данной области техники, смотрите, например, "Справочник технолога целлюлозно-бумажной промышленности", Дж. Эй. Смук, 1982, TAPPI, и указанную в нем справочную литературу, и не будут описаны здесь подробно.
Проклеивающая композиция также может быть изготовлена из проклеивающей композиции, содержащей воду, сырой крахмал и порошковый оптический осветлитель, путем варки этой композиции для гидрирования крахмала с целью получения композиции, содержащей вареный крахмал и порошковый оптический осветлитель. Этот способ предпочитают из-за легкости применения, приготовления и равномерного распределения OO. (Описаны выгоды применения порошкового OO против жидкого OO и выгоды добавления порошкового OO к крахмальной кашице. Выгоды использования порошкового OO против жидкого OO: снижение массы, повышенная стабильность, более высокая потенциальная яркость и белизна, уменьшение площадей для хранения).
В настоящем предпочтительном способе можно использовать традиционные способы варки крахмала. Полное гидрирование молекулы крахмала и диспергирование порошкового оптического осветлителя в проклеивающей композиции требует четырех вещей: воды, температуры, времени и перемешивания. Количество необходимой воды зависит от типа крахмала и того, как он модифицирован. Например, крахмал может требовать варки при 6% твердых частиц, тогда как крахмал для покрытия, модифицированный в высокой степени, может требовать варки при 400% твердых частиц. Варка твердых частиц имеет очень большое значение для характеристик крахмала. Если уровень твердых частиц чрезмерно высокий, характеристики крахмала ухудшаются. Сдвиг также имеет большое значение для полного диспергирования гранул крахмала и порошкового оптического осветлителя. При варке в атмосферных условиях необходимо поддерживать высокий сдвиг в течение всего процесса варки. Этап варки композиции проводят при температуре, равной или выше приблизительно 115°F, или этап варки композиции проводят при температуре до включая приблизительно 299°F. Большая часть крахмала начинает образовывать гель при температуре от 140 до 160°F. Высокомодифицированный крахмал начинает образовывать гель при температуре 115°F. Некоторые сшитые крахмалы требуют повышенных температур струйного варочного котла, например до 195°F и выше. Крахмал, готовящийся при атмосферном давлении, может требовать времени варки от 20 до 30 минут, тогда как варка происходит мгновенно при использовании струйных или термических/химических способов.
Преобразование ферментов. Способ преобразования ферментов заключается в изготовлении кашицы из воды и крахмала при желательном количестве твердых частиц и регулировании рН до рекомендованного значения. Такую кашицу перемешивают и нагревают при запрограммированном подъеме температуры приблизительно до 170°F. После выдержки при этой температуре обычно в течение приблизительно 30 мин температуру максимально быстро повышают до 195°F. Этой температуры обычно достаточно для "устранения" ферментов за 15-30 мин. Затем материал охлаждают до желательной температуры.
Наиболее обычными способами варки являются атмосферный или периодический, ферментативный, струйный и термический/химический. При периодической и непрерывной ферментативной варке предпочтителен строгий контроль нескольких основных факторов. Они включают скорость подъема температуры, время выдержки и вязкость. Эти факторы требуют четкого регулирования для получения воспроизводимых и единообразных результатов.
Термическое преобразование и струйная варка. Струйная варка является предпочтительным способом гидрирования крахмала, и непрерывные варочные котлы известны в течение многих лет. Высокой температуры, давления и высокого сдвига добиваются за счет использования "избыточного" пара. Этот способ дает значительно более низкую вязкость крахмала по сравнению с атмосферной варкой. Крахмальная паста, полученная струйной варкой, имеет следующие преимущества: (1) снижение трудозатрат, (2) автоматизированный процесс варки, (3) единая вязкость и (4) полное гидрирование молекул крахмала.
Бумажные и картонные основы, используемые при практическом осуществлении настоящего изобретения, могут изменяться в широких пределах. Такие бумажные и картонные основы, а также способы и устройства для их производства широко известны в данной области техники. Смотрите, например, "Справочник технолога целлюлозно-бумажной промышленности", 2-е издание, Дж. Эй. Смук, Angus Wilde Publications (1992), и указанные в нем справочные материалы, которые включены в настоящий документ в полном объеме путем ссылки. Например, бумажное или картонное полотно может быть изготовлено из волокон целлюлозы, полученных из лиственных деревьев, хвойных деревьев или сочетания лиственных и хвойных деревьев для использования в композиции для изготовления бумаги путем любых известных способов варки, облагораживания и беления, например, известных механических, термомеханических, химических и полухимических и других хорошо известных способов получения целлюлозы. В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере часть волокон целлюлозы может быть получена из не древесных травянистых растений, включая без ограничения кенаф, коноплю, джут, лен, сизаль или абаку, хотя юридические ограничения и другие соображения могут сделать использование конопли и других источников волокон непрактичным или невозможным. В способе настоящего изобретения можно использовать как беленые, так и небеленые волокна целлюлозы. Также для использования подходят волокна вторичной целлюлозы. В предпочтительном варианте осуществления волокна целлюлозы в бумаге или соответствующем полотне составляют приблизительно от 0% до 100% по сухой массе хвойных волокон и приблизительно от 100% до 0% по сухой массе лиственных волокон.
В предпочтительных вариантах осуществления изобретения в дополнение к волокнам целлюлозы бумага или картон также могут включать различные дополнительные ингредиенты, известные для использования при изготовлении бумаги, включая оптические осветлители, такие как описаны выше, диспергированные расширенные или расширяемые частицы синтетических смол, имеющие в общем сферический центр, содержащий жидкий углеводород, крахмал, минеральные наполнители, неорганические соли, такие как хлорид натрия, внутренние проклеивающие вещества, красители, средства удерживания, сухопрочные смолы, укрепляющие полимеры и т.п.
Плотность, базовая масса и толщина бумажного или картонного полотна настоящего изобретения могут изменяться в широких пределах. Например, могут использоваться любые традиционные базовые массы, плотности и толщины в зависимости от бумажного продукта, сформированного из полотна.
Яркость TAPPI бумажной или картонной основы может изменяться в широких пределах. Например, желательная яркость TAPPI бумажной или картонной основы может быть низкой (75) и высокой (96). Яркость TAPPI бумажной или картонной основы предпочтительно равна или больше 90, более предпочтительно равна или больше приблизительно 95 и наиболее предпочтительно равна или больше приблизительно 92. В лучших вариантах осуществления яркость TAPPI бумажной или картонной основы составляет приблизительно от 90 до 94. Белизна CIE бумажной или картонной основы может изменяться в широких пределах. Белизна CIE предпочтительно составляет по меньшей мере приблизительно 85, более предпочтительно составляет по меньшей мере приблизительно 130 и наиболее предпочтительно приблизительно от 100 до 125. Белизна CIE предпочтительно составляет по меньшей мере приблизительно 110, более предпочтительно составляет по меньшей мере приблизительно 120. Неожиданно было выявлено, что в предпочтительных вариантах осуществления изобретения разница в верхнем уровне яркости бумаги или картона, изготовленных способом настоящего изобретения, и при традиционном применении оптического осветлителя в клеильном прессе тем больше, чем яркость TAPPI основы. По этой причине предпочтительна повышенная яркость основы. Желательная яркость TAPPI бумажной или картонной основы может быть получена с использованием традиционных способов, как, например, путем дополнительного беления и/или путем добавления оптического осветлителя в основу.
Способы и устройства для обработки полотна бумаги или картона проклеивающей композицией хорошо известны в области изготовления бумаги и картона. Смотрите, например, "Справочник технолога целлюлозно-бумажной промышленности", 2-е издание, Дж. Эй. Смук, Angus Wilde Publications (1992), и указанные в нем справочные материалы. Можно использовать любые традиционные способы и устройства проклейки. Следовательно, эти способы и устройства не будут описаны здесь подробно. Для примера, проклеивающая композиция может быть нанесена в клеильном прессе, которым может являться любое оборудование для нанесения или распыления покрытия, но наиболее часто используется клеильный пресс с валами и поддоном для сбора промывочной жидкости или клеильный пресс с дозированием.
Бумажное или картонное полотно сушат после обработки проклеивающей композицией. Способы и устройства для сушки бумажных или картонных полотен, обработанных проклеивающей композицией, хорошо известны в области изготовления бумаги и картона. Смотрите, например, публикацию Дж. Эй. Смука, указанную выше, и указанные в ней справочные материалы. Можно использовать любые традиционные способы и устройства для сушки. Следовательно, эти способы и устройства не будут описаны здесь подробно. После сушки бумага может проходить один или больше этапов, которые указаны, например, в публикации Дж. Эй. Смука, указанной выше, и указанных в ней справочных материалов. Например, на бумажное или картонное полотно может быть нанесено покрытие, оно может каландрироваться для достижения желательной конечной толщины с целью улучшения гладкости и других свойств полотна. Каландрирование может быть осуществлено между стальными валами при давлении в зоне контакта, достаточном для достижения требуемой толщины. Будет понятно, что конечная толщина слоя бумаги будет в большой степени определяться выбором давления в зоне контакта.
В предпочтительных вариантах осуществления бумага и картон имеют более высокий верхний уровень яркости TAPPI, чем бумага и картон, в которых жидкий оптический осветлитель добавлен к вареному крахмалу или варится вместе с крахмалом, и получаемая проклеивающая композиция нанесена на основу в клеильном прессе. Повышение верхнего уровня яркости предпочтительно по меньшей мере приблизительно на 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 10%, 11%, 12%, 13%, 14%, 15%, 16%, 17%, 18%, 19%, 20%, 21%, 22%, 23%, 24%, 25%, 26%, 27%, 28%, 29% и 30% больше, чем у бумаги или картона, в которых жидкий оптический осветлитель добавлен к вареному крахмалу или варится вместе с крахмалом, и получаемая проклеивающая композиция нанесена на основу в клеильном прессе, включая все диапазоны и поддиапазоны в этих пределах. Повышение верхнего уровня яркости более предпочтительно по меньшей мере приблизительно на 5%-10% больше и наиболее предпочтительно по меньшей мере приблизительно на 5%-10% больше верхнего уровня яркости бумаги и картона, в которых жидкий оптический осветлитель добавлен к вареному крахмалу или варится вместе с крахмалом, и получаемая проклеивающая композиция нанесена на основу в клеильном прессе.
В предпочтительных вариантах осуществления бумага и картон имеют более высокий верхний уровень белизны CIE чем у бумаги и картона, в которых жидкий оптический осветлитель добавлен к вареному крахмалу или варится вместе с крахмалом, и получаемая проклеивающая композиция нанесена на основу в клеильном прессе. Повышение верхнего уровня белизны CIE предпочтительно по меньшей мере приблизительно на 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 10%, 11%, 12%, 13%, 14%, 15%, 16%, 17%, 18%, 19%, 20%, 21%, 22%, 23%, 24%, 25%, 26%, 27%, 28%, 29% и 30% больше, чем верхний уровень белизны CIE у бумаги и картона, в которых жидкий оптический осветлитель добавлен к вареному крахмалу или варится вместе с крахмалом, и получаемая проклеивающая композиция нанесена на основу в клеильном прессе. Повышение в верхнем уровне белизны более предпочтительно по меньшей мере приблизительно на 5%-10% больше и наиболее предпочтительно по меньшей мере приблизительно на 5%-10% больше верхнего уровня белизны CIE бумаги и картона, в которых жидкий оптический осветлитель добавлен к вареному крахмалу или варится вместе с крахмалом, и получаемая проклеивающая композиция нанесена на основу в клеильном прессе.
Различия в увеличении верхнего предела яркости увеличиваются с увеличением яркости TAPPI основы. Предпочтительно, чтобы начальная яркость TAPPI основы перед обработкой способом настоящего изобретения составляла по меньшей мере приблизительно 90, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 92 и наиболее предпочтительно приблизительно от 93. В лучших вариантах осуществления начальная яркость TAPPI основы перед обработкой способом настоящего изобретения составляет по меньшей мере приблизительно 94, 95 или 96.
Различия в увеличении верхнего предела белизны CIE увеличиваются с увеличением яркости TAPPI основы. Предпочтительно, чтобы начальная белизна СIЕ основы перед обработкой способом настоящего изобретения составляла по меньшей мере приблизительно 85, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 130 и наиболее предпочтительно приблизительно от 100 до 125. Белизна СIЕ предпочтительно составляет по меньшей мере приблизительно 110, более предпочтительно составляет по меньшей мере приблизительно 120.
Бумага и картон, изготовленные в соответствии с настоящим изобретением, могут использоваться для традиционных целей. Например, бумага подходит для публикаций, упаковки и т.п.
Следующие конкретные примеры предназначены для иллюстрирования изобретения в деталях и не предназначены для истолкования как его ограничение.
Пример 1
(А) Подготовка композиций для клеильного пресса с добавлением предварительно подготовленного оптического осветлителя (ОО)
Была подготовлена серия нанесений крахмала на поверхность с использованием следующего порядка операций. Крахмал готовили в лабораторном струйном варочном котле. Некоторое количество OO добавили в емкость с крахмальной кашицей вместе с некоторым количеством сухого этилированного крахмала. Добавили воду для получения содержания твердых частиц в кашице ~18% (от общей массы композиции), и кашицу варили при 299°F в струйном варочном котле. Крахмал разбавили до желательного содержания твердых частиц для этого нанесения от 13 до 16% в зависимости от того, как вязкость этой системы подходит для нанесения в клеильном прессе и желательного захвата. Композиции и технические характеристики растворов крахмала приведены в таблице 1.
| Таблица 1 | ||||||
| Композиции с OO для клеильного пресса (добавление перед варкой) | ||||||
| Композиция | Форма OO | Тип OO | Этилированный крахмал, г | Порошковый OO, г | Общий объем, л | Содержание твердых частиц OO/всего твердых частиц(%) |
| 1С-1 | - | 1963 | - | 10 | - | |
| 1 | Порошковый | Гекса2 | 1963 | 30,91 | 10 | 1,55 |
| 2 | Порошковый | Гекса2 | 1963 | 61,81 | 10 | 3,05 |
| 3 | Порошковый | Гекса2 | 2944 | 150,1 | 12 | 4,85 |
| 4 | Порошковый | Тетра3 | 1963 | 30,91 | 10 | 1,55 |
| 5 | Порошковый | Тетра3 | 1963 | 61,81 | 10 | 3,05 |
| 6 | Порошковый | Тетра3 | 1963 | 120,1 | 12 | 4,85 |
| 1”С” указывает, что композиция является композицией для сравнения. | ||||||
| 2”Гекса” обозначает гексасульфонат стильбена, полученный от компании Daikaffil Chemical под фирменным наименованием Dikaphor BSU. | ||||||
| 3 "Тетра" обозначает тетрасульфонат стильбена, полученный от компании Aakash под фирменным наименованием SI 220. |
(В) Подготовка композиций для клеильного пресса с добавлением оптического осветлителя после варки
Была подготовлена серия нанесений крахмала на поверхность с использованием следующего порядка операций. Крахмал готовили как кашицу из 3532 г этилированного крахмала в 18 л воды и варили ее при 299°F в лабораторном струйном варочном котле. Некоторое количество OO добавили в емкость с крахмальной кашицей вместе с некоторым количеством сухого этилированного крахмала. Добавили воду для получения содержания твердых частиц в кашице ~18% (от общей массы композиции), и кашицу варили при 299°F в струйном варочном котле. Крахмал разбавили до желательного содержания твердых частиц для этого нанесения от 13 до 16% в зависимости от того, как вязкость этой системы подходит для нанесения в клеильном прессе и желательного захвата. Композиции из жидкого ОО и крахмала готовили путем добавления имеющегося в продаже жидкого гекса-ОО к вареному крахмалу. Композиции и технические характеристики растворов крахмала приведены в таблице 2.
| Таблица 2 | ||||||
| Композиции для клеильного пресса (добавление после варки) | ||||||
| Композиция с крахмалом | Тип OO | Этилированный крахмал, г | Жидкий OO, г (в полученном виде) | Жидкий OO, г (сухой*) | Общий объем, л | Содержание твердых частиц OO /всего твердых частиц, % |
| С-2 | Гекса | 2643,5 | 304,6 | 59,7 | 17,957 | 2,21 |
| C-3 | Гекса | 2557,5 | 533,4 | 104,6 | 16,886 | 3,92 |
| С-4 | Гекса | 2436,3 | 772,9 | 151,6 | 16,462 | 5,83 |
| С-5 | Гекса | 2349,3 | 974,6 | 191,1 | 15,341 | 7,47 |
| * Массу в граммах сухого OO вычисляли путем деления OO в полученном виде на основе анализа жидкостной хроматографией высокого давления и ЯМР-анализа относительного содержания OO в порошковом и жидком продуктах. |
(С) Подготовка бумаги, обработанной в клеильном прессе в лабораторных условиях
1. Подготовка основы
Основа, использованная в этом эксперименте, была изготовлена на бумагоделательной машине из композиции, содержащей 60% волокон хвойной древесины и 40% волокон лиственной древесины, а также 12% глиняного наполнителя в кислых условиях. Базовая масса основы бумаги составила приблизительно 116 г/м2 и направленная яркость TAPPI и белизна CIE составляли 77,7 и 68,9 соответственно.
2. Обработка в клеильном прессе
Для нанесения крахмальной композиции на поверхность рулон бумажной основы шириной 12 дюймов непрерывно подавали между двумя валами и крахмальную композицию закачивали в резервуар зоны контакта, причем бумагу пропускали через резервуар зоны контакта с предварительно установленной скоростью. Путем контроля содержания твердых частиц, давления в зоне контакта и скорости прохода через клеильный пресс была достигнута общая масса захвата 3,8-4,5 г/м2.
Основы, обработанные в клеильном прессе, и их технические характеристики приведены в таблице 3.
| Таблица 3 | |||||
| Основы, обработанные в клеильном прессе | |||||
| Проклеивающая композиция | Форма OO | Тип OO | Общее покрытие, г/см | Крахмал, г/см | OO, г/см |
| С-1 | - | - | 6,54 | 6,54 | - |
| 1 | Порошковый | Гекса | 6,44 | 6,34 | 0,10 |
| 2 | Порошковый | Гекса | 6,05 | 5,86 | 0,18 |
| 3 | Порошковый | Гекса | 6,68 | 6,35 | 0,32 |
| 4 | Порошковый | Тетра | 6,29 | 6,20 | 0,10 |
| 5 | Порошковый | Тетра | 5,95 | 5,77 | 0,18 |
| 6 | Порошковый | Тетра | 5,97 | 5,68 | 0,29 |
| С-2 | Жидкий | Гекса | 6,50 | 6,36 | 0,14 |
| С-3 | Жидкий | Гекса | 6,39 | 6,14 | 0,25 |
| С-4 | Жидкий | Гекса | 6,99 | 6,59 | 0,41 |
| С-5 | Жидкий | Гекса | 6,85 | 6,34 | 0,51 |
Направленную яркость ТАРРI измеряли с использованием метода контроля TAPPI Т-452. Белизну CIE измеряли по стандарту ISO-11475. Результаты оценки приведены в таблице 4.
| Таблица 4 | ||
| Направленная яркость ТАРРI и белизна CIE | ||
| Крахмальная композиция | Направленная яркость TAPPI | Белизна CIE, D65 |
| С-1 | 77,7 | 68,94 |
| 1 | 81,4 | 101,68 |
| 2 | 82,8 | 112,80 |
| 3 | 83,4 | 117,90 |
| 4 | 81,9 | 104,21 |
| 5 | 82,8 | 111,63 |
| 6 | 82,7 | 112,43 |
| С-2 | 81,6 | 104,30 |
| С-3 | 82,5 | 111,78 |
| С-4 | 83,1 | 116,96 |
| С-5 | 83,2 | 119,68 |
Пример 2
(D) Подготовка композиций для клеильного пресса с добавлением предварительно приготовленного ОО
Была подготовлена серия нанесений крахмала на поверхность с использованием следующего порядка операций. Крахмал готовили в варочном котле периодического действия. Некоторое количество порошкового ОО добавили в емкость с крахмальной кашицей вместе с некоторым количеством сухого окисленного крахмала. Добавили воду для получения общего содержания твердых частиц в кашице ~16%, и кашицу варили при 200°F в течение 20 мин. Крахмал разбавили до желательного содержания твердых частиц для этого нанесения от 14 до 14,5% в зависимости от того, как вязкость этой системы подходит для нанесения в клеильном прессе и желательного захвата. Композиции и технические характеристики растворов крахмала приведены в таблице 5.
| Таблица 5 | |||||
| Композиции для клеильного пресса с порошковым OO (добавление предварительно приготовленного OO) | |||||
| Композиция для клеильного пресса | Тип OO | Окисленный крахмал, г | Порошковый OO, г | Общий объем, л | Содержание твердых частиц OO/всего твердых частиц (%) |
| 7 | Гекса | 3178 | 122,4 | 19,1 | 3,71 |
| 8 | Гекса | 3178 | 203,7 | 19,6 | 6,02 |
| 9 | Гекса | 3178 | 285,1 | 20,0 | 8,23 |
(Е) Подготовка композиций для клеильного пресса с добавлением OO после варки
Была подготовлена серия нанесений крахмала на поверхность с использованием следующего порядка операций. Крахмал готовили в струйном варочном котле. Некоторое количество жидкого OO добавили в емкость с крахмальной кашицей вместе с некоторым количеством сухого окисленного крахмала. Добавили воду для получения содержания твердых частиц в кашице ~18% (от общей массы композиции), и кашицу варили при 270°F в струйном варочном котле. Крахмал разбавили до желательного содержания твердых частиц для этого нанесения приблизительно 14,5%.Композиции из жидкого OO и раствора крахмала готовили путем добавления имеющегося в продаже жидкого OO к вареному крахмалу. Композиции и технические характеристики приведены в таблице 6.
| Таблица 6 | ||||||
| Композиции для клеильного пресса (добавление после варки) | ||||||
| Крахмальная композиция | Тип OO | Окисленный крахмал, г | Жидкий OO, г (в полученном виде) | Жидкий OO, г (сухой*) | Общий объем, л | Содержание твердых частиц OO/всего твердых частиц (%) |
| С-6 | Гекса | 3178 | 317,8 | 62,31 | 21,4 | 1,89 |
| С-7 | Гекса | 3178 | 953,4 | 186,94 | 22,9 | 5,32 |
| С-8 | Гекса | 3178 | 1589 | 311,57 | 24,3 | 8,34 |
| *Массу в граммах сухого OO вычисляли путем деления OO в полученном виде на основе анализа жидкостной хроматографией высокого давления и ЯМР-анализа относительного содержания OO в порошковом и жидком продуктах. |
(F) Подготовка обработанной бумаги на экспериментальном клеильном прессе
1. Подготовка основы
Основа, использованная в этом эксперименте, была изготовлена на бумагоделательной машине из композиции, содержащей 80% волокон хвойной древесины и 20% волокон лиственной древесины, а также 20% наполнителя - карбоната кальция в щелочных условиях. Базовая масса основы бумаги составила приблизительно 116 г/м2 и направленная яркость TAPPI и белизна CIE составляли 94,6 и 115,80 соответственно.
2. Обработка в клеильном прессе
Для нанесения крахмальной композиции на поверхность рулон бумажной основы шириной 14 дюймов непрерывно подавали между двумя валами и крахмальную композицию наносили как пленку на валы, причем бумагу пропускали через валы с предварительно установленной скоростью. Путем контроля содержания твердых частиц, давления в зоне контакта и скорости прохода через клеильный пресс была достигнута общая масса захвата 2,3-3,4 г/м2.
Основы, обработанные в клеильном прессе, и их технические характеристики приведены в таблице 7.
| Таблица 7 | |||||
| Основы, обработанные в клеильном прессе | |||||
| Крахмальная композиция | Форма OO | Тип OO | Общее покрытие на одну сторону, г/см | Крахмал на сторону, г/см | OO на сторону, г/см |
| 7 | Порошковый | Гекса | 3,2 | 3,08 | 0,12 |
| 8 | Порошковый | Гекса | 3,3 | 3,10 | 0,20 |
| 9 | Порошковый | Гекса | 3,1 | 2,84 | 0,26 |
| С-6 | Жидкий | Гекса | 3,4 | 3,34 | 0,06 |
| С-7 | Жидкий | Гекса | 2,3 | 2,18 | 0,12 |
| С-8 | Жидкий | Гекса | 3,4 | 3,12 | 0,28 |
Направленную яркость ТАРРI измеряли с использованием метода контроля TAPPI Т-452. Белизну CIE измеряли по стандарту ISO-11475. Результаты оценки приведены в таблице 8.
| Таблица 8 | ||
| Направленная яркость ТАРР1 и белизна CIE | ||
| Крахмальная композиция | Направленная яркость ТАРРI | Белизна CIE, D65 |
| 7 | 97,4 | 141,74 |
| 8 | 97,9 | 144,69 |
| 9 | 98,2 | 146,41 |
| С-6 | 96,3 | 134,51 |
| С-7 | 97,2 | 140,47 |
| С-8 | 97,6 | 143,16 |
1. Способ производства бумажной и картонной продукции, содержащий
формирование композиции, содержащей воду, сырой крахмал и порошковый оптический осветлитель;
варку композиции для формирования готовой композиции, содержащей вареный крахмал и порошковый оптический осветлитель;
нанесение готовой композиции по меньшей мере на одну поверхность бумажной или картонной основы в клеильном прессе в способе производства бумаги или картона для получения проклеенной бумажной или картонной основы и
сушку проклеенной бумажной или картонной основы для получения высушенной и проклеенной бумажной или картонной основы.
2. Способ по п.1, где готовая проклеивающая композиция содержит твердые частицы в количестве приблизительно от 8 до 21% от общей массы композиции.
3. Способ по п.1, где сырой крахмал выбирают из группы, состоящей из этилированного крахмала, окисленного крахмала, крахмальной крупки и сочетания из двух или больше упомянутых типов, и сырой крахмал находится в количестве приблизительно от 60 до 90% от общей массы композиции.
4. Способ по п.1, где порошковый оптический осветлитель находится в количестве приблизительно от 2 до 10% от общей массы композиции, и порошковым оптическим осветлителем является оптический осветлитель на основе гексасульфоната стильбена или порошковым оптическим осветлителем является оптический осветлитель на основе тетрасульфоната стильбена.
5. Способ по п.1, где этап варки композиции проводят при температуре, равной или выше приблизительно 115°F, или этап варки композиции проводят при температуре до и включая приблизительно 299°F, и
этап варки композиции проводят в присутствии фермента, или
этап варки композиции проводят как периодический процесс, или
этап варки композиции проводят как процесс струйной варки.
6. Способ по п.1, где высушенная и проклеенная бумажная или картонная основа имеет верхний уровень яркости приблизительно на 2-30% больше, чем верхний уровень яркости бумаги или картона, в которых сырой жидкий оптический осветлитель добавлен к вареному крахмалу, или высушенная и проклеенная бумажная или картонная основа имеет верхний уровень белизны CIE приблизительно на 2-30% больше, чем верхний уровень белизны бумаги или картона, в которых сырой жидкий оптический осветлитель добавлен к вареному крахмалу.
7. Способ производства бумажной или картонной продукции, содержащий
формирование композиции, содержащей воду, сырой крахмал и порошковый оптический осветлитель;
варку композиции при температуре до и включая 299°F для получения готовой проклеивающей композиции, содержащей вареный крахмал и порошковый оптический осветлитель;
нанесение готовой композиции по меньшей мере на одну поверхность бумажной или картонной основы в клеильном прессе в способе производства бумаги или картона для получения проклеенной бумажной или картонной основы и
сушку проклеенной бумажной или картонной основы для получения высушенной и проклеенной бумажной или картонной основы.
