Способ изготовления картона и уменьшения влагопроницаемости картона

Способ изготовления картона и уменьшения влагопроницаемости картона

Реферат

Область техники

Изобретение относится к способу изготовления картона для упаковки жидкостей, а также к способу, посредством которого можно улучшить свойства картонов такого назначения, в частности их сопротивление прониканию жидкости.

Уровень техники

Применение перуксусной кислоты для отбелки модификаций целлюлозы известно, например, из патентной публикации Японии JP 57-21591. Способы отбелки такого типа имеют своей целью удаление лигнина из волокнистой массы, и в этом случае речь не идет о каком-либо намерении модифицировать поверхность волокна для процесса проклейки, как это имеет место в случае описанного далее способа согласно настоящему изобретению.

Из патентной заявки Финляндии FI 974575 известен способ отбелки модификаций целлюлозы, содержащий после отбелки этап, на котором перуксусную кислоту применяют в присутствии соединения щелочноземельного металла. Специфическое назначение этого этапа заключается в улучшении степени белизны волокнистой массы.

В патентной публикации Финляндии FI 104339 описывается способ, в котором беленую массу (целлюлозу) модифицируют перуксусной кислотой перед проклейкой нейтральным клеем. Способ относится к процессу изготовления высокосортной бумаги, в ходе которого беленую целлюлозу после обработки перуксусной кислотой вводят в процесс изготовления бумаги с применением нейтрального клея. В способе, описанном в этой публикации, подлежащую обработке волокнистую массу необходимо отбелить (степень белизны более 85% ISO и число каппа меньше 4). Таким образом, публикация Fl 104339 относится к способу, в котором перед обработкой перуксусной кислотой лигнин удаляют из обрабатываемой волокнистой массы. Как будет описано далее, в способе согласно настоящему изобретению волокнистая масса, подлежащая обработке, содержит значительное количество лигнина, и проклейку проводят с проклеивающим составом, содержащим смоляной клей.

В публикации Tappi (Technical Association of Pulp and Paper Industry, Техническая ассоциация целлюлозно-бумажной промышленности) 2/1965, Vol.48, №2 (Paper Bleaching - A New Process, W.H.Rapson et al.) описывается способ отбелки бумаги, в том числе перуксусной кислотой. Этот способ имеет своей целью увеличение степени белизны бумажного продукта. В описанном способе перуксусную кислоту применяют в весьма существенных количествах. Например, приведенная на стр.68 во втором параграфе доза составляет приблизительно 1,2-2,5% (т.е. 12-25 кг на тонну волокнистой массы). Такая доза может растворить значительное количество лигнина и других продуктов волокнистой массы, тем самым резко нарушая процесс изготовления бумаги.

Применение перкислот в качестве биоцидов известно, например, из публикации Kemia-Kemi, №3 (1995), Jyri Maunuksela, Mikrobien torjunta peretikkahapolla (Microbe Prevention with Peracetic Acid), pp.242-244. Такой способ имеет своей целью только разрушение популяций микробов в бумагоделательной машине. Самоочевидно, что перуксусная кислота, известная как эффективный биоцид, при условии ее присутствия в достаточном количестве ингибирует активность микробов в циркулирующей воде. В способе, описанном в указанной публикации, применяют так называемую равновесную перуксусную кислоту, которая содержит значительные количества свободной уксусной кислоты и свободной перекиси водорода. Эти компоненты, присутствуя в перуксусной кислоте, могут препятствовать процессу изготовления бумаги.

Для применения при отбелке модификаций древесной массы описаны также активаторы, вместе с перекисью водорода производящие перкислоты. Такой способ описан, например, в публикации Appita Journal Vol.51, №4, pp.306-310 (C. Leduc et al.). Целью способа является увеличение степени белизны волокнистой массы. При этом он имеет недостаток, заключающийся в существенно увеличенных дозах химических препаратов.

Предлагались также отбеливающие способы на основе перкислоты, имеющие своей целью увеличение степени белизны волокнистой массы по сравнению с обычными способами отбелки. Такой способ описан, например, в публикации Pulp and Paper Magazine of Canada, Convention Issue, 1972, pp.123-131 и в номере 3/1968, pp.51-60 этого же журнала. Примененные в этих способах дозы перкислоты очень велики, составляя обычно 1% (т.е. 10 кг на тонну волокнистой массы), и, таким образом, они растворяют значительное количество лигнина с поверхностей волокон. Целью указанных способов является увеличение степени белизны волокнистой массы, т.е. отбелка.

Далее, из публикации международной заявки WO 00/77301 А1 известен способ улучшения непрозрачности древесной массы за счет добавления перкарбоновой кислоты к отбеливающему раствору, содержащему перекись водорода, или посредством проведения обработки перкарбоновой кислотой для древесной массы, беленой с перекисью водорода или дитионитом. С помощью такого способа производят бумагу с высокой непрозрачностью.

Сущность изобретения

Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в разработке способа изготовления картона для упаковки жидкостей, причем при реализации указанного способа у картона улучшается, в частности, сопротивление прониканию (СОП) жидкости. При производстве картонов такого назначения перечень важных параметров включает в себя так называемые СОП молочной кислоты и СОП перекиси, которые характеризуют проникание растворов молочной кислоты и перекиси в картон. С точки зрения пригодности такого картона существенно, чтобы жидкости не могли проникнуть в картон. Было обнаружено, что посредством обработки волокнистой массы, предназначенной для изготовления картона, небольшой дозой перкарбоновой кислоты и проведения после этого проклейки со смесью смоляного и нейтрального клеев можно в этом плане получить значительное улучшение. Существенным признаком изобретения является то, что поверхность волокон в волокнистой массе, предназначенной для изготовления картона, сначала модифицируют посредством обработки перкарбоновой кислотой, после чего проводят проклейку с указанным проклеивающим составом.

При проведении перкислотных обработок, известных из указанных выше публикаций, задачей главным образом было увеличение степени белизны или улучшение непрозрачности, а также, за счет применения перкислоты в качестве биоцида, ингибирование роста микробов. Изобретение в особенности относится к процедуре, в рамках которой в способе изготовления картона для упаковки жидкостей при подготовке проклейки применяют обработку перкарбоновой кислотой для модификации поверхности волокон в волокнистой массе, предназначенной для изготовления картона и содержащей лигнин.

Таким образом, согласно изобретению обеспечивается способ изготовления картона для упаковки жидкостей, в котором волокнистую массу, предназначенную для изготовления картона, обрабатывают перкарбоновой кислотой посредством добавления ее к волокнистой массе в количестве 0,5-5 кг на тонну сухой волокнистой массы в пересчете на 100-процентную концентрацию перкарбоновой кислоты, после чего или одновременно с указанной обработкой проводят проклейку с комбинацией смоляного и нейтрального клеев, а затем формирование картона.

Согласно изобретению проклейку с комбинацией смоляного и нейтрального клеев предпочтительно проводить после обработки перкарбоновой кислотой.

Для проклейки можно применять смесь смоляного и нейтрального клеев или их можно добавлять к волокнистой массе по отдельности.

Примененной волокнистой массой, предназначенной для изготовления картона, может быть древесная масса, такая как размолотая древесина (SOW, PGW), рафинерная древесная масса (ТМР) или химико-механическая древесная масса (СТМР), а также небеленая целлюлоза или их смеси. Вместе с перечисленными выше модификациями волокнистой массы можно применять в виде смеси также разновидности целлюлозы, такие как крафт-целлюлоза. С точки зрения функциональных особенностей изобретения породы древесины, примененной для изготовления волокнистой массы, не являются существенным параметром.

Предпочтительная доза перкарбоновой кислоты составляет 1-3 кг на тонну волокнистой массы. Примененная кислота такого типа может быть любой перкарбоновой кислотой, обладающей умеренной растворимостью в воде. Было показано, что предпочтительными являются пермуравьиная, перуксусная и перпропионовая кислоты, а особо предпочтительными оказались не содержащие перекиси дистилляты, приготовленные из их равновесных растворов. Процесс приготовления перкарбоновой кислоты не затрагивает функциональных особенностей изобретения. В качестве такой кислоты можно применять растворы перкарбоновых кислот, очищенные посредством дистилляции или каким-либо другим образом, а также равновесные растворы этих кислот. Пригодны для применения также различные смеси перкарбоновых кислот. В одном из вариантов изобретения можно применять смесь перкарбоновой кислоты и неорганической перкислоты, такой как кислота Каро. В другом варианте изобретения перуксусную кислоту можно приготовить из перекиси водорода и активатора, такого какТАЭД (тетраацетилэтилендиамин).

В способе согласно изобретению для проклейки применяют комбинацию смоляного и нейтрального клеев. Смолой может быть смола или смола с усиливающим агентом. Нейтральный клей может быть алкилкетеновым димером (АКД), алкенилкетеновым димером, ангидридом алкенилянтарной кислоты или ангидридом алкилянтарной кислоты, причем предпочтительным из них является АКД. В зависимости от характера процесса количества клея и величину рН можно изменять, соответственно, в интервалах 1-10 кг на тонну сухой волокнистой массы и 3-11, предпочтительно 4-9. Смоляной и нейтральный клеи можно добавлять к волокнистой массе в виде смеси или по отдельности, а также в виде комбинированного клея. Дозированное соотношение смоляной клей/нейтральный клей можно варьировать в широком интервале, но предпочтительной пропорцией, исходя из массы, являются значения в интервале 9:1-1:9. Очевидно также, что момент процесса, в который добавляют клей, порядок, в котором добавляют другие химические препараты, или прочие рабочие параметры бумагоделательной машины не относятся к факторам, затрагивающим функциональные особенности изобретения. Для изобретения существенно, что смешанную волокнистую массу направляют в процесс изготовления картона после обработки перкарбоновой кислотой, причем в указанном процессе для проклейки применяют нейтральный клей, предпочтительно АКД, и смоляной клей.

Согласно изобретению процедуру можно также провести в такой форме, при которой часть волокнистой массы, предназначенной для изготовления картона, обрабатывают перкарбоновой кислотой, а затем эту обработанную массу комбинируют с такой же волокнистой массой, не прошедшей указанную обработку. После этого смешанную волокнистую массу подвергают проклейке. В этом случае, например, древесную массу можно обработать перкарбоновой кислотой и скомбинировать с целлюлозой, не обработанной таким образом.

В одном из предпочтительных вариантов осуществления изобретения обработку перкарбоновой кислотой и/или этап проклейки проводят в присутствии агента, стабилизирующего указанную кислоту. Таким стабилизирующим агентом могут быть различные комплексообразующие агенты, такие как ДТПК (диэтилентриаминпентауксусная кислота) или ЭДТА (этилендиаминтетрауксусная кислота), а также фосфонаты, такие как DTPMPA, или М-бис-[(1,2-дикарбоксилэтокси)-этил]амин и М-трис-[(1,2-дикарбоксилэтокси)-этил]амин. В качестве стабилизирующего агента можно также применять соли щелочноземельных металлов, такие как соединения кальция, например ацетат кальция или карбонат кальция, и соединения магния, например сульфат магния, а также соединения алюминия, такие как квасцы. Комплексообразующие агенты также можно применять в форме их солей щелочноземельных металлов. Особо предпочтительный вариант осуществления способа согласно изобретению заключается в добавлении комплексообразующих агентов одновременно с проклеивающей смесью. Изобретение относится также к процедуре, в ходе которой содержащее алюминий соединение, такое как квасцы, добавляют к волокнистой массе или совместно с обработкой перкарбоновой кислотой, или после этого.

Консистенция и температура волокнистой массы, предназначенной для изготовления картона, на стадии добавления перкарбоновой кислоты могут составлять, соответственно, 0,1-40% и 20-100°С. Как указывалось выше, рН массы в зависимости от характера процесса может составлять 3-11, предпочтительно 4-9. Приемлемая длительность реакции составляет 1-300 мин в зависимости от характера процесса. Промежуток между обработкой перкарбоновой кислотой и проклейкой не влияет существенным образом на функциональные особенности изобретения; обе эти операции можно проводить одновременно.

Согласно изобретению дополнительно предлагается способ улучшения сопротивления картона для упаковки жидкостей прониканию жидкости. В этом способе при изготовлении картона волокнистую массу, предназначенную для его изготовления, обрабатывают перкарбоновой кислотой путем добавления ее к волокнистой массе в количестве 0,5-5 кг на тонну сухой волокнистой массы в пересчете на 100-процентную концентрацию перкарбоновой кислоты, после чего или одновременно с указанной обработкой проводят проклейку с комбинацией смоляного и нейтрального клеев.

В способах согласно изобретению назначением перкарбоновой кислоты не является отбелка волокнистой массы; оно заключается в модифицировании поверхности волокон до надлежащего состояния перед проклейкой. После этого смешанную волокнистую массу подвергают проклейке надлежащим проклеивающим составом, содержащим смоляной и нейтральный клеи, предпочтительно АКД. Кроме улучшения результата проклейки применение перкарбоновой кислоты понижает активность микробов в бумагоделательной машине и уменьшает запах картона.

Из-за того, что согласно изобретению величина дозы перкарбоновой кислоты невелика, эта кислота не растворяет лигнин и другие вещества волокнистой массы и вследствие этого не влияет на процесс изготовления картона. Особые преимущества обеспечивает применение растворов перкарбоновых кислот, очищенных таким образом, чтобы они содержали только требуемое количество указанных кислот и воду. В этом случае добавление перкарбоновых кислот не воздействует существенным образом на рН массы, и в процессе не будет избытка (COD). Специфическим отличием изобретения от известных способов на основе перкислот является тот факт, что задача, на решение которой оно направлено, заключается не в увеличении степени белизны, а в повышении эффективности проклейки, в результате чего уменьшится проникание жидкостей в картон.

Способ согласно изобретению не является отбеливающим, и химические препараты, примененные в реальной отбелке волокнистой массы, не оказывают какого-либо воздействия на функциональные особенности способа. Древесную массу можно отбеливать дитионитом, перекисью, обоими этими веществами; кроме того, она может быть полностью небеленой. Хелатирующие или какие-либо другие вспомогательные агенты, примененные при приготовлении волокнистой массы, также не влияют на функциональные характеристики изобретения.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Далее изобретение описывается более подробно с помощью примеров. В настоящем описании проценты являются масс. процентами, если нет других специальных указаний.

Пример 1

Древесную массу СТМР до проведения проклейки обработали перпропионовой кислотой (ППК). Примененную перпропионовую кислоту приготовили посредством дистилляции равновесного раствора указанной кислоты; при этом раствор не содержал значительных количеств свободных перекиси или пропионовой кислоты. Смесь древесной массы СТМР и небеленой крафт-целлюлозы древесины мягких пород подвергли проклейке с системой смола-АКД (контрольный вариант, Контр.) и с комбинированным клеем (Комб.). Для листов определили СОП молочной кислоты (МК) и СОП перекиси; эти параметры характеризуют проникание растворов молочной кислоты и перекиси в лист. Полученные результаты показаны в Таблице 1.

Таблица 1
Волокнистая масса	Контр. 5/3	Комб. 5/3
	МК	Н2О2	МК	H2О2
Необработанная	0,37	1,21	0,75	1,17
Обработанная ППК	0,37	1,01	0,81	1,05

Смешанная волокнистая масса: СТМР 40%, небеленая крафт-целлюлоза древесины мягких пород 60%.

Обработка ППК/СТМР: 60 мин, 60°С, консистенция 5%, доза ППК 3,3 кг на тонну волокнистой массы, рН 7,2.

Проклейка при консистенции 0,3%, масса листов 130 г/м².

Контр. 5/3: квасцы 6,5 кг на тонну волокнистой массы + смоляной клей 5 кг на тонну волокнистой массы + Hydrores 360M (АКД) 3 кг на тонну волокнистой массы.

Комб. 5/3 (комбинированный клей): смоляной клей 5 кг на тонну волокнистой массы + АКД 3 кг на тонну волокнистой массы.

МК=СОП молочной кислоты, 1 час, 1% раствор молочной кислоты, комнатная температура.

H₂O₂=СОП перекиси, 10 мин, 35%, 70°С.

Из полученных результатов можно сделать вывод, что обработка ППК однозначно улучшает СОП перекиси.

Пример 2

Древесную массу СТМР до проведения проклейки обработали перуксусной кислотой (ПУК). Примененную перуксусную кислоту приготовили посредством дистилляции равновесного раствора указанной кислоты; при этом раствор не содержал значительных количеств свободных перекиси или уксусной кислоты. Смесь древесной массы СТМР и небеленой волокнистой массы ЗД подвергли проклейке как с системой смола + АКД (контрольный вариант, Контр.), так и с комбинированными клеями (Комб.). Для проклеенных листов определили СОП молочной кислоты (МК) и СОП перекиси. Полученные результаты показаны в Таблице 2.

Таблица 2
Волокнистая масса	Контр. 4,2/2,5	Комб. 5/3 (5+3)	Комб. 1/3 (1,4+4,1)
	МК	Н2O2	МК	Н2О2	МК	H2O2
Необработанная(1)	0,34	1,23
Обработанная ПУК (1)	0,32	0,99
Необработанная(2)			0,75	1,17
Обработанная ПУК (2)			0,70	1,09
Необработанная(3)					0,69	3,15
Обработанная ПУК (3)					0,69	2,26

МК=СОП молочной кислоты. Н202=СОП перекиси.

(1): смешанная волокнистая масса: СТМР 50% и небеленая волокнистая масса SA 50%.

Обработка ПУК/СТМР: 60 мин, 60°С, консистенция 5%, доза ПУК 3 кг на тонну, рН 7.

Проклейка при консистенции 0,3%, масса листов 130 г/м².

Контр. 4,2/2,5: квасцы 5,5 кг на тонну волокнистой массы + смоляной клей 4,2 кг на тонну волокнистой массы + АКД 2,5 кг на тонну волокнистой массы.

(2): смешанная волокнистая масса: СТМР 40% и небеленая волокнистая масса SA 60%.

Обработка ПУК/СТМР: 60 мин, 60°С, консистенция 5%, доза ПУК 3 кг на тонну, рН 7,2.

Проклейка при консистенции 0,3%, масса листов 130 г/м².

Комб. 5/3 (комбинированный клей): смоляной клей 5 кг на тонну волокнистой массы + АКД 3 кг на тонну волокнистой массы.

(3): смешанная волокнистая масса: СТМР 40%, небеленая волокнистая масса

SA 30%, отходы 30%.

Обработка ПУК/СТМР: 5 мин, 80°С, консистенция 3%, доза ПУК 3 кг на тонну. Проклейка при консистенции 0,3%, масса листов 130 г/м². Комб. 1/3 (комбинированный клей): смола 1,4 кг на тонну + АКД 4,1 кг на тонну. Из полученных результатов можно сделать вывод, что за счет обработки ПУК особенно хорошо улучшается СОП перекиси.

Пример 3

Небеленую крафт-целлюлозу древесины мягких пород до проведения проклейки обработали перуксусной кислотой (ПУК). Волокнистую массу подвергли проклейке с системой смола + АКД. Для листов определили СОП молочной кислоты (МК) и СОП перекиси. Полученные результаты показаны в Таблице 3.

Таблица 3
Волокнистая масса	Контр. 4/0,8
	МК	H2O2
Необработанная	0,47	0,66
Обработанная ПУК	0,58	0,45

Волокнистая масса: небеленая крафт-целлюлоза древесины мягких пород. Обработка ПУК: 10 мин, 60°С, консистенция 5%, доза ПУК 3 кг на тонну, рН 7.

Проклейка при консистенции 0,3%, масса листов 130 г/м².

Контр. 4/0,8: квасцы 4,8 кг на тонну + смола 4 кг на тонну + АКД 0,8 кг на тонну.

Из полученных результатов можно сделать вывод, что в случае с крафт-целлюлозой древесины мягких пород при обработке ПУК улучшается СОП перекиси.

1. Способ изготовления картона для упаковки жидкостей, отличающийся тем, что волокнистую массу, предназначенную для изготовления картона, обрабатывают перкарбоновой кислотой посредством добавления к волокнистой массе перкарбоновой кислоты в количестве 0,5-5 кг на тонну сухой волокнистой массы в пересчете на 100%-ную концентрацию перкарбоновой кислоты, после чего или одновременно с обработкой перкарбоновой кислотой проводят проклейку с комбинацией смоляного клея и нейтрального клея, а затем формирование картона.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что проклейку проводят после обработки перкарбоновой кислотой, применяя смесь смоляного клея и нейтрального клея.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что нейтральный клей представляет собой алкилкетеновый димер, алкенилкетеновый димер, ангидрид алкенилянтарной кислоты или ангидрид алкилянтарной кислоты, предпочтительно алкилкетеновый димер.

4. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что волокнистая масса, предназначенная для изготовления картона, является древесной массой или небеленой целлюлозой, или их смесью.

5. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что перкарбоновая кислота является пермуравьиной кислотой, перуксусной кислотой или перпропионовой кислотой, предпочтительно дистиллированной перуксусной кислотой.

6. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что перкарбоновую кислоту добавляют к волокнистой массе, предназначенной для изготовления картона, в количестве 1-3 кг на тонну сухой волокнистой массы в пересчете на 100%-ную концентрацию перкарбоновой кислоты.

7. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что консистенция волокнистой массы, предназначенной для изготовления картона, на этапе добавления перкарбоновой кислоты составляет 0,1-40%.

8. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что рН на указанном этапе проклейки лежит в интервале 3-11, предпочтительно 4-9.

9. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что на этапе проклейки добавляют один или несколько агентов, стабилизирующих перкарбоновую кислоту, таких как комплексообразующий агент или соединение щелочно-земельного металла.

10. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что на этапе проклейки добавляют одно или несколько соединений алюминия, предпочтительно квасцы.

11. Способ улучшения сопротивления картона для упаковки жидкостей прониканию жидкостей, отличающийся тем, что при изготовлении картона волокнистую массу обрабатывают перкарбоновой кислотой посредством добавления к волокнистой массе перкарбоновой кислоты в количестве 0,5-5 кг на тонну сухой волокнистой массы в пересчете на 100%-ную концентрацию перкарбоновой кислоты, после чего или одновременно с обработкой перкарбоновой кислотой проводят проклейку с комбинацией смоляного клея и нейтрального клея.