Бумага со стабильным размером и способ ее промышленного получения - RU2630093C2

Описание

Настоящее изобретение относится к бумаге со стабильным размером и к бумажным изделиям, к способу промышленного получения такой бумаги и к применению веществ для придания свойств, модифицирования или улучшения стабильности размеров бумаги.

В том случае, когда бумага на основе целлюлозы входит в соприкосновение с водой, например, с клеящими веществами на основе воды, обойным клеем и клеящими веществами для плакатов, целлюлозные волокна разбухают. Это приводит к изменению размера бумаги посредством увеличения во влажном состоянии и сжатия в сухом состоянии. В случае бумаги, производимой на длинносеточной бумагоделательной машине, целлюлозные волокна преимущественно располагаются в направлении получения, то есть, в продольном направлении. Упомянутому выше линейному расположению содействует усилие вытягивания, создаваемое бумагоделательной машиной на бумажном полотне. Разбухание целлюлозных волокон, таким образом, приводит к изменениям размеров, которое также называется растяжением во влажном состоянии, преимущественно в поперечном направлении бумажного полотна. Такое растяжение, как правило, нежелательно; зато стабильность размеров во влажном состоянии и в условиях высушивания на воздухе рассматривается как положительная характеристика.

Такие изменения размеров представляют собой тем более неприемлемые для таких практических применений, где постоянство размеров в условиях высушивания на воздухе и во влажном состоянии является обязательным. В частности, для обойной бумаги только минимальное изменение размеров считается допустимым. Обойная бумага в условиях обычной эксплуатации прилипает к твердому носителю во влажном состоянии, либо при нанесении клея на водной основе на обойную бумагу перед приклеиванием впоследствии влажной обойной бумаги к твердому носителю ("способ влажного приклеивания" или "Naβklebetechnik"), либо при нанесении клея на водной основе непосредственно на твердый носитель и приклеивании пока еще сухой обойной бумаги на него («Wandklebetechnik» или «способ нанесения клея на стену»).

В любом случае обойная бумага будет абсорбировать воду, так что целлюлозные волокна бумаги будут вытягиваться при разбухании. После приклеивания обойной бумаги на твердый носитель обычно следующую обойную бумагу приклеивают как непосредственно примыкающую к первой обойной бумаге. При такой конфигурации сжатие при усыхании обойных бумажных полотен будет в результате приводить к образованию зазоров между ранее примыкавшими бумажными полотнами, что является крайне нежелательным. И если обойные бумажные полотна приклеены на твердый носитель до того, как бумажное полотно полностью вытянулось, тогда бумажное полотно продолжит вытягиваться на твердом носителе, что приведет к нежелательному формированию складок, пузырей и отбортованных кромок.

Аналогичные проблемы присутствуют в случае использования клеящих веществ на водной основе в случае практического применения плакатов и в случае печатания на бумаге с использованием полиграфических красок Coldset. При этом также и для других практических применений увеличение размеров является нежелательным, например, для мелованной бумаги для художественной печати, для бумаги для глубокой печати и для бумаги для географических карт и открыток.

Для достижения стабильности размеров было предложено включать синтетические волокна в производство гидрофильной бумаги ("Vliespapier"). В связи с тем, что синтетические волокна обладают низким уровнем растяжения во влажном состоянии, бумажное полотно по сути дела изнутри устойчиво против существенного растяжения во влажном состоянии. И все же недостатком гидрофильной бумаги являются высокие производственные затраты. Для предотвращения скручивания синтетических волокон ("verspinnen") волокна следует сильно разбавлять водой. В напорном ящике концентрация волокна в суспензии составляет не более, чем 0,2 масс. %. Это в результате приводит к высокому энергопотреблению для обеспечения циркуляции воды. Кроме того синтетические волокна подвержены пылеобразованию и, как правило, не разлагаются в природе естественным образом.

Также для бумаг, отличных от гидрофильных бумаг, пытались достигнуть улучшенной стабильности размеров посредством включения синтетических волокон. Например, в патенте WO 2008040635 A1 описывается способ промышленного получения подложки обойной бумаги, которую можно расслаивать сухим способом, и которая имеет минимальное растяжение во влажном состоянии. Этим способом осуществляется получение многослойной подложки, имеющей нижний слой, непосредственно направляемый к стене, и верхний слой, непосредственно направляемый в пространство комнаты. Волокнистый нижний слой из смеси целлюлозных и синтетических волокон покрыт волокнистым верхним слоем, не содержащим синтетических волокон. И в этом случае, производственные затраты являются невыгодными, способ рассматривается как проблематичный и подложка обойной бумаги подвержена скручиванию из-за различий слоев в способности к растяжению.

Другая подложка обойной бумаги описана в патенте EP 1914087 A1; эта обойная бумага также имеет нетканую подложку, включающую вплоть до 50 масс. % синтетических волокон. И в этом случае использование синтетических волокон является невыгодным, как и описано выше.

Было предложено в патенте JP 2009096108 A получать подложку обойной бумаги, включающую слой пенистой смолы. Недостаток поверхностного слоя из пенистой смолы заключается в том, что такие виды бумаги могут использоваться только в ограниченной области практических задач, и, в частности, вообще не могут применяться для обойной бумаги.

Аналогичным образом в патенте EP 98971 A2 раскрывается конструкционный материал обойной бумаги с видимой поверхностью, которая подобна рельефной и может быть закрашена. Обойная бумага состоит из тисненой подложки обойной бумаги, для которой обеспечено наличие тиснения на обеих сторонах, при этом к обратной стороне тисненой обойной бумаги приклеивают гладкую бумагу, например, макулатуру. Посредством использования водонерастворимого и водонепроницаемого клея образуются участки поверхности, которые не абсорбируют воду и поэтому не вспучиваются и не растягиваются. Недостаток такой обойной бумаги заключается в том, что подложка обойной бумаги обязательно должна быть тисненой, что ограничивает применимость обойной бумаги только областями применения обоев и также ограничивает возможности дополнительных модификаций обойной бумаги. К тому же способ промышленного производства достаточно трудоемкий.

В патенте WO 2005095712 A1 описана обойная бумага, которая по большому счету лишена синтетических волокон. Обойная бумага состоит из ряда слоев, при этом гидрофобный защитный слой предназначается для отделения остальной части обойной бумаги от гидрофильного слоя для приклеивания обоев к стене. Тем самым должна быть ограничена абсорбция воды и растяжение во влажном состоянии для того самого слоя, который используется для приклеивания обоев на стену. Однако же, недостаток этой обойной бумаги заключается в том, что соответствующий способ промышленного производства трудоемкий, и полученная в результате обойная бумага сама по себе предрасположена к скручиванию.

Таким образом, целью настоящего изобретения было предложить бумагу и бумажное изделие, имеющее низкую степень растяжения во влажном состоянии. Недостатки, описанные выше, должны быть устранены или уменьшены, насколько это возможно. Бумага должна быть пригодна для применения в различных практических областях, в частности, для производства обойной бумаги, но также и для мелованной бумаги для художественной печати, для бумаги для плакатов, для бумаги для глубокой печати и для бумаги для географических карт и открыток. Бумага должна приклеиваться к стене при практическом применении в случае использования способа влажного приклеивания или способа нанесения клея на стену. Помимо этого, свеженаклеенная применяемая бумага должна оставаться подвижной в течение некоторого периода времени и иметь надлежащие прочность во влажном состоянии и возможность удаления слоя сухой пленки. Бумага должна иметь хорошие печатные свойства и, предпочтительно, низкий уровень содержания синтетических волокон. Целью изобретения также было предоставление способов промышленного получения такой бумаги и бумажных изделий, и предложение применений веществ и смесей для придания свойств, модифицирования или улучшения стабильности размеров бумаги и бумажных изделий.

В соответствии с изобретением, таким образом, предложена бумага со стабильным размером. Бумага, в соответствии с изобретением, включает бумагу-основу, пропитанную, по меньшей мере, с одной стороны, пропитывающей смесью, включающей сахарный спирт, мочевину и, по меньшей мере, одно вещество, выбираемое из полиалкиленгликоля и глицерина. Бумага в соответствии с изобретением отвечает условию выполнения вышеуказанной цели изобретения и уменьшает или устраняет недостатки известного уровня техники, в частности, демонстрируя отличительные признаки предпочтительных вариантов осуществления изобретения.

Неожиданно было обнаружено, что хорошую стабильность размеров можно придать бумаге, при этом обеспечивая надлежащую прочность во влажном состоянии и возможность удаления слоя сухой пленки, посредством пропитывания бумаги-основы, по меньшей мере, с одной стороны мочевиной, сахарным спиртом – предпочтительно, сорбитом - и полиалкиленгликолем - и/или глицерином, при этом содержание синтетических волокон в бумаге-основе может не превышать 5 масс. % (от сухой массы). Упомянутые пропитывающие вещества представляют собой доступные по низкой стоимости и в хорошем качестве. Их можно применять в обычных бумагоделательных машинах, как это описано ниже, и они не представляют опасности в процессе промышленного производства бумаги и в случае деятельности потребителя обойной бумаги. Также было неожиданно обнаружено, что пропитывание даже одной стороны бумаги-основы мочевиной, сахарным спиртом - предпочтительно, сорбитом - и полиалкиленгликолем - и/или глицерином обеспечивает возможность достижения хорошей стабильности размеров при отсутствии нежелательной подверженности скручиванию. Эти свойства, в частности, важны для обойной бумаги. Бумага настоящего изобретения также делает возможным уменьшить время, требуемое для нанесения обойной бумаги на стену: при использовании способа влажного приклеивания нет необходимости ждать полного пропитывания и набухания целлюлозных волокон перед приклеиванием обойной бумаге к стене. И используя способ нанесения клея на стену, тенденцию образования складок, пузырей или отбортованных кромок можно устранить.

Бумага в соответствии с изобретением представляет собой, в целом, неструктурированный композиционный материал, состоящий, преимущественно, из волокон и изготовленный посредством обезвоживания на сетчатом фильтре. Посредством обезвоживания получают нетканый материал, который в дальнейшем можно подвергать сжатию и высушивать. Волокна могут представлять собой природные и синтетические волокна. Однако же, полотно мягкой массы нетканого материала, в соответствии с изобретением, не рассматривается в качестве бумаги; a нетканый материал, в соответствии с изобретением, рассматривается в качестве полотна мягкого материала, если, в соответствии с EN 29092:1992

a) более чем 50 масс. % волокнистой массы состоит из волокон (за исключением химически обработанных растительных волокон), имеющих соотношение длины к диаметру (тонкость) более чем 300; или, если характеристики a) не отвечают требуемым, тогда

b) если нижеприведенные характеристики отвечают требуемым:

1) более чем 30 масс. % волокнистой массы состоит из волокон (за исключением химически обработанных растительных волокон), имеющих соотношение длины к диаметру (тонкость) более чем 300 и

2) плотность составляет менее чем 0,40 г/см³.

Согласно этим определениям, вискозные волокна не рассматриваются в качестве химически обработанных растительных волокон, и плотность определяют в соответствии с методами, описанными в ISO 90731 и ISO 90732. С достаточно хорошим приближением можно заметить, что полотна мягкой массы нетканого материала не стабилизированы водородными связями, в отличие от бумаги.

Бумага, в соответствии с настоящим изобретением, включает в свой состав сахарный спирт или смесь двух или нескольких сахарных спиртов. Сахарный спирт представляет собой, в соответствии с изобретением, вещество общей формулы HOCH₂[CH(OH)]_nCH₂OH, в которой n=2, 3, 4 или 5, предпочтительно, 3 или 4. Конкретные сахарные спирты, в соответствии с изобретением, представляют собой:

C4-сахарные спирты (n=2): (2R,3S)-бутан-1,2,3,4-тетраол (Эритрит); (2S,3R)-бутан-1,2,3,4-тетраол (Треит)

C5-сахарные спирты (n=3): (2R,4R)-пентан-1,2,3,4,5-пентол (D-Арабинит); (2R,4S)-пентан-1,2,3,4,5-пентол (Ксилит); (2S,4S)-пентан-1,2,3,4,5-пентол (L-Арабинит)

C6-сахарные спирты (n=4): (2R,3R,4R,5R)-гексан-1,2,3,4,5,6-гексол (D-Маннит); 2R,3R,4R,5S-гексан-1,2,3,4,5,6-гексол (Сорбит); (2R,3R,4S,5R)-гексан-1,2,3,4,5,6-гексол; (2R,3R,4S,5S)-гексан-1,2,3,4,5,6-гексол (Аллит); (2R,3S,4R,5R)-гексан-1,2,3,4,5,6-гексол (D-Талит); (2R,3S,4R,5S)-гексан-1,2,3,4,5,6-гексол (D-Галактит, Дульцит); (2R,3S,4S,5R)-гексан-1,2,3,4,5,6-гексол (D-Идит); (2R,3S,4S,5S)-гексан-1,2,3,4,5,6-гексол (L-Глюцит); (2S,3R,4R,5R)-гексан-1,2,3,4,5,6-гексол; (2S,3R,4R,5S)-гексан-1,2,3,4,5,6-гексол (L-Идит); (2S,3S,4R,5R)-гексан-1,2,3,4,5,6-гексол; (2S,3S,4R,5S)-гексан-1,2,3,4,5,6-гексол (L-Талит); (2S,3S,4S,5S)-гексан-1,2,3,4,5,6-гексол (L-Маннит).

Предпочтительные сахарные спирты, в соответствии с изобретением, представляют собой сорбит и ксилит, особо предпочтительный представляет собой сорбит. Кроме того, смеси сахарных спиртов представляют собой предпочтительные, если они имеют содержание сорбита и ксилита, по меньшей мере, 50 мол. % от общего содержания сахарных спиртов изобретения, имеющих n=2-5. Особо предпочтительны такие смеси, в которых содержание сорбита составляет, по меньшей мере, 50 мол. % от общего содержания сахарных спиртов, в соответствии с изобретением, имеющих n=2-5.

Пригодность сахарных спиртов и, в частности, сорбита для придания свойств или улучшения стабильности размеров промышленно производимой бумаги было неожиданным, так как прежде всего известно специалисту в данной области техники, что водные растворы сорбита очень липкие и они проявляют тенденцию к засоряющему склеиванию бумагоделательной машины, из-за этого частые разрывы полотна рулона и дефекты полотна рулона можно ожидать. Однако же, в настоящее время установлено, что сорбит может использоваться экономно в комбинации с мочевиной и полиалкиленгликолем, предпочтительно, с полиэтиленгликолем, и глицерином, необязательно или вместо полиалкиленгликоля(ей).

Бумага, в соответствии с изобретением, включает в свой состав, самое большее, 5 масс. % синтетических волокон, относительно общей массы волокон бумаги-основы, рассчитанной в сухом состоянии. Особо предпочтительным является содержание синтетических волокон, самое большее, 1 масс. % относительно общей массы волокон бумаги-основы, и еще более предпочтительно, самое большее, 0,5 масс. % от общей массы волокон бумаги-основы. Наиболее предпочтительны бумаги, не имеющие в своем составе синтетические волокна. В соответствии с изобретением, синтетические волокна представляют собой полимерные волокна неприродного происхождения (за исключением вискозы), в частности, волокна из полиэфира, полиэтилена, полипропилена и, в частности, поликапролактона (PCL), полиэтиленадипината (PEA), полигидроксиалканоата (PHA), полиэтилентерефталата (PET), полибутилентерефталата (PBT), политриметилентерефталата (PTT), полиуретанов (PUR), полиэтиленнафталата (PEN), полиакрилнитрила и полиамида(ов)/Найлона.

Ссылки на сухую массу, в соответствии с изобретением, надо понимать как ссылки на массу, полученную после высушивания в сушильной камере при 130°С до достижения постоянного значения массы. Однако же, ссылки на сухую массу бумаги настоящего изобретения понимаются как масса в равновесном состоянии с сухим воздухом (см. ниже).

Предпочтительный полиалкиленгликоль представляет собой, в соответствии с изобретением, полиэтиленгликоль. Во всех случаях, где в этом изобретении дается описание со ссылкой на полиалкиленгликоль(ли), по меньшей мере, полиэтиленгликоль в этой связи точно так же подразумевается. В соответствии с изобретением, полиэтиленгликоль имеет молекулярную массу 300-800 г/моль, предпочтительно, 400-600 г/моль. Такой полиэтиленгликоль легко может быть растворен в воде.

Бумага изобретения включает в свой состав в ее высушенном на воздухе состоянии общее количество мочевины, сахарного спирта – предпочтительно, сорбита - и полиалкиленгликоля - предпочтительно, полиэтиленгликоля - и/или глицерина, по меньшей мере, 10 масс. %, относительно общей массы сухого волокна бумаги-основы, предпочтительно, 15-40 масс. % и, в частности, предпочтительно, 18-35 масс. %. С этими пропитывающими покрытиями наилучшая стабильность размеров и, одновременно, хорошая способность прилипания к стене, прочность во влажном состоянии, возможность удаления слоя сухой пленки и хорошие печатные свойства могут быть достигнуты в экспериментальной работе на настоящий момент.

В частности, предпочтительной является бумага, которая представляет собой по лицевой поверхности пропитанную мочевиной, сахарным спиртом - предпочтительно, сорбитом - и полиалкиленгликолем - предпочтительно, полиэтиленгликолем - и/или глицерином, дополнительно пропитанныe. (a) латексом, или (b) веществом, обеспечивающим прочность в сухом состоянии ("Trockenverfestiger"). Латекс и вещество, обеспечивающее прочность в сухом состоянии, дополнительно улучшают прочность полотна нетканого материала. Пригодность этих веществ была неожиданной, потому что латекс и вещества, обеспечивающие прочность в сухом состоянии, сами по себе заметно не улучшают стабильность размеров бумаги, поэтому ожидали, что добавление этих веществ будет снижать, за счет разбавления, эффективность пропитывающих веществ для достижения стабильности размеров, то eсть, мочевины, сахарного спирта - предпочтительно, сорбита - и полиалкиленгликоля - предпочтительно, полиэтиленгликоля - и/или глицерина.

Латекс, в соответствии с изобретением, представляет собой полимер, диспергированный в среде на водной основе. Латекс, предпочтительно, выбирают из группы, состоящей из полиакрилнитрилов, полиакрилатов, поливинилацетатов, стирол-ацетат-сополимеров, стирол-акрилат-сополимеров, стирол-бутадиен-сополимеров, полиэтилентерефталатов и полиуретанов, и смесей из двух или нескольких этих веществ. Латекс, в частности, улучшает прочность во влажном состоянии бумаги настоящего изобретения. В частности, предпочтительными в качестве латекса являются стирол-акрилат-сополимеры, полиэтилентерефталаты и полиуретаны. Примеры предпочтительных стирол-акрилат-сополимеров представляют собой Revacryl 385 (Synthomer) и Acronal S728 (BASF).

Вещество, обеспечивающее прочность в сухом состоянии для бумаги изобретения, предпочтительно, представляет собой полимер (a) изготовленный из одного или нескольких мономеров акриловой кислоты и акриламида, или представляет собой (b) сополимер из трех мономеров, включающий в свой состав гидрокси-группы, изготовленный из мономеров акриловой кислоты, акриламида и (гидроксиэтил)метакрилата, или представляет собой (c) смесь полимеров, в соответствии с (a), смесь полимеров, в соответствии с (b) или смесь полимеров, в соответствии с (a) и полимеров, в соответствии с (b). В частности, предпочтительным является сополимер из трех мономеров, включающий в свой состав гидрокси-группы, изготовленный из мономеров акриловой кислоты, акриламида и (гидроксиэтил)метакрилата (HEMA).

Предпочтительные вещества, обеспечивающие прочность в сухом состоянии, представляют собой (торговое название товара от фирмы Cebra) LZ9, которое представляет собой поперечносшитый сополимер полиакриловой кислоты и полиакриламида, и EM1, которое представляет собой сополимер из трех мономеров, включающий в свой состав гидрокси-группы, из акриламида акриловой кислоты и HEMA.

На пропитанную лицевую поверхность бумаги настоящего изобретения, предпочтительно, также наносится для пропитывания

a) увлажняющее вещество, предпочтительно, выбираемое из терпеновых увлажняющих веществ и из солей ди(2-этилгексил)сульфосукцината, и/или

b) коагулирующее вещество, высвобождающее ионы алюминия, предпочтительно, полиалюминийхлорид и/или сульфат алюминия.

Увлажняющее вещество улучшает быстрое проникновение водной пропитывающей смеси, включающей в свой состав мочевину, сахарный спирт - предпочтительно, сорбит - и полиалкиленгликоль - предпочтительно, полиэтиленгликоль - и/или глицерин, в необработанное бумажное полотно в обычно применяемой бумагоделательной машине. Упомянутый выше способ обеспечивает выравнивание и полноценное пропитывание бумаги на пропитываемой лицевой поверхности. Примеры предпочтительных увлажняющих веществ, в соответствии с изобретением, представляют собой Eurosperse PL и Tallofin OF.

Коагулирующее вещество ("Fallungsmittel"), высвобождающее ионы алюминия, обеспечивает возможность коагуляции ("fallen") латекса пропитывающей смеси таким образом, что латекс может проявлять свое влияние на бумагу изобретения и пропитка также может быть равномерной. Применение коагулирующего вещества, высвобождающего ионы алюминия, описано ниже более подробно. Коагулирующее вещество в комбинации с латексом дополнительно улучшает стабильность размеров, предположительно за счет образования комплексов гидроксид алюминия - латекс, и также снижает вязкость пропитывающей смеси и способствует хорошей механической безотрывной проводке бумажного полотна на обычно применяемой бумагоделательной машине. Механизмы действия коагулирующего вещества, высвобождающего ионы алюминия, и вещества, обеспечивающего прочность в сухом состоянии, описаны ниже с большей подробностью в связи со способом промышленного получения настоящего изобретения.

Соотношение общего содержания сахарных спиртов (то eсть имеющих n=2-5) или, в случае, если только один сахарный спирт присутствует (предпочтительно, сорбит), соотношение содержания сахарного спирта к содержанию мочевины составляет (в расчете на сухие массы) 80:20-20:80, предпочтительно, 75:25-30:70. При таких соотношениях достигается хорошая стабильность размеров, и бумага, в случае ее применения в качестве обойной бумаги, демонстрирует хорошую адгезионную способность при прилипании к твердому носителю.

Соотношение (в расчете на сухие массы каждого) содержания латекса к

a) общему содержанию сахарных спиртов, предпочтительно, сорбита, составляет, предпочтительно, 5:95-15:85, более предпочтительно, 8:92-12:88, и/или

b) содержанию мочевины составляет, предпочтительно, 15:85-30:70, более предпочтительно, 22:78-28:72.

Также и соотношение содержания вещества, обеспечивающего прочность в сухом состоянии, к

a) общему содержанию сахарных спиртов, предпочтительно, сорбита, составляет, предпочтительно, 5:95-20:80, более предпочтительно, 8:92-15:85, и/или

b) содержанию мочевины составляет, предпочтительно, 12:88-21:79, более предпочтительно, 13:87-18:82.

Приведенные выше соотношения представляют собой рассчитанные на основе значений сухих масс.

[035] В соответствии с изобретением, бумага, имеющая нижеперечисленные свойства, представляет собой предпочтительно:

i. Бумага пропитана только одним C5- и/или одним C6-сахарным спиртом, при этом C5-сахарный спирт, предпочтительно, представляет собой ксилит и C6-сахарный спирт представляет собой сорбит. В частности, предпочтительна бумага, пропитанная сорбитом в качестве единственного использованного сахарного спирта.

ii. Соотношение общего содержания C5- и C6-сахарных спиртов к содержанию мочевины составляет 75:25-30:70 (в расчете на сухие массы), при этом нет других сахарных спиртов, присутствующих в пропитанной бумаге.

iii. Соотношение содержания латекса к общему содержанию C5- и C6-сахарных спиртов составляет 8:92-12:88, и соотношение содержания латекса к содержанию мочевины составляет 22:78-28:72, каждое соотношение представляет собой рассчитанное на основе значений сухих масс.

iv. В качестве альтернативы iii) соотношение содержания вещества, обеспечивающего прочность в сухом состоянии, к общему содержанию C5- и C6-сахарных спиртов составляет 8:92-15:85 и соотношение содержания вещества, обеспечивающее прочность в сухом состоянии, к содержанию мочевины составляет 13:87-18:82; вещество, обеспечивающее прочность в сухом состоянии, представляет собой полимер, полученный из мономеров акриловой кислоты, акриламида и, необязательно, (гидроксиэтил)метакрилата.

v. Полиалкиленгликоль представляет собой полиэтиленгликоль, и общее содержание полиэтиленгликоля, предпочтительно, полиэтиленгликоля с молекулярной массой 400-600 г/моль, составляет 4-8 масс. %, из расчета от общего содержания C5- и C6-сахарных спиртов и мочевины (значения сухих масс), предпочтительно, 5-6 масс. %.

Полученная с учетом этих свойств бумага обладает хорошей стабильностью размеров и, одновременно, хорошими прочностью в сухом и во влажном состоянии, печатными свойствами и низкой склонностью к скручиванию даже в случае пропитки только одной лицевой поверхности.

Бумага, в соответствии с изобретением, может быть пропитана по одной или по обеим поверхностям, как описано выше. Бумага, пропитанная по обеим поверхностям, характеризуется дополнительным улучшением свойств (то eсть уменьшением) склонности к скручиванию, в случае сравнения с бумагой, пропитанной только по одной лицевой поверхности, и также обладает хорошей возможностью удаления слоя сухой пленки.

В соответствии с изобретением, также предоставляется способ промышленного получения бумаги, имеющей хорошую стабильность размеров, включающий стадии

• получение пропитывающей смеси на водной основе, включающей

сахарный спирт общей формулы HOCH₂[CH(OH)]_nCH₂OH, в которой n=2, 3, 4 или 5, предпочтительно 3 или 4,

мочевину и

полиалкиленгликоль и/или глицерин; и

• пропитывание бумаги-основы пропитывающей смесью.

Такой способ позволяет неожиданно, как описано выше, проводить получение бумаги, обладающей высокой стабильностью размеров.

Предпочтительно, способ, в соответствии с настоящим изобретением, включает стадии:

I. получение на водной основе пропитывающей смеси, включающей в свой состав, по меньшей мере, один или несколько сахарных спиртов, как описано выше, мочевину и один или несколько полиалкиленгликолей, предпочтительно, полиэтиленгликоль, и дополнительно к полиалкиленгликолю(ям) или вместо них, кроме того, глицерин, и

a) латекс, диспергированный в смеси, при этом латекс предпочтительно, выбирают из группы, состоящей из полиакрилнитрилов, полиакрилатов, поливинилацетатов, стирол-ацетат-сополимеров, стирол-акрилат-сополимеров, стирол-бутадиен-сополимеров, полиэтилентерефталатов и полиуретанов и из смесей двух или нескольких этих веществ, и при этом пропитывающая смесь имеет значение показателя pH более 7, предпочтительно, когда pH равен 7,8-10, и при этом общее содержание латекса составляет, предпочтительно, 5-25 масс. % в смеси, более предпочтительно, 7-15 масс. %, рассчитанное на основе значений сухих масс, или

b) вещество, обеспечивающее прочность в сухом состоянии, вещество, обеспечивающее прочность в сухом состоянии предпочтительно, включающее в свой состав полимер, полученный из одного или нескольких типов мономеров акриловой кислоты и акриламида, или сополимер из трех мономеров, включающий в свой состав гидрокси-группы, изготовленный из мономеров акриловой кислоты, акриламида и (гидроксиэтил)метакрилата, при этом пропитывающая смесь имеет значение показателя pH не более 7, предпочтительно, не более 6,8 и, в частности, предпочтительно, 6–6,5, и при этом общее содержание вещества, обеспечивающего прочность в сухом состоянии, предпочтительно, составляет, по меньшей мере, 10 масс. % в смеси, более предпочтительно, 20-40 масс. %,

II. снижение значения показателя pH пропитывающей смеси до величины не более 5,5 путем добавления коагулирующего вещества, высвобождающего ионы алюминия, предпочтительно, полиалюминийхлорида и/или сульфата алюминия, предпочтительно, до значения показателя pH, равного 3–5,0, и

III. увеличение значения показателя pH, по меньшей мере, до величин, указанных на стадии i), альтернативно a) или b), соответственно,

IV. пропитывание бумаги-основы пропитывающей смесью стадии iii).

Упомянутый выше способ по настоящему изобретению обеспечивает возможность получения бумаги в соответствии с настоящим изобретением и таким образом обеспечивает возможность достижения вышеописанных преимуществ указанной бумаги. К тому же способ прост в выполнении и с хорошими эксплуатационными характеристиками. Требуются только такие вещества, с которыми специалисту в данной области техники работать безопасно и несложно.

Способ настоящего изобретения и соответствующая бумага настоящего изобретения, полученная исходя из бумаги-основы, являются подходящими для дальнейших производственно-технологических стадий получения требуемого бумажного изделия. Бумагу-основу, в соответствии с изобретением, предпочтительно, получают из волокнистой смеси, включающей в свой состав одно или несколько нижеприведенных волокон: TMP (термомеханическая масса), CTMP (химико-термомеханическая масса), рециклированные волокна и целлюлоза ("Zellstoff"). Степень размола волокна или, в случае, если более одного волокнистого материала используется, то степень размола волокон составляет, предпочтительно, 25-50°SR, таким образом, содержание облагороженной макулатурной массы, составляет, предпочтительно, не более, чем 25 масс. % в волокнистой смеси. Предпочтительно, когда бумага-основа производится из волокнистой смеси, включающей в свой состав, по меньшей мере, 50 масс. % TMP и целлюлозы ("Zellstoff"), относительно общего количества волокнистых веществ, при этом соотношение целлюлозы к TMP (сухие массы) составляет 10:90-100:0, в частности, предпочтительное соотношение составляет 30:70-60:40. С такими содержаниями TMP бумага с очень высокой стабильностью размеров может быть получена.

Предпочтительно, когда содержание синтетических волокон в волокнистой смеси составляет не более 5 масс. % относительно общей сухой массы волокон, в частности, предпочтительно содержание не более 1 масс. %. Преимущество промышленного способа получения настоящего изобретения и также, соответственно, преимущество бумаги настоящего изобретения заключается в том, что для получения хорошей или превосходной стабильности размеров синтетические волокна могут вообще отсутствовать, но тем не менее допустимы.

Бумагу-основу, в соответствии с изобретением, пропитывают пропитывающей смесью, как описано выше. Пропитывание можно осуществлять в бумагоделательной машине. Предпочтительно, когда бумага-основа пропитывается после стадии высушивания в бумагоделательной машине. Однако же, пропитывание бумаги-основы также возможно после того, как бумага-основа выходит из бумагоделательной машины, например, посредством раскатки бумаги-основы в рулон машинной намотки ("Tambour"), пропитывание бумаги-основы по одной или по обеим поверхностям пропитывающей смесью, как описано выше, высушивание наматывание пропитанной бумаги на другой барабан.

Носитель пропитывающей смеси представляет собой воду. Содержание сухих твердых веществ в пропитывающей смеси составляет, предпочтительно, 10-70 масс. % от общей массы пропитывающей смеси, более предпочтительно, 52-66 масс. %. Содержание твердых веществ измеряют, предпочтительно, посредством ареометрии. Предполагается содержание твердых веществ и в соответствии с настоящим изобретением, и при стойкой пропитке в расчете на массу сухого твердого вещества бумаги-основы, предпочтительно, 15-40 масс. % и, в частности, предпочтительно, 18-35 масс. %. К тому же, потеря веществ, которые не присоединяются к бумаге-основе при пропитывании, может быть минимализирована. Таким образом, нагрузка на сточные воды по потреблению химических реагентов, в частности, по химическому потреблению кислорода, может быть минимализирована.

Пропитывающая смесь включает в свой состав, по меньшей мере, один сахарный спирт или смесь сахарных спиртов. Предпочтительные сахарные спирты и их смеси описаны выше.

Полиалкиленгликоль, используемый в соответствии с изобретением, и, в частности, полиэтиленгликоль, используемый в соответствии с настоящим изобретением, также описан выше. Полиэтиленгликоль растворяют в пропитывающей смеси. В тех случаях, когда полиалкиленгликоль и, в частности, полиэтиленгликоль или смесь полиалкиленгликолей или полиэтиленгликолей, соответственно, не предоставлена в жидком состоянии, тогда такой гликоль или смесь превращаются в жидкое состояние посредством нагревания, предпочтительно, нагреванием до температуры 40-80°C.

Пропитывающую смесь получают, предпочтительно, таким образом, что вначале растворяют один или несколько сахарных спиртов, полиалкиленгликолей - предпочтительно, полиэтиленгликоль - и/или глицерин в воде, затем добавляют твердую мочевину в виде порошка или гранул, и под конец к смеси добавляют латексную дисперсию или вещество, обеспечивающее прочность в сухом состоянии, при этом смесь поддерживается при температуре 20-25°C. Латекс и вещество, обеспечивающее прочность в сухом состоянии, описаны выше более подробно.

После смешивания одного или нескольких сахарных спиртов, предпочтительно, сорбита, мочевины, полиэтиленгликоля (и/или другого полиалкиленгликоля) и/или глицерина, и латекса значение показателя pH пропитывающей смеси составляет более 7, предпочтительно, 7,8-10. После смешивания одного или нескольких сахарных спиртов, предпочтительно, сорбита, мочевины, полиэтиленгликоля (и/или другого полиалкиленгликоля) и/или глицерина, и вещества, обеспечивающего прочность в сухом состоянии, значение показателя pH пропитывающей смеси составляет не более 7, предпочтительно, 6,8 и, наиболее предпочтительно, 6,0-6,5.

После этого значение показателя pH пропитывающей смеси понижают до значения не более 5,5, предпочтительно, 3-5,0.

Понижение pH осуществляют в соответствии с изобретением посредством добавления коагулирующего вещества, высвобождающего ионы алюминия, предпочтительно, полиалюминийхлорида и/или сульфата алюминия. Предпочтительные коагулирующие вещества представляют собой Sachtoklar 39 (Sachtleben Chemie) и Gilufloc 40 (Giulini).

Коагулирующее вещество неожиданно обеспечило возможность достижения существенного увеличения работоспособности машины ("Maschinengangigkeit") и проникающей способности пропитывающей смеси без необходимости постоянно уменьшать значение показателя pH пропитывающей смеси. Без коагулирующего вещества, высвобождающего ионы алюминия, пропитывающая смесь проявляет тенденцию становиться мылоподобной, с признаком замасливания, что в результате приводит к медленному проникновению в бумагу-основу, что затруднит промышленное производство бумаги настоящего изобретения на обычных бумагоделательных машинах. Использование коагулирующего вещества, однако же, в результате приводит к снижению значения показателя pH пропитывающей смеси. Неожиданно было обнаружено, что значение pH смеси можно увеличить снова без потери работоспособности машины и ухудшения проникающих свойств пропитывающей смеси, и также без риска нарушения стабильности размеров бумаги настоящего изобретения. Все это также остается справедливым для пропитывающих смесей, которые не включают в свой состав латекс или вещество(а), обеспечивающее(ие) прочность в сухом состоянии.

Изобретатели кроме того обнаружили, что трехвалентные катионы, отличающиеся от алюминия, не обеспечивают возможность получения такой хорошей или превосходящей характеристики стабильности размеров при себестоимости настоящего изобретения. При значении pH не более 5,5, предпочтительно, 3,0–5,0, в частности, предпочтительно, не более 4,5, катионы Al³⁺ и другие ионы, включающие в свой состав алюминий, подобные таким, как AlCl₂⁺ , AlNО₃²⁺ , Al(OH)₂⁺ и т.д., образуются. Если пропитывающая смесь включает в свой состав латекс, тогда эти ионы будут образовывать коагуляты с диспергированными частичками латекса. Пропитывающая смесь будет превращаться в более вязкую и даже может иметь пастообразные свойства. Если пропитывающая смесь включает в свой состав вещество, обеспечивающее прочность в сухом состоянии, вместо латекса, тогда не происходит очевидной коагуляции, в силу того, что вещество, обеспечивающее прочность в сухом состоянии, включает в свой состав кислотные группы, свойственные его структуре. Вязкость такой пропитывающей смеси существенно не меняется при понижении значения pH. При этом пропитывающая смесь "становится матовой" и предоставляется возможность улучшения работоспособности машины.

Затем pH снова увеличивали в таких пределах, которые описаны выше для стадии i) в связи с повторным привнесением латекса и вещества, обеспечивающего прочность в сухом состоянии. Таким образом, значение pH пропитывающих смесей, включающих в свой состав вещества, обеспечивающие прочность в сухом состоянии, составляет после добавления основания, по меньшей мере, 6 и не более 7, предпочтительно, не более 6,8 и, в частности, предпочтительно, 6,0-6,5; в случае пропитывающих смесей, включающих в свой состав латекс, значение pH составляет более 7, предпочтительно, 7,8-10.

Увеличение pH, предпочтительно, достигают посредством добавления твердого NaOH или раствора гидроксида натрия. В настоящее время существует мнение, что структура коагулированного латекса меняется при таком добавлении; смесь переходит в состояние менее вязкое, но более матовое. Для пропитывающей смеси, включающей в свой состав одно или несколько веществ, обеспечивающих прочность в сухом состоянии, сохраняется "матовая" характерная особенность; независимо от этого способность к смачиванию для бумаги является существенно улучшенной по сравнению с прежней кислотной смесью. К настоящему моменту было неожиданно установлено, что увеличение pH необходимо для того, чтобы улучшить показатель хорошей стабильности размеров для бумаги настоящего изобретения.

После увеличения pH пропитывающая смесь готова для пропитывания бумаги-основы. Пропитывающая смесь может включать в свой состав дополнительные вещества, например, минеральные добавки, такие как каолин, глина, карбонат калия и тальк в качестве покрывающих веществ или пигментов-наполнителей, например, для улучшения непрозрачности, степени белизны, стабильности цвета и печатных свойств. Дополнительные вещества, обеспечивающие прочность в сухом состоянии, такие как крахмал и полиакриламид, могут быть включены в состав пропитывающей смеси, так же, как и дополнительные вещества, обеспечивающие прочность во влажном состоянии, например, эпихлоргидрин. Добавление поверхностно-активных веществ, например, веществ, уменьшающих пенообразование, также может быть полезным с практической точки зрения. Специалист в данной области техники может проводить включение дополнительных веществ в соответствие с его запросами.

Бумагу-основу пропитывают пропитывающей смесью любым удобным способом, предпочтительно, путем нанесения на одну или на обе поверхности, используя клеильный пресс, пленочный пресс или шабер.

Бумагу-основу, предпочтительно, пропитывают до достижения содержания твердых добавок, по меньшей мере, 15 масс. % относительно массу сухого волокна бумаги-основы, предпочтительно, 18-40 масс. %, при таком нанесении пропитывающей смеси получают хороший показатель стабильности размеров, при обеспечении самого низкого приемлемого уровня потерь пропитывающей смеси в процессе пропитывания. Подводя итог всему вышесказанному, способ настоящего изобретения можно легко осуществить на практике с помощью обычно применяемого машинного оборудования, способ не требует высоких капитальных вложений в машинное оборудование или химические реагенты, и последующие проблемы, например, химическое потребление кислорода сточными водами, могут поддерживаться с очень низкими затратами. Конечно же, бумага, полученная таким образом, характеризуется хорошим или даже очень хорошим показателем стабильности размеров.

Пропитанная бумага затем может быть высушена до равновесной степени высушивания с влагосодержанием, предпочтительно, 10-12 масс. %. Равновесную степень высушивания определяют при температуре 23°C и при относительной влажности воздуха 50%.

Изобретение также указывает применение пропитывающей смеси, включающей в свой состав:

• один или несколько сахарных спиртов общей формулой HOCH₂[CH(OH)]_nCH₂OH, где n = 2, 3, 4 или 5, предпочтительно, 3 или 4,

• мочевину,

• полиалкиленгликоль, предпочтительно, один или несколько полиэтиленгликоль(ей), и/или глицерин

для придания свойств, модифицирования или улучшения стабильности размеров бумаги, предпочтительно, когда стабильность размеров составляет не более 0,8%, посредством определения растяжения бумаги в абсолютно влажном и абсолютно сухом состоянии, более предпочтительно, не более 0,7%, еще более предпочтительно, не более 0,6% и, предпочтительно, не более 0,5%.

Изобретение в дальнейшем в этом документе описано с помощью примеров. Эти примеры не предназначены для ограничения объема формулы изобретения.

Пример 1: Бумага-основа

Двухслойная бумага-основа, имеющая граммаж бумаги-основы 80 г/м², была произведена на Duplex 5 бумагоделательной машине:

Волокнистая смесь на водной основе, имеющая 60 масс. % TMP, 30 масс. % длинноволокнистой целлюлозной массы и 10 масс. % макулатуры (каждое значение рассчитано относительно общей массы сухого волокна) была получена, степень размола волокнистого материала составляла 30°SR. Аналогичным образом однослойную бумагу с граммажем бумаги 80 г/м², получали на Simplex бумагоделательной машине, используя волокнистую смесь на водной основе, точно также, как приведено выше.

Одно- или двухслойное бумажное полотно, полученное таким образом, снабдили обычным способом наполнителями, веществами, обеспечивающими прочность в сухом состоянии (крахмал, полиакриламид), веществом, обеспечивающим прочность во влажном состоянии (эпихлоргидрин) и компоненты технологического процесса, такие как вещество, уменьшающее пенообразование, биоциды и удерживающее вещество: в целлюлозную массу добавляют 10 кг/т Talcum пигменты FinnTalc P10. Бумагу сушили до равновесного влагосодержания. В гидроразбиватель добавляли 8,5 л/т полиакриламида в качестве вспомогательного вещества для обеспечения механической прочности в сухом состоянии (Praestamin A-L). В смесительный чан добавляли 24 л/т эпихлоргидрина в качестве вещества, обеспечивающего прочность во влажном состоянии (Kymene 217 LX) и 10 кг/т катионного крахмала (Solbond TC40). Перед гидравлическим центробежным очистителем массы (установка очистки) добавляли 1 л/т полиэтиленимина в качестве удерживающего вещества фиксирующей системы (Polymin SK). Вещество, уменьшающее пенообразование (Contraspum E 640), добавляли в чистую воду (1 л/т).

Для определения стабильности размеров прямоугольные тонкие длинные куски размером 210×50 мм нарезали перпендикулярно направлению основного волокна высушенной бумаги спустя 24 ч после ее промышленного получения, таким образом, что короткие кромки каждого тонкого длинного куска располагались с внутренней стороны в пределах первой или последней пятой части ширины бумажного полотна ("кромочное испытание" в качестве альтернативы "серединному испытанию"). На каждый тонкий длинный кусок наносили две отметки на расстоянии 180 мм друг от друга, расстояние до короткой кромки тонкого длинного куска точно соответствовало 15 мм и расстояние до длинной кромки тонкого длинного куска составляло 25 мм, соответственно. Затем тонкие длинные куски погружали в дистиллированную воду на 5 мин, обеспечивая полное смачивание тонких длинных кусков. После погружения тонкие длинные куски вынимали из воды и сразу же опять измеряли расстояние между отметками на каждом тонком длинном куске. Растяжение во влажном состоянии (и, соответственно, стабильность размеров) далее рассчитывали как процентное изменение расстояния между отметками до и после погружения в воду (см. для сравнения Таблицу 1, приведенную ниже):

Пример 2: Обойная бумага изобретения

Обойную бумагу, промышленно произведенную, как описано выше, пропитывали пропитывающей смесью в соответствии с изобретением. Пропитывающую смесь получали путем смешивания нижеследующих веществ в той последовательности, которая указана ниже:

Смесь перемешивали в течение 2 мин для достижения однородности и полной растворимости (латекс, конечно же, только лишь диспергирован) в смеси. После этого добавляли полиалюминийхлорид (Sachtoklar 39), значение pH снижалось до 4-4,5 (приблизительно, 0,4 объемных доли по отношению к 100 объемным долям Neosorb).

Затем добавляли следующие вещества в нижеприведенной последовательности:

Получали белую с желтоватым оттенком пропитывающую смесь, имеющую низкую вязкость и обеспечивающую быстрое смачивание бумаги-основы при 25-35°C. Бумагу-основу пропитывали для получения добавки твердых веществ 26,2 г/м². После высушивания определяли растяжение во влажном состоянии, как описано в Примере 1; растяжение во влажном состоянии составляло 0,5% для двухслойной и однослойной обойной бумаги.

Пример 3: Бумага для географических карт в соответствии с изобретением

Бумагу-основу, у которой граммаж 90 г/м², получали на Fourdrinier бумагоделательной машине с присоединенным клеильным прессом. Для осуществления получения смешивали сульфатную древесную массу из хвойной древесины и древесную массу из осины (каждая отбелена без использования элементарного хлора) в соотношении по сухим массам 35:65, хвойная масса к осиновой массе. Смесь из древесных масс затем размалывали до 25°SR (Schopper-Riegler).

В смесителе 10 об. % макулатуры, 200 л/т каолиновой суспензии в количестве 68 масс. % добавляли к смеси древесных масс. Также добавляли отбеливающие вещества и красители. Итоговое содержание твердых веществ составляло 2,89 масс. %. Смесь разбавляли до 0,8 масс. % в постоянном узле бумагоделательной машины. Туда же добавляли 0,5 масс. % (по отношению к итоговой массе бумаги) полиалюминийхлорида и 0,15 масс. % (по отношению к итоговой массе бумаги) анионного полиакриламида (удерживающее вещество) и биоцид.

Бумага-основа, полученная из смеси таким образом, высушивалась до содержания твердых веществ в сухом состоянии 95% и имела граммаж 90 г/м². Бумагу-основу помещали в клеильный пресс бумагоделательной машины и пропитывали пропитывающей смесью, как описано в Примере 2.

После пропитывания бумажное полотно сушили, разглаживали с использованием четырехвального каландра до 60 s (Bekk) и скатывали в рулон машинной намотки. Свойства бумаги определяли, как указано выше в Примере 1:

Стабильность размеров бумаги для географических карт, таким образом, была увеличена на, приблизительно, 57% с помощью пропитывания в соответствии с настоящим изобретением.

Пример 4: Обойная бумага в соответствии с изобретением

Однослойная бумага-основа и двухслойная бумага-основа, промышленно полученная, как описано в Примере 1, была пропитана, как описано в Примере 2 с использованием пропитывающей смеси, при этом пропитывающую смесь получали посредством смешивания нижеследующих компонентов в нижеприведенной последовательности:

Нижеприведенные растяжения во влажном состоянии были достигнуты:

Реферат

Изобретение относится к целлюлозно-бумажной промышленности и касается бумаги со стабильным размером и способа ее промышленного получения. Бумага со стабильным размером включает бумагу-основу, пропитанную по меньшей мере с одной лицевой стороны пропитывающей смесью, включающей в свой состав по меньшей мере один сахарный спирт общей формулы HOCH[CH(OH)]CHOH, в которой n = 2, 3, 4 или 5; мочевину и по меньшей мере одно вещество, выбранное из полиалкиленгликоля и глицерина. Изобретение обеспечивает получение бумаги, имеющей низкую степень растяжения во влажном состоянии, а также предложение применения веществ и смесей для придания свойств модифицирования или улучшения стабильности размеров бумаги. 5 н. и 15 з.п. ф-лы, 1 табл., 4 пр.

Формула