<Desc/Clms Page number 1>
Herstellung eines Papierproduktes
Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung von Papierprodukten, insbesondere von Spezialpa- pieren oder papierartigen Produkten aus Kunstfasern in Kombination mit natürlichen Cellulosefasem.
Bei der Herstellung von Papier aus Kunstfasern ist es schwierig, die Bahn oder das in Wasser gelegte
Blatt von dem Formsieb der Langsiebmaschine oder dem Zylinder einer Rundsiebmaschine abzunehmen.
Die Bahn muss an dieser Stelle so fest sein, dass sie freitragend ist, obwohl sie völlig durchnässt ist. Bei
Naturfaserbreien, die aus irgendeinem Cellulose material, wie Holzstoff, Hadern oder sogar Stroh, her- gestellt sind, ist die Bahn ohne weiteres freitragend, weil die Fasern durch ein entsprechendes Mahlen mit- einander verfilzt worden sind. Bisher konnten die für die Papierherstellung vorgeschlagenen Kunstfasern nicht in irgendeinem wesentlichen Grade verfilzt werden. Daher hatten die aus diesen Fasern herge- stellten Papiere, insbesondere bei einem nur geringen Gehalt an Cellulosefasern, eine geringe Nassfestig- keit.
Ein derartiges Verfahren zur Herstellung von Papierprodukten aus Kunstfasern und Cellulosefasern ist z. B. in der USA-Patentschrift Nr. 2, 477, 000 beschrieben. Bei diesem Verfahren wird ein Papier herge-
EMI1.1
Bindemittels, das aus mikroskopischen Fibrillen zusammengesetzt ist, zusammengehalten werden. Die Kunstfasern werden nicht zerfasert und gemahlen, sondern verbleiben in ihrer ursprünglichen Form.
In der brit. Patentschrift Nr. 572,962 ist der Zusatz von Fasern aus einem einzigen Harz zu Cellulosefasern beschrieben. Das aus dem so erhaltenen Stoff hergestellte Papier wird erhitzt, so dass die Harzfasern als Klebstoff wirken, der die Zellulosefasern zusammenhält.
Schliesslich wurde gemäss der USA-Patentschrift Nr. 2, 700, 657 vorgeschlagen, zwei miteinander unverträgliche Thermoplaste zu vermischen und daraus Einzelfaden zu spritzen.
Erfindungsgemäss wird zur Herstellung eines Papierproduktes ein aus Kunstfasern und Cellulosefasern bestehender Faserbrei verwendet, wobei die Kunstfasern in an sich bekannter Weise dadurch hergestellt werden, dass mindestens zwei bis zu Temperaturen von 500C feste, gegenseitig unlösliche thermoplastische Kunstharze gemischt werden, die Mischung zu einem endlosen Verbundeinzelfaden gespritzt wird, dieser zwecks molekularerLängsorientierung kaltgestreckt undsodann in Stücke zerhackt wird, diese zur Zerfaserung der Einzelfäden in einem für die Kunstharze indifferenten flüssigen Medium mechanisch gemahlen werden, wobei jedeKunstfaser an ihrer Oberfläche und ihren Enden zu mikroskopischen Fibrillen ausgefasert wird.
Das Verhältnis zwischen den Kunst- und Naturfasern kann in einem weiten Bereich variiert werden und ist vor allem von der chemischen Zusammensetzung der verwendeten Kunstfaser und dem Verwendungszweck des Papiers oder papierartigen Produktes abhängig. Ein bevorzugtes Gemisch enthält 5-75 Gew. -'10 Kunstfasern und 25-95 Gew. -'10 natLirliche Cellulosefasern. Diese neuen Papierprodukte zeichnen sich durch einen Gehalt an Kunstfasern aus, deren Oberfläche und Enden in kleinste Fibrillen zerfasert sind. Da diese Fasern in ihrem physikalischen Aufbau den Naturfasern ähnlich sind, ist der Grad der Verfilzung viel höher als in nach den bekannten Verfahren aus Kunstfasern hergestellten Breien.
Infolge der verbesserten Verfilzungseigenschaften der erfindungsgemäss verwendeten Kunstfasern Ist es nicht mehr notwendig, dem Brei Kunstfasern zuzusetzen, die einen so niedrigen Erweichungspunkt haben, dass sie bei Temperaturen unter 700C klebrig werden. Je nach den geforderten Eigenschaften des fertigen
<Desc/Clms Page number 2>
Papiers kann man Kunstfasern mit hohem oder niedrigem Erweichungspunkt oder eine Kombination der- selben verwenden.
Erfindungsgemäss werden als Ausgangsmaterial streckorientierte Einzelfäden verwendet, die dadurch erhalten werden, dass zwei oder mehrere normalerweise feste, miteinander unverträgliche, thermoplasti- ! sehe Kunstharze durch eine einzige Düsenöffnung gespritzt werden, so dass ein Verbundeinzelfaden ent- steht. Dabei wird unter einem Einzelfaden das Produkt verstanden, das erhalten wird, wenn ein Gemisch von zwei oder mehr miteinander unverträglichen, thermoplastischen Harzen schmelzgespritzt und der ge- spritzte Einzelfaden streckorientiert wird. Dieser Einzelfaden besteht aus Einzelfibrillen mit im wesent- lichen parallelen Längsachsen.
Die Fibrillen haften seitlich schwach aneinander, d. h. sie berühren ein- ander längs einer Linie, die sich in der Längsrichtung an der Aussenfläche der Fibrillen erstreckt. Von dem
Einzelfaden getrennte Fibrillengruppen, die aus je einer oder mehreren Fibrillen aller der den Einzelfa- den bildenden, miteinander unverträglichen Harze bestehen, werden als Fasern bezeichnet. Im allge- meinen kann jede Faser 2-100 Fibrillen enthalten.
Die Einzelfäden können nach den nachstehend allgemein angegebenen Verfahrensschritten hergestellt werden. Zwei oder mehrere miteinander unverträgliche Harze werden mit Hilfe von erhitzten Differen- tialwalzen, in einer Knetmaschine, einem Banbury-Mischer oder auf irgendeine andere geeignete Weise gründlich gemischt. Beispielsweise kann man sie auch in einem Lösungsmittel auflösen und dieses dann verdampfen. Bei mechanischem Mischen sollen die Temperaturen so hoch sein, dass eine gutverteilte
Mischung erhalten wird, aber nicht so hoch, dass ein Abbau eintritt. Die weichgemachten Bahnen werden gekühlt, auf eine geeignete Korngrösse granuliert und einer Spritzeinrichtung zugeführt.
Das Gemisch kann in jeder üblichen Spritzeinrichtung gespritzt werden, deren Arbeitstemperatur ge- nügend niedrig ist, um einen Abbau zu vermeiden, aber hoch genug, um eine die Verarbeitung ermög- lichende Viskosität zu gewährleisten. Das Harzgemisch braucht nicht so hoch erhitzt zu werden, dass alle
Komponenten in schmelzflüssigem Zustand erhalten werden. Man braucht eine oder mehrere Komponen- ten nur so weit zu erhitzen, dass sie für die Verarbeitung genügend plastisch sind, während die andern
Komponenten schmelzflüssig sind. Ein Heissstrecken des aus der Spritzeinrichtung austretenden Kunststoff- gemisches ist nicht notwendig, kann aber angewendet werden, wenn eine Herabsetzung der Grösse des
Einzelfadens erwünscht ist.
Dagegen ist ein Kaltstrecken notwendig, um in den den Einzelfaden bilden- denFibrillen eine Molekularorientierung zu bewirken und ein Produkt zu erhalten, das sich ohne weiteres zerfasern lässt. Der optimale Grad der Orientierung ist von der Zusammensetzung des Einzelfadens ab-
EMI2.1
dern verbessert bei einer grossen Anzahl von faserbildenden Polymeren, wie Polyamiden, Polyestern, Polyurethanen und Vinyl- und Acrylpolymeren auch die physikalischen Eigenschaften, so dass ein besseres Papier daraus hergestellt werden kann.
Die durch Spritzen von zwei oder mehreren miteinander unverträglichen Kunststoffen beispielsweise nach dem Verfahren des Beispiels I oder II erhaltenen Einzelfäden können vorteilhaft durch mechanisches Mahlen oder Verarbeiten zerfasert werden. In der Praxis werden die Einzelfäden gewöhnlich in Längen von 0, 3 bis 5 cm zerschnitten. Gehackte Einzelfäden in einer Länge von 0, 3 bis 0, 6 cm sind im allgemeinen für jede der zahlreichen bekannten mechanischen Verfahren geeignet.
Eine typische Zerfaserung kann in einem handelsüblichen Papierholländer durchgeführt werden, der aus einer Walze mit Messern oder Leisten (stumpfen Messern) und einer einstellbaren Bettplatte besteht. Gehackte Einzelfäden in einem wässerigen Medium werden mittels einer kreisförmigen Rinne mehrmals unter der Mahlwalze durchgeführt. Das Aufbrechen der Fasern beginnt sofort und nach wenigen Stunden ähnelt der Kunststoffbrei einem normalen Cellulosebrei.
Eine rasche Zerfaserung kann durch Verarbeiten des gehackten Mischstranges mit Wasser in einer Kugelmühle bewirkt werden. Dieser Vorgang kann ebensogut mit einer Strahlmühle oder einer Feinstmahleinrichtung oder andern Maschinen, z. B. einer Jordan- oder Sutherland-Mühle durchgeführt werden. Die spezielle Erwähnung dieser Einrichtungen besagt nicht, dass andere gleichwertige Einrichtungen ausge-
EMI2.2
Die Abmessungen der Stapelfasern, d. h. der relativ kurzen Fasern, die von dem gehackten Faden hergestellt worden sind, sind etwas von dem zum Zerfasem angewendeten Verfahren abhängig. Normalerweise haben diese Fasern einen Durchmesser zwischen 1 und 100 p. Fasern mit einem Durchmesser von 10 bis 30 Jl können ohne weiteres in einem Papierholländer hergestellt werden.
Beispielsweise wurden nach Beispiel I und II hergestellte gehackteEinzelfäden in einem Gemisch von 0, 9 kg Fasern auf 5 l Wasser in den Holländer eingeführt und 5-8 h lang gemahlen. Da die Stapelfasern beim Mahlen nicht nur in
<Desc/Clms Page number 3>
der Längsrichtung, sondern in gewissem Grade auch quer dazu gebrochen werden, hatten die Fasern im Durchschnitt eine Länge, die etwas kleiner war als ihre ursprüngliche Länge von 0, 3 bis 0,6 cm. Diese Länge bleibt jedoch auf jeden Fall um ein Vielfaches grösser als der Durchmesser, der im Durchschnitt etwa 20 p betrug.
Die Stücke aus dem orientierten Einzelfaden werden vorzugsweise mechanisch so lange gemahlen, bis Fasern mit einer Länge von 0, 08 bis 2, 5cm und einem Durchmesser von 0, 2 bis 100 tt erhalten werden.
Typische Spritzverfahren zur Herstellung von geeigneten streckorientierten Fasern sind in Beispiel I und II angegeben. Sofern nicht anders angegeben, beziehen sich alle in den nachstehenden Beispielen enthaltenen Teilangaben auf Gewichtsteile.
Die Erfindung ist auf die in den nachstehenden Beispielen angegebenen Polymere nicht eingeschränkt.
Da die Eignung eines gegebenen Polymers mehr von seinen physikalischen Eigenschaften als von seiner chemischen Zusammensetzung abhängt, kommt eine ungeheure Anzahl von Polymeren in Frage. Allgemein sind normalerweise feste faserbildende Harze geeignet, sofern die Paare oder Gruppen so ausgewählt werden, dass mindestens zwei miteinander unverträgliche Polymere, Copolymere oder Gemische zu einem Einzelfaden gespritzt werden. Zu diesen gehören unter anderem Polyamide, die verschiedenen Nylonharze, Polyvinylmassen und Copolymere wie z. B. Saran (Vinylidenchlorid-Vinylchlorid), Vinyon HH (Vinylchlorid-Vinylacetat), Polyäthylen, Polyester wie Dacron (Polyäthylenterephthalat) und Polyurethane wie Perlon U.
Beispiel l : 55 Teile Polystyrol mit dem Molekulargewicht 70000 - 80000 und 45 Teile Polyäthylen mit dem Molekulargewicht 20000 - 22000 in Form von Kügelchen von 0,6 cm wurden in einer umlaufenden konischen Trommel miteinander vermengt und das erhaltene Gemisch einer Spritzeinrichtung mit einer Bohrung von 3 cm zugeführt. Die Temperaturbedingungen in der Spritzeinrichtung waren : Düse 232-243 C, vordere Hälfte 221-232 C, hintere Hälfte 49-66 C. Das Polymergemisch wurde der Spritzeinrichtung in einer Menge von 1, 8 bis 2, 3 kg/h zugeführt und mit einer Geschwindigkeit von 1, 5 bis 3 m/min durch eine Düse mit einem Durchmesser von 0,3 cm gespritzt.
Der gespritzte Faden wurde mit einer üblichen Heissstreckvorrichtung heissgestreckt und dann durch ein auf 132-141 C erhitztes Äthylenglycolbad geführt, um den Faden auf die für die Streckorientierung geeignete Temperatur zu bringen.
EMI3.1
eines harten, festen Interpolymers aus 70 Teilen Styrol und 30 Teilen Acrylnitril mit dem Molekulargewicht 70000 - 80000 in Form von Kügelchen von 0,6 cm wurden in einer umlaufenden konischen Trommel miteinander vermengt und das erhaltene Gemisch einer Spritzeinrichtung von 3 cm zugeführt. Die Temperaturbedingungen der Spritzeinrichtung waren : Düse 243-354oC, vordere Hälfte 243-249 C, hin- tere Hälfte 99-1040e.
Das Polymergemisch wurde der Spritzeinrichtung in einer Menge von 1, 8 bis 2, 3 kg/h zugeführt und mit einer Geschwindigkeit von 1, 5 bis 3 m/min durch eine Düse mit einem Durchmesser von 0,3 cm gespritzt. Der Faden wurde schliesslich mit einer Geschwindigkeit von 180 m/min aufgewikkelt. Zur Streckung und Orientierung des Fadens wurde die gleiche Einrichtung wie in Beispiel 1 verwendet, jedoch wurde das Äthylenglycolbad auf eine Temperatur von 138 bis 149 C erhitzt. Der so erhaltene Einzelfaden hatte einen Durchmesser von etwa 0,5 bis 0,76 mm und eine Orientierung von 500go.
Beispiel 3 : 80 Gew.-Teile eines Vinylcopolymers, das aus 85-88 Gew.-Vinylchlorid, 11 bis 14,3 Gew. -10 Vinylacetat und 0, 7 - 1, 0 Gew. -10 interpolymerisiertem Maleinsäureanhydrid bestand, sowie 20 Gew.-Teile normalerweise festes Polyäthylen mit dem mittleren Molekulargewicht 20000 und 4 Gew.-Teile basisches Bleisilikat wurden auf Differentialwalzen, die aufl40 C erhitzt waren, zu einem glatten Blatt vermengt. Die Mischdauer eines Ansatzes von 18 kg betrug 10 min. Das Blatt wurde zu Kügelchen von 0,6 cm granuliert und diese einer Spritzeinrichtung von 3 cm zugeführt. Das Zuführungsende der Spritzeinrichtung war wassergekühlt (30 C), und das Düsenende war auf 121 C erhitzt.
Die Düse, die einen Durchmesser von 0, 3 cm hatte, wurde auf 132-138 C erhitzt. Die Kügelchen wurden in einer Menge von 5, 9 bis 6, 4 kg/h durch die Düse derSpritzeinrichtung und dann zwischenStreckwalzenhindurch geführt, die einen Abstand von 0, 8 m vom Düsenende hatten und mit einer Geschwindigkeit von 8 m/min umliefen. Dann wurde der Faden durch ein heisses Wasserbad (IOOOC) zu Streckwalzen geführt, die eine Geschwindigkeit von 55, 5 m/min hatten. Von dort wurde der Faden auf Aufwickelwalzen aufgewickelt. Der so erhaltene Faden hatte einen Durchmesser von etwa 1 bis 1, 5 mm und in der heissgestreckten Länge eine Orientierung von zoo
EMI3.2
<Desc/Clms Page number 4>
EMI4.1
Tabelle I
EMI4.2
<tb>
<tb> Mischbrei <SEP> aus <SEP> Polystyrol-Polyäthylen <SEP> und <SEP> gebleichter <SEP> Sulfitcellulose
<tb> Probe <SEP> Nr. <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4
<tb> Kunststoff-Faserbrei <SEP> l) <SEP>
<tb> Gewichtsprozent <SEP> 0 <SEP> 10 <SEP> 25 <SEP> 50
<tb> Brei <SEP> aus <SEP> gebleichter
<tb> Sulfitcellulose,
<tb> Gewichtsprozent <SEP> 100 <SEP> 90 <SEP> 75 <SEP> 50
<tb> Berstdruck, <SEP> trocken <SEP> 2) <SEP> 13, <SEP> 0 <SEP> 16, <SEP> 8 <SEP> 18, <SEP> 2 <SEP> 15, <SEP> 4 <SEP>
<tb> Berstdruck, <SEP> nass <SEP> 2,0 <SEP> 7,7 <SEP> 8,5 <SEP> 10,2
<tb>
1) Kunststoffbrei von Beispiel I 2)
Tappi 403-M-53
<Desc/Clms Page number 5>
EMI5.1
EMI5.2
<tb>
<tb> Mischbrei <SEP> aus <SEP> einem <SEP> Brei <SEP> aus <SEP> Polystyrol <SEP> und <SEP> einem <SEP> Styrol <SEP> -Acrylnitril-Copolymer <SEP> und <SEP> einem <SEP> Brei <SEP> aus <SEP> gebleichter <SEP> Sulfitcellulose
<tb> Probe <SEP> Nr. <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5
<tb> Kunststoff-Faserbrei <SEP> 1)
<tb> Gewichtsprozent <SEP> 0 <SEP> 5 <SEP> 10 <SEP> 15 <SEP> 25
<tb> Brei <SEP> aus <SEP> gebleichter
<tb> Sulfitcellulose,
<tb> Gewichtsprozent <SEP> 100 <SEP> 95 <SEP> 90 <SEP> 85 <SEP> 75
<tb> Berstdruck, <SEP> trocken <SEP> 2) <SEP> 18. <SEP> 5 <SEP> 19 <SEP> 20 <SEP> 20, <SEP> 5 <SEP> 23
<tb> Berstdruck, <SEP> nass <SEP> 4 <SEP> 667 <SEP> 8
<tb>
1) Kunststoffbrei von Beispiel I
2) Tapp ! 403-M-53
Beispiel 8 :
Der gespritzte Faden des Beispiels I wurde in Längen von 0, 3 bis 0, 6 cm gehackt und nach Zusatz von 111 Wasser pro 0, 5 kg gehacktes Fadenmaterial 3-4 h lang in einem üblichen Papierholländer gemahlen. Ein aus gebleichter Hartholz-Sulfitcellulose hergestellter Brei wurde in einer solchen Menge zugesetzt, dass ein Brei mit folgenden Gewichtsverhältnissen zwischen Kunst- und Naturfaser erhalten wurde :
EMI5.3
<tb>
<tb> Cellulosebrei <SEP> Kunstfaserbrei
<tb> 95 <SEP> 5
<tb> 90 <SEP> 10
<tb> 75 <SEP> 25
<tb> 50 <SEP> 50
<tb> 25 <SEP> 75
<tb>
Die Breie wurden 10 min lang gemischt und in bekannter Weise auf einer Langsiebmaschine zu Blättern geformt.
In allen Blättern erfolgt eine genügende Verfilzung der Kunstfasern miteinander und mit den Cellulose-Fasern, so dass die Blätter, ohne zu reissen, von dem Sieb abgenommen werden konnten.
Beispiel 9 : Ein aus Polyvinylacetat und Polyäthylen bestehender Verbundeinzelfaden mit niedrigem Erweichungspunkt wurde wie folgt hergestellt : 80 Teile Polyvinylacetat und 20 Teile Polyäthylen wurden auf Walzen, die auf 138 C erhitzt wurden, miteinander gewalzt. Das gewalzte Blatt wurde abgekühlt, getrocknet, einer Spritzeinrichtung zugeführt und unter den folgenden Temperaturbedingungen gespritzt :
EMI5.4
<tb>
<tb> Hinterer <SEP> zylindrischer <SEP> Teil <SEP> der <SEP> Spritzeinrichtung <SEP> 104 C
<tb> Vorderer <SEP> zylindrischer <SEP> Teil <SEP> der <SEP> Spritzeinrichtung <SEP> 1210e
<tb> Düse <SEP> 149 C
<tb> Heissstrecken <SEP> 7, <SEP> 5 <SEP> m/min
<tb> Kaltstrecken <SEP> (82 C) <SEP> 450%
<tb>
Wenn der Faden gehackt und in einem üblichen Papierholländer gemahlen wurde, zerfaserte er ohne weiteres.
Der in dem Holländer gebildete Brei wurde mit der gleichen Gewichtsmenge eines üblichen Tappi-Cellulosebreis gemischt und in der üblichen Weise auf einer Langsiebmaschine zu Blättern verarbeitet.