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Verfahren zum Herstellen von Papier bzw. papierähnlichen
Bahnen auf einer Papiermaschine aus wässerigen
Faserstoffdispersionen
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deren FasernPapiermaschine aus wässerigen Faserstoffdispersionen, deren Fasern mit einem schon vor der Herstellung der Dispersion zugesetzten flüssigen Bindemittel beladen und in einem gasförmigen Medium in Schwebe- zustand versetzt werden, kennzeichnet sich nun dadurch, dass das Beladen der Fasern mit dem Bindemit- tel vorzugsweise durch Einwirkung elektrischer Hochspannungsfelder herbeigeführt oder unterstützt wird, i und dass die beladenen Fasern noch im Schwebezustand durch Abkühlung und bzw.
oder durch Verdamp-, fen des Lösungsmittels in nichtklebendem Zustand überführt und sodann in diesem Zustand, gegebenenfalls mit andern bei der Papiererzeugung verwendbaren Fasern gemischt, in an sich bekannter Weise in Wasser als Ganzstoff aufgeschwemmt werden, wobei dann beim Durchlauf durch die Papiermaschine durch Erwär- mung und bzw. oder durch Druck eine vorübergehende Plastifizierung des Bindemittels und damit die Ver- festigung des Erzeugnisses durch gegenseitiges Verbinden der Fasern erzielt wird.
Bei diesem Verfahren wird also erreicht, dass bei den Fasern im Papierstoff das Bindemittel auf deren
Oberfläche haftet, u. zw. auf einer verhältnismässig grossen gegenseitigen Berührungsfläche. Zweckmässig ist es also, für das Aufbringen des Bindemittels Fasern zu verwenden, die durch das flüssige Bindemittel leicht benetzbar sind, was bei Holz- oder Zellstoffasern z. B. dadurch erreichbar ist, dass die Fasern vor ihrer Einführung in den Behandlungsraum, in dem die Beladung erfolgt, einer Trocknung und/oder einer
Imprägnierung zur Erhöhung ihrer Benetzbarkeit unterworfen werden. Mit diesen Mitteln ist es möglich, das Bindemittel als dünne Schicht auf grosser Fläche mit der Faser zu verbinden und so einen dünnen Über- zug herzustellen.
Zu bemerken ist dabei, dass auch bei der üblichen Stoffleimung, bei der in einer Papierfaserauf- schwemmung eine Bindemitteldispersion eingetragen und das Bindemittel dann durch. Ansäuern zum An- haften auf der Faser gebracht wird, dieses Bindemittel auch im wesentlichen auf der Oberfläche der Faser verbleibt ; dabei behalten aber die Bindemittelteilchen ihre Kugelform und haften nur mit einer fast punkt- förmigen Berührungsfläche durch elektrostatische Anziehung auf der Faser. Auf diese Weise ist es also nicht wie bei den nach der Erfindung erhaltenen Erzeugnissen möglich, mit einer kleinen Bindemittel- menge einen fast geschlossenen Überzug auf der Faser herzustellen.
Weiterhin ist es auch bei der Herstellung von Filzen-auf trockenem Wege bekannt, Einzelfasern im
Schwebezustand in einem gasförmigen Medium mit flüssigen Bindemitteln zu besprühen, wobei dann die
Fasern auf einer Unterlage aufgefangen und durch das noch flüssige Bindemittel aneinander verklebt wer- den. Bei dem Verfahren nach der Erfindung handelt es sich demgegenüber um die. Herstellung eines Hauf- werkes aus einzelnen, mit einem Bindemittel überzogenen Fasern, bei dem das Bindemittel sich in einem nichtklebenden Zustand befindet, so dass diese Fasern dann, gegebenenfalls auch mit andern zur Papier- erzeugung verwendbaren Fasern gemischt, in der bei der Papierherstellung üblichen Weise in Wasser als
Ganzstoff aufgeschwemmt werden können.
Bei der Erfindung liegt also eine neue Kombination vor, bei der einerseits eine Behandlung der Einzelfasern ähnlich wie bei der Bindemittelzugabe zu Faserstoffen bei der trockenen Herstellung von Faservliessen angewendet wird, bei der dann aber mit Bindemittel überzo- gene Einzelfasem gewonnen werden und zur Herstellung einer auf der Papiermaschine zu verarbeitenden wässerigen Disperion benutzt werden.
Die dabei erzielte besonders innige Verbindung zwischen den Fasern und dem Bindemittel hat auch den Vorteil, dass der Übergang einzelner Bindemittelteilchen in das Siebwasser verhindert wird, es ergibt sich also ein erheblich reineres Abwasser.
Besonders geeignet ist das Verfahren bei der Verwendung von Fasern, die keine ausreichende natür- liche Neigung zur Verfilzung zeigen, bei denen also die gewünschte Festigkeit des fertigen Erzeugnisses ausschliesslich durch die gegenseitige Verbindung der Fasern mit einem Bindemittel erzielbar ist. Man kann also mit dem Verfahren auch beispielsweise ein Papier herstellen, das im wesentlichen aus Holzschliff besteht. Bisher musste bei der Herstellung billiger Papiersorten, also etwa von Zeitungsdruckpapier, dem Holzschliff ein recht erheblicher Anteil von reinen Zellstoffasern zugesetzt werden, nämlich in Mengen, die zwischen 10 % und 20 % liegen.
Lediglich durch einen solchen Zusatz konnte man dem Zeitungspapier die bei der Herstellung oder Verarbeitung erforderliche Mindestfestigkeit geben, wobei die an den Zellstoffasern vorhandenen Fibrillen die gegenseitige Verfilzung ermöglichen und den nötigen Widerstand gegen ein Auseinanderziehen der Fasern bei Zugbeanspruchung herstellen. Durch das Verfahren nach der Erfindung ist auch die Aufgabe gelöst, aus solchen Fasern, die keine ausreichende natürliche Neigung zur Verfilzungzeigen, wie etwa aus Holzschliffasern, ein Papier mit brauchbaren Festigkeitswerten zu erzeugen, also etwa bei der Herstellung von Zeitungspapier den Zellstoffzusatz einzusparen.
Die Kosten für die Bindemittelzugabe fallen demgegenüber kaum ins Gewicht, denn die Bindemittelzugabe kann sehr gering gehalten werden. Einerseits ergibt sich beim Zusammentreffen eines Teilchens
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flüssigen Bindemittels mit der Zellstoffaser sofort eine Verteilung des Bindemittels auf der Oberfläche der
Faser, auf der sich dann ein dünner Überzug bildet, der für die spätere Verklebung ausreicht. Anderseits ist es ohne weiteres möglich, mit den mit einem Bindemittelüberzug versehenen Fasern andere Fasern ohne Bindemittel zu mischen, wobei auch eine ausreichende gegenseitige Bindung der Teilchen im Fer- tigerzeugnis erreichbar ist.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den nachstehenden Beispielen für einzelne Ausführungsformen der Erfindung.
Beispiel l : Bei diesem Beispiel wird ein Bindemittel aus der Gruppe der thermoplastischen Kunst- stoffe verwendet, etwa ein Polyacrylsäure-Butylester oder ein handelsüblicher Polyacrylsäure-Mischester.
I Der Ester wird als funfzigprozentige Lösung in einer Mischung von Benzol und Äthylacetat bei einer Tem- peratur von etwa 500 in den Behandlungsraum gesprüht. Gleichzeitig wird in den Behandlungsraum Holz- schliff, etwa durch einen Luftstrom, von oben her so eingeführt, dass sich seine Einzelfasern in dem gas- förmigen Medium im Schwebezustand ohne wesentliche gegenseitige Berührung befinden. In dem als ge- schlossener Behälter ausgeführten Beladungsraum treffen dann die Holzsdiliffasern mit dem fein zerteil- ten, gelösten Bindemittel zusammen und fallen infolge der Schwerkraft nach der Beladung zum Boden des
Behälters.
Der Weg bis zum Behälterboden ist so gross bemessen, dass auf diesem Wege das für das Binde- mittel verwendete Lösungsmittel verdampft, so dass das Bindemittel jetzt in einen nicht klebenden Zu- stand überführt ist. Vom Boden des Behälters werden die mit dem Bindemittel beladenen Fasern konti- nuierlich abgezogen, u. zw. entweder mit mechanischen Fördermitteln als ein in Einzelfasern leicht auf- teilbares Haufwerk oder auch durch einen Wasserstrom, da ja die Fasern schliesslich als dünne wässerige
Suspension der Papiermaschine zugeführt werden sollen, wobei sie gegebenenfalls auch mit andern, nicht mit Bindemitteln beladenen Fasern gemischt werden können.
Durch Einstellen der Zufuhr von Holzschliff und Bindemittel zu dem Behandlungsraum kann erreicht werden, dass das Bindemittelgewicht sich zum Fasergewicht am fertigen Erzeugnis am Boden des Bela- dungsraumes wie 1 : I verhält. Bei der Weiterverarbeitung wird dann der mit dem thermoplastischen
Kunststoff beladene Holzschliff nochmals mit einfachem, unbehandeltem Holzschliff im Verhältnis 1 : 1 gemischt und der Papiermaschine zugeführt, auf der der so zusammengesetzte Stoff zu einem dünnen Kar- ton von etwa 120 g/m2 Gewicht verarbeitet wird. Die Erwärmung auf den Trockenzylindern der Papier- maschine bewirkt eine vorübergehende Plastifizierung des Bindemittels und damit die Verfestigung des
Erzeugnisses durch gegenseitiges Verkleben der Fasern.
Um die Gefahr des Anklebens der Bahn an den Zy- lindern zu vermeiden, werden zweckmässig die ersten Trockenzylinder mit einem Überzug aus Polytetra- fluoräthylen versehen.
Das nach diesem Beispiel gewonnene Papiererzeugnis weist mindestens gleiche Festigkeit und Ge- brauchseigenschaften auf wie Erzeugnisse, die aus Holzschliff mit einer Zugabe von 20 % Zellstoff er- halten werden können. Das nach der Erfindung gewonnene Erzeugnis hat aber gegenüber den bekannten
Erzeugnissen den besonderen Vorteil einer praktisch völligen Ausnutzung des Holzes. Bei Verwendung von Zellstoff ist dieser Vorteil bekanntlich nicht gegeben, da bei der Zellstoffherstellung 100 Gew.-Teile
Holz nur etwa 40 Gew.-Teile Zellstoff ergeben. Bei dem Beispiel ergibt also die Erfindung den er- heblichen wirtschaftlichen Vorteil einer vollständigen Ausnutzung des Rohstoffes Holz.
Ein weiterer Vorteil des im Beispiel genannten Erzeugnisses liegt in einer besonderen Eigenschaft des- selben, nämlich in seiner Verformbarkeit. Lediglich durch Anwendung von Wärme ist das an den Fasern haftende Bindemittel plastifizierbar. Das von der Papiermaschine kommende flache Erzeugnis kann also unter Wärmeanwendung beliebig zu Behältern verformt werden, etwa durch einen an sich bekannten Zieh- vorgang, wobei das Ziehen sowohl durch Pressen als auch durch die bekannten Vakuumverfahren vorgenommen werden kann. Nach dem Ziehvorgang tritt die Festigkeit der Bindung bei Abkühlung wieder ein. Das auf der Papiermaschine hergestellte Erzeugnis ähnelt also in dieser Hinsicht den lediglich aus einem thermoplastischen Kunststoff hergestellten Folien oder Platten.
Ein Hauptanwendungsgebiet der Erzeugnisse ist dabei die Herstellung von Verpackungen. Dabei kann die Oberfläche der flachen Erzeugnisse noch in üblicher Weise kaschiert werden oder eine Deckschicht erhalten, wie dies bei der Herstellung von Chromoersatzkarton üblich ist. Sowohl die flachen Erzeugnisse als auch aus ihnen hergestellte räumliche Erzeugnisse können mit Lackschichten oder ändern Schutzschich- ten versehen werden, mit denen die aus dem Erzeugnis hergestellten Verpackungen für beliebiges Füllgut geeignet gemacht werden können.
Selbstverständlich ist es ohne weiteres möglich, den im Beispiel als Bindemittel genannten Acrylsäure-Butylester durch irgendeinen andern thermoplastischen Kunststoff zu ersetzen. So kann als Bindemittel auch Polyäthylen verwendet werden, das bei höherer Temperatur, u. zw. bei etwa 900, in Benzin löslich ist.
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Zu den thermoplastischen Kunststoffen im vorgenannten Sinne sind im übrigen auch die Vorkonden- sate der Phenoplaste bzw. Aminoplaste zu rechnen. Bei Verwendung solcher Stoffe als Bindemittel zur
Beladung von Fasern ergibt sich die Möglichkeit, am Schluss der Bearbeitung, also nach der Herstellung eines bahnförmigen Erzeugnisses oder eines durch nachträgliche Verformung hergestellten räumlichen Er- zeugnisses, eine Nachhärtung vorzunehmen, gegebenenfalls unter Mitverwendung der bekannten Härtungs- mittel, wobei dann nach der Härtung keine Überführung des Bindemittels in einen plastischen Zustand mehr möglich ist.
Beispiel 2 : Bei diesemBeispiel handelt es sich um ein Bindemittel auf Zellulosebasis. Als Faser- stoff werden Zellulosefasern verwendet, wobei aber auch andere Faserstoffe zur Anwendung kommen können. In dem Behandlungsraum werden dabei Zellulosefasern mit einem Bindemittel beladen, das aus acetonlöslicher Acetylcellulose besteht und als Lösung in'Aceton bei einer Temperatur von etwa 500 in den Behandlungsraum gesprüht wird. Der Beladungsvorgang und der Aufbau des Behandlungsraumes ent- sprechen den im Beispiel 1 hiezu gemachten Angaben. Das verwendete Lösungsmittel, das innerhalb des geschlossenen Behandlungsraumes verdampft, kann hier (wie auch bei dem im Beispiel 1 geschilderten
Verfahren) leicht mit bekannten Mitteln zurückgewonnen werden.
Die mit dem Bindemittel beladenen Zellulosefasern, bei denen ebenfalls das Bindemittelgewicht zum Fasergewicht auf das Verhältnis 1 : 1 eingestellt werden kann, werden dann mit feinen Kunststoff- fasern von einer Faserlänge von etwa 6 bis 10 mm vermischt. Eine wässerige Suspension dieses Faserge- misches wird dann als Stoff dem Sieb einer Papiermaschine zugeführt. Auch bei diesem Stoffgemisch er- folgt in der Trockenpartie der Papiermaschine eine Plastifizierung des Kunststoffüberzuges der Zellulose- fasern und damit die nötige Bindung im Fertigerzeugnis. Dieses Erzeugnis ist ebenfalls für Verpackung- zwecke besonders geeignet, insbesondere zur Herstellung chemisch einwandfreier Verpackung für Lebens- mittel.
Der Bindemittelanteil sorgt auch in diesem Falle für eine ausreichende Festigkeit des Erzeugnisses.
Auch dieses Erzeugnis kann leicht zu beliebigen Formkörpern verformt bzw. verzogen werden, da auch hier eine nachträgliche vorübergehende Plastifizierung des Bindemittels durch Zugabe eines Lösungsmittels (Aceton) möglich ist. Das Lösungsmittel kann durch Erwärmung wieder restlos aus dem Erzeugnis ent- fernt werden.
Beispiel 3 : Bei diesemBeispiel wird als Bindemittel so wie beim Beispiel 1 ein thermoplastischer Kunststoff verwendet und als mit dem Bindemittel zu beladender Faserstoff Holzschliff. Geändert gegen- über den beim Beispiel 1 gemachten Angaben ist lediglich die Behandlungsart während der Beladung der Fasern mit dem Bindemittel.
Diese Beladung erfolgt nämlich unter zusätzlicher Einwirkung elektrischer Hochspannungsfelder, wie dies für die sogenannten elektrostatischen Spritzverfahren für Lackauftrag an sich bekannt ist. Es ist als± ohne weiteres möglich, einerseits die Sprühvorrichtung für das Bindemittel und anderseits die Eintragevorrichtung für den Faserstoff an die beiden Pole eines Gleichstrom-Hochspannungsgenerators anzuschlie- ssen, wobei natürlich einer der beiden Pole Erdspannung aufweisen wird. Der sich dabei ergebende Vorteil besteht darin, dass die aufgeladenen Teilchen, also etwa die Bindemittelteilchen, durch ihre Ladung sich unter weiterer Zerstäubung sehr gleichmässig im Raum verteilen und damit auch eine sehr gleichmässige Verteilung des Bindemittels auf den Fasern ergeben.
Das Herausführen der mit dem Bindemittel beladenen Fasern aus dem Ho. chspannungsfeld, in welchem die Beladung erfolgt, lässt sich durch Anwendung eines entsprechend starken Luftstromes verwirklichen, der die beladenen Fasern im Schwebezustand bis zu dem Teil des Behandlungsraumes führt, an dem die beladenen Fasern nach der Verdampfung des Lösungsmittels oder nach der Abkühlung des durch Wärme verflüssigten Bindemittels aus der Beladevorrichtung ausgetra- gen werden. Die Weiterverarbeitung derFasern erfolgt dann in der im Beispiel l bereits angegebenen Weise.