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Wasser- geschöpfte Stoffbahn
Zahlreiche Forscher haben Cellulosefasern einer scharfen Hydrolysebehandlung unterworfen, wobei das amorphe Cellulosematerial entfernt wird und lediglich ein leicht zersetzliches Celluloseskelett zurückbleibt. Dieser Faserrückstand besteht im wesentlichen aus Cellulose-Kristalliten. Bei solchen Versuchen wird eine bestimmte Fasermenge in eine geeignete Säurelösung gegeben und verschiedene Zeitspannen in der Säure belassen. Sodann wird das Material gründlich gewaschen, um die Säure zu entfernen. Im allgemeinen verwendet man als Säurelösung eine 2, 5 n-Salzsäurelösung, die bei etwa 1050 - das ist ihr Siedepunkt - gehalten wird. Die Fasern werden in der siedenden Säurelösung etwa 15 min belassen.
Durch diese Behandlung wird die sogenannte amorphe Cellulose entfernt und der Rückstand besteht aus den Cellulose-Kristalliten, die aus den Fasern gewonnen werden.
Es wurde auch schon vorgeschlagen, Zellstoff durch Oxydation oder Säureeinwirkung auf niedrige Viskosität abzubauen, um auf diese Weise unmittelbar auf Celluloselösungen und Celluloseverbindungen verarbeitbaren Zellstoff zu erhalten. Bekannt sind ferner Verfahren zur Reinigung von Fasern aus natürlicher Cellulose, nach denen die Fasern nach Behandlung mit Mercerisierungsflüssigkeit, z. B. Natronlauge, durch Einwirkung von verdünnter Salzsäure, z. B. 0, 1% HC1, einer Hydrolyse unterworfen werden.
Durch Behandlung von Fasern aus regenerierter Cellulose können, wie nunmehr festgestellt werden konnte, Fasern erhalten werden, die beim Mischen mit Wasser fibrillieren und dadurch zur Verarbeitung bei der üblichen Papierfabrikation brauchbar werden. Solche Fasern werden hergestellt, indem, in Anwendung des für die Hydrolyse von Cellulosefasern mittels Säureeinwirkung bekannten Verfahrens auf die Hydrolyse von Fasern aus regenerierter Cellulose, letztere Fasern soweit hydrolysiert werden, dass der durchschnittliche Grund-Polymerisationsgrad der Cellulose nach erfolgter Hydrolyse auf etwa 20% bis 75% des Grund-Polymerisationsgrades der Ausgangsfasern herabgesetzt wird.
Die Erfindung betrifft eine wasser-geschöpfte Stoffbahn, z. B. Papier, mit einer Zugfestigkeit von wenigstens 400 m und einem Reissfaktor von wenigstens 110, 2, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie aus partiell hydrolysierten Fasern aus regenerierter Cellulose und zusätzlich gewünschtenfalls aus papierbildenden Fasern natürlicher Herkunft und bzw. oder Fasern aus Kunstharzen und bzw. oder aus nicht fibrillierendenFasern aus regenerierter Cellulose besteht, wobei die partiell hydrolysierten, beim Mischen mit Wasser fibrillierenden Fasern einen durchschnittlichen Grund-Polymerisationsgrad der Cellulose von etwa 20 bis 75% des Grund-Polymerisationsgrades der Ausgangsfasern und so ziemlich dasselbe Gewicht wie dieselben besitzen.
Durch die Erfindung wird es erstmalig ermöglicht, aus Fasern aus regenerierter Cellulose, gegebenenfalls im Verein mit andem Fasern, wasser-geschöpfte Stoffbahnen herzustellen.
Der durchschnittliche Grund-Polymerisationsgrad der Cellulose in dem hier gebrauchten Sinn stützt sich auf Methoden, die in der Literatur beschrieben sind. Die für durchschnittliche Grund-Polymerisationsgrade oberhalb 300 angewendete Methode ist die von Orlando A. Battista unter dem Titel "Molecular Weight of Cellulose"in Ind. Eng. Chem., Anal. Ed., 16 [1944] S. 351 - 354 beschriebenen Methode. Die für durchschnittliche Polymerisationsgrade unterhalb 300 angewendete Methode ist die, wel-
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ehe Orlando A. Battista et al in der Arbeit "Level-off Degree of Polymerization" in Ind. Eng. Chem. 48, [1956] S. 333 - 335 beschrieben hat.
Die gemäss obigem Verfahren teilweise hydrolysierten Fasern können mit papierbildenden Fasern natürlicherHerkunft oder mit synthetischen Fasern in üblichen Papier-Holländern gemischt und dann entsprechend den gebräuchlichenFabrikationsmethoden zur Papierherstellung behandelt und verarbeitet wer- den. Die Produkte weisen ein ungewöhnlich gleichmässiges Gefüge auf, u. zw. gleichgültig, ob die Faser vollständig aus der gemäss der hier beschriebenen Arbeitsweise partiell hydrolysierten Faser besteht oder ob sie mit papierbildenden Fasern natürlicher Herkunft oder andern synthetischen Fasern gemischt oder verschnitten ist. Eine besonders vorteilhafte Anwendung der Erfindung besteht in dem Vermischen von obigen, teilweise hydrolysierten Fasern mit solchen Fasern, die normalerweise ein Papier von verhältnis- mässig schlechter Nassfestigkeit, wie Zeitungspapier, liefern.
Die behandelten Fasern aus regenerierter
Cellulose können von grösserer Länge und von unterschiedlicher Stärke sein, sie tragen dazu bei, sowohl die Nassfestigkeit als auch die Trockenfestigkeit erheblich zu verbessern.
Die Herstellung der Fasern kann auch eineFibrillierungsbehandlung vor der Schlussstufe des Trocknens umfassen. Sind die Fasern nach der geregelten Hydrolysebehandlung getrocknet worden, so werden sie anschliessend nach dem gleichen Verfahren weiter verarbeitet, wie es bei der Herstellung von wasser- geschöpften Bahnen aus einer raffinierten Papierpulpe üblicherweise angewendet wird. Das bedeutet, die
Fasern werden innerhalb einer Zeitspanne von 15 min bis zu 3 h aufgeschlagen. Werden die Fasern nach der geregelten Hydrolyse gewaschen und in einem Papier-Holländer fibrilliert und erst dann getrocknet, so ist kein zusätzliches Aufschlagen erforderlich. Die typischen Fibrillen der trockenen, fibrillierten Faser werden durch blosses Mischen mit Wasser erschlossen.
Bei der Anwendung der trockenen, fibrillierten
Faser ist es lediglich erforderlich, die Fasern in Wasser mit Hilfe einer der gebräuchlichen Mischvor- richtungen zu dispergieren, z. B. durch Aufschlagen in einem Papier-Holländer oder durch Behandeln in einem"Cowles"-Rührer, und dann die Füllung fertigzumachen, welche direkt dem Füllkasten der Papier- maschine zugeführt wird. DieFasern werden dann in genau der gleichen Weise wie normale papierbilden- de Fasern in Bahnen übergeführt.
Werden die teilweise hydrolysierten Fasern aus regenerierter Cellulose mit normalen papierbilden- den Fasern gemischt oder verschnitten, so ist von besonderem Vorteil, die verschiedenen Fasertypen separat den für sie im Einzelfall günstigsten Fibrillierungs-Behandlungen, z. B. durch Holländern oder
Aufschlagen zu unterwerfen, weil durch übermässiges Holländern einige der Fibrillen entfernt werden.
Wenn z. B. die optimale Zeitspanne für das Aufschlagen bei verschiedenen Fasertypen unterschiedlich ist, so kann das separate und unabhängige Aufschlagen leicht so einreguliert werden, dass man eine maximale Fibrillierung bei den verschiedenen Fasertypen erreicht.
Die Herstellung von Papier aus den teilweise hydrolysierten Fasern kann an Hand von üblichen
Laboratoriumsverfahren zur Papierherstellung erläutert werden, welche einen"Tappi"-Standard-Holländer anwenden und bei denen zur Herstellung von handgeschöpften Bogen ein"Noble andWood"-Sieb An- wendung findet. In den spezifischen Beispielen, die in der folgenden Tabelle aufgezählt sind, werden
150 g Faser im "Tappi"-Standard-Holländer bei einer Konsistenz von 0, 6% dispergiert. In der Tabelle bezieht sich das"Hebel"-Gewicht auf das Gewicht, das auf den Hebel aufgelegt wird, durch dessen Be- wegung die Grundplatte mit der Zerfasererwalze in Berührung gebracht wird. Beim Holländern von Holz- pulpe beträgt das Standard-Gewicht 5 500 g.
Durch Belastung des Hebels mit niedrigen Gewichten wer- den die Fasern lediglich einer Aufschlagwirkung anstatt einer Zerfaserungswirkung ausgesetzt. Das in den Beispielen vermerkte Gewicht bezieht sich auf das berechnete Gewicht für ein Ries von 500 Blatt im For-
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EMI2.2
EMI2.3
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Tabelle I
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<tb>
<tb> Holländern
<tb> Faser <SEP> Länge <SEP> Durch-Kunstseide <SEP> Gemisch <SEP> Gewicht <SEP> Berst-Reiss-Zugfestigmm <SEP> messer <SEP> kg <SEP> faktor <SEP> faktor <SEP> keit
<tb> denier <SEP> Hebel- <SEP> Zeit <SEP> Hebel- <SEP> Zeit <SEP> nach <SEP> Meter
<tb> gewicht <SEP> Minuten <SEP> gewicht <SEP> Minuten
<tb> Mullen
<tb> g <SEP> S <SEP>
<tb> CTS <SEP> 12,7 <SEP> 1,5 <SEP> 227 <SEP> 240 <SEP> *)
<tb> HTS <SEP> 6,35 <SEP> 3,0 <SEP> 1360 <SEP> 15 <SEP> 28,75 <SEP> 0,46 <SEP> 171,97 <SEP> 552
<tb> Holzpulpe <SEP> A <SEP> 6500 <SEP> 21 <SEP> 26, <SEP> 52 <SEP> 4, <SEP> 95 <SEP> 134, <SEP> 49 <SEP> 5660
<tb> 10% <SEP> HTS <SEP> + <SEP> 90% <SEP> A <SEP> 6,35 <SEP> 3,0 <SEP> 227 <SEP> 20 <SEP> 227 <SEP> 30 <SEP> 25, <SEP> 71 <SEP> 4, <SEP> 64 <SEP> 138, <SEP> 90 <SEP> 5620
<tb> 20% <SEP> HTS <SEP> + <SEP> 80% <SEP> A <SEP> 6, <SEP> 35 <SEP> 3,
<SEP> 0 <SEP> 227 <SEP> 30 <SEP> 227 <SEP> 30 <SEP> 37, <SEP> 74 <SEP> 5, <SEP> 30 <SEP> 257, <SEP> 67 <SEP> 6060 <SEP>
<tb> 50% <SEP> HTS <SEP> + <SEP> 5001o <SEP> A <SEP> 6, <SEP> 35 <SEP> 3, <SEP> 0 <SEP> 227 <SEP> 45 <SEP> 227 <SEP> 30 <SEP> 26, <SEP> 89 <SEP> 3, <SEP> 09 <SEP> 304, <SEP> 25 <SEP> 3070
<tb> 20'HTS <SEP> + <SEP> 80' <SEP> A <SEP> 12, <SEP> 7 <SEP> 1, <SEP> 5 <SEP> 227 <SEP> 20 <SEP> 227 <SEP> 30 <SEP> 28, <SEP> 52 <SEP> 4, <SEP> 48 <SEP> 182, <SEP> 99 <SEP> 4610
<tb> Holzpulpe <SEP> B <SEP> 227 <SEP> 15 <SEP> 26, <SEP> 16 <SEP> 8, <SEP> 66 <SEP> 167, <SEP> 56 <SEP> 7740
<tb> 20% <SEP> HTS <SEP> + <SEP> 80% <SEP> B <SEP> 6,35 <SEP> 3,0 <SEP> 227 <SEP> 60 <SEP> 227 <SEP> 30 <SEP> 26, <SEP> 71 <SEP> 5, <SEP> 49 <SEP> 207, <SEP> 24 <SEP> 6460
<tb> 20% <SEP> TTS <SEP> + <SEP> 80% <SEP> B <SEP> 12,7 <SEP> 1,5 <SEP> 227 <SEP> 60 <SEP> 227 <SEP> 30 <SEP> 25,
<SEP> 43 <SEP> 5, <SEP> 30 <SEP> 319, <SEP> 68 <SEP> 6500
<tb> 50% <SEP> HTS-2-12, <SEP> 7 <SEP> 1, <SEP> 5 <SEP> 1360 <SEP> 45 <SEP> 29, <SEP> 16 <SEP> 0, <SEP> 62 <SEP> 165, <SEP> 35 <SEP> 915
<tb> 500/0 <SEP> TTS <SEP> 12, <SEP> 7 <SEP> 1, <SEP> 5 <SEP>
<tb>
*) Der Umlauf im Holländer wurde durch Faser-Agglomerierung gestoppt und dadurch die Gewinnung von handgeschöpften Bogen verhindert.
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<tb>
<tb>
Erläuterung <SEP> zur <SEP> Tabelle
<tb> CTS-Kontrolle <SEP> (unbehandelte) <SEP> Kunstseide <SEP> mit <SEP> dünner
<tb> Hülle <SEP> ; <SEP>
<tb> HTS-Kunstseide <SEP> mit <SEP> dünner <SEP> Hülle, <SEP> 20 <SEP> min <SEP> bei <SEP> 700
<tb> in <SEP> 2 <SEP> n-H2 <SEP> S04 <SEP> partiell <SEP> hydrolysiert <SEP> ; <SEP>
<tb> HTS-2 <SEP> Kunstseide <SEP> mit <SEP> dünner <SEP> Hülle, <SEP> 1 <SEP> h <SEP> bei <SEP> 500
<tb> in <SEP> 2, <SEP> 5n-HCI <SEP> partiell <SEP> hydrolysiert;
<tb> TTS-Kunstseide <SEP> mit <SEP> dicker <SEP> Hülle, <SEP> 1 <SEP> h <SEP> bei <SEP> 500
<tb> in <SEP> 2, <SEP> 5n-HCl <SEP> partiell <SEP> hydrolysiert;
<tb> Holzpulpe <SEP> B <SEP> gemische, <SEP> gebleichte, <SEP> neutrale <SEP> halb-chemische
<tb> sulfit <SEP> -Hartholzpulpe. <SEP>
<tb>
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Tabelle II
EMI5.1
<tb>
<tb> Faser <SEP> Gewicht <SEP> in <SEP> Berst-Reiss-Zugfestigkg <SEP> faktor <SEP> faktor <SEP> keit
<tb> nach <SEP> Meter
<tb> "Mullen"
<tb> HTS <SEP> 15, <SEP> 51 <SEP> 1, <SEP> 54 <SEP> 220, <SEP> 47 <SEP> 1075 <SEP>
<tb> HTS <SEP> *) <SEP> 15, <SEP> 51 <SEP> 1, <SEP> 54 <SEP> 255,74 <SEP> 1133
<tb> TTS <SEP> 18, <SEP> 68 <SEP> 2,78 <SEP> 282, <SEP> 20 <SEP> 2640 <SEP>
<tb> 90% <SEP> HTS+10% <SEP> Pulpe <SEP> C <SEP> 14, <SEP> 37 <SEP> 1, <SEP> 54 <SEP> 341,73 <SEP> 839
<tb> 80% <SEP> HTS+20% <SEP> Pulpe <SEP> C <SEP> 20, <SEP> 08 <SEP> 1, <SEP> 39 <SEP> 601, <SEP> 88 <SEP> 1038 <SEP>
<tb> 70% <SEP> HTS <SEP> + <SEP> 30% <SEP> Pulpe <SEP> C <SEP> 16, <SEP> 41 <SEP> 1, <SEP> 70 <SEP> 645, <SEP> 98 <SEP> 1668 <SEP>
<tb> 100% <SEP> Pulpe <SEP> C <SEP> 17, <SEP> 68 <SEP> 2, <SEP> 63 <SEP> 145,
<SEP> 51 <SEP> 3200 <SEP>
<tb>
HTS-partiell hydrolysierte Kunstseide mit dünner Hülle, Stärke 1, 5 denier ;
TTS-partiell hydrolysierte Kunstseide mit dicker Hülle, Stärke 0, 5 denier ;
Pulpe C Chemiepulpe handelsüblicher Qualität, wie sie zur Zeitungspapierherstellung dient ; *) dieses Muster wurde vor dem Aufschlagen in einem Mörser zerstampft.
Wenn auch die bisherige Beschreibung speziell die Herstellung von Papier erläutert, so kann doch die geschlossene Oberfläche von jeder gewünschten Gestalt und Form sein und auch die Stärke der Bahn kann so gross sein, dass sie einem nicht gewebten Textilstoff etwa nach Art von Filz entspricht. Die Bahn kann auch in jede gewünschte Pressform eingebracht und darin durch Pressen und Trocknen fertig gemacht werden.
Die gebräuchlichen Zusätze, wie sie bei der technischen Papierfabrikation üblich sind, können mitverwendet werden, wie die Beispiele der folgenden Tabelle III erläutern. Handelsübliche Kunstseidefasern mit dünner Hülle, die einen Durchmesser von ungefähr 0, 0125 mm und eine Länge von 6, 35 mm aufweisen, wurden der Behandlung mit einer 10%igen Schwefelsäurelösung 10 min lang bei 800 unterworfen.
Nach dem Waschen und Trocknen wurden die Fasern (HR) dann in einem "Waring Blendor" 20 min lang bei einer Konsistenz von 1, 20/0 aufgeschlagen und es wurden handgeschöpfte Bogen unter Verwendung eines "Noble and Wood"-Siebes hergestellt.
In einigen Fällen wurde ein kationisches Stärkederivat, das unter dem Namen "Cato 8" im Handel ist, im "Waring Blendor" zugesetzt. "Cato 8" wird hergestellt von der Firma "National Starch Products, Inc". als ein benetzungsfördernder Zusatzstoff für die Papierfabrikation, der dazu dienen soll, die Festigkeitseigenschaften des Papiers zu verbessern. Die Angaben veranschaulichen, dass die bei der Papierherstellung gebräuchlichen Zusatzstoffe und Imprägniermittel die gleiche Art von Verbesserungen bei den aus den Stoffbahnen gemäss der Erfindung bewirken, wie sie auch bei Verwendung von papierbildenden Fasern natürlicher Herkunft eintreten.
Tabelle III
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<tb>
<tb> Faser <SEP> Gewicht <SEP> Berst <SEP> - <SEP> Reiss- <SEP> Zugfestig- <SEP>
<tb> kg <SEP> faktor <SEP> faktor <SEP> keit
<tb> nach <SEP> Meter
<tb> "Mullen"
<tb> HR <SEP> 16,41 <SEP> 0,62 <SEP> 238,11 <SEP> 664
<tb> HR <SEP> + <SEP> 0, <SEP> l <SEP> Cato <SEP> 8 <SEP> 21, <SEP> 17 <SEP> 0, <SEP> 46 <SEP> 205, <SEP> 04 <SEP> 716
<tb> HR+0, <SEP> 5 <SEP> Cato8 <SEP> 19, <SEP> 04 <SEP> 0, <SEP> 77 <SEP> 268, <SEP> 97 <SEP> 1157 <SEP>
<tb> HR <SEP> + <SEP> 1, <SEP> 010 <SEP> Cato <SEP> 8 <SEP> 18, <SEP> 18 <SEP> 0, <SEP> 93 <SEP> 260, <SEP> 15 <SEP> 1341 <SEP>
<tb>
Die vorangehenden Beispiele umfassen Gemische von teilweise hydrolysierten Fasern und von papierbildenden Fasern natürlicher Herkunft oder von Holzpulpe.
Eine der begrüssenwertesten Eigenschaften der teilweise hydrolysierten Fasern ist, dass die Fasern im wesentlichen den gleichen Durchmesser und die
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gleiche Länge aufweisen, während Fasern natürlicher Herkunft in Form von Bündeln von Einzelfasern vor- liegen und nicht alle von gleicher Länge sind. Als Folge hievon kann die genau gewünschte Modifikation der wasser-geschöpftenbahnen durch Verwendung von Fasern von bestimmter und gleichmässiger Länge geschaffen werden. Wenn auch die Beispiele lediglich Gemische von zwei verschiedenen Typen von Kunstseide, die partiell hydrolysiert worden sind. bzw.
Gemische dieser Fasern mit Holzpulpe-Fasern erläutern, so kann jeder andere gewünschte Typ einer papierbildendenFaser oder auch jeder andere Fasertyp schlechthin mit den Fasern der Erfindung vermischt werden.
Bei der Herstellung von Papier oder von wasser-geschöpftenBahnen können die teilweise hydrolysierten Fasern von jeder gewünschten Länge sein und sie verbinden sich in technisch befriedigender Weise mit andern Fasern, welche nicht fibrillieren.
Die teilweise hydrolysierten fibrillierenden Fasern aus regenerierter Cellulose bilden, wenn sie in dem gebräuchlichen "Waring Blendor" 20 min lang bei einer Konsistenz von 1, 20/0 aufgeschlagen, mittels des üblichen "Noble and Wood"-Siebes in handgeschöpfte Bogen übergeführt und ohne Kalandern getrocknet werden, einen Bogen, der eine Zugfestigkeit - als Bruchlänge ausgedrückt-von wenigstens 400 m aufweist und einen Reissfaktor von wenigstens 110, 2 besitzt. Die grosse Bedeutung selbst der unteren Grenze der Festigkeitseigenschaften von Papierbogen, die aus den teilweise hydrolysierten Fasern hergestellt sind, kann durch einen Vergleich mit den ähnlichen Eigenschaften von gewöhnlichem Zeitungspapier veranschaulicht werden.
Normales Zeitungspapier hat eine Zugfestigkeit von etwa 3 000 m und einen Reissfaktor von etwa 103, 6 in der Richtung, in der die Bahn die Maschine durchlief, und eine Zugfestigkeit von etwa 1400 m und einen Reissfaktor von etwa 116, 8 in der senkrecht zur Maschinenführung liegenden Richtung.