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Mit fortschreitender Entwicklung der Papiertechnologie haben die Kunstharze auch ihren Einzug in die Papierindustrie gehalten, so dass dort heute verschiedene Kunstharze in grossem Umfang eingesetzt werden. Das älteste in Verwendung stehende Harzmaterial ist Kolophonium, das in Form von Dispersionen als Harzleim eingesetzt wird.
Bis heute ist es nicht gelungen, diesen Kolophoniumleim ganz zu verdrängen, jedoch wurden Produkte gefunden, die in Verbindung mit diesem Kolophoniumleim eine Verbesserung des Leimproduktes bewirken. So ist es bekannt, dass z. B. Stärke und auch Wasserglas, CMC, Mannogalaktane u. a. m. in Kombination mit dem Kolophoniumleim den Leimeffekt verbessern.
Die nassfeste Leimung wird heute durch den Zusatz von Kunstharzen erreicht. Fälschlicherweise wird die Nassfestigkeit des Papiers oft als "nassfeste Leimung" bezeichnet. Es muss daher besonders betont werden, dass durch die alleinige Anwendung der Nassverfestigung die Saugfähigkeit des Papiers nicht verringert wird. Das heisst, es ist mit Kunstharz keine eigentliche Leimung zu erzielen.
Die heute in der Papierindustrie eingesetzten Kunstharze sind im wesentlichen Polyäthylenimin, Melaminharz und modifizierte Harnstoffharze. Diese modifizierten Harnstoffharze werden in der Papierindustrie als "Harnstoffharze" bezeichnet. Polyäthylenimin bewirkt ausser der Erhöhung der Nassverfestigung eine Verringerung des Mahlungsgrades und wird meistens erst im Stoffauflauf zugegeben.
Harnstoff- und Melaminharz können die Nassfestigkeit bei gleichzeitiger Erhöhung der Reisslänge und des Doppelfalzes erhöhen, wobei jedoch das Maximum der Nassverfestigung erst nach einer Lagerzeit von etwa vier Wochen erreicht wird. Harnstoffharz bewirkt zusammen mit Kolophoniumharzleim eine gewisse Harzleim-Einsparung.
Zur Fällung des Leimungsharzes und zur Fällung von Faserbruch verwendet man zumeist Aluminiumsulfat oder Alaun. In letzter Zeit hat sich auch die Verwendung von Natriumaluminat in Verbindung mit Aluminiumsulfat bewährt. Sehr wesentlich ist bei der Verwendung von Harnstoff- und Melaminharzen der Umstand, dass diese Stoffe dem Papierrohstoff erst nach der Mahlung zugegeben werden, wobei bei Harnstoffharz ein bestimmter pH-Wert, nämlich zwischen 4 und 4, 5 eingestellt werden soll, bevor die Zugabe erfolgt, weil bekanntlich selbst bei ionogenen Harzen die Affinität zur Zellstoffaser relativ gering ist.
Aus diesem Grund sind in der Papierindustrie nur modifizierte Harnstoffharze, nämlich ionogene, d. h. kation- oder anionaktive Harze verwendet worden, da nur diese die erforderliche Affinität zur Zellstoffaser aufweisen.
Wir haben nun gefunden, dass unmodifizierte, nicht ionogene Harnstoffharze zur Erzielung bestimmter Eigenschaften im Papier hervorragend geeignet sind. Solche nicht ionogene unmodifizierte Harnstoffharze werden beispielsweise als Harnstoffleim in der Spanplattenindustrie in grossem Umfang verwendet.
In der Papierindustrie wurden diese Materialien bisher nicht verwendet, weil nach den heutigen Ansichten und Theorien ein Aufziehen auf die Zellulosefaser kaum möglich ist.
In umfangreichen Versuchen haben wird jedoch überraschenderweise festgestellt, dass derartige Harnstoffleime eine Erhöhung der Steifigkeit des Papiers oder Kartons bewirken, wobei gleichzeitig ein gewisser Leimungseffekt vorhanden ist. Für eine optimale Erhöhung der Steifigkeit hat sich Harnstoffleim in Kombination mit Thixotropierungsmitteln und Wasserglas hervorragend bewährt. Speziell bei der Herstellung von Flutingpapieren, Wellenstoff und Karton für das Wickeln von Hülsen konnte Harnstoffleim mit Vorteil verwendet werden.
Es ist uns somit gelungen, ein Papier bzw. einen Karton hoher Steifigkeit und Voluminösität herzustellen, das bzw. der ein unmodifiziertes, nicht ionogenes Harnstoffharz enthält, u. zw. vorzugsweise in Mengen von 0, 1 bis 4 Grew.-% bezogen auf das fertige Papier.
Natürlich kann das Papier bzw. der Karton mit Vorteil auch Alkalisilikate und/oder
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B.Mittelschichten des Kartons, kann auch beim erfindungsgemässen Erzeugnis Holzschliff und daneben gegebenenfalls Holzpulver, wie es in der Spanplattenindustrie in erheblichen Mengen anfällt, eingesetzt werden.
Die Qualität des Kartons wird dadurch nicht wesentlich beeinträchtigt, so dass sich der Einsatz von Holzmehl für billige Papiere, an die keine grossen Ansprüche gestellt werden, im Hinblick auf seine Preiswürdigkeit lohnt, wobei nicht zu übersehen ist, dass die Verwertung dieses sonst unverwertbaren Abfallstoffes an sich schon einen Fortschritt darstellt.
Das Verfahren gemäss der Erfindung zur Herstellung eines Papiers bzw. Kartons hoher Steifigkeit und Voluminösität ist dadurch gekennzeichnet, dass man dem Papierrohstoff, der neben den Zelluloseanteil gegebenenfalls noch Holzschliff oder Holzmehl enthält, gegebenenfalls neben den in der Papiertechnologie üblichen Leim- und Füllstoffen, ein nicht ionogenes, nicht modifiziertes Harnstoffharz (Harnstoffleim) und gegebenenfalls wasserlösliche Alkalisilikate und/oder Thixotropierungsmittel, wie stärkehaltige Produkte, Carboxymethylzellulose, Pflanzengümmi wie Galaktomannane zusetzt, worauf die Mischung gemahlen wird, und man nach dem Mahlen mit Wasser verdünnt, durch Ansäuern einen PH-Wert unter 7 einstellt und die Mischung in bekannter Weise zu Papier verarbeitet.
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Als besonders vorteilhaft hat sich das Zugeben des Harnstoffleims vor dem Mahlen erwiesen, weil dadurch eine gute Homogenisierung des Leims, der nicht ionogen ist und daher nicht auf der Faser aufzieht, erreicht wird. Durch Verdünnen mit Wasser wird der Leim teilweise ausgefällt und anschliessend an der Faser adsorbiert.
Da die vollständige Ausfällung und die Adsorption im sauren Bereich erfolgt, ist durch Ansäuern für ein saures Milieu zu sorgen. Durch das Mahlen wird der Harnstoffleim auch teilweise in die Faser eingelagert und beim Ansäuern dort vollständig ausgefällt. Die Zugabe des Harnstoffleims kann jedoch im neutralen oder im schwach alkalischen Bereich erfolgen, während die Zugabe der bislang in der Papierherstellung eingesetzten ionogenen, modifizierten Harnstoffharze stets im sauren Bereich erfolgen muss.
Der Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens liegt nicht nur darin, dass Harnstoffleime, also nicht ionogene Harnstoffharze, wesentlich billiger sind als die bisher in der Papierindustrie allgemein verwendeten modifizierten Harnstoffharze, sondern auch darin, dass Wirkungen erzielt werden, die mit andern heute üblichen Kunstharzen nicht erzielt werden können. So ist es beispielsweise unmöglich, mit den heute in der Papierindustrie üblichen Kunstharzen wie ionogene Harnstoffharze, modifizierte ionogene Harnstoffharze, Melaminharze oder Polyimine, eine wesentliche Steifigkeitserhöhung zu erzielen. Wie bereits vorstehend erwähnt, kann mit den zitierten Kunstharzen nur eine Nassverfestigung erzielt werden, deren Wirkung erst nach längerer Zeit, bis zu zirka 4 Wochen, voll erreicht wird. Die Steifigkeitserhöhung ist in der Papierindustrie nach wie vor ein grosses Problem.
Die Zugabe von Stärke erhöht zwar die Steifigkeit, jedoch sind für die erwünschte Verbesserung sehr grosse Mengen notwendig, wodurch grosse Entwässerungsprobleme entstehen und die Wirtschaftlichkeit der Erzeugung nicht mehr gewährleistet ist. Ebenso verhält es sich mit der Zugabe von Wasserglas. Wasserglas erhöht zwar die Steifigkeit, verbessert die Leimung, gibt dem Papier einen harten Klang und verringert das Stauben des Papiers, jedoch ergeben sich grosse Schwierigkeiten, das Papier über die Maschine zu bringen, da entweder der Papierbrei nicht mehr entwässerbar ist oder ein Kleben an den Walzen auftritt. Bei Verwendung geringer Mengen ist der Effekt so minimal, dass von einer wesentlichen Verbesserung nicht mehr gesprochen werden kann.
Es wurde auch gefunden, dass die Papiereigenschaften, die durch den vor dem Mahlen erfolgenden Einsatz von nicht ionogenen Harnstoffharzen verbessert werden, durch einen zusätzlichen Einsatz von Thixotropierungsmitteln und/oder Alkalisilikaten noch eine zusätzliche Verbesserung erfahren, u. zw. derart, dass sich die Effekte der Zusätze nicht nur einfach überlagern, sondern dass ein synergistischer Effekt zwischen unmodifiziertem, nicht ionogenem Harnstoffharz, Thixotropierungsmitteln und/oder Wasserglas Verbesserungen der Papiereigenschaften bezüglich Steifigkeit, Volumösität, Nassfestigkeit, Doppelfalzung und Berstdruck bewirkt.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann bei vielen Papierqualitäten eingesetzt werden. So ist es beispielsweise gelungen, aus Altpapier durch die Verwendung einer Kombination von Harnstoffleim, Wasserglas und gegebenenfalls Thixotropierungsmitteln eine Flutingqualität herzustellen, die dem konventionellen Fluting nicht nur gleichwertig, sondern in verschiedenen Eigenschaften sogar überlegen ist.
Beispielsweise soll erwähnt werden, dass bei Fluting die Steifigkeit nicht zu hoch liegen darf, da ansonsten die Laufeigenschaften auf den Wellpapiermaschinen schwer beeinträchtigt werden und ein Brechen der Welle unvermeidlich ist. Im Gegensatz dazu können Flutingpapiere, die nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellt wurden, bei einer wesentlich höheren Steifigkeit als bisher maximal möglich war, einwandfrei auf Wellpappemaschinen verarbeitet werden. Ein Brechen der Welle konnte selbst bei extrem hohen Steifigkeitwerten nicht beobachtet werden. Die Laufeigenschaften sind hervorragend, wobei es einerlei ist, ob das nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellte Papier mit geringer oder mit hoher Geschwindigkeit auf der Wellepappemaschine gefahren wird.
Bei Flutingpapier, das nach konventionellen Methoden hergestellt ist, muss man hingegen eine Anpassung der Papierqualität an die Wellpappemaschinen vornehmen. So gibt es heute Flutingsorten für rasch laufende und solche für langsam laufende Maschinen, wobei noch zu berücksichtigen ist, dass bei der Erzeugung von Wellpappe aus konventionellem Fluting mit hoher Steifigkeit eine derartige Lärmentwicklung auftritt, dass ein solches Fluting schon aus diesem Grunde unverarbeitbar ist. Bei höheren Laufgeschwindigkeiten entstehen nämlich Resonanzschwingungen in einem solchen Frequenzbereich, dass das Bedienungspersonal nur mehr mit Gehörschutz arbeiten kann. Das erfmdungsgemässe Papier hingegen besitzt selbst bei extrem hohen Steifigkeitswerten überraschend elastische Eigenschaften, so dass weder ein Brechen der Welle noch eine unzumutbare Lärmbelästigung eintritt.
Wie bereits eingangs erwähnt, besitzt das erfindungsgemässe Papier gleichzeitig eine gewisse Nassfestigkeit, was jedoch die Verleimbarkeit in keiner Weise beeinträchtigt, da, wie bereits ausgeführt, eine Nassfestigkeit nichts mit der Leimung von Papier zu tun hat. Diese Nassfestigkeit ermöglicht es, für die daraus hergestellte Wellpappe neue Einsatzgebiete zu erschliessen. So konnten beispielsweise Wellpappeschachteln, die aus Fluting nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellt waren, mit Vorteil für Sauerkrautverpackung verwendet werden.
Auch für die Herstellung von Karton ist das erfindungsgemässe Verfahren von Vorteil. Es ist bekannt, dass man bei der Herstellung von Karton insbesondere den Zwischenschichten Holzschliff und gegebenenfalls als Streckmittel Holzmehl zusetzt. Das vorliegende Verfahren erlaubt es nun, trotz eines relativ hohen Anteiles an diesen Zusätzen Kartonqualitäten zu erzielen, die den bekannten in keiner Weise nachstehen, obwohl sie einfacher und preisgünstiger herzustellen sind.
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Die nachfolgenden Beispiele sollen den erfmdungsgemässen Gegenstand bzw. das erfindungsgemässe Verfahren und die damit erzielbaren Effekte und Vorteile näher erläutern, ohne die Erfindung darauf zu beschränken.
Beispiel l : Es wurde eine Versuchsreihe mit steigenden Mengen von Harnstoffleim in Papier durchgeführt. Wie man aus der untenstehenden Tabelle ersieht, nehmen die CMT3o-Werte mit steigendem Gehalt von Harnstoffleim zu.
Als Rohstoffbasis wurde eine Mischung von Wellpappeabfällen und gemischten Abfällen im Verhältnis 70 : 30 verwendet. Zu diesem Zwecke wurden 700 kg Wellpappeabfälle und 300 kg gemischte Abfälle in einem Pulper aufgeschlagen, mit 1% Stärke versetzt und anschliessend wurden 1, 3% Harnstoffleim zugegeben. Nach guter Durchmischung wurde auf 45 Schopper-Riegler gemahlen und sodann mit Schwefelsäure ein pH-Wert von 4, 5 eingestellt. Die Stoffkonzentration betrug zirka 4%. Diese Pulpe wurde nun in an sich bekannter Weise auf einer Langsiebmaschine zu einem Fluting-Papier mit 112 g/m2 verarbeitet und der CMT3o-Wert gemessen.
In genau gleicher Herstellungsweise wurde dann die Harnstoffleim-Menge gesteigert und die entsprechenden CMT3o-Werte bestimmt. Die Messungen brachten folgende Ergebnisse :
Fluting 112 g/m2 :
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<tb>
<tb> Stärke <SEP> Harnstoffteim <SEP> CMTgo-Wert <SEP>
<tb> (Feststoff)
<tb> 1% <SEP> - <SEP> 1, <SEP> 5 <SEP>
<tb> 1% <SEP> 1, <SEP> 3% <SEP> 2, <SEP> 0 <SEP>
<tb> 1% <SEP> 1, <SEP> 5% <SEP> 2, <SEP> 2 <SEP>
<tb> 1% <SEP> 1, <SEP> 8% <SEP> 2, <SEP> 4 <SEP>
<tb>
Wie man aus der Tabelle ersieht, kann durch die Verwendung von Harnstoffleim die Steifigkeit wesentlich erhöht werden.
Das Papier ohne Harnstoffleim zeigte einen CMT3o-Wert von 1, 5, während bereits eine Zugabe von 1, 3% Harnstoffleim eine wesentliche Steifigkeitserhöhung auf einen CMT3o-Wert von 2, 0 brachte.
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ein Brechen der Welle bei der Herstellung von Wellpappe nicht zu befürchten, da das Ausgangsmaterial-Altpapier-im Vergleich zu Halbzellstoff wesentlich elastischer ist.
Das so hergestellte Papier wurde auf einer Wellpappemaschine mit einer Geschwindigkeit von 220 m/min verarbeitet, wobei die Verklebbarkeit, die Wellenausbildung und der Flachstauchdruck ausgezeichnet waren.
Beispiel 2 : 700 kg Wellpappeabfälle und 300 kg gemischte Abfälle wurden in einem Pulper unter Zugabe von 1% Stärke und 1, 5% Harnstoffleim 65% ig (23 kg) aufgeschlagen und anschliessend auf 50 Schopper-Riegler gemahlen. Der Feststoffgehalt betrug 4%. Vor dem Mahlen wurde die Pulpe mit 60 I
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verarbeitet. Der CMT3o-Wert betrug 2, 0 und das Papier liess sich auf einer Wellpappemaschine einwandfrei verarbeiten. Es zeigte sich, dass durch die Verwendung von Alaun sich eine grössere Elastizität des Papiers ergab.
Beispiel 3 : Es wurde ein Karton mit 350 g/m2 auf einer Kartonmaschine mit 7 Rundsieben hergestellt. Die Decke des Kartons bestand aus Natronzellulose, die Mitte aus gemischten Abfällen und die Rückseite aus Wellpappeabfällen. Zu diesem Zweck wurden die Rohstoffe in drei verschiedenen Pulpern
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Mittels einer Dosierpumpe wurden 1, 8% trocken Harnstoffleim (auf Festkörper Zellulose) zugegeben.
In Pulper II wurden die gemischten Abfälle kontinuierlich aufgeschlagen und ebenfalls mittels Dosiereinrichtung 1, 8% Harnstoffleim (trocken, auf Festkörper Papier) zugegeben.
Ebenso im Pulper III, nur dass dort Wellpappeabfälle verwendet wurden.
Anschliessend wurden die drei verschiedenen Pulpen gemahlen, wobei ein Mahlungsgrad von 45 Schopper-Riegler erzielt wurde.
Der Stoff von Pulper I wurde über Refiner in Mischbütte I gepumpt, ebenso der Stoff aus Pulper II in Mischbütte Il und der Stoff aus Pulper III in Mischbütte III. In allen drei Mischbütten erfolgte die Absäuerung mit Schwefelsäure auf einen pH-Wert von 4, 5.
Das erste und letzte Rundsieb wurde aus Mischbütte III bzw. Mischbütte I gespeist, während die fünf mittleren Rundsiebe aus Mischbütte II gespeist wurden. Die Decke hatte eine Grammatur von 50 g, die Mittelschicht (Einlage) von 250 g, die Rückseite hatte 50 g/m2, so dass ein Karton von 350 g/m2 hergestellt wurde.
Die Steifigkeit eines solchen Kartons war wesentlich grösser als ohne Verwendung von Harnstoffleim. Es zeigte sich, dass ein Karton ohne Harnstoffleim erst bei einer Grammatur von 450 g/m2 die gleiche Steifigkeit besitzt wie ein 350 grammiger Karton, der 1, 8% Harnstoffleim enthält.
Der so hergestellte Karton wurde für das Wickeln von Rohrhülse verwendet. Die Verklebbarkeit war
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ausgezeichnet, das Volumen des Kartons betrug etwa das 1, 7fache und die daraus hergestellten Rohrhülsen zeigten eine Festigkeitssteigerung um 50%.
So wurde von Rohren, die aus diesem Karton hergestellt waren, der Scheiteldruck gemessen. Der Durchmesser des Rohres betrug 60 mm, die Länge 380 mm und die Wanddicke 3 mm. Der Scheiteldruck betrug 126 kp/cm2, während er bei Karton gleicher Zusammensetzung, jedoch ohne Harnstoffleim, bei 80 kp/cm2 liegt.
Der gemessene Wert entspricht einer Spitzenqualität für Rohrwickelkarton, die üblicherweise nur aus hochwertigen Rohstoffen erzielbar ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung eines Papiers bzw. Kartons hoher Steifigkeit und Voluminösität,
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gegebenenfalls noch Holzschliff und/oder Holzmehl enthält, gegebenenfalls neben den in der Papiertechnologie üblichen Leim- und Füllstoffen, ein nicht ionogenes, nicht modifiziertes Harnstoffharz (Harnstoffleim) und gegebenenfalls wasserlösliche Alkalisilikate und/oder Thixotropierungsmittel, wie stärkehaltige Produkte, Carboxymethylzellulose, Pflanzengummi wie Galaktomannane zusetzt, worauf die Mischung gemahlen wird und man nach dem Mahlen mit Wasser verdünnt, durch Ansäuern einen PH-Wert unter 7 einstellt und die Mischung in bekannter Weise zu Papier verarbeitet.
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