AT517303A1

AT517303A1 - Verwendung cellulosischer Fasern zur Herstellung eines Vliesstoffes

Info

Publication number: AT517303A1
Application number: ATA368/2015A
Authority: AT
Original assignee: Chemiefaser Lenzing Ag
Priority date: 2015-06-11
Filing date: 2015-06-11
Publication date: 2016-12-15
Also published as: KR20180018656A; WO2016197156A1; CN107683358A; US20180163345A1; US10604897B2; EP3307951B1; JP7028400B2; EP3307951A1; ES2770000T3; JP2018521232A; AT517303B1; KR102645758B1

Abstract

Diese Erfindung betrifft die Verwendung von Lyocell-Fasern mit Fibrillationsneigung zur Herstellung eines Faservliesbahnmaterials, insbesondere zur Verwendung bei einem Wischtuch, durch Anwendung eines Schaumverfahrens.

Description

Verwendung cellulosischer Fasern zur Herstellung eines Vliesstoffes

Diese Erfindung betrifft die Verwendung von Lyocell-Fasern mit Fibrillationsneigung zur Herstellung eines Faservliesmaterials, insbesondere zur Verwendung bei einem Wischtuch, durch Anwendung eines Schaumverfahrens. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung werden derartige Faservliesmaterialien auch als Papiere bezeichnet und umgekehrt, und Begriffe wie „Papiermaschine“, „Papierherstellung“ usw. sollten dementsprechend ausgelegt werden.

Stand der Technik

In der Papierindustrie wird das Schaumverfahren, wobei Schaum als Trägerphase von Materialien dient, sowohl bei Vliesformungs- als auch bei Bahnbeschichtungsprozessen verwendet. Das Verfahren wird beispielsweise in den folgenden Veröffentlichungen beschrieben: in Radvan B., Gatward A. P. J., The formation of wet-laid webs by a foaming process, Tappi, Bd. 55 (1972), S. 748; in einem Bericht von Wiggins Teape Research and Development Ltd., New process uses foam in papermaking instead of avoiding it, Paper Trade Journal, 29. Nov. 1971; und in Smith Μ. K., Punton V. W., Rixson A. G., The structure and properties of paper formed by a foaming process, TAPPI, Jan. 1974, Bd. 57, Nr. 1, S. 107-111.

In GB 1 395 757 wird eine Vorrichtung zum Herstellen einer geschäumten Faserdispersion zur Verwendung bei der Herstellung von Papier beschrieben. Dem Faserzellstoff mit einer Faserlänge von über etwa 3 mm wird ein Tensid zugesetzt, um eine Dispersion mit einem Luftgehalt von mindestens 65 % vorzusehen, die auf das Entwässerungssieb einer Papiermaschine auszugeben ist. Das Ziel ist es, eine homogene Ausformung der Faserbahn auf dem Sieb zu erzielen.

Bereits Mitte der Siebzigerjahre wurde der Schaumformprozess auf einer Fertigungsmaschine mit Erfolg umgesetzt. Beim Wiggins-Teape-Radfoam-Verfahren (Arjo Wiggins) wurden Fasern dem Siebband (ein Siebband wird in diesem Dokument auch als "wire" bezeichnet - ein von den auf diesem Gebiet versierten Experten verwendeter Begriff) einer herkömmlichen Langsieb-Papiermaschine in wässrigem Schaum suspendiert zugeführt. Das Entwicklungsteam erhielt eine nicht geschichtete 3D-Struktur bei Papieren, die auf einer Langsieb-Papiermaschine mit sehr hohen Faserkonzentrationen (3-5 %) in Wasser mittels dem Schaumverfahren hergestellt wurden.

Bei einem Vergleich des Schaum- und des Wasserformverfahrens scheint sich aus dem Stand der Technik ein Trend klar abzuzeichnen: beim Schaumformen ist das Volumen größer, der Zugfestigkeitsindex jedoch kleiner, was hinsichtlich vieler Anwendungen für derartige Materialien ein Nachteil sein kann. Bei einer voluminöseren Struktur ist die Struktur poröser, was kleinere Zugfestigkeitsindexwerte zur Folge hat. Ein interessantes Ergebnis aus einem Vergleich von wasser- und schaumgelegten Untersuchungsproben war, dass Zugsteifigkeitsindizes in beiden Fällen sehr eng bei einander lagen, wenngleich schaumgeformte Untersuchungsproben weit voluminöser waren. Der Grund dafür ist derzeit unbekannt und erfordert weitere Forschungsarbeit.

Gemäß dem derzeitigen Verständnis sind die Hauptprobleme, welche verhinderten, dass Schaumformen eine standardmäßige Bahnformtechnik bei der Herstellung von Papier, Pappe und Karton wurde: zu große Porosität bei manchen Anwendungen, reduzierte Festigkeitseigenschaften verglichen mit normalem Niedrigkonsistenz-Nassformen, schlechte Zugfestigkeit und schlechtes Elastizitätsmodul.

Mit Schaumverfahren lässt sich verglichen mit normalem Nasslegeverfahren ein höheres Volumen (eine geringere Dichte) erzielen. Für herkömmliche Druck- und Verpackungspapier-, -pappe- und -kartonsorten sind die Hauptnachteile die Einbuße bei Elastizitätsmodul („Weichheit“) und innerer Festigkeit. Allerdings sind dieselben Eigenschaften Vorteile bei der Tissue-Herstellung. Somit ist Schaumformen bei Tissuepapierprodukten, z.B. bei Wischtüchern, weit üblicher.

Eine neuere Herangehensweise für die verbesserte Papierherstellung, welche darauf abzielt, die Entwässerung und das Zurückhalten von Papierherstellungschemikalien in einer Faserbahn, die auf einem Formiersieb geformt wird, zu verbessern, ist die Einbindung von mikrofibrillierter Cellulose (MFC) in die Zellstoffsuspension. US 6,602,994 B1 lehrt die Verwendung von derivatisierter MFC mit elektrostatischer oder sterischer Funktionalität für die Ziele, welche sogar die bessere Ausformung der Bahn umfassen. Gemäß diesem Dokument weisen die Mikrofibrillen einen Durchmesser im Bereich von 5 bis 100 nm auf. Allerdings sind die mit MFC einhergehenden Nachteile Verdichtung und hohe Trocknungsschrumpfung des Papiers sowie eine Neigung von MFC, eine erhebliche Menge Wasser zu absorbieren und zurückzuhalten, was den zum Trocknen benötigten Energieaufwand erhöht und die Papiermaschinengeschwindigkeit und -Produktivität verringert. Aus diesen Gründen hat sich der weitreichende Einsatz von MFC in der Papierindustrie bislang nicht durchgesetzt. Darüber hinaus ist die Herstellung derivatisierter MFCs aufgrund des zusätzlichen chemischen Derivatisierungsschrittes kostspielig, und die funktionellen Gruppen an der Cellulosekette können die Eigenschaften des Endprodukts auf nachteilige Weise verändern. WO 2013/160553 offenbart einen Lösungsansatz, um die oben genannten Probleme hinsichtlich Druck- und Verpackungspapieren, -pappen und -kartonen durch das Bereitstellen eines Verfahrens zum Herstellen einer schaumgeformten Faserbahn, das Papier-, Pappe- und Kartonprodukten erheblich höhere Festigkeit verleiht und dabei die niedrige Dichte beibehält, zu überwinden oder erheblich zu reduzieren. Die Lösung gemäß WO 2013/160553 ist die Herstellung einer Bahn durch die Schritte des (i) Bereitstellens eines Schaums aus Wasser und einem Tensid, des (ii) Einbindens von mikrofibrillierter Cellulose gemeinsam mit einem Zellstoff mit größerer Faserlänge in den Schaum, des (iii) Zuführens des Schaums auf ein Formiersieb, des (iv) Entwässerns des Schaums auf dem Formiersieb durch Saugen, um eine Bahn zu formen, und des (v) Unterziehens der Bahn einer Endtrocknung. Insbesondere offenbart WO 2013/160553, dass ein Zellstoff mit hoher Faserlänge, ein mechanischer oder chemischer, beim Schaumformen in Kombination mit mikrofibrillierter Cellulose vorteilhaft verwendet werden kann. Wenngleich die Verwendung von MFC bei der Papierherstellung an sich bekannt ist, wird das Einbinden von MFC in einen Schaum als nicht im Stand der Technik vorgeschlagen angesehen, und die Vorteile waren für einen Fachkundigen nicht vorhersehbar. Allerdings erfordert das Bahnformverfahren nach WO 2013/160553 den energieverbrauchenden Schritt des Vorbehandelns der Cellulose, um Mikrofibrillation herbeizuführen, und der resultierenden Bahn fehlt es immer noch an ausreichender Festigkeit, die für viele Anwendungen, beispielsweise bei Wischtüchern für den Haushalt, die Körperpflege, Hygiene usw., erforderlich ist.

Aufgabe

In Anbetracht dieses Standes der Technik bestand die durch diese Erfindung zu lösende Aufgabe darin, ein Faservliesbahnmaterial mit, auch in einem rückbefeuchteten Zustand, ausreichender Festigkeit bereitzustellen, das mit weniger Vorbehandlungsschritten der Rohstoffe hergestellt werden kann.

Beschreibung

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, die oben genannten Probleme hinsichtlich Papieren, insbesondere bei Anwendungen fürWischtücher, durch Bereitstellen eines Verfahrens zum Herstellen einer schaumgeformten Faserbahn zu überwinden oder wesentlich zu reduzieren, was den Papierprodukten und insbesondere Wischtüchern erhöhte Festigkeit verleiht und dabei die niedrige Dichte erhält.

Die erfindungsgemäße Lösung ist die Herstellung einer Faserbahn aus Papier, welche die Schritte des (i) Bereitstellens eines Schaums aus Wasser und einem Tensid, des (ii) Einbindens von Lyocell-Fasern gemeinsam mit einem Zellstoff mit einer größeren Faserlänge in den Schaum, des (iii) Zuführens des Schaums auf ein Formiersieb, des (iv) Entwässerns des Schaums auf dem Formiersieb durch Saugen, um eine Bahn zu formen, und des (v) Unterziehens der Bahn einer Endtrocknung umfasst. Überraschendenweise wurde festgestellt, dass die Verwendung von Lyocell-Fasern zu Faserbahnmaterialien mit erhöhter Festigkeit führt, wie nachstehend dargelegt wird.

Vorzugsweise sind die Lyocell-Fasern Lyocell-Fasern mit einem Titer zwischen 0,5 und 30 dtex, vorzugsweise zwischen 0,9 und 15 dtex, und einem Fibrillationskoeffizienten Q zwischen 10 und 50. Der Fibrillationskoeffizient Q ist definiert als: Q = 200 / tcsF200

Dabei ist tCsF2oo die Zeit (in min), die erforderlich ist, um im CSF-Test einen CSF-Wert von 200 zu erhalten. Der CSF-Test wird mit einer Stapellänge von 5 mm durchgeführt und danach gemäß der Canadian Standard Freeness TAPPI-Norm T227 om-94 getestet. Je größer Q ist, umso kürzer ist die Zeit, die benötigt wird, um unter denselben Fibrillationsbedingungen denselben Fibrillationsgrad zu erhalten. Je nach Art des faserigen Ausgangsmaterials kann ein Q-Wert von bis zu 50 erreicht werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Lyocell-Fasern Lyocell-Fasern mit einer erhöhten Fibrillationsneigung (in diesem Dokument auch als CLY-HF, d.h. "Lyocell-High-Fibrillating", bezeichnet). Derartige Lyocell-Fasern weisen einen Fibrillationskoeffizienten Q zwischen 20 und 50 auf.

Der mit Lyocell-Fasern zu kombinierende Zellstoff weist definitionsgemäß eine relativ große Faserlänge, vorzugsweise etwa 1 mm oder mehr, auf. Bevorzugt wird ein Zellstoff mit einer gewichtsgewichteten durchschnittlichen Faserlänge zwischen 1,5 und 4 mm. Diese gewichtsgewichtete durchschnittliche Länge bedeutet, dass der Zellstoff auch einen bestimmten Prozentsatz kürzerer oder längerer Fasern enthalten kann. Besonders bevorzugt wird ein Zellstoff mit einer maximalen Länge der längsten Fasern von 6 mm.

Insbesondere wurde überraschenderweise festgestellt, dass ein Zellstoff mit einer hohen Faserlänge beim Schaumformen in Kombination mit Lyocell-Fasern vorteilhaft verwendet werden kann.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beträgt das Verhältnis der durchschnittlichen Länge der Lyocell-Fasern zu der durchschnittlichen Länge der Zellstofffasern zwischen 1:1 und 10:1 (Länge von Lyocell-Fasern : Länge von Zellstofffasern).

Ein im Stand der Technik bekanntes Verfahren zum Herstellen des CLY-HF wird in US 6,042,769 offenbart. US 6,042,769 offenbart ein Verfahren, mittels welchem die

Fibrillationsneigung von Lyocell-Fasern durch eine Behandlung erhöht wird, die den Polymerisationsgrad der Cellulose um mindestens 200 Einheiten reduziert. Die auf diese Weise gewonnene Faser sollte insbesondere in Vliesstoffen und Papieranwendungen verwendet werden. Vorzugsweise wird die Behandlung mit einem Bleichmittel, insbesondere mit Natriumhypochlorit, durchgeführt. Alternativ dazu ist auch eine Behandlung mit Säure, vorzugsweise mit einer Mineralsäure wie Salzsäure, Schwefelsäure oder Salpetersäure, möglich. Dieses Verfahren wurde bislang nicht in großtechnischem Maßstab implementiert.

Es war auch möglich, den erforderlichen CLY-HF durch Unterziehen herkömmlicher Lyocell-Fasern einer Säurebehandlung herzustellen. Diese Säurebehandlung kann durch Imprägnieren von Faserkabel, das auf bekannte Weise gemäß dem Lyocell-Verfahren von Spinndüsen extrudiert wird und einen Einzelfasertiter zwischen 1,0 und 6,0 dtex aufweist, mit verdünnter Mineralsäure, beispielsweise Salz-, Schwefeloder Salpetersäure, mit einer Konzentration zwischen 0,5 und 5% bei Raumtemperatur in einem Gefäß bei einem Flottenverhältnisvon beispielsweise 1:10 und dann durch Pressen desselben auf eine bestimmte Restfeuchte, beispielsweise 200%, durchgeführt werden. In weiterer Folge wird das imprägnierte Faserkabel in einer geeigneten Vorrichtung Dampf mit Überdruck unterzogen und dann säurefrei gewaschen und getrocknet. Für die Erfindung besonders zweckdienliche Langfaserzellstoffe sind chemische Zellstoffe, chemimechanischer Zellstoff (CMP), thermomechanischer Zellstoff (TMP), chemothermomechanischer Zellstoff (CTMP), GW sowie andere Hochausbeutezellstoffe wie APMP und NSSC.

Ohne an eine Theorie gebunden zu sein, geht man davon aus, dass bei der Kombination die langen Zellstofffasern die voluminöse Struktur schaffen und die Lyocell-Fasern für die Verbindung zwischen den langen Fasern sorgen. Es wurde festgestellt, dass das erfindungsgemäße Verfahren ein Volumen zwischen 2,5 cm3/g und 15 cm3/g, vorzugsweise zwischen 8,0 cm3/g und 11 cm3/g, erzielt.

Beim Schaumformen ist Lyocell in der Lage, Brücken zwischen einzelnen langen Fasern herzustellen und verleiht der Bahn somit überraschend gute Festigkeitseigenschaften.

Da Schaumformen das Entstehen von Flockung zwischen langen Fasern verhindert, kann eine sehr homogene Flächenmasse erzielt werden. Dies verbessert die Gleichmäßigkeit der Druckqualität, da in dem Papier weniger Schwankungen der Dicke vorhanden sind.

Diese steifen langen Fasern sind in der Lage, die voluminöse Struktur beim Nasspressen und Trocknen beizubehalten und verleihen dem Vliesstoff oder Papier produktsomit überraschend gutes Volumen.

Ein interessantes Resultat im Vergleich von wasser- und schaumgelegten Untersuchungsproben war, dass die Zugsteifigkeitsindizes in beiden Fällen sehr nahe bei einander lagen, obwohl die schaumgeformten Untersuchungsproben viel voluminöser waren. Der Grund dafür ist derzeit unbekannt und erfordert weitere Forschungsarbeit.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Endlosvliesbahn in großtechnischem Maßstab auf einem laufenden Formiersieb einer Papiermaschine geformt, durch Saugen durch die Bahn und das Formiersieb entwässert und schließlich in einem Trocknungsabschnitt der Papiermaschine getrocknet. An Stelle des Entwässerns auf dem laufenden Formiersieb einer Papiermaschine, welches für gewöhnlich ein flaches Endlosband ist, kann das Entwässern auch beispielsweise auf einem dreidimensionalen, wasserdurchlässigen Formwerkzeug durchgeführt werden, welches ermöglicht, die Fasern zurückzuhalten, jedoch das Wasser zu entfernen. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Trocknen durch Heißluft, Mikrowellentrocknen oder andere geeignete Trocknungsverfahren, die Fachkundigen im Allgemeinen bekannt sind. Durch diese Ausführungsform der Erfindung lassen sich dreidimensionale Körper herstellen, die beispielsweise als Verpackungs- oder Isoliermaterialien geeignet sind.

Eine andere Ausführungsform der Erfindung umfasst Entwässern der Bahn durch Saugen von Luft durch die Bahn und das Formiersieb mit einem Druck von höchstens 0,6 bar, gefolgt von Vortrocknen durch Saugen von Luft mit einem Druck von höchstens etwa 0,3 bar.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung bestehen die in den Schaum eingebundenen faserigen Komponenten aus etwa 5 bis 40 Gew.-%, vorzugsweise aus 10 bis 40 Gew.-% und insbesondere aus 10 bis 25 Gew.-% Lyocell-Fasern und aus etwa 60 bis 95 Gew.-%, vorzugsweise aus 60 bis 90 Gew.-% und insbesondere aus 75 bis 90 Gew.-% Zellstoff mit längeren Fasern. „Längere Fasern“ bedeutet eine gewichtsgewichtete durchschnittliche Faserlänge zwischen 1,5 und 4 mm. Besonders bevorzugt wird ein Zellstoff mit einer maximalen Länge der längsten Fasern von 6 mm.

Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird der Schaum auf einen Luftgehalt von 60 bis 70 Vol.-% gebracht, ehe er auf das Formiersieb zugeführt wird. Die Konsistenz des Zellstoffs, der Schäumen unterzogen wird, kann basierend auf der Wassermenge 1 bis 2 % betragen. Eine geeignete Menge Tensid in dem Schaum kann im Bereich von 0,05 bis 2,5 Gew.-% liegen, wird jedoch für Fachkundige einfach zu bestimmen sein.

Das bevorzugte Tensid zur Verwendung bei der Erfindung ist Natriumdodecylsulfat (SDS), wobei jedoch auch andere herkömmliche Tenside verwendet werden können. Schaumformen durch Verwendung langer cellulosischer Fasern und zugesetzter Lyocell-Fasern in dem Schaum ist somit ein sehr geeignetes und vielversprechendes Verfahren zum Herstellen aller Papiersorten, die die bestmögliche Vliesbildung in Kombination mit der bestmöglichen Biegesteifigkeit erfordern.

Die erfindungsgemäße Faserbahn, die mittels des oben beschriebenen Verfahrens hergestellt werden kann, umfasst eine Mischung aus Lyocell-Fasern und einem Zellstoff mit größerer Faserlänge, wie oben dargelegt wurde, und weist eine Dichte zwischen 2,5 cm3/g und 15 cm3/g, vorzugsweise zwischen 8,0 cm3/g und 11 cm3/g, auf. Die Dichte wird als ((Flächengewicht) x (Dicke))'1 berechnet. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Lyocell-Fasern Lyocell-Fasern mit erhöhter Fibrillationsneigung (CLY-HF).

Im Allgemeinen umfasst die Faserbahn etwa 5 - 40 Gew.-% Lyocell-Fasern und etwa 60 bis 95 Gew.-% Zellstoff mit längeren Fasern. Vorzugsweise umfasst die Faserbahn 10 bis 40 Gew.-% und insbesondere 10 bis 25 Gew.-% Lyocell-Fasern sowie etwa 60 bis 95 Gew.-%, vorzugsweise 60 bis 90 Gew.-% und insbesondere 75 bis 90 Gew.-% Zellstoff mit längeren Fasern. „Längere Fasern“ bedeutet eine gewichtsgewichtete durchschnittliche Faserlänge zwischen 1,5 und 4 mm. Besonders bevorzugt wird ein Zellstoff mit einer maximalen Länge der längsten Fasern von 6 mm.

Zu derartigen Produkten zählen beispielsweise alle für Vliesstoffprodukte geeignete Papiersorten, beispielsweise, jedoch nicht beschränkt auf, Wischtücher, insbesondere feuchte Wischtücher, Babywischtücher, Kosmetikwischtücher, Gesichtsmasken, andere Körperpflegewischtücher, Wischtücher für technische Zwecke und Reinigungszwecke, Toilettenpapier usw.

Die erfindungsgemäß erzielte hochvolumige hochfeste Struktur kann beispielsweise auch verwendet werden: als mittlere Lage in mehrlagigen Strukturen (Papiere, Pappen und Kartone) beim Kaschieren auf andere Papierstrukturen und/oder Kunststofffolienlagen, als faserige Basis zum Extrusionsbeschichten mit Kunststoffen, als Wärmedämmung, Schalldämmung, Flüssigkeits- und Feuchtigkeitsabsorptionsmaterial, als formbare Lage in geformten Strukturen wie Tabletts, Bechern, Behältern.

Da die erfindungsgemäße Faserbahn als einzelne Lage in einer mehrlagigen Pappe oder einem mehrlagigen Karton verwendet werden kann, wird sie vorzugsweise als mittlere Lage angeordnet, während die Außenflächenlagen Faserbahnen mit einem geringeren Volumen als die mittlere Lage sein können. Allerdings ist es möglich, alle Lagen einer mehrlagigen Pappe oder eines mehrlagigen Kartons mittels des erfindungsgemäßen Schaumformverfahrens herzustellen.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung der in diesem Dokument beschriebenen Faserbahn für die Herstellung eines Wischtuchs, wobei die Faserbahn als mindestens eine Lage des Wischtuchs verwendet wird. Beispielsweise kann die Faserbahn als mittlere Lage des Wischtuchs verwendet werden, während das Wischtuch ferner äußere Lagen enthält, die ein kleineres Volumen als das der mittleren Lage aufweisen.

Zu möglichen Verwendungszwecken der erfindungsgemäßen Faserbahn können auch unter anderem zählen: feuchte Einwegwischtücher, herunterspülbare Wischtücher, trockene Wischtücher, Papiertücher, Gesichtsmasken (auch herunterspülbare Gesichtsmasken), Servietten, Einwegtischtücher, Produkte mit saugfähigem Kern, Dichtungsmaterialien und dergleichen.

Die Erfindung wird nun anhand von Beispielen veranschaulicht. Diese Beispiele schränken den Umfang der Erfindung auf keinerlei Weise ein. Die Erfindung umfasst auch jedwede anderen Ausführungsformen, die auf demselben Erfindungsgedanken beruhen.

Beispiele

Beispiel 1: Herstellung von CLY-HF

Erfindungsgemäße schnell fibrillierende Lyocell-Fasern werden wie folgt hergestellt: ein Lyocell-Faserkabel mit einem Einzelfasertiter von 1,7 dtex wird mit verdünnter Schwefelsäure bei Raumtemperatur und einem Flottenverhältnisvon 1:10 imprägniert und auf etwa 200% Feuchte gepresst. Das imprägnierte Faserkabel wird etwa 10 Minuten lang in einem Labordämpfer Dampf unter Druck ausgesetzt, dann mit Wasser säurefrei gewaschen und getrocknet. Das trockene Faserkabel wird auf eine Stapellänge von 6 mm geschnitten.

Beispiel 2: Formen einer Vliesstoffbahn

Die Bahnen wurden gemäß dem folgenden allgemeinen Verfahren hergestellt:

Verwendete Rohstoffe:

Zellstoff: ein handelsüblicher Fichten-Langfaser-Kraftzellstoff mit einer gewichtsgewichteten durchschnittlichen Faserlänge von 2,6 mm.

Chemiefasern (der Gehalt an diesen Fasern wird in der Folge als „Fasergehalt“ bezeichnet, während die restliche Menge Zellstoff ist) - siehe Tabelle 1. a. Lyocell-Kurzschnittfaser, hergestellt von der Lenzing Aktiengesellschaft, Österreich, gemäß einem herkömmlichen Lyocell-Verfahren und auf 6 mm Stapellänge zugeschnitten; Titer: 1,7 dtex; im Handel als Tencel® Shortcut erhältlich. b. Viskose-Faser mit rechteckigem Querschnitt; Stapellänge: 10 mm; Titer: 2,4 dtex, im Handel erhältlich [„Viskose“]. c. Die gemäß Beispiel 1 hergestellte Faser; Stapellänge: 6 mm; Titer: 1,7 dtex ["CLY-HF"].

Tabelle 1:

Schaumgelegte Handmustervon der Größe eines Blatts Papier im A4-Format wurden anhand des folgenden Verfahrens hergestellt: Schaum wurde durch Mischen von Wasser mit Natriumdodecylsulfat (SDS) als Tensid in einem Verhältnis von 0,15 - 0,2 g/l mit einem Rührwerk (3500 rpm), bis der Luftgehalt von Schaum 60-70 % betrug, hergestellt. Der Sollluftgehalt von Schaum wurde durch die Schäumungsanordnung bestimmt: wenn der Schaum den Sollluftgehalt erreicht, steigt der Pegel der Schaumoberfläche nicht weiter an und der Mischvorgang beginnt, die Blasengröße des Schaums zu verringern. Sobald der Schaum fertig zubereitet war, wurde eine Fasersuspension umfassend CLY-HF (gemäß Beispiel 1 hergestellt) und den Zellstoff in den Verhältnissen gemäß Tabelle 1 mit dem vorbereiteten Schaum gemischt. Das Mischen wurde fortgesetzt, bis wieder der Sollluftgehalt erreicht wurde. In einem stabilen Zustand blieben die Abstände zwischen Faserpartikeln in dem Schaum konstant und es kam zu keiner Flockung. Danach wurde der Schaum in ein Handmuster-Formwerkzeug dekantiert und mittels eines Saugers und einer Vakuumkammer durch einen Draht filtriert. Der Draht war von dem herkömmlich für wasserbasiertes Formieren verwendeten Typ. Dann wurden der Draht und das darauf geformte Handmustervon dem Formwerkzeug entfernt und auf einem Saugtisch durch Verwendung eines Saugers vorgetrocknet. Der Saugtisch weist einen 5 mm breiten Saugschlitz auf, der mit 0,2 bar Vakuum Luft durch das Handmuster saugt.

Die Vliese wurden gemäß dem folgenden Verfahren getrocknet:

Die nassen Probeblätter im A4-Format wurden auf einem speziellen Trommeltrockner getrocknet: Dieser Trockner dreht sich (1 Zyklus innerhalb 3 Minuten), um die Probe bis zu einem absolut trockenen Zustand zu trocknen. Um das Blatt über die sich drehende Trommel zu befördern, führt ein Gewebe die Probe auf der erhitzten Trommel. Da eine bestimmte Fläche an dem unteren Ende des Trockners offen ist, fällt das Blatt in einen Sammelabschnitt hinab, wenn es den gesamten Prozess durchläuft. Nach dem Trocknen werden die absolut trockenen Blätter in einem Rekonditionierungsraum über Nacht rekonditioniert.

Die nachstehend angeführten Zugfestigkeitswerte wurden gemäß DIN 29073, Teil 3, (mit ISO 9073-3 identisch) in Maschinenrichtung (MD) und Querrichtung (CD) gemessen. Die hier gemessenen Werte sind die maximalen Zugfestigkeiten in der Einheit Newton sowie die Dehnung in %.

Die Resultate von Beispiel 2 (siehe Fig. 1, Fig. 2) zeigen, dass die erfindungsgemäß hergestellten Papiere selbst in dem ursprünglichen getrockneten Zustand eine gleiche oder sogar höhere Zähigkeit (d.h. Festigkeit) in beiden Richtungen wie bzw. als nur aus Zellstoff bestehende Papiere, aufweisen, während die Mischungen mit anderen Chemiecellulosefasern verglichen mit nur aus Zellstoff bestehendem Papier, das gemäß demselben Verfahren hergestellt wird, stets reduzierte Zähigkeit aufweisen.

Beispiel 3: Rückbefeuchten getrockneter Vliesstoffbahnen:

Die in Fig. 3 und Fig. 4 dargestellten Zugfestigkeitswerte wurden gemäß DIN 29073, Teil 3, (mit ISO 9073-3 identisch) in Maschinenrichtung (MD) und Querrichtung (CD) gemessen. In diesem Beispiel wurden die Proben mit 150 Gew.-% Wasser auf das 2,5-Fache ihres Trockengewichts rückbefeuchtet.

Der rückbefeuchtete Zustand ist der kommerziell relevante Zustand, da feuchte Wischtücher für gewöhnlich durch den Weiterverarbeiter hergestellt werden (der Rollenwarenhersteller produziert das Flächengebilde, der Weiterverarbeiter verarbeitet das Flächengebilde durch Zugabe von Lotion und Zuschneiden des Wischtuchs auf die erforderliche Größe).

Gemäß Beispiel 3 weisen die erfindungsgemäß hergestellten Papiere verglichen mit dem Produkt aus 100% Zellstoff in dem rückbefeuchteten Zustand eine erhöhte Nassfestigkeit auf (siehe Fig. 3, Fig. 4). Auch beim Vergleich der erfindungsgemäß hergestellten Papiere mit den anderen Fasern erweist sich CLY-HF wiederum als vorteilhaft. Dieser Effekt ist sowohl in Maschinenrichtung als auch in Querrichtung deutlich zu beobachten.

Fazit:

Bei allen Untersuchungsproben ist, verglichen mit dem rückbefeuchteten Zustand, die Festigkeit der erfindungsgemäß hergestellten Blätter erheblich höher. Es ist ersichtlich, dass, wenn der Fasergehalt in den Blättern erhöht wird, die Zugfestigkeit abnimmt. Bei Lyocell-Fasern kommt es nicht zu diesem Effekt. In Maschinenrichtung ist die Zugfestigkeit vergleichbar, in Querrichtung kommt es zu einer Zunahme der Zugfestigkeit.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung einer Faserbahn aus Papier, umfassend folgende Schritte: a. Bereitstellen eines Schaums aus Wasser und einem Tensid, b. Einbinden von Lyocell-Fasern gemeinsam mit einem Zellstoff mit größerer Faserlänge in den Schaum, c. Zuführen des Schaums auf ein Formiersieb, d. Entwässern des Schaums auf dem Formiersieb durch Saugen, um eine Bahn zu formen, und e. Unterziehen der Bahn einer Endtrocknung.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lyocell-Fasern Lyocell-Fasern mit einem Titer zwischen 0,5 und 30 dtex, vorzugsweise zwischen 0,9 und 15 dtex, und einem Fibrillationskoeffizienten Q zwischen 10 und 50 sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lyocell-Fasern Lyocell-Fasern mit einer erhöhten Fibrillationsneigung sind.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Endlosrbahn auf einem laufenden Formiersieb einer Papiermaschine gebildet durch Saugen durch die Bahn und das Formiersieb entwässert und schließlich in einem Trocknungsabschnitt der Papiermaschine getrocknet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bahn durch Saugen von Luft durch die Bahn und das Formiersieb mit einem Druck von höchstens 0,6 bar entwässert wird, gefolgt von Vortrocknen durch Saugen von Luft mit einem Druck von höchstens etwa 0,3 bar.
6. Verfahren nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in den Schaum eingebundenen Faserkomponenten aus etwa 5 bis 40 Gew.-%, vorzugsweise aus 10 bis 40 Gew.-% und insbesondere aus 10 bis 25 Gew.-% Lyocell-Fasern und aus etwa 60 bis 95 Gew.-%, vorzugsweise aus 60 bis 90 Gew.-% und insbesondere aus 75 bis 90 Gew.-% Zellstoff mit längeren Fasern bestehen.
7. Verfahren nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaum auf einen Luftgehalt von 60 bis 70 Vol.-% gebracht wird, ehe er auf das Formiersieb zugeführt wird.
8. Faserbahn, die mittels des Verfahrens nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche hergestellt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Bahn eine Mischung aus Lyocell-Fasern und einem Zellstoff mit größerer Faserlänge umfasst und dass die Bahn ein Volumen von mindestens 2,5 cm3/g, vorzugsweise zwischen 8,0 cm3/g und 11 cm3/g, aufweist.
9. Faserbahn nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lyocell-Fasern Lyocell-Fasern mit einem Titer zwischen 0,5 und 30 dtex, vorzugsweise zwischen 0,9 und 15 dtex, und einem Fibrillationskoeffizienten Q zwischen 10 und 50 sind.
10. Faserbahn nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lyocell-Fasern Lyocell-Fasern mit erhöhter Fibrillationsneigung sind.
11. Faserbahn nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bahn ein Volumen zwischen 2,5 cm3/g und 15,0 cm3/g und besonders bevorzugt ein Volumen zwischen 8,0 cm3/g und 11,0 cm3/g aufweist.
12. Faserbahn nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bahn etwa 5 bis 40 Gew.-%, vorzugsweise 10 bis 40 Gew.-% und insbesondere 10 bis 25 Gew.-% Lyocell-Fasern sowie etwa 60 bis 95 Gew.-%, vorzugsweise 60 bis 90 Gew.-% und insbesondere 75 bis 90 Gew.-% Zellstoff mit größerer Faserlänge umfasst.
13. Verwendung der Faserbahn nach einem beliebigen der Ansprüche 8 - 12 zur Herstellung eines Wischtuchs, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserbahn als mindestens eine Lage des Wischtuchs verwendet wird.
14. Verwendung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserbahn als eine mittlere Lage des Wischtuchs verwendet wird und dass das Wischtuch ferner Außenlagen enthält, die ein Volumen aufweisen, das kleiner als das der mittleren Lage ist.
15. Verwendung der Faserbahn nach einem beliebigen der Ansprüche 8-12 zur Herstellung von feuchten Einwegwischtüchern, herunterspülbaren Wischtüchern, trockenen Wischtüchern, Papiertüchern, Gesichtsmasken (auch herunterspülbaren Gesichtsmasken), Servietten, Einwegtischtüchern, Produkten mit saugfähigem Kern, Dichtungsmaterialien, feuchten Wischtüchern, Babywischtüchern, Kosmetikwischtüchern, anderen Körperpflegewischtüchern, Wischtüchern für technische Zwecke und Reinigungszwecke und Toilettenpapier.