AT525239A4 - Papiersack mit Sackinhalt - Google Patents

Abstract

Bei einem Papiersack mit Sackinhalt zum Anmischen mit Wasser, z.B. mit einem Baustoff wie Trockenmörtel, Zement, Gips, Kalk und Feuerfestmassen, ist bereits bekannt, dass der Papiersack beim gemeinsamen Mischen von Sackinhalt und Wasser desintegriert, sodass der Papiersack nicht getrennt entsorgt werden muss. Nachteilig ist, dass diese Säcke mechanisch und lagertechnisch wenig stabil sind. Erfindungsgemäß weist der Sackinhalt zumindest ein Desintegrationsmittel für den Papiersack auf, sodass der Sack seine Stabilität erst verliert, wenn sein Inhalt mit Wasser in Berührung kommt und somit das Desintegrationsmittel wirksam wird. Das Desintegrationsmittel oder eines der Desintegrationsmittel ist vorzugsweise ein Netzmittel, ein Dispergiermittel, ein Tensid, ein Fließmittel, ein Desintegrationshilfsmittel (debonding agent) für die Papierdesintegration in Papierpulpern oder eine Base. Das zumindest eine Desintegrationsmittel kann auch eine Stoffkombination sein, wobei ein Teil der Stoffkombination im Material des Papiersackes (Sackpapier oder Sackkleber) enthalten ist und der andere Teil der Stoffkombination im Sackinhalt enthalten ist. Um eine unerwünschte vorzeitige Schwächung des Sackes durch einwirkende Feuchtigkeit von Außen bei der Lagerung zu verhindern, kann dem Sackinhalt ein Trocknungshilfsmittel zugegeben werden.

Description

Die Erfindung betrifft einen Papiersack mit trockenem staubförmigem, pulverförmigem bzw. körnigem Sackinhalt zum Anmischen mit Wasser, wobei der Papiersack beim gemeinsamen Mischen von Sackinhalt und Papiersack mit Wasser desintegriert. Der Sackinhalt ist insbesondere ein Bindemittel (Zement, Feuerfestzement, Gips, Kalk etc.) oder er enthält ein Bindemittel (wie Trockenmörtel und Feuerfestmassen). Es kann sich beim Sackinhalt aber auch um einen Füllstoff handeln oder ganz allgemein um einen beliebigen staubförmigen, pulverförmigen oder körnigen Stoff, z.B. um ein Additiv, eine Chemikalie oder ein

Zusatzmittel oder einen Zusatzstoff.

Stand der Technik

Für das Abfüllen, die Palettierung, das Lagern, den Transport und das Handling (vor und bei der Verarbeitung) von pulver- bzw. staubförmigen, teilweise körnigen Materialien wie Trockenmörtel werden derzeit überwiegend Papiersäcke aus Kraftpapier verwendet, um die hohen Anforderungen während der gesamten Prozesskette (Abfüllen, Transport, Lagerung, Manipulation durch den Verarbeiter vor und bei der Verarbeitung), die an solche Produkte gestellt werden, zu

erfüllen.

In erster Linie werden in solchen Papiersäcken Materialien und Medien wie Baustoffe (Trockenmörtel oder Bindemittel wie Zement, Gips, Kalk etc.) aber auch Massen (z.B. Feuerfestmassen), Füllstoffe oder diverse ähnliche trockene, pulverförmige oder körnige Stoffe wie Chemikalien, Additive, Zusatzmittel und -stoffe abgefüllt, gelagert, transportiert und gehandelt. Derartige Papiersäcke müssen für ein beträchtliches Materialgewicht geeignet sein, d.h. eine hohe Zug- bzw. Reißfestigkeit und mechanische Beständigkeit aufweisen. Sogenanntes Kraftsackpapier ist zum Beispiel hierfür ein geeignetes Sackwandmaterial. Derartige Säcke haben typischerweise ein, zwei oder mehrere Schichten bzw. Lagen

(begrenzende "Wände" aus Papiermaterial oder Kombinationen von

oder eine Perforierung des Papieres etc. - erreicht werden.

Traditionell haben Verarbeiter der bereits erwähnten Baustoffe, Massen, Bindemittel, Füllstoffe, Chemikalien, Additive, Zusatzmittel und Zusatzstoffe die mit den unterschiedlichen Materialien befüllten Säcke mechanisch geöffnet (Aufschneiden, Aufreißen etc.), den Sack vom Inhalt getrennt und den Materialinhalt mit Wasser (oder einem anderen flüssigen Medium) einem Mischer (z.B. Kipptrommelmischer/Freifallmischer, Handrührwerk/Quirlmischer oder Zwangsmischer) zugeführt, welcher die unterschiedlichen Materialien mehr oder weniger rasch und intensiv zu einem Nassmörtel, einer pastösen/flüssigen Masse oder einem "Teig" bzw. einer Suspension, Farbe etc. gemischt hat, mit dem Zweck, die Materialien weiter zu verarbeiten (sei es als Fertigprodukt für die Jeweilige Applikation oder als Halbfertigprodukt für weitere Verarbeitungsschritte). Es entstehen dadurch große Mengen von gebrauchten leeren, mehr oder weniger mit Sackinhaltsresten verunreinigten Verpackungsmaterialien, die wiederum gehandhabt, manipuliert und einem Folgeprozess zugeführt

werden müssen (Entsorgung, Recycling ete.).

Weiters werden für die genannten zu mischenden Materialien und Medien auch Kunststoffsäcke aus Polymeren wie zum Beispiel Polypropylen verwendet, diese haben Vorteile (Lagerfähigkeit, Dichtheit etc.), aber auch große Nachteile, da diese Polymere derzeit grossteils aus fossilen Kohlenwasserstoffen (erdölbasierend) hergestellt werden und

dadurch einen negativen Ökologischen Impact aufweisen (CO,,

Papiersäcken nicht wettbewerbsfähig sind.

Bereits seit längerem auf dem Markt sind Säcke aus desintegrierbaren Papierwerkstoffen (z.B. D-Sack von Fa. Billerud Korsnäs), diese Säcke lösen sich beim Mischen mit Wasser scheinbar auf. Das Papier der Säcke desintegriert beim Mischvorgang mit dem Produkt in seine Einzelbestandteile - d.h. die miteinander "verklebten" Zellulosefasern werden beim Mischprozess mehr oder weniger vereinzelt, sind nicht mehr optisch als Sackreste erkennbar und werden so zum Bestandteil des

Mischproduktes.

In der Regel werden für diesen Zweck gebleichte, weiße Papiere verwendet, da sie sich hinsichtlich des Auflöseverhaltens besser und vor allem über die Zeit bzw. Lagerdauer im Hinblick auf das Desintegrationsverhalten stabiler als braune Papierqualitäten, die

Restlignin beinhalten, verhalten.

EP 2963178 Bl beschreibt die Herstellung solcher gebleichten Kraftpapiere, welche sich vor allem durch eine hohe Porosität auszeichnen und zur Herstellung von desintegrierbaren Säcken für die Zement- und Baustoffindustrie geeignet sind. Säcke aus Kraftpapier müssen hohen Belastungen standhalten. Diese Belastungen treten während des Befüllens, des Lagerns unter schweren Lasten sowie beim Transport auf. Die Belastbarkeit von Papier wird in großem Maß von dessen Flächengewicht beeinflusst. Damit ausreichende Performance bei der Befüllung der Säcke erreicht werden kann, muss eine entsprechende Entlüftung des Sackes bzw. des Papieres gegeben sein. Die Entlüftung kann teilweise durch eine spezielle Sackkonstruktion, aber vor allem durch die Papierwandung erfolgen, daher ist eine ausreichende Sackpapier-Porosität notwendig. Diese kann durch die Papierproduktion gesteuert oder durch eine nachträgliche Lochung des Papieres erhalten werden. Um die wasserlöslichen Eigenschaften des Papieres erreichen zu können, müssen entsprechende Schritte schon bei der

Zellstoffherstellung beachtet werden. Weiters muss bei der Herstellung

Sack und zusätzlichem Wasser einem Betonmischer zugeführt.

EP 3044369 Bl beschreibt die Herstellung und Zusammensetzung eines ungebleichten (braunen), wasserlöslichen Sackpapieres und die Herstellung eines Papiersackes aus diesem Papier. Dabei wird auf die besonderen Anforderungen an Kraftpapiere hingewiesen. Ligninhaltiges Papier, so wie es bei braunem Papier der Fall ist, ist durch die hydrophoben Eigenschaften des Lignins schwer in Wasser aufzulösen. Um diesem Problem entgegenzuwirken, werden der Papiermischung während der Papierproduktion Tenside zugegeben, um die Oberflächenspannung des Papieres herabzusetzen und ein rasches Eindringen des Wassers zu ermöglichen. Ziel der Erfindung ist es, dass sich dieses Papier aufgrund der geringen Nassfestigkeit unter Einwirkung von Wasser innerhalb weniger Minuten in seine Fasern auflöst bzw. desintegriert. Um eine zufriedenstellende Auflösung bzw. Desintegration des Sackes zu erreichen, wird auf die Verwendung eines Maltodextrinklebers als Klebstoff verwiesen. Eine mögliche Beschichtung der Papiere mit wasserlöslichem Polyvinylalkohol oder Polyether wird ebenfalls angedacht, um eine Barrierewirkung zu erzielen. Die Festigkeit des Papieres kann durch Einsatz eines Trockenfestmittels erhöht werden. Die Verwendung von ungeleimten Papieren (keine Leimung der

Papiermischung) wird ebenfalls angedacht.

EP 2399836 Bl beschreibt die Herstellung von sich in Wasser auflösenden Säcken und spricht dem dabei verwendeten Klebstoff eine bedeutende Rolle zu. Dabei werden diese Säcke vorwiegend als Zementsäcke eingesetzt und mit Sanden und Wasser in einem Mischer zu Beton verarbeitet. Es wird angedeutet, dass herkömmliche wasserlösliche Klebstoffe zu keinem akzeptablen Auflöseergebnis

führen. Nur durch die Verwendung von Dextrinklebstoffen kann eine

zugegeben werden, verwendet werden.

EP 2963179 B1 beschreibt einen mit Wasser desintegrierbaren Papliersack, der zusammen mit seinem Inhalt wie z.B. Zement zu einem Mischer gegeben werden kann und dann im Mischer in einem solchen Ausmaß zerfällt, dass der desintegrierte Sack den Mischprozess und das Produkt nicht wesentlich beeinflusst. Dementsprechend wäre es nicht notwendig, einen solchen Sack zu öffnen und seinen Inhalt getrennt vom Sack zu mischen, sondern es wird ermöglicht, dass das Produkt gemeinsam mit der Sackhülle gemischt werden kann und der Sack somit zum Bestandteil des Mischproduktes wird. Laut dieser Schrift erleichtert eine Vorbeschichtung des Sackes mit anorganischem Füllstoff nicht nur den Zerfall, sondern es wird auch die Menge an teuren Barrierechemikalien reduziert, die zum Erhalt einer wirksamen Feuchtigkeitsbarriere erforderlich sind. Es wird spekuliert, dass die durch die Vorbeschichtung bereitgestellte Oberfläche die Filmbildung und Barrierefunktionalität der Sackoberfläche sicherstellt und

trotzdem eine gute Desintegrierbarkeit des gesamten Sackes ermöglicht. Darüber hinaus wurden auch einige alternative LöÖösungen für Säcke

vorgeschlagen, die aus wasserlöslichen bzw. desintegrierbaren

Sackwerkstoffen bestehen:

wasserdichte Äußere des Beutels zerfallen kann.

FR 2874598 Al schlägt vor, dass ein Zementsack, der direkt mit Wasser in einem Mischer beaufschlagt wird, aus einem wasserlöslichen Material wie Polyvinylalkohol besteht. JP H0585565 A offenbart eine ähnliche

LÖsSUNg.

Darüber hinaus ist bekannt, dass in Papier- bzw. Zelluloseslurries bereits beim Papierherstellprozess Additive für eine bessere Desintegration (sogenannte "debonding agents") integriert werden können, um beim späteren Kontakt mit Wasser eine raschere Zerkleinerung bzw. Desintegration der Papierfasern sicher zu stellen. Dies ist zum Beispiel Inhalt von US 6159335 A. Das hergestellte "Sheet" ist Ausgangsprodukt für die Herstellung von Windeln, Damenbinden und dergleichen, soll also von vornherein möglichst geringe Festigkeit aufweisen und ist somit als Verpackungsmaterial

völlig ungeeignet.

Die oben beschriebenen Säcke aus der angeführten Patentliteratur haben sich bisher am Markt noch nicht in größerem Stil durchgesetzt, weil sie Schwächen beim Auflöse- bzw. Desintegrationsverhalten aufweisen: nach dem Mischen mit handelsüblichen Mischern bleiben in der Regel störende, größere Sackreststücke im nassen Frischmörtel zurück. Außerdem gibt es Probleme mit der Lagerstabilität solcher Sackkonstruktionen, vor allem beim Einwirken von Feuchtigkeit wie z.B. Regen, welche eine Eignung zur Verwendung auf Baustellen nur begrenzt zulässt. Um eine gute Auflösbarkeit bzw. Desintegration zu erreichen,

müssen derzeit möglichst dünnwandige, wasserlösliche Sackpapiere mit

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Kraftpapiersäcken dar.

Weiters hat sich als nachteilig für die Technologie mit desintegrierenden Säcken herausgestellt, dass es mit konventionellen, marktüblichen Mischern selbst mit optimalen Produkt- und Sackkombinationen (grobes Produkt mit hoher Scherwirkung, mittlere plastische Produktkonsistenz, lange Mischzeiten (> 5 min), Verwendung von einlagigen, barriere- bzw. beschichtungsfreien Sackpapierqualitäten mit niedrigen Grammaturen unter 100 g/m”, vollständige Benetzung der Sackoberfläche mit Wasser, etc.) nicht gelungen ist, die Materialien so aufzumischen, dass keine Sackreststücke nach dem Mischvorgang übrigbleiben (auch wenn diese optisch beim ersten Hinsehen oft nicht erkennbar sind). Vor allem Sackteile aus der Ventil- bzw. der Bodenkonstruktion sind im Hinblick auf Desintegration bzw. auflösungstechnisch als problematisch zu bewerten, da an diesen Stellen zur Verstärkung des Sackes mehrere Papierlagen übereinander liegen und durch die eingesetzten Sackkleber teilweise miteinander zu richtiggehenden "Papierpaketen" verklebt

sind.

Beschreibung der Erfindung

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, Sack und Sackinhalt so aufeinander abzustimmen, dass der Sack sowohl eine gute Beständigkeit in der Lagerung und im Handling als auch eine gute Löslichkeit bzw. Desintegration beim Mischen mit Wasser aufweist. Weiters soll das verwendete Sackpapier möglichst vollständig desintegrieren und das fertig gemischte Endprodukt, in dem der desintegrierte Sack aufgelöst ist, nicht oder nur unwesentlich negativ durch die nun vereinzelt vorliegenden Sackfasern, die zum Bestandteil des Mischproduktes

werden, beeinflusst werden.

zumindest ein Desintegrationsmittel für den Papiersack aufweist.

Die der Erfindung zugrundeliegende Überlegung ist, das Desintegrationsmittel nicht wie in der vorher erwähnten Patentschrift US 6159335 A vorgesehen dem Papier zuzugeben, sondern dem Sackinhalt, sodass das Papier seine ursprüngliche Festigkeit behält, bis es infolge von Wassereinwirkung auf den Sackinhalt mit dem Desintegrationsmittel interagiert. Der Sackinhalt wird somit durch gezielte Modifikation zum aktiven und funktionalen Bestandteil des Mischverfahrens mit desintegrierbaren Säcken, indem zumindest ein Sackinhaltsstoff beim Mischprozess zu einer signifikant besseren Desintegration des Sackpapieres führt. Das heißt, dass gewisse Desintegrationsmittel im Sackinhalt im trockenen Zustand bei der Lagerung keine Wirkung haben und sich neutral verhalten und erst beim Anmischprozess durch Wasser aktiviert werden, aktiv am "Auflöseprozess" des Sackes (Verpackungspapieres bzw. auch des Sackklebers) teilnehmen und somit die Desintegrierbarkeit des Sackes von den reinen Papier- bzw. Sackeigenschaften entkoppeln. Somit können erfindungsgemäß die Eigenschaften eines Sackes, der sich beim Mischen auflösen soll, sowohl während der Lagerung als auch beim

Desintegrieren gezielt gesteuert werden.

Dadurch eröffnen sich völlig neue Möglichkeiten für die neue Sackdesintegrations-Technologie und die vorher genannten Nachteile bzw. Probleme können gelöst werden. Darüber hinaus wird der Einfluss der Art und des Zeitpunktes der Wasserzugabe reduziert und kritische

Sackbereiche (Ventil- und Bodenbereich) verlieren an Bedeutung.

Weiters wird es dadurch ermöglicht, Mischzeiten zu verkürzen, die Mischenergie zu reduzieren, das Mischergebnis von Scherkräften, die sich aus der Anmischkonsistenz und der Korngrößenverteilung (Verhältnis Grobkorn: Feinkorn) ergeben, zu entkoppeln und die Abhängigkeit von speziell für die Technologie prädestinierten Mischern

zu verringern.

Säcken kompensiert werden.

Es ist bevorzugt, dass das Desintegrationsmittel oder eines der Desintegrationsmittel ein Netzmittel, ein Dispergiermittel, ein Tensid, ein Fließmittel ist. Durch die Verwendung von Netz-, Dispergiermitteln, Tensiden oder Fließmitteln wird die Desintegration

des Sackes signifikant verbessert.

Alternativ oder zusätzlich kann man vorsehen, dass das Desintegrationsmittel oder eines der Desintegrationsmittel eine Base ist. Durch die Erzeugung von OH -Ionen kann der pH-Wert auf beispielsweise über 10 steigen. Dadurch kommt es zu beginnenden alkalischen Abbaureaktionen an der Zellulose (alkalisch-oxidativer Abbau vom reduzierenden Ende der Zelluloseketten, Denaturierung von Glycosidverbindungen). Somit kann die Desintegration des Sackes weiter

verbessert werden.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn es sich bei dem zumindest einen Desintegrationsmittel um eine Stoffkombination handelt, wobei ein Teil der Stoffkombination im Material des Papiersackes (Sackpapier oder Sackkleber) enthalten ist und der andere Teil der Stoffkombination im Sackinhalt enthalten ist. Die Stoffe der Stoffkombination bewirken in ihrem synergetischen Zusammenspiel beim Anmischen bessere und schnellere Auflöseeigenschaften des desintegrierbaren Sackes. Der Teil, der im Verpackungsmaterial (dem Sack) enthalten ist, kann im

Sackpapier, im verwendeten Sackkleber oder beiden enthalten sein.

Solche 2-K- oder Mehr-K-Systeme ermöglichen es, dass das Sackpapier erst bei Kontakt und Reaktion der Komponente (n) aus dem Sackpapier (oder dem Sackkleber) und der Komponenten aus dem Sackinhalt in der

wässrigen Anmischphase hervorragende Auflöseigenschaften entwickelt.

Weiters ist es vorteilhaft, wenn zusätzlich zumindest ein Trocknungshilfsmittel im Sackinhalt vorgesehen ist. Dieses bewirkt, dass freie Feuchte im verpackten Material absorbiert wird und dadurch ein besserer Schutz des wasserlöslichen Sackpapieres gegen einwirkende Feuchtigkeit (z.B. bei längerer Lagerung) gegeben und somit deutlich mehr Sicherheit hinsichtlich Lagerstabilität vorhanden ist. Es wird also trotz Einwirkens einer nicht zu verhindernden Umgebungsfeuchte vermieden, dass diese von Außen einwirkende Feuchte bereits bei der Lagerung des Sackes zu einer mechanischen Schwächung des desintegrierbaren Sackes führt bzw. dass das Desintegrationsmittel im

Sackinhalt vorzeitig mit dem Papier reagiert.

Detaillierte Beschreibung

Um das Desintegrationsverhalten des Sackes verstehen zu können, muss man zuerst den Aufbau des Materials/Papieres, aus dem der Sack besteht, und das Zusammenspiel mit dem Inhaltsstoff, dem Mischer sowie

Wasser verstehen.

Papier, Papierchemie, Papierdesintegration

Papierfasern bestehen überwiegend aus Zellulose. Die Zellulose, B-D-(1>4)-Glucan, ist ein Homopolysaccharid, welches aus 1>4-ß-glucosidisch verbundenen Anhydro-D-glucose-Einheiten aufgebaut ist. Zellulose ist die häufigste an der Erdoberfläche vorkommende organische Substanz und im gesamten Pflanzenmaterial vorkommend. Wichtig ist hierbei zu erwähnen, dass verschiedene Pflanzen und Pflanzenteile unterschiedliche Anteile an Zellulose enthalten. Dieses Biomolekül ist unverzweigt und kann aus bis zu zehntausenden

(B-1,4-glycosidisch verknüpften) ß-D-Glucose- bzw. Cellobiose-

Einheiten bestehen. Da diese Cellobiose-Moleküle eine starke Assoziationstendenz haben, lagern sie sich leicht unter Ausbildung von

Wasserstoffbrücken längs aneinander und bilden so Zelluloseketten aus.

u OR

4 Da

y A

OH SE \ / ;

Durch Verknüpfungen dieser hochmolekularen Zelluloseketten entsteht ein fadenförmiges Makromolekül mit einem reduzierenden Ende (Aldehydgruppe in Halbacetalform am Kohlenstoffatom 1) und ein nichtreduzierendes Ende (sekundäre Hydroxygruppe am Kohlenstoffatom 4). Alle Glucoseeinheiten liegen in der "Sesselform" vor, so dass

folgendes Konformationsschema entsteht.

OB

Auf Grund des geregelten linearen Aufbaues und des Dipolcharakters der Hydroxygruppen (-OH) kommt es zur Ausbildung von intra- und intermolekularen Wasserstoff-Brückenbindungen. Es entsteht eine übermolekulare Struktur aus geordneten (kristallinen) und weniger

geordneten (parakristallinen) Bereichen, wie in Fig. 1 dargestellt.

Die Makromoleküle 1, 2 und 3 die Zellulosemoleküle sind als Linie dargestellt. Die jeweiligen freien Hydroxygruppen der Makromolekül-1Zellulosemoleküle bilden mit den freien Hydroxygruppen der Makromolekül-2-Zellulosemoleküle Wasserstoffbrücken aus. Gleiches kann

man zwischen Makromolekül 2 und Makromolekül 3 erkennen.

Man sieht die Bildung von inter- und intramolekular wirksamen Wasserstoffbrücken, die sich zu einer dreidimensionalen Mikrofibrille

zusammenfügen (siehe Fig. 2).

Beim Holz beträgt der Anteil der kristallinen Zellulose an der Gesamtzellulose 50-70 % (meist etwa 70 %). Diese strukturelle Besonderheit ist wichtig für die Quell- und Reaktionseigenschaften der Zellulose. Durch die Reaktion bzw. Quellung der nativen Zellulose mit starken Alkali-Lösungen entsteht aus der nativen Zellulose die so genannte Hydrozellulose, die trotz gleichem chemischen Aufbau ein aufgeweitetes Gitter in den kristallinen Bereichen aufweist. Dadurch

ist eine deutlich raschere Aufnahme von Wasser, Netz- oder

Dispergiermitteln möglich.

Das typische Fichten- und Kiefernholz für Zellulose besteht zu ca. 4859 % aus Zellulose-Fasern, die überwiegenden Reste sind Hemizellulose und Lignin, sowie im geringen Ausmaß auch Harze und andere Begleitstoffe (Extraktstoffe, Füllstoffe). Hemizellulosen sind makromolekulare Kohlenhydrate und Bestandteil der Kittsubstanz in der

Faserwand und zwischen den Fasern.

Im Vergleich zur Zellulose ist der Polymerisationsgrad von Hemizellulose wesentlich geringer und die Makromoleküle weisen zumeist einen verzweigten Aufbau auf. Lignin ist eine 3-dimensionale makromolekulare aromatische Verbindung, die die Pflanze ebenso aus Glucose aufbaut. Lignin verbindet die Fasern, es gibt dem Holz seine Festigkeit. Es führt in Papieren zu einer Vergilbung der Erzeugnisse, hat wasserabweisende Eigenschaften und behindert die Quellung der

Faserwand. Die chemischen Hauptbestandteile des Holzes haben einen wesentlichen

Einfluss auf die technologischen Vorgänge bei der Faserstoff- und

Papierherstellung sowie die Papier-Eigenschaften. Im Falle von

hochwertigen Sackpapieren ist nur die Zellulose bzw. -faser relevant, weil Hemizellulosen und Lignin beim Kochprozess fast vollständig in Lösung gehen und eliminiert werden. Für hochwertige Sackpapiere werden überwiegend Nadelholz-Sulfat-Zellstoffe verwendet. Bevorzugt wird in

Europa Fichten- und Kiefernholz.

Die gewünschte Sackpapier-Spezifikation, u.a. definiert durch das Flächengewicht in g/m?, Festigkeit längs und quer, Bruchdehnung, Berstfestigkeit, Nassfestigkeit, Weiterreißarbeit, Farbe, Dicke, Feuchte, Leimung etc. sind durch ein komplexes produktionstechnisches Automatisierungssystem beim Papierherstellprozess sehr gut einstell-

und regelbar.

Papierherstellung

Während der Papierherstellung auf der Sackpapier-Papiermaschine werden dem Fasermaterial in der Regel gezielt Additive zugeführt, um verschiedene Eigenschaften des Papieres zu beeinflussen: z.B. ist die Zugabe von Leimmittel zur Hydrophobierung (Massenhydrophobierung oder Oberflächenauftrag zur Verbesserung des Widerstands des Papieres gegen Benetzung, Durchdringung und Absorption von Flüssigkeiten) und zur Verbesserung der Nassfestigkeit die Beigabe von Stärke, CMC, natürlichen und synthetischen Polymeren, Entschäumern, Retentionsmitteln, Pigmenten etc. üblich. All diese Stoffe verbleiben nach dem Herstellprozess im Papier und werden auf diese Weise zu einem funktionellen Papierbestandteil. Diese beeinflussen damit direkt oder

indirekt auch die Benetzbarkeit bzw. Desintegrierbarkeit von Papier.

Desintegration von Papier

Altpapier bzw. neu hergestelltes Papier in Form von Randabschnitten, Resten auf Rollen, losem Sackpapier, Papierlagen und Ausschuss wird zum Zweck der Wiederverwendung im Papierherstellprozess derzeit in speziellen Stofflösern, so genannten Pulpern, desintegriert. Unter

Q

Zugabe von Kreislaufwasser mit 30-50 °C wird bevorzugt bei 5 bis 6 %

Stoffdichte intensiv gerührt und durch Scherkräfte das Papiergefüge in Einzelfasern zerlegt. Der spezifische Energieeinsatz kann hier bis zu

100 kWh/t otro betragen.

Für stark geleimte, nassfeste oder extrem feste Sorten hat sich die sogenannte MC-Technik bewährt. Hier wird in der Regel mit 12 bis 18 % otro Feststoffkonzentration gearbeitet, und die hohen Reibungskräfte werden durch Spezial-Schraubenrotoren in zylindrischen Gefäßen eingebracht. Nach der Desintegration dieser Papiere erfolgt in der

Regel eine abschließende Stoffbehandlung durch Entstippen und/oder Mahlung.

Hilfsmittel-Zusätze, um die Desintegration zu verbessern, beschränken sich in der Papierindustrie im Allgemeinen auf Alkalien, vereinzelt werden bei Spezialpapieren zur besseren und rascheren Benetzung und Desintegration Chemikalien dem Papieraufbereitungsprozess zugegeben. Als solche Hilfsmittel finden z.B. Chemikalien auf Basis von Tallöl, z.B. Buckman Busperse 59LO0, Dinatriumperoxodisulfat, z.B. Buckman BRD 2358, oder Polyalkylenglycolether, z.B. Solenis Nopcosperse ENA 2154,

Verwendung.

Sackinhalt

Es handelt sich hierbei in erster Linie um so genannte Trockenmörtel (Baustoffe), dies sind trocken vorgemischte Mehrkomponentensysteme, die sich in der Regel aus Zuschlagstoffen, Sanden, Füllstoffen, Bindemitteln und Additiven bzw. Zusatzmitteln und -stoffen

zusammensetzen.

Die Zuschlagstoffe, Sande und Füllstoffe bestehen zumeist aus Kalkstein, Dolomit oder Quarz, die Bindemittel aus Portlandzement, Gips, Kalk, Flugaschen, Hüttensand, Puzzolanen oder Spezialbindemitteln (wie z.B. Tonerdeschmelzzement oder

Sulfoaluminatzement), weitere Additive können unterschiedlichster

chemisch und/oder mineralogischer Zusammensetzung sein und werden nach

Wirkstoffgruppen eingeteilt.

Die wichtigsten sind: Redispersionspulver (haftungsverstärkend zum Untergrund, elastifizierend, rissvermindernd,..), Wasserrückhaltemittel, Hydrophobierungsmittel, Beschleuniger, Verzögerer, Fließmittel, Verdicker, Entschäumer, Luftporenmittel, Stabilisatoren, Fasern, Offenzeitverlängerer, Pigmente,

Schwindreduzierer, Staubbindemittel, Dichtmittel und Aromastoffe.

Trockenmörtel können durch Kombination der genannten Rezepturbestandteile unterschiedlichste Zusammensetzungen und damit Eigenschaften aufweisen. Auch die Feinheit (Korngrößenverteilung) der zugesetzten Zuschlagstoffe, Sande und Füllstoffe spielt eine große Rolle für das Eigenschaftsprofil derartiger Baustoffe. So können Trockenmörtel zum Beispiel feinst vorliegen (als Spachtelmasse mit Größtkorn von 0,1 mm) oder sehr grob (z.B. als Trockenbeton mit Größtkorn 10 mm), d.h. in unterschiedlichsten Varianten, Feinheiten

und Zusammensetzungen.

Bei Massen handelt es sich zum Beispiel um keramische oder feuerfeste Massen, diese sind prinzipiell ähnlich aufgebaut wie Trockenmörtel, nur bestehen diese überwiegend aus feuerfesten Zuschlagstoffen und Füllstoffen wie Magnesia (MgO), Korund (Al,O:), Schamotte etc., sowie temperaturbeständigen Bindemitteln wie zum Beispiel Tonerdeschmelzzement mit hohen Al‚,O0;-Gehalten etc. und Additiven, die

denen in Trockenmörteln nicht unähnlich sind.

Bei Bindemitteln bzw. Füllstoffen handelt es sich um die bei Trockenmörtel bzw. Massen genannten Reinsubstanzen (Portlandzement,...)

oder Mischungen davon. Chemikalien bzw. Additive in trockener bzw. pulverförmiger oder

körniger Form als Reinsubstanzen oder Gemische sind Konzentrate von

aktiven Wirkstoffen, die in unterschiedlichsten Prozessen (chemische

Industrie, Betonindustrie, Baustoffindustrie, Keramik- oder Feuerfestindustrie, Textilindustrie, Kunststoffindustrie, Metallindustrie, Papierindustrie, Erdölindustrie etc.) zum Einsatz

kommen.

Mischer

Hinsichtlich marktüblicher Mischer für die erwähnten Materialien muss erwähnt sein, dass es eine große Anzahl verschiedener Mischverfahren und Mischertypen gibt. Einerseits gibt es Mischer- und Mischwerkzeuge, die manuell betätigt werden, andererseits gibt es halb- und vollautomatische Mischer. Weiters unterscheidet man kontinuierliche

Mischer und Chargenmischer (diskontinuierlich).

Als wichtigste Typen für das bisher konventionelle Mischen von Sackware bei Baustoffen, Massen, Bindemitteln und Additiven gelten

derzeit folgende Mischer:

®* Handrührwerke ("Mischquirle" - diskontinuierlich) ® Kipptrommelmischer ("Freifallmischer" - diskontinuierlich) ® Zwangsmischer ("Betonmischer", "Eirichmischer" -

diskontinuierlich)

ee Durchlaufmischer (bestehen aus Trockenförderzone und Nassförderzone - kontinuierlich)

ee Mischförderpumpen (Kombination aus automatischem Mischen und Fördern in der Regel mit Schneckenpumpen - kontinuierlich)

e Mischrechen (sehr einfache Werkzeuge für händisches Anmischen von z.B. Mörteln - Werkzeug mit Stiel und einfachem Aufsatz, z.B.

rechenförmig zum rein händischen Mischen - diskontinuierlich)

Mischen von Materialien in desintegrierbaren Säcken

Um das Desintegrationsverhalten besser zu verstehen, wird der Prozess der Desintegration des All-In Sackes (Markenbezeichnung für Produkte im desintegrierbaren, auflösbaren Sack der Baumit Group) beschrieben.

Ein Trockenbeton im All-In Sack wird unter Zugabe von Wasser zu einem

Frischbeton verarbeitet. Dabei wird das Produkt samt dem VerpackungsSack mit Wasser angerührt, ein Entpacken und Entleeren, d.h. die Trennung von Mörtelprodukt und Sackgebinde vor dem Mischvorgang, kann somit entfallen. Der All-In Sack ist dabei ein Sackgebinde aus desintegrierbarem Spezialpapier mit einem sehr hohen Zelluloseanteil, welches durch Aufnahme von Wasser in Kombination mit dem mechanischen Energieeintrag beim Mischen sehr schnell an Festigkeit verliert und

dadurch sehr rasch desintegriert.

Die Durchmischung des Produktes kann hierbei üblicherweise mit einem Handrührwerk (Mischquirl), Kipptrommelmischer (Freifallmischer), Zwangsmischer oder anderen geeigneten Mischgeräten (händische, einfache Mischwerkzeuge) erfolgen. Grundsätzlich eignen sich für diese Technologie diskontinuierliche Mischverfahren besser als kontinuierliche. Wichtig dabei ist, dass die Wasserzugabe vor dem Mischstart bzw. simultan mit dem Start des Mischvorganges erfolgt. Umso länger sich das Produkt samt Verpackung in direktem Kontakt mit dem Mischwasser befindet, desto mehr Zeit bleibt der Verpackung, Wasser aufzunehmen, "aufzuweichen", und an Festigkeit zu verlieren. Hierdurch wird die Papierstruktur geschwächt, und die Verpackung kann mit mechanischem Kraftaufwand im Mischprodukt gemeinsam mit dem Sackinhaltsstoff bzw. Füllgut zerkleinert werden und in einzelne

Fasern desintegrieren.

Anmerkung: Ohne Aufnahme von Wasser (d. h. im trockenen Zustand) ist das Papier deutlich widerstandfähiger und kann nur mit hohem Kraft-

bzw. Energieaufwand zerrissen werden.

Um das Produkt von allen Seiten mit einer ausreichenden Menge an Wasser zu befeuchten, empfiehlt sich die Verwendung eines Mischgefäßes, in welches der Sack komplett hineingelegt oder gestellt werden kann. Bereits beim ersten Arbeitsschritt sollte darauf geachtet werden, dass ein Großteil des Sackes mit Wasser benetzt wird. Der Boden und der Ventilbereich sind ebenfalls gut mit Wasser zu bedecken,

zu benetzen bzw. zu überschütten, da diese Bereiche aufgrund der

Konstruktion (mehrere Papierlagen übereinander) als kritisch in Bezug auf deren Auflösung bzw. Desintegration angesehen werden müssen. Das anschließende, vollflächige Übergießen bzw. Benetzen des Sackes mit dem restlichen benötigten Wasser ist ebenfalls gewissenhaft

durchzuführen.

Um das durchfeuchtete Papier des Sackes schnellstmöglich mechanisch aufzureißen und den weiteren Wasserzutritt zum Trockenmaterial zu ermöglichen, muss das Mischwerkzeug von geeigneten Mischern durch mechanische Hack- und Reißenergie (durch Kanten, Ecken, Zacken, Leisten etc.) auf den Sack einwirken. Diese Mischwerkzeug-Elemente

"schlagen" sich zu Beginn in das Papier und zerstören die Sackwandung.

Mischgeräte, bei denen das Material im Mischer im trockenen Zustand transportiert werden muss, bevor die Wasserzugabe erfolgt, erfüllen diese Vorgabe nicht (ein Beispiel hierfür wäre ein konventioneller Durchlaufmischer - üblicher Einsatz z.B. in der Baustoffindustrie) und

sind somit nicht für diese Technologie geeignet.

ES sei hier erwähnt, dass derzeit in Europa für derartige Betone im konventionellen Mischverfahren (üblich ist die vorherige Trennung des Sackgebindes vom Material vor Start des Mischvorganges) vor allem im DIY-Bereich überwiegend Handrührwerke (Mischquirle,

Bohrmaschinenmischer) oder Kipptrommelmischer verwendet werden.

Das Desintegrationsverhalten des Papieres im Mörtel bzw. das Mischergebnis des Mediums inklusive Sack (Sackzerfall sollte möglichst vollständig erfolgen, Sackreststücke sollen nach Beendigung des Mischvorganges idealerweise nicht mehr vorliegen, diese Inhomogenitäten könnten die Produktqualität negativ beeinflussen und technische oder optische Mängel herbeiführen) ist dabei von mehreren

Faktoren abhängig:

® Sackqualität (Basisauflöseverhalten des desintegrierbaren Sack-

Papieres)

® Sackpapier mit oder ohne Barrierebeschichtung

ee Papierstärke bzw. Papierflächengewicht (Grammatur g/m”)

® Ein- oder Mehrlagigkeit des Sackes

®e Sackkonstruktion im Ventil- bzw. Bodenbereich

® Art des verwendeten Sackleimes

®° Menge des verwendeten Sackleimes

® Rezeptur des Mischgutes (Verhältnis Grob- und Feinanteile wichtig für einwirkende Scherkräfte)

®° Art der Wasserzugabe

® Konsistenz des Mischgutes

® Mischzeit

ee Mischertyp (Mischintensität) und Mischwerkzeuge

ee Umgebungstemperatur

Desintegrationsmittel

Durch umfangreiche Prüfungen und Tests mit unterschiedlichsten Rezepturen und Rezepturbestandteilen von Sackinhaltsstoffen bzw. Füllgut hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass sich ganz bestimmte Additive, die man dem Sackinhalt (z.B. Trockenmörtel) in fester bzw. pulverförmiger, körniger oder auch in geringen Einsatzmengen flüssiger Form (es handelt sich um geringe Anteile an Flüssigkeiten, welche das Aussehen, die Form bzw. die Konsistenz des Trockenmörtels nicht verändern) beimengt, dafür eignen, dass sich das Mischergebnis signifikant verbessert, indem beim Anmischen des Sackinhaltes inkl. dem Papiersack, der Sackdesintegrationsvorgang deutlich schneller und effizienter vonstatten geht und deutlich kleinere oder gar keine Sackreststücke nach dem Mischvorgang übrig

bleiben.

Diese Additive können zusätzlich auch in Form von Flüssigkomponenten, die auf einem festen Trägermedium aufgebracht sind und dadurch trocken in den Mörtel eingemischt werden können, oder als Flüssigkomponente in einer abgekapselten Form, sodass diese Kapseln in den Trockenmörtel

als "Feststoffkomponente" eingebracht werden können, vorliegen.

Folgende Additive bzw. Additivgruppen haben sich dabei als besonders

wirksam herausgestellt:

a.) Netz- und Dispergiermittel/Tenside/Fließmittel:

Dies sind Additive, die durch Senkung der Oberflächenspannung des flüssigen Mediums (zumeist Wasser) eine sehr rasche Benetzung der Feststoffkomponenten des Sackinhaltsstoffes bzw. Füllgutes, aber auch

der Zellulosefasern des selbstauflösenden Sackes bewirken.

Die Verwendung von nichtionischen, anionischen, kationischen und amphoteren Tensiden aus dem Sackinhaltsstoff beschleunigt die

Dispergierung der Zellulosefasern.

Weiters kann durch Beimengung von Assoziationskolloiden, bestehend aus amphiphilen Molekülen wie grenzflächenaktiven Substanzen, in den Sackinhaltsstoff die Desintegration deutlich beschleunigt werden. Auf Grund der Selbstassemblierung binden die amphiphilen Moleküle zu

Mizellen aneinander und zerstören die homogene Zelluloseeinheit.

Additive dieser Wirkstoffe haben Zusammensetzungen auf Basis von Ethylenoxid/Propylenoxid-Copolymeren, Polyglycolestern, Polyalkylenglycolether, Glycolderivaten wie z.B. Ethylenglycol, Propylenglycol; modifizierten Polysiloxanen, Polycarboxylatethern (PCE’s), Melaminsulfonaten, Naphtalinsulfonaten, Ligninsulfonaten, Alkali-Laurylsulfaten (z.B. Na-Laurylsulfat), alkoxylierten Polymeren, Polyoxyethan(propyl)diolen, Acetylendiolen, Alkylsulfonaten, Alkylbenzolsulfonaten, Ethandiyl-propylheptylen, Alkaliolevinsulfonaten, synthetischen Polyelektrolyten, Zubereitungen aus Polycarbonsäuren sowie aus Phosphonaten, hochpolymeren Polysacchariden, Polyalkylsulfonaten oder anderen dem Fachmann für

diesen Zweck bekannten Verbindungen.

Gemische von Tensiden auf Basis von Fettalkoholen (z.B.

Fettalkoholpolyethylen-glycolether, Methylestersulfonate,

Fettalkoholsulfate etc.), Fettsäureamid-Alkylbetainen, NatriumPolynaphthylmethan-sulfonaten, sulfonierte und ethoxylierte

Fettalkohole und Fettsäuren, Phosphorsäureester und Harzseifen.

Des Weiteren zählt hierzu auch die Verwendung von diversen Tensiden, die bereits jetzt in der Papierindustrie Verwendung finden und zur Denaturierung und Solubilisierung von Makromolekülen wie z.B. Zellulose oder der Cellobiose eingesetzt werden. Hierfür können unter anderem Cetyltrimethylammoniumbromid, Polysorbat 20 oder Salze von

Gallensäuren verwendet werden.

Einsatzbereich von - bis: 0,001 - 0,5 % Bevorzugt: 0,001 - 0,2 % Besonders bevorzugt: 0,001 - 0,1 ®% b.) Desintegrationshilfsmittel:

Dies sind Additive, die bereits derzeit von der Papierindustrie zur Papierdesintegration als Prozesshilfsmittel (debondig agents) für die Papierdesintegration in sogenannten Pulpern eingesetzt werden. Additive dieser Wirkstoffgruppe sind zum Beispiel die Oxidations- bzw. Bleichmittel Persulfate und haben Zusammensetzungen auf Basis von z.B. Dinatriumperoxodisulfat (z.B. Handelsbezeichnung Buckman BRD 2358), Kaliumperoxomonosulfat (z.B. Handelsbezeichnungen Caroat oder Oxone). Des Weiteren können folgende Wirkstoffe eingesetzt werden: Basen von Ammonium-Komplexen: z.B. [Cu (NH3) 417%, Basen von Amin-Komplexen z.B. [Cu(en),]7” (en = Ethylendiamin, H,N-CH,-CH,-NH»;), quarternäre Ammoniumbasen [NRı]’, (R = z.B. Alkyl), Eisen-Natriumtartrat-Komplexe bzw. Eisen-Weinsäure-Natrium-Komplexe. Diese Wirkstoffe haben die Eigenschaft, Zellulose anzulösen bwz. die Desintegration zu

intensivieren. Darüber hinaus kann durch das Zusetzen des quartären Ammoniumsalzes

Triethyloctylammoniumchlorid zum Sackinhaltsstoff bzw. Füllgut die

Polarität des Wassers deutlich angehoben und somit das

Lösungspotential beschleunigt werden. Durch dieses Additiv werden die Wasserstoffbrückenbindungen der Zellulose effektiv angegriffen, und das Biopolymer (Zellulose) kann angelöst bzw. bei Idealbedingungen sogar aufgelöst werden. Dadurch kommt es zu einem deutlich

beschleunigten Desintegrationsprozess des Sackpapieres.

Einsatzbereich von - bis: 0,001 - 0,5 % Bevorzugt: 0,002 - 0,2 % Besonders bevorzugt: 0,005 - 0,1 ®% c.) Kombinatorisch-synergetisch wirkende Additive:

Darunter versteht man Additive oder Additivkombinationen, die in ihrem synergetischen Zusammenwirken eine deutlich raschere und effizientere Desintegration des Papiersackes bewirken. Dabei kann mindestens ein Additivwirkstoff dem Verpackungsinhaltsstoff bzw. Füllgut und zumindest einer dem Sackpapier (bereits bei der Sackpapierproduktion integriert) oder dem Sackkleber (bereits bei der Sackproduktion) beigegeben werden. Erst beim Anmischen mit Wasser geht der zumindest eine Wirkstoff aus dem Verpackungsinhalt bzw. Füllgut in Lösung und gelangt über die wässrige Phase zum Reaktionspartner im Sackpapier bzw. Sackkleber. Durch diesen Reaktionsprozess kommt es zu einem signifikant beschleunigten Desintegrationsprozess des Papiersackes. D.h. das Sackpapier bzw. der Sackkleber wird gezielt durch einen oder mehrere Wirkstoffe modifiziert und die Aktivierung des Desintegrationsprozesses wird durch Reaktion dieses Wirkstoffs bzw. dieser Wirkstoffe mit zumindest einem Wirkstoff aus dem Füllgut

gestartet. Die Startreaktion wird durch den Anmischprozess ausgelöst.

Dies kann erfindungsgemäß folgendermaßen ausgeführt werden: Dem Sackinhaltstoff bzw. Füllgut werden Additive beigefügt, die mit der Zellulose des desintegrierbaren Sackes Veresterungs- bzw. Veretherungsreaktionen (oberflächlich beginnend) hervorrufen und

dadurch die Desintegrationsfähigkeit deutlich beschleunigen.

Im Detail sind folgende Zellulosemodifizerungen möglich:

Veresterungsreaktionen:

® Nitrierung: Erzeugung von Nitrozellulose (Zellulosenitrat) durch

Umsetzung von Zellulose mit Salpetersäure, Schwefelsäure, Wasser.

Veretherungsreaktionen:

® Alkylether, z.B. zu Methylcellulose, entsteht durch Umsetzung von Zellulose mit Alkylchlorid im alkalischen Medium: Zellulose-OH + C1-CH; » Zellullose-O-CHz + HCL1L

®° Hydroxyalkylether, z.B. zu Hydroxyethylcellulose: Zellulose-OH + C1L1-CH,-CH,-OH =» Zellulose-O-CH,-CH,-OH + HC1L

® Durch Umsetzung von Zellulose mit Chloressigsäure erhält man Carboxymethylcellulose: Zellulose-OH + C1l1-CH,-COO Na” — Zellulose-O-CH,-COO Na” + HC1

Dadurch kann es neben einer rascheren Desintegration auch zur Bildung neuer Wirkstofffunktionalitäten (z.B. Erhöhung des

Wasserrückhaltevermögens im Mischgut) kommen.

Komplexbildnerreaktionen:

Ein weiteres Beispiel für die kombinatorisch-synergetische Wirkungsweise sind Komplexbildner, die in das Sackpapier (aber auch in dessen Oberfläche) oder den Sackkleber eingearbeitet werden und dann mit beispielsweise Ca‘-Ionen vom Sackinhaltsstoff bzw. Füllgut beim Anmischen zu einem Chelatkomplex reagieren. Diese können die Zellulosefaserdenaturierung bzw. Faser-Vereinzelung (Desintegration) deutlich beschleunigen. Beispiele für derartige Komplexbildner sind: Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA), Methylglycindiessigsäure (MGDA), Hydroxyethyl-ethylendiamin-triessigsäure (HEDTA) oder modifiziertes

anionisches Polyamin.

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Einsatzbereich* von - bis: 0,02-5 % Bevorzugt: 0,05-4 % Besonders bevorzugt: 0,1-3 %

* Einsatzbereich gilt für die Jeweiligen Einzelkomponenten im

Sackinhaltstoff bzw. Papiersack bzw. Sackkleber

d.) Trocknungshilfsmittel:

Dies sind reaktive Stoffe, die der Umgebung Feuchtigkeit oder Wasser durch chemische Bindung oder Adsorption entziehen und Zusammensetzungen aufweisen auf Basis von: CaO, MgO, CaCl,, Phosphorpentoxid, Natriumsulfat, Magnesiumsulfat, Calciumsulfat, Natriumcarbonat, Kaliumcarbonat (Trocknung durch chemische H,O-

Bindung), Zeolithe, Bentonite, Silicagel (Trocknung durch Adsorption).

Einsatzbereich von - bis: 0,1-10 % Bevorzugt: 0,3-7 % Besonders bevorzugt: 0,5-5 % e.) hochalkalische Basen (Laugen):

Dies sind Wirkstoffe bzw. Additive, die in wässrigen Lösungen hohe Konzentrationen an OH -Ionen erzeugen, wodurch der pH-Wert üblicherweise auf > 10 steigt. Dadurch kommt es zu beginnenden alkalischen Abbaureaktionen an der Zellulose (Alkalisch-oxidativer Abbau vom reduzierenden Ende der Zelluloseketten, Denaturierung von Glycosidverbindungen). Als Beispiel seien hier NaOH, KOH, Ca(OH),,

Na‚,COz3 etc. genannt.

Einsatzbereich von - bis: 0,1-10 % Bevorzugt: 0,3-7 % Besonders bevorzugt: 0,5-5 %

Untersuchungsmethodik des Auflösbarkeitsverhaltens (Desintegration)

Die Bestimmungsmethodik zielt auf die Bewertung der

Auflösbarkeit (Desintegration) von Sackpapier ab. Diese stellt kein normiertes Verfahren dar, auch andere Bestimmungsmethoden zur Bewertung der Auflösbarkeit können verwendet werden. Bei der im Folgenden beschriebenen Bestimmungsmethodik wird ein praxisrelevantes worst-case Szenario angenommen. Das bedeutet, dass ein Papierpaket (bestehend aus 4 Lagen wasserlöslichem Papier) erst in Kontakt mit einem bereits angemischten Frischbeton einen Wasserzutritt erfährt. Das Papier erfährt hierbei keine vorhergehende direkte Benetzung mit Wasser, mit anderen Worten, das Papier muss die Feuchte, die zur Desintegration notwendig ist, ausschließlich aus dem bereits

angemischten Mörtel beziehen.

Hierzu ist wie folgt vorzugehen:

1. Aus dem zu untersuchenden Sackpapier werden 10 x 10 cm große Stücke geschnitten. Dabei wird nur Papier aus der Sackwandung genommen, und auf Bereiche mit Verleimung (Ventil-, Bodenbereich und

Verleimung an der Rückseite von Säcken) verzichtet.

2. Die Papierstücke sind in Pakete zu je 4 Stück für die Versuche

vorzubereiten.

3. In einem Mischgefäß (Labormörtelmischer laut EN 196, geeignet für

die Zementindustrie) wird frisches Wasser mit 20°C vorgelegt.

4. Ein Trockenbeton mit Größtkorn 8 mm wird, während der Mörtelmischer rührt (Stufe 1 = 140/min), innerhalb von 15 s in den Trog

eingestreut. Daraus ergibt sich ein Wasserbedarf von 12 % (bezogen

auf den Trockenmörtel). 5. Anschließend wird 45 s weiter gerührt (weiterhin Stufe 1). Der

Beton sollte nach dieser Mischzeit bereits seine

Verarbeitungskonsistenz besitzen.

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Die Rührschüssel wird gesenkt und ein Papierpaket wird unterhalb

des Rührers auf die Oberfläche des frischen Betons gelegt.

Durch das Anheben des Mischgefäßes wird das Papierpaket durch den feststehenden Rührer in den Beton gedrückt. Das Papierpaket schmiegt sich dabei derart an den Rührer an, dass es eine Lage (äußere Lage) Papier gibt, die in Kontakt mit dem Beton steht und eine innere Lage, die direkt am Rührer anliegt und somit keinen Kontakt mit dem frischen Beton hat. Dies geschieht innerhalb von

10 s nach Stoppen des Mischvorganges und Senken des Mischgefäßes.

Danach wird der Rührvorgang erneut für 20 s gestartet (Stufe 1). Während dieser Mischzeit nimmt das Papierpaket durch den Kontakt mit dem Frischbeton Wasser aus dem Mörtel auf, und durch die Scherkräfte der Körnung und des Mischers beginnt die Desintegration des Papieres. Die Mischdauer von 20 s simuliert einen kritischen Fall beim Anmischen in der Praxis, nämlich jenen, dass erst sehr spät im Mischvorgang auf der Baustelle trockenes Sackpapier in Kontakt mit dem Mörtel gelangt. Längere Mischzeiten sind nicht zielführend, da die Aussagekraft in Bezug auf die Wirkungsweise der Auflösbarkeit des Sackpapieres (durch unterschiedliche Additive etc.) in Korrelation zu Beobachtungen in der Praxis (Anmischen von

ganzen Säcken in marktüblichen Mischern) nicht gegeben ist.

Nach dem Mischvorgang wird das Beton-Papier-Gemisch auf

verbleibende Papierstücke untersucht.

. Die gefundenen Papierstücke sind im Anschluss auf deren Größe,

Festigkeit, Durchfeuchtung der einzelnen Lagen und die vorhandene Lagenanzahl zu untersuchen. Hierbei ist es sinnvoll, die einzelnen Lagen vor dem Versuch zu markieren, um die innen- (kein direkter Kontakt zum Beton) bzw. außenliegenden (direkter Kontakt mit Beton)

Papierlagen voneinander unterscheiden zu können.

.Im Anschluss an die Bewertung der gefundenen Papierstücke wird der

Beton auf relevante Frischmörtelparameter untersucht, um den Einfluss des zugesetzten Additivs zu einer Standard-

Trockenbetonmischung zu ermitteln. Hierbei stellen das

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Frischmörtelgewicht, Luftporen und die Konsistenz wichtige

Parameter dar.

12.Wenn die Menge an gefundenen Papierstücken gravimetrisch untersucht werden soll, muss das genaue Gewicht des 4-Lagen-Papierpaketes vor dem Mischen ermittelt werden. Danach kann nach der Frischmörtelprüfung die Mörtel-Papiermischung vorsichtig durch ein oder mehrere Siebe gewaschen werden. Ein mehrstufiger Waschprozess ist erforderlich, um das gesamte Mörtelmaterial vom Papier zu trennen. Das bzw. die Siebe müssen so gewählt werden, dass die Papierstücke der relevanten Größe aufgefangen werden können, jedoch eine Trennung vom umgebenden Mörtelmaterial (z.B. bis zu 8 mm große Körnungen) erfolgen kann. Nach dem Auswaschen wird das PapierWasser-Gemisch in einem Trockenschrank bis zur Massekonstanz getrocknet und anschließend die trockene Papiermasse gewogen. Das zurückgetrocknete Papier wird dann ins Verhältnis mit der Masse des Papierpaketes vor dem Versuch gesetzt. Dadurch ergibt sich ein weiterer Parameter des Auflöseverhaltens von Sackpapier. Beim Waschvorgang ist durch vorsichtiges Agieren darauf zu achten, dass es zu keiner Nachzerkleinerung der Papierstücke kommt, es besteht sonst die Gefahr, dass diese durch den enormen Wasserüberschuss und bei zu großer mechanischer Beanspruchung durch den Wasserstrahl deutlich an Festigkeit verlieren und zum Zerfasern bzw. zur

Desintegration neigen.

Ausführungsbeispiele

Zur Veranschaulichung sollen die dem Patent zugrunde liegenden Erfindungsneuheiten und Vorteile anhand von Ausführungsbeispielen dargestellt werden.

Als Referenzmaterial (Ausgangsbasis) wird eine einfache Rezeptur eines

Standard-Trockenbetons (ohne Optimierung für desintegrierbare

Verpackungen) herangezogen:

ee 15 % Bindemittel (Portlandzement CEM I 52,5 R)

° 85 % Sand/Kies (Kalksandgemisch aus unterschiedlichen

Kornfraktionen (0,01-8 mm) zusammengestellt, Größtkorn 8 mm)

a) Rezeptur eines Trockenbetons optimiert für die Verwendung in desintegrierbaren selbstauflösenden Papiersack-Verpackungen durch Additivierung auf Basis von Natriumlaurylsulfat (Netz- und

Dispergiermittel):

Dem Referenzmaterial wird zugesetzt:

* 0,0025 % Natriumlaurylsulfat (Netz- und Dispergiermittel)

b) Rezeptur eines Trockenbetons optimiert für die Verwendung in desintegrierbaren selbstauflösenden Papiersack-Verpackungen durch Additivierung auf Basis von Kaliumperoxomonosulfat

(Desintegrationshilfsmittel aus der Papierindustrie):

Dem Referenzmaterial wird zugesetzt:

°* 0,05 % Kaliumperoxomonosulfat (Desintegrationshilfsmittel)

Als Referenz wird ein Trockenbeton wie zuvor beschrieben angemischt. Hierzu werden 2500 g Trockenbeton und 300 g Wasser (entspricht einem Wasserbedarf von 12 %) angemischt. Der Beton hat nach Ende der Mischzeit von 1 min eine Konsistenz zwischen 15 und 16 cm Ausbreitmaß nach 15 Hüben am Ausbreitmaßtisch nach dem Verfahren von Hägermann. Nun wird in diesen Mörtel das Papierpaket aus 4 Lagen Sackpapier eingelegt. Nach den nächsten 20 s Mischdauer (Stufe 1) wird die

Auflösung des Papieres beurteilt.

Bei diesem Referenzbeton kann das Ergebnis wie folgt beschrieben

werden: Das Papierpaket ist gut im Mörtel zu erkennen. Die einzelnen Lagen des

Papierpaketes sind eindeutig zu identifizieren und kleben nicht

aneinander, da große Bereiche der Papierstücke noch trocken sind und

kein Wasser aus dem Mörtel aufnehmen konnten. Die äußere, dem Mörtel zugewandte Papierlage ist am intensivsten durchfeuchtet und auch an einigen Stellen durch das Mischgut aufgerieben bzw. gibt es Einrisse oder Ecken des Papieres fehlen. Es hat somit kaum eine Zerkleinerung/Zerfaserung des Papieres stattgefunden. Ab der 2. Lage sind große trockene Bereiche zu finden. Die Papierlagen weisen bis auf die äußerste Lage (dem Beton zugewandt) eine hohe Reißfestigkeit auf. Die innen liegenden Lagen sind weder vollständig durchfeuchtet noch vom Mörtel angegriffen/zerkleinert worden. Die Frischmörtelparameter zeigen die für einen Beton üblichen Werte, das Frischmörtelgewicht liegt im Bereich zwischen 2250 und 2300 kg/m*. Der Luftporengehalt

Q

liegt im Bereich zwischen 2 und 4 %,.

Im Vergleich zum Referenzbeton wird nun das Ergebnis von mit Additiven modifizierten Referenzbetonen gemäß den Beispielen a) und b) beschrieben. Beide Additive bewirken sehr ähnliche DesintegrationsErgebnisse, welche kaum zu unterscheiden sind, auf eine zweimalige

Beschreibung wird daher verzichtet.

Der Mischvorgang verläuft nach dem gleichen Schema wie im obigen Beispiel beschrieben. Der einzige Unterschied liegt in der Zusammensetzung des Trockenbetons, dieser entspricht jenen aus

Beispiel a) bzw. b).

Nach dem Mischvorgang kann das Ergebnis wie folgt beschrieben werden:

Ein großes Papierpaket ist im Mörtel augenscheinlich nicht zu erkennen. Erst beim händischen Durchsuchen des Mörtelgemisches lassen sich restliche Papierstücke ertasten. Das ursprüngliche Papierpaket hat sich in wesentlich kleinere Stücke aufgeteilt. Die Papierstücke sind teilweise in Größen von 5 x 5 cm, 1x 1 cm oder kleiner vorzufinden. In allen Fällen kleben mehrere Lagen Papier aneinander, wobei mindestens zwei Lagen und maximal vier Lagen Papier erkennbar sind. Die Papierpakete sind gut durchfeuchtet, und die einzelnen Lagen

nur schwer voneinander zu trennen. Die einzelnen Papierlagen lassen

sich mit wenig Kraftaufwand zerreißen. Die Papierstruktur ist bereits eindeutig und signifikant geschwächt. Die Wasseraufnahme des Papieres aus dem Mörtel hat zufriedenstellend funktioniert. Das Papier wurde in der kurzen Mischdauer von 20 s noch nicht vollständig zerfasert, Jedoch ist eine wesentliche und signifikante Verbesserung gegenüber

dem Referenzbeton (ohne Additivierung) zu erkennen.

Die Frischmörtelprüfung zeigt, dass durch den Einsatz des Additivs einige Prüfparameter gegenüber dem Standardbeton etwas abweichen. Das Frischmörtelgewicht liegt nun in einem Bereich zwischen 2200 und

2270 kg/m*, und der Luftporengehalt liegt zwischen 3 und 6 %. Ein Eintrag einer gewissen Menge an Luft in den Beton ist additivspezifisch nicht auszuschließen und muss von Fall zu Fall bewertet werden. Die hier gemessenen Werte liegen jedoch in einem akzeptablen Rahmen und können auch bei Betonen ohne entsprechende

Zusatzmittel gemessen werden. Die Konsistenz der Betone (Beispiel a)

und b)) entspricht jener des Referenztrockenbetons.

Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass durch den Einsatz dieser beiden Additive die Wasseraufnahme aus dem frischen Beton in das Sackpapier wesentlich beschleunigt werden konnte, wodurch das Sackpapier eine deutlich schnellere und messbar bessere Desintegration aufweist. Der Wassertransport wird durch die Additive auch zwischen

den einzelnen Papierlagen beschleunigt.

Somit kann durch die erfindungsgemäßen spezifischen Additivierungen eindeutig und nachweisbar auch auf eine bessere/schnellere Auflösung von ein- oder mehrlagigen desintegrierbaren Papiersäcken in einem Praxismischverfahren (Kipptrommelmischer, Quirlmischer, Zwangsmischer

etc.) mit desintegrierbaren "Echtsäcken" geschlossen werden. c) Rezeptur eines Trockenbetons optimiert für die Verwendung in

desintegrierbaren selbstauflösenden Säcken aus Beispiel a) in

Kombination mit einem kombinatorisch-synergetischen

Komplexbildnersystem für eine zusätzlich verbesserte Auflösbarkeit des

Sackklebers:

Zum Nachweis der besseren Auflösbarkeit von verleimten Papierpaketen durch Additivierung des Sackklebers mit einem kombinatorisch-

synergetisch wirkenden Komplexbildner, wird wie folgt vorgegangen:

In diesem Fall wird statt des zuvor beschriebenen mehrlagigen Papierpaketes (bestehenden aus vier Einzellagen) wie beim zuvor beschriebenen Bestimmungsverfahren ein verleimtes Papierpaket, bestehend aus sechs Lagen verwendet. Das Papierpaket muss vor der Versuchsdurchführung mit dem zu untersuchenden Leimgemisch verklebt werden. Die Menge des aufgetragenen Leimes muss bei allen Versuchen vergleichbar sein und ist mit ca. 80 g/m? vorgegeben. Nach dem Verleimen der sechs Lagen Papier (10 x 10 cm?) wird das Paket gepresst, um einen definierten Lagenverbund zu erhalten. Anschließend wird das Paket für mehrere Stunden bei 40 °C in einem Trockenschrank getrocknet und anschließend bei 20 °C/ 65 % r.F. bis zur

Versuchsdurchführung konditioniert gelagert.

Für die Versuche wird ein Referenzbeton wie in Beispiel a) aus einem Trockenbeton und einer Zugabe von 0,0025% Na-Laurylsulfat verwendet. Dadurch wird sichergestellt, dass die einzelnen Lagen des Papierpaketes rasch durchfeuchtet werden und eine Reaktion zwischen

dem Leim und dem Beton stattfinden kann.

Die Versuchsdurchführung ist ansonsten ident mit den zuvor beschriebenen Versuchen. Es werden die identen Geräte verwendet. Die eingesetzte Beton- und Wassermenge (2500 g Trockenbeton und 300 g Wasser)und die Mischdauer sind ebenfalls ident mit jenen der zuvor beschriebenen Auflöseversuche, die Mischdauer zur Herstellung des Betons benötigt 1 Minute und das Papierpaket wird für 20 Sekunden mitgemischt. Das Papierpaket wird wie zuvor mittig unter dem Rührwerk

positioniert, damit es nach dem Anheben des Mischgefäßes eine äußere

dem Beton zugewandte Seite und eine innere vom Beton abgewandte Seite

gibt.

Das Ergebnis eines Versuches mit einem Papierpaket, hergestellt mittels eines Referenzleimes, in diesem Falle handelt es sich um einen kaltwasserlöslichen, auf Maisstärke basierendem Sackleim (Fa. Agrana,

Amitropaste P26), kann wie folgt beschrieben werden:

Das Papierpaket ist gut im Trockenbeton als solches erkennbar. Die äußeren Lagen sind gut durchfeuchtet. Die äußere, dem Beton zugewandte Seite wurde durch die mechanische Einwirkung aufgeraut und Teile dieser Lage wurden während des Mischens im Beton verteilt. Das Papierpaket besteht nach wie vor aus sechs Lagen Papier, wobei die sechste Lage nur noch teilweise vorhanden ist. Der Leim unterhalb der äußersten Lage Papier wirkt fest und es ist keine Auflösung des Leimes erkennbar. Die restlichen Lagen des Paketes kleben fest aneinander und

können nicht voneinander getrennt werden.

Im Vergleich hierzu kann das Ergebnis bei Verwendung des Referenzleimes, welcher zuvor mit 3 % des Komplexbildners EDTA abgemischt wurde, wie folgt beschrieben werden (97% Trockensubstanz

Sackleim Agrana Amitropaste, 3% Trockensubstanz EDTA):

Das Papierpaket ist ebenfalls gut im Trockenbeton erkennbar. Die einzelnen Papierlagen sind gut durchfeuchtet. Das Papier der äußeren, dem Beton zugewandten Seite ist angegriffen, aufgeraut und der darunter liegende Leim ist bereits klebrig weich. Das Papierpaket besteht aus vier vollständigen Lagen Papier mit zusätzlichen Anhaftungen der fünften Lage, die Anhaftungen dieser Lage lassen sich leicht lösen. Die äußerste sechste Lage ist bereits im Beton verteilt und in kleinere Papierstücke zerkleinert worden. Die vierte Lage (welche vorwiegend noch vollständig vorhanden ist) kann mit etwas Kraftaufwand auch vom restlichen Papierpaket gelöst werden. Es ist

deutlich merkbar, dass der Leim zwischen den einzelnen Lagen bereits

chemisch angegriffen bzw. angelöst wurde und die Haftkraft zwischen

den Lagen deutlich reduziert ist.

Da in beiden oben beschriebenen Fällen die gleiche Betonrezeptur zum Einsatz kam und die beschleunigte Anlösung des Sackleimes keine Auswirkungen auf die gemessenen Betonparameter zeigt, kann in beiden Fällen daraus geschlossen werden, dass es keine negativen Auswirkungen auf die Betoneigenschaften genauso wie in Beispiel a) beschrieben

gibt.

Der direkte Vergleich zwischen den beiden Leimmischungen zeigt, dass durch die Zugabe von Komplexbildnern zum Referenz-Sackleim eine chemische Reaktion ermöglicht wird, die durch rasche Schwächung des Sackleimes zur schnelleren Vereinzelung der Papierlagen führt. Dies führt beim Anmischen eines Trockenbetonsackes in einem Freifallmischer oder anderem Mischaggregat zur Minimierung der benötigten Mischdauer und Mischintensität. Die benötigten Scherkräfte, die Mischintensität und Mischzeit um schwerlösliche Sackstellen (aus Ventil- bzw.

Bodenbereich) zu vereinzeln, verlieren hierdurch an Bedeutung.

Claims (1)

1. Papiersack mit trockenem staubförmigem, pulverförmigem bzw. körnigem Sackinhalt zum Anmischen mit Wasser, wobei der Papiersack beim gemeinsamen Mischen von Sackinhalt und Papiersack mit Wasser desintegriert, dadurch gekennzeichnet, dass der Sackinhalt

   zumindest ein Desintegrationsmittel für den Papiersack aufweist.

   Papiersack mit Sackinhalt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sackinhalt ausgewählt ist aus Bindemittel, Trockenmörtel,

   Feuerfestmasse und Füllstoff.

   Papiersack mit Sackinhalt nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

   dass das Bindemittel Zement, Feuerfestzement, Gips oder Kalk ist.

   Papiersack mit Sackinhalt nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Desintegrationsmittel oder eines der Desintegrationsmittel ein Netzmittel, ein Dispergiermittel, ein Tensid, ein Fließmittel oder ein Desintegrationshilfsmittel für die

   Papierdesintegration in Papierpulpern ist.

   Papiersack mit Sackinhalt nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Desintegrationsmittel oder eines der

   Desintegrationsmittel eine Base ist.

   Papiersack mit Sackinhalt nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Desintegrationsmittel eine Stoffkombination ist, wobei ein Teil der Stoffkombination im Material des Papiersackes enthalten ist und der andere Teil der

   Stoffkombination im Sackinhalt enthalten ist. Papiersack mit Sackinhalt nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch

   gekennzeichnet, dass zusätzlich zumindest ein Trocknungshilfsmittel

   im Sackinhalt vorgesehen ist.