CH690784A5

CH690784A5 - Verfahren zum Einbringen von Metallfasern in eine Fasermaterialbahn.

Info

Publication number: CH690784A5
Application number: CH163696A
Authority: CH
Inventors: Birger Tiberg; Jakob Grob
Original assignee: Landqart
Priority date: 1996-07-01
Filing date: 1996-07-01
Publication date: 2001-01-15

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einbringen von Metallfasern in eine Fasermaterialbahn, insbesondere in eine Papierbahn, ausgehend von Agglomeraten, welche jeweils aus einem Bündel von durch ein wasserlösliches Bindemittel zusammengehaltenen Metallfasern bestehen, wobei aus den Agglomeraten und aus Zellulose-Fasern eine wässrige Zellulose-Metallfaser-Suspension hergestellt wird.

Mit Metallfasern versehenes Papier wird insbesondere für Sicherheitspapiere wie Banknoten, Wertpapiere, Urkunden, Ausweise oder dergleichen verwendet, da sich das Vorhandensein der Metallfasern z.B. auf magnetischem Wege leicht detektieren lässt, die durch die Metallfasern dem Papier verliehenen besonderen Eigenschaften andererseits durch alternative Massnahmen nicht ohne weiteres ersetzbar sind. Die Metallfasern verleihen dem Papier daher ein Sicherheitselement, welches eine Fälschungssicherung bzw. eine Kopiersicherung erbringt.

Für die Anwendung in Papierbahnen werden typischerweise Metallfasern mit einer Länge von einigen Millimetern und Durchmessern im mu -Bereich verwendet. Als wasserlösliches Bindemittel dient meist Polyvinylalkohol. Angestrebt wird eine vollständige Auflösung der Agglomerate sowie eine möglichst gleichmässige Verteilung der Metallfasern in der Fasermaterialbahn. Zusätzlich kommt es darauf an, dass die Metallfasern bei der Einbringung in die Fasermaterialbahn ihre lang gestreckte Geometrie behalten, in der sie in den Agglomeraten in paralleler Ausrichtung zueinander vorliegen. Sie dürfen sich vor allem nicht kräuseln.

Stand der Technik

Aus der DE 2 919 576 C2 ist ein Verfahren der eingangs genannten Art bekannt, bei welchem die Metallfaser-Agglomerate zusammen mit Zellulosefasern in Wasser unter kräftigem Rühren während 15-30 Minuten aufgelöst und verteilt werden. Auf 1000 Gew.-Teile Wasser werden 8 Gew.-Teile Metallfasern und 2 Gew.-Teile Zellulosefasern verwendet. Die entstehende Suspension ist entsprechend niedrig konzentriert und kann unmittelbar z.B. einer üblichen Papiermasse zur Herstellung einer Papierbahn auf einer Papiermaschine zudosiert werden. Soweit sie nachträglich noch verdünnt wird, erfolgt dies in speziellen Applikationen, in der sie selbst ausschliesslich zur Herstellung der Fasermaterialbahn verwendet wird.

In der Praxis hat sich gezeigt, dass auf die vorbeschriebene Weise eine vollständige Auslösung der Agglomerate sowie eine homogene Verteilung der Metallfasern in reproduzierbarer Weise zumindest nicht ohne weiteres erzielbar ist und/oder die Metallfasern mehr oder weniger stark zum Kräuseln neigen.

Darstellung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit welchem eine vollständige Auflösung der Metallfaser-Agglomerate sowie eine homogene Verteilung der Metallfasern in der Fasermaterialbahn unter Erhaltung ihrer lang gestreckten Fasergeometrie auch in grosstechnischer Anwendung auf einfache, reproduzierbare und effektive Art möglich ist.

Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass die Metallfaser-Agglomerate in hoher Konzentration zu einer konzentrierten, wässrigen Zellulose-Suspension zugegeben und darin unter kräftigem, längstens einige Minuten dauernden Rühren aufgelöst werden und dass die so hergestellte, konzentrierte Suspension nachfolgend unter weiterem Rühren während ebenfalls längstens einiger Minuten mit einer wässrigen Flüssigkeit auf eine pumpfähige Konzentration verdünnt wird.

Als konzentrierte, wässrige Zellulose-Suspension wird vorzugsweise eine solche mit einem Feststoffanteil im Bereich zwischen 1%-10%, z.B. von 2%, verwendet, wobei als Zellulose insbesondere Linters-Zellulose eingesetzt wird. Die in getrockneter Form vorliegenden Zellulose-Fasern werden mit einem Auflösungsaggregat mit Wasser aufgeschlagen und nachfolgend vorzugsweise noch in Mahlaggregaten auf einen Mahlgrad von maximal 70 DEG SR, vorzugsweise jedoch nur von 55 DEG SR, gemahlen. Hierbei ist es von Vorteil, den Feststoffgehalt der Zellulose-Suspension zunächst höher, z.B. auf 3,5%, einzustellen und diesen erst unmittelbar vor der Zugabe der Metallfaser-Agglomerate durch Verdünnen, z.B. auf die erwähnten 2%, zu reduzieren. Der Zellulose-Suspension können weitere Rohstoffe wie Leimungs- und Leimungshilfsmittel, Füllstoffe oder Farbstoffe zugegeben werden.

Die Vereinzelung der Metallfaser-Agglomerate kann durch Vorauflösen des Bindemittels in Wasser, insbesondere in warmem Wasser von wenigstens anfänglich etwa 70 DEG C, noch verbessert werden. Hierbei können die Agglomerate einen oder auch mehrere Tage (bis zu z.B. 15 Tagen), jedenfalls aber bis zu ihrer Weiterverarbeitung, in dem Wasser belassen werden.

Das Auflösen der Metallfaser-Agglomerate in der Zellulose-Suspension wird vorzugsweise durch kräftiges Rühren mit einem hochtourigen Disolveraggregat durchgeführt. Hierbei und unterstützt durch die Zellulose-Fasern werden ausreichend hohe Scherkräfte erzeugt, unter denen die Agglomerate vollständig aufgelöst werden. Die bereits zuvor bei der Zubereitung der Zellulose-Suspension homogen dispergierten Zellulose-Fasern tragen ebenfalls zu einer wirksamen Vereinzelung der Metallfasern bei und verhindern deren erneute Zusammenballung z.B. durch Flockenbildung. Der Feststoffanteil der Metallfasern in der konzentrierten Zellulose-Metallfaser-Suspension wird auf einen Wert über 0,2%, vorzugsweise auf 1%, eingestellt. Gerührt wird wenigstens 2, höchstens jedoch 10 Minuten. Vorzugsweise beträgt die Rührzeit 3 Minuten.

Für ein vorgegebenes Rühraggregat hat sich das Einhalten einer bestimmten Rührzeit im angegebenen Bereich als recht kritisch erwiesen. Bei zu kurzem Rühren werden die Agglomerate nicht vollständig aufgelöst bzw. die Einzelfasern nicht ausreichend homogen verteilt. Bereits ein nur wenig längeres Rühren hat andererseits ein Verbiegen und Kräuseln der Metallfasern zur Folge.

Das Verdünnen der konzentrierten Metallfaser-Zellulose-Suspension wird auf einen Gesamt-Feststoffgehalt von maximal 3%, vorzugsweise jedoch von 0,2% ebenfalls unter Rühren durchgeführt. Die Rührzeit sollte zwecks Schonung der Metallfasern längstens 5 Minuten, vorzugsweise jedoch nur eine Minute betragen. Die Verdünnung ist unter anderem so gewählt, dass die Fasern frei in der wässrigen Phase vorliegen.

Nach dem Verdünnen wird die dadurch pumpfähig gewordene Suspension in einem grösseren Vorratsbehälter bevorratet. Um zu vermeiden, dass sich die suspendierten Fasern absetzen oder ausflocken, ist es vorteilhaft, wenn auch im Vorratsbehälter gerührt wird. Das Rühren sollte nunmehr jedoch so schonend wie möglich ausgeführt werden, um die Metallfasern nicht zu zusätzlich zu belasten. Geeignet für dieses Rühren ist z.B. ein Balkenrührer, welcher in der Suspension praktisch keine Scherkräfte erzeugt.

Aus dem Vorratsbehälter wird die pumpfähige Suspension, vorzugsweise mittels einer wiederum nur geringe Scherkräfte erzeugenden Dosierpumpe, abgezogen und dem Faserbrei zur Herstellung der Fasermaterialbahn, ggf. unter weiterer Beimischung von Wasser, kontinuierlich zugeführt. Um auch hierbei die Metallfasern soweit als möglich zu schonen und weitere Rührprozesse zu vermeiden, erfolgt die Beimischung der Metallfaser-Suspension zum Faserbrei bevorzugt zum letztmöglichen Zeitpunkt im Verfahrensablauf der Papiermaschine.

Beispiel

200 g Metallfaser-Agglomerate werden in ein Kleingefäss abgefüllt, darin mit 70 DEG warmem Wasser übergossen und einen Tag lang in diesem Wasserbad belassen. Linters-Zellulose-Fasern werden in einem Auflöseaggregat in Wasser zu einer homogenen, wässrigen Suspension aufgeschlagen. In Mahlaggregaten werden die Fasern dieser Suspension zusätzlich auf einen Mahlgrad von 55 DEG SR vorgemahlen. Die Mengen werden so gewählt, dass die Suspension einen Feststoffanteil an Zellulose-Fasern von 3,5% erhält. 11,4 l der Zellulose-Suspension werden in einem Behälter mit 8,6 l Wasser auf 2% Feststoffkonzentration verdünnt und zu einer homogenen Suspension aufgerührt. Die 200 g vorbehandelten Metallfaser-Agglomerate werden direkt aus dem erwähnten Wasserbad, zu der 2%igen Zellulose-Suspension zugegeben.

Mit einem hochtourigen Dissolveraggregat wird das Gemisch intensiv während 3 min zu einer homogenen Metallfaser-Zellulose-Suspension aufgerührt. In einem weiteren Behälter wird 180 l Wasser vorgegeben, die zuvor bereitete Metallfaser-Zellulose-Suspension zugegeben und mit einem etwas schwächeren Rührer während 60 sec unter weiterer Verdünnung mit Wasser auf einen Gesamt-Feststoffgehalt von 0,3% aufgerührt. Die verdünnte Suspension wird anschliessend sofort in einen grösseren Vorratsbehälter abgeleert und dort unter schonendem Rühren bevorratet. Aus dem Vorratsbehälter wird kontinuierlich eine definierte Menge der Metallfaser-Zellulose-Suspension mittels einer Dosierpumpe abgezogen und unmittelbar vor dem Stoffauflauf der Papiermaschine dem dort vorhandenen Stoffstrom beigemischt.

Claims

1. Verfahren zum Einbringen von Metallfasern in eine Fasermaterialbahn ausgehend von Agglomeraten, welche jeweils aus einem Bündel von durch ein wasserlösliches Bindemittel zusammengehaltenen Metallfasern bestehen, wobei aus den Agglomeraten und aus Zellulose-Fasern eine wässrige Zellulose-Metallfaser-Suspension hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallfaser-Agglomerate in hoher Konzentration zu einer konzentrierten, wässrigen Zellulose-Suspension zugegeben und darin unter kräftigem, längstens einige Minuten dauerndem Rühren aufgelöst werden und dass die so hergestellte, konzentrierte Suspension nachfolgend unter weiterem Rühren während ebenfalls längstens einiger Minuten mit einer wässrigen Flüssigkeit auf eine pumpfähige Konzentration verdünnt wird.

2.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellulose-Suspension vor der Zugabe der Metallfaser-Agglomerate auf einen Feststoffgehalt von 1%-10%, vorzugsweise von 2%, eingestellt wird, und zwar vorzugsweise durch Verdünnen unter Rühren mit Wasser ausgehend von einem höheren Feststoffgehalt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Feststoffanteil der Metallfasern in der konzentrierten Zellulose-Metallfaser-Suspension auf einen Wert über 0,2%, vorzugsweise von 1%, bemessen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die konzentrierte Metallfaser-Zellulose-Suspension auf eine pumpfähige Konzentration mit einem Gesamt-Feststoffanteil von maximal 3%, vozugsweise jedoch von nur 0,2%, verdünnt wird.

5.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass zum Auflösen der Metallfaser-Agglomerate in der Zellulose-Suspension zwischen 2 und 10 Minuten, vorzugsweise 3 Minuten, gerührt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verdünnen der konzentrierten Metallfaser-Zellulose-Suspension längstens 5 Minuten, vorzugsweise jedoch nur eine Minute, gerührt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass als Zellulose Linters-Zellulose verwendet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Zellulose-Suspension vorliegenden Zellulose-Fasern vor der Zugabe der Metallfaser-Agglomerate in Mahlaggregaten auf einen Mahlgrad von höchstens 70 DEG SR, vorzugsweise jedoch auf einen Mahlgrad von 55 DEG SR, gemahlen werden.

9.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1-8, gekennzeichnet durch ein Vorauflösen des Bindemittels in Wasser, insbesondere in warmem Wasser von wenigstens anfänglich etwa 70 DEG C, während bis zu 15 Tagen, vorzugsweise während einem Tag, wobei weiter vorzugsweise die Metallfaser-Agglomerate bis zu ihrer Weiterverarbeitung in dem Wasser belassen werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, dass die pumpfähige Metallfaser-Zellulose-Suspension in einem Vorratsbehälter unter schwachem, lediglich das Absetzen der Fasern verhindernden Rühren, bevorratet wird.

11.

Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die pumpfähige Metallfaser-Zellulose-Suspension aus dem Vorratsbehälter, vorzugsweise mittels einer Dosierpumpe, abgezogen und dem Faserbrei zur Herstellung der Fasermaterialbahn, ggf. unter weiterer Beimischung von Wasser, kontinuierlich zugeführt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, dass die pumpfähige Metallfaser-Zellulose-Suspension dem Faserbrei zur Herstellung der Fasermaterialbahn zum letztmöglichen Zeitpunkt zugeführt wird.