DD233281A3 - Verfahren zur veredlung von baumwollkaemmlingen und deren einsatz bei der spezialpapiererzeugung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Veredlung von Baumwollkaemmlingen und deren Einsatz bei der Spezialpapiererzeugung, vorzugsweise bei der Banknotenpapiererzeugung. Das Ziel der Erfindung besteht darin, Baumwollkaemmlinge unter weitgehendem Erhalt und Nutzung der potentiellen Eigenschaften des Faserrohrmaterials zu veredeln, so dass diese fuer die Banknotenpapiererzeugung verwendet werden koennen. Deshalb hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, durch ein Spezielles Verfahren den rationellen Einsatz der in der Textilindustrie anfallenden hochwertigen Abfallstoffe (Baumwollkaemmlinge) in der Papierindustrie zu ermoeglichen und dadurch die Gebrauchseigenschaften des daraus hergestellten Blattgefueges, vorzugsweise die dynamischen Festigkeiten des erzeugten Spezialpapiers, zu verbessern. Die Aufgabe wird dadurch geloest, indem die Aufbereitung nach einer Zweistufenbleichtechnologie erfolgt unter Verwendung von 2-4,5% Natriumhydroxid, 0,4-1,0% Netzmittel fuer die alkalische Heissbehandlung und 2,2-2,6% Aktivchlor fuer die anschliessende oxydative Behandlung unter ausgewaehlten Reaktionsbedingungen.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Veredlung von Baumwollkämmlingen, die bei der Spezialpapiererzeugung, vorzugsweise bei der Banknotenpapiererzeugung, eingesetzt werden.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Der Einsatz von Baumwolle als Rohstoff in der Papierindustrie ist bekannt und erfolgt hauptsächlich dort, wo Papiere mit hohen dynamischen Festigkeiten angesichts der rauhen Alltagsbehandlung durch die Benutzer hergestellt werden, die sich gut bedrucken lassen und hohe Alterungsbeständigkeit aufweisen. In der Textilindustrie fallen die Baumwollkämmlinge als die derzeitig einzige und qualitativ geeignete Faserstoffgrundlage für die Spezialpapiererzeugung (Banknotenpapier) als hochwertiger Sekundärrohstof an, die nach geeigneter chemischer Vorbehandlung volkswirtschaftlich genutzt werden können. Bekannt sind chemische Vorbehandlungen von Baumwolle unter Verwendung von Alkalihydroxiden bzw. Erdalkalihydroxiden für die alkalische Behandlung und Chlorit bzw. Hypochlorit zur oxydativen Behandlung. Bisher erfolgte keine Spezielle chemische Vorbehandlung für die in der Papierindustrie einsetzbaren Baumwollkämmlinge.

Es wurde ein für die Verbandstoffindustrie angewandtes Verfahren zur chemischen Vorbehandlung von Baumwollkämmlingen genutzt mit einer speziell auf die Verbandstoffindustrie zugeschnittenen anschließenden Spezialbehandlung (Knirschgriffbehandlung). Die hierbei gewählten Reaktionsbedingungen orientieren auf ein medizinisch sehr reines, saugfähiges, knirschgriffbehandeltes Fasermaterial mit hohem Weißgrad. Dieses Verfahren wird bei sehr hohen faserschädigenden Temperaturen, hoher Chemikalienkonzentration, relativ hohen Reaktionszeiten und einem niedrigem Faser-Flüssigkeitsvolumenverhältnis durchgeführt, wobei wesentlich höhere Bleichverluste auftreten. Daraus resultieren Nachteile für den Einsatz dieses Fasermaterials in der Papierindustrie für die Erzeugung von Spezialpapier. So werden die im Rohmaterial vorhandenen potentiellen Eigenschaften hinsichtlich seiner morphologischen, physikalischen, chemischen und topologischen Parameter, vor allem die seines strukturphysikalischen Zustandes weitestgehend verändert. Es nimmt z. B. die durch Behandlung mit Natronlauge steigender Konzentration hervorgerufene schrittweise „Passivierung", die auf Veränderungen der Feinstruktur des Fasermaterials zurückzuführen ist, zu und beeinflußt negativ die Verarbeitungseigenschaften, speziell das Mahlverhalten. Das Fasermaterial ist nach der chemischen Behandlung - mahlresistenter, d. h. die für die Spezialpapiererzeugung für die Ausbildung hoher dynamischer Festigkeiten sehr wichtige Fibrillierungsneigung des Fasermaterials wird negativ beeinflußt. Die Mahlzeiten der Stoffaufbereitung liegen ca. 100% höher. Der Faserstoff muß mit ca. 10⁰SR (Mahlgrad) höher verarbeitet werden.

Der Feinfaseranteil .liegt infolge des wirksam werdenden Faserbruches höher und beeinflußt die Gebrauchswerteigenschaften des Blattgefüges, vorwiegend die Falzfestigkeit und Durchreißfestigkeit.

Die nachteilige Wirkung dieser Behandlung auf die strukturphysikalischen Parameter konnte durch Anwendung der Elektronenmikroskopie, der Quecksilberporosimetrie und Faserorientierungsmessungen sichtbar und meßtechnisch nachgewiesen werden.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur chemischen Vorbehandlung von Baumwollkämmlingen für die Spezialpapierherstellung (Banknotenpapier) unter weitgehendem Erhalt und Nutzung der potentiellen Eigenschaften des Faserrohmaterials bereitzustellen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zu entwickeln, das einen rationellen Einsatz der in der Textilindustrie ahnenden hochwertigen Abfallstoffe (Baumwollkämmlinge) in der Papierindustrie ermöglicht und dadurch die Gebrauciiswerteigenschaften des daraus hergestellten Blattgefüges, vorzugsweise die dynamischen Festigkeiten des erzeugten Spezialpapiers (Banknotenpapier), zu verbessern.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, indem Arbeitsbedingungen angewandt werden, die es gestatten unter materialökonomisch und energetisch günstigen Bedingungen Baumwollkämmlinge so zu behandeln, daß die Eigenschaften des Faserrohmaterials hinsichtlich seiner morphologischen, physikalischen, chemischen und topologischen Parameter weitestgehend erhalten bleiben. Die chemische Vorbehandlung erfolgt nach dem Turbostatprinzips in geschlossenen Druckbehältern mit einer Zweistufenbleichtechnologie unter Einsatz von 2-4,5% Natriumhydroxid bei der alkalischen Heißbehandlung bezogen auf atro Fasermaterial und 0,4—1,0% Netzmittel. Die Reaktion wird unter einem Druck von 25-35 N/cm² einer Reaktionszeit von 70-90 Minuten und bei einer Maximaltemperatur von 100°C durchgeführt. Das Flottenverhältnis wird hierbei 1:5 bis 1:20 (Faser: Flüssigkeit) angesetzt, vorzugsweise 1:9.

Die anschließende oxydative Behandlung erfolgt durch Zugabe von Natriumhypochlorit, wobei 2,2% bis 2,6% Aktivchlor erforderlich sind. Die Reaktionstemperatur beträgt ca. 20⁰C und die Reaktion wird in einem pH-Bereich von 9,5-11 durchgeführt. Das Flottenverhältnis ist analog der alkalischen Behandlung. Die anschließende Trocknung des Fasermaterials erfolgt bei Temperaturen von 110-140⁰C. Eine Restfeuchte von 8% ist nicht zu unterschreiten.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aufbereiteten Baumwollkämmlinge zeichnen sich gegenüber denen durch das bisher angewandte Verfahren durch niedrigere Werte der Kupferzahl (^ 0,40) und höhere Werte an hydrophilen Carboxylgruppe (S30mol/kg) nach allen Behandlungsstufen aus.

Gleichzeitig werden die Viskositätswerte (=14,0 Pa.s) der Durchschnittspolymerisationsgrad (S2000) und der Aschegehalt (S0,8) erhöht.

Die gemessene Kristallimität der Faser nimmt bei der alkalischen Heißbehandlung im Vergleich zur Rohfaser stärker ab, nimmt durch die oxydative Behandlung im Vergleich zur alkalischen Behandlung weniger zu und liegt nach der chemischen Vorbehandlung insgesamt ca. 5% niedriger bezogen auf die Rohfaser. Die Kristallitbreite, gleichbedeutend mit einer besseren Perfektion und scheinbar geringeren Störung der Kristallite, liegt höher. Die Zunahme des absoluten Porenvolumens sowohl im Mikroporen — (3,39-6250,00 nm) als auch im Makroporenbereich (6452,34-35815,27 nm) ist wesentlich höher nach der alkalischen Heißbehandlung und der oxydativen Behandlung bezogen auf Rohmaterial. Außerdem weist das Fasermaterial bedingt durch die vorhergenannten Veränderungen eine bessere Mahlbarkeit (Faserlängen bleiben besser erhalten bei gleichzeitig verbesserter Fibrillierneigung) bei gleichzeitiger höheren Gebrauchswerteigenschaften (höhere dynamische Festigkeiten, sehr gute Wasserzeichenausbildung, bessere Bedruckbarkeit) des daraus hergestellten Fasergefüges auf. Zur Erzielung optimaler dynamischer Festigkeiten kann das nach der erfindungsgemäßen Variante chemisch vorbehandelter Fasermaterial mit einem ca. 10°SR niedrigerem Mahlgrad auf Grund besserer Fibrillierfreudigkeit zum Einsatz gebracht werden bei verbesserten optischen Eigenschaften des Blattgefüges.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird am Beispiel der einzelnen Verfahrensschritte der Aufbereitung von Baumwollkämmlingen zur Herstellung von Banknotenpapier erläutert.

Im 1. Verfahrensschritt werden 450 kg Fasermaterial (atro) bei einer Temperatur von 20⁰C im feuchten Zustand zu Faserkuchen gestampft. Diese Faserkuchen werden in einem verschließbaren Druckbehälter überführt und nach dem Turbostatprinzip chemisch wie folgt behandelt.

Zur alkalischen Heißbehandlung erfolgt die Zuführung der Reaktionsflüssigkeit, die 40001 Wasser, 2,3% Natriumhydroxid und 0,44% Netzmittel bezogen auf die Faser enthält bei einer Flottentemperatur von 6O⁰C (Flottenverhältnis ca. 1:9 Faser-Flüssigkeit).

Anschließend wird die Temperatur auf 100⁰C, erhöht und die Reaktion bei einem Druck von 30 N/cm² durchgeführt. Die Reaktionszeit liegt bei einer Stunde. Danach zieht man die alkalische Flotte ab und spült mit heißem Wasser (60-80⁰C) und anschließend 5 Minuten mit kaltem Wasser (15-2O⁰C) bei einem Druck von 10-20 N/cm². Bei der sich anschließenden oxydativen Behandlung wird der Faserkuchen eine Stunde mit einer Natriumhypochloritflotte bie 20⁰C, behandelt, die 2,44% Aktivchlor bezogen auf das Fasermaterial enthält. Der pH-Wert liegt bei 9,5—10. Nach der genannten Reaktionszeit wird der Faserkuchen 15 Minuten bei 30⁰C mit Wasser gespült, welches 21 konzentrierte Schwefelsäure und 5 kg Natriumthiosulfat oder 51 Natriumbisulfitlösung pro 40001 enthält.

Auf diese „Antichlor"-Behandlung folgt ein Spülen mit kaltem Wasser bei 10-20 N/cm². Darauffolgend wird mit Ammoniumhydroxid neutralisiert und wiederum ca. 20 Minuten mit kaltem Wasser gespült.

Die Trocknung des Fasermaterials wird mit einem 6-Kammertrockner bei einer Gesamtdurchiaufzeit von ca. 3 Minuten und folgender Temperaturführung durchgeführt.

I.Kammer 11O⁰C Eintrittstemperatur

2. Kammer 115-120°C

3. Kammer 120-140°C

4. Kammer 140°C

5. Kammer Absinken bei 40⁰C, infolge Kaltlufteinblasung

6. Kammer ca. 40⁰C Austrittstemperatur

Das Fasermaterial hat einen Restfeuchtegehalt von 8-11 %. Die Bleichverluste betragen ca. 8%. Nachfolgendes Diagramm soll die Reaktionsführung verdeutlichen

1 = Stampfen der Fasern zu Faserkuchen

2 = alkalische Heißbehandlung

3 = Abzug der alkalischen Flotte, Spülen mit Wasser

4 = oxydative Behandlung

5 = Abzug Flotte, Spülen, Antichlor-Behandlung

6 = Neutralisieren, Spülen mit Wasser 8 = Trocknen

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren nach Ausführungsbeispiel aufbereiteten Baumwollkämmlinge weisen folgende Parameter auf:

Durchschnittspolymerisationsgrad s 2 000 in Anlehnung TGL25118 nach Vorschrift IZP-V34

Viskosität (mPa.s) s-|4,o in 0,4%igerCuöxamlösung Betriebsmethode Königstein

Weißgrad(%) 76-85 feingeschnittene BWK nach GOST7 690-66 Pkt. 1.3vorbe-

reitet Messung nach TGL7476 Carboxylgruppen (mol/kg) S 30 Methylenblaumethode nach Philipp, Rheder Lang; Das

Papier 19.1(1965)

Kupferzahl ^ 0,40 Einheitsmethode nach Schwalbe Höagglind für Linters

Asche 575 ⁰C (%) ^ 0,80 nach TGL-Entwurf 29288 (575 ⁰C)

α-Cellulose (%) § 97,50 nach TGL 8-2005, Einwaage 1,5 g

Feuchtegehalt (%) 8-11 nachTGL8970

Porenvolumen (cm³/g) Mikroporen sS 0,3643

(Mikroporen 3,39-6250 nm) Makroporen §5,3212

(Makroporen 6452,34-35815,27 nm) Messungennach PorosimeterdokumentationTeil 1

„Anwendungs-und Auswertungsanleitung" Ausgabe

1979/1 derTU Dresden (PorosimeterTyp 225Caslo-Erba-

Strumentazione; Italien)

Claims (2)

1. Erfindungsanspruch:

   1. Verfahren zur chemischen Vorbehandlung von Baumwollkämmlingen der Rohbaumwollsorten 0-4(GOST) bzw. deren Mischungen für die Spezialpapiererzeugung, vorzugsweise zur Erzeugung von Banknotenpapier, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufbereitung nach einer Zweistufenbleichtechnologie im Turbostatprinzip erfolgt unter Verwendung von 2-4,5% Natriumhydroxid, 0,4—1,0% Netzmittel bezogen auf atro Fasermaterial, gleichbedeutend dem Einsatz einer 0,2- bis 0,5%igen Natronlaugenkonzentration bei einem Flottenverhältnis (Faser: Flotte) von 1:5 bis 1:20, vorzugsweise al: 9 bis S 1:15 für die alkalische Heißbehandlung und daß diese Reaktion unter einem Druck von 25-35 N/cm², einer Behandlungsdauer von 70-90 min und bei einer max. Verweilzeit S 60min durchgeführt wird.
2. 2. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sich an die alkalische Heißbehandlung anschließende oxidative Behandlung unter Einsatz von 2,2-2,6% Aktivchlor bezogen auf atro Fasermaterial, gleichbedeutend einem Gehalt von 1,7-2 g/l Aktivchlor bei einem Flottenverhältnis (Faser: Flotte) von vorzugsweise ^ 1:9 bis S1:15, vorzugsweise basierend auf Natriumhypochlorit bei einem pH-Wert von 9,5-11 und einer Reaktionstemperatur von 18-22°C und einer max. Behandlungsdauer von 60min durchgeführt wird.