DE10117236A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bildung einer Faserstoffbahn - Google Patents

Abstract

Bei einem Verfahren zur Bildung einer Faserstoffbahn, insbesondere Papier- oder Kartonbahn, mittels eines Stoffauflaufs mit einer zumindest quer zur Maschinenlaufrichtung segmentierten Stoffsuspensionszuführung wird zur entsprechenden Beeinflussung wenigstens eines Eigenschaftsquerprofils der Faserstoffbahn zumindest einem Segment des Stoffauflaufs Fasermaterial zugeführt, das durch eine chemische Fällungsreaktion mit Zusatzstoff beladen wurde.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bildung ei­ ner Faserstoffbahn, insbesondere Papier- oder Kartonbahn.

Faserstoff zur Herstellung von Papier und Karton wird in der der Papier­ maschine vorgelagerten Faserstoffaufbereitung so aufbereitet, daß die ge­ wünschten Papiereigenschaften, wie z. B. mechanische Eigenschaften, op­ tische Eigenschaften usw., erreicht werden. Dabei können dem Faserstoff Zusatzstoffe, z. B. Füllstoffe, zugegeben werden.

Das Beladen mit einem Zusatzstoff, z. B. Füllstoff, kann beispielsweise durch eine chemische Fällungsreaktion, d. h. inbesondere durch einen sog. "Fiber Loading™"-Prozeß erfolgen, wie er u. a. in der US-A-5 223 090 be­ schrieben ist. Bei einem solchen "Fiber Loading™"-Prozeß wird an die be­ netzten Faseroberflächen des Fasermaterials wenigstens ein Zusatzstoff, insbesondere Füllstoff, eingelagert. Dabei können die Fasern beispielswei­ se mit Calciumcarbonat beladen werden. Hierzu wird dem feuchten, des­ integrierten Fasermaterial Calciumoxid und/oder Calciumhydroxid so zu­ gesetzt, daß zumindest ein Teil davon sich mit dem im Fasermaterial vor­ handenen Wasser assoziiert. Das so behandelte Fasermaterial wird an­ schließend mit Kohlendioxid beaufschlagt. Beim aus dieser US-A-5 223 090 bekannten Verfahren kann der "Fiber Loading™"-Prozeß innerhalb eines Refiners stattfinden.

Dieser Beladungsprozeß erfolgte bisher stets bei quer zur Maschinenlauf­ richtung unveränderlicher Konzentration aschebefüllter Fasern.

Ziel der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren sowie eine verbesserte Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, mit denen insbeson­ dere mechanische und/oder optische Eigenschaften der Faserstoffbahn in Maschinenquerrichtung lokal und damit gezielt beeinflußt werden kön­ nen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Bil­ dung einer Faserstoffbahn, insbesondere Papier- oder Kartonbahn, mittels eines Stoffauflaufs mit einer zumindest quer zur Maschinenlaufrichtung segmentierten Stoffsuspensionszuführung, bei dem zur entsprechenden Beeinflussung wenigstens eines Eigenschaftsquerprofils der Faserstoff­ bahn zumindest einem Segment des Stoffauflaufs Fasermaterial zugeführt wird, das durch eine chemische Fällungsreaktion mit Zusatzstoff beladen wurde.

Aufgrund dieser Ausgestaltung können über einen entsprechenden, auf einer chemischen Fällungsreaktion beruhenden Beladungsprozeß ("Fiber Loading™") insbesondere mechanische und optische Eigenschaften der Faserstoffbahn lokal in Querrichtung und damit gezielt beeinflußt werden. Im Vergleich zu einer herkömmlichen Faserbeladung verändert sich durch den auf einer chemischen Fällungsreaktion beruhenden Beladungsprozeß ("Fiber Loading™") das Festigkeitspotential der Fasern. Der Papierherstellungsprozeß führt dazu, daß die Papierbahn in Querrichtung unter­ schiedliche Eigenschaften aufweist, insbesondere an dessen Rand. Das betreffende Querprofil kann nun über den genannten Beladungsprozeß gezielt beeinflußt werden.

Dabei kann insbesondere die Aschekonzentration bzw. der Anteil an bela­ denem Fasermaterial segmentweise eingestellt werden.

Wird dem Stoffauflauf ein Fasergemisch zugeführt, so ist vorzugsweise auch die Zusammensetzung dieses zugeführten Fasergemisches segment­ weise einstellbar.

So ist es beispielsweise möglich, im Bereich der beiden Bahnränder durch eine chemische Fällungsreaktion mit Zusatzstoff beladenes Fasermaterial und in einem in Querrichtung betrachtet mittleren Bereich auf herkömm­ liche Weise, d. h. anders als durch eine chemische Fällungsreaktion mit Zusatzstoff beladenes Fasermaterial zuzuführen. Damit kann der aus der Papierproduktion resultierende Festigkeitsabfall der Faserstoffbahn zu den Rändern hin entsprechend verringert werden.

Die segmentweisen Einstellungen werden vorzugsweise mittels eines Re­ gelsystems vorgenommen.

Vorteilhafterweise werden über die segmentweisen Einstellungen der Schrumpf, die Dehnung und/oder, z. B. durch festigkeitssteigernde Mittel, wie z. B. Leim, die Querfestigkeit über die Bahnbreite entsprechend beein­ flußt.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können beispielsweise die Be­ druckbarkeitseigenschaften des Papiers und die Handhabbarkeit des Pa­ piers beim Druck, vor allem beim Mehrfarbdruck ("Randrollenproblema­ tik") verbessert werden.

Z. B. in Kombination mit einer Segmentierung einer im Papiermaschinen- Stoffauflauf eingesetzten Lamelle können mechanische Eigenschaften in Quer- und Längsrichtung gezielt und unabhängig voneinander verändert werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielsweise bei einem Modul- Jet-Stoffauflauf angewendet werden, der dazu mit den entsprechenden Mitteln versehen sein kann.

Bei der Trocknung vor allem gestrichener Papiere entstehen kurzzeitig Bahntemperaturen über 100°C. Dies führt zur Dampfbildung innerhalb des Papiers, was bei zu geringer Festigkeit in z-Richtung, d. h. der Dicken­ richtung des Papiers, das Papiergefüge spalten und zu Blasen an der Pa­ pieroberfläche führen kann (sog. "Blistering"). Dieser Effekt nimmt mit dem Flächengewicht bzw. der Blattdicke zu. Die Papiere sind holzfrei oder holzhaltig. Bekanntlich kann eine Verbesserung über die Faserzusam­ mensetzung, die Erhöhung des Mahlgrads, die Reduzierung des Füllstoff­ gehalts, die Formation sowie über die Verfestigung und Leimung des Roh­ papiers erfolgen. Um die Abfuhr des Wasserdampfs durch den Strich zu verbessern, ist eine hohe Porosität wünschenswert, was wiederum durch den Einsatz spezieller, synthetischer Binder möglich ist. Die bisher einge­ setzte Leimung kann außerdem noch zu verbessertem Rupfverhalten füh­ ren.

Durch den auf einer chemischen Fällungsreaktion basierenden Bela­ dungsprozeß ("Fiber Loading™") kann nun eine erhöhte Rohpapierfestigkeit erzielt werden, und zwar ohne daß dabei der Füllstoffgehalt vermindert werden muß.

Gemäß einer bevorzugten praktischen Ausgestaltung des erfindungsge­ mäßen Verfahrens erfolgt die Papierherstellung somit ohne Leimung (z. B. Stärkeauftrag, Hydrophobisierung). Durch die erfindungsgemäße Lösung können Leimpressen, wie sie bisher z. B. für Offsetdruckpapiere, Toiletten­ papier, ZD, vorzugsweise mit weißer Decklage, erforderlich waren, entfal­ len. Mit der das "Fiber Loading™" einbeziehenden erfindungsgemäßen Lö­ sung wird die Oberflächenfestigkeit erhöht und ein Stauben beim Druck­ prozeß (z. B. Offsetdruck) vermieden.

Von Vorteil ist insbesondere auch, wenn nicht getrockneter Faserstoff ("never dried pulp") durch eine chemische Füllungsreaktion mit Zusatz­ stoff beladen wird.

Eine bevorzugte praktische Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfah­ rens zeichnet sich dadurch aus, daß mit dem Zuführen von durch eine chemische Fällungsreaktion mit Zusatzstoff beladenem Fasermaterial im Vergleich zu "konventionell" zugeführter Asche bei gleichbleibendem Zu­ satzstoff oder Ascheanteil die Festigkeit entsprechend geändert wird. Vor­ zugsweise erfolgt das Beladen sowohl innen als auch außen.

Abgesehen davon, daß durch den entsprechenden Beladungsprozeß ("Fiber Loading™") ohne Verringerung des Füllstoffgehalts eine erhöhte Rohpapierfestigkeit erzielt wird, entfällt die bisher vorhandene Abhängigkeit von einem bestimmten Binde- oder Leimungsmittel. Mit dem Einsatz des "Fiber Loading™" entfällt somit insbesondere auch die bisher vorgese­ hene Vordosier-Leimpresse (sog. "SpeedSizer").

Bezüglich der Variation der Konzentration von durch eine chemische Fäl­ lungsreaktion beladenen Fasern kann dann von einer veränderten Festig­ keit bei gleichbleibendem Zusatzstoff oder Aschegehalt gesprochen wer­ den.

Bei dem Fällungsprodukt, mit dem die Fasern im Verfahrensschritt bela­ den werden, kann es sich beispielsweise um Füllstoff handeln. Grund­ sätzlich sind jedoch auch beliebige andere Fällungsprodukte denkbar.

Beim Beladen der Fasern z. B. mit Füllstoff kann beispielsweise Calcium­ carbonat (CaCO₃) an die benetzen Faseroberflächen eingelagert werden, indem dem feuchten Fasermaterial Calciumoxid (CaO) und/oder Calcium­ hydroxid (Ca(OH)₂) zugesetzt wird, wobei zumindest ein Teil davon sich mit dem Wasser der Faserstoffmenge assoziieren kann. Das so behandelte Fasermaterial kann dann mit Kohlendioxid (CO₂) beaufschlagt werden.

Der Begriff "benetzte Faseroberflächen" kann alle benetzten Oberflächen der einzelnen Fasern umfassen. Damit ist insbesondere auch der Fall mit erfaßt, bei dem die Fasern sowohl an ihrer Außenfläche als auch in ihrem Innern (Lumen) mit Calciumcarbonat bzw. einem beliebigen anderen Fäl­ lungsprodukt beladen werden.

Demnach können die Fasern z. B. mit dem Füllstoff Calciumcarbonat be­ laden werden, wobei die Anlagerung an die benetzten Faseroberflächen durch einen sog. "Fiber Loading™"-Prozeß erfolgt, wie er als solcher in der US-A-5 223 090 beschrieben ist. In diesem "Fiber Loading™"-Prozeß rea­ giert z. B. das Kohlendioxid mit dem Calciumhydroxid zu Wasser und Calciumcarbonat.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere Papier- oder Kartonbahn, umfaßt entsprechend einen Stoffauflauf, der eine zumindest quer zur Maschinenlaufrichtung segmen­ tierte Stoffsuspensionszuführung aufweist und mit Mitteln versehen ist, über die zur entsprechenden Beeinflussung wenigstens eines Eigen­ schaftsquerprofils der Faserstoffbahn zumindest einem Segment des Stoffauflaufs Fasermaterial zuführbar ist, das durch eine chemische Fäl­ lungsreaktion mit Zusatzstoff beladen ist.

Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiels beschrieben, bei dem das Fa­ sermaterial beispielsweise mit Calciumcarbonat beladen wird, bei dem es sich um einen Füllstoff handelt.

Dabei kann dem Fasermaterial insbesondere Calciumoxid und/oder Calciumhydroxid (gelöschter Kalk) so zugesetzt werden, daß zumindest ein Teil davon sich mit dem im Fasermaterial, d. h. zwischen den Fasern, in den Hohlfasern und in deren Wänden, vorhandenen Wasser assoziieren kann, wobei sich die folgende chemische Reaktion einstellt:

In dem betreffenden Reaktor wird das Fasermaterial dann derart mit Kohlendioxid (CO₂) beaufschlagt, daß Calciumcarbonat (CaCO₃) an die benetzten Faseroberflächen weitestgehend angelagert wird. Dabei stellt sich die folgende chemische Reaktion ein:

Claims (18)

1. Verfahren zur Bildung einer Faserstoffbahn, insbesondere Papier- oder Kartonbahn, mittels eines Stoffauflaufs mit einer zumindest quer zur Maschinenlaufrichtung segmentierten Stoffsuspensions­ zuführung, bei dem zur entsprechenden Beeinflussung wenigstens eines Eigenschaftsquerprofils der Faserstoffbahn zumindest einem Segment des Stoffauflaufs Fasermaterial zugeführt wird, das durch eine chemische Fällungsreaktion mit Zusatzstoff beladen wurde.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aschekonzentration bzw. der Anteil an beladenem Faser­ material segmentweise eingestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung eines zugeführten Fasergemisches seg­ mentweise eingestellt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine chemische Fällungsreaktion mit Zusatzstoff beladenes Fasermaterial im Bereich der beiden Bahnränder zugeführt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einem in Querrichtung betrachtet mittleren Bereich mit Zu­ satzstoff versehenes Fasermaterial zugeführt wird, das nicht durch eine chemische Fällungsreaktion beladen wurde.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die segmentweisen Einstellungen mittels eines Regelsystems vorgenommen werden.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß über die segmentweisen Einstellungen der Schrumpf, die Deh­ nung und/oder, z. B. durch festigkeitssteigernde Mittel wie z. B. Leim, die Querfestigkeit über die Bahnbreite entsprechend beein­ flußt werden.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Papierherstellung ohne Leimung erfolgt.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nicht getrockneter Faserstoff ("never dried pulp") durch eine chemische Fällungsreaktion mit Zusatzstoff beladen wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Zuführen von durch eine chemische Fällungsreaktion mit Zusatzstoff beladenem Fasermaterial bei gleich bleibendem Zu­ satzstoff- oder Ascheanteil die Festigkeit entsprechend geändert wird.

11. Vorrichtung zur Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere Pa­ pier- oder Kartonbahn, mit einem Stoffauflauf, der eine zumindest quer zur Maschinenlaufrichtung segmentierte Stoffsuspensionszu­ führung aufweist und mit Mitteln versehen ist, über die zur entspre­ chenden Beeinflussung wenigstens eines Eigenschaftsquerprofils der Faserstoffbahn zumindest einem Segment des Stoffauflaufs Fa­ sermaterial zuführbar ist, das durch eine chemische Fällungsreakti­ on mit Zusatzstoff beladen ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Konsistenz oder Konzentration des zugeführten Fasermate­ rials segmentweise einstellbar ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung eines zugeführten Fasergemisches seg­ mentweise einstellbar ist.

14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine chemische Fällungsreaktion mit Zusatzstoff belade­ nes Fasermaterial im Bereich der beiden Bahnränder zuführbar ist.

15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einem in Querrichtung betrachtet mittleren Bereich mit Zu­ satzstoff versehenes Fasermaterial zuführbar ist, das nicht durch eine chemische Fällungsreaktion beladen ist.

16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur segmentweisen Einstellung ein Regelsystem vorgesehen ist.

17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß über die segmentweisen Einstellungen der Schrumpf, die Deh­ nung und/oder die Querfestigkeit über die Bahnbreite entsprechend beeinflußbar ist.

18. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Zuführen von durch eine chemische Fällungsreaktion mit Zusatzstoff beladenem Fasermaterial bei gleich bleibendem Zu­ satzstoff- oder Ascheanteil die Festigkeit entsprechend veränderbar ist.