DE102005015782A1 - Verfahren zur Herstellung von multifunktionalen Papieren und nach diesen Verfahren hergestellte Papiere - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung von multifunktionalen Papieren, die durch eine im Papierherstellungsprozess integrierte Injektionsstrahlvorrichtung zu neuartigen Papieren perforiert und/oder imprägniert werden. Die Zugabe von schrumpfenden Materialkomponenten in den Ausgangsstoffen oder aber die Doublierung von insbesondere linearen Funktionskörpern auf die noch un- oder teilverfestigte, feuchte Materialbahn ermöglichen weitere neuartige Ausführungsformen für Papiere und Papierverbundflächen.

Description

• Die Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung von perforierten und oder imprägnierten multifunktionalen Papieren. Im Verfahrensprozess der Papierherstellung werden Injektionsstrahlvorrichtungen integriert, bei denen unter Druck stehende Strahlen aus Flüssigkeiten und oder Gasen die noch un- oder teilverfestigte feuchte Materialbahn durchdringen. Anzahl, Ausführungsarten und Anordnungen der Injektionsstrahlvorrichtungen sind für die Multifunktionalität der Papiere von entscheidender Bedeutung. Es werden vornehmlich Spezialpapiere für die Filtration und den medizinischen Bereich hergestellt.
• Die Papierherstellung erfolgt über die wesentlichsten, bekannten Verfahrensstufen wie Stoffaufbereitung und Komponentenmischung, Siebauflauf, Entwässern/Filtern, Pressen, Trocknen, Kühlen, Glätten und Konfektionieren. Der für die Papierherstellung typische Verfestigungsvorgang selbst basiert auf der Entfeuchtung mittels Druckwalzen sowie der Trocknung der aus vornehmlich Zellulosekurzfasern, Leimen und anderen Zuschlagstoffen bestehenden, aufbereiteten, bahnförmigen Ausgangsmaterialien. Die dabei zum Einsatz kommenden Vorrichtungen und Verfahren sind bekannt und der jeweiligen Papierart angepasst. Die im Nonwovensbereich eingesetzten Verfestigungsverfahren auf Basis der Injektion von unter Druck stehende Strahlen gleicher oder unterschiedlicher Medien werden unter anderem in der WO 941 11557 A1 und in der DE 3302709 A1 näher beschrieben. In der Patentschrift DE 100 47 777 A1 vom 18.09.2000 wird beschrieben, wie eine Vliesstoffverfestigung mittels unter Druck stehenden Strahlen erfolgt, welche aus einem Gemisch von Flüssigkeiten und Gasen bestehen.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Prozess der Papierherstellung so zu gestalten, dass neuartige multifunktionale Papiere mit insbesondere verbesserten Filtereigenschaften und chemischer Wirksamkeit hergestellt werden können.
• Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass eine aus einer Fasersuspension hergestellte un- oder teilverfestigte feuchte Materialbahn, insbesondere vor dem Trocknungsverfestigungsvorgang, durch Injektionsstrahlen durchdrungen wird und dadurch eine Perforation und oder Imprägnierung erfolgt. Es konnte überraschend festgestellt werden, dass eine der Langsiebpapiermaschine nachgeschaltete einstufige Injektionsstrahlvorrichtung die erfindungsgemäße Aufgabe erfüllte.
• Die Ausführung einer solchen Injektionsstrahlvorrichtung kann sehr unterschiedlich sein. So ist es möglich ein- oder mehrstufige Fluidstrahlvorrichtungen einzusetzen, welche mit unter Druck stehenden Fluidstrahlen die feuchte Materialbahn durchdringen und somit perforieren. Durch die Zugabe von Wirkstoffen kann der Perforiervorgang auch zur Imprägnierung genutzt werden. Andere Injektionsmedien wie Gase oder Gemische aus Flüssigkeiten und Gasen erzielen ähnliche Effekte. Die Wirksamkeit der in dem Papierherstellungsprozess integrierten Injektionsstrahlvorrichtung war nicht zu erwarten. Normalerweise werden Injektionsstrahlvorrichtungen zur Verfestigung von Trockenfaservliesen eingesetzt. Bei der erfindungsgemäßen Anwendung war davon auszugehen, dass bei der Einwirkung von unter Druck stehenden Injektionsstrahlen auf die noch un- oder teilverfestigte, feuchte Materialbahn die Homogenität des nach dem Trocknungsverfestigungsvorgang hergestellten Papiers gestört wird oder aber der Papierherstellungsprozess durch den zu erwartenden Festigkeitsverlust der Materialbahn nicht zustande kommt. Es hat sich gezeigt, dass die Funktionalität der Erfindung gesichert ist, wenn eine gewisse innere Festigkeit der un- oder teilverfestigten, feuchten Materialbahn vorhanden ist. Es ist besonders vorteilhaft, wenn den Ausgangsmaterialien des Papiers stabilisierende Fasern beigemischt sind, die über den üblichen Kurzfaserlängen liegen. Es hat sich auch gezeigt, dass gegenüber Injektionsstrahlen aus Flüssigkeiten besonders Gemische aus Flüssigkeiten und Gasen sinnvoll sind, um den zusätzlichen mit der Perforierung verbundenen Feuchteeintrag in die schon zum Teil entfeuchtete Materialbahn, gering zu halten. Ein hoher Gasanteil in den Injektionsstrahlen sowie die perforierte Materialfläche wirken auf den Trocknungsverfestigungsvorgang des Papiers positiv, daher energiereduzierend. Es hat sich gezeigt, dass der Perforationsvorgang besonders in der Endzone einer beispielsweisen Langsiebpapiermaschine, daher im Bereich der Saugzonen, oder aber nach weiteren Entwässerungsvorgängen erfolgen sollte. Bei der Imprägnierung der noch feuchten Materialbahn sind getrennte Stoffkreisläufe -Injektionsvorrichtung/Filtration- vorteilhaft. Die Multifunktionalität der Papiere wird dadurch verbessert, dass zusätzliche Materialbahnen oder andere insbesondere lineare Funktionskörper auf die für die Papierherstellung vorgesehene feuchte Materialbahn doubliert und durch den Injektionsstrahlvorgang und oder den Papiertrocknungsprozess zu einem Papierflächenverbund zusammengefügt werden. Weitere interessante Effekte lassen sich durch Zugabe von schrumpffähigen Materialkomponenten in den Ausgangsstoffen und deren gezielter Schrumpfauslösung vor, während oder nach dem Papiertrocknungsprozess erreichen. Die funktionsbestimmenden Parameter beim erfindungsgemäßen Prozess der Papierperforierung sind die Anordnung und Ausführung der Injektionsstrahlvorrichtung sowie die Zusammensetzung der verschiedenen Ausgangsmaterialien.
• Zur Herstellung eines Filterpapiers besteht die Forderung die Porösität zu erhöhen, um die Filtereigenschaften zu verbessern.
• Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass eine Faserstoffsuspension mit bekannten Komponenten und einer Stoffdichte von ca. 0,8–1,1% einer Langsiebpapiermaschine zugeführt wird. Nach dem Blattbildungsverfahren und weiteren Entwässerungsvorrichtungen ist eine einstufige Injektionsstrahlvorrichtung installiert. Die Materialbahn mit einer Restfeuchte von ca. 40% wird mit unter einem Druck von 40 bar stehenden Fluidstrahlen durchdrungen und perforiert. Die perforierte Materialbahn wird durch eine weitere Entfeuchtungsvorrichtung geführt und in einem nachgeschalteten Papiertrockner endverfestigt.
• In einem anderem Beispiel werden den Injektionsstrahlen Wirkstoffe zugesetzt, welche die Materialbahn imprägnieren und den späteren Einsatz als chemisch aktives Papier ermöglichen.
• Eine weitere Variante beinhaltet das Doublieren von linearen, leitfähigen und verstärkenden Materialien auf die feuchte, un- oder teilverfestigte Materialbahn und die stoffliche Integrierung durch den Injektionsstrahlvorgang zu einem Materialverbund.
• In einer Ausführungsart sind der Faserstoffsuspension schrumpffähige Faserkomponenten zu einem Feststoffanteil von 10%, bezogen auf das fertige Endprodukt, beigemischt. Diese Faserstoffsuspension wird zunächst auf eine Trägerfläche aufgebracht und einer Langsiebpapiermaschine vorgelegt.. Die zur Perforierung eingesetzte Injektionsstrahlvorrichtung verbindet beide Materialbahnen. Eine dem Papiertrockner vorgeschaltete Trocknungsvorrichtung löst den Schrumpf der schrumpffähigen Faserkomponenten in der noch nicht endverfestigten Materialbahn durch Wärmeeinwirkung aus. Die so hergestellte strukturierte Materialbahn wird mit dem Papiertrocknungsprozess dauerhaft fixiert. In einem weiteren Versuch wird der Faserschrumpf in der Materialbahn erst mit dem Papiertrocknungsprozess ausgelöst.

Claims (14)

1. Verfahren zur Herstellung von multifunktionalen Papieren mit im Papierherstellungsprozess integrierter Injektionsstrahlvorrichtung, welche in ihrer Anzahl, Ausführung und Anordnung beliebig ist, dadurch gekennzeichnet, dass unter Druck stehende Flüssigkeitsstrahlen, Gasstrahlen oder Flüssigkeits-/Gasstrahlgemische einer zur Papierherstellung gebildeten un- oder teilverfestigten, feuchten Materialbahn perforieren.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Injektionsstrahlen Wirkstoffe enthalten und eine zur Papierherstellung vorgelegte un- oder teilverfestigte feuchte Materialbahn imprägnieren.
3. Verfahren nach Anspruch 1–2, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Perforiervorgang und oder Imprägniertvorgang eine zusätzliche Stabilisierung der für die Papierherstellung vorgelegten Materialbahn erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass insbesondere lineare Körper und oder Papier-/Textilflächen auf die feuchte Materialbahn doubliert und durch den Injektionsstrahlprozess und oder dem Papiertrocknungsprozess zu einem Papierverbundstoff verfestigt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass die eingesetzten Materialkomponenten ganz oder teilweise unterschiedlich schrumpfende Eigenschaften aufweisen und diese vor, während oder nach dem Papiertrocknungsprozess gezielt ausgelöst werden.
6. Verfahren nach Anspruch 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass thermoplastische Materialien den Ausgangsstoffen zugemischt werden und bei Temperatur- und oder Druckeinwirkung vor, während oder nach dem Papiertrocknungsprozess eine zusätzliche Papierflächenverfestigung erfolgt.
7. Multifunktionale Papiere nach mindestens einen der Ansprüche 1–6, mit verbesserten Festigkeitseigenschaften und ohne oder aber reduzierten Binderanteilen im Papier für insbesondere ökologische Anwenderbereiche.
8. Multifunktionale Papiere nach mindestens einen der Ansprüche 1–6, mit verbesserten elastischen Eigenschaften für insbesondere akustische Anwenderbereiche.
9. Multifunktionale Papiere nach Anspruch 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass Papiere für die Diagnoseanwendung, der analytischen Lebensmittelkontrolle und den Nachweis von allergieauslösenden Stoffen, spezifische chemische Wirkstoffe enthalten.
10. Multifunktionale Papiere nach Anspruch 1–6, gekennzeichnet durch perforierte und oder strukturierte Ausführungen und der Anwendung als Filterpapier.
11. Multifunktionale Papiere hergestellt nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Papierflächenverbundstoff im Bereich der Tiefenfiltration angewendet wird.
12. Multifunktionale Papiere hergestellt nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine voluminöse, strukturierte Fläche und dem Einsatz als Krepppapier.
13. Multifunktionale Papiere hergestellt nach Anspruch 1–6, mit integrierten Funktionsmaterialien zur Erfassung und Weiterleitung von Datenmaterialien.
14. Multifunktionale Papiere nach Anspruch 1–6, mit integrierten selbstleuchtenden oder zum Leuchten anregbaren Stoffen.