DE102014002446A1

DE102014002446A1 - Additive for a pulp

Info

Publication number: DE102014002446A1
Application number: DE102014002446.6A
Authority: DE
Inventors: Sascha Galic; Antun Starcevic
Original assignee: J Rettenmaier and Soehne GmbH and Co KG
Current assignee: J Rettenmaier and Soehne GmbH and Co KG
Priority date: 2014-02-25
Filing date: 2014-02-25
Publication date: 2015-08-27
Also published as: WO2015128323A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen cellulosehaltigen Faserstoff als Additiv beim Herstellen von Papier und Karton mit Flächengewicht < 180 g/m2, umfassend die folgenden Merkmale: – mehr als 50% der Fasern des Faserstoffes weisen eine Länge von unter 600 μm auf; – das Additiv liegt in der Form eines trockenen Schüttgutes vor; – der Mahlgrad des Additivs nach Schopper-Riegler liegt unter 25°SR.The invention relates to a cellulosic fibrous material as an additive in the manufacture of paper and board with surface weight <180 g / m 2, comprising the following features: more than 50% of the fibers of the fibrous material have a length of less than 600 μm; - The additive is in the form of a dry bulk material; - The freeness of the additive according to Schopper-Riegler is below 25 ° SR.

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet von Stoffen, welche Cellulose enthalten. Es betrifft ferner das Gebiet der natürlichen und künstlichen Faserstoffe sowie der hieraus gefertigten flächigen Produkte. Hierzu gehören in erster Linie Papier und Karton mit Flächengewichten unter 180 g/m², besonders mit Flächengewichten unter 100 g/m², ganz besonders mit Flächengewichten unter 50 g/m² wie zum Beispiel Tissue (Hygienepapiere, Tischtücher, Saugvliese, Küchenrollen, Servietten...) mit Flächengewichten von 14–45 g/m² und leichtgewichtige Verpackungs- und Dünndruckpapiere (Bäckerbeutel, Backpapier...) mit Flächengewichten von 20–40 g/m². Weitere Beispiele sind Schreib-, Druck- und Fotopapiere mit Flächengewichten von 60–100 g/m² sowie Fluting, Liner und Testliner mit Flächengewichten von 100–180 g/m².The invention relates to the field of materials containing cellulose. It also relates to the field of natural and artificial fibers and the sheet-like products produced therefrom. These include primarily paper and board with basis weights below 180 g / m ² , especially with basis weights below 100 g / m ² , especially with basis weights below 50 g / m ² such as tissue (tissue paper, tablecloths, absorbent nonwovens, kitchen rolls, Napkins ...) with basis weights of 14-45 g / m ² and lightweight packaging and thin-printing papers (baker's bags, baking paper ...) with basis weights of 20-40 g / m ² . Further examples are writing, printing and photographic papers with basis weights of 60-100 g / m ² as well as fluting, liners and testliner with basis weights of 100-180 g / m ² .

Diese werden bekanntlich vorwiegend aus natürlichen Faserstoffen hergestellt, aber auch aus künstlichen Faserstoffen.These are known to be made mainly from natural fibers, but also from artificial fibers.

Als sogenannte Halbstoffe oder Ausgangsstoffe kommen reine Cellulosefasern in Betracht, deinkte Altpapierfasern, Fasern aus Altpapier, Holzschliff, thermomechanisch behandelte Stoffe (TMP), chemisch-thermomechanisch behandelte Stoffe (CTMP), ferner BCTMP, fein fibrilliertes cellulosehaltiges Material. Als Zuschlagstoffe kommen organische Additive wie Nassfestmittel, Retentionsmittel, Bindemittel oder anorganische Füllstoffe und/oder Pigmente wie zum Beispiel Calciumcarbonat, Kaolin, Titandioxid, Zinksulfid, Bariumsulfat in Betracht.As so-called pulps or starting materials are pure cellulose fibers into consideration, deinked waste paper fibers, fibers from waste paper, groundwood, thermo-mechanically treated substances (TMP), chemi-thermo-mechanically treated substances (CTMP), also BCTMP, finely fibrillated cellulose-containing material. Suitable additives are organic additives such as wet strength agents, retention aids, binders or inorganic fillers and / or pigments such as, for example, calcium carbonate, kaolin, titanium dioxide, zinc sulfide, barium sulfate.

Die genannten Faserstoffe werden zunächst in die Form einer Suspension überführt, das heißt einer Aufschwemmung aus den genannten Faserstoffen und Wasser, gegebenenfalls unter Zugabe der genannten Zuschlagstoffe. Die Suspension wird in umfangreichen Aufbereitungsverfahren behandelt. Dabei werden Mahl- und Zerkleinerungseinrichtungen verwendet, zum Beispiel Refiner. Der Mahlprozess führt zu einem Fibrillieren der Faser in der Suspension. Je nach Art und Intensität des Mahlprozesses weist die Suspension einen bestimmten Mahlgrad auf, zum Beispiel in der Einheit Schopper-Riegler gemessen. Darunter versteht man die Entwässerungsfähigkeit der Suspension.The fibrous materials mentioned are first converted into the form of a suspension, that is to a suspension of said fibrous materials and water, optionally with the addition of said additives. The suspension is treated in extensive treatment processes. This grinding and crushing devices are used, for example, refiner. The milling process results in fibrillation of the fiber in the suspension. Depending on the type and intensity of the grinding process, the suspension has a certain degree of grinding, for example measured in the Schopper-Riegler unit. By this is meant the drainage capacity of the suspension.

Nach der genannten Behandlung in der Aufbereitungsanlage wird die Suspension einem Stoffauflauf zugeführt, der am Anfang einer Papiermaschine angeordnet ist. Dieser erzeugt einen maschinenbreiten Suspensionsstrahl oder Stoffstrahl. Der Stoffstrahl wird auf ein umlaufendes Papiermaschinensieb aufgegeben und hierbei entwässert.After the said treatment in the treatment plant, the suspension is fed to a headbox, which is arranged at the beginning of a paper machine. This produces a machine-wide suspension jet or material jet. The material jet is applied to a rotating paper machine screen and dehydrated.

Es gibt eine Vielzahl von Anforderungen, die an Papier gestellt werden, je nach Verwendungszweck. Dabei ist es schwierig, alle Anforderungen gleichzeitig zu erfüllen. Insbesondere die Parameter Reiß- beziehungsweise Nassfestigkeit und Erhöhung des Füllstoffgehaltes beeinflussen sich gegenseitig. Entscheidend für die wirtschaftliche Betriebsweise des Yankee-Trockners in der Tissuefertigung sind weiterhin das Verhältnis von Nass-zu Trockenfestigkeit, deren Absolutwerte sowie ein geringes Ausstauben von Fasern in der Trocknerpartie. Eine Erhöhung des Füllstoffgehaltes führt zu einer Abnahme der Festigkeiten sowohl im Nasszustand bei der Herstellung als auch vom fertigen Papier. Die Anforderungen betreffen unter anderem die Festigkeit, die Dicke, das Flächengewicht. Bei sogenanntem Tissue ist es häufig schwierig, gleichzeitig ein geringes Flächengewicht und eine hohe Festigkeit zu erzielen. Die Festigkeit lässt sich durch eine intensive Mahlung der Papierstoffsuspension steigern, mit dem Nachteil, dass sich die Entwässerungsleistung entsprechend verschlechtert und sich der Energieaufwand erhöht.There are a variety of requirements that are made on paper, depending on the purpose. It is difficult to meet all requirements at the same time. In particular, the parameters tear or wet strength and increase the filler content influence each other. Decisive factors for the economic operation of the Yankee dryer in tissue manufacturing are the ratio of wet to dry strength, their absolute values and a low dusting of fibers in the dryer section. An increase in the filler content leads to a decrease in the strengths both in the wet state during production and from the finished paper. The requirements include strength, thickness, weight per unit area. With so-called tissue, it is often difficult to simultaneously achieve a low basis weight and a high strength. The strength can be increased by intensive grinding of the pulp suspension, with the disadvantage that the dewatering performance deteriorates accordingly and increases the energy consumption.

Stattdessen kann man auch Zusatzstoffe verwenden, wie beispielsweise Polymere oder Stärke. Neben dem wirtschaftlichen und umwelttechnischen Aspekt entstehen dadurch weitere Nachteile und negative Einflüsse wie die Anreicherung von Störstoffen, der Veränderung des Zetapotentials, Erhöhung der Schaumbildung der Papierstoffsuspension, Verschlechterung der Leimung, Erhöhung der Flockung oder Umweltverschmutzung.Instead, one can also use additives, such as polymers or starch. In addition to the economic and environmental aspect, this results in further disadvantages and negative influences such as the accumulation of impurities, the change in the zeta potential, increasing the foaming of the pulp suspension, deterioration of the sizing, increasing the flocculation or environmental pollution.

Bekannt ist der Einsatz fibrillierter cellulosischer Fasern zur Erhöhung der Festigkeit sowie des Füllstoffanteils usw. Diese Fasern werden typischerweise durch hohe mechanische Bearbeitung, verbunden mit einem hohen Energieaufwand, hergestellt und weisen einen sehr hohen Schopper-Riegler-Grad auf. Sie werden ausschließlich als (typischerweise niederkonsistente) Fasersuspension angewandt, weil durch eine Trocknung die Fibrillierung und damit die oben genannten Eigenschaften weitestgehend verloren gehen. Hohe Herstellkosten, der niedrige Feststoffgehalt sowie andere Probleme beim Umgang mit Suspensionen organischer Materialien (Mikrobiologie usw.) schränken den Einsatzbereich derartiger Produkte aber stark ein bzw. machen den Einsatz unmöglich.Known is the use of fibrillated cellulosic fibers to increase the strength and the filler content, etc. These fibers are typically produced by high mechanical processing, combined with a high energy consumption, and have a very high Schopper Riegler degree. They are used exclusively as a (typically low-consistency) fiber suspension because drying largely destroys the fibrillation and thus the properties mentioned above. However, high production costs, the low solids content and other problems in dealing with suspensions of organic materials (microbiology, etc.) severely limit the range of use of such products or render their use impossible.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Additiv anzugeben, das die genannten Nachteile vermeidet und das bei Zugabe zu einer Papierstoffsuspension die Festigkeit des daraus erzeugten Papieres steigert, ferner eine Papierstoffsuspension mit einem entsprechenden Additiv sowie ein Verfahren zum Aufbereiten einer Papierstoffsuspension.The invention has for its object to provide an additive which avoids the disadvantages mentioned and which increases the strength of the paper produced therefrom when added to a pulp suspension, also a pulp suspension with a corresponding additive and a method for processing a pulp suspension.

Diese Aufgabe wird mit den selbständigen Ansprüchen gelöst. Der Kerngedanke der Erfindung besteht in der Verwendung eines Additivs, umfassend einen Faserstoff, dessen Fasern mehrheitlich eine Länge von unter 600 μm aufweisen, und der einen sehr niedrigen Mahlgrad hat. Die Länge der einzelnen Faser des Additivs ist relativ klein. Das Längen-Durchmesser-Verhältnis liegt bevorzugt unter 15:1, 10:1, 5:1 oder unter Zwischenwerten hiervon. Es wird in einer Menge von maximal 35 Gew.-% zum Papier-Faserstoff oder Cellullose-Faserstoff zugegeben. This object is achieved with the independent claims. The essence of the invention is the use of an additive comprising a pulp, the majority of whose fibers have a length of less than 600 microns, and has a very low freeness. The length of the single fiber of the additive is relatively small. The length-to-diameter ratio is preferably less than 15: 1, 10: 1, 5: 1, or intermediate values thereof. It is added in an amount of at most 35 wt .-% of paper pulp or cellulose pulp.

Auch geringere Anteile sind möglich, somit maximal 30%, 20, 15, 10 oder Werte dazwischen.Even lower proportions are possible, thus a maximum of 30%, 20, 15, 10 or values in between.

Es hat sich gezeigt, dass die Zugabe von feinen cellulosischen Fasern mit sehr niedrigem Mahlgrad in den Papierherstellungsprozess den im Labor gemessenen Mahlgrad (°SR = Grad Schopper-Riegler) der gesamten Faserstoffsuspension erhöht, ohne die anschließende Entwässerungsleistung während der Blattbildung zu verschlechtern. Überraschenderweise wird kein erhöhtes Ausstauben der relativ gering ausgemahlenen und relativ kurzfasrigen Cellulose oder Lignocellulose in der Yankee-Trocknerpartie beobachtet, obwohl dieser Stoff für Papiermacher tendenziell den mehligen Stoffen zuzuordnen ist, die z. B. nach röscher Mahlung erhalten werden:It has been found that the addition of fine cellulosic fibers with very low freeness in the papermaking process increases the laboratory-measured freeness (° SR = Schopper-Riegler grade) of the entire pulp suspension, without degrading the subsequent dewatering performance during sheet formation. Surprisingly, no increased dusting of the relatively poorly ground and relatively short fiber cellulose or lignocellulose is observed in the Yankee dryer section, although for papermakers this material tends to be associated with the floury materials, e.g. B. after Röder grinding be obtained:

Ausführungsbeispiel 1Embodiment 1

Hartholz-Pulvercellulose „ARBOCEL BE 600/30 PU” liefert mittels Camsizer XT eine mittlere Länge Fe max = 86 μm, eine mittlere Breite Xc min = 34 μm sowie einen Mittelwert b/l3 = 0,514–0,645. Das Länge-Durchmesser-Verhältnis liegt bei etwa 1,55–1,94. Die Partikelkenngröße Q3 [50%] beträgt 26,7–48,5 μm.Hardwood powder cellulose "ARBOCEL BE 600/30 PU" provides a mean length Fe max = 86 μm, a mean width Xc min = 34 μm and a mean value b / l 3 = 0.514-0.645 using Camsizer XT. The length-to-diameter ratio is about 1.55-1.94. The particle parameter Q3 [50%] is 26.7-48.5 μm.

Ausführungsbeispiel 2Embodiment 2

Die Weichholzfaser „ARBOCEL C750 FP” liefert mittels Camsizer XT einen Mittelwert b/l3 = 0,457–0,555. Die Partikelkenngröße Q3 [50%] beträgt 43,8–99,9 μm.The softwood fiber "ARBOCEL C750 FP" uses Camsizer XT to give an average value of b / l3 = 0.457-0.555. The particle parameter Q3 [50%] is 43.8-99.9 μm.

Ausführungsbeispiel 3Embodiment 3

Die sehr feine Weichholzfaser „ARBOCEL CW 630 PU” liefert mittels Camsizer XT einen Mittelwert b/l3 = 0,528–0,630. Die Partikelkenngröße Q3 [50%] beträgt 29,9–53,7 μm.The very fine softwood fiber "ARBOCEL CW 630 PU" delivers an average value of b / l3 = 0.528-0.630 using Camsizer XT. The particle parameter Q3 [50%] is 29.9-53.7 μm.

Das kann bedeuten, dass die Struktur der erfindungsmäßigen Faser sich in besonderer Weise eignet, einen Verbund mit der eingesetzten Papierfaser einzugehen.This may mean that the structure of the fiber according to the invention is particularly suitable for forming a composite with the paper fiber used.

Dieser Effekt kann auch dazu genutzt werden, die Mahlaggregate weniger zu belasten und dadurch den Energiebedarf zu senken.This effect can also be used to reduce the burden on the grinding units and thereby reduce the energy requirement.

Weiterhin wirken die cellulosischen Fasern als Abstandshalter zwischen den Fasern des Papierrohstoffs. Der Papiermacher kann bei gleichbleibender Dicke des Papiers die Grammatur verringern, was die Menge an eingesetztem Rohstoff reduziert und somit Kosten spart. Diese Abstandshalter-Funktion verbessert auch den Entwässerungsprozess bei der Blattbildung und erhöht dadurch die Retention aller wasserunlöslichen Feinstoffe. Das entlastet den Wasserkreislauf in der Papierfabrik. Die genannte Wirkung des Additivs ist insofern überraschend, als gerade hochgemahlene Faserstoffe die Festigkeit des zu erzeugenden Papieres steigern, nicht aber niedriggemahlene Faserstoffe.Furthermore, the cellulosic fibers act as spacers between the fibers of the paper stock. The papermaker can reduce the grammage with the same thickness of the paper, which reduces the amount of raw material used and thus saves costs. This spacer function also improves the drainage process during sheet formation and thereby increases the retention of all water-insoluble fines. This relieves the water cycle in the paper mill. The said effect of the additive is surprising insofar as just highly milled fibers increase the strength of the paper to be produced, but not low-milled fibers.

Der genaue Wirkmechanismus ist derzeit nicht geklärt. Man kann annehmen, dass die zugegebene cellulosische Faser zusätzliche Bindestellen zwischen den eingesetzten Rohstofffasern schafft. Dadurch erhöhen sich die Festigkeiten im Blatt. Diese höheren Festigkeiten können zum Beispiel dazu genutzt werden, das Papier stärker zu kreppen, was zu einer höheren Weichheit führt – Vorteil zum Beispiel bei der Tissue- und Krepppapierproduktion.The exact mechanism of action is currently unclear. It can be assumed that the added cellulosic fiber creates additional binding sites between the raw material fibers used. This increases the strength in the sheet. These higher strengths can be used, for example, to crease the paper more, which leads to a higher softness - advantage for example in the tissue and crepe paper production.

Wichtige Merkmale der Erfindung lassen sich wie folgt zusammenfassen:

– Das Additiv umfasst einen natürlichen Faserstoff wie Cellulose oder cellulosehaltige Fasern, insbesondere Holz (auch Stroh, Flachs usw.) oder einen künstlichen Faserstoff oder ein Gemisch aus diesen;
– mehr als 50 Prozent der Fasern des Faserstoffes weisen eine Länge von unter 600 μm auf; in vielen Fällen ist es vorteilhaft, wenn die Faserlänge kürzer ist, weil dann z. B. der Einsatz in noch dünneren Papieren problemlos möglich ist; die Faserlänge kann in solchen Fällen gegebenenfalls auch unter 500, 400, 300, 200, 100 μm betragen, gemessen mit dem Camsizer XT der Fa. Retsch;
– das Additiv liegt in Form eines trockenen Schüttgutes vor;
– der Mahlgrad des Additivs nach Schopper-Riegler liegt bei max. 25°SR, besonders bevorzugt bei maximal 15°SR. Auch Zwischenwerte des Mahlgrades sind möglich, somit beispielsweise 20°SR.

Important features of the invention can be summarized as follows:

- The additive comprises a natural pulp such as cellulose or cellulose-containing fibers, especially wood (including straw, flax, etc.) or an artificial pulp or a mixture of these;
- More than 50 percent of the fibers of the pulp have a length of less than 600 microns; In many cases, it is advantageous if the fiber length is shorter, because then z. B. the use in even thinner papers is easily possible; the fiber length may in such cases also be below 500, 400, 300, 200, 100 μm, as measured with the Camsizer XT from Retsch;
- The additive is in the form of a dry bulk material;
- The freeness of the additive according to Schopper-Riegler is max. 25 ° SR, more preferably at a maximum of 15 ° SR. Also intermediate values of the degree of grinding are possible, thus for example 20 ° SR.

Herausragende Vorteile sind die Folgenden:

– das Additiv erhöht die Papierfestigkeiten (Reißfestigkeit, Reißlänge, Dehnung) um mehr als 5%;
– das Additiv erhöht den Mahlgrad der Faserstoffsuspension um mehr als 5% bei gleichbleibender Entwässerungsleistung;
– das Additiv steigert die Gesamtretention um mehr als 5%;
– das Additiv ermöglicht eine Reduzierung der Grammatur um mehr als 3%.

Outstanding advantages are the following:

- The additive increases the paper strengths (tear strength, tear length, elongation) by more than 5%;
- The additive increases the freeness of the pulp suspension by more than 5% with the same dewatering performance;
The additive increases the overall retention by more than 5%;
- The additive allows a reduction of the grammage by more than 3%.

Weiterhin kann die Faserart und Betriebsweise in der Fertigung so gewählt werden, dass das Additiv kein erhöhtes Ausstauben beim Trocknen auf dem Yankee-Trockner, beim Kreppen und bei Schneiden (Schnittkantenstaub) liefert.Furthermore, the type of fiber and operation in the manufacturing can be chosen so that the additive provides no increased dusting during drying on the Yankee dryer, creping and cutting (cut edge dust).

Fallstudien:Case studies:

Kurzformer PapiermaschineShort Former Paper Machine

Machine speed: 1500 m / min
Production capacity: 70 t / day
Paper stock: 50% long fiber / 50% short fiber
Paper quality: Tissue with grammage 15.5 g / m 2
Dosage Additive: 1% ARBOCEL BE 600-30 PU
Increasing the degree of grinding from 36 to 44 ° SR
Increasing the breaking length from 1150 to 1500 m in the machine direction and from 625 to 650 m in the transverse direction
Increasing the elongation from 22.5 to 33%

Kurzformer PapiermaschineShort Former Paper Machine

Machine speed: 1250 m / min
Production capacity: 55 t / day
Paper stock: 70% long fiber / 30% short fiber
Paper quality: tissue with grammage 17 g / m 2
Dosage Additive: 0.6% ARBOCEL BE 600-30 PU
Increasing the degree of grinding from 38 to 45 ° SR
Increasing the breaking length from 1230 to 1550 m in the machine direction and from 710 to 790 m in the transverse direction
Reduction of the grammage from 17 to 15 g / m 2

Kurzformer PapiermaschineShort Former Paper Machine

Machine speed: 1800 m / min
Production capacity: 82 t / day
Paper stock: 75% long fiber / 25% short fiber
Paper quality: tissue with grammage 17 g / m 2
Dosage Additive: 1.2% ARBOCEL BE 600-30 PU
Increasing the degree of grinding from 39 to 44 ° SR
Increasing the breaking length from 1250 to 1600 m in the machine direction and from 680 to 730 m in the transverse direction
Reduction of the grammage from 17 to 15 g / m 2

Papiermaschinepaper machine

Machine speed: 500 m / min
Production capacity: 30 t / day
Paper stock: 100% recovered paper
Paper quality: Tissue with grammage 15 g / m 2
Dosage Additive: 0.2% ARBOCEL C 750 FP
Increased retention from 62 to 74%
Increasing the breaking length from 460 to 550 m in the machine direction and from 280 to 420 m in the transverse direction
Reduction of the grammage from 15 to 14.5 g / m 2

Papiermaschinepaper machine

Machine speed: 360 m / min
Production capacity: 22 t / day
Paper stock: 100% recovered paper
Paper quality: Tissue with grammage 16 g / m 2
Dosage Additive: 0.2% ARBOCEL C 750 FP
Increase in retention from 52 to 75%
Increasing the breaking length from 600 to 750 m in the machine direction and from 400 to 510 m in the transverse direction
Reduction of the grammage from 16 to 14 g / m 2

Bei Bedarf können den erfindungsgemäßen Fasern noch weitere Stoffe zugefügt werden, welche üblicherweise im Papier- und Kartonbereich eingesetzt werden. Insofern sind in dieser Erfindung auch Stoffgemische etc. eingeschlossen, welche die oben genannten erfindungsgemäßen Fasern beinhalten.If necessary, further fibers can be added to the fibers according to the invention, which are usually used in the paper and board sector. In this respect, mixtures of substances, etc., which include the abovementioned fibers according to the invention are also included in this invention.

Die Erfindung betrifft ferner eine Faserstoffsuspension, welche ein Additiv der genannten Art enthält.The invention further relates to a pulp suspension which contains an additive of the type mentioned.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Aufbereiten einer Faserstoffsuspension unter Zugabe eines Additivs gemäß der Erfindung.The invention further relates to a method for processing a pulp suspension with the addition of an additive according to the invention.

ARBOCEL ist eine eingetragene Marke der Anmelderin. Hierunter sind Pulvercellulose oder feine Holzfasern zu verstehen.ARBOCEL is a registered trademark of the Applicant. These are powdered cellulose or fine wood fibers.

Claims

Cellulosic pulp as an additive in the manufacture of paper and board with basis weight <180 g / m ² , comprising the following features: 1.1. more than 50% of the fibers of the pulp have a length of less than 600 microns; 1.2. the additive is in the form of a dry bulk material; 1.3. the additive is used in an amount of max. 35 wt .-% to paper pulp or pulp used; 1.4. the additive is water-insoluble and non-ionic, but may have ionic surface structures as an additive; 1.5. the length to diameter ratio is preferably below L / D = 15: 1. 1.6. the freeness of the additive according to Schopper-Riegler is below 25 ° SR.

Pulp suspension, characterized in that it contains an additive according to claim 1.

Process for the preparation of a pulp suspension with the addition of an additive according to Claim 1.