DE102015013981A1

DE102015013981A1 - Papier und/oder papierähnliches Material mit funktionalisierter Kohle, Verfahren zur Herstellung des Papiers und/oder papierähnliches Materials und Verwendung des Papiers und/oder papierähnlichen Materials

Info

Publication number: DE102015013981A1
Application number: DE102015013981.9A
Authority: DE
Inventors: Robert Kock; Gregor Luthe
Original assignee: SVD-VERPACKUNGEN GmbH
Current assignee: SVD-VERPACKUNGEN GmbH
Priority date: 2015-09-05
Filing date: 2015-10-29
Publication date: 2017-03-09
Also published as: DE102015014823A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Papier und/oder papierähnliches Material, in das Kohle eingelagert ist, wobei die Kohle zumindest teilweise mit unterschiedlichem Funktionalisierungsgrad funktionalisiert ist, so dass sie physikalisch und/oder chemisch gebunden und/oder mechanisch verankert ist. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Schichtpapier mit zumindest einer Schicht aus einem solchen Papier und/oder papierähnlichem Material, ein Verfahren zum Herstellen des Papiers und/oder papierähnlichen Materials, sowie die Verwendung des Papiers und/oder papierähnlichen Materials.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Papier und/oder papierähnliches Material, in das Kohle eingelagert ist, ein Schichtpapier mit zumindest einer Schicht aus einem solchen Papier und/oder papierähnlichem Material, ein Verfahren zum Herstellen des Papiers und/oder papierähnlichen Materials, sowie die Verwendung des Papiers und/oder papierähnlichen Materials.
In immer mehr und neuen Anwendungsfeldern wird Kohle integriert und seine positiven Eigenschaften genutzt. So adsorbiert Kohle beispielsweise Schadstoffe und kann zur Isolierung und/oder Feuchtigkeitsaufnahme verwendet werden.
Die Herstellung von Kohle, insbesondere Pflanzenkohle, ist aus einer Vielzahl von Druckschriften bekannt. Aus dem deutschen Gebrauchsmuster DE 20 2014 004 445 U1 geht beispielsweise eine Vorrichtung zur Herstellung von Pflanzenkohle und zur Gewinnung von Wärme hervor. Die Vorrichtung weist eine motorisierte Brennstofffördereinrichtung zum Fördern von Biomassebrennstoff in einen Brenner auf. Der Brenner ist zum Verkohlen des geförderten Biomassebrennstoffs zu Pflanzenkohle vorgesehen, sowie zum Verbrennen der frei werdenden flüchtigen Stoffe zur Wärmegewinnung. Außerdem weist die Vorrichtung eine Pflanzenkohlefördereinrichtung zum Abführen der in dem Brenner erzeugten Pflanzenkohle aus dem Brenner auf.
Das amerikanische Patent US 2015 027 179 A offenbart die Verwendung von getrockneten Gärresten zur Erzeugung von Biokohle und Synthesegas.
Die internationale Patentanmeldung WO 03/059756 A2 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines biologisch abbaubaren oder kompostierbaren Behälters, bei dem einer vorgelierten Stärke-Suspension eine trockene oder feuchte, homogene Mischung, die Holzfasern enthält, zugesetzt wird. Der Behälter ist formbar und kann als Verpackungsmaterial genutzt werden.
Kohle wird auch in der Papierindustrie genutzt. Sie wird bei der Herstellung von Papier einer Papiermaische (auch Zellstoff, Stoff oder Zeug genannt) als Füllstoff zugesetzt. Die positiven Eigenschaften der Kohle können aber nur bei einem verhältnismäßig geringen Anteil an Kohle als Füllstoff genutzt werden. Denn die Kohle wird herkömmlich von der Papiermaische nur teilweise umschlossen und nicht gebunden. Das Papier hat daher den Nachteil, dass es brüchig ist, ungleichmäßig gefärbt, oftmals grau bis schwarz und/oder gescheckt, und dass es abfärbt. Aufgrund von nicht vollständig umschlossenen Kohlepartikeln weist es keine ausreichend glatte Oberfläche auf und ist nicht beschreib- und/oder bedruckbar. Zudem verliert es durch mechanischen Abrieb Kohle.
Offenbarung der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Papier und/oder papierähnliches Material zu schaffen, das stabil, insbesondere nicht brüchig ist, gleichmäßig gefärbt ist, nicht abfärbt, beschreib- und/oder bedruckbar ist, Schadstoffe bindet, isolierend wirkt, eine verbesserte CO₂-Bilanz aufweist, eine Geruchsbildung verhindert, natürlich antibakteriell ist, den Reifeprozess von Früchten beeinflusst und Feuchtigkeit aufnimmt. Des Weiteren liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, die üblichen Vorteile von alternativen Papierprodukten beizubehalten, insbesondere den Weißegrad, die Homogenität der Oberfläche, die gute Faltbarkeit und die Farbechtheit. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die einfache Verarbeitbarkeit des kohlehaltigen Papiers in herkömmlichen Fabrikationsanlagen, insbesondere ohne Umstellungen, beizubehalten.
Dafür wird ein Papier und/oder papierähnliches Material geschaffen, in das Kohle eingelagert ist.
Die Kohle ist bevorzugt aus der Gruppe, bestehend aus Biokohle, Pflanzenkohle, Holzkohle, Siebrückstände von Holzkohle, Holzasche, Aktivkohle, Steinkohle, Tierkohle, Tierabfallkohle, pyrogener Kohlenstoff unterschiedlichen Pyrolysegrades, vorbehandelte Kohle, gewaschene Kohle und extrahierte Kohle, ausgewählt.
Dabei ist der wesentliche Bestandteil der Kohle elementarer Kohlenstoff, der als geometrisch regelmäßige oder unregelmäßige, freie oder aggregierte oder agglomerierte Kohlenanopartikel, Kohlemikropartikel, Kohlemakropartikel und/oder Kombinationen davon vorliegt. Die Kohlenanopartikel haben bevorzugt eine mittlere Teilchengröße, das heißt einen mittleren Durchmesser, von 1 nm bis < 1000 nm, die Kohlemikropartikel eine mittlere Teilchengröße von ≥ 1000 nm bis < 1000 μm und die Kohlemakropartikel eine mittlere Teilchengröße von ≥ 1000 μm.
Vorzugsweise handelt es sich bei den papierähnlichen Materialien um Karton, Pappe, Wellpappe, Zellstoff, natürliche Zellstofffasern, Tapioka, Holz, Fasermaterial, Textil z. B. auch Leinwand und/oder landwirtschaftlich recyceltes Getreidematerial.
Das Papier und/oder papierähnliche Material zeichnet sich dadurch aus, dass die Kohle zumindest teilweise mit unterschiedlichem Funktionalisierungsgrad funktionalisiert ist, so dass sie im Papier und/oder papierähnlichen Material nicht nur formschlüssig, sondern zudem physikalisch und/oder chemisch gebunden und/oder mechanisch verankert ist.
Kohle im Sinne der Erfindung umfasst amorphe, kristalline, teilkristalline und/oder auf anotropen Form basierende Kohle. Sie umfasst ferner Holzkohle und/oder deren Siebrückstände und/oder Holzasche, Aktivkohle, Steinkohle, Tierkohle, Tierabfallkohle, pyrogene Kohle unterschiedlichen Pyrolysegrades, insbesondere natürlicher Herkunft wie beispielsweise Biokohle, hydrothermale pyrogene und/oder pyrolysierte Kohle vorbehandelte Kohle, gewaschene Kohle, Kohle mit unterschiedlichen Verkohlungsgraden und extrahierte Kohle, und/oder durch einen Pyrolyseprozess in einer mobilen oder stationären Pyrolyseanlage aus vorwiegend ligninreichen, organischen Materialien, wie Holz, Pflanzenstängel, Obstkernen, Nussschalen und/oder Knochen gewonnene Kohle. Die Kohle liegt bevorzugt in Form von Kohlenanopartikeln, Kohlemikropartikeln und/oder Kohlemakropartikeln vor. Sie weist eine mono-, poly- und/oder oligodisperse Teilchenverteilung auf. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst sie zudem Graphen und/oder Graphit, Carbonnanotubes, Multiwall und/oder Singlewall, Buckyballs und/oder Fullerene.
Aufgrund der Funktionalisierung der Kohle kann das Papier und/oder papierähnliche Material im Vergleich zu herkömmlichem kohlehaltigem Papier eine Beladung an Kohle aufweisen, die über die bekannte Beladung von etwa 30 Gew.-% hinausgeht. Es ist daher, auch bei Mehrbeladung an Kohle, stabiler und es lassen sich chemische Verbindungen, insbesondere Schadstoffe sowie Botenstoffe, in ihm besser und effektiver binden. Zudem ist es, auch bei hohem Kohlegehalt, nutzungsfreundlicher in der Handhabung, es färbt nicht ab, es wirkt isolierend und es ist beschreib- und/oder bedruckbar. Weiterhin nimmt es mehr Feuchtigkeit auf, bleibt aber trotzdem stabiler und reißfester als herkömmliches kohlehaltiges Papier. Insbesondere bindet die funktionalisierte Kohle nicht funktionalisierte Kohle ein, so dass die nicht funktionalisierte Kohle trotzdem im Papier und/oder papierähnlichen Material fixiert ist. Das Papier und/oder papierähnliche Material ist zudem als Schicht eines Schichtpapiers nutzbar.
Dabei ist es bevorzugt, dass der Funktionalisierungsgrad der Oberfläche der Kohle zumindest 7 Gew.-% beträgt, besonders bevorzugt zumindest 3 Gew.-%.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Kohle mit einem Funktionalisierungsstoff funktionalisiert. Dafür wird sie mit dem Funktionalisierungsstoff vermischt, beispielsweise vermengt, verrührt, gemixt, verquetscht, aufeinander gestrichen, gewalzt, geprägt, gerollt, gelegt oder auf eine weitere Art und Weise zusammen gebracht. Dabei scheidet sich der Funktionalisierungsstoff an der Oberfläche der Kohle ab. Es hat sich gezeigt, dass die mit dem Funktionalisierungsstoff funktionalisierte Kohle dadurch sehr gut in dem Papier und/oder papierähnlichen Material haftet.
Der Funktionalisierungsstoff ist bevorzugt eine Stärke, Lignin, Zein, Huminstoffe, Superabsorber, Schichtsilikate, und/oder ein handelsüblicher Kleber oder ein Haftvermittler, wobei der Kleber oder der Haftvermittler einen organischen oder anorganischen Rest sowie eine funktionelle Gruppe aufweist. Weiterhin bevorzugt ist die Kohle oxidativ vorfunktionalisiert, beispielsweise mittels Plasma.
Zudem weist der Funktionalisierungsstoff bevorzugt einen Farbstoff und/oder ein Additiv auf. Dadurch wird die Kohle eingefärbt und/oder aufgehellt.
Die Kohle ist bevorzugt in einer Papiermaische eingeschlossen. Dabei umfasst die Papiermaische bevorzugt Zellstoff, Halbzellstoff, Altpapier, Lignin, holzhaltiges oder nicht holzhaltiges Papier, Fasermaterial und/oder Textil. Die Papiermaische ist besonders bevorzugt eine herkömmliche Papiermaische, so dass das Papier und/oder papierähnliche Material in einer herkömmlichen Fabrikationsanlage herstellbar ist. Da die Kohle im Wesentlichen in der Papiermaische eingeschlossen ist, ist das Papier glatter als herkömmliches kohlehaltiges Papier. Es ist daher heller sowie beschreib- und/oder bedruckbar.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Papier und/oder papierähnliche Material mehr als 30 Gew.-% Kohle. Aufgrund der Mehrbeladung an Kohle ist die CO₂-Bilanz im Vergleich zu herkömmlichem kohlehaltigem Papier verbessert. Zudem können die positiven Eigenschaften von Kohle genutzt werden. Bei Verwendung von Kohle wird beispielsweise eine Geruchsbildung verhindert. Die natürliche antibakterielle Wirkung des Papiers wird dadurch verbessert und der Reifeprozess von Früchten beeinflusst, insbesondere verlangsamt.
Dabei wird auch während der Funktionalisierung nicht funktionalisierte Kohle durch die funktionalisierte Kohle zumindest teilweise gebunden. Besonders bevorzugt ist der Anteil der bei der Funktionalisierung der Kohle nicht funktionalisierten Kohle kleiner als 50%. Dann wird auch die bei der Funktionalisierung nicht funktionalisierte Kohle vollständig in der Papiermaische gebunden.
Dabei weist das Papier und/oder papierähnliche Material anwendungsabhängig bevorzugt eine Menge von 0,01 bis 98 Gew.-% Kohle, besonders bevorzugt von 0,5 bis 75 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt von 1 bis 50 Gew.-%, jeweils bezogen auf die Gesamtmenge des Papiers und/oder papierähnlichen Materials, auf.
Die Kohlenanopartikel, Kohlemikropartikel und/oder Kohlemakropartikel weisen bevorzugt verschiedene Morphologien und/oder geometrische Formen auf. Dadurch ist das Papier und/oder papierähnliche Material sowie seine Herstellung anwendungsspezifisch anpassbar.
Bevorzugt sind die Kohlenanopartikel, Kohlemikropartikel und/oder Kohlemakropartikel kompakt und/oder sie weisen mindestens einen Hohlraum und/oder eine Kern-Schale-Struktur auf. Weiterhin bevorzugt sind die Hohlräume verschieden groß. Ebenfalls bevorzugt weisen sie unterschiedliche geometrische Formen auf, wie beispielsweise Kugeln, Ellipsoide, Würfel, Quader, Pyramiden, Kegel, Zylinder, Rhomben, Dodekaeder, abgestumpfte Dodekaeder, Mäander, Fraktale, Ikosaeder, abgestumpfte Ikosaeder, Hanteln, Tori, Plättchen, oder Nadeln mit kreisförmigem, ovalem, elliptischem, quadratischem, dreieckigem, viereckigem, fünfeckigem, sechseckigem, siebeneckigem, achteckigem oder sternenförmigem (drei-, vier-, fünf-, oder mehrzackigem) Umriss. Dabei können gegebenenfalls vorhandene Kanten und Ecken abgerundet sein.
Ebenfalls bevorzugt sind zwei oder mehr Kohlenanopartikel, Kohlemikropartikel und/oder Kohlemakropartikel unterschiedlicher Morphologie und/oder geometrischer Form zusammen gelagert. Beispielsweise weisen kugelförmige Kohlenanopartikel, Kohlemikropartikel und/oder Kohlemakropartikel spitze Auswüchse in Kegelform auf. Des Weiteren kann ihre Oberfläche Vertiefungen aufweisen, sodass die Kohlenanopartikel, Kohlemikropartikel und/oder Kohlemakropartikel eine erdbeer- oder himbeerförmige Morphologie haben. Weiterhin können die Hantel-, Tori-, Nadel- oder Plättchen-förmigen Kohlenanopartikel, Kohlemikropartikel und/oder Kohlemakropartikel in mindestens einer Raumrichtung gebogen sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Kohle von dem Funktionalisierungsstoff zumindest teilweise umgeben, so dass er eine Hülle bildet. Dabei ist es bevorzugt, dass der Funktionalisierungsstoff zumindest eine funktionelle Gruppe trägt, oder dass die funktionelle Gruppe direkt auf der Oberfläche der Kohle vorliegt. Der Funktionalisierungsstoff und/oder die funktionelle Gruppe können ebenfalls über kovalente und/oder ionische Bindungen und/oder elektrostatische und/oder Van-der-Waalskräfte und/oder mechanische Molekülverwebung an der Oberfläche der Kohle gebunden sein. Die Bindung zwischen der Oberfläche der Kohle, dem Funktionalisierungsstoff und/oder der funktionelle Gruppe ist zudem bevorzugt permanent oder lösbar.
Im Folgenden sind Beispiele für eine funktionelle Gruppe und/oder für den Funktionalisierungsstoff der Kohle aufgeführt. Eine solche funktionelle Gruppe oder ein solches Material für eine Hülle ist beispielsweise Fluor-, Chlor-, Brom- und Jodaome; Hydroxyl-, Thiol-, Ether-, Thioether-, Amino-, Peroxid-, Aldehyd-, Acetat-, Carboxyl- Peroxycarboxyl-, Ester-, Amid-, Hydrazid- und Urethangruppen; Imid-, Hydrazon- und Hydroxim, Amid-, Hxdroxamsäuregruppen; Gruppen, die sich von Formamidin, Formamidoxim, Formamidrazon, Formhydrazidin, Formhydrazidoxim, Formamidrazon, Formhydroxamoxim und Formoxamidrazon ableiten; Nitril-, Isocyanat-, Thiocyanat-, Isothiocyanat-, Isonitril-, Lactid-, Lacton-, Lactam-, Oxim-, Nitroso-, Nitro-, Azo-, Azoxy-, Hydrazin-, Azin-, Carbodiimid-, Azid-, Azan-, Sulfen-, Sulfenamid-, Sulfonamid-, Thioaldehyd-, Thioketon-, Tioacetal-, Thiocarbonsäure-, Sulfonium-, Schwefelhalegonid-, Sulfoxid-, SUlfon-, Sulfimin-, Sulfoximin-, Sulton-, Sultam-, Sulfon-, Silan-, Siloxan- Phosphan-, Phosphinoxid-, Phhosphonium-, Phosphorsäure-, Phosphorigsäure-, Phosphonsäure-, Phosphat-, Phosphinat- und Phosphonatgruppen.
Als Additive werden bevorzugt bekannte funktionelle und/oder nicht funktionelle Additive verwendet, beispielsweise niedrig siedende organische Lösemittel und hoch siedende organische Lösemittel (”lange Lösemittel”), Wasser, UV-Absorber, Lichtschutzmittel, Radikalfänger, Entschäumer, Emulgatoren, Netz- und Dispergiermittel und Tenside, Haftvermittler, Verlaufmittel, filmbildende Hilfsmittel, rheologiesteuernde Additive (Verdicker), Flammschutzmittel, Sikkative, Trocknungsmittel, Hautverhinderungsmittel, Korrosionsinhibitoren, Wachse, Mattierungsmittel oder Verstärkungsfasern.
Beispiele geeigneter niedrig siedender organischer Lösemittel und hoch siedender organischer Lösemittel (”lange Lösemittel”) sind Ketone wie Methylethylketon, Methylisoamyketon oder Methylisobutylketon, Ester wie Ethylacetat, Butylacetat, Ethylethoxypropionat, Methoxypropylacetat oder Butylglykolacetat, Ether wie Dibutylether oder Ethylenglykol-, Diethylenglykol-, Propylenglykol-, Dipropylenglykol-, Butylenglykol- oder Dibutylenglykoldimethyl-, -dietyl- oder -dibutylether, N-Methylpyrrolidon oder Xylole oder Gemische aromatischer und/oder aliphatischer Kohlenwasserstoffe wie Solventnaphtha^®, Benzin 135/180, Dipentene oder Solvesso^®.
Beispiele geeigneter Emulgatoren, Netz- und Dispergiermittel oder Tenside sind die üblichen und bekannten anionischen, kationischen, nicht-ionischen und zwitterionischen Netzmittel, wie sie beispielsweise in Römpp Online, April 2014, Georg Thieme Verlag, »Netzmittel« im Detail beschrieben werden.
Ein Beispiel für einen geeigneten Haftvermittler ist Tricyclodecandimethanol. Beispiele für geeignete filmbildende Hilfsmittel sind Cellulose-Derivate wie Celluloseacetobutyrat (CAB).
Beispiele geeigneter rheologie streuender Additive sind

• die aus den Patentschriften WO 94/22968 , EP 0 276 501 A1 , EP 0 249 201 A1 oder WO 97/12945 bekannten, vernetzten polymeren Mikroteilchen, wie sie auch in der EP 0 008 127 A1 offenbart sind;
• anorganische Schichtsilikate wie Aluminium-Magnesium-Silikate, Natrium-Magnesium- und Natrium-Magnesium-Fluor-Lithium-Schichtsilikate des Montmorillonit-Types; Kieselsäuren wie Aerosile;
• synthetische Polymere mit ionischen und/oder assoziativ wirkenden Gruppen wie Polyvinylalkohol, Poly(meth)acrylamid, Poly(meth)acrylsäure, Polyvinylpyrrolidon, Styrol-Maleinsäureanhydrid- oder Ethylen-Maleinsäureanhydrid-Copolymere und ihre Derivate oder hydrophob modifizierte, ethoxylierte Urethane oder Polyacrylate;
• Mattierungsmittel wie beispielsweise Magnesiumstearat;
• Verstärkungsfasern wie beispielsweise Basaltfasern, Borfasern, Glasfasern, Keramikfasern, Kieselsäurefasern, metallische Verstärkungsfasern wie Stahlfasern, Aramidfasern, Kevlarfasern, Polyesterfasern, Nylonfasern, Teflonfasern, Polyethylenfasern, Polypropylenfasern, PMMA-Fasern, Ligninfasern und Cellulosefasern, Graphen; und/oder
• Füllstoffe auf der Basis von Titandioxid, Siliziumoxid, Aluminiumoxid oder Zirkoniumoxid; ergänzend wird noch auf das Römpp Lexikon Lacke und Druckfarben, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, 1998, Seiten 250 bis 252, verwiesen.

Beispiele geeigneter Kleber sind Biopolymere, Polysaccharide, chemisch härtende Klebstoffe, Polymerisationsklebstoffe, Cyanacrylat-Klebstoffe (Sekundenkleber), Methylmethacryl-Klebstoffe, anaerob härtende Klebstoffe, ungesättigte Polyester (UP Harze), strahlen-härtende Klebstoffe, Polykondensationsklebstoffe, Phenol-Formaldehydharz Klebstoffe, Silikon-Silan vernetzte Polymerklebstoffe Polymidklebstoffe, Polysulfidklebstoffe, Polyadditionsklebstoffe, Expoxidharz Klebstoffe, Polyurethan Klebstoffe, Silikon-Polyisocyanat Klebstoffe, physikalisch abbindende Klebstoffe, lösemittelhaltige Klebstoffe, Kontaktklebstoffe, Dispersionsklebstoffe, Plastisole, Klebstoffe ohne Verfestigungsmechanismus, Haftklebestoffe, Zement, zementbasierte, gipsbasierte Punktverklebungen, Wasserglas, Lignin, Kalk und Löschkalk und hierauf basierte Klebstoffe Die vorstehend genannten Additive, Füllstoffe und Klebstoffe sind in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform zudem mit Kohle zusammen angereichert. Des Weiteren können Papiere und papierähnliche Materialien ebenfalls mit den vorstehend genannten Additiven, Füllstoffen und/oder Klebstoffen angereichert werden.
Die vorstehend beschriebene Kohle ist weiterhin bevorzugt mittels Farbstoffen, Buntpigmenten, Weißpigmenten, fluoreszierenden Pigmenten und phosphoreszierenden Pigmenten (Phosphor) auf unterschiedlichste Weise behandelt. Dabei sind Kreide, Talkum, Montmorillonit, Tonmineralien und/oder Titandioxid bevorzugt. Dadurch wird sie vor dem Einbinden in das Papier und/oder papierähnliche Material bereits eingefärbt, insbesondere aufgehellt. Dabei werden die positiven Eigenschaften der Kohle, wie beispielsweise ihre Adsorptionsfähigkeit von Feuchtigkeit und Schadstoffen sowie ihre antibakterielle Wirkung, beibehalten.
Vorzugsweise ist die Kohle in Bezug auf ihre Teilchengröße anwendungsspezifisch fraktioniert. Dabei ist es bevorzugt, dass die Kohle anwendungsspezifisch monodispers, oligodispers oder polydispers ist. Durch Variation der Teilchengröße sind Papiere und/oder papierähnliche Materialien herstellbar, die eine unterschiedliche Dicke aufweisen. Trotz der sehr hohen Packungsdichte der Kohle und/oder der hohen Beladung des Papiers und/oder papierähnlichen Materials weist dieses eine sehr homogene Blattstärke auf.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Papiers und/oder papierähnlichen Materials weist die Kohle eine feine Kohlekörnung, insbesondere mit Kohlenanopartikeln, auf. Dadurch ist das Papier und/oder papierähnliche Material sehr gut faltbar. Zudem erhöht sich durch eine feine Kohlekörnung der Funktionalisierungsgrad, so dass die Einbindung der Kohle im Papier und/oder papierähnlichen Material verbessert ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Kohle eine grobe Kohlekörnung, insbesondere mit Kohlemakropartikeln, auf. Ein Papier und/oder papierähnliches Material mit grober Kohlekörnung ist sehr saugfähig.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Kohle einen geringen Anteil, insbesondere weniger als 40 Gew.-%, Kohle grober Kohlekörnung auf. Durch eine partielle Einarbeitung von grobkörniger Kohle lassen sich Sollbruchstellen im Papier und/oder papierähnlichen Material gezielt einbringen.
Es ist weiterhin bevorzugt, dass das Papier und/oder papierähnliche Material in Bezug auf die Kohlekörnung einen Größengradienten aufweist. In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Papier und/oder papierähnliche Material an einer Außenfläche Kohle einer groben Kohlekörnung auf, die zu einer der Außenfläche gegenüber liegenden weiteren Außenfläche abnimmt. Ein solches Papier und/oder papierähnliches Material eignet sich beispielsweise als Küchenpapier, bei dem die Außenfläche mit Kohle der groben Kohlekörnung gezielt zum Abreiben oder Kratzen einer Oberfläche verwendbar ist, während die Außenseite mit Kohle kleinerer Kohlekörnung kein Kratzen an der Oberfläche bewirkt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform verringert oder vergrößert sich die Kohlekörnung der Kohle des Papiers und/oder papierähnlichen Materials von den Außenflächen nach innen. Die Ausführungsform, bei der sich die Kohlekörnung nach innen hin vergrößert, eignet sich beispielsweise für Toilettenpapier, wobei ein angenehmes Hautgefühl aufgrund der feinen Kohlekörnung der Kohle an den Außenflächen erhalten bleibt. Die Ausführungsform, bei der sich die Kohlekörnung nach innen hin verkleinert, eignet sich beispielsweise für die Aufbewahrung von Früchten, da die grobe Kohlekörnung eine größere Aufnahmefähigkeit von Acetylen und Ethen aufweist und die Früchte dadurch später reifen.
Das Papier und/oder papierähnliche Material kann verschiedenste Oberflächenstrukturen aufweisen. Es kann rau und/oder glatt sein. Weiterhin kann es eine oder zwei regelmäßige oder unregelmäßige Strukturseiten aufweisen. Zudem kann es eine Struktur mit einem Relief aufweisen, beispielsweise mit Punkten, Linien, Wellen und/oder Kreisen.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Papier und/oder papierähnliche Material eine Beschichtung auf. Dabei ist es bevorzugt, dass es mit der Beschichtung laminiert, kaschiert, imprägniert und/oder besprüht ist. Die Beschichtung ist bevorzugt aus Kunststoff, Kohle, einem Finishing, einem Firnis, einem Füllstoff und/oder Farbpigmenten gebildet oder eine Folie.
Alternativ oder zusätzlich ist es bevorzugt, dass die Beschichtung mit einem Kleber oder Haftvermittler auf das Papier und/oder papierähnliche Material aufgebracht ist. Bei dieser Ausführungsform ist es besonders bevorzugt, dass der Haftvermittler Kohle umfasst. Die im Haftvermittler enthaltene Kohle kann, muss aber nicht funktionalisiert sein. Bei dieser Ausführungsform wird der Haftvermittler vor dem Anordnen auf das Papier und/oder papierähnliche Material mit der Kohle vermischt.
Dabei ist die Beschichtung bevorzugt vor oder nach dem Anordnen des Klebers oder Haftvermittlers auf das Papier und/oder papierähnliche Material aufgebracht.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Kunststoff Ecovio^® PS 1606, ein alkalisch gefälltes Zein oder ein abgeschiedenes Lignin. Das abgeschiedene Lignin kann mit Nonoclay verstärkt sein. Die Beschichtung mit dem Kunststoff hat den Vorteil, dass Flüssigkeiten das Papier und/oder papierähnliche Material langsamer oder gar nicht aufweichen. Ein solches Papier und/oder papierähnliches Material ist beispielsweise als Papptrinkbecher verwendbar.
Besonders bevorzugt bildet die Beschichtung eine funktionelle Schicht und/oder eine Barriere. Dadurch ist das Papier und/oder papierähnliche Material dicht und/oder semipermeabel und/oder permeabel, hydrophob und/oder hydrophil, super-/ultrahydrophil und/oder super-/ultrahydrophob, fluorophob und/oder fluorophil. Zudem kann die Beschichtung weitere Funktionen aufweisen und beispielsweise als Barriere für Schadstoffe wirken, oder gerade diese oder Nährstoffe oder biochemische Botenstoffe binden.
Die Aufgabe wird weiterhin gelöst mit einem Schichtpapier mit zumindest zwei Schichten aus Papier und/oder papierähnlichem Material, wobei zumindest eine Schicht aus einem solchen Papier und/oder papierähnlichen Material gebildet ist.
Die Schichten sind bevorzugt zumindest teilweise mechanisch und/oder elektrostatisch und/oder physikalisch und/oder chemisch und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden. Das mechanische Verbinden erfolgt beispielsweise mittels bördeln, verfilzen, verweben, drücken, verquetschen, verdrehen, prägen, walzen, stanzen und/oder drücken. Das stoffschlüssige Verbinden erfolgt beispielsweise mittels eines Klebers, Haftvermittlers und/oder Farbe.
Ganz besonders bevorzugt weist das Schichtpapier äußere Schichten auf, wobei zumindest die äußeren Schichten zumindest teilweise mechanisch und/oder elektrostatisch und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden sind, insbesondere in Randbereichen und/oder punktuell. Bei einem punktuellen Verbinden ist es bevorzugt, geometrische Strukturen und/oder Reliefs in das Schichtpapier einzubringen.
Es ist weiterhin bevorzugt, dass zwischen den Schichten eine Einlage angeordnet ist, insbesondere aus Kohle. Ebenfalls bevorzugt weist das Schichtpapier eine äußere Schicht aus einem Papier und/oder papierähnlichen Material mit unfunktionalisierter und/oder zumindest teilweise funktionalisierter Kohle auf. Bei dieser Ausführungsform ist die Kohle zumeist für den Betrachter durch dunkle Punkte sichtbar und daher als kohlehaltiges Papier erkennbar. Diese Eigenschaft kann werbewirksam genutzt werden.
Das Papier und/oder papierähnliche Material und/oder das Schichtpapier weist eine verbesserte Reißfestigkeit, Strukturintegrität, Homogenität, Dispergens, Bedruckbarkeit, Verarbeitbarkeit sowie Farbechtheit auf. Ein Herauslösen von Kohlepartikeln ist nicht oder nahezu nicht mehr möglich. Die Entsorgung des Papiers und/oder papierähnlichen Materials kann über einen Komposter oder Biomüll geschehen. Das Papier und/oder papierähnliche Material kann weiterhin als Grundlage für Terra Preta-Erde dienen, wobei es unter den Boden gemischt wird.
Es bindet Gerüche, wirkt aufgrund der antibakteriellen Wirkung der Kohle antibakteriell, verbessert die Gesamtbilanz an CO₂, wirkt als CO₂-Senke, wirkt verbessernd für den Boden, indem es Nährstoffe, Feuchtigkeit und Wasser besser im Boden hält, fördert für menschlichen Körper „gesunde” Bakterien und hemmt „ungesunde” Bakterien, verbessert die Humusbildung, ist gut deponierbar, wirkt als Funktionsbarriere in Bezug auf Giftstoffe, Toxine, Öle, Biozide und verhindert ein Auswaschen von Nährstoffen.
Die Aufgabe wird weiterhin gelöst mit einer Papiertasche, die zumindest teilweise aus einem solchen Papier und/oder papierähnlichen Material oder aus einem solchen Schichtpapier hergestellt ist, oder in oder an die ein solches Papier und/oder papierähnliches Material oder Schichtpapier oder Kohle eingebracht oder angeordnet ist. Eine solche Tasche kann vorteilhaft zunächst als Einkaufstasche und später als Kompostbeutel für Küchenabfälle genutzt werden.
Die Aufgabe wird weiterhin gelöst mit einem Verfahren zum Herstellen eines solchen Papiers und/oder papierähnlichen Materials, bei dem Kohle funktionalisiert wird, indem sie mit einem Funktionalisierungsstoff vermischt wird, wobei sich der Funktionalisierungsstoff an der Oberfläche der Kohle abscheidet, insbesondere durch Niederschlagen, Einengen, Trocknen, Ausfällen, Kristallisation, Mitreißen, chemische Bindung und/oder physikalische Bindung.
Dadurch haftet die mit dem Funktionalisierungsstoff funktionalisierte Kohle in dem Papier und/oder papierähnlichen Material sehr gut.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden der Papiermaische der Funktionalisierungsstoff und nicht funktionalisierte Kohle zugesetzt, wobei die Kohle während des Zusetzens oder danach funktionalisiert wird. Alternativ oder zusätzlich wird Kohle der Papiermaische nach dem Funktionalisieren zugesetzt, so dass die Kohle bereits funktionalisiert oder zumindest teilweise funktionalisiert ist, wenn sie der Papiermaische zugesetzt wird.
Um eine gleichbleibende Qualität und einen hohen Funktionalisierungsgrad zu erreichen, wird dieses Gemisch aus der Papiermaische, dem Funktionalisierungsstoff und der Kohle bevorzugt zudem homogenisiert. Dies erfolgt beispielsweise durch Ultraschall oder Rühren.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass ein auf dieses Gemisch wirkender Druck, eine auf dieses Gemisch wirkende Temperatur, ein Volumen dieses Gemisches und/oder eine Teilchenanzahl dieses Gemisches erhöht werden. Dies erfolgt beispielsweise durch Spalten, Lösen und/oder Hydrolyse. Dadurch setzt sich der Funktionalisierungsstoff besser an der Oberfläche der Kohle ab. Dafür wird die Kohle bevorzugt mit dem Funktionalisierungsstoff eingesumpft und getrocknet.
Bereits vor der Herstellung der Papiermaische kann den für die Papiermaische verwendeten Zellulosefasern, Hemizellulose, Harze, Pflanzenbestandteile, Lumpen, Textilien und/oder Holzschliff, insbesondere weißer Holzschliff, brauner Holzschliff oder thermomechanischer Holzstoff, zumindest teilweise funktionalisierte oder nicht funktionalisierte Kohle, beispielsweise durch Mischen, zugesetzt werden. Dadurch verteilt sich die Kohle in der Papiermaische homogener, feine Zelluloseteilchen können in die Kohle und die während der Funktionalisierung gebildete Funktionalisierungsschicht eindringen oder sich mit diesen verbinden, die Seggregation zwischen Kohle und Fasermaterial wird verringert, und der Papiermaische wird durch die Kohle bereits von Anfang an Lignin und Hemizellulose entzogen, so dass sie vorgebleicht wird.
Es ist aber ebenfalls bevorzugt, dass der Papiermaische vor, während oder nach dem Bleichen funktionalisierte und/oder nicht funktionalisierte Kohle zugesetzt wird. Da die Kohle der Papiermaische Lignin und Hemizellulose entzieht, wird diese dadurch zusätzlich gebleicht, oder das Bleichen zumindest durch die Kohle unterstützt. Es hat sich gezeigt, dass in Abhängigkeit von dem gewünschten Weißegrad des Papiers auf ein Zerstören des Lignins und der Hemizellulose durch einen zusätzlichen Bleichprozess, beispielsweise mit Wasserstoffperoxid und/oder Chlordioxid, verzichtet werden kann. Zudem hat Kohle katalytische Eigenschaften und erhöht die Aktivität der radikalen Sauerstoffspezies, so dass ein solcher Bleichprozess durch die Kohle beschleunigt wird.
Die Papiermaische wird dann, beispielsweise in einer Langsiebpapiermaschine, zu einem Blatt geformt. Dabei wird der Papiermaische kontinuierlich die Flüssigkeit entzogen.
Das so hergestellte Blatt kann sowohl mit einer kohlehaltigen als auch mit einer nicht kohlehaltigen Imprägnierung geschlossen werden. Dieser Vorgang wird als Leimung bezeichnet. Er verändert die Oberflächeneigenschaften des Papiers und/oder papierähnlichen Materials, beispielsweise seine Rauigkeit und/oder Härte. Die Oberfläche des Papiers und/oder papierähnlichen Materials ist durch die Kohle antibakteriell und weist eine hohe chemische Sorbtionsfähigkeit sowie Sorptionsfähigkeit auf. Zudem ist die Oberfläche des Papiers und/oder papierähnlichen Materials dadurch mit Kohle belegt und das Papier dennoch nicht brüchig.
Die Aufgabe wird weiterhin gelöst mit der Verwendung von Kohle zum Bleichen von Papier und/oder papierähnlichem Material, insbesondere während der Papierherstellung. Dies erfolgt beispielsweise durch einen kohlehaltigen Stoffauflauf in der Langsiebpapiermaschine und/oder durch Einbinden von Kohle in die Papiermaische.
Die Aufgabe wird ebenfalls gelöst mit einer Verwendung eines solchen Papiers und/oder papierähnlichen Materials für

– Lebensmittel- und Getränkeverpackungen sowie andere Verpackungen, insbesondere
• Kaffeebecher,
• Pizzakartons,
• Bananenkisten,
• Kisten und Behälter für den Früchtetransport,
• Kaffeefilter,
• Kaffeepads,
• Lebensmittelbehälter,
• Eierkartons,
• Obsttüten,
• Servietten,
• Platzdeckchen,
• Take-Away Behälter,
• Sandwich-Einschlagpapier,
• Einwegteller, Einwegtrinkbehältnisse,
• Tetrapacks,
• Transportpolster,
• Backpapier, insbesondere fettbindend und Störstoffe entfernend auch zur Abdeckung von Backwaren und in Beutelform
– Landwirtschaftliche Nutzung, insbesondere
• Anzuchttöpfe,
• Samenband,
• Mulchband,
• Keimungsschutz,
• Laubstreubeutel,
• Pflanzenverpackungen,
• Unkrautvlies,
• Erde,
• Kompostsammelsäcke,
• Auskleidungen von Bioabfalltonnen,
– Haushaltswaren, insbesondere
• Betten
• Bettlaken
• Buchhüllen,
• Papptrinkbecher, -teller, -besteck,
• Kleiderkartons,
• Tapeten, Spalttapeten mit oder ohne Trennung,
• Möbel,
• Bettunterlagen,
• Passepartouts,
• Wandverkleidung,
• Kleiderbügel,
• Kompostbeutel für Küchenabfälle,
– Medizinische Anwendungen, insbesondere
• Biologisch abbaubare Bettpfannen, Urinale, Nierenschalen,
• Chirurgische Kleidung (Masken und Hauben),
• Umhänge und Hausschuhe für Patienten,
• Papierunterlagen für den Untersuchungstisch,
• Verbandszeug, Umschläge, Pflaster,
• Schuheinlagen,
• Särge auch aus Leinwand
• Totenkleidung, -Betten, -Auspolsterungen auch zur Vermeidung bzw. Eindämmung von Epidemien z. B. in Notstandsgebieten
– Büro- und Versandartikel, insbesondere
• Blumentöpfe,
• Beutel,
• Kästen,
• Stellwände,
• Ordner,
• Notebook Cover,
• Umschläge,
• Kantenschutz,
• Papptonnen,
• Versandröhren,
• Schreib- und Briefpapier,
• Papierrollen und Hülsen,
• Kartonagen,
– Hygieneartikel und Alltagsgegenstände, insbesondere
• Windeln,
• Wickelunterlagen und andere Unterlagen,
• WC-Auflagen,
• Damenbinden, Tampons,
• Biologisch abbaubare Urnen,
• Geschenkpapier,
• Filter für Drucker,
• Toilettenpapier,
• Papiertücher aus Spendern, Taschentücher, Einwegtücher, Abschminktücher, Haushaltsrollen, Küchenrollen, Hygiene- und Feuchttücher,
• Zeitungspapier,
• Bettunterlagen,
– Tierbedarf, insbesondere
• Kleintiersarg,
• Hundekotbeutel,
• Tiereinstreu,
• Einlagen für z. B. Schweineställe, wobei die Papiere und/oder papierähnlichen Materialien mit Zeolith A und/oder anderen Ammonium-/Ammoniakbindenden Stoffen und Kohle versetzt sind,
– Baustoffe, insbesondere
• Autoisolierungen,
• Dichtungen,
• Akustikdecken
• Filter z. B. für die Sterilisation von Wasser
• Auspolsterungen

Die Anwendungsmöglichkeiten sind hier nur beispielhaft und nicht abschließend aufgelistet.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren beschrieben. Die Figuren sind lediglich beispielhaft und schränken den allgemeinen Erfindungsgedanken nicht ein. Es zeigen
1 ein Papier nach dem Stand der Technik; und
2–4 jeweils eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Papiers.
Das herkömmliche Papier 1 der 1 umfasst eine ausgehärtete Papiermaische 2, in die Kohle 3 in Partikelform eingelagert ist. Im Folgenden werden die Begriffe Kohle 3 und Kohlepartikel synonym verwendet. Die Kohlepartikel 3 sind hier aus einer pyrogenen Biokohle, insbesondere Pflanzenkohle, hergestellt. Bei der Herstellung werden die Kohlepartikel 3 zumeist von der Papiermaische 2 eingeschlossen. Solche Kohlepartikel 3 sind hier auch mit dem Bezugszeichen 31 bezeichnet. Es kommt aber vor, dass die Kohlepartikel 3 nicht vollständig eingeschlossen werden, so dass sie im ausgehärteten Zustand der Papiermaische 2 gegenüber ihrer Oberfläche 20 erhaben sind. Solche Kohlepartikel 3 sind hier auch mit dem Bezugszeichen 32 bezeichnet. Die Oberfläche 20 eines solchen Papiers 1 ist daher rau und nur schlecht beschreib- oder bedruckbar. Zudem ist die Oberfläche 20 inhomogen gefärbt und weist schwarze oder graue Bereiche und Inklusionen auf.
Bei dem erfindungsgemäßen Papier 1 der 2 sind die Kohlepartikel 3 funktionalisiert. Solche funktionalisierten Kohlepartikel 3 sind auch mit dem Bezugszeichen 33 bezeichnet. Dafür wird ein Funktionalisierungsstoff 5, insbesondere Stärke, Lignin, Zein, handelsübliche Kleber, oder Haftvermittler wie beispielsweise Emulgatoren verwendet, der einen organischen oder anorganischen Rest sowie beispielsweise eine der oben bereits beschriebenen funktionellen Gruppen oder einen Farbstoff aufweist. Zudem kann dieses Gemisch aus dem Funktionalisierungsstoff 5 und den funktionalisierten Kohlepartikeln 33 ein Additiv wie oben beschrieben aufweisen. Die Kohle 3 wird dafür mit dem Funktionalisierungsstoff 5 vermischt oder eingesumpft. Dadurch werden die Kohlepartikel 33 in dem Gemisch eingeschlossen und physikalisch, mechanisch und/oder chemisch gebunden. Ein Gemisch mit so funktionalisierten Kohlepartikeln 33 kann einen Anteil von weniger als 50 Gew.-% nicht funktionalisierter Kohlepartikel 31 enthalten. Die nicht funktionalisierten Kohlepartikel 31 werden oftmals von den funktionalisierten Kohlepartikeln 33 gebunden und eingeschlossen.
Die funktionalisierten Kohlepartikel 33 werden anschließend mit einer herkömmlichen Papiermaische 2 vermischt. Aufgrund ihrer physikalischen, mechanischen und/oder chemischen Bindung ist ihre Segregation vermindert. Ein so hergestelltes Papier 1 weist eine verbesserte Reißfestigkeit, Strukturintegrität, Homogenität, Dispergens, Bedruckbarkeit, Verarbeitbarkeit sowie Farbechtheit auf. Ein Herauslösen von Kohlepartikeln 3 ist nicht oder nahezu nicht mehr möglich. Jedoch ist es auch bei diesem erfindungsgemäßen Papier 1 möglich, dass einzelne Kohlepartikel 32 gegenüber der Oberfläche 20 erhaben angeordnet sind.
Bei dem Papier 1 der 3 sind daher beide Oberflächen 20 mit einer Beschichtung oder Schicht 30 aus einem herkömmlichen Papier 1, welches keine oder nur wenige Kohlepartikel 3 enthält, einer herkömmlichen Folie, einem Finishing, einem Firnis, einem Pigment und/oder einem Füllstoff beschichtet. Denkbar ist auch eine solche Beschichtung 4 nur einer der Oberflächen 20. Dadurch wird die Oberfläche 20 glatter und beschreib- und/oder bedruckbar.
Die Erfindung umfasst auch eine Beschichtung 4 eines Kohlepartikelenthaltenden Papiers 1, bei dem die Kohlepartikel 3, 31 nicht funktionalisiert sind (s. 1).
Um die Haftung der Beschichtung 4 zu verbessern, kann eine Kleberschicht (nicht dargestellt) zwischen der Beschichtung 4 und der ausgehärteten Papiermaische 2 vorgesehen sein.
4 zeigt in (a) und (b) das Herstellen von Schichtpapier 27 aus mehreren unbeschichteten Blättern 15, 16, beschichteten Blättern 21, 22, Kohle 3, insbesondere funktionalisierte Kohle 33, Papier und/oder papierähnlichen Materials 1. Dafür sind mehrere Zuläufe 28 in Fertigungsrichtung 29 hintereinander angeordnet. Die Zuläufe 28 transportieren die unbeschichteten Blätter 15, 16, beschichteten Blätter 21, 22, Kohle 3, insbesondere funktionalisierte Kohle 33, das Papier und/oder das papierähnliche Material 1 auf eine Siebpartie eines Stoffauflaufes 14. Dadurch werden die Schichten 30 des Schichtpapiers 27 nicht nur formschlüssig sondern auch stoffschlüssig miteinander verbunden. Auf diese Weise sind Schichtpapiere 27 verschiedener Eigenschaften herstellbar. Ein solches Schichtpapier ist vorteilhaft als Toilettenpapier, Taschentuch oder als Küchenpapier verwendbar.
Die 4(a) und (b) unterscheiden sich in der Anordnung der Zuläufe 28.
5(a) beschreibt das Funktionalisieren von unfunktionalisierter Kohle. Dafür wird die Kohle mit einem Funktionalisierungsstoff vermischt. Der Funktionalisierungsstoff scheidet sich dann an der Oberfläche der Kohle ab, beispielsweise indem er sich an dieser niederschlägt oder chemisch und/oder physikalisch bindet. Je nach Dauer der Funktionalisierung und/oder Konzentration der Reaktionspartner wird die Kohle dabei nicht vollständig funktionalisiert. Bei einem Anteil von zumindest 50% funktionalisierter Kohle wird die nicht funktionalisierte Kohle jedoch mit gebunden.
Das Funktionalisieren der Kohle durch Vermischen mit dem Funktionalisierungsstoff kann vor oder nach seinem Zuführen zu einer Papiermaische erfolgen.
5(b) zeigt die Herstellung eines Papiers und/oder papierähnlichen Materials, das unfunktionalisierte und/oder zumindest teilweise funktionalisierte Kohle 33 enthält, schematisch. Prinzipiell kann sowohl unfunktionalisierte als auch zumindest teilweise funktionalisierte Kohle 33 in verschiedenen Prozessschritten der Papierherstellung hinzugefügt werden.
Für das Papier und/oder papierähnliche Material wird ein Faserstoff 6 verwendet. Der Faserstoff 6 umfasst in der Regel die Hauptbestandteile Lignin, Zellulose und Hemizellulose. Der Faserstoff 6 ist beispielsweise aus Holzschliff, Halbzellstoff, Zellstoff, Altpapier, Pflanzenfasern, Fasern, Textilien und/oder Lumpen gebildet. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird dem Faserstoff zudem unfunktionalisierte und/oder zumindest teilweise funktionalisierte Kohle 33 und/oder ein Funktionalisierungsstoff 5 als Partikel- oder Bettreaktor zugefügt.
Die Art der Aufbereitung richtet sich nach den gewünschten Eigenschaften des Papiers.
Dem Faserstoff 6 werden Wasser und Additive zugefügt. Die daraus entstehende Faserstoffsuspension ist im Folgenden als Maische 7, 8 oder Papiermaische bezeichnet. Sie wird einer Reinigung, Entstrippung, Dispergierung, Sortierung, Mahlung, Bleichung, Zugabe von Hilfsstoffen, Leimung und/oder Färbung zugeleitet. Die Art der Aufbereitung richtet sich nach den gewünschten Eigenschaften des Papiers und/oder papierähnlichen Materials.
Die Maische 7, 8 wird zur Freilegung der Zellulose 9 zumeist erhitzt. Dabei bezeichnet das Bezugszeichen 7 eine ungebleichte Maische und das Bezugszeichen 8 eine gebleichte Maische. Die Herstellung von ungebleichtem Papier und/oder papierähnlichem Material ist in den mit dem Bezugszeichen 23 bezeichneten Prozessschritten beschrieben. Die Herstellung von gebleichtem Papier und/oder papierähnlichem Material ist in den mit dem Bezugszeichen 24 bezeichneten Prozessschritten beschrieben.
Die Maische 7, 8 kann bereits unfunktionalisierte und/oder zumindest teilweise funktionalisierte Kohle 33 und/oder Funktionalisierungsstoffe 5 enthalten, oder sie wird der Maische 7, 8 zu Beginn der Papierherstellung zugesetzt.
Zudem kann unfunktionalisierte und/oder zumindest teilweise funktionalisierte Kohle 33 während des Bleichens 10 zugesetzt werden. Dabei unterstützt die unfunktionalisierte und/oder zumindest teilweise funktionalisierte Kohle 33 und/oder der Funktionaliserungsstoff 5 die katalytische Bleichung und sorbiert Lignin und Hemicellulose sowie Farbstoffe.
Anschließend kann die Maische 7, 8 einer Faserstoffmahlung 11 unterzogen werden. Die Faserstoffmahlung 11 kann eine Rösche Mahlung oder eine Schmierige Mahlung sein. Bei der Schmierigen Mahlung werden im Vergleich zur Rösche Mahlung feinere Fasern geschnitten. Dabei entsteht aus der Maische 7, 8 ein sogenannter Ganzstoff 12, 13. Auch bei der Mahlung 11 kann unfunktionalisierte und/oder zumindest teilweise funktionalisierte Kohle 33 zugesetzt werden, oder unfunktionalisierte und/oder zumindest teilweise funktionalisierte Kohle 33 kann der Bleiche zugesetzt sein.
Die Art der Aufbereitung richtet sich nach den gewünschten Eigenschaften des Papiers.
In einem Stoffauflauf wird aus der Maische 7, 8 oder dem Ganzstoff 12, 13 ein Blatt (Faservlies) hergestellt. Der Fasergehalt beträgt hier von 0,01% bis 95%, bevorzugt 1%. Dabei wird ein Blatt 15, 16 auf einer Siebpartie und/oder einer Nasspresspartie geformt und der Maische 7, 8 oder dem Ganzstoff 12, 13 dafür das Wasser in einer Trockenpartie entzogen.
Um ein Schichtpapier mit einer Schicht unfunktionalisierte und/oder zumindest teilweise funktionalisierte Kohle 33 herzustellen, kann auf dem Stoffauflauf 14 eine Schicht aus unfunktionalisierter und/oder zumindest teilweise funktionalisierter Kohle 3 angeordnet sein, oder das Blatt wird hier mit unfunktionalisierter und/oder zumindest teilweise funktionalisierter Kohle 3 beschichtet. Dadurch wird das Blatt bereits im Stoffauflauf mit der unfunktionalisierten und/oder zumindest teilweise funktionalisierten Kohle 33 Kohle beschichtet.
Zudem können hier mehrere Stoffaufläufe, insbesondere aus verschiedenen Zuläufen (Headboxen), zusammengeführt werden (s. 4), um Schichtpapiere verschiedener Eigenschaften und Kohlekonzentrationen herzustellen. Bei dieser Herstellung werden die Schichten stoff- und formschlüssig verbunden. Eine Schicht mit unfunktionalisierter und/oder zumindest teilweise funktionalisierter Kohle 3 kann dabei vorteilhaft zwischen zwei Schichten aus Papier und/oder papierähnlichem Material, welches keine Kohle 3 enthält, gefügt werden.
Das Blatt kann zudem imprägniert werden. Dieser Prozessschritt wird auch Leimung 17 genannt. Die Leimung versiegelt das Papier und/oder papierähnliche Material und verändert dadurch seine Eigenschaften, wie beispielsweise seine Beschreib- oder Bedruckbarkeit, Färbung und/oder Festigkeit durch Aufbringen von chemischen Hilfsmitteln, Farbstoffen und/oder Stärke auf die Papieroberfläche. Dafür kann zusätzlich oder alternativ unfunktionalisierte und/oder zumindest teilweise funktionalisierte Kohle 33 verwendet werden, oder diese kann einem für die Leimung 17 verwendeten Leimungsstoff (nicht bezeichnet) zugesetzt werden.
Zuletzt wird das Papier auf eine Wickelstange oder eine Rolle aufgerollt.
Beispiel 1
Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Papiers und/oder papierähnlichen Materials wird einer Papiermaische in einem Prozessschritt funktionalisierte Kohle zugefügt. Dadurch wird ein stark kohlehaltiges Papier produziert. In einer Nebenanlage wird herkömmliches Papier hergestellt. Sowohl das erfindungsgemäße als auch das herkömmliche Papier wird auf Rollen aufgerollt. In einem nächsten Fertigungsschritt wird das erfindungsgemäße Papier und/oder papierähnlichen Material zwischen zwei Papierrollen mit herkömmlichem Papier eingebracht, so dass ein Schichtpapier aus einer ersten Schicht herkömmlichem Papier, einer zweiten Schicht erfindungsgemäßem Papier, und einer dritten Schicht herkömmlichem Papier entsteht. Um die Schichten des Schichtpapiers dauerhaft miteinander zu verbinden, wird das Schichtpapier anschließend mit einer Walze geprägt. Dadurch haften die Schichten aneinander.
Beispiel 2
Es wird eine Papiertasche hergestellt. Die Papiertasche wird mit dem erfindungsgemäßen Papier und/oder papierähnlichen Material modifiziert und optimiert. Dafür wird das Papier und/oder papierähnliche Material in und/oder an die Papiertasche angebracht oder angeordnet, insbesondere geklebt, eingelegt oder genäht.
Beispiel 3:
Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Papiers und/oder papierähnlichen Materials wird Faserstoff 6 aus Holzschliff, Halbzellstoff, Zellstoff, Altpapier, Pflanzenfasern, Fasern, Textilien und/oder Lumpen zusammengefügt mit unfunktionalisierte und/oder zumindest teilweise funktionalisierte Kohle 33 und/oder dem Funktionalisierungsstoff 5.
Beispiel 4:
Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Papiers und/oder papierähnlichen Materials wird Altpapier in einer sogenannten Flotation unter Zuhilfenahme von unfunktionalisierter und/oder zumindest teilweise funktionalisierter Kohle 3 entfärbt. Die unfunktionalisierte und/oder zumindest teilweise funktionalisierte Kohle 33 kann als Partikel im Flotation Fermenter enthalten sein und/oder als Bettreaktor vorliegen, vorzugsweise am Interface Gas/Flüssigkeit. Dabei werden dem Altpapier die Farbpigmente entzogen (Deinking). Die Kohle kann als Teil des Papiers oder papierähnlichen Materials im Prozess belassen werden. Sie kann ebenfalls, beispielsweise durch Sieben oder Zentrifugieren, entfernt werden. Dabei kann die Kohle die organischen Farben absorbieren und bei einer Pyrolyse in neue Kohle überführen. Dabei werden außerdem Schwermetalle in der Kohle gebunden, so dass diese deutlich geringer bioverfügbar sind. Das ist eine Alternative zum bestehenden Floatingsystem.
Beispiel 5:
Die Freilegung der Zellulose 9 erfolgt in Anwesenheit von unfunktionalisierter und/oder zumindest teilweise funktionalisierter Kohle 3, die als Partikel im Stoffstrom enthalten sein kann und/oder als Bettreaktor vorliegt. Hierdurch ist eine Vorentfärbung des Stoffes durch Bindung von Lignin und anderen farbintensiven Komponenten möglich. Dabei kann die Kohle die organischen Farben absorbieren und bei einer Pyrolyse in neue Kohle überführen.
Beispiel 6:
Ungebleichter Maische 7 wird unfunktionalisierter und/oder zumindest teilweise funktionalisierter Kohle 3 und/oder der Funktionalisierungsstoff 5 zugegeben. Hierdurch kommt es zu einer schnelleren, besseren und umweltschonenderen Bleichung 10. Die unfunktionalisierter und/oder zumindest teilweise funktionalisierter Kohle 3 und/oder der Funktionaliserungsstoff 5 unterstützen die katalytische Bleichung und sorbieren Lignin und Hemicellulose sowie Farbstoffe. Dabei kann die Kohle die organischen Farben absorbieren und bei einer Pyrolyse in neue Kohle überführen. Weiterhin werden Schwermetalle in der Kohle gebunden, so dass diese deutlich geringer bioverfügbar sind.
Beispiel 7:
Bei der Faserstoffmahlung 11 wird unfunktionalisierte und/oder zumindest teilweise funktionalisierte Kohle 33 und/oder Funktionalisierungsstoff 5 hinzugefügt, um Ganzstoff 12, 13 zu erhalten. Die Kohle wird hier besonders fein und sorgfältig mit dem Fasermaterial vermengt und im folgenden Stoffauflauf verbunden. Dadurch kann ein zuvor nicht glattes Kohlepapier zu einem sehr feinen Material verarbeitet werden.
Beispiel 8:
Ein ungebleichtes Blatt 15 und ein gebleichtes Blatt 16 werden in der Siebpartie, Nasspresspartie und Trockenpartie hergestellt. Hierzu wird unfunktionalisierte und/oder zumindest teilweise funktionalisierte Kohle 33 und/oder Funktionalisierungsstoff 5 als eine Schicht hinzugegeben. Ebenso kann ein nicht geschichtetes homogenes Papier durch Verreibung und Mischung hergestellt werden.
Beispiel 9:
Ein Blatt 20, dass mehrlagig aufgebaut ist, wird direkt in der Siebpartie erzeugt, indem Maische 7, 8 und/oder Ganzstoff 12, 13 aus mehr als einem Stoffauflauf gleichzeitig oder räumlich und/oder zeitlich versetzt aufgetragen werden. Dabei werden auf die Maische 7, 8 oder auf den Ganzstoff 12, 13 außenseitig verschiedene Mengen an unfunktionalisierter und/oder zumindest teilweise funktionalisierter Kohle 3 und/oder Funktionalisierungsstoff 5 aufgetragen. In einem möglichen weiteren Arbeitsschritt kann das Blatt geleimt werden.
Beispiel 10:
Unfunktionalisierte und/oder zumindest teilweise funktionalisierte Kohle 33 kann mittels Walzen, Prägen, Stanzen, Rollen, Legen, Sprühen, Drucken, Laminieren und/oder Kleben in der Papiermaische fixiert werden.
Bezugszeichenliste

1: Papier
2: Papiermaische
20: Oberfläche des Papiers
3: Kohle, Kohlepartikel
31: In Papiermaische eingeschlossene Kohlepartikel
32: Gegenüber der Papiermaische erhabene Kohlepartikel
33: Funktionalisierte Kohle(-partikel)
4: Beschichtung
5: Funktionalisierungsstoff
6: Faserstoff
7: Ungebleichte Maische (Stoff, Zeug, Zellstoff, Zellulose)
8: Gebleichte Maische (Stoff, Zeug, Zellstoff, Zellulose)
9: Freilegung der Zellulose
10: Bleichen
11: Faserstoffmahlung: Rösche Mahlung, Schmierige Mahlung
12: Ungebleichter Ganzstoff
13: Gebleichter Ganzstoff
14: Stoffauflauf, umfasst Siebpartie, Nasspresspartie, Trockenpartie
15: Blatt aus ungebleichter Maische
16: Blatt aus gebleichter Maische
17: Leimung, Imprägnierung
18: geleimtes ungebleichtes Blatt
19: geleimtes gebleichtes Blatt
20: Oberfläche des Blatts
22: Ein Blatt mit einer Beschichtung oder Schichtung aus unfunktionalisierter und/oder zumindest teilweise funktionalisierter Kohle u/o Funktionalisierungsstoff
23: Auftragen von unfunktionalisierter und/oder zumindest teilweise funktionalisierter Kohle auf ein Blatt
24: Prozessschritte zur Herstellung von gebleichtem Papier u/o papierähnlichem Material
25: Prozessschritte zur Herstellung von ungebleichtem Papier u/o papierähnlichem Material
26: Wasser und Additive wie beispielsweise Methanol
27: Schichtpapier
28: Zulauf, Headbox
29: Fertigungsrichtung
30: Schicht eines Schichtpapiers

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 202014004445 U1 [0003]
US 2015027179 A [0004]
WO 03/059756 A2 [0005]
WO 94/22968 [0032]
EP 0276501 A1 [0032]
EP 0249201 A1 [0032]
WO 97/12945 [0032]
EP 0008127 A1 [0032]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Römpp Online, April 2014, Georg Thieme Verlag, »Netzmittel« im Detail [0030]
Römpp Lexikon Lacke und Druckfarben, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, 1998, Seiten 250 bis 252 [0032]

Claims

Papier (1) und/oder papierähnliches Material, in das Kohle (3) eingelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohle (3, 33) zumindest teilweise mit unterschiedlichem Funktionalisierungsgrad funktionalisiert ist, so dass sie physikalisch und/oder chemisch gebunden und/oder mechanisch verankert ist.
Papier (1) und/oder papierähnliches Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionalisierungsgrad der Kohle (3) zumindest 7 Gew.-% beträgt, insbesondere zumindest 3 Gew.-%.
Papier (1) und/oder papierähnliches Material nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohle (3) mit einem Funktionalisierungsstoff (5) funktionalisiert ist.
Papier (1) und/oder papierähnliches Material nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionalisierungsstoff (5) Stärke, Lignin, Zein, Huminstoffe, Superabsorber, Schichtsilikate, Farbstoff und/oder ein Additiv und/oder handelsüblicher Kleber oder Haftvermittler ist, wobei der Kleber oder der Haftvermittler einen organischen oder anorganischen Rest sowie eine funktionelle Gruppe aufweist.
Papier (1) und/oder papierähnliches Material nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohle (3) in eine Papiermaische (2) eingeschlossen ist.
Papier (1) und/oder papierähnliches Material nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Anteil von mehr als 0,01 Gew.-%–98 Gew.-% funktionalisierte Kohle enthält.
Papier (1) und/oder papierähnliches Material nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Papiermaische (3) weniger als 50 Gew.-% nicht funktionalisierte Kohle (3, 31) enthält.
Papier (1) und/oder papierähnliches Material nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Beschichtung (4) aufweist, insbesondere aus einem Kunststoff, Kohle, einer Folie, einem Finishing, einem Firnis, einem Pigment und/oder einem Füllstoff.
Papier (1) und/oder papierähnliches Material nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (4) eine funktionelle Schicht und/oder eine Barriere bildet.
Schichtpapier (27) mit zumindest einer Schicht (30) aus Papier (1) und/oder papierähnlichem Material nach einem der vorherigen Ansprüche und einer weiteren Schicht (30) aus Papier (1) und/oder papierähnlichem Material.
Schichtpapier (27) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zumindest zwei Schichten (30) eine Einlage angeordnet ist, insbesondere aus Kohle (3).
Schichtpapier (27) nach einem der Ansprüche 10–11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten (30) zumindest teilweise mechanisch und/oder elektrostatisch und/oder physikalisch und/oder chemisch und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
Papiertasche, – die zumindest teilweise aus einem Papier (1) und/oder papierähnlichen Material nach einem der Ansprüche 1–9 oder zumindest teilweise aus einem Schichtpapier (27) nach einem der Ansprüche 10–12 gebildet ist, oder – an die oder in die ein Papier (1) und/oder papierähnliches Material nach einem der Ansprüche 1–9 oder ein Schichtpapier (27) nach einem der Ansprüche 10–12 oder Kohle (3) eingebracht oder angeordnet ist.
Verfahren zum Herstellen von Papier (1) und/oder papierähnlichem Material, bei dem Kohle (3) funktionalisiert wird, indem sie mit einem Funktionalisierungsstoff (5) vermischt wird, wobei sich der Funktionalisierungsstoff (5) an einer Oberfläche der Kohle (3) abscheidet, insbesondere durch Niederschlagen, Einengen, Trocknen, Ausfällen, Kristallisation, Mitreißen, chemische Bindung und/oder physikalische Bindung.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass – einer Papiermaische (2) die funktionalisierte oder eine zumindest teilweise funktionalisierte Kohle (3, 33) zugesetzt wird, oder – der Papiermaische (2) der Funktionalisierungsstoff (5) und nicht funktionalisierte Kohle (3) zugesetzt wird, und die Kohle (3) während des Zusetzens oder danach funktionalisiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14–15, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohle (3) in Abhängigkeit von ihrer Größe, Form, Verkohlungsgrad und/oder Herkunft fraktioniert und/oder kombiniert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14–16, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch aus der Papiermaische (2), der Kohle (3) und dem Funktionalisierungsstoff (5) homogenisiert wird, insbesondere durch Ultraschall oder Rühren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14–17, dadurch gekennzeichnet, dass ein auf das Gemisch aus der Papiermaische (2), der Kohle (3) und dem Funktionalisierungsstoff (5) wirkender Druck, eine auf das Gemisch wirkende Temperatur, ein Volumen des Gemisches und/oder eine Teilchenanzahl des Gemisches, insbesondere durch Spalten, Lösen und/oder Hydrolyse, erhöht werden, so dass sich der Funktionalisierungsstoff (5) auf der Kohle (3) besser abscheidet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14–18, dadurch gekennzeichnet, dass einem für die Papiermaische (2) verwendeten Holzschliff, insbesondere einen weißen Holzschliff, einen braunen Holzschliff oder einen thermomechanischen Holzstoff, Zellulosefasern, Hemizellulose, Harze, Pflanzenbestandteile, Lumpen und/oder Textilien zumindest teilweise funktionalisierte oder nicht funktionalisierte Kohle, insbesondere durch Mischen, zugesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14–19, dadurch gekennzeichnet, dass der Papiermaische (2) vor, während oder nach einem Bleichen (10), einer Faserstoffmahlung (11) und/oder einer Leimung (17) zumindest teilweise funktionalisierte und/oder nicht funktionalisierte Kohle (3) zugesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14–20, dadurch gekennzeichnet, dass die Papiermaische (2) zu einem Blatt (15, 16) geformt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14–21, dadurch gekennzeichnet, dass das Blatt (15, 16) mit einer kohlehaltigen oder nicht kohlehaltigen Leimung geschlossen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14–22, dadurch gekennzeichnet, dass das Blatt (15, 16) gleichzeitig oder anschließend mit einer Beschichtung (4) beschichtet oder zu einem Schichtpapier (27) geschichtet wird.
Verwendung des Papiers (1) und/oder papierähnlichen Materials nach einem der Ansprüche 1 bis 9 für eine Verpackung für Lebensmittel, landwirtschaftliche Artikel, Haushaltswaren, medizinische Artikel, Büro- und/oder Versandartikel, Hygieneartikel, Alltagsgegenstände, Tierbedarf, Baustoffe und/oder Taschen- oder Zellstofftücher.
Verwendung von Kohle zum Bleichen von Papier (1) und/oder papierähnlichem Material, insbesondere während der Papierherstellung.