-
Verfahren zum Herstellen von Papier bzw. papierähnlichen Bahnen aus
wässerigen Faserstofdispersionen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum
Herstellen von Papier bzw. von papierähnlichen Bahnen auf der Papiermaschine -aus
der wäßrigen Dispersion von Faserstoffen in Anwesenheit eines Bindemittels, das
die Festigkeit des fertigen Erzeugnisses dadurch erhöht, daß es die gegenseitige
Verbindung der Fasern herstellt oder erhöht.
-
Es ist bekannt, bei der Herstellung von Papieren und papierähnlichen
Erzeugnissen Zellstoffasern zu verwenden, denen nicht erst bei der Herstellung der
wäßrigen Dispersion, sondern schon vorher andere Stoffe zugesetzt sind. Es ist z.
B. ein Verfahren bekannt, bei dem schon bei der Zellstoffherstellung nach der Kochung,
vorzugsweise in der Entwässerungsmaschine bei der Herstellung der Bahn, diese Bahn
mit einem wasserunlöslichen, wachsartigen Leimungsmittel, wie z. B. Paraffin, imprägniert
wird, das dann auch beim Aufschließen der Zellstoffbahn in der Papierfabrik in den
Fasern verbleibt. Ebenso ist es bekannt, bereits die Hackschnitzel bei der Herstellung
von Holzfaserstoffen in trockenem Zustand mit wasserunlöslichen Stoffen, wie Harzen
und Wachsen, zu imprägnieren, so daß auch hier die durch einen mechanischen Aufschluß
der Hackschnitzel gewonnenen Faserstoffe bereits mit einem Leimungsmittel beladen
sind. Beiden Verfahren gemeinsam ist der Grundgedanke, die bei den üblichen Stoffleimungsverfahren
gegebene Notwendigkeit zu vermeiden, durch Ansäuern der Mischung aus einer wäßrigen
Fasersuspension und einer Leimstoffdispersion eine Anlagerung der Leimstoffe an
die Fasern herbeizuführen, da sich aus dem Arbeiten in saurem Bereich auch Nachteile
ergeben.
-
Zu beachten ist dabei, daß der Zweck der üblichen Stoffleimungsverfahren
ebenso wie der Zweck der beiden weiteren obenerwähnten Verfahren darin besteht,
die sogenannte Tintenfestigkeit des Papiers herbeizuführen, also die Saugfähigkeit
auf das bei Schreibpapieren notwendige Maß zu verringern. Dieser Zweck wird durch
das Imprägnieren des Zellstoffes auf der Zellstoffentwässerungsmaschine und durch
das Imprägnieren der Hackschnitzel in vollem Umfange erreicht, da hier das Imprägniermittel
auch in die Hohlräume der Einzelfasern eindringt und der mechanische Aufschluß zur
Trennung der Einzelfasern, der notwendig der Imprägnierung folgt und der auch zu
Fasern mit einer vom Leimstoff fast freien Oberfläche führt, die beabsichtigte Wirkung
nicht beeinträchtigt.
-
Bei dem Papierherstellungsverfahren nach der Erfindung werden ebenfalls
für die Herstellung der auf der Papiermaschine zu verarbeitenden wäßrigen Faserstoffsuspensionen
solche Fasern verwendet, die bereits mit einem Fremdstoff beladen sind. Das Verfahren
nach der Erfindung beruht dabei auf der Anwendung eines besonderen Weges für die
Vereinigung des hier als Fremdstoff in Frage kommenden, an sich bekannten Bindemittels
mit den Fasern und verfolgt dabei den Zweck, Fasern zu schaffen, bei denen das Bindemittel
vorwiegend auf der Oberfläche der Fasern haftet und diese weitgehend einhüllt. Dabei
hat das Bindemittel in diesem Falle die Aufgabe, am fertigen Erzeugnis eine möglichst
feste Verbindung zwischen den Fasern herzustellen, d. h. eine andere Funktion als
bei den bekannten Leimungsverfahren auszuüben.
-
Das Verfahren nach der Erfindung betrifft dabei die Herstellung eines
Papiers aus einer wäßrigen Faserstoffsuspension und besteht darin, daß die zur Stoffaufbereitung
verwendeten Fasern als Einzelfaser im Schwebezustand in einem gasförmigen Medium
mit einem durch Erhitzen und bzw. oder durch Lösungsmittelzugabe in flüssige Form
übergeführten, in Wasser unlöslichen Bindemittel beladen werden, dann anschließend
dieses Bindemittel noch im Schwebezustand durch Abkühlung und bzw. oder durch Verdampfen
des Lösungsmittels in nicht klebenden Zustand übergeführt wird und daß die Fasern
dann - gegebenenfalls mit anderen bei der Papiererzeugung verwendbaren Fasern gemischt
- in an sich bekannter Weise in Wasser als Ganzstoff aufgeschwemmt
werden,
wobei dann beim Durchlauf durch die Papiermaschine durch Erwärmen und durch Druck
eine vorübergehende Plastifizierung des Bindemittels und damit die Verfestigung
des Erzeugnisses durch gegenseitiges Verbinden der Fasern herbeigeführt wird.
-
Bei diesem Verfahren wird also erreicht, daß im Papierstoff Fasern
zur Verwendung kommen, bei denen das Bindemittel auf der Oberfläche anhaftet, und
zwar auf einer verhältnismäßig großen gegenseitigen Berührungsfläche. Zweckmäßig
ist es also, für das Aufbringen des Bindemittels Fasern zu verwenden, die durch
das flüssige Bindemittel leicht benetzbar sind, was bei Holz- oder Zellstoffasern
z. B. dadurch erreichbar ist, daß die Fasern vor ihrer Einführung in den Behandlungsraum,
in dem die Beladung erfolgt, einer Trocknung und bzw. oder einer Imprägnierung zur
Erhöhung ihrer Benetzbarkeit unterworfen werden. Mit diesen Mitteln ist es möglich,
das Bindemittel als dünne Schicht auf großer Fläche mit der Faser zu verbinden und
so einen dünnen Überzug herzustellen.
-
Zu bemerken ist dabei, daß auch bei der üblichen Stoffleimung, bei
der in einer Papierfaseraufschwemmung eine Bindemitteldispersion eingetragen und
das Bindemittel dann durch Ansäuern zum Anhaften auf der Faser gebracht wird, dieses
Bindemittel auch im wesentlichen auf der Oberfläche der Faser verbleibt; dabei behalten
aber die Bindemittelteilchen ihre Kugelform und haften nur mit einer fast punktförmigen
Berührungsfläche durch elektrostatische Anziehung auf der Faser. Auf diese Weise
ist es also nicht wie bei den nach der Erfindung erhaltenen Erzeugnissen möglich,
mit einer kleinen Bindemittelmenge einen fast geschlossenen Überzug auf der Faser
herzustellen. Weiterhin ist es auch bei der Herstellung von Filzen auf trockenem
Wege bekannt, Einzelfasern im Schwebezustand in einem gasförmigen Medium mit flüssigen
Bindemitteln zu besprühen, wobei dann die Fasern auf einer Unterlage aufgefangen
und durch das noch flüssige Bindemittel aneinander verklebt werden. Bei dem Verfahren
nach der Erfindung handelt es sich demgegenüber um die Herstellung eines Haufwerkes
aus einzelnen, mit einem Bindemittel überzogenen Fasern, bei dem das Bindemittel
sich in einem nicht klebenden Zustand befindet, so daß diese Fasern dann gegebenenfalls
auch mit anderen zur Papiererzeugung verwendbaren Fasern gemischt, in der bei der
Papierherstellung üblichen Weise in Wasser als Ganzstoff aufgeschwemmt werden können.
Bei der Erfindung liegt also eine neue Kombination vor, bei der einerseits eine
Behandlung der Einzelfasern ähnlich wie bei der Bindemittelzugabe zu Faserstoffen
bei der trockenen Herstellung von Faservliesen angewendet wird, bei der dann aber
mit Bindemittel überzogene Einzelfasern gewonnen werden und zur Herstellung einer
auf der Papiermaschine zu verarbeitenden wäßrigen Dispersion benutzt werden.
-
Die dabei erzielte besonders innige Verbindung zwischen den Fasern
und dem Bindemittel hat auch den Vorteil, daß der Übergang einzelner Bindemittelteilchen
in das Siebwasser verhindert wird, so daß sich also ein erheblich reineres Abwasser
ergibt.
-
Besonders geeignet ist das Verfahren bei der Verwendung von Fasern,
die keine ausreichende natürliche Neigung zur Verfilzung zeigen, bei denen also
die gewünschte Festigkeit des fertigen Erzeugnisses ausschließlich durch die gegenseitige
Verbindung der Fasern mit einem Bindemittel erzielbar ist.
-
Man kann also mit dem Verfahren auch beispielsweise ein Papier herstellen,
das im wesentlichen aus Holzschliff besteht. Bisher mußte bei der Herstellung billiger
Papiersorten, also etwa von Zeitungsdruckpapier, dem Holzschliff ein recht erheblicher
Anteil von reinen Zellstoffasern zugesetzt werden, nämlich in Mengen, die zwischen
10 und 2011/o liegen. Lediglich durch einen solchen Zusatz konnte man dem Zeitungspapier
die bei der Herstellung oder Verarbeitung erforderliche Mindestfestigkeit geben,
wobei die an den Zellstoffasern vorhandenen Fibrillen die gegenseitige Verfilzung
ermöglichen und den nötigen Widerstand gegen ein Auseinanderziehen der Fasern bei
der Zugbeanspruchung herstellen. Durch das Verfahren nach der Erfindung ist auch
die Aufgabe gelöst, aus solchen Fasern, die keine ausreichende natürliche Neigung
zur Verfilzung zeigen, wie etwa aus Holzschliffasern, ein Papier mit brauchbaren
Festigkeitswerten zu erzeugen, also etwä bei der Herstellung von Zeitungspapier
den Zellstoffzusatz einzusparen. Die Kosten für die Bindemittelzugabe fallen demgegenüber
kaum ins Gewicht, denn die Bindemittelzugabe kann sehr gering gehalten werden. Einerseits
ergibt sich beim Zusammentreffen eines flüssigen Bindemittelteilchens mit der Zellstofffaser
sofort eine Verteilung des Bindemittels auf der Oberfläche der Faser, auf der sich
dann ein dünner Überzug bildet, der für die spätere Verklebung ausreicht. Andererseits
ist es ohne weiteres möglich, mit den mit einem Bindemittelüberzug versehenen Fasern
andere Fasern ohne Bindemittel zu mischen, wobei auch eine ausreichende gegenseitige
Bindung der Teilchen im Fertigerzeugnis erreichbar ist.
-
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den
nachstehenden Beispielen für einzelne Ausführungsformen der Erfindung. Beispiel
1 Bei diesem Beispiel handelt es sich um ein Bindemittel aus der Gruppe der Thermoplasten.
Als Beispiel kann hier als Bindemittel ein Polyacrylsäurebutylester verwendet werden
oder ein handelsüblicher Polyacrylsäuremischester. Der Ester wird als fünfzigprozentige
Lösung in einer Mischung von Benzol und Äthylacetat bei einer Temperatur von etwa
50° C in den Behandlungsraum versprüht. Gleichzeitig wird in den Behandlungsraum
Holzschliff, etwa durch einen Luftstrom, von oben her so eingeführt, daß sich seine
Einzelfasern in dem gasförmigen Medium im Schwebezustand ohne wesentliche gegenseitige
Berührung befinden. In dem als geschlossenen Behälter ausgeführten Beladungsraum
treffen dann die Holzschliffasern mit dem feinzerteilten gelösten Bindemittel zusammen
und fallen infolge der Schwerkraft nach der Beladung zum Boden des Behälters. Der
Weg bis zum Behälterboden ist so groß bemessen, daß auf diesem Wege das für das
Bindemittel verwendete Lösungsmittel verdampft, so daß das Bindemittel jetzt in
einen nicht klebenden Zustand übergeführt ist. Vom Boden des Behälters werden die
mit dem Bindemittel beladenen Fasern kontinuierlich abgezogen, entweder mit mechanischen
Fördermitteln als ein in Einzelfasern-leicht aufteilbares Haufwerk oder auch durch
einen Wasserstrom, da ja die Fasern schließlich als dünne wäßrige Suspension der
Papiermaschine
zugeführt werden sollen, wobei sie gegebenenfalls
auch mit anderen nicht mit Bindemitteln beladenen Fasern gemischt werden können.
-
Man kann durch Einstellung die Zufuhr von Holzschliff und Bindemittel
zu dem Behandlungsraum dabei so einstellen, daß das Bindemittelgewicht sich zum
Fasergewicht am fertigen Erzeugnis am Boden des Beladungsraumes wie 1:1 verhält.
Bei der Weiterverarbeitung wird dann der mit dem Thermoplasten beladene Holzschliff
nochmals mit einfachem, unbehandeltem Holzschliff im Verhältnis 1:1 gemischt und
der Papiermaschine zugeführt, auf der der so zusammengesetzte Stoff zu einem dünnen
Karton von etwa 120 g/m2 verarbeitet wird. Die Erwärmung auf den Trockenzylindern
der Papiermaschine bewirkt eine vorübergehende Plastifizierung des Bindemittels
und damit die Verfestigung des Erzeugnisses durch gegenseitiges Verkleben der Fasern.
Um die Gefahr des Anklebens der Bahn an den Zylindern zu vermeiden, werden zweckmäßig
die ersten Trockenzylinder mit einem Überzug aus Polytetrafluoräthylen versehen.
-
Das nach diesem Beispiel gewonnene Papiererzeugnis weist mindestens
gleiche Festigkeit und Gebrauchseigenschaften auf wie Erzeugnisse, die aus Holzschliff
mit einer Zugabe von 20111o Zellstoff erhalten werden können. Das nach der Erfindung
gewonnene Erzeugnis hat aber gegenüber den bekannten Erzeugnissen den besonderen
Vorteil einer praktisch hundertprozentigen Ausnutzung des Holzes. Bei Verwendung
von Zellstoff ist dieser Vorteil bekanntlich nicht gegeben, da bei der Zellstoffherstellung
100 Gewichtsteile Holz nut etwa 40 bis 50 Gewichtsteile Zellstoff ergeben. Bei dem
Beispiel ergibt also die Erfindung den erheblichen wirtschaftlichen Vorteil einer
vollständigen- Ausnutzung des knappen und voraussichtlich stets noch knapper werdenden
Rohstoffes Holz.
-
Ein weiterer Vorteil des im Beispiel genannten Erzeugnisses liegt
in einer besonderen Eigenschaft dieses Erzeugnisses, nämlich in seiner Verformbarkeit.
Lediglich durch Anwendung von Wärme ist das an den Fasern haftende Bindemittel plastifizierbar.
Das von der Papiermaschine kommende flache Erzeugnis kann also unter Wärmeanwendung
beliebig zu Behältern verformt werden, etwa durch einen an sich bekannten Ziehvorgang,
wobei das Ziehen sowohl durch Pressen als auch durch die bekannten Vakuumverfahren
vorgenommen werden kann. Nach dem Ziehvorgang tritt die Festigkeit der Bindung bei
Ab- ; kühlung wieder ein. Das auf der Papiermaschine hergestellte Erzeugnis ähnelt
also in dieser Hinsicht den lediglich aus einem thermoplastischen Kunststoff hergestellten
Folien oder Platten.
-
Ein Hauptanwendungsgebiet der Erzeugnisse ist dabei die Herstellung
von Verpackungen. Dabei kann die Oberfläche der flachen Erzeugnisse noch in üblicher
Weise kaschiert werden oder eine Deckschicht erhalten, wie dies bei der Herstellung
von Chromoersatzkarton üblich ist. Sowohl die flachen Erzeugnisse als auch aus ihnen
hergestellte körperliche Erzeugnisse können mit Lackschichten oder anderen Schutzschichten
versehen werden, mit denen die aus dem Erzeugnis hergestellten Verpackungen für
beliebiges Füllgut geeignet gemacht werden können.
-
Selbstverständlich ist es ohne weiteres möglich, den im Beispiel als
Bindemittel genannten Acrylsäurebutylester durch irgendeinen anderen thermoplastischen
Kunststoff zu ersetzen, so kann als Bindemittel auch Polyäthylen verwendet werden,
das bei erhöhter Temperatur, also bei etwa 90° C, in Benzin löslich ist.
-
Zu den thermoplastischen Kunststoffen im vorgenannten Sinne sind im
übrigen auch die Vorkondensate der Phenoplaste bzw. Aminoplaste zu rechnen. Bei
Verwendung solcher Stoffe als Bindemittel zur Beladung von Fasern ergibt sich die
Möglichkeit, am Schluß der Bearbeitung, also nach der Herstellung eines bahnförmigen
Erzeugnisses oder eines durch nachträgliche Verformung hergestellten körperlichen
Erzeugnisses, eine Nachhärtung vorzunehmen, gegebenenfalls unter Mitverwendung der
bekannten Härtungsmittel, wobei dann nach der Härtung keine Überführung des Bindemittels
in einen plastischen Zustand mehr möglich ist. Beispiel 2 Bei diesem Beispiel handelt
es sich um ein Bindemittel auf Cellulosebasis, wobei auch andere Faserstoffe zur
Anwendung kommen. In dem Behandlungsraum werden dabei Cellulosefasern mit einem
Bindemittel beladen, das aus acetonlöslicher Acetylcellulose besteht und als Lösung
in Aceton bei einer Temperatur von etwa 50° C in den Behandlungsraum versprüht wird.
Der Beladungsvorgang und der Aufbau des Behandlungsraumes entsprechen den im Beispiel
1 hierzu gemachten Angaben. Das verwendete Lösungsmittel, das innerhalb des geschlossenen
Behandlungsraumes verdampft, kann hier (wie auch bei dem im Beispiel 1 geschilderten
Verfahren) leicht mit bekannten Mitteln zurückgewonnen werden.
-
Die mit dem Bindemittel beladenen Cellulosefasern, bei denen ebenfalls
das Bindemittelgewicht zum Fasergewicht auf das Verhältnis 1:1 eingestellt werden
kann, werden dann mit feinen Kunststoffasern von einer Faserlänge von etwa 6 bis
10 mm vermischt, und eine wäßrige Suspension dieses Fasergemisches wird dann als
Stoff dem Sieb einer Papiermaschine zugeführt. Auch bei diesem Stoffgemisch erfolgt
in der Trockenpartie der Papiermaschine eine Plastifizierung des Kunststoffüberzuges
der Cellulosefasern und damit die nötige Bindung im Fertigerzeugnis. Dieses Erzeugnis
ist ebenfalls für Verpackungszwecke besonders geeignet, insbesondere zur Herstellung
chemisch einwandfreier Verpackung für Lebensmittel. Der Bindemittelanteil sorgt
auch in diesem Falle für eine ausreichende Festigkeit des Erzeugnisses. Auch dieses
Erzeugnis kann leicht zu beliebigen Formkörpern verformt bzw. verzogen werden, da
auch hier eine nachträgliche vorübergehende Plastifizierung des Bindemittels durch
Zugabe eines Lösungsmittels (Aceton) möglich ist. Das Lösungsmittel kann durch Erwärmen
wieder restlos aus dem Erzeugnis entfernt werden. Beispiel 3 Bei diesem Beispiel
wird als Bindemittel genau wie beim Beispiel 1 ein thermoplastischer Kunststoff
verwendet und als mit dem Bindemittel zu beladender Faserstoff Holzschliff. Geändert
gegenüber den beim Beispiel 1 gemachten Angaben ist lediglich die Behandlungsart
während der Beladung der Fasern mit dem Bindemittel. Diese Beladung erfolgt nämlich
unter
zusätzlicher Einwirkung elektrischer Hochspannungsfelder, wie dies für die sogenannten
elektrostatischen Spritzverfahren für Lackauftrag an sich bekannt ist.
-
Weiterhin ist bekannt, Elektroden in eine wäßrige Dispersion von Faserstoffen
einzubringen. Durch Elektrolysierung der Dispersion werden die negativ geladenen
Bindemittelteilchen infolge ihrer größeren Aktivität und Bewegungsfreiheit positiv
aufgeladen, die sich dann auf der Oberfläche der negativ geladenen Cellulosefasern
niederschlagen. Die Weiterverarbeitung zu Papier erfolgt daran anschließend auf
die übliche Weise.
-
Bei dem Verfahren nach der Erfindung handelt es sich demgegenüber
um die Herstellung von einzelnen mit Bindemitteln überzogenen Fasern. Die Bindemittel
befinden sich in einem nicht klebenden Zustand, so daß diese Fasern auch mit anderen
nicht beladenen Fasern vermischt und dann also in der üblichen Weise in Wasser als
Ganzstoff aufgeschwemmt werden können. Der Ganzstoff wird auf die bekannte Art weiterverarbeitet,
wobei durch Druck und Wärme die Bindemittel vorübergehend plastifiziert werden,
wodurch auch eine gute gegenseitige Verbindung der einzelnen Fasern und damit eine
Verfestigung des Erzeugnisses erzielt wird. Die Verwendung elektrischer Hochspannungsfelder
hat sich für die Beladung der Fasern mit dem Bindemittel als besonders geeignet
erwiesen, da es ohne weiteres möglich ist, einerseits die Sprühvorrichtung für die
Bindemittel und andererseits die Eintragevorrichtung für den Faserstoff an die beiden
Pole eines Gleichstromgenerators anzuschließen.
-
Natürlich muß einer der beiden Pole Erdspannung aufweisen.
-
Der sich ergebende Vorteil liegt darin, daß sich die in einem gasförmigen
Medium aufgeladenen Teilchen - also etwa die Bindemittelteilchen - durch ihre Ladung
unter äußerst feiner Zerstäubung sehr gleichmäßig im Raum verteilen und damit auch
eine sehr gleichmäßige Verteilung des Bindemittels auf den Fasern erzielt wird.
Unter der Einwirkung des Hochspannungsfeldes umhüllt das Bindemittel die Fasern
beinahe vollständig. Durch Änderung der Polarität sowohl der Bindemittelteilchen
als auch der Fasern ist die Möglichkeit gegeben, eine Vielzahl von Bindemitteln
und Fasern zu verwenden.
-
Das Herausführen der mit dem Bindemittel beladenen Fasern aus dem
Hochspannungsfeld, in welchem die Beladung erfolgt, läßt sich durch Anwendung eines
entsprechend starken Luftstromes verwirklichen, der die beladenen Fasern im Schwebezustand
bis zu dem Teil des Behandlungsraumes führt, an dem die beladenen Fasern nach der
Verdampfung des Lösungsmittels oder nach der Abkühlung des durch Wärme verflüssigten
Bindemittels aus der Beladevorrichtung ausgetragen werden. Die Weiterverarbeitung
der Fasern erfolgt dann in der im Beispiel 1 bereits angegebenen Weise.
-
Aus den Beispielen ist ersichtlich, daß die Erfindung nicht auf eine
bestimmte Art von Bindemitteln oder eine bestimmte Art von Fasern beschränkt ist,
daß vielmehr eine Vielzahl von Bindemitteln und eine Vielzahl von Faserarten benutzbar
sind.