-
Verfahren zum Herstellen von Papier durch Dispergieren von Fasern,
von denen mindestens ein Teil aus regenerierter Cellulose besteht Die Erfindung
bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Papier, das in wesentlichen Anteilen
aus regenerierten Cellulosefasern besteht.
-
Es sind viele Verfahren bekannt, um regenerierte Cellulosefasern in
Papier einzuverleiben. Da regenerierte Cellulosefasern in bezug auf ihren Durchmesser,
ihre Länge und andere physikalische Eigenschaften in reproduzierbarer Weise stark
verändert werden können, bieten sie gewisse Vorteile bei der Papierfabrikation.
Bisher wurden sie jedoch bei der Papierherstellung aus verschiedenen Gründen nicht
in großem Maßstab angewendet. Eine der Schwierigkeiten besteht darin, gute Dispersionen
der Fasermasse zu erhalten, wenn regenerierte Cellulosefaser der Mischung zugegeben
wird, besonders wenn die Faserlängen über 0,6 cm betragen. Wenn regenerierte Cellulosefaser
in Dispersionen zum Herstellen von Papier verwendet wird, bildet die Faser in der
Regel Klumpen oder Zusammenballungen, wodurch es sehr schwierig ist, glatte Papierbögen
zu erhalten.
-
Diese Nachteile werden bei dem Verfahren zum Herstellen von Papier
durch Dispergieren unter Zusatz eines Dispergierhilfsmittels von Fasern, von denen
mindestens ein Teil aus regenerierter Cellulose besteht, in Wasser, und Verarbeiten
des Breies zu Papier erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß der Faserdispersion
Polyacrylsäure, besonders in Mengen von 0,01 bis 1,0 Gewichtsprozent, zugesetzt
wird.
-
Polyacrylsäure kann durch Polymerisation von Acrylsäure z. B. mit
Wasserstoffsuperoxyd in Gegenwart von Essigsäure nach dem Verfahren, das von Schildknecht,
Winyl and Related Polymers«, John Wiley & Sons, beschrieben ist, hergestellt
werden. Für die Zwecke der Erfindung wird eine Polyacrylsäure mit einem Molekulargewicht
zwischen ungefähr 200000 und 860000 bevorzugt.
-
Die Erfindung kann bei der Herstellung von Papieren verwendet werden,
die regenerierte Cellulosefäden in verschiedenen Anteilen enthalten. Die regenerierte
Cellulosefaser kann 10 oder mehr Gewichtsprozent der Gesamtfaser betragen. Es besteht
keine obere Grenze für den Anteil von anzuwendender regenerierter Cellulosefaser.
Wenn jedoch mehr als 75 Gewichtsprozent der Gesamtfaser angewendet werden, müssen
bestimmte Maßnahmen getroffen werden, um zu sichern, daß das Papierprodukt genügend
Stärke für die praktischen Zwecke besitzt. Es wird bemerkt, daß die bisher üblichen
Papiere aus Holzschliff u. dgl. ihre Stärke durch die Untereinanderhaftung von kleinen
Fasern erhalten, die sich bilden, wenn das Papierzeug geschlagen wird. Normale regenerierte
Cellulosefasern bilden nicht genügend kleine Fäden beim Schlagen, um zu ermöglichen,
aus ihnen Papier herzustellen. Es müssen daher, wenn der Gehalt an regenerierter
Cellulose des Papierstoffes über etwa 75 °/o beträgt, gewisse Verfahrensstufen vorgenommen
werden, um zu sichern, daß genügend Bindung zwischen den Fasern stattfindet, so
daß das Papierblatt genügend Stärke erhält. Es können verschiedene Verfahren angewendet
werden, um dieses Ergebnis zu erreichen. So werden z. B. bei einem üblichen Verfahren
ein Bindemittel auf z. B. Harzbasis zugegeben, um den Brei zur Papierherstellung
geeignet zu machen, und der pH-Wert auf 4,5 mit Alaun eingestellt. Nach einem anderen
Verfahren wird das neuerdings hergestellte Papier mit NaOH behandelt, um die Vereinigung
und das Binden der nebeneinanderhegenden Fasern zu erreichen.
-
Wenn die Fasern des Breies mehr als etwa 100/, Fasern von regenerierter
Cellulose enthalten, so haben die letzteren vorzugsweise einen solchen Querschnitt,
daß eine Dimension 5- bis 15mal so groß ist wie die andere. Vorzugsweise enthalten
die Fäden auch ein besonderes neutrales Material wie Ti0, Sie können erhalten werden,
indem man Viskose, die ein gasbildendes Mittel wie NaaC03 enthält, in ein saures
Spinnbad verspinnt. Die erzeugten, aufgeblähten Fasern ergeben nach Entfernung der
Gase die erforderlichen flachen Fäden. Diese Fäden haben eine
sehr
große Reibung unter den Fäden miteinander, so daß das Papier ohne Anwendung von
adhäsiven oder kaustischen Behandlungen hergestellt werden kann.
-
Außer der regenerierten Cellulosefaser kann das Papier nach der Erfindung
natürliche Cellulosefasern enthalten, z. B. Holzzellstoff oder Lumpenmasse und anderes
faseriges Material wie Nylonfasern, Acrylsäurepolymerfasern;Polyesterfasern und
Fasern aus Celluloseacetat und anderer Ester von Cellulose mit organischen Säuren.
-
Wenn Holzschliff oder andere natürliche Cellulosefasern verwendet
werden sollen, gemischt mit den regenerierten Cellulosefasern, werden die ersteren
vorzugsweise zuerst in Wasser in einer Schlagvorrichtung bis zu einem geeigneten
Mahlgrad zur Papierfabrikation (etwa 500 kanadische Freeness) geschlagen. Die regenerierten
Cellulosefasem und die Polyacrylsäure werden hierauf zugegeben.
-
Der pH-Wert der Flüssigkeit kann vorteilhafterweise in diesem Verfahrensstand
eingestellt werden, da es hierdurch möglich ist, die Viskosität der Flüssigkeit,
die im allgemeinen wünschenswert ist, zu erhöhen.
-
Es wird bemerkt, daß die Viskosität der Polyacrylsäurelösungen sich
mit dem 1)H-Wert ändert, indem die höchste Viskosität für irgendeine gegebene Konzentration
zwischen 6,5 und 8, gewöhnlich ungefähr 7,2, ist. Es ist in der Regel wünschenswert,
so wenig wie möglich Polyacrylsäure zu verwenden (aus wirtschaftlichen Gründen)
und so, daß der pH-Wert der Lösung vorteilhaft auf den Wert gebracht ist, der der
höchsten Viskosität entspricht. Da die Lösungen natürlich sauer sind, bringt das
die Zufügung einer unschädlichen Base mit sich, wie Alkali und Erdalkalihydroxyde,
die Alkalikarbonate oder ähnliche Substanzen zu der Lösung.
-
Der Brei kann dann für kurze Zeit, etwa 5 bis 120 Minuten, durch die
Schlagvorrichtung geleitet werden. Der Brei, der etwa 1,0 bis 6 Gewichtsprozent
Faser enthält, kann dann um etwa die Hälfte verdünnt und in eine Jordan-Maschine
zu weiterem Mischen und weiterer Raffinierung der natürlichen Fasern geschickt werden.
Nach der Bearbeitung in der Jordan-Maschine kann der Brei durch irgendein bekanntes
Verfahren in Papier übergeführt werden. Im Labora-
| Muster |
| A I B I F I E I C I D |
| Holzzellstoff (Gewichtsteile) ...... 90 90 90 80 90
90 |
| Reyonfaser (Gewichtsteile) ....... 10 10 10 20 10 10 |
| Art .. . ......................... glänzend glänzend
matt matt matt matt |
| Länge (mm) .................... 13 13 7,5 7,5 13 13 |
| Denier ......................... 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5
1,5 |
| Polyacrylsäure (°/o) .............. 0 0,1 0 0,1 0 0,1 |
| Grundgewicht' (g/m2) ............ 58,2 63,5 78,2 73,5
77,1 70,8 |
| Kaliberg (Dicke), (mm) . .......... 0,137 0,155 0,185
0,160 0,185 0,165 |
| Wahrnehmbare Dichtigkeit (g/ccm) 0,42 0,41 0,42 0,46 0,42 0,43 |
| Mullen-Bürstwiderstanda (Punkte) 23,6 28,7 33,1 34,8 31,0 33,9 |
| Mullen-Bürstwiderstand4 (°/o) . . . . . 40,5 45,2 42,3 47,3
40,2 47,9 |
| Porosität gegenüber Luftb (Sek./ |
| 100 ccm) ...................... 18,6 3,0 3,2 4,0 3,6
4,0 |
| 1 TAPPI Standard T 410 M45. , Mullen (Punkte) - 100 |
| ' TAPPI Standard T 411 M44. Grundgewicht. |
| ' TAPPI Standard T 403 M53. 6 TAPPI Standard T 460 M49. |
torium werden die Versuchsblätter aus einem Stoffbrei hergestellt, der eine Faserkonzentration
von etwa 0,05 bis 0,20/, nach der britischen Standardblattform hat. In. der Regel
wird, indem man dem Tappi-Standard T205 M-53 folgt, eine Konzentration von
0,15010 angewendet. Für die Herstellung im großen kann irgendeine übliche
Maschine des Fourdrinier-Typs verwendet werden. Bei solchen Maschinen wird ein wäßriger
Brei, der etwa 0,1 bis 1,0
% Faser enthält, in dem Kopfbehälter der Maschine
gebildet und dann auf ein bewegliches Sieb ausgegossen, wobei das Wasser abgesaugt
wird und sich das Papier bildet. Das Papier kann nach Wunsch nach den üblichen Behandlungsarten
gepreßt und getrocknet werden.
-
Wenn gewünscht, können die üblichen Ausrüstungsmittel zu der Faser
in irgendeinem Stand des Verfahrens zugegeben werden, und zwar von der Schlagmaschine
bis zum Kopfbehälter der Papiermaschine. Alternativ können die Mittel dem Papier
zugegeben werden, nachdem es gebildet ist. Die Eigenschaft und die Menge der Mittel
hängen von der Benutzungsart ab, für welche das Papier bestimmt ist, wie es dem
Fachmann bekannt ist. Beispiel Holzzellstoff wird auf eine Schlagmaschine gegeben
und bei einer Faserkonzentration von 3,7 Gewichtsprozent auf einen Brei von 500
kanadische Standard-Freeness behandelt. Es wird hierauf eine geeignete Menge, für
Textilien bestimmte regenerierte Cellulosestapelfaser zusammen mit 0,1
% Polyacrylsäure (Molekulargewicht = 860000) mit genügendem NaOH zugegeben,
um den pH-Wert auf 7,2 zu bringen und hierdurch die größte Viskosität zu erhalten.
Die Viskosität (Brookfield) einer wäßrigen Lösung, die 0,1 % Polyacrylsäure
mit dem Molekulargewicht von ungefähr 860000 bei pu 7,2 enthält, ist ungefähr 25,5
cP.
-
Nach weiterem Mischen in der Schlagmaschine wird der Brei auf 1,4°/o
Faserkonzentration verdünnt und dann in einer Jordan-Maschine 2 Minuten raffiniert.
Er wird auf den Kopfbehälter einer üblichen Papiermaschine gepumpt, auf 0,33 Gewichtsprozent
Faser verdünnt und als solcher auf einen Fourdriniersieb abgelegt. Die Ergebnisse
sind in der folgenden Tabelle gezeigt.
| Muster |
| A I B I F I E C I D |
| Zugfestigkeite(kg/15mmBreite)MD 5,8 6,4 7,0 7,7 6,2 7,4 |
| Bruchlänge7(m), MD ............ 6554 6747 5945 7014 5395 7014 |
| Streckunga (°/o), CD ............. 6,4 5,5 5,2 6,4 4,4
5,4 |
| Faltfestigkeit9 (M. I. T.), CD ..... 162 376 131 231
146 198 |
| Glanzio |
| Oberseite ..................... 80,1 83,3 82,4 83,2
82,1 83,3 |
| Unterseite .................... 79,5 82,5 82,2 83,0 81,9 83,1 |
| e TAPPI Standard T 404 M50 (MD = Hauptrichtung). 9 TAPPI Standard
T 423 M50 (M. I. T. = Massachusetts |
| ' TAPPI Standard T 404 M50 (berechnet). Institute of Technology
method). |
| 9 TAPPI Standard T 457 M46 (CD = Querrichtung). 19 TAPPI Standard
T 452 M48. |
Die Muster wurden bei 23'C und
5001, relative Feuchtigkeit konditioniert
und geprüft. Im allgemeinen gestattet die Erfindung, eine verbesserte Dispersion
von Reyonfasern zu erhalten, indem man Fasern verwendet, die größere Längen haben
als man sie bisher anwenden konnte. Es können größere Verhältnismengen der üblichen
Textilreyonfasern verwendet werden, um eine bessere Blattbildung und ein Endprodukt
zu erhalten, das verbesserte Eigenschaften in bezug auf Mullen-Bürstwiderstand,
Porosität, Bruchlänge, Streckung, Faltstärke (M. I. T.) und Glanz haben.