DE1287428B

DE1287428B - Verfahren zur Herstellung von Papier und Papiererzeugnissen mit grosser Absorptionsgeschwindigkeit fuer Fluessigkeiten und/oder hoher Opazitaet

Info

Publication number: DE1287428B
Application number: DE1964P0034525
Authority: DE
Inventors: Arlov; Dr Anders Petter
Original assignee: PAPIRIND FORSKNINGSINST
Current assignee: PAPIRIND FORSKNINGSINST
Priority date: 1963-06-20
Filing date: 1964-06-18
Publication date: 1969-01-16
Also published as: FI42797B; SE225643C1; GB1081063A; LU46350A1; NL6406934A; BE649486A; FR1401629A

Description

Von vielen Papierqualitäten wird verlangt, daß sie eine große Absorptionsgeschwindigkeit für Flüssigkeit oder hohe Opazität oder beides aufweisen. Als Beispiele derartiger Papiererzeügnisse kommen Zellstoffwatte, Papierservietten und Papiertaschentücher nebst, was die Opazität betrifft, den meisten Schreibund Druckpapierqualitäten in Frage.

Zum Erzielen einer hohen Absorptionsgeschwindigkeit für Flüssigkeit und hoher Opazität werden im allgemeinen Papierzellstoffe verwendet, die während des Kochens und Bleichens im wesentlichen von Hemizellulose befreit werden. Das bedeutet jedoch eine Verringerung der Ausbeute und eine entsprechende Erhöhung der Zellstoffkosten.

Zweck der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von Papierzellstoff zu entwickeln, wodurch Papier und Papiererzeugnisse mit großer Absorptionsgeschwindigkeit für Flüssigkeit und/oder hoher Opazität ohne entsprechende Verringerung der Zellstoffausbeute hergestellt werden können. Weiter richtet *° sich die Erfindung auf eine Behandlung derartiger Papierzellstoffe nach der Bildung einer Papierbahn entweder vor oder nach der Trocknung.

Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zeichnet sich aus durch eine kurze Behandlung von »5 bis zu 90% getrocknetem Papierzellstoff oder bereits hergestellten Papierbahnen oder -blättern mit einer Flüssigkeit, bestehend aus flüssigem, wasserfreiem Ammoniak oder primären Aminen mit bis zu 4 Kohlenstoffatomen im Molekül oder Gemischen zweier oder mehrerer dieser genannten chemischen Verbindungen oder Gemischen von einer oder mehreren der genannten Verbindungen mit Wasser, wobei die Wassermenge einschließlich des in dem zu behandelnden Zellstoff bzw. Papier vorliegenden Wassers 75Gewichtsprozent nicht übersteigt, worauf in an sich bekannter Weise das flüssige Behandlungsmittel durch Waschen mit üblichen Lösungsmitteln für die chemischen Verbindungen im Behandlungsmittel, vorzugsweise Wasser, oder durch Verdampfen aus dem Zeilstoff bzw. Papier entfernt wird, gegebenenfalls unter vorheriger Druckbehandlung zum Entfernen von von dem Zellstoff bzw. Papier absorbiertem überschüssigem Behandlungsmittel.

Das flüssige Behandlungsmittel wird beispielsweise durch Besprühen des Zellstoffs auf diesen aufgebracht oder die Flüssigkeit aus ihrer Gasphase unter erhöhtem Druck und/oder herabgesetzter Temperatur auf den Zellstoff bzw. das Papier kondensiert. Diese können ebenso in das Behandlungsmittel getaucht werden. Nach dieser Behandlung kann das Behandlungsmittel durch Waschen mit einem an sich bekannten geeigneten Lösungsmittel für die in dem Behandlungsmittel enthaltenen chemischen Verbindungen, vorzugsweise Wasser, oder durch Verdampfen aus dem Zellstoff bzw. Papier entfernt werden. In beiden Fällen kann gegebenenfalls ein vorhergehendes Auspressen zum Entfernen eines eventuellen Überschusses an flüssigem Behandlungsmittel erfolgen.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird die Behandlungsdauer zur Anpassung derselben an die Dicke und Dichtigkeit des Zellstoffs oder Papiers geregelt, wobei die erforderliche Behandlungsdauer zwischen Bruchteilen einer Sekunde und etwa 60 Sekünden liegt.

Das Verfahren kann man ein oder mehrere Male •wiederholen, wodurch die erzielte Wirkung verstärkt wird. Ein derartig behandelter Papierzellstoff ergibt nach eventueller mechanischer Behandlung, Blattbildung, Auspressung und Trocknung in üblicher Weise ein Papier, dessen Absorptionsgeschwindigkeit für Flüssigkeit und/oder Opazität besser ist — in vielen Fällen wesentlich besser — als bei einem in der gleichen Weise, aber aus unbehandeltem Zellstoff hergestellten Papier. Eine bereits gebildete Papierbahn erhält nach der erfindungsgemäßen Behandlung gegenüber einem entsprechenden unbehandelten Papier ebenfalls eine höhere Absorptionsgeschwindigkeit für Flüssigkeit und/oder eine höhere Opazität.

Die Einwirkung von Ammoniak und Aminen auf Zellulose wird zwar in der Literatur erwähnt, jedoch darauf verwiesen, daß bei Entfernen des Ammoniaks eine völlige Entquellung der Zellulose eintritt. Dieses Verhalten entspricht dem der meisten alkalischen Lösungen, wie ja Zellulosefasern bekanntlich auch in Wasser quellen. Während des Flüssigkeitsentzuges und des damit verbundenen Entquellens verliert das Papier die vorübergehend angenommenen Eigenschaften und wird in seinen ursprünglichen Zustand zurückversetzt. Es läge der Schluß nahe, daß die gleiche Wirkung bei Entfernen des Ammoniaks und der Amine gegeben sei.

Demgegenüber weisen die folgenden Beispiele nach, daß gemäß der Erfindung sowohl die hohe Opazität als auch das ausgezeichnete Absorptionsverhalten des mit Ammoniak oder primären Aminen behandelten Papiers od. dgl. erhalten bleiben.

Beispiel 1

Zwei auf 90% getrocknete, gebleichte Nadelholzsulfitzellstoffe, ein Papierzellstoff (A) und ein Kunstseidenzellstoff (B) wurden 1 Minute bei —33° C in flüssiges, annähernd wasserfreies Ammoniak getaucht und danach die absorbierte Flüssigkeit durch Verdampfung entfernt. Prüfblätter mit einem Gewicht von 140 g/m² wurden gemäß dem Verfahren des Norwegischen Papierforschungsinstituts (PFI-Methode) aus unbehandeltem und behandeltem Zellstoff hergestellt. Aus den Prüfblättern wurden 15 mm breite Streifen geschnitten, die vertikal mit ihren unteren Enden in Wasser angebracht wurden. Die Luft- und Wassertemperatur betrug 20° C und die relative Feuchtigkeit der Luft 65%. Die Absorptionshöhe in den Streifen wurde als Funktion der Zeit beobachtet. Die Beobachtungen ergeben sich aus der nachstehenden Tabelle:

	Absorptionshöhe	behandelt	in cm	Stoff	B
nach	Stoff A	5,1	unbehandelt	behandelt
Minuten	unbehandelt	6,6	3,2	6,9
2	2,5	7,8	4,3	9,1
4	3,5	8,7	5,1	10,8
6	4,2	9,6	5,8	12,1
8	4,8	6,3	13,2
10	5,3

Wie aus der Tabelle hervorgeht, wird Wasser etwa doppelt so schnell in dem aus mit Ammoniak behandeltem Zellstoff hergestellten Papier absorbiert. Da der Zellstoff in diesem Fall vor der Blattbildung nur zerfasert, nicht aber gemahlen wurde, handelt es sich hier um Zellstoffwattenqualitäten, wo eine hohe Absorptionsgeschwindigkeit von größter Bedeutung und die Festigkeit des Blattes weniger wichtig ist.

Die Verdoppelung der Absorptionsgeschwindigkeit nach der Behandlung des Zellstoffs mit flüssigem Ammoniak gilt nicht nur Wasser und wäßrigen Auflösungen, sondern auch organischen Flüssigkeiten, wie das nachstehende Beispiel zeigt.

Ein auf 90% getrockneter, gebleichter, weicher, harzfreier Sulfatzellstoff wurde mit flüssigem Ammoniak behandelt. Prüfblätter wurden in der oben beschriebenen Weise aus behandeltem und unbehandeltem Zellstoff hergestellt. Die Absorptionsgeschwindigkeit von Wasser und Benzol der 15 mm breiten Papierstreifen ist in der nachstehenden Tabelle veranschaulicht:

Absorptionshöhe in cm

nach	Wasser	behandelt	Benzol	behandelt
Minuten	unbehandelt	10,5	unbehandelt	9,7
2	4,6	14,2	5,2	12,2
4	6,4	16,8	6,4	13,8
6	7,7	18,6	7,1	14,9
8	8,9	19,8	7,6	15,5
10	9,8	8,0

Die Erhöhung der Absorptionsgeschwindigkeit ist as nach der Behandlung des Zellstoffs mit Ammoniak somit annähernd dieselbe für Benzol wie für Wasser.

Beispiel 2

Ein auf 90% getrockneter, gebleichter Sulfatzellstoff wurde 1 Minute bei —33° C in flüssiges Ammoniak getaucht und danach das Ammoniak durch Verdampfen entfernt. Unbehandelter und behandelter Zellstoff wurden in einer PFI-Mühle bei 4000 Umdrehungen und bei einem Mahldruck von 3,4 kg/cm gemahlen. Ein Naßfestigkeitsmittel der Harnstoffart wurde dem behandelten Zellstoff zugesetzt, und es wurden gemäß der PFI-Methode Prüfblätter hergestellt. Die nachstehende Tabelle zeigt Trocken- und Naßfestigkeit nebst der Absorptionsgeschwindigkeit:

45

	Naßfestigkeitsmittel	6% Harnstoff	6 »/0 Harnstoff und Alaun
	keines	5 700 9 900	7 200 10 400
Reißlänge, trocken (m) NHj-behandelt Unbehandelt	4 000 8 700	1200 2500	2 300 3 000
Reißlänge, naß (m) NH₃-behandelt Unbehandelt	150 400	7,0 2,3	5,5 1,5
Absorptions geschwindigkeit (cm/10 Min.) NH₃-behandelt Unbehandelt	7,5 2,4

50

55

Aus der vorstehenden Tabelle geht hervor, daß ammoniakbehandelte Papierzellstoffe nach Mahlen und Zusatz eines Naßfestigkeitsmittels ein Papier mit befriedigender Festigkeit sowohl in trockenem als auch in nassem Zustand ergeben, welches gleichzeitig eine Wasserabsorptionsgeschwindigkeit aufweist, die bedeutend höher ist als bei Papier aus unbehandeltem Zellstoff. Papierqualitäten dieser Art eignen sich insbesondere zur Herstellung von Papierservietten, Papiertaschentüchern od. dgl.

Beispiel 3

Ein auf 90% getrockneter, gebleichter Nadelholzsulfitzellstoff mit hohem Hemizellulosegehalt (Gammazellulosegehalt etwa 19%) wurde 1 Minute in flüssigen Ammoniak getaucht, darauf die absorbierte Flüssigkeit mittels Verdampfen entfernt. Unbehandelter Zellstoff, behandelter Zellstoff und ein 1:1-Gemisch aus beiden wurden unter 2000 Umdrehungen in einer PFI-Mühle bei einem Mahldruck von 3,4 kg/cm gemahlen. Prüfblätter mit einem Gewicht von 70 g/m² wurden gemäß der PFI-Methode hergestellt. Die nachstehende Tabelle gibt einige Eigenschaften dieser Blätter an:

Mahlgrad (° SR)

Dicke des Prüfblattes

(mm)

Reißlänge (m)

Opazität (%)

Unbehandelt

0,09
8970
56,7

Behandelt

19

0,11
4710
69,5

Gemisch 1:1

46

0,10 7110
67,5

Wie die obenstehende Tabelle zeigt, verleiht die Behandlung der Papiermasse mit flüssigem Ammoniak dem aus der Masse hergestellten Papier eine bedeutend erhöhte Opazität. Gleichzeitig wird sowohl der Mahlgrad des gemahlenen Zellstoffs als auch die Reißlänge des Papiers merkbar reduziert. In diesem Zusammenhang ist es bemerkenswert, daß die Festigkeit des Papiers bedeutend verbessert und die Opazität nicht sehr verringert wird, wenn unbehandelter Zellstoff mit NH₃-behandeltem Zellstoff gemischt wird.

Beispiel 4

Der im Beispiel 3 beschriebene Zellstoff, jedoch mit einem Trockengehalt von 25,2%, wurde 1 Minute in flüssigen, wasserfreien Ammoniak getaucht und an der Luft getrocknet. Nach Mahlen und Blattbildung in der oben beschriebenen Weise wurde eine Opazität von 67,3% erzielt.

In einem weiteren Versuch wurde derselbe Zellstoff mit einem Trockengehalt von 27,0% 1 Minute in flüssigen Ammoniak getaucht und darauf das Ammoniak ohne zwischenliegende Trocknung mit Wasser ausgewaschen. Nach Mahlen und Blattbildung in oben beschriebener Weise wurde eine Opazität von 65,1% erzielt.

Derselbe Zellstoff, auf 90% getrocknet, wurde 1 Minute in konzentriertes Ammoniakwasser (25- bis 30%iges NH₃) getaucht und danach an der Luft getrocknet. Der Zellstoff wurde gemahlen und daraus Prüfblätter hergestellt, wobei folgende Opazität erzielt wurde:

60 AmmoniakwasserundTrocknung
Destilliertes Wasser und Trocknung

Keine Behandlung

¹SR

42

43 48

Opazität »/0

56,9

59,2
59,8

Die Tabelle zeigt, daß eine Behandlung mit reinem Wasser und darauffolgender Trocknung, wie bereits bekannt, eine gewisse Opazitätserhöhung verursacht. Eine Behandlung mit konzentriertem Ammoniakwasser ergibt eine Wirkung, die nur wenig höher ist als die durch Behandlung mit reinem Wasser erzielte.

Die im Beispiel 4 beschriebenen Versuche zeigen, daß die erwünschte Erhöhung der Opazität durch Behandlung des Zellstoffs mit flüssigem Ammoniak auch dann erzielt werden kann, wenn Wasser anwesend ist. Das Wasser kann im Ammoniak oder im Papierzellstoff oder in beiden vorhanden sein, aber die Gesamtwassermenge darf einen bestimmten Wert nicht überschreiten. Einer der Versuche zeigt, daß eine Opazitätserhöhung auch dann erzielt werden kann, wenn das Ammoniak durch Waschen anstatt durch Trocknen entfernt wird.

Beispiel 5

Wie bereits erwähnt, kann eine Erhöhung der Ab- ao Sorptionsgeschwindigkeit und/oder der Opazität nicht nur durch Behandlung des Zellstoffs vor der Blattbildung, sondern auch durch Behandlung einer bereits hergestellten, trockenen oder nassen Papierbahn od. dgl. erzielt werden. Diese Tatsache wird durch den folgenden Versuch veranschaulicht.

Der in den Beispielen 5 und 4 beschriebene Zellstoff wurde bei 2000 bzw. 4000 Umdrehungen pro Minute in der PFI-Mühle gemahlen und daraus Prüfblätter hergestellt. Einige Blätter aus jedem Mahlgrad wurden 1 Minute in flüssigen Ammoniak getaucht, wonach sie ohne Möglichkeit zum Schrumpfen getrocknet wurden. Die nachstehende Tabelle zeigt die Ergebnisse dieses Versuchs.

Einige Blätter wurden in eine Flüssigkeit, bestehend aus 90% Methylamin und 10% Wasser getaucht und danach an der Luft getrocknet. Andere Blätter wurden in reines Methylamin getaucht und an der Luft getrocknet. Die Tabelle zeigt die erzielten Ergebnisse.

Behandlungsmittel	Opazität Vo
Unbehandelt	57,0 66,7 73,3
90% CH₃NH₂ + 10% H₂O Reines CH₃NH₂

In einem weiteren Versuch wurde derselbe Zellstoff unter 4000 Umdrehungen pro Minute in der PFI-Mühle gemahlen und dann Prüfblätter hergestellt. Diese Blätter wurden dann mit flüssigem Ammoniak behandelt und an der Luft getrocknet. Während der Behandlung und Trocknung waren die Blätter zur Vermeidung einer Einschrumpfung ausgespannt. Die nachstehende Tabelle zeigt die Opazität unbehandelter und mit verschiedenen Mitteln behandelter Blätter.

Behandlungsmittel

Unbehandelt

Blätter behandelt mit
NH,

,NH,

-"2"S-

Dicke (mm) ..
Reißlänge (m)
Opazität (%)

Unbehandelt

Umdrehungen

pro Minute
2000 I 4000

0,09
8660
56,7

0,09 9330
47,0

Behandelt

Umdrehungen

pro Minute 2000 I 4000

35 n-C₄H₉NH₂

Opazität

55,0

76,8 76,5 80,8 77,7 78,8

0,13 3260 79,6

0,13 5550 74,1

40

Die Tabelle zeigt, daß die durch die Behandlung von Papier erzielte Opazitätserhöhung größer ist, als wenn der Zellstoff vor der Blattbildung behandelt wird. Erhöhung der Dicke ist auch größer. Der Abfall der Reißlauge ist bei niedrigem Mahlgrad sehr groß. Bei stärkerer Mahlung dagegen ist der Abfall nicht so beträchtlich.

Auch die Absorptionsgeschwindigkeit für Flüssigkeiten kann erhöht werden, wenn fertiges Papier gemäß der Erfindung behandelt wird. Fabrikhergestellte Säuglingswindeln (34 Schichten je 20 g/m² Kreppzellstoff) zeigten nach Eintauchen in flüssigen Ammoniak undAmmoniakverdampfung einen Wasserdurchschlag nach 4,2 Sekunden gegenüber 7,6 Sekunden bei unbehandelten Windeln.

In einem weiteren Versuch wurden PFI-Blätter mit doppeltem Gewicht (140 g/m²) aus einem gebleichten Kiefernsulfatzellstoff hergestellt. 20 mm breite Streifen dieser Blätter wurden in verschiedene Amine getaucht und getrocknet. Die Geschwindigkeit der Wasserabsorption dieser Streifen ist in der nachstehenden Tabelle gezeigt:

Behandlungsmittel

Unbehandelt

Streifen behandelt mit

NH₃

CH₃NH₂

C₂H₅NH₂

cysyr-

Absorptionshöhe

in cm nach 10 Minuten

4,9

7,2

12,0

13,5

9,5

9,7

Beispiel 6

Wie oben erwähnt, kann eine Erhöhung der Absorptionsgeschwindigkeit und/oder Opazität auch durch Behandlung von Papierzellstoff oder Papier mit Alkylaminen, die bis zu 4 Kohlenstoff atome im Molekül enthalten, erzielt werden.

Der im Beispiel 3 beschriebene Zellstoff wurde unter 2000 Umdrehungen pro Minute in der PFI-Mühle gemahlen und dann Prüfblätter hergestellt.

In den vorstehenden Beispielen wurden hauptsächlieh weiche Nadelholzzellstoffe für die Absorptionsversuche und Sulfitzellstoffe mit hoher Ausbeute für die Opazitätsversuche verwendet. Die erfindungsgemäß erzielten Verbesserungen bezüglich Absorptionsgeschwindigkeit und Opazität nach der Behandlung von Papier oder Papierzellstoffe beschränken sich keineswegs auf die obenerwähnten Arten. Ähnliche Wirkungen wurden auch bei anderen Zellstoffqualitäten erzielt, obwohl die Größe der Wirkung

gewissermaßen von einer Zellstoffqualität zur anderen variiert.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Papier und Papiererzeugnissen mit großer Absorptionsgeschwindigkeit für Flüssigkeiten und/oder hoher Opazität, gekennzeichnet durch eine kurze Behandlung von bis zu 90% getrocknetem Papierzellstoff oder bereits hergestellten Papierbahnen oder -blättern mit einer Flüssigkeit, bestehend aus flüssigem, wasserfreiem Ammoniak oder primären Aminen mit bis zu 4 C-Atomen im Molekül oder Gemischen zweier oder mehrerer dieser genannten chemischen Verbindungen oder Gemischen von einer oder mehreren der genannten Verbindungen mit Wasser, wobei die Wasser-

menge einschließlich des in dem zu behandelnden Zellstoff bzw. Papier vorliegenden Wassers 75 Gewichtsprozent nicht übersteigt, worauf in an sich bekannter Weise das flüssige Behandlungsmittel durch Waschen mit üblichen Lösungsmitteln für die chemischen Verbindungen im Behandlungsmittel, vorzugsweise Wasser, oder durch Verdampfen aus dem Zellstoff bzw. Papier entfernt wird, gegebenenfalls unter vorheriger Druckbehandlung zum Entfernen von von dem Zellstoff bzw. Papier absorbiertem überschüssigem Behandlungsmittel.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Regelung der Behandlungsdauer zur Anpassung derselben an die Dicke und Dichtigkeit des Zellstoffs oder Papiers, wobei die erforderliche Behandlungsdauer zwischen Bruchteilen einer Sekunde und 60 Sekunden liegt.

909 503/1541