DE1546266A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Einbringen von Zusatzstoffen in eine Papierbahn od.dgl. - Google Patents

Description

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DR. ING. KARL BOEHMERT · DIPL-ING. ALBERT BOEHMERT DIPL-ING. GÜNTHER EISENFUHR

28 BREMEN, FELDSTRASSE 24 · FERNRUF (0421) 491700

Aktenzeichen: ITeUanmeldlUlg Pothdiedtkontoi Hqmbura 126083 Bankkonto: Bremer Bank, Bremen, Konto 1001449

Named.Anm.: THE MEAD CORPORATION

Mein Zeichen: T 545 28 Bremen, den 24-. September 1966

TEE MEAD CORPORATION, Dayton, Staat Ohio (V.St.A.)

Verfahren und Vorrichtung zum Einbringen von Zusatzstoffen in eine Papierbahn oder dergl.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einbringen von Zusatzstoffen in eine Papierbahn, Pappenbahn oder dergl. und ferner Vorrichtungen zur Ausführung des Verfahrens.

Um Papier oder Pappe für die verschiedensten Verwendungszwecke geeignet zu machen, ist es bekannt, den Papierbahnen vielerlei Zusatzstoffe mittels einer Reihe von verschiedenen Verfahren zuzusetzen. Diese Zusatzstoffe ändern die physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften

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des Papiers und verbessern "beispielsweise die Bedruck-"barkeit, den Glanz, die Lichtundurchlässigkeit, die Haltbarkeit, die wasser- und/oder fettabstoßende Beschaffenheit, die Naß- und Trockenfestigkeit, Weichheit, Feuerfestigkeit, Färbung, chemische Reaktionsfestigkeit, Verformbarkeit, Dehnfähigkeit und dergl. des Papiers. Bisher wurden derartige Zusatzstoffe entweder (1) in die Fasersuspension vor der Bildung der Bahn oder (2) in die bereits gebildete Bahn in deren nassem Zustand oder in deren bereits im wesentlichen trockenem Zustand eingebracht .

Obwohl bereits außerordentlich viele Vorschläge zum Einbringen von Zusatzstoffen, wie mineralischen Füllstoffen, Schlichten und dergl., in eine nasse Bahn während oder kurz nach ihrer Bildung gemacht worden sind, haben sie in der Praxis wenig Anwendung gefunden.

Beim Einbringen von Zusatzstoffen in eine Papierbahn vor oder während ihrer Bildung treten mancherlei Probleme auf. Wenn Zusatzstoffe der Faseraufschwemmung vor der Bahnbildung zugesetzt werden, liegt das Hauptproblem darin, diese Stoffe in der Aufschwemmung zurückzuhalten. Da Bahnen aus Papier und/oder Pappe normalerweise aus . stark verdünnten Fasersuspenaionen gebildet werden, die

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nur einen Feststoff gehalt von etwa 0,01 "bis 2 % haben, müssen große Wassermengen mit hohen Geschwindigkeiten abgeführt werden, wodurch ein Teil der in der Aufschwemmung enthaltenen Susatzstoffe von dem abgeführten Wasser durch das Sieb hindurch mitgerissen wird. Selbst bei Verwendung von chemischen Hilfsmitteln zum Zurückhalten der Zusatzstoffe verbleibt doch ein Teil dieser Stoffe in dem abgeführten Wasser. Ferner beeinträchtigen auch einige der in die Fasersuspension eingebrachten Zusatzstoffe sowohl die Haß- als auch die Trockenfestigkeit der Bahn.

Beim Einbringen von Susatzstoffen in die bereits gebildete Bahn ergeben sich andere Probleme. Wenn das Zusetzen erst nach einem erheblichen Trocknen der Bahn erfolgt, kann nur schwer eine gleichmäßige "Verteilung der Zusatzstoffe übe27'die ganze Dicke der Bahn erzielt werden, wenn eine solche Art der Verteilung der Zusatzstoffe in der Bahn erwünscht ist. Wenn die Zusatzstoffe nur auf die Oberfläche der Bahn aufgetragen werden sollen, so muß gleichzeitig eine erhebliche Leimmenge verwendet werden, um die Zusatzstoffe fest mit der Bahnoberfläche zu verbinden. Das Vorhandensein von Leim "beeinträchtigt in vielen Fällen die gewünschte Wirkung der Zusatzstoffe. Beispielsweise kann die chemische Reaktionsfähigkeit dadurch verschlechtert werden.

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Die Erfindung bezieht sich min auf ein verbessertes Verfahren zum Einbringen von Zusatzstoffen in eine Papierbahn während oder unmittelbar nach der Bildung der Bahn. Gemäß der Erfindung wird eine Zusatzstoffdispersion unter Verwendung eines Dispersionsmittels, das eine stabil gleichmäßige Dispergierung des Zusatzstoffes begünstigt, hergestellt. Dieses Dispersionsmittel ist von solcher Art, daß es mit einem bestimmten vorher in die Bahn eingebrachten Floclaingsmittel sus ammenwirkt.

Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Einbringen von Zusatzstoffen in eine nasse, bereits gebildete oder teilweise gebildete Papierbahn, Pappbahn oder dergl. Dieses Verfahren ermöglicht ein vollständiges Zurückhalten von Zusatzstoffen uni eine kontrollierbare Verteilung von Zusatzstoffen übar die gesamte Fläche und Dicke der Bahn.

Gemäß der iriiiidung ^erdsn Flockungsmittel in die Bahn ea.i:.3ebra·>.:·.·; · di? mit ^ispersionaiaitteln, welche zur Her- «■'~£-11"αΐ:£" Vv_i T■:,. Hper^iones von .lusatsstoffen verwendet ■■.{■η'..:".·, ζ i^:,.:-."iu.::ii-:'iwirV''iri ~iz<i aadurch Irontrciliertes Ausfl:o.^r>: '^v i-u^atsst^::^llz-t}e::~s±or. bei Berührung mit der

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Weitere Ziele der Erfindung werden durch die folgende Beschreibung, Zeichnungen und Ausführungsbeispiele deutlich werden.

Fig. 1 stellt ein Arbeitsschema des nassen Endes einer Fourdrinier Papiermaschine dar.

Fig. 2 stellt ein Arbeitsschema einer zum Auftragen von Zusatzstoffen auf die nasse Bahn dienenden Vorrichtung dar, die zwischen der Siebvorrichtung und der Presse einer Papiermaschine angeordnet ist.

Für die Papierherstellung werden solche Fasern ausgewählt, die dem fertigen Papier die gewünschten physikalischen Eigenschaften verleihen. Diese Fasern bestehen meistens aus Cellulose und werden aus Naturstoffen, wie Holz, Baumwolle, Hanf, bestimmten Gräsern, wie Esparto und dergl. gewonnen. Es können aber auch synthetische organische oder anorganische Fasern verwendet werden, wie regenerierte Cellulose (Kunstseide, Rayon), Nylon, Polyester, Polyvinylchlorid, Polyacrylkunststoffe, G-las, Keramic und Metallfasern aus Aluminium, Nickel, Stahl, Blei und anderen Metallen. Verwendbar sind ferner künstliche anorganische Fasern, wie Asbest. Gelegentlich werden mehrere Faserarben gemischt, um die gewünschten Eigenschaften zu erzielen.

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Die jeweils verwendeten Fasern oder Fasermischungen werden in Wasser suspendiert und in den üblichen Aufbereitungsanlagen, wie Aufschläger, Jordan Mühlen etc. behandelt. Die Suspension gelangt dann über ein Rohr (Fig. 1) zum Stoffaustritt 10, der als Ganzes mit 1 bezeichneten Papiermaschine. Vom Stoffaustritt fließt ein Strom der Fasersuspension über eine Rinne 12 auf eine Siebvorrichtung 13> auf der sich die Fasern als verfilzte Matte ablagern, während das Suspensionswasser durch die Siebvorrichtung aufgrund seiner Schwerkraft, durch die Wirkung von Registerwalzen 14, nassen Saugkasten 15 j trockenen Saugkasten 16 und einer Siebsaugwalze 20 entfernt wird. In dem Bereich, in dem die Fasersuspension zuerst mit dem Drahtsieb in Berührung kommt, strömt das Suspensionswasser mit hoher Geschwindigkeit durch das Drahtsieb, da sich die Filterwirkung der abgesetzten Faserschicht noch nicht auswirken kann. Wenn die Bildung der Bahn fortschreitet, wird die abgesetzte Faserschicht dicker und bildet ein wirkungsvolleres Filtermedium für die Suspension. Jedoch weist der Bereich, in dem die Bahn zuerst gebildet wird, fast gar keine Filterwirkung auf und kleine Fasern oder andere kleine, in der Fasersuspension vorhandene Teilchen werden durch die hohe Strömungsgeschwindigkeit des Wassers durch das Drahtsieb gespült.

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Wenn die Fasersuspension Zusatzstoffe in Form von Emulsionen,. Pigmentteilchen, Kolloiden und dergl. erhält, werden erhebliche Mengen dieser Stoffe mit dem durch das Drahtsieh-. strömenden Wasser weggespült. Dadurch wird die von der BaIm zurückgehaltene Menge solcher Zusatzstoffe vermindert. Dies ist seihst dann der Fall, wenn vor der Bildung der Bahn Flockungsmittel oder Filterhilfsmittel zugesetzt werden. Obgleich derartige Chemikalien die in der BaIm aurückgehaltene Stoffaenge erhöhen, wird noch immer ein Seil mit dem Wasser weggespült.

Im Anschluß aii die nasse»! Saugkasten 15 "££κϊ noch vor den trockenen Saugkästen 16 wird seitweise durch eine Tordruckwal se 1? auf die Oberfläche ier nassen 3alrö. eingewirkt. Darauf laufen das Drahtnetz '-in·! die auf diesem befindliche nasse Bahn über' eine- Leit^ais·;· 16 sur Sieb— saugwalze 19₅ die normalerweise einsn innsran Saugkasten 20 aufweist,

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Uat, wird oi:? zu einer ersten jprsss^ 2 £3lalt;et, Bas Droiiti^:ie^:b 13 Tollendes oiiiei: '^:hiü.:n£ ^:'ΐΌ^ν lie Walssi^ urid- die- Brus «walze 22« .

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Nachdem die Bahn23 die Siebsaugwalze 19 verlassen hat, läuft sie unter einer Mitlaufwalze 24 zu dem Pressenfilz 25> der sie durch den Walzenspalt eines Presswalzenpaars 26, 27, dessen untere Walze eine perforierte Oberfläche und einen inneren Saugkasten 28 aufweist, transportiert. Nach Durchlauf durch den Walzenspalt verbleibt die Bahn 2J für kurze Zeit an der Oberfläche der Walze 26 und wird darauf nachfolgenden, nicht dargestellten Teilen der Maschine übergeben.

Der Pressenfilz 25 wird in einer endlosen Bahn um die Mitlaufwalze 29 und nicht dargestellte Führungs- und Streckwalzen herumgeführt.

Um den relativ hohen Verlust von Zusatzstoffen in dem Bereich der ersten Eildung der Bahn au vermeiden, sind Versuche angestellt worden, Dispersionen oder Zusatzstoffe durch Vorrichtungen, xd.e Düsen 30, 30', 30", zweiten St off austritt 3I₅ 7ordruckw.alzenauf träger 52 oder Preßwalsenaufträger 35 auf die Bahn aufzutragen. Meistens sind diese Vorriulit'iagen dort angebracht, wo die Bildung der Bahn weit; s;eir.ig fortgeschritten ist, um eine Filtrierwix-ioiijs der ^a^r^cxuxat zu gewährleisten. Die verwendeten "Dispersionen ed-?r I/ucata stoffe haben in Bezug auf die PoT-:ngrö3e der ϊ-zu:ermatte und/oder die Siebgröße des

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Drahtsiebs eine- kleine Teilchengröße. Es ist jedoch unvermeidlich, daß Teile der Dispersionen von dem durch die AbSaugvorrichtungen 15, 16, 20, 28 abgesaugten Wasser durch die Faserschicht gespült werden.

Die meisten Schwierigkeiten der "bisher "bekannten Verfahren werden durch das erfindungsgemäße Verfahren behoben oder weitgehend in Umfang und Bedeutung vermindert. In dem in Figur 1 dargestellten Schema wird ein Flockungsmittel der Fasersuspension vor der Beschickung des Stoffaustritts 10 oder in dem Stoffaustritt 10 selbst, wie mit 34- angedeutet, zugegeben, oder durch Düsen 30 auf die Bahn im frühen BiIdungsstadium gesprüht. Darauf wird eine Dispersion von Zusatzstoff bereitet,! wobei ein geeignetes Dispergiermittel verwendet wird, das mit dem Flockungsmittel zusammen Ausflocken der Dispersion bewirkt. Die Zusatzstoffdispersion wird auf die Bahn vorzugsweise durch Düsen 30', 30", zweiten Stoffaustritt y\, Tordruckwalzenaufträger 32 oder Preßwalzenaufträger 33 aufgetragen. Bei Berührung der Nassen Bahn und des darin enthaltenden Flockungsmittels tritt Flockung der Zusatzstoffdispersion ein. Dadurch vereinigen oder ballen sich die feinen Teilchen der Suepension zusammen und erhöhen'damit die Teilchengröße derart, daß diese nunmehr die Porengröße der sich bildenden Bahn übersteigt,

Auf diese Weise wird ein besseres Zurückhalten der Zusatzstoffe erzielt.

Es ist nun gefunden worden, daß Auftragen "von Zusatzstoffdispersionen aus verschiedenartigen Zusatzstoffen zwischen der Siebsaugwalze 19 und dem ersten Preßwalzenpaar 26, 27 zu besonders guten Ergebnissen führt. Obwohl dies auch durch Düsen 30" (Fig. 1) erreicht werden kann, sind in der in Figur 2 gezeigten Maschine "Vorrichtungen vorgesehen, die es gestatten, dünne, nasse Bahnen ohne erkennbare Erhöhung ihres Feuchtigkeitsgehalts und ohne Zerstörung ihrer Faserstruktur, die beim Aufdüsen von Zusatzstoffdispersionen auf dünne Bahnen geschehen kann, zu bearbeiten.

In Figur 2 ist diese Vorrichtung, die allgemein als Aufwärtsaufträger bezeichnet werden kann, mit 3 bezeichnet. In dieser Vorrichtung wird die nasse, von dem Drahtnetz 13 getragene Papierbahn beim Erreichen der Siebsaugwalze 19 auf ein oberes Draht- oder Stoffnetz 35 übergeben. Das obere Drahtnetz 35 wird in einer endlosen Bahn um Walzen 36, 37» 38, Streckwalzenpaar 39» 4-0 und Führungswalze 41 herumgeführt. Ein unteres Draht- oder Stoffnetz 42 wird in einer endlosen Bahn um Walzen 43, 44, 45» Streckwalzenanordnung 46, 47, 48 und führungswalze

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herumgeführt. Die Walzen 36, 37? 4-3 _s 44- sind in der Weise angeordnet, daß die Bann sicher zwischen dem oberen Draht- oder Stoffnetz 35 iind dem unteren Draht- oder Stoffneta 42 während des ganzen Weges von Walze 43 "bis Walze 44 hindurchgeleitet wird. Der Stoffaustritt 50 wird mit einer Zusatzstoffdispersion durch das Hohr beschickt. Sin Teil des Bodens des Stoffaustritts 50 ■verläuft parallel zum oberen Drahtnetz 35? wie mit 52 angedeutet ist. Die ~aus biegsamem Material hergestellte Schürze 53 ist so angeordnet, daß ihre freie Kante auf der Oberseite des oberen Drahtnetzes 35 aufliegt. Die Saugkasten 54 sind derart angeordnet, daß die untere Oberfläche des Draht~ oder Stcffiietaes 42 über ihre oberen Flächen hinweggfleitet, wie dies in gleicher Weise mit Saugkasten und Drahtnetz im Foudrinier-'Üeil der Papiermaschine geschieht. Stoffe, die in die Saugkästen 54 gelangen, werden durch das Bohr 55 abgeführt.

Hachdem die Bahn 25 den üjafwärtseoii träger durchlaufen hat, wird sie auf den Pressenfils 23 übergeleitet und kann darauf in irgendeiner* gewünschten Weise we it erverarbeitet werden. Beispielsweise kann ei.η zweites Auftragen eines Zusatzstoffes der gleichen ader einer ^r.deren Art bei einem späteren 7er£ahrensschritt, wie "bei dem Naßpressen, Weichpressen, Bimensi'onspressen, Kalandern oaer dergl. erfolge:ü.

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Während des Betriebes wird "bei Benutzung des Aufwärtsaufträgers dem Stoffaustritt 50 eine Zusatzstoffdispersion durch das Rohr 51 zugeführt. Im Stoffaustritt 50 wird der Stand der Dispersion entweder durch Regulieren des Zuflusses durch das Rohr 51 oder durch eine nicht dargestellte, übliche Überlaufvorrichtung konstant gehalten. Die Zusatzstoffdispersion fließt über die Schürze 53 auf das Draht- oder Stoffnetz 35 und wird gezwungen, durch dieses hindurch in die Bahn 23 zu fließen. Das an die Saugkästen ^A- angelegte Vakuum kann auf jeden gewünschten Wert einreguliert werden und ist vorzugsweise genügend stark, um einen vollständigen Durchtritt der Zusatzstoffdispersion durch die nasse Bahn zu gewährleisten. Überschüssige Dispersionen, die durch die Bahn in die Saugkästen 54 gelangt, wird durch das Rohr 55 abgeleitet und kann mit frischer Zusatzstoffdispersion zu einer gewünschten Konzentration gemischt und erneut eingesetzt; werden. Auf diese Weise werden Verluste von Zusatzstoffen weitgehend verhindert. Ein Einbringen von Zusatzstoff in die Bahn hat an dieser Stelle, unmittelbar im Anschluß an den Foudrinier-Teil der Papiermaschine, zahlreiche Vorteile. Erstens ist das meiste freie Wasser (d.h. Wasser, das durch Saugkästen entfernt werden kann) bereits entfernt. Darüberhinaus wird der Wassergehalt₍der die

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JLuf tr age vor richtung verlassenden Bahn nicht durch Wasser aus der Zusatzstoffdispersion unerwünscht erhöht. Daher ist eine außergewöhnlich große Wasserentfernung im Naßpressenteil der Papiermaschine, wie es "bei der Zusatzstoffzugabe durch Düsen 30" oder Preßwalzenaufträger 33 der Fall ist, nicht nötig.

Die Arbeitsweise der Vorrichtung kann leicht durch den Feststoffgehalt der Zusatzstoffdispersion, den Stand im Stoffaustritt 50 und das an die Saugkasten 54- angelegte Vakuum kontrolliert werden. Beispielsweise helfen die Art und Menge von Flockungsmittel, das der Bahn vor dem Einbringen von Zusatzstoffdispersion zugegeben wird, sowie die Art und Menge von Dispergiermittel, das zur Herstellung der Zusatzstoffdispersion verwendet wird, die Verteilung von Zusatzstoff in der Bahn zu kontrollieren, indem die Flockengröße durch Zusammenwirken von Flockungsmittel mit Dispergiermittel bestimmt wird. Wenn hauptsächlich ein Aufbringen von Zusatzstoffen auf die Oberfläche erwünscht ist, werden geeignete Flockungsund Dispergiermittel in Konzentrationen, die die Bildung von relativ großen Flocken von Zusatzstoff begünstigen, verwendet, wobei das Verfahren mit einem minimalen Vakuum an den Saugkästen 54- durchgeführt wird. Wenn dagegen eine mehr gleichmäßige Verteilung des Zusatzstoffs über

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die Dicke der Bahn erwünscht ist, werden das Flockungs- und Dispergiermittel und deren Konzentration derart ausgewählt, daß die Bildung relativ kleiner Hocken "begünstigt wird und das Vakuum an den Saugkasten 54 wird so eingestellt, daß relativ kleine Flocken in die Bahn gelangen und in dieser verteilt werden.

Unter der Bezeichnung "Zusatzstoff" wird sehr verschiedenartiges Material verstanden, das die Eigenschaften einer Papierbahn in einer erwünschten Weise beeinflussen kann. Es muß nur die einzige Bedingung erfüllen, in einem wässrigen Medium in fein verteilter Form dispergierbar zu sein. Derartige Dispersionen können aus Pigmentschi ämmungen, Emulsionen, Latex, Kolloidsole und dergl. oder aus Mischungen von diesen Stoffen bestehen und lassen sich durch ein geeignetes Flockungsmittel ausflocken. Es können mineralische Pigmente und Füllstoffe, wie Ton, Galaiumcarbonat, Titandioxyd, Bentonit, Fullererde, Kieselsäure, Lithopone, Talkum, Bariumsulfat, Calziumsulfit, Atlasweiß, Zinkoxyd, Zinksulfi£d, Aluminiumoxydhydrat, Magnesiumsilikat und dergl. oder Mischungen dieser Stoffe verwendet werden. Ferner kommen natürliche und synthetische farbige Pigmente und Lackfarben, Leücoformen von Farbstoffen und Farbstoffdispersionen für das

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erfindungsgemäße Verfahren in Frage. Es können auch Wachse, fette Materialien, wie Metallseife, Plastizieröle wie Dioctylphthalate und andere Ester, Geschmack oder Geruch hervorrufende Substanzen und dergl., chemisch reaktive Katalysatoren, farbreaktive Substanzen und dergl. dispergiert und der Bahn in der beschriebenen Weise zugesetzt werden. Ferner können auch die verschiedensten Harze und/oder Polymeren in Form von Dispersionen aus fein gemahlenen festen Harzen oder als Latex verwendet werden. Als solche kommen in Frage: Phenol-Aldehyd-Harze; Aminoplaste wie Harnstoff-Aldehyd- oder Melamin-Aldehyd-Harze; Vinyl-Polymere wie Polystyrol, Polyvinylacetat, Polyvinylchlorid, Polyacrylsäureester, Polyvinylidenchlorid, Polyäthylen, Polypropylen, Vinyl-Nitril-Polymere und/oder Copolymere und Mischpolymere von diesen; Polyester; Polyamide; Erdölharze; Terpen-Harze; natürliche Harze wie Rosin, Gilsonite, Asphalt und dergl. Weiterhin können bestimmte natürlich vorkommende kolloidale Sub.-stanzen, wie Eiweiß, Shellack und dergl. verwendet werden, wie auch chemisch veränderte Naturprodukte, wie Garboxy-'Methyl-Cellulose, Cellulose-Xanthate, Stärke und dergl. Meist bilden die letztgenannten Stoffe kolloidale Sole, jedoch ist die genaue Beschaffenheit der Dispersion von geringer Bedeutung, solange sie durch ein bestimmtes Flockungsmittel ausgeflockt werden kann.

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Viele Stoffe mit hohem Molekulargewicht werden normalerweise als wasserlöslich beschrieben. Dies ist eine richtige Einstufung in dem Sinne, daß sie in Wasser molekulardispers vorliegen. Jedoch ist die Größe der dispergierten Moleküle die kolloidaler Teilchen, so daß in diesem Sinne diese wässrigen Lösungen ebenso richtig wie kolloidale Sole beschrieben werden können.

Allgemein können Dispersionen, Emulsionen, Latex, kolloidale Sole und dergl. als anionisch (die dispergierten Teilchen tragen eine negative elektrostatische Ladung) oder kationisch (die dispergierten Teilchen tragen eine positive elektrostatische Ladung) bezeichnet werden. Manche kolloidalen Sole können in Abhängigkeit vom pH-Wert eine positive oder negative Ladung aufweisen und werden gelegentlich als amphotere Substanzen beschrieben. Eiweiß, wie Kasein, Sojaeiweiß oder Gelatine, gehört in diese Klasse. Yiele Stoffe können jedoch zu stabilen Dispersionen verarbeitet werden, die in Abhängigkeit vom Dispergiermittel entweder anionisch oder kationisch sind.

Eine anionische Dispersion kann von einem kationischen Stoff ausgeflockt werden, während eine kationische Dispersion von einem anionischen Stoff ausgeflockt werden

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kann. Erfindungsgemäß kann die Zusatzstoffdispersion entweder anionisch oder kationisch sein, wobei das entsprechende Flockungsmittel "benutzt wird. Ein "bestimmter Stoff kann einmal als ein Dispergiermittel zur Herstellung einer Zusatzstoffdispersion und ein anderes Mal als !Flockungsmittel für eine andere Zusatz st off dispersion dienen. Zum Beispiel kann eine kationische Dispersion Von Titandioxyd unter Verwendung von Polyathylenimin als Dispergiermitte^hergestellt werden. Diese Dispersion kann dann beim Auftragen der Dispersion auf eine nasse Bahn, die Guaragummi enthält, ausgeflockt werden. Es kann aber auch eine anionische' Dispersion von Titandioxyd unter Verwendung von Guaragummi als Dispergiermittel hergestellt werden und diese Zusatzstoffdispersion kann beim Auftragen auf eine nasse Bahn, die Polyäthylenimin enthält, ausgeflockt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird durch die folgenden Ausführurigsbeispiele verdeutlicht.

Ausführung;sbeispiel 1

A. Sine Aufschlämmung oder Dispersion von Titandioxyd wurde durch Achat-Mahlung von fünfzig Teilen Titandioxyd, fünf Teilen kolloidaler Kieselsäure, einem Teil Guaragummi, 0,5 Teilen Polyäthylenoxyd, 1,0 Teilen wasserdis-

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pergierbarem anionischen Polyamidharz- und genug Wasser, um eine Feststoffkonzentrat!on von 5 % zu erzielen, hergestellt. Zu dieser Dispersion wurden, auf die Trockensubstanz bezogen, 10 Teile anionisches Polyvinylacetat-Latex und genügend Ammoniak zugegeben, um einen pH-Wert von 8,4- zu erreichen. Die Zusatzstoff dispersion wurde

2 durch ein Sieb mit 1460 Maschen pro cm filtriert.

B. Durch Lösen von Polyäthylenimin in Wasser wurde eine kationische Eoaguliermittel-Lösung mit einem Gehalt von 2 Gramm pro Liter hergestellt.

Die Koaguliermittel-Lösung B wurde einer teilweise gebildeten nassen Bahn auf einer Fourdrinier-Papiermaschine durch Düsen 30 (Fig. 1) aufgegeben. Das dem Stoffaustritt 10 aufgegebene Papiermaterial wurde geschlagen oder raffiniert, um bestmögliche Stärke und. FüllstoffZurückhaltung zu erreichen und hatte durch den Gebrauch von Aluminiumoxyd einen pH-Wert von 5*8.

Die Zusatzstoffdispersion A wurd-9&er nassen Bahn aufgegeben, der das Flockungsmittel B durch die Düsen 30', gerade vor der Siebsaugwalze 19, aufgesprüht worden war. Die Zugabe der Zusatzstoffdispersion A wurde so eingestellt, daß die fertige Bahn 20 % Titandioxyd eingeschlos-

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sen enthielt. Bei einer Produktion der Maschine von 354- kg/Stunde entspricht dies einer Sprühleistung der Düsen 30* von 27?6 kg/Stunde von einer Dispersion mit 5 °/o Feststoff gehalt.

Die Zugabe der Koaguliermittel-Lösung B wurde so eingestellt, daß ein Ausflocken der Zusatzstoffdispersion A erreicht wurde und an den inneren Saugkasten 20 der Siebsaugwalze 19 wurde ein solches Vakuum angelegt, daß die Zusatzstoffflocken in die nasse Bahn gesaugt wurden, ohne nennenswerte Verluste in dem an dieser Stelle abgezogenen Wasser zu verursachen.

Nach dem üblichen nassen Pressen und Trocknen war das Papier in hohem Maße für die Sättigung mit Harzlösungen zur nachfolgenden Herstellung von plastikbeschichteten Tischabdeckungen und dergl. geeignet. Ausflockung der lichtundurchlässigen Titandioxyd-Schlämmung lieferte "eine einheitliche Füllstoffablagerung auf und in dem Papier. Der Füllstoff war gut gebunden, staubte nicht oder blätterte nicht ab.

In diesem Ausführungsbeispiel haben die Komponenten der Zusatzstoffdispersion A die folgenden hauptsächlichen Funktionen:

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Titandioxyd:
Kolloidale Kieselsäure

Guaragummi:
Polyäthylenoxyd: Polyamidharz:
Polyvinylacetat-Latex:

lichtundurchlässiges Pigment

Verbesserung der Bedruckbarkeit und Harzabsorption des
fertigen Papiers

anionisches Dispergiermittel anionisches Dispergiermittel anionisches Dispergiermittel Bindemittel

Ausführungsbeispiel 2

Es wurde entsprechend dem Ausführungsbeispiel 1 verfahren, ausgenommen, daß eine wässrige Lösung eines unkondensierten, kationischen Melamin-Formaldehydharzes in einer Konzentration von 2 Gramm pro Liter als Flockungsmittel an Stelle der Polyäthylenimin-Lösung B verwendet wurde. Es wurden im wesentlichen die gleichen Ergebnisse wie im Ausführungsbeispiel 1 erzielt.

Ausführungsbeispiel 3

Es wurde entsprechend dem Ausführungsbeispiel 2 verfahren, ausgenommen, daß die Zusatzstoffdispersion folgende Stoffe enthielt:

5 % Titandioxyd

1,5 % Nitrilgummi-Latex

0,1 % Polyamid-Harz (anionisch)

1,0% Gruaragummi

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Wiederum wurden dem Ausführungsbeispiel 1 vergleichbare Ergebnisse erzielt.

Ausführungsbeispiel 4

Es wurde entsprechend dem Ausführungsbeispiel 1 verfahren, ausgenommen, daß die Flockungsmittel-Lösung B dem ötoffaustritt 10 der Papiermaschine durch das Rohr 3^ zugegeben wurde. Die Zugabe des Flockungsmittels an dieser Stelle verbesserte die Zurückhaltung feiner Fasern in der Papierbahn und erhöhte gleichzeitig die Geschwindigkeit der Vasserentfernung im Bereich der ersten Bahnbildung von der Vordruckwalze 17»

Das auf diese Weise hergestellte Papier war dem von Ausführungsbeispiel 1 vergleichbar.

Ausführungsbeispiel 5

Es wurde entsprechend dem Ausführungsbeispiel 1 verfahren, ausgenommen, daß als Flockungsmittel eine Lösung mit einem Gehalt von 2 Gramm eines kationischen Polyacrylamide pro Liter mit vergleichbaren Ergebnissen verwendet wurde.

In den vorstehenden Ausführungsbeispielen 1-5 betrug

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der Grad an zurückgehaltenem Titandioxydzusatzstoff etwa 95 bis 98 %, wogegen die herkömmlichen Sprühauftragungen von Titandioxyddispersionen, ohne gleichzeitige Verwendung eines Flockungsmittels, Zurückhaltungsgrade der Größenordnung von 60 bis 80 % erzielen.

Ausführungsbeispiel 6

Die Zusatzstoffdispersion A und das Flockungsmittel B von Ausführungsbeispiel 1 wurden verwendet, wobei das Flockungsmittel dem Stoffaustritt 10 zugeführt und die Zusatzstoffdispersion der nassen Bahn durch die Aufwärtsauf träge rvorrichtung (Fig. 2) aufgetragen wurde. Der Stand der Zusatzstoffdispersion im Stoffaustritt 10 wurde so hoch gehalten, daß im getrockneten, fertigen Papier 20 % Titandioxyd enthalten waren. Das an die Saugkästen 54-angelegte Vakuum wurde so eingestellt, daß eine weitgehend einheitliche Verteilung von Titandioxyd über die gesamte Stärke der Bahn 23 erreicht wurde. Das durch das Rohr aus dem Aufträger abgeführte Wasser enthielt nur geringe Mengen Titandioxyd und Polyvinylacetat und wurde zur Herstellung frischer Zusatzstoffdispersion A verwendet.

Ausführungsbeispiel y

Die Zusatzstoffdispersion A und die Flockungsmibtel-Lösung B von Ausführungsbeispiel 1 wurden verwendet, wobei

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das Flockungsmittel dem Stoffaustritt 10 zugegeben und die Zusatzstoffdispersion der nassen Bahn bei ader nassen Presse aufgegeben wurde, indem die Dispersion auf die Oberfläche der Walze 26 durch den Preßwalzenstoff austritt 33 ausfloß. Es wurde ein fertiges Papier mit einem Titandioxydgehalt von 18 % erhalten, wobei an der oberen Oberfläche der Bahn 23 eine höhere Füllstoffkonzentration erzielt wurde. Yon dem aufgegebenen Zusatzstoff wurden 98 % in der Bahn zurückgehalten.

Ausführungsbeispiel 8

Die Zusatzstoffdispersion bestand aus einem anionischen Sol aus gekochter Kartoffelstärke mit einer Feststoffkonzentration von 1 %. Es wurden solche Mengen Flockungsmittel zu dem Stoffaustritt 10 der Papiermaschine zugesetzt, daß bezogen auf das Trockenfasergewicht 0,01 % Polyäthylen und 0,05 % Polyäthylenimin enthalten waren. Das Stärkesol wurde auf die Bahn derart durch den Aufwärtsauf träger (Fig. 2) zugesetzt, daß die Papierbahn, bezogen auf die Trockensubstanz, 1,25 % enthielt. Dabei wurde von einem Papier aus 70 % Hartholz-Soda-Brei und 30 % Veichholz-Brei ausgegangen. Das Grundgewicht der

trockenen Bahn betrug 22,7 kg pro Eies von 278 m . Der Hauptzweck der Stärkezugabe war die Verbesserung der Kräftigkeit der Bahn. Die folgenden Daten zeigen Ergeb-

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nisse im Vergleich zu dem gleichen Papier, das Fl okkungsmittel aber keine Stärke enthält.

Ausführungs-

beispiel 8 Kontrolle

Zugesetzte Stärke in % : 1.25 O

Zerreißbelastung kp/cm : 3.797 2.391 M.I.T. Fold No.: 363 70

Zugbelastung gm./in.: 20,700 14,200

Die 0,01 % Polyäthylenoxyd und 0,05 % Polyäthylenimin, die dem Stoffaustritt 10 aufgegeben wurden, wirken mit den Pasern der Vorratssuspension zusammen und bewirken Ausflock&aung, wodurch die Entwässerung des Drahtnetzes verbessert wird und die feinen Pasern besser in der nassen Bahn zurückgehalten werden. Polyäthylen&min ist im Überschuß vorhanden und steht in der Bahn zum Ausflocken des Stärk&ols zur Verfugung.

Ausführungsbeispiel 9

Es wurde eine anionische Zusatzstoffdispersion aus im Zustand der Mischung B befindlichem Phenolharzpulver

(5840 Maschen pro cm ) unter Verwendung von Guaragummi und Polyäthylenoxyd als Dispergiermittel mit einer Feotstoffkonzentrat!on von 15 % hergestellt. Diese Dispersion wurde der nassen, 0,05 % Polyäthylenimin enthaltenden

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Bahn durch, die Aufwärtsaufträgervorrichtung (Pig. 2) aufgegeben. Das fertige Papier enthielt 35 % Phenolharzpulver und der Grad der Zurückhaltung des Pulvers betrug 93 %.

Ausführungsbeispiel 10

In diesem Äusführungsbeispiel wurde eine Zusatzstoffdispersion mit einem Feststoffgehalt von 1,5 % aus einer anionischen Wachsemulsion aus Alkalimetallseifen aus fetten und harzigen Säuren als Emulgatoren verwendet. Als Flockungsmittel, das der nassen Bahn durch Düsen (Fig. 1) aufgegeben wurde, wurde kationisches Aluminiumoxyd vei-wendet, das durch ansäuern einer Natriumaluminat-Lösung hergestellt worden war. Durch die Aufwärtsaufträgervorrichtung (Fig. 2) wurde die anionische Vachsemulsion aufgetragen. Das fertige Papier enthielt 1 % Wachs, das innerhalb und in der Oberfläche der Bahn verteilt war. Das Papier war ausreichend wasserdicht, um zu Trinkbechern verarbeitet werden zu können.

Äusführungsbeispiel 11

Die Zusatzstoffdispersion mit einem Feststoffgehalt von 10 % bestand- aus einem anionischen Latex aus Butadien-Styrol-Gopol7/meren und wurde der nassen Bahn durch d^fev. Auf wärt saufträger (Fig. 2) aufgegeben. Das Flockungsmittel bestand

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aus einer Lösung eines noch, nicht kondensierten kationisc&en Melamin-fformaldehyd-Harzes, das dem Stoffaustritt 10 der Papiermaschine in einer Menge von 0,1 %, bezogen auf das Fasertrockengewicht, aufgegeben wurde. Es wurde eine Papierbahn mit 15 % des Butadien-Styrol-Polymeren erhalten, wobei das Polymere im wesentlichen einheitlich in die Bahn verteilt war.

Ausführungsbeispiel 12

Die anionische Zusatzstoffdispersion enthielt Antimonoxyd und anionisches Polyvinylchlorid-Latex in einer Menge von 1,5 bis 1,0 %, bezogen auf das Trockengewicht, bei einem Feststoffgehalt von 10 %, wobei Guaragummi als Dispergiermittel verwendet wurde. Dies wurde durch den Aufwärtsaufträger (Fig. 2) der nassen Bahn zugegeben, die 0,1 % Polyäthylenimin, bezogen auf das Trockengewicht durch Zumischung zu dem Stoffaustritt 10 enthielt. Das erhaltene Papier enthielt 13 % der Antimonoxyd-Polyvinylchlorid-Mischung und wies hervorragende Widerstandsfähigkeit gegen Feuer auf.

Ausfuhrungsbeispiel 15

Es wurde entsprechend Ausführungsbeispiel 1 verfahren, wobei die gleiche Zusatzstoffdispersion und das gleiche

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Flockungsmittel verwendet und an den gleichen Stellen aufgetragen wurden. Jedoch enthielt die durch den Stoffaustritt 10 auf das Drahtnetz aufgegebene Fasersuspension 20 Gew.-% eines feinteiligen Kieselsäurefüllstoffes (Diatomaceous-Erde). Die Kieselsäure wirkte in der nassen Bahn als Filterhilfsmittel und bewirkte ein Zurückhalten von 98 % desTitandioxyds, wobei das Titandioxyd weitgehend' in und auf dem oberen Teil der Bahn angereichert war. Das fertige Papier war vorzüglich zur Herstellung von plastik-beschichteten, undurchsichtigen Deckbahnen geeignet.

Viele der in den vorstehenden Beispielen erwähnten Dis-. pergier- und Flockungsmittel sind polymere Stoffe mit hohen Molekulargewichten, die in Wasser leicht kolloidale Sole oder Lösungen bilden. Obwohl sie sehr große Molekulargewichte haben, ist die Molekülgröße nicht so groß, daß sie wasserunlöslich sind, obgleich ihre wässrigen Lösungen relativ hohe Viskosität aufweisen und die Moleküle stark solvatisiert sind. Derartige Stoffe sind wohlbekannt und im Handel erhältlich.

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Claims (1)

1. -itf-

   Patentansprüche

   1. Verfahren zum Einbringen von Zusatzstoffen in eine Papierbahn, Pappbahn oder dergl., dadurch gekennzeichnet, daß die wässrige Dispersion eines Zusatzstoffes in die ein Flockungsmittel für die Dispersion enthaltende Bahn eingebracht wird.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Flockungsmittel kationisch und die wässrige Dispersion von Zusatzstoffen anionisch ist.

   3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Flockungsmittel anionisch und die wässrige Dispersion von Zusatzstoffen kationisch ist.

   4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Flockungsmittel aus Polyäthylenimin, noch nicht

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   kondensiertem Melamin-Formaldehyd-Harz, Polyacryl amid und kationischem Aluminiumoxyd "besteht.

   5· Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Dispergiermittel für die wässrige Dispersion von Zusatzstoffen aus Guaragummi, Polyäthylenoxyd, anionischem Polyamid und Alkalimetallseife¹ fetter oder harziger Säuren besteht.

   6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5j dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzstoffe durch Einbringen eines Flockungsmittels in die nasse Bahn und darauf durch Ein bringen einer wässrigen Dispersion des Zusatzstoffes in die nasse Bahn zugegeben werden, wobei die Dispersion unter Verwendung von Dispergiermitteln, die mit dem Flockungsmittel zusammen ein Ausflocken der Dispersion bei Berührung mit der nassen Bahn bewirken, hergestellt ist.

   7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Flockungsmittel vor der Bildung der nassen Bahn zugegeben wird.

   8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Flockungsmittel während der Bildung der nassen Bahn zugegeben wird.

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   9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die wässrige Dispersion der nassen Bahn zugegeben wird, während die Bahn durch die Bildungsvorrichtung der Papiermaschine transportiert wird.

   10. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die wässrige Dispersion der nassen Bahn an einer Stelle zugegeben wird, an der die Bahn die Bildungsvorrichtung der Papiermaschine verlassen hat.

   11. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die wässrige Dispersion der nassen Bahn an einer Stelle zwischen der Bildungsvorrichtung und der nassen Presse der Papiermaschine zugegeben wird.

   12. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile der wässrigen Dispersion, die durch die nasse Bahn durchlaufen, gesammelt und wieder eingesetzt werden.

   13. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die nasse Bahn ein Filterhilfsmittel enthält.

   Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Filterhilfsmittel aus feinteiliger Kieselsäure besteht.

   BAD ORIGINAL

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   15· Vorrichtung zum Einbringen von Zusatz st off dispersionen in nasse Papierbahnen und zur weiteren Bildung der Bahnen, gekennzeichnet durch Vorrichtungen (35i 4-2) zum Aufwärtstransportieren einer nassen Bahn, wobei auf einer porösen Stützvorrichtung ein Stoffaustritt (50) angeordnet ist, um einen Zufluß von Zusatzstoffdispersionen in die sich aufwärts bewegende Bahn zu ermöglichen und Vakuumvorrichtungen (54-) von der Unterseite der sich aufwärts bewegenden Stützvorrichtung zur Wirkung kommen.

   16. Vorrichtung nach Anspruch 15> die vor den nassen Pressen der Bahn angeordnet ist, gekennzeichnet durch Vorrichtungen zum Aufwärtstransportieren einer nassen Bahn zwischen zwei porösen Stützvorrichtungen (35? 42), einen Stoffaustritt, der einen Zufluß von Zusatzstoffdispersionen in die sich aufwärts bewegenden Stützvorrichtungen ermöglicht, und Vakuumvorrichtungen (54·) an der Unterseite der sich aufwärts bewegenden Stutζvorrichtungen.

   17· Vorrichtung nach Anspruch 15» gekennzeichnet^ durch Vorrichtungen in Verbindung mit den Vakuumvorrichtungen (54-) zum Sammeln und Wiedereinsetzen des Teils der Zusatzstoff dispersion, die in die Vakuumvorrichtungen (54·) gelangt.

   «An ORIGINAL 009818/1358 ^{BAD m}

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