DE2314893B2 - Verfahren zur herstellung von blattfoermigen flaechengebilden - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von blattförmigen Flächengebilden aus in einzelne Fasern zerkleinerter Zellulose, bei dem eine Schüttung oder ein Vlies aus den im wesentlichen trockenen Fasern hergestellt wird, die in der Schüttung oder dem Vlies befindlichen Fasern mit Wasser definiert auf einen unter der Quellfeuchtigkeitsaufnahme liegenden Wert angefeuchtet werden und dann unter der Einwirkung einer über 100° C liegenden Temperatur ein die Schüttung oder das Vlies zur Blattform zusammenpressender Druck bis zur Erzielung der gewünschten Faserbindung ausgeübt wird.

Die bekannte Art der Papierherstellung geht von ^s einer Suspension der Zellstoffasern in Wasser aus. die einen Anteil an trockenem Zellstoff aufweist, der für die meisten Papierarten unter 1 % liegt. Es müssen also erhebliche Mengen an Wasser umgesetzt und insbesondere aus dem Prozeßablauf wieder entfernt werden, was zum Teil auf mechanischem Wege durch Abquetschen und Absaugen, zum Teil auf thermischem Wege auf Trockzylindern geschieht und jedenfalls durch die erforderlichen Anlage- und Energiekosten einen erheblichen Anteil an den Herstellungskosten des Papiers ausmacht. Bei dieser herkömmlichen Art der Papierherstellung trägt die Aufschwemmung des Zellstoffs zunächst in rein mechanischer Weise zur Blattbildung bei, in dem die gegenseitige Verschiebung der einzelnen Fasern und das Zusammengleiten oder -rutschen zu einer verfilzten, blattartig zusammenhängenden Struktur unterstützt werden. Der Zusammenhalt des fertigen Blattes ist aber nicht nur auf die rein mechanische Komponente der Verf-lzung zurückzuführen, sondern auch auf chemische Bindungskräfte verschiedener Art, deren Zustandekommen in wäßriger Phase gefördert bzw. überhaupt erst möglich gemacht wird. Der chemische Anteil an der Bindung trägt dazu bei, die verfilzten Fasern in ihrer gegenseitigen Anordnung zu fixieren und die Blattstruktur zu festigen. Für sein Zustandekommen ist das Vorhandensein einer Mindestmenge an Wasser notwendig.

Es ist nun bereits versucht worden, die Blattbildung auf andere Weisen herbeizuführen, bei denen nicht die Umsetzung bzw. Entfernung derart großer Wassermengen erforderlich ist.

So ist z. B. aus der USA-Patentschrift 33 71 137 ein Verfahren der eingangs genannten Art zur Herstellung von Faserplatten bekannt bei dem die angefeuchtete Fasermasse zusammen mit Dampf unter Unterdruck und bei erhöhter Temperatur durch eine Expansionsdüse austreten gelassen wird, worauf sich die Fasern zu einer gleichmäßigen Schicht auf einem vorlaufenden Band absetzen. Die Faserschicht wird dann mit einer solchen Menge an Wasser angefeuchtet, daß bei einem anschließenden Abquetschen keine nennenswerten Mengen an Wasser abgegeben werden, daß aber die in den Fasern verbleibende Wassermenge zur Herstellung einer Faserbindung ausreicht. Die Fasern werden dann zu der Faserplatte zusammengepreßt.

Die Pressung kann bei einem derartigen Verfahren zwischen Druckflächen erfolgen, die sich nach der Art der herzustellenden Flächengebilde richten. Sind diese Flächengebilde Einzelblätter oder -bögen, so kann eine gewöhnliche Stempelpresse mit entsprechenden Preßflächen in Frage kommen. Vorzugsweise jedoch werden die Flächengebilde nach der Erfindung kontinuierlich hergestellt d. h. in Form vorlaufender Bahnen. Hierbei können die Druckflächen die Gestalt von endlosen Formbändern aufweisen, die auf beiden Seiten der Bahn einander gegenüber angeordnet sind 'lnd über Trommeln mit untereinander und zur Bahn Darallelen Achsen lauten. Auf einer Strecke der Bahn werden die mit dieser vorlaufenden Formbänder von außen auf geeignete Weise gegen die Bahn gedruckt. Eine Vorrichtung dieser Art ist beispielsweise in der schweizerischen Patentschrift 3 27 433 dargestellt.

Der durch die vorzunehmende Befeuchtung während der Druckausübung durch die Temperatureinwirkung entstehende Dampf ist zwischen den normalerweise ungelochten Druckflächen eingesperrt. Bei Wegnahme des Drucks bzw. bei Verlassen der Druckausübungszone entweicht der Dampf aus dem Flächengebilde. Dies hat bei dünnen, papierartigen Flächengebilden keine Folgen, da wegen des geringen Volumens nur wenig Dampf vorhanden ist und dieser zudem noch einen nur kurzen Weg innerhalb der Faserschicht zurücklegen muß.

Die Erfindung befaßt sich aber mit dickeren Flächengebilden, wie Pappen oder Kartons, die einige mm dick sein können und bei denen die an sich schon größere Dampfmenge auch noch ein größeres Hindernis in Gestalt der größeren Schichtdicke vor sich hat, so daß es bei Wegnahme des Drucks unter der Wirkung des rasch ausströmenden Dampfes zu einem Aufplatzen des Flächengebildes kommen kann.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, dieses Aufplatzen zu vermeiden.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird die Schüttung oder das Vlies unter Druck auf Normaltemperatur abgekühlt.

Der in der Schüttung bzw. dem Vlies befindliche Dampf, der ja nur aus dem darin enthaltenen Wasser entstanden sein kann, kondensiert bei dieser Abkühlung bzw. wird von den Fasern durch Quellung aufgenommen, da ja die gesamte aufgebrachte Wassermenge unterhalb der Quellfeuchtigkeitsaufnahme bei Normaltemperatur gelegen hat. Nach erfolgter Abkühlung kann also kein Dampfdruck im Innern der Bahn mehr bestehen, so daß das Aufplatzen unterbleibt. Das den vorher vorhandenen Wasserdampf bildende Wasser ist bei Wegnahme des Drucks bereits in die Fasern eingedrungen oder tut dies nach kurzer Zeit, so daß eine von Oberflächenwasser freie Bahn erhalten wird.

Die Erfindung befaßt sich mit Zellstoffasern, die des Holzcharakters durch die Entfernung des bindenden Lignins beraubt worden sind. Sie will ein Blatt nur unter Ausnutzung der den Fasern selbst innewohnenden

üindungsmöglichkeiten bilden, also ohne zusätzliche natürlich oder künstlich den Fasern zugesetzte Bindemittel.

Die britische Patentschrift 8 15 441 beschreibt die Herstellung von flächenförmigen Holzprodukten, wie Sperrholz und Faserplatten aus Holzfasern, die also das als Bindemittel fungierende Lignin noch enthalten. Bei diesem ein grundsätzlich anderes Material verarbeitenden und einen anderen Bindungsmechanismus verwirklichenden Verfahren ist es für sich genommen bekannt, die Faserschicht, bevor sie aus der Presse herausgenommen wird, abzukühlen.

In der Zeichnung ist ein Beispiel einer für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Vorrichtung schemalisch als vertikaler Längsschnitt dargestellt.

Die als Ganzes mit 10 bezeichnete Vorrichtung umfaßt zwei Druckplatten 12,13, die im Sinne der Pfeile 14 eine Kraft erfahren. Zwischen den Druckplatten 12, 13 laufen ein unteres Formband 18 und ein oberes Formband 19 vor, die gegen die Druckplatten 12, 13 mittels nicht dargestellter reibungsvermindernder Wälzrollen abgestützt sind.

Die Fasern werden außerhalb der Preßzone auf das untere Formband 18 aufgebracht und bilden eine Schicht, die mit der Stoffschicht in einer üblichen Papiermaschine verglichen werden kann. Nur schwimmen die Fasern bei der Erfindung nicht in einer gro3en Menge Wasser, sondern bilden eine trocken aufgehäufte Ansammlung. Um nun eine Bindung zwischen den Fasern zu Wege zu bringen, ist die Anwesenheit einer gewissen Wassermenge erforderlich. Das Wasser dient zur Erhöhung der Schmiegsamkeit der Fasern und schafft die Voraussetzung für das Eingehen der chemischen Bindungsanteile. Um das Wasser an die Fasern heranzutragen, wird die Anfeuchtung bis maximal zur Quellfeuchtigkeitsaufnahme vorgenommen.

Als Quellfeuchtigkeitsaufnahme ist dabei die Flüssigkeitsmenge pro Fasergewicht anzusehen, die die Fasern bei einer bestimmten Temperatur so aufnehmen können, daß sie mechanisch, d. h. durch Abquetschen oder Absaugen, nicht mehr entfernt werden kann. Es handelt sich also um in die Zellstruktur der Fasern eindringendes Wasser, nicht um an der Oberfläche der Fasern anhängendes Wasser. DieQuellfeuchtigkeitsaulnähme nimmt mit steigender Temperatur stark ab.

Eine zweckmäßige Art der Aufbringung der relativ geringen Wassermengen besteht dann, daß Wasserdampf auf die noch Normaltemperatur aufweisende Schüttung oder das Vlies 16 geleitet wird, der dann darauf in leicht steuerbarer Menge kondensiert. Kurz nach der Aufbringung der Wassermenge befindet sich das Wasser noch an der Oberfläche der Fasern in Form eines Films oder kleiner Tröpfchen.

Die Schüttung oder das Vlies 16 läuft zwischen den durch die Formbänder 18, 19 gebildeten Druckflächen im Sinne des Pfeiles 20 vor und gelangt in die zwischen den Druckplatten 12, 13 gebildete Preßstrecke, deren Länge von den Erfordernissen abhängt. In den in Richtung des Pfeiles 20 ersten Bereich der Druckplatten 12, 13 sind in diesen Heizkanäle 15 vorgesehen, die die über 100° C liegende Temperatur erzeugen.

Wenn die Fasern der über 100^c C liegenden Temperatur ausgesetzt werden, so wird zunächst das Eindringen des Wassers in die Fasern und deren Schmiegesamwerden erleichtert. Ferner fördert die Temperaturerhöhung das Eingehen chemischer Bindungen, wie sie in Gestalt der Wasseretoffbrücken zwischen den Zeilulosefasern im fertigen Papier vorliegen. Beides ist auf die Steigerung der Diffusionsgeschwindigkeit zurückzuführen, einerseits hinsichtlich der Diffusion des in die Faser eindringenden Wassers, andererseits hinsichtlich der Diffusion im Wasser selbst

Die vor der Temperaturerhöhung aufgebrachte Wassermenge lag im kalten Zustand unterhalb der Quellfeuchtigkeitsaufnahme. Bei der Temperatursteigerung sinkt nun die Quellfeuchtigkeitsaufnahme stark ab, so daß dann die aufgebrachte Wassermenge oberhalb der Quellfeuchtigkeitsaufnahme bei der erhöhten Temperatur liegt Von der gesamten aufgebrachten Wassermenge kann dann nur ein bestimmter Anteil von den Fasern aufgenommen werden, der die Schmiegsamwerdung bewirkt; der Rest bleibt außerhalb der Fasern und bewirkt einesteils das Eingehen der chemischen Bindungen und verdampft anderenteils, wodurch die gleichmäßige Verteilung des Wassers gefördert und sichergestellt ist daß an der gesamten Faseroberfläche die Möglichkeit zur gleichmäßigen Wasseraufnahme besteht.

Gleichzeitig mit der erhöhten Temperatur wirkt zwischen den Druckplatten 12, 13 der Druck ein. Der Druck bewirkt eine rein mechanische Annäherung der durch das Wasser schmiegsam werdenden Fasern, so daß sich der Anteil der Kontaktflächen an der gesamten Faseroberflrdie erhöht und die Bedingungen für eine Adhäsion verbessert werden. Die Adhäsion kommt durch Van-der-Waals-Kräfte zwischen den Molekülen der Zellulosefasern zustande und hat ein Maximum bei einer bestimmten, durch die technologisch erreichbare Druckausübung gerade zu verwirklichenden Annäherung.

Die unter Druck stehenden und bindungsbereiten Kontaktstellen der Fasern haben überall Wasser zu Verfugung, sei es von innen her, sei von außen her als Dampf oder Schicht flüssigen Wassers, so daß das Wasser an den Kontaktstellen seine bindungsvermittelnde Wirkung entfalten kann. Der Druck bleibt über einen längeren Zeitraum aufrechterhalten, weil das Wasser durch Diffusion und die Wärme durch Leitung übertragen wird und beides Transportvorgänge sind, die eine gewisse Zeit erfordern.

Versuche haben gezeigt, daß sich eine brauchbare Blattbildung einstellt, wenn ein Blattbildungsdruck von 10 bis 50 kp pro cm² langer als eine Sekunde aufrechterhalten wird. Es ergibt sich hierbei mit einem Minimum an Wasser ein Maximum an Bindungswirkung.

Am Ende der durch die Druckplatten 12, 13 gegebenen Preßstrecke sind Kühlkanäle 17 vorgesehen, um dickere Schüttungen oder Vliese 16 unter Druck abkühlen zu können und ein Aufreißen derselben durch den bei der Wegnahme des Drucks ausströmenden Dampf zu vermeiden. Der Dampf kondensiert dann in der Schüttung oder dem Vlies 16, und wird von diesem sogleich aufgenommen, wobei die Schüttung oder das Vlies 16, da die Gesamtmenge des aufgebrachten Wassers unter der Quellfeuchtigkeitsaufnahme gelegen hat, ohne anhaftendes Wasser, d. h. nach außen hin trocken, anfällt. Der Druck in der Kühlzone kann von dem Blattbildungsdruck in der ersten Zone verschieden bleiben. Maßgeblich ist nur, daß keine plötzliche Freilassung des in der Schüttung oder dem Vlies 16 befindlichen Dampfes eintritt.

Hierzu 1 Biatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zur Herstellung von blattförmigen Flächengebilden aus in einzelne Fasern zerkleinerter Zellulose, bei dem eine Schüttung oder ein Vlies aus den im wesentlichen trockenen Fasern hergestellt wird, die in der Schüttung oder dem Vlies befindlichen Fasern mit Wasser definiert auf einen unter Quelifeuchtigkeitsaufnahme liegenden Wert angefeuchtet werden und dann unter der Einwirkung einer über 100° C liegenden Temperatur ein die Schüttung oder das Vlies zur Blattfonn zusammenpressender Druck bis zur Erzielung der gewünschten Faserbindung ausgeübt wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Herstellung dickerer blattförmiger Flächengebilde die Schüttung oder das Vlies unter Druck auf Normaltemperatur abgekühlt werden.

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