DE2314893C3 - Verfahren zur Herstellung von blattförmigen Flächengebilden - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren /ur Herstellung von blattförmigen Flächengebilden aus in einzelne Fasern zerkleinerter Zellulose, bei dem eine Schüttung oder ein Vlies aus den im wesentlichen trockenen F; sern hergestellt wird, die in der Schüttung oder dem Vlies befindlichen Fasern mit Wasser definiert auf einen unter der Quellfeuchtigkeitsaufnahme liegenden Wert angefeuchtet we-den 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 Faserbinciung ausgeübt wird.

Die bekannte Art der Papierherstellung geht von einer Suspension der Zelistoifasern in wasser aus. die einen Anteil an trockenem I ^llstoff aufweist, der für die meisten Papierarten unter 1 Vo liegt. Es müssen also erhebliche Mengen an Wasser umgesetzt und insbesondere aus dem Prozeßablauf wieder entfernt werden, was zum Teü auf mechanischem Wege durch Abquetschen und Absorgen, 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 Strrktur unterstützt werden. Der Zusammenhalt des fertigen Blattes ist aber nicht nur auf die rein mechanische Komponente der Verfilzung 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 g2genseitigen Anordnung zu fixieren und die Blattstruktur zu festigen. Für sein Zustandekommen ist das Vorhandensein einer Mrndestmenge an Wasser notwendig.

Es ist nun bereits versucht worden, die Blatlbildung 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 bekann», bei dem die angefeuchtete Fasermasse /rammen nut Dampf un'.er 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 .ich 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 und über Trommeln mit untereinander und zur Bahn parallelen Achsen laufen. 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 de- 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 Fiächengebiiden keine Foigen, 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 ode: Kartons, die einige mm dick sein können und jei denen die an sich schon größere Dampfmenge auch noch ein größeres Hindernis in Gestalt der größeren Schicritdicke vor sich hst, 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 Normaliemperatur 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 Queiiteuchtigkeitsaufnahme Dei Normaltemperatur gelegen hat. Nach erfolgter Abkühlung ka;in 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 Zellstoffaserii, die des Holzcharakters durch die Entfernung des bindenden Lignins beraubt worden sind. Sie will ein Blatt nur unter Ausnutzung der den Fasern selbst innewohnenden

Bindungsmöglichkeiten 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.

Ir der Zeichnung ist ein Beispiel einer für die Durchführung des erfindungsgemaßen Verfahrens geeigneten Vorrichtung schematisch als vertikaler Längsschnitt dargestellt.

Die als Ganzes mit 10 be/e:ihneie Vorrichtung umfaßt zwei Druckplatten 12,13, die im Sinne der Pfeile 14 eine Kraft erfahren. Zwischen den ! "-'icKplatten 12, 13 laufen ein unteres Formband 18 'T-d ein oberes Formband 19 vor. die gegen die Druckplatten 12, 13 mittels nicht dargestellter jibungsvermindernder Wälzrolien abgestützt sir-'.

Die Fasern werden auu, -''ialb der Preßzone auf das untere Formband 18 aufgebracht und bilden eine Schicht, die mit der Stoffschiehi in einer üblichen Papiermaschine verglichen werden kann. i'-Jur schwimmen die Fasern bei der Erfindung nicht in einer großen Menge Wasser, sondern bilden eine trocken aufgehäufie Ansammlung. Um nun eine Bindung zwischen den Fasern zu Wege zu bringen, ist die Anwesenheit einer gewissen Wassermenge erforderlicn. Das Wasser dient zur Erhöhung der Schmiegsamkeit der Fasern und schafft die Voraussetzung für das Eingehen der chemischen Bindungsanteile. Um das Wasser a.. die Fasern heranzutragen, wird die Anfeuchtung bis maximal zur Quellfeuchtigkeitsaufnahme vorgenommen.

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

Eine zweckmäßige Art der Aufbringung der relativ geringen Wassermengen besteh, darin, daß Wasserdampf auf die noch ι Jorrr.altemperatur 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 Schonung 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 Heizkanal 15 vorgesehen, die die über 100° C liegende Temperatur erzeugen.

Wenn die Fasern der über 100° C liegenden Temperatur ausgesetzt werden, so wird zunächst das Eindringen des V/assers in die Fasern und deren Schmiegesamwe.den bleichten Ferner förder die Temperaturerhöhung das Hingehen chemischer Birulun gen, wie sie in Gestali der Wasserstoffbrueken zwischen den Zelluloselasern im fertigen Papier vorliegen. Beides ist auf die Steigerung der Diffusionsgeschwindigkeii zurückzuführen, einerseits hinsichtlich dei Diffusion ilo in (lit- Faser eindringenden Wassers, andererscn·« hinsichtlich der Diffusion im Wa'.ser selbst

Die vor der Temperaturerhöhung aufgebrachte Wassermenge lag im kalten Zustand unterhalb der Quellfeuehtigkeitsaufnahn.e Bei der remperalursieigc rung sinkt nun die Quellfeuchtigkeusaufnuhmc stark ab. so daß dann die aufgebrachte Wassermenge ob.rhilb der Quelifeuehtigkeitsaisfnahme bei Ί«.τ erhöhten Temperatur liegt. Von der gesannen aufgebrachten

'5 Wassermenge kann dann nur ein bestimmter Anteil von den Fasern aufgenommen werden, der die Schmiegsamwerdung bewirkt: der Resi bleibt außerhalb der Fasern und bewirkt einesteils das Eingehen der chemischen Bindungen und verdampft anderenteils, wodurch die gleichmäßige Verteilung des Wassers gefordert und sichergestellt ist, daß an der gesamten FaseroberÜache die Möglichkeit zur gleichmäßigen W tsseraufn.ihme besteht.

Gleichzeitig mit der chöhten I emperaiur nirkt zwischen den Druckplatten P 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 Faseroberfläche erhöht und die Bedingungen für eine

3^C At! äsion verbessert weiden. Die Adhäsion k.immi durch Van-der-Waals-Kräfie /wischen den MolcMilen der Zellulosefasern /ustande und hat ein Maximum bei einer bestimmten, durch die technologisch erreichbare Druckausübung gerade /u verwirklichenden Annäherung.

Die unter Druck stehenden und bindungsbereiten Kontaktstellen der Fasern haben überall Wasser zu Verfugung, sei es von innen her. ,ei 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 Blalibildungsdruck 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 !2, 13 gegebenen Preßstrecke sind Kühlkanäle 17 vorgesehen, um dickere Schüttungen oder Vliese 16 unter Druck

5* abkühlen zu können und ein Aufreißen derselben durch e'en bei der Wegnahme des Drucks ausströmenden Dampf zu vermeiden. Der Dampf kondensiert dann in der Schüttun^ oder dem Vlies Ib, ιιηΊ wira 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 e^rs'en Zone verschieden bleiben Maßgeblich ist nur. daß keine plötzliche Freilassung des in der St Cuttung oder dem Vlies 16 befindlichen Dampfes eint τ it ι

Hierzu 1 Bl .!t 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 Vhes befindlichen Fasern mit Wasser definiert auf einen unter 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, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Herstellung dickerer blattförmiger Flächengebilde die Schüttung oder das Vlies unter Druck auf Normaltemperatur abg; kühlt werden.