DE2446971A1 - Verfahren zur herstellung von mehrschichtigen papieren und kartons - Google Patents

Description

röhm

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"Verfahren zur Herstellung von mehrschichtigen Papieren und Kartons¹¹

Die Erfindung betrifft die Herstellung von Papieren und Kartons von hohem Flächengewicht und gegebenenfalls mit Schichten aus unterschiedlichem Material,, Auf der Papiermaschine lassen sich Papiere und Kartons von hoher Qualität mit Flächengewichten von mehr als 200 g/qm nicht mehr in einem Arbeitsgang auf einem Sieb herstellen. Schwere Papiere und Kartons werden desrialb häufig durch Zusammenleimen von mehreren Papierbahnen erzeugte Die Arbeitsgeschwindigkeit kann bei diesem Verfahren nicht über JQ bis 40 m/inin gesteigert werden_c Als Bindemittel werden wäßrige Lösungen von Stärke, Tierleim oder Kasein verwende t_p deren V/asser an teil nach der Verleimung verdampft werden mu:3. Um die Arbeitsgeschwindigkeit zu steigern und den Wärmebedarf für die Wasserverdampfung einzusparen, werden schwere Papiere und Kartons auch in der Weise Hergestellt, daß man mehrere Papierschi cn te η auf eier Papiermaschine zusanr.r.engautscht, d_oh* man läBt oine vom Sieb ablaufende Papierbahn auf ein zweites Sieb, auf der..i der Blattbildungsprozei? einer zweiten Papierbahn noch im Gange ist, auflaufen* Die beiden Schichten werden bei der fortschreitenden Entwässerung, miteinander verbunden. In entsprechender Weise kann auch eine, größere Zahl von Schichten zusamraengegautscht v/erden. Die rein mecnaniscne Verbindung der einzelnen Schichten ist jedocn für viele Anwendungsgebiete nicht fest genug; die Papiere und Kartons neigen zum Aufspalten» Die Zugabe von Bindemitteln in die einzelnen Papier-Bcnichten oder das Einsprühen von Dispersionen zwischen die zu verbindenden Schichten führt nicht zu einer festeren Verbindung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, Papiere und Kartons, aus mehreren Schichten auf der Papiermaschine mit der darauf üblichen Geschwindigkeit zu erzeugen und die Schichten fest

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miteinander zu verbinden. Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß man auf eine auf einem Sieb liegende Papierbahn eine Suspension eines thermoplastischen Kunststoffes mit einem t. -Wert von

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höchstens 70 C und einer Partike!größe von 10 bis 300>'^ in Wasser aufträgt, den Wasseranteil weitgehend, absaugt, ein von einem zweiten Papiersieb abgenommenes Blatt im nassen Zustand auf die kunststoffbeschichtete Papierbahn auflegt, gegebenenfalls eine oder- mehrere v/eitere Papierschichten in der angegebenen V/eise durch Aufheben einer Kunststoffsuspension und eines feuchten Papierblattes aufbringt und die zusammengefügten Fapierschichten bei einer über dem t . -Wert

λ max

des Kunststoffes liegenden' Temperatur unter Druck miteinander versiegelt.

Die aus der wäßrigen Suspension aufgebrachten Kunststoffpartikel dringen infolge ihrer Größe beim Absaugen des Wasseranteils der Suspension nicht oder nur wenig in die Papierbann ein und bilden auf ihrer Oberfläche eine Schicht aus einzelnen Binderpartikeln«. Nach dem Auflegen einer zweiten Papierbahn steht die Schicht der Bindeiflittelpartikel mit beiden Scnicnten in Berührung und bewirkt inre gegenseitige feste Versiegelung, wenn die zusammengefügten Scnichten■ im Trockenteil der Papiermaschine oder auf einem nachfolgenden Heißkalander auf eine Temperatur gebracht werden, bei der der Kunststoff im thermoplastischen Zustand vorliegt. Dabei tritt in der Hegel keine Filmbildung ein, sondern die Kunststoffpartikel bleiben größtenteils voneinander getrennt, dringen aber im thermoplastischen Zustand in die beiden einander berührenden Papierschichten ein. Bei der Abkünlung auf Raumtemperatur verfestigt sich der Kunststoff und bildet eine dauernafte und feste Verbindung der Schichten«

-¹O

Das Verfahren der Erfindung kann mit der bei Papiermaschinen üblichen Geschwindigkeit von beispielsweise 100 bis 150 m/min durchgeführt werden» Da das in der Kunststoffsuspension enthaltene Wasser größtenteils abgesaugt wird, entstent kein erhonter Energiebedarf im Trocken teil der lüas chine· Das Verfahren der Erfindung gestattet es,

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zwei oder mehr Papierbahnen mit Trockengewichten bis über 200 g/qm zu verbinden und dadurch Kartons bis zu etwa 2000g/qm herzustellen«, Die miteinander verbundenen Schichten können von gleicher Stärke und Beschaffenheit sein_o Hit besonderen¹, Vorteil wird das Verfahren der Erfindung zur Herstellung solcher Papiere und Kartons eingesetzt, bei denen eine oder, mehrere Lagen aus minderwertigen; Material ;nit einer oder bevorzugt zwei AuReiiscnicntcn aus hochwertigem Liaterial verbunden sind«, Als. innere Schicht kann Z₀B₀ Holzschliff, nichtgebleichter Zellstoff oder aus Altpapier gewonnenes Material verwendet werden, während für die Außenschienten vernaltnismä3i_o cünne Lagen aus noch je bleich tem Zellstoff verwendet werden,, Für manche Zwecke genügt es, wenn eine Au.ienschicht aus nochgebleichtem Zellstoff und die· andere Außenschicht aus nalbgebleicnte.'n Zellstoff bestellte Für die Außenscnichten genügen in der Regel Stärken von 50 bis 100 _o'/qm, vorzugsweise 60 bis 8ü g/qrn Trockengewicht, während das Gewicht der mittleren Schicht bzw„ die Gewichtssumme einer Mehrzahl von mittleren Schichten meist mehr als 100 g/qm beträgt_o

Jede am Aufbau der mehrschichtigen Papiere oder Kartons beteiligte Papierlage wird auf einem besonderen Sieb erzeugt. Die Siebe sind in einer solcnen Stellung zueinander angeordnet, daß die von einem Sieb abgenommene, aus einer oder mehreren Schichten aufgebaute Bahn auf das nächstfolgende Sieb geführt v/erden kann_o Eine solche Anordnung läßt sich am besten mit einer Hehrzahl von Langsieben verwirklichen, jedoch ist es grundsätzlich auch möglich, Langsiebe mit Rundsieben zusammenwirken zu lassen«,

Die Kunststoffsuspension wird jeweils vor der Zusammenführung zweier Papierbahnen innerhalb der Saugzone aufgegeben. Dies geschieht mittels einer Auflaufwanne_o Die in der Kunststoffsuspension enthaltenen Teilchen sollen gröber als die Porenweite der zu beschichtenden Papierbahn sein.» Bei einem sehr feinfaserigen Papierstoff reicht eine Partikelgröße des Kunststoffes von \0>ßm , während bei grobfaserigem Material Partikelgrößen bis j500/</w angewandt werden«,

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Noch größere Teilchen machen einen erhöhten Bindemitteleinsatz nötig und können Unebenheiten in dem fertigen Papier oder Karton verursachen. In der Regel sind Teilchengrößen von 50 bis lOOz^am besten geeignet«,

Der Kunststoffanteil der Suspension ist nicht kritisch, da auch ein großer Wasserüberschuß rasch abgesaugt werden kann_e Ein Kunststoffanteil von 1 bis 5 ^c/°» bezogen auf das Gexvicht der Suspension, hat sich als zweckmäßig erwiesen₀ Die Menge der Suspension wird so bemessen, daß eine dichte Bedeckung der Schichtoberfläche mit KunststoffpartikeIn erreicht wird, ohne daß sie sich berühren oder bei der Nachbehandlung im thermoplastischen Zustand zu einem geschlossenen Film zusammenfließen» Eine Bindemittelmenge von 10 bis 100 g, vorzugsweise 20 bis 50 g/qm gibt im allgemeinen eine Verklebung von hoher Festigkeit. Der Bindemittelanteil am fertigen Papier oder Karton kann im Bereich von 15 bis 50 Gew< >-$, bezogen auf das Fasergewicht., liegen,.

Der als Bindemittel verwendete Kunststoff muß thermoplastisch sein, so daß die Kunststoffpartikel bei den im Trockenteil der Maschine herrschenden Temperaturen von 100 bis 12O⁰C oder bei einer nachfolgenden Heißkalandrierung oder in einer Presse bei Temperaturen bis zu l8o°C in die Faserzwischenräume eindringen und sich dort verankern. Thermoplastische Kunststoffe mit einem t> „,„ -Wert bis zu

Λ IIlcUX.

70⁰C sind für das Verfahren der Erfindung geeignet«, Vorzugsweise

liegt der t, -Wert unterhalb 30° beispielsweise im Bereich von ° Λ max

10 bis 25 Co Der t. -Wert ist eine für die Charakterisierung von

/\ max

thermoplastischen Kunststoffen gebräuchliche Kennzahl und gibt die Temperatur des Dämpfungsmaximums beim Toräionsschwingungsversuch an (DIN 53 445)»

Geeignete thermoplastische Kunststoffe sind in großer Zahl bekannt. Sie sind vorzugsweise ganz oder zum überwiegenden Teil aus Alkylestern der Acrylsäure mit 1 bis 8 C-Atomen im Alkylrest oder aus Alkylestern der Methacrylsäure mit 4 bis 8 C-Atomen im Alkylrest aufgebaut. Methacrylsäureester von 1 bis 4 C-Atome enthaltenden

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aliphatischen Alkoholen sowie Styrol, Acrylnitril und andere Monomere, die für sich allein polymerisiert Polymerisate mit t -Vierten

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über 70 ergeben, können in begrenzten Mengen am Aufbau der verwendbaren Kunststoffe beteiligt sein, wobei ihr Anteil durch den t _mnT-Wert des fertigen Mischpolymerisates begrenzt ist« V/eitere

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geeignete Kunststoffe können aus Vinylacetat, Vinylpropionat, Vinylchlorid, Vinylidenchlorid, oder deren Gemischen sowie aus Gemischen von Butadien mit Styrol, Acrylnitril oder Methacrylsäureester]! aufgebaut sein»

Wäßrige Suspensionen, die die genannten Kunststoffe, in Form von Partikeln der angegebenen Größe enthalten, können nacn dem Suspensionspolymerisationsverfahren erzeugt worden sein; in diesem Fall sind die Partikel mehr oder weniger kugelförmige Man kann jedoch auch von den entsprechenden wäßrigen Dispersionen geeigneter Kunststoffe ausgehen und diese durch vorsichtiges Koagulieren in Suspensionen mit der gewünschten Partikelgröße überführen,, Die Primär teilchengröße wäßriger Kunststoffdispersionen liegt im allgemeinen unter Iwm _a Beim langsamen Zugeben von an sich bekannten Koagulierungsmitteln, wie ZqB₀ Sauren, konzentrierten Salzlösungen, polykationischen Verbindungen, wie Aluminiumsulfat oder Polyäthylenimin, unter starkem Rühren beginnen die Dispersionen unter Bildung von Teilchen von weitgehend einheitlicher Teilchengröße zu agglomerieren. Sobald die Agglomeratpartikel in einem für das Verfanren der Erfindung geeigneten Größenbereich liegen, wird kein weiteres Koagulierungsmittel mehr zugegeben» Sollte die in dieser V/eise hergestellte Suspension einzelne Partikel von unerwünscht hoher Teilchengröße enthalten, kann sie durch Filtrieren über ein Sieb geeigneter Maschenweite leicht davon befreit werden«, Die Herstellung der Kunststoff suspensionen ist nicht Gegenstand der Erfindung«

Damit sicn die Kunststoff partikel in der Suspension nicht absebrjsn, löst man darin ein wasserlösliches Verdickungsmittel, wie Z₀B₀ Carboxymethylsellulose, Polyvinylalkohol, Alginate oder Folynatriur.i-

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acrylat oder -netnacrylat. Zur Stabilisierung der 1- bis 5-/jis^en Kuns tstoffd ispers ionen reicnen Zusätze von 0,1 bis 1 ,'J an Verdickuncs· mitteIn₀

Die Vereinigung der /u verbindenden Papierbannen kann gleichzeitig i.iit dem Absaugen dea Papieranteils der Kunststoff dispers ionen oder ai'.cn daran anschileSend erfolgen» Ivenn die geviiischte Zahl von Papierlagen zusammengefügt ist, läuft die Bahn in an sicn bekannter weise in den Trockenteil der Papiermaschine. Diesem ist eine Abquetschvorrichtung vorgescnaltet, in der die Papierbahn zwischen einem Walzenpaar durchläuft und von einem großen Teil des noch annaftenden Wassers befreit wird, Hierbei wird noch keine feste Verbindung der einzelnen Papierlagen erreichte In der Regel wird die feste Versiegelung der Papierschienten erst in der Trockenzone bei

Temperaturen zwischen 8ΰ und 120° erreichte Wenn der t _TO„ -Wert des

_\ max

Kunststoffes sehr noch liegt und Linter den Bedingungen der Trocknung keine ausreichende Versiegelung erreicht wird, kann man die trockene Papierbann noch durch einen Heißkalander laufen lassen oder das ernaltene Papier bzw_e den Karton in einer beheitzten Presse weiter verarbeiterig

Die durcn das Verfahren der Erfindung bewirkte Bindung zv/isohen den einseinen Papierschiohten kann fester sein als der Zusammenhang der Papierscnichten in s.icn selbsto Die Spaltfesti^keit des Papieres oder Kartons kann dann nocn weiter gesteigert werden* wenn man den Papierschichten selbst ein Bindemittel einverleibt,, Hierfür eignen sich 2oB» Kunststoffdispersionen, die man dem Papierbrei zusetzt und die dort auf die Papierfasern aufziehen oder durch Koa^ulierungsrnittel ausgefällt werden_β Ebenso kann man Kunststoffsuspensionen der Art, wie sie beim vorliegenden Verfahren zur Verbindung der Schichten benutzt werden, in die Papiermasse geben. Kan kann jedoch auch die zur Imprägnierung der Papierschichten dienende Dispersion der ICunststoffsuspension selbst zusetzen» Während die groben Kunststoffpartikel auf der Blattoberfläche liegen bleiben, dringen

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die Dispersionspartikel in das Blatt selbst ein,, Wenn der Papierstoff mit einem Koagulierungsmittel vorbehandelt worden ist, werden die in das Blatt eingedrungenen Dispersionspartikel an der Paseroberfläche ausgefällte Kationisch eingestellte Kunststoffdispersionen vermögen auch ohne eine solche Vorbehandlung auf die Papierfasern aufzuziehen. Durch einen Binderanteil von 10 bis 20 % des Fasergewichtes in den einzelnen Papierschichten wird eine Spaltfestigkeit innerhalb der Papierschiehtf erreicht, die der Spaltfestigkeit zwischen den einzelnen Papierschichten etwa entspricht,, Gewünsch tenfalls kann der Gesamtanteil an Kunststoffen innerhalb und zwischen den Schichten auf Z₀B₀ 8o oder 100 'p des Pasergewichts gesteigert werden_c

Papiere und Kartons, die nach dem Verfahren der Erfindung hergestellt sind, eignen sich bei geringem Bindemittelgehalt für alle bekannten Anwendungen von Papieren und Kartons von entsprechendem Flächengewicht, beispielsweise als Chromoersatzkarton, Lampenschirmpapiere, hochwertiges Verpackungsmaterial u_os₀w_o Mit zunehmendem Bindemittelanteil sind die Produkte auch als Schleifmittel- oder Möbeldekorpapiere geeignet»

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Die Verarbeitung zu Papierbahnen und ihre Zusammenfuhrung geschieht wie im Beispiel I₀ Das erhaltene Papier hat einen Gesamtkunststoff gehalt von 4θ ^r/j und ist spaltfrei, wasser- und lösungsmittelbeständig und hat geringe Luftdurohlässigkeit. Es ist geeignet zur Herstellung von Schleifmittelpapierene

Beispiel 3

Das Verfahren gemäß Beispiel 1 wird wiederholt, jedoch wird anstelle der Kunststoff-Perlsuspension eine vorkoagulierte Kunststoffdispersion eingesetzt. Zum Zwecke der Vorkoagulation wird eine βθ ^ige wäßrige, anionische Acrylharzdispersion mit einer Film-Erweichungstemperatur von t ^₀ = 17⁰C (nach DIN

allmählich mit einer solchen Menge eines kationischen, wasserlöslichen Melaminharzes (Handelsbezeichnung Madurit MV 1βθ, Cassella) versetzt, daß sich Koagulatflöckchen von etwa 0,04 mm Größe bilden» Die entstandene Suspension wird auf 2 $ Peststoffgehalt verdünnt und mit der Auflaufwanne auf die Papierbahn aufgebracht.

Das erhaltene Papier hat einen Gesamt-Kunststoffgehalt von 20 % (fest) und ist spaltfrei.

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Anlage zu unserem Schreiben vom 4„11.74 Aktenzeichen P 24 4o 971.4 - OZ 950

"Verfahren zur Herstellung von mehrschichtigen Papieren und Kartons"

Beispiel 1

Im Holländer wird bei einer Stoff dichte von 1,2 }o aus gebleichtem Nadelholz-Zellstoff und gebleichtem Laubholz-Zellstoff ein Stoff-Wasser-Gemisch vom rlahlgrad ^S SR erzeugt und anschließend auf 0,1 yo Stoff dichte verdünnte Daraus wird in an Rieh bekannter Weise auf einem Langsieb eine Papierbahn von 65 g/qni (trocken) erzeugt. Auf einem zweiten Langsieb wird aus dem gleichen Stoff-Wasser-Gemisch ein zweites Papierblatt erzeugte Auf dieses Papierblatt läßt man innerhalb der Saugzone aus einer Auflaufwanne eine wäßrige Suspension mit einem Gehalt von 5 Gew_o-/J eines perlförmigen Kunststoffes, der aus Butylacrylat und Methylmethacrylat aufgebaut ist und eine durchschnittliche Perlgröße von Ο,Οβ mm hat, auflaufen, saugt das Wasser ab und schichtet das von dem ersten Sieb abgenommene Papierblatt darüber₀ Die vereinigte Papierbahn läuft durch Abquetschwalzen in den Trockenteil, wo sie bei 120 C getrocknet wird ₀ Das fertige aus zwei Schichten aufgebaute Papier hat ein Flächengewicht von 1βθ g/qm und enthält etwa 20 Gew„-;j Kunststoff«

Beispiel 2

Das Verfahren gemäß Beispiel 1 wird wiederholt, jedoch wird dem Stoff-Wasser-Gemisch eine kationisch stabilisierte Acrylharzdispersion in einer Menge von 20 %, berechnet als Trockensubstanz, bezogen auf das Trockengewicht des Fasermaterials, zugesetzt, Die Dispersion zieht vollständig auf die Fasern auf„ Zusätzlich wird eine geringe Menge an Polyacrylamid sowie eines Entsohäurnmungsmittels mitverwendet.

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Claims (1)

1. Patentanspruoh

   Verfahren zur Herstellung von mehrschichtigen Papieren und Kartons durch Verbinden mehrerer Papierlagen auf der Papiermaschine

   dadurch gekennzeichnet,

   daß man auf eine auf einem Sieb liegende Papierbahn eine Suspension eines thermoplastischen Kunststoffes mit einem t , _mo -Wert von

   Λ ^max höchstens 70 C und einer Partikelgröße von 10 bis jJOO/-⁴^ in Wasser aufträgt, den Wasseranteil weitgehend absaugt, ein von einem zweiten Papiersieb abgenommenes Blatt im nassen Zustand auf die kunststoffbeschichtete Papierbahn auflegt, gegebenenfalls eine oder mehrere weitere Papierschichten in der angegebenen Weise durch Aufgeben einer Kunststoffsuspension und eines feuchten Papierblattes aufbringt und die zusammengefügten Papierschiohten bei einer über dem t . „,„ -Wert

   j\. max

   des Kunststoffes liegenden Temperatur unter Druck miteinander versiegelt»