DE2615021A1

DE2615021A1 - Gegenstand aus fasermaterial

Info

Publication number: DE2615021A1
Application number: DE19762615021
Authority: DE
Inventors: Eric Sydney Prior
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-03-07
Filing date: 1976-04-07
Publication date: 1976-10-21
Also published as: FR2307080A1; FR2307080B1

Description

Die Erfindung betrifft eine verbesserte Ausnutzung von Abfallmaterialien und spezieller eine Verbesserung der Festigkeitseigenschaften von Materialien, welche für die Herstellung von Behältern, wie Wellpappebehältern, aus frischen Fasern bis zu Abfallfasern sowie Harzmaterialien, die bisher nicht für die Herstellung von Behältern annehmbarer Eigenschaften verwendet werden konnten, geeignet sind. Außerdem betrifft die Erfindung die Benutzung von gemischtem Abfallmaterial, alten Wellpappebehältern und Wellpappeabfällen, die als Ausgangsmaterial für die Herstellung der Behälter verwendet werden. Außerdem liefert die Erfindung ein Mittel zur Verbesserung der Steifheitseigenschaf-

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ten von Pappe weit über die Fähigkeiten der Fasern allein hinaus und liefert Widerstandsfähigkeit gegenüber Wasser und somit Wellpappebehälter hervorragender Qualität. Weiterhin betrifft die Erfindung die Verbesserung von Papier- oder Kartonmaterialien allgemein.

Bei der Herstellung eines geeigneten Behältermaterials für den Transport von Waren wird im allgemeinen eine kombinierte Wellpappe verwendet. Diese besteht aus einem Bogen Unterlagepapierkarton,, der auf beiden Seiten mit einem gewellten Medium verleimt ist. Das so erzeugte Material wird zu einem Zuschnitt ausgestanzt oder ausgeschnitten, der dann zu einem geeigneten Behälter gefaltet ist/ wie in der Technik bekannt ist. Es gibt zahlreiche Patente bezüglich der Herstellung der Behältermaterialzuschnitte sowie bezüglich der Formung verschiedener Wellpappematerialzuschnitte zu geeigneten Behältern.

Das gewellte Medium in den Behälterzuschnitten wird allgemein aus halbchemischem Papierstoff hergestellt, um die erwünschte Festigkeit und Qualität zu bekommen, wie sie von der Industrie gefordert wird. In den Vereinigten Staaten von Amerika wurden die Anforderungen an Wellpappe derart hochgeschraubt, daß sie oftmals den wirklichen Bedarf überschreiten. Diese Anforderungshöhe wurde offenbar deswegen festgesetzt, da das aus halbchemischem Papierstoff bestehende Ausgangsmaterial diese Eigenschaften liefert und da die Eigenschaften dieser Äusgangsmaterialien, d.h. der Wellpappe, in enge Beziehung zu der Qualität des Behälters gebracht werden können. In Europa und in anderen Ländern jedoch und auch zunehmend in den Vereinigten Staaten von Amerika wurden wegen Mangels an brauchbaren Papierstoffquellen,

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d.h. von Waldgebieten, für die Herstellung von halbchemischem Papierstoff und wegen der Wasser- und Luftverschmutzungsprobleme die Erfordernisse für einen annehmbaren Behälterkarton niedriger gesetzt, und zugegebenermaßen liegt der Minimumdurchschnittswert aus diesen Werten in den Vereinigten Staaten. Daher können mit Schwierigkeit andere Materialien den Erfordernissen für die Herstellung des gewellten Mediums genügen, da es für die Herstellung eines annehmbaren Behälters bestimmter Festigkeit geeignet ist. Nichtsdestoweniger haben die niedrigeren Anforderungen, die in Europa und anderen Kontinenten gestellt wurden, bisher eine Reihe geeigneter Rohmaterialquellen ausgeschlossen, die in großer Menge zur Herstellung von Wellpappe verfügbar sind.

Beispielsweise wäre eine der am stärksten verfügbaren Materialquellen gemischtes Altpapier, das aus Zeitungspapier und anderen Altpapiermaterialien verschiedener Arten, wie Buchpapier, Schreibpapier, Zeitschriften und alten Wellpappebehältern besteht .

Wegen seiner geringen Festigkeit, die in herkömmlicher Weise, wie durch Raffinieren, d.h. Schlagen, chemische Zusatzstoffe oder Verwendung schwererer Gewichte, nicht ausreichend verbessert werden konnten, kann gemischtes Altpapier nicht leicht benutzt werden. Es wurde somit bisher noch kein praktischer Weg gefunden, gemischtes Altpapier auf eine befriedigende Festigkeit zu bringen, wie sie durch die in der Industrie verwendeten Tests gekennzeichnet ist, wie den Concora Medium-Test (CMT) und den Cross Directional Ring Crush-Test.

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Es wurde nun gefunden, daß die vorliegende Erfindung nicht nur ein Verfahren zur Verbesserung der Festigkeit von Materialien liefert, die bisher nicht bei den oben beschriebenen Anforderungen für die Herstellung von Wellpappe oder Wellpapier benutzt werden konnten, sondern es wurde nun auch gefunden, daß das neuerlich produzierte Material bisher unerreichte Eigenschaften besitzt, die jene übersteigt, die mit frischem, halbchemischem Fasermaterial möglich sind oder bisher bei Verwendung von Abfallmaterialien als Ausgangsmaterial erreichbar waren. Weiterhin wird bei der Ausnuztung dieser neuen Materialquellen ein Abfallmaterial, d.h. Sulfitlauge in einer modifizierten Form zu diesem Zweck verwendet. Wie bekannt ist, wird Sulfitlauge von der Industrie als wesentliches Umweltverschmutzungsproblem angesehen.

Es wurde aber nunmehr gefunden, daß Sulfitlaugen, wenn sie in geeigneter Weise behandelt wurden, ein geeignetes Ausgangsmaterial für die Verbesserung der Eigenschaften des gewellten Mediums und des Substrates desselben ergeben, so daß das Endprodukt die bei Verwendung von frischem Papierstoff allein, wie haIbchemischem Papierstoff, erreichbaren Eigenschaften mindestens erreicht und sogar wesentlich übersteigen kann. Außerdem bilden Materialien, die bisher praktisch nicht verwendet werden konnten, ein geeignetes Ausgangsmaterial für die Herstellung und Verwendung von Behältern, d.h. gemischtes Altpapier.

Es wurde weiterhin gefunden, daß die Ausnutzung der Sulfitlauge nicht nur den Verbrauch der Sulfitlauge in besonders vorteilhafter Weise gestattet, sondern daß sie auch eine neue Materialquelle für die Herstellung von Wellpappematerial liefert und so-

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mit die Erschöpfung spärlicher Quellen, d.h. vor allem der Wälder, verhütet.

Wie ermessen werden kann, liefert diese zweifache Verbesserung der Ausnutzung von Abfallstoffen, die bisher nicht ausgenutzt werden konnten, und die Ausnutzung von umweltverschmutzenden Materialien, die bisher erhebliche Umweltverschmutzungsprobleme mit sich brachten, Vorteile, die sich auch weiterhin aus der nachfolgenden Diskussion der Erfindung ergeben.

An diesem Punkt sollte man nochmals die Notwendigkeit ins Auge fassen, Sulfitlauge zu vernichten. Wie dem Fachmann bekannt ist, sind die Probleme der chemischen Rückgewinnung oder wirtschaftlichen Ausnutzung von Sulfitlauge der üblichen Calciumbasenkochmethode weit ernsthafter als die Probleme der Rückgewinnung und Ausnutzung von Sulfatlaugen oder anderer Sulfitlaugen. Folglich wurden zahlreiche Sulfitmühlen geschlossen. Obwohl das vorliegende Verfahren eine Ausnutzung der Sulfitlauge liefert, ist die Menge an Sulfitlauge, die ausgenutzt werden kann, potentiell noch sehr groß, da die verfügbare Menge an Abfalllaugefeststoffen der Sulfitpapierstoffproduktion gleicht (4 000 000 t 1973 in den USA).

Die für die Qualitätsverbesserung von Pappe erforderlichen Mengen schließen jedoch nicht die Verwendung der hier modifizierten Sulfitlauge für andere Anwendungsgebiete aus, die die Erfindung lediglich erläuternd vorschlägt, wie die Imprägnierung von Spanbrettern, Spanfaserbrettern oder anderen faserartigen Verpackungsmaterialien, das Anfärben und Leimen.

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Im allgemeinen wird die Wellpappe durch den Concora Medium-Test (CMT) und den Cross Directional Ring Crush-Test gekennzeichnet. Wenn die Qualität des Behältermaterials, d.h. des Wellpappematerials, ziemlich dem Ursprungsmaterial entspricht, ist ein leichter Vergleich mit dem Stand der Technik und dem bekannten Standard möglich. So ist in den Vereinigten Staaten von Amerika das halbchemische Material mit kurzen, steifen Fasern leicht der beste Vergleich. Ein Material mit 127 g/m genügt bei einem Concora-Test, d.h. bei einem CMT-60-Test mit 25 bis 28 kg/100 g beim Testen, nachdem während 60 Minuten kontrollierten klimatischen Bedingungen von 20° C und 65 % relativer Feuchtigkeit ausgesetzt wurde.

Behälter aus halbchemischem Wellpappematerial und Kraftpapier als Substrat liefern natürlicherweise eine Materialquelle, die für Wellpappe brauchbar ist und den besten Wert hat, d.h. für neue Wellpappebehälterabfälle. Für diese ergibt ein Concora-

Test einen Wert von etwa 14 kg/100 g/m des Bogenmaterials. Altes Wellpappebehältermaterial ergibt jedoch nur 10 bis 11 kg/100 g und gemisches Altpapier 8 bis 9 kg/100 g nach dem Concora-Test. Um den Wert zu verbessern, wenn diese Abfallmaterialien für die Herstellung von Wellpappe benutzt wurden, ist es nach dem Stand der Technik üblich, Stärke oder andere chemische Zusätze zu dem Fasermaterial zuzugeben. Beispielsweise wird Stärke als hochviskose unmodifizierte Stärke oder als niederviskose hochmodifizierte Stärke zugesetzt, um den Concora-Wert entweder durch Zugabe zu dem feuchten Material oder Papierstoff oder durch Nachbehandlungen zu verbessern. Eine niederviskose Stärke er-

2 höht den Wert um 120 kg CMT/100 g zu je 1 m zugesetzter Stärke und um 150 kg CMT für hochviskose Stärke.

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Die"Verwendung von Stärke ist jedoch durch die Tatsache beschränkt, daß bei Verwendung mit Wellpappeabfällen oder gemischtem Altpapier eine übermäßige Zugabe die Flexibilität drastisch beeinträchtigt und zu einer unannehmbaren Brüchigkeit führt.

In dem normalen Bereich mittlerer Gewichte (112 bis 135 g/m )

ist die maximale Menge, die wirtschaftlich und praktisch je 1 m Pappe zugegeben werden kann, wegen Begrenzungen hinsichtlich der Viskosität und der Eindringung in den Faserbogen eine maximale Konzentration von 15 % für niederviskose und von 8 % für hoch-

2 viskose Stärke, was einer Aufbringung von 10 g/m bei nieder-

viskoser Stärke und von 6 g/m bei hochviskoser Stärke entspricht. Die Stärkezugaben erfolgen allgemein auf der Leimpres-

se, obwohl 5 g/m Karton auch in das feuchte Papierstoffmaterial gegeben werden können, allerdings mit Ergebnissen, die nicht so wirksam sind wie bei Aufbringung auf der Leimpresse.

Als ein Ergebnis ist die maximale effektive Verbesserung des CMT-Wertes durch Stärkezugabe zu den Grundfasern, d.h. der CMT-

2 Wert bei normalem laufendem Grundgewicht (112 bis 135 g/m ) 9,0 kg für hochmolekulare Stärke und 12,0 kg für niedermolekulare Stärke.

Mit der vorliegenden Erfindung wurde nun gefunden, daß bei Behandlung der Ablauge (die nachfolgend noch im einzelnen beschrieben wird) und Zugabe zu einem Wellpappe- oder Wellpapiermedium aus ungebrauchtem halbchemischem Papierstoff, Wellpapperesten, alter Wellpappe oder gemischtem Altpapiermaterial diese Ablauge in einem Bereich von 5 bis 30 % zugegeben werden kann, ohne die Flexibilität drastisch zu beeinträchtigen oder in der

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Pappe oder dem Brett Brüchigkeit zu erzeugen. Bei einem Grund-

• 2 2

gewicht von 125 g/m steigert die Zugabe von 9 bis 11 g/m von gemischtem Altpapier den Wert im CMT-Test in einem Bereich von 11 bis 21 kg. Die Steigerung der CMT-Werte liegt bei 14 bis 25 kg für Behälter aus alter Wellpappe, bei 18 bis 28 kg für Wellpappereste und bei 25 bis 35 kg für halbchemisches Medium.

Obere Grenzen der praktischen Anwendung bei einem Gesamtgrund-

ür he
sind

gewicht von 125 g sind 25 g/m für haIbchemisches Medium und

11	kg	22	kg
14	kg	32	kg
18	kg	40	kg
25	kg	48	kg

2 solches aus neuen Wellpapperesten, 18 g/m für alte Wellpappe-

behälter und 10 g/m für gemischtes Altpapier. Diese Maximalwirkung würde die gemessenen Werte in Kilogramm für CMT folgendermaßen verbessern:

von bis

Gemischtes Altpapier
Alte Wellpappe
We1Ip appere s te
Halbchemische Pappe

Die modifizierte Sulfitlauge ist eine wäßrige Lösund und kann mit einer Konzentration so hoch wie 50 % aufgebracht werden, sie ist leicht auf 10 % oder weniger, wie beispielsweise 1 % verdünnbar, oder sie hält verdünnt an.

Sie kann auf einen feuchten (35 bis 45 % D.B.) oder auf einen trockenen Bogen (7 bis 10 % Feuchtigkeit) aufgebracht werden. Sie zeigt weder Klebrigkeit noch Probleme beim Abputzen, wenn sie in normaler Weise bei der Papiermaschine, Klebepresse oder der Wellmaschine aufgebracht wird, noch wenn sie auf einen feuchten Bogen unter Verwendung der dritten oder zweiten Feuchtpreßanlage als Aufbringer oder Besprüher bei der dritten Pres-

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se oder an dazwischenliegenden Stellen in den Trocknern mit Walzen aufgebracht wird.

Es ist überflüssig zu sagen, daß die Trockenerfordernisse bei der Papiermaschine auch drastisch herabgesetzt werden, wenn sie bei der Feuchtpresse statt bei der Leimungspresse aufgebracht wird, da weniger Dampf benötigt wird und als Folge hiervon die Papiermaschine gewöhnlich mit höherer Effizienz und Geschwindigkeit betrieben werden kann. Bei der Leimungspresse gestattet die höhere Konzentration entweder höhere Feststoffzugaben als Stärke oder weniger Wasser, so daß die Trockenkapazität und die Geschwindigkeit der Papiermaschine gesteigert werden.

Insofern als die lösliche Sulfitlauge, die hier weiter definiert ist, die Möglichkeit ergibt, daß die Maschine ohne Verkleben läuft, d.h. wie bei der dritten Presse und anschließend in den Trocknern, ist weiterhin die Möglichkeit ersichtlich, die Papiermaschine wirksamer einzusetzen und die betriebliche Flexibilität zu erhöhen.

Es ist auch bekannt, daß zur Entwicklung eines annehmbaren Wertes im Concora-Test die Altpapierpulpe geschlagen, d.h. raffiniert werden muß, was auch eine teure Operation ist. Was aber noch wichtiger ist, infolge der erhöhten erforderlichen Ablaufzeit wird hierdurch die Papiermaschine um 15 bis 20 % verlangsamt. Das Altpapier und Wellpappeabfälle haben allgemein einen Schopper-Riegler-Wert von 18 bis 25°. Um den annehmbaren Concora-Wert zu entwickeln, muß der Schopper-Riegler-Wert durch Raffinieren auf 40 bis 45° erhöht werden. Diese Werte können auch als Canadian Standard Freeness ausgedrückt werden. Wie aus den

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obigen Werten deutlich ersichtlich ist, ist die auf diesem Faktor beruhende Verbesserung auch signifikant.

Im allgemeinen erfolgt die Altpapierraffinierung in Europa und anderswo durch Scheibenraffinierung des Altpapiers. Raffinieren verbessert im allgemeinen den Concora-Testwert um etwa 3 kg/100 g Grundgewicht. Raffinieren ist jedoch eine teure Arbeit, die die Maschinenkapazität einschränkt und daher, wenn die Maschine ohne Leimpresse (size press) arbeitet, wird eine Kombination von Raffinieren und Stärkezusatz zu dem feuchten Material angewendet, um das erwünschte Endresultat von 20 kg beim Concora-Test zu bekommen. Mit einem Bogen von 120 bis 130 g ist es somit allgemein eine übliche Praxis, die Festigkeit durch Raffinieren und Stärkezusatz bis zu dem Punkt, wo 19 bis 21 kg CMT erreicht werden, zu erzielen. Typischerweise würde dies somit Schlagen und eine Zugabe von etwa 3 bis 4 % Stärke erfordern. Schlagen/Raffinieren, wie es erwähnt wurde, vermindert natürlich die Maschinenkapazität, und Stärkezugabe vermindert in ähnlicher Weise die Maschinenkapazität und setzt die Ablaufkapazität des Siebes herab.

Kehrt man nun zu der vorliegenden Erfindung zurück, so ist ersichtlich, daß, wenn zu einem Bogen von 112 g aus alter Wellpappe 5 % Ablauge zugesetzt werden, d.h. etwa 18g, ein Bogen von 130 g mit einem CMT-Wert von etwa 31,5 kg erhalten wird. Dies ist äquivalent einem Bogen von 150 g aus amerikanischem halbchemischem Medium. Es ist überflüssig zu sagen, daß, wenn zu dem Abfallmaterialbogen diese Menge an Ablauge zugesetzt wird und die Ergebnisse in solchen Dimensionen erhalten werden, das Abfallmaterial dann auch anstelle des unverbrauchten Ma-

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terials eingesetzt werden kann/ wie es in amerikanischem halbchemischem Papierstoff verwendet wird. Es ist ersichtlich, daß in den meisten scharfen Bedingungen die vorliegende Erfindung direkt mit unbenutztem Material konkurriert.

Es ist eine übliche Praxis in Europa und in den USA, Abfallpapiermedium mit höheren als normalen Gewichten herzustellen, um schwache Fasern zu kompensieren. In Europa ist es üblich, mit

180 bis 200 g/m zu arbeiten statt mit dem herkömmlichen Wert von 112 bis 130 g bei halbchemischem Papierstoff.

Diese Erfindung gestattet die Ausschaltung dieser übermäßig hohen Gewichte und gestattet außerdem die Verminderung des halbchemischen Kartongewichtes in den USA von seinem derzeitigen Standard von 127 g/m auf den üblichen Wert in Europa von 112 g ohne Verminderung der Behälterqualität.

Wendet man sich nun der schlechtesten verfügbaren Faserquelle zu, d.h. gemischtem Altpapier, so läßt sich sagen, daß diese derart verbessert werden kann, daß die Eigenschaften bis auf einen Werte gebracht werden können, wo gemischtes Altpapier eine Verwendung finden kann, wo dies bisher niemals möglich war, da der Industriestandard nicht erreicht werden konnte.

Bezüglich der Widerstandsfähigkeit gegen Wasser wurde auch gefunden, daß die neuen Produkte und Methoden merkliche Verbesserungen in der Widerstandsfähigkeit gegen Wasser ergeben, wie durch 1 Minute nach dem Copp-Sizing-Test gekennzeichnet ist. Normales Substratpapier zeigt bei diesem Test eine Wasserabsorp-

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tion von etwa 25 bis 50 g/m . Das normale Wellpapier, wie es auch halbchemischem Papierstoff gefertigt wird, hat jedoch einen

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Absorptionswert von über 200 g/m . Das neue Produkt verändert

diesen Wert auf 40 bis 80 g/m /Min., wenn dies erwünscht ist. Es ist leicht ersichtlich, daß diese Veränderung Vorteile ergibt, die bisher mit herkömmlichen Technologien, die durch Vereinigung von Materialien in der Wellmaschine mit Materialien, die die erwünschten Eigenschaften ergeben, niemals erreicht wurden. Demnach ist nunmehr die Benutzung von Wellpappebehältern mit sehr hoher Kompressionsbeständigkeit in sehr feuchten Bedingungen möglich, während gleichzeitig die Umweltverschmutzung und die teure Imprägnierbehandlung mit Wachs oder anderen petrochemischen Derivaten vermieden wurden.

Außerdem kann der Leimungseffekt (Wasserbeständigkeit) durch Imprägnierung oder Oberflächenleimung mit einer modifizierten Sulfitlauge angewendet werden, um Substratbogen aus Altpapieren oder herkömmlichen Papierstoffen zu leimen (und anzufärben).

Es ist jedoch bekannt, daß die verschiedenen oben erwähnten Tests Annäherungen erster Ordnung sind, um die nötigen Werte für das Ausgangsmaterial festzustellen. Der Test, der am besten die Verbesserungen oder die tatsächliche Qualität des Behältermaterials wiedergibt, ist der sogenannte Querrichtungsringquetschtest oder CDR-Test. Wie dem Fachmann bekannt ist, wurde der CDR-Test so entwickelt, daß er direkt der Fähigkeit eines Behälters, bei tatsächlicher Verwendung Kompressionsbelastungen zu widerstehen, entspricht. So ergibt er bei dem normalen Substratbogenmaterial und halbchemischem oder Altpapierwellpapiermedium einen CDR-Testwert von 10 bis 15 kg für den oben definierten Bogen von 110 bis 125 g. Wenn dieser Bogen jedoch, wie oben beschrieben wurde, durch Zugabe der modifizierten SuIfit-

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lauge verbessert wird, kann er einen Zielwert von 20 kg nach dem CDR-Test haben. Allgemein wird ein Wert von 9 bis 12 kg für einen Bogen von 110 bis 125 g erreicht. Der gleiche Verbesserungsfaktor wird auch erreicht bei dem Substratbogen, wenn dieser mit der modifizierten Sulfitlauge imprägniert oder beschichtet wird, und gestattet die Verminderung des Grundgewichtes des Substratbogens, wenn Kompressionsfestigkeit das kritische Erfordernis ist."

In dem neuen Verfahren zur Herstellung der Ablauge, die in dem Substratpapiermaterial und dem Wellpapiermaterial verwendet wird, findet sich die Sulfitlauge, die als Ausgangsmaterial zur Verbesserung der Materialien benutzt wird, auf einem pH-Wert von 2 bis 3, wenn sie von dem Papierstoff abgetrennt und durch Eindampfen auf eine Feststoffkonzentration von 45 bis 50 % konzentriert wird.

Das Grundkonzept des neuen Verfahrens besteht darin, die eingedampfte Sulfitlauge in geeigneter Weise auf einen pH-Wert von 6,5 bis 8,0 zu neutralisieren und außerdem mit Koagulantien zu modifizieren oder erneut anzusäuern, wobei der pH-Wert auf 5,0 bis 6,0 eingestellt wird, und so die Anfangsfähigkeit der neutralisierten Ablauge zu intensivieren und so die Kartonfestigkeitsqualität zu verbessern. Die Sulfitlauge wurde in der Vergangenheit während des Verdampfungsprozesses oftmals mit Ätzalkali (NaOH) neutralisiert, und Patente beschreiben die Verwendung solcher neutralisierter Sulfitlaugen. Natriumhydroxid kann im vorliegenden Verfahren nicht verwendet werden, um die oben beschriebenen Ergebnisse zu erzielen. Wenn man mit Natriumhydroxid vor, während oder nach der Verdampfung neutralisiert,

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zeigt das Material, wenn überhaupt, nur eine geringe Wirkung hinsichtlich einer Steigerung des CMT-Wertes, der Ring Crush- oder Leimungsfähigkeit.

Es wurde jedoch gefunden, daß Natriumborat (Na₉BO.,) ein Neutralisationsmedium liefert, das Sulfitlauge in die Lage versetzt, dem Karton oder Papier erhöhte Steifigkeit und Leimung zu verleihen. Ein wesentlich besseres und daher das bevorzugte Neutralisationsmittel ist Natriumaluminat, d.h. Na₇AlO₃, und auch die Gemische beider Verbindungen, d.h. von Na-AlO₃ und Na₂BO-., obwohl die Verwendung dieser beiden Neutralisationsmittel nicht die Verwendung auch anderer alkalischer Chemikalien ausschließt, die den Koagulierungs- und/oder Versteifungseffekt liefern. Beispielsweise können andere Alkalien, d.h. neutralisierende Mittel, die bei der Neutralisation einen Effekt wie Natriumborat haben, als die brauchbaren alkalischen Mittel gekennzeichnet werden, die in den Produkten und dem Verfahren nach der Erfindung verwendbar sind.

Nach der Neutralisation der Sulfitlauge auf einen pH-Wert von 6,5 bis 8,0, vorzugsweise von 6,8 bis 7,5, kann dann auf einen pH-Wert von 5 bis 6 mit Alaun, d.H. Al₂(SO₄) , erneut angesäuert werden.

Die Endfeststoffkonzentration in der modifizierten Sulfitlauge kann so hoch wie 50 % sein und ist unbegrenzt mit Wasser verdünnbar .

Bei den Feuchtpressen, d.h. aufgesprüht auf oder aufgebracht durch die Feuchtpressenwalzen, kann die Sulfitlauge mit einer Konzentration von 50 % auf den feuchten Faserbogen aufgebracht

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werden₇ der normalerweise zu 50 bis 45 % knochentrocken (B.D.) ist.

Da sie leicht mit Wasser verdünnt werden kann, kann sie durch Aufsprühen oder Beschichten an der Leimungspresse mit niedrigen Feststoffkonzentratxonen, wie mit 12 %, aufgebracht werden, was

eine Imprägnierung von 18 g/m ergibt.

In Kombination mit der Anfangsneutralisation wurde auch als sehr brauchbar und erwünscht gefunden, daß Polymere von Äthylenoxid zu der Sulfitlauge zugesetzt werden. Allgemein werden 0,25 g bis zu 3 g/100 g Sulfitlauge zugesetzt, und der bevorzugte Bereich liegt bei 1 bis 1,5 g/100 g. Das verwendete Äthylenoxidpolymer ist von Koagulansqualität von hohem Molekulargewicht, d.h. von 4 000 000 bis 6 000 000, und wird in ausreichender Menge zugesetzt, um eine Ausfällung der Ligninkomponente in den Sulfitlaugen zu vermeiden.

Äthylenoxidpolymere können auch zu der erneut angesäuerten Sulfitlauge zugesetzt werden, um die Fließeigenschaften zu verbessern und um andere Effekte zu intensivieren oder zu verändern, wie beispielsweise die Starrheit zu erhöhen und die Wasserbeständigkeit zu vermindern.

Insofern als die Anfangszugabe von Natriumborat oder -aluminat zur Neutralisation verwendet wird, liefert die pH-Messung die für die Zugabe erforderliche Menge.

Nach der Neutralisation oder der oben erklärten anschließenden Wiederansäuerung der Sulfitlauge mit Alaun kann die Temperatur auf etwa 80° C gesteigert werden, ohne die Versprühbarkeit oder Auftragbarkeit der Sulfitlauge zu beeinträchtigen (es wird aber

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die Geschwindigkeit und Qualität der Eindringung in das Faservlies gesteigert)-

Wie ebenfalls bekannt ist, sind die Mullen-Werte für das Abf al Material, d.h. Wellpappebehälter oder Abfälle, ziemlich niedrig, und daher wird oftmals Stärke zugesetzt, um den für einen Substratbogen erforderlichen Wert zu erhalten, d.h. diesen hinsichtlich des Mullen-Wertes zu erhöhen.

Außerdem ist bezüglich des Substratbogens (linerboard) allgemein ein spezieller Cobbwert und eine spezielle Behandlung, wie die Zugabe von Leim, erforderlich, um die korrekte Leimung zu erhalten. Beim Beschichten auf normale Weise mit Stärke, um die Mullen-Werte zu verbessern, ergeben sich einige Probleme, da die herkömmlichen Leimungsmaterialien relativ niedrige Temperaturen und einen niedrigen pH-Wert (4,5 bis 5,5) erfordern, welcher seinerseits den Effekt der Stärke, den Mullen-Wert zu steigern, wieder um 20 bis 30 % vermindert.

Der optimale pH-Wert, bei dem Stärke aufgebracht wird, liegt bei 7 bis 7,5 und die optimale Temperatur bei 75 bis 80° C. Verstärkte und synthetische Leime können oberhalb pH 6,0 oder oberhalb 60 C nicht wirksam gemacht werden.

Gemäß dem neuen Verfahren kann Stärke dem Substratbogen mit der Sulfitlauge in dem neutralisierten Natriumaluminatzustand zugeführt werden, d.h. in dem neutralisierten Zustand ohne Zugabe von Äthylenoxid oder Alaun, und sie ergibt einen zufriedenstellenden Leimungseffekt ohne Verminderung der Wirksamkeit der Stärke hinsichtlich der Verbesserung der Mullen-Werte. Außerdem können die Eindringung und die verwendeten Stärketypen verbes-

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sert werden, da die Temperaturen bei 75 bis 80 C gehalten werden können. So ergeben 3 Gewichts-% Stärke, die bei der Leimungspresse zugesetzt werden, einen zufriedenstellenden Leimungswert, wie einen Cobbwert von 40. Da außerdem die Sulfitlauge sich auf der Grundkraftfarbe von Papierstoff befindet, wird dem Altpapierbogen eine zufriedenstelle Farbe verliehen, wobei teure synthetische Färbemittel vermieden werden, während die Möglichkeit, mehr Stärke oder Stärke wirksamer aufzubringen, ebenfalls evident ist. So ist die verbesserte Wirksamkeit der Stärke ein Nebenvorteil, d.h. da nun bei einem pH-Wert von etwa 7 gearbeitet werden kann und die Sulfitlauge bei 75 bis 80 C zugegeben werden kann, wird die Stärke auch mit höherer Wirksamkeit zugesetzt.

Die obigen Ausführungen demonstrieren die deutlichen Einsparungen an Fasern. Im Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit der Verwendung von Altpapiermaterial und Stärkematerial kann die leichte Zugabe der modifizierten Sulfitlauge die erforderliche Festigkeit und Leimung für das Substratpapier liefern, um es in dieser Beziehung konkurrenzfähig mit Substratpapier aus unbenutzten Fasern zu machen oder stattdessen die CDRC-Werte über jene anzuheben, die mit unbenutzten Fasern möglich sind.

Es sei auch festgestellt, daß das modifizierte Sulfitmaterial im wesentlichen während der anschließenden Rückführung bei der Faser verbleibt. Das heißt die wie oben behandelte Sulfitlauge bleibt bei der Faser, ist leicht zurückführbar und kann bei der anschließenden Rückführung von Ablauge wieder mit den mit ihr verbundenen Vorteilen verwendet werden.

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Insofern, als normale Papierherstellungschemikalien und normale Methoden benutzt werden, sind die Änderungen, die an irgendeiner der Behandlungsapparaturen vorgenommen werden müssen, minimal, so daß das Verfahren in üblichen Maschinen mit einem Minimum an Investitionskosten durchgeführt werden kann.

Beispiel

Es ist bekannt, daß verschiedene Verfahren existieren, die Sulfitlauge produzieren, deren Zusammensetzung von der für die Herstellung der Kochlauge verwendeten Base abhängt, d.h. ob diese Calcium, Natrium, Ammonium oder Magnesium enthält. Außerdem ergibt die Type des gekochten Holzes, d.h. Weichholz oder Hartholz, weitere Variable. Aus Wirtschaftlichkeitsgründen und Effektiv!tatsgründen und aus Gründen der Flexibilität bei der Modifizierung der Festigkeitsverbesserungen (CMT) wurde Sulfitlauge aus dem Kochverfahren von Hartholz auf Calciumgrundlage als die beste Sulfitlauge in der Industrie bestimmt- Außerdem ist Hartholzsulfitlauge, die von Buchenholz stammt, die bevorzugte Sulfitlauge.

Sulfitlauge wird gewöhnlich auf eine Feststoffkonzentration von 50 bis 55 % eingedampft; denn an diesem Punkt kann sie die Verbrennung unterstützen. Im Interesse einer billigen Fracht und Handhabung und um die hohen Konzentrationen zu bekommen, die für die Anwendung bei der Feuchtpresse oder für den Karton in trockener Form erforderlich sind, ist es auch erwünscht, daß der Ausgangspuntk bei dieser Konzentration liegt, d.h. bei 50 bis 55 %. Dies schließt jedoch nicht die Verwendung verdünnterer Sulfitlauge bis herab zu 10 bis 15 % aus, an welchem Punkt das Verdampfungsverfahren begonnen werden kann-

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Die" konzentrierte !Sulfitlauge wird zunächst durch Neutralisieren mit der erforderlichen Menge an gelöstem alkalischem Material, Natriumaluminat, Natriumborat und/oder einer Kombination beider oder mit einem funktioneIlen Äquivalent von Natriumborat oder beider mit Natriumhydroxid, letzteres bis zu 25 % des gesamten erforderlichen Alkali, modifiziert. Allgemein sind weniger als 25 Gewichts-%, bezogen auf die Gesamtfeststoffe, das zugesetzte Material einschließlich Wiederansäuerungschemikalien, wie beispielsweise Alaun. Die Ablauge wird auf einen pH-Wert von 6,5 bis 8,0, vorzugsweise von 6,8 bis 7,5 neutralisiert.

Die Wirkung des alkalischen Mittels ist die, einen reversiblen koagulierenden Effekt der Harzmaterialien in der Ablauge und demzufolge einer Wiederdispergierung des Harzmaterials sowie eine anschließende Versteifung des imprägnierten Fasermaterials beim Trocknen zu bekommen. Natriumborat und Natriumaluminat ergeben den oben beschriebenen reversiblen Koaguliereffekt, doch ergibt diesen Effekt nicht Natriumhydroxid. Somit sind alkalische Materialien geeignet, die funktionell äquivalent wenigstens dem Natriumborat sind. Die Eigenschaften der Sulfitlauge bestimmen, welche Alkalimenge erforderlich ist, wobei der Bereich bei 4 bis 12 % der Sulfitlaugefeststoffe liegt.

Typische Rezepturen entweder mit Wiederansäuerung oder mit Zugabe von Äthylenoxidpolymer sind folgende:

A. 100 1 Sulfitlauge, 50 %-ig = 50 kg

(Calciumbase, Buchenholzsulfitlauge) Natriumaluminat ausreichend, um bei- 6 kg spielsweise bis zu einem pH-Wert von 6,9 bis 1,1 zu neutralisieren, wie beispielsweise Aluminiumsulfat, um 9 kg etwa auf pH 4,5 bis 5,5 wieder anzusäuern.

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50	kg
1,5	kg
3,0	kg
9,0	kg
50	kg
3	kg
7	kg
9	kg
50	kg
6	kg
0,3	kg

B. 100 1 Sulfitlauge, 50 %-ig =

Natriumhydroxid

Natriuraaluminat

Aluminiumsulfat (zum Neutralisieren

und Wiederansäuern wie in A.)

C. 100 1 Sulfitlauge, 50 %-ig =

Natriumaluminat

Natriumborat

Aluminiumsulfat (zum Neutralisieren

und Wiederansäuern wie in A.)

D. 100 1 Sulfitlauge, 50 %-ig =

Natriumaluminat

Polyäthylenoxid (zum Neutralisieren

wie in A.)

Die Anwendung der modifizierten Sulfitlauge kann mit irgendeinem Fasermaterial erfolgen, d.h. mit gemischtem Altpapier, alten Wellpappebehältern, Wellpappeabfällen, Stroh und Strohabfällen, Bagasse und Bagasseabfallen sowie mit halbchemischem Papierstoff. Die Menge, die angewendet werden kann, ist nur durch die ursprüngliche Einreiß- und Zugfestigkeit der verwendeten Fasern, die bei der Wellmaterialbildung auftreten, beschränkt.

Auf dieser Grundlage kann gemischtes Altpapier bis zu den Standarderfordernissen des europäischen Marktes aufgewertet werden, d.h. auf 21 kg CMT, und alte Wellpappebehälter können auf die Erfordernisse des US-Marktes aufgewertet werden, d.h. auf bsi 28 kg CMT. Besseres Grundmaterial, wie halbchemischer Papierstoff, kann auf 40 bis 45 kg CMT und 20 bis 25 kg CDRC aufgewerten werden.

Nunmehr folgen spezielle Testergebnisse mit verschiedenen Fasergrundlagen und Sulfitablaugezusammensetzungen:

AA Gemischte Altpapierfasern - Sulfitlauge A (wie oben)

Grundge wicht, g	Feststoffe der zugesetzten Sulfitlauge, g	CMT 30 kg	Querrich- tungsring- wert, g	Cobb- wert
115	keine Kon trollprobe	9,8	6,7	200 +
115	10	21,0	15,0	60
Gemischte	Altpapierfasern -	Sulfitlauge D (wie	oben)

115 keine Kon- 9,8 6,7 200 +

keine Kontrollprobe
115 16 22,3 12,3

CC Alte Wellpappebehälterfasern - Sulfitlauge A 116 keine Kon- 17,5 10,0

trollprobe
116 16 31,6 20,0

DD Halbchemische Fasern - Sulfitlauge A 138 keine Kon- 28,8 19,4

trollprobe
138 27 44,5 31,3

200 + 60

200 + 50

Die Faserfestigkeit und letztliche ihre Kartonbildung werden mit den Testfaktoren von Mullen, Concora und nach dem Cross Directional Ring Crush-Test gekennzeichnet. Vergleichswerte für verschiedene Faserquellen für Karton ohne Zusatzstoffe sind

folgende für einen Bogen mit 125 g/m :

Mullen Concora CD. Ring Crush

Faserquelle	kg/cm^z	kg	kg
Gemischtes Altpapier	1,5	10,5	8,0
Alte Wellpappebehälter	2,4	14,1	10,5
Neue Wellpappeabfälle	3,3	18,0	12,7
Halbchemischer Karton	4,1	25,6	15,0

Der Concora-Verbesserungsfaktor für neutralisierte Sulfitlauge liegt im Bereich von 65 bis 75 kg/100 g Sulfitlaugefeststoffe,

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die je Quadratmeter zugesetzt wurden. Wenn ein Koaguliermittel, wie Äthylenoxidpolymer, zugesetzt wird oder wenn wieder mit Alaun angesäuert wird/ steigt der Verbesserungseffekt auf 110 kg.

Zum Zwecke einer Erhöhung lediglich des Mullenwertes und ohne Beachtung der Bindungs- oder Leimungseigenschaften ist das folgende bedeutsam für die Stärkeanwendung auf das Wellmedium und den Substratbogen.

Hochviskose Stärken, gewöhnlich unmodifizierte oder leicht oxidierte oder hydrolysierte Maisstärke, sind als kontinuierlich gekochte Stärken gekennzeichnet, die mit einer Konzentration von 4 bis 8 % und mit 0,5 bis 3,0° Beaume angemacht und angewendet werden. Diese Stärken unterliegen beim Kühlen einem starken Rückgang oder einer Gelierung.

Niederviskose Stärken, oxidierte, hydrolysierte oder enzymatisch umgewandelte, die von Mais- oder Kartoffelstärke stammen, werden normalerweise in einer Konzentration von 6 bis 18 % mit 1,0 bis 8,0 Beaume verwendet. Diese Stärken können ansatzweise gekocht und ohne ernsthaften Rückgang oder Gelierung beim Kühlen gehalten werden.

Die Anwendungstemperaturen für die Stärken können in Übereinstimmung mit der Papiertemperatur auf der Maschine (85 C) sein, werden aber infolge der normalerweise verwendeten Zusatzstoffe unterhalb 65 C gehalten.

Es können auch verschiedene Leimungen (Oberflächenleimung) bei den oben beschriebenen Bogenmaterialien angewendet werden. Diese sind herkömmliche Kollophoniumleimungen oder synthetische Leimungen, die auf dem Markt erhältlich sind, wie Baysyntolleimungs-

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mittel der Bayer Co. Andere Beispiele sind Stearate, Wachse usw. Diese Leimungsmittel sollten bei der Ansäuerung nicht ausfallen, wie dies Natriumresinat tut. Brauchbare Leimungsmittel sowie Stärken (auf die hier Bezug genommen wird) sind in Casey, Pulp and Paper, Band II, 2. Auflage, Interscience Publishers, Inc., New York (1961) beschrieben.

Im allgemeinen ist das Bogenmaterial auf der Leimungspresse zu 75 bis 85 % trocken (auf knochentrockener Grundlage - B.D.). Im Trocknerabschnitt sind sie zu 60 %, meistens aber zu 70 % trokken (B.D.). In den Feuchtpressen ist das Bogenmaterial zu 35 bis 45 % trocken (B.D.).

Obwohl die oben beschriebene Sulfitlauge Calciumsulfitlauge ist, betrifft die Erfindung auch die Verwendung von Magnesium-, Ammonium- oder Natriumsulfitlaugen.

Testverfahren

Alle hier beschriebenen Tests betreffen Ergebnisse, die nach einer Konditionierung während 1 Stunde bei 20° C und 65 % relativer Feuchtigkeit erhalten wurden, was in Übereinstimmung mit europäischen Standards für das Papiertesten steht.

Der "Concora-Test" oder "Concora Medium-Test" (CMT) ist in TAPPI Method T-809 und in DIN 53143 beschrieben, wobei die Ergebnisse in absoluten Kilogramm der getesteten Probe ausgedrückt sind.

Der "Cross Directional Ring Crush-Test" (CDRC) ist in TAPPI Method T-472 definiert und in aboluten Kilogrammen je getestete Probe ausgedrückt.

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Der signifikante Effekt eines Raffinierens von Fasern ist die Veränderung der Geschwindigkeit des Wasserablaufes. Die Veränderung wird nach einer TAPPI Standardmethode mit einem Canadian Standard Freeness-Tester gemessen und in Europa mit dem Schopper-Riegler-Test. Beide Tests sind ein Maß für den Ablaufgeschwindigkeitsfaktor und in Beziehung zu der Menge der Faserraffinierung. Vergleichstestwerte sind folgende:

Canadian Standard Schopper-Riegler 600 20,0

500 25,3

400 32,0

300 4O₇3

200 51,5

Der "Cobb-Leimtest" ist ein Maß für die Wassereindringung in das geleimte Papier. Eine konditionierte gewogene Kartonprobe wird normalerweise mit einem offenen Metallring von 11,3 cm Durchmesser bedeckt, und in diesen werden 100 ml Wasser von 20 C gegossen. Am Ende von 45 Sekunden wird das Wasser ausgegossen, von dem Bogen wird übschüssige Feuchtigkeit abgewischt, und der Bogen wird unmittelbar gewogen. Jede Wasserabsorption von 0,01 g wird mit 100 multipliziert, und die Ergebnisse werden als Gramm absorbierter Feuchtigkeit je Quadratmeter ausgedrückt .

Die Mullen- oder Berstfestigkeit ist der hydrostatische Druck, gemessen in Pfund oder Kilogramm, der erforderlich ist, um eine keisförmige Papier- oder Kartonfläche von etwa 1,13 Quadratzoll zu zerreißen. Die Testmethode ist in TAPPI T 403 oder DIN 53141 beschrieben.

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Obwohl die allgemeine Diskussion oben sich bevorzugt mit gewelltem Medium" oder Substratbogen (linerboard) , den Behältern, Strukturbögen, Werkstoffen usw. befaßt hat, liegt auch die Verwendung von modifizierten Fasermaterialien im Erfindungsgedanken. Ähnlich können die zunehmend verwendeten Hexcell-Strukturfüllstoffe aus den obigen Faserquellenmaterialien mit hervorragenden Ergebnissen hergestellt werden.

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Claims

Patentansprüche

1. Gegenstand aus einem mit Sulfitlauge vermischten Cellulosefasermaterial, dadurch gekennzeichnet, daß die Sulfitlauge auf einen pH-Wert von etwa 6,5 bis 8,0 mit Natriumborat oder einem zu Natriumborat funktionell äquivalenten Stoff, der einen reversiblen Koaguliereffekt ergibt, und/oder Natriumaluminat neutralisiert wurde.

2. Gegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sulfitlauge Poly-(äthylenoxid) enthält und mit Alaun auf pH 4 bis 6 wieder angesäuert wurde.

3. Gegenstand nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Äthylenoxidpolymer in einer Menge von etwa 0,25 bis 3/1OO g Sulfitlauge bei einer Feststoffkonzentration von 45 bis 50 % zugesetzt wurde.

4. Gegenstand nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Cellulosematerial aus Wellpappeabfällen, gemischtem Altpapier, halbchemischem Papierstoff und/oder Altpapiermaterial Nr. besteht.

5. Gegenstand nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß er Stärke und/oder Leimungsmittel enthält.

6. Gegenstand nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß er die Stärke in einer Menge von 1 bis 5 Gewichts-% je Quadratmeter eines Bogens von 100 bis 450 g enthält.

7. Gegenstand nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß er die Sulfitlauge in einer Menge von 1 bis 45, vorzugsweise 5 bis 30 Gewichts-% auf knochentrockener Grundlage enthält.

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8. Gegenstand nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Sulfitlauge Weichholz- oder Hartholzsulfitlauge, vorzugsweise Buchenholzsulfitlauge ist.

9. Gegenstand nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sulfitlauge mit Alaun auf pH 5 bis 6,5 wieder angesäuert wurde.

10. Gegenstand nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Sulfitlauge Polyoxyäthylen in einer Menge von 0,25 bis 3 g je 100 g Sulfitlauge bei einer Feststoffkonzentration von 55 % enthält.

11. Gegenstand nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Sulfitlauge Calciumsulfitlauge ist.

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