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Verfahren zum Herstellen eines
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weichen, saugfähigen Papieres Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Herstellen eines weichen, saugfähigen Papieres, bei dem eine wäßrige Aufschlämmung
von Zellstoffasern mit Zusätzen eines Bindemittels zur Bahn geformt, die Bahn ohne
Anwendung von Druck thermisch bis zu einem Trockengehalt von wenigstens 80 Gew%
getrocknet und anschließend gegebenenfalls gekreppt wird.
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Besonders weiche, voluminöse Papiere mit hoher Saugfähigkeit werden
in steigender Menge für verschiedene Einsatzgebiete benötigt, insbesondere für die
Herwellung von Hygieneartikeln wie Taschentücher, Kosmetiktücher oder Toilettenpapier,
aber auch für die Herstellung von Wischtüchern, Küchentüchern oder dergl.
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Bei der Herstellung dieser Artikel hat sich gezeigt, daß die bekannten,
an sich schon sehr weichen und saugfähigen Tissue-Qualitäten nicht in Jedem Falle
befriedigen, und daß deshalb der Wunsch besteht, über Papiere mit insbesondere erhöhter
Weichheit zu verfügen.
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Bei der Herstellung der bekannten Tissue-Qualitäten wird in aller
Regel von der Aufschlämmung reiner Zellstoffasern in Wasser ausgegangen, der gegebenenfalls
noch Zusätze zur Erhöhung der Naßfestigkeiten, beispielsweise kationische modifizierte
Polyamidharze
oder Polyamid-Polyamin-Epichlorhydrinharze zugesetzt
worden ist. Aus dieser Papiermasse wird nach konventioneller Papiermacherart auf
der Langsiebmaschine ein Blatt mit geringem Flächengewicht erzeugt, dieses entweder
unmittelbar oder nach leichter Vortrocknung unter Druck auf einen Kreppzylinder
überführt und von diesem schließlich wieder mit Hilfe eines Kreppschabers abgenommen.
Da die Bahn zumindest während eines Teiles der Trockenbehandlung gepreßt wird, ist
das Volumen des so erhaltenen Erzeugnisses gering; allerdings ist es möglich, infolge
weitgehender Ausbildung der Wasserstoffbindungen beträchtliche Bahnfestigkeiten
zu erreichen.
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Es ist seit langem bekannt (deutsche Patentschrift Nr. 95.961), daß
eine beträchtliche Erhöhung des Papiervolumens unter weitgehendem Verzicht auf Festigkeit
erreicht werden kann, wenn die Bahn ohne Anwendung von Druck, also ohne Preßbehandlung,
getrocknet wird. Die Fasern bilden dann eine weitgehend voluminöse Aufschüttung,
die noch durch entweichenden Wasserdampf weiter gelockert wird. Infolge der weniger
dichten Faserlagerung können sich bei einer derartigen Behandlung der Bahn nur verhältnismäßig
wenige Wasserstoffbrücken zwischen den Fasern ausbilden, so daß die typischen Papiereigenschaften
bei einer solchen Bahn in den Hintergrund treten und das Produkt fast textilähnlichen
Griff erhält.
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Ein so erzeugtes Faserprodukt kann nach vollendeter Trocknung gegebenenfalls
einer Verdichtungsbehandlung im Kalander unterworfen werden, wodurch es möglich
ist, den gewünschten Grad des Volumens sowie auch der Glätte und anderer Eigenschaften
einzustellen.
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Gemäß der deutschen Patentschrift Nr. 95.961 kann es dabei vorteilhaft
sein, die nachträgliche Verdichtung dadurch herbeizuführen, daß die Bahn zusammen
mit einem Trägersieb oder -gewebe durch den Walzenspalt eines Kalanders geführt
wird, wobei die Struktur des Trägersiebes der Bahn musterartig eingeprägt wird.
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift 22 31 645 ist eine Weiterbildung
dieses Verfahrens bekannt, bei der der Papiermasse ein Bindemittel zugegeben wird,
welches auf die Fasern aufzieht und diese miteinander verbindet.
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Die Festigkeit der so erzeugten Bahn muß nun nicht mehr durch Wasserstoffbrücken
erzeugt werden, sondern sie wird von dem Bindemittel getragen, was zur Folge hat,
daß der Vorteil der drucklosen, voluminösen Trocknung voll ausgenützt werden kann.
Der Effekt wird dabei insofern noch gesteigert, als das Bindemittel oder zusätzlich
zugegebene sogenannte Entbindungsmittel die Ausbildung der Wasserstoffbrücken zwischen
den Fasern noch weiter zurückdrängen. Die aus dieser Masse in konventioneller Weise
gebildete Bahn wird alsdann thermisch ohne Druck bis wenigstens 80 % Fasergehalt
getrocknet und anschließend gekreppt. Die hinzutretende Kreppbehandlung bewirkt
naturgemäß eine Erhöhung der Dehnbarkeit unter gleichzeitiger Erhöhung des Volumens.
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Die entstehenden Produkte haben Jedoch den Nachteil, daß sie entweder
- bei nur geringem Bindemitteleinsatz -eine häufig unzureichende Festigkeit aufweisen
oder - bei erhöhtem Bindemittelzusatz - infolge dieses Zusatzes wieder erheblich
an Weichheit verloren haben.
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Offenbar um diese Nachteile aus zus chalten, wird dann in der deutschen
Offenlegungsschrift 24 20 932 vorgeschlagen, das gleiche Verfahren mit einer Masse
durchzuführen,
welche keinerlei Bindemittel mehr enthält.
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Auf diese Weise kann zwar, wie dies die deutsche Patentschrift 95.961
bereits nahelegt, ein Papier mit erhöhter Weichheit, großem Volumen und guter Saugfähigkeit
erhalten werden, jedoch unter weitgehendem Verzicht auf Festigkeit.
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Bei diesem Stande der Technik besteht die Aufgabe, ein Verfahren zum
Herstellen eines weichen und saugfähigen Papieres vorzuschlagen, das aber außerdem
sicherstellt, daß das erzeugte Produkt gleichzeitig eine erhöhte Festigkeit aufweist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird von einem Verfahren ausgegangen, bei
dem eine wäßrige Aufschlämmung von Zellstoffasern mit Zusätzen eines Bindemittels
zur Bahn geformt, die Bahn ohne Anwendung von Druck thermisch bis zu einem Trockengehalt
von wenigstens 80 Ge d getrocknet und anschließend gegebenenfalls gekreppt wird.
Das Verfahren ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der wäßrigen Zellstoff-Faseraufschlämmung
Thermoplastfasern zugesetzt und die Bahn nach dem Trocknen bei einer Temperatur,
die wenigstens der Erweichungstemperatur der Thermoplastfasern entspricht, musterförmig
geprägt wird. Die Prägebehandlung sollte vor der Kreppung durchgeführt werden; sie
kann allerdings auch nach der Kreppung erfolgen, was Jedoch weniger vorteilhaft
ist.
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Der erfindungsgemäße Zusatz an Thermoplastfasern hat eine doppelte
Wirkung: er reduziert einerseits die Ausbildung von Wasserstoffbrücken zwischen
den Zellstofffasern während der thermischen Blatt-Trocknung und wirkt so als Entbindemittel.
Er dient aber auch der Abbindung der Fasern bei der nachfolgenden Warmprägebehandlung
und
wirkt so als Bindemittel. Durch die angegebene Maßnahme wird einerseits eine beachtliche
Verfahrensvereinfachung bewirkt, da der getrennte Einsatz von Entbinde- und Bindemittel
sowie deren Abstimmung aufeinander entfallen kann und andererseits wird auch ein
Produkt mit verbesserten Eigenschaften erhalten, da durch die musterförmige Warmprägung
die einzelnen, die Bahn bildenden Zellstofffasern hinreichend durch geschmolzene
oder zumindest erweichte Thermoplastfasern abgebunden werden und dadurch die Bahnfestigkeit
in erwünschtem, dazu noch steuerbarem Maße erhöht wird. Gleichzeitig wird aber auch
das Volumen infolge der übrig bleibenden, von der Prägung nicht erfassten Bereiche
beibehalten. Es resultiert auf diese Weise ein deutlich gegenüber dem Bekannten
verbessertes Produkt, dessen Vorteile sich nicht nur beim Gebrauch bemerkbar machen,
sondern insbesondere auch bei der Umformung zu Gebrauchsgütern, also beim Durchlaufen
der entsprechenden Verarbeitungsmaschinen.
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Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn als Thermoplastfasern Polyolefinfasern
eingesetzt werden. Diese Polyolefinfasern sollten in der Regel etwa die gleichen
Abmessungen wie die verwendeten Zellstoffasern haben, um eine gute Verarbeitbarkeit,
insbesondere eine gleichmäßige Blattbildung, zu gewährleisten. Andererseits ist
es aber auch denkbar, daß Thermoplastfasern mit Abmessungen eingesetzt werden, die
von denen der Zellstofffasern abweichen. Welche Abweichungen jeweils tolerierbar
sind, richtet sich nach der speziell herzustellenden Produktsorte und muß im Einzelfall
entschieden werden.
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Bei Versuchen hat sich gezeigt, daß außer Polyolefinfasern grundsätzlich
auch andere Thermoplastfasern,
beispielsweise auch aus Polyacrylaten,
Polyvinylchlorid oder Polyestern eingesetzt werden können.
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Auch diese Fasern lassen sich - gegebenenfalls nach entsprechender
hydrophiler Ausrüstung - zusammen mit Zellstoffasern in die Papiermasse einarbeiten.
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Besonders hervorstechende Ergebnisse sind aber mit Polyolefinfasern,
nämlich Polyäthylen- oder Polypropylenfasern erzielt worden.
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Die Menge der einzusetzenden Thermoplastfasern richtet sich einerseits
nach dem erwünschten Grad der Festigkeitssteigerung, andererseits nach der gewollten
Entbindungswirkung. Es hat sich gezeigt, daß beide Eigenschaften jedoch so miteinander
verknüpft sind, daß bei einer gewünschten Steigerung der Festigkeit gleichzeitig
auch eine optimale Entbindung, also Reduzierung der Ausbildung von Wasserstoffbindungen,
einhergeht.
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Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die Menge der zuzusetzenden
Thermoplastfasern zwischen 2 und 50 Gew%, vorzugsweise zwischen 10 und 25 Gew%,
der vorhandenen Zellstoffasern (atro) beträgt.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand einiger Ausführuugsbeispiele
erläutert. Um den Effekt der vorgeschlagenen Maßnahmen zu demonstrieren, wird dabei
zunächst aus einer geeigneten Fasermischung ein Blatt geformt und dieses ohne Anwendung
von Druck getrocknet.
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Die Eigenschaften des so erzeugten, also lediglich getrockneten, nicht
aber geprägten Blattes werden alsdann gemessen und die Meßwerte = 100 % gesetzt.
Danach wird das Blatt in verschiedener Weise durch Warmprägen weiter behandelt,
erneut ausgemessen und die so erhaltenen Meßwerte zum Vergleich herangezogen.
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1. Herstellung des ungeprägten Blattes Aus einer Fasermischung folgender
Zusammensetzung 20 % Nadelholzsulfat-Zellstoff 40 % Nadelholzsulfit-Zellstoff 40
ffi Laubholzsulfat-Zellstoft wird zunächst in einem Pulper üblicher Eauart eine
4 kige Faserstoff-Aufschwämmung hergestellt. Diese Aufschwämmung (Pulpe) wird in
einem Refiner araf etwa 230 Schopper-Riegler angemahlen.
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Zu 80 Gw.Teilen (atro gerechnet) dieser Fasermischung wurden 20 Teile
synthetischer Papierstoff auf der Basis von Polyolefinfasern, die zuvor im Pulper
aufgeschlagen worden waren, gegeben. Die so erhaltene Fasermischung wurde sodann
in bekannter Weise auf dem Langsieb einer Papiermaschine zu einem Blatt von 20 g/m²
verarbeitet.
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Das erhaltene Blatt wurde mittels Pick-Up-Vorrichtungen vom Blattbildungssieb
abgenommen und ohne Anwendung von Druck auf einen Durchström-Trockenzylinder überführt.
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Der Durchström-Trockenzylinder war ein Wabenzylinder mit mehr als
85 ffi offener Fläche, der mit einem Trägersieb überzogen war. Dem Zylinder konnte
von außen Heißluft einstellbarer Temperatur zugeführt und diese durch das Trägersieb
in das Innere des Zylinders abgesaugt werden.
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Die vom Langsieb abgenommene Bahn wurde auf das Trägersieb überführt
und in der Weise getrocknet, daß heiße Luft zon ca. 3000 C von außen nach innen
durchgesaugt wurde. Beim Verlassen des Durchström-Trockners wies das gebildete Blatt
einen Trockengehalt von 95 % auf.
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Messungen am ungeorägten Blatt 1. Volumen (Dicke): Mit einem Dickenmeßgerät
nach Sommer-Winkler wurde das Volumen (die Dicke) des Blattes gemessen. Der 2 Meßauflagedruck
betrug 20 p/cm ; die Auflagefläche 2 = Prüffläche 25 cm 2. Bruchwiderstand trocken:
Zur Bestimmung des Bruchwiderstandes im trocknen Zustand wurde ein Tnstron-eleRtronischer
Zugfestigkeitsprüfer verwendet. Die Einspannbreite der Probe betrug 50 mm; die Einspannlänge
ebenfalls 50 mm.
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Die Abzugsgeschwindigkeit betrug 100 mm/min.
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3. Bruchwiderstand naß: Zur Bestimmung des Bruchwiderstandes im nassen
Zustand wurde das Gerät nach Brecht-Heininger verwendet; die Probenbreite betrug
30 mm.
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Beispiel 1: Eine unverfestigte Ausgangsbahn, die wie oben beschrieben
hergestellt worden ist, wurde auf ein erwärmtes Prägegewebe überführt, dessen Temperatur
1250 C betrug, 15 mit einem und mit einem Druck von 15 kp/cm² gegen eine glatte
Metallwalze, die auf 80 bis 900 C erwärmt war, gedrückt.
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Das Prägegewebe hatte eine Einfach-Monofilament-Bindung und wies 9
Fäden/cm bei einer Drahtstärke von 0,4 mm auf. Das Prägesieb wurde bei dieser Behandlung
in der Papierbahn abgebildet.
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Die so vorbereitete Bahn wurde hinsichtlich Dicke und Bruchwiderstand
untersucht. Die erhaltenen Werte wurden auf die der unbehandelten Bahn (= 100 %)
bezogen. Die Ergebnisse sind aus der nachstehenden Tabelle ersichtlich.
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Beispiel 2: Es wurde in gleicher Weise verfahren wie in Beispiel 1
angegeben, jedoch mit der Änderung, daß ein Prägegewebe mit 13 Fäden/cm (Einfach-Monofilament-Bindung;
Drahtstärke 0,25 mm) verwendet wurde. Auch nach dieser Behandlung wurden die Meßwerte
ermittelt; die Ergebnisse sind in die nachfolgende Tabelle eingetragen.
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Beispiel 3: Es wurde in gleicher Weise verfahren wie in Beispiel 1
beschrieben, jedoch mit der wanderung, daß die Prägung bei Raumtemperatur erfolgter
d. h. also, daß die beiden für die Prägung verwendeten WalserA nicht beheizt waren.
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Auch nach dieser Behandlung wurden die Eigenschaften des erzeugten
Blattes gemessen; die Meßwerte sind ebenfalls in die folgende Tabelle eingetragen
worden.
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synth.Papier- Präge- Prägetem- Dicke Bruchwiderstoff gewebe peratur
stand quer (0 (F§den/cm) (° c) (%) trocken (%) naß ungeprägte Bahn 20 - - 100 100
100 Beisp.
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1 20 9 125 87 150 630 Beisp.
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2 20 13 125 83 144 750 Beisp.
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3 20 9 20 96 106 200 Die Meßwerte, insbesondere der sehr wesentliche
Bruchwiderstand im nassen Zustand, zeigen eine erhebliche Steigerung der gemessenen
Eigenschaften