DE3644072A1

DE3644072A1 - Beschwertes papier

Info

Publication number: DE3644072A1
Application number: DE19863644072
Authority: DE
Inventors: Peter Sinclair; Angela Jane Hayes
Original assignee: Wiggins Teape Group Ltd
Current assignee: Wiggins Teape Group Ltd
Priority date: 1985-12-21
Filing date: 1986-12-22
Publication date: 1987-07-02
Also published as: US4925530A; FI865273A0; EP0227465B1; FI85045C; ATE53614T1; PT84000B; GB8531558D0; SE8605533L; FR2592069A1; JPS62156398A; EP0227465A1; DE3671926D1; FI85045B; FI865273A; BE906007A; ES2015536B3; IT1196868B; GB8630655D0; CA1276412C; IT8667961A0

Description

Die Erfindung betrifft beschwertes bzw. gefülltes Papier und seine Herstellung.

Es ist üblich, Papier mit Füllstoffen zu füllen, um z. B. die Lichtdurchlässigkeit, Weißheit und Bedruckbarkeit von Papier zu verbessern und/oder die Kosten für das Papier zu reduzieren (Füllstoffe sind normalerweise billiger als Cellulosefasern, die sie ersetzen). Ein Nachteil der Verwendung von Füllstoffen ist es, daß sich die Festigkeit und andere Eigenschaften des Papiers verschlechtern.

Dies hatte die Wirkung, daß Grenzen hinsichtlich des Anteils an Füllstoff, der in das Papier eingebracht werden kann, bestehen.

Füllstoffe werden normalerweise in die Papierbahn während ihrer Bildung auf dem Papiermaschinensieb eingebracht. Dies wird erreicht, indem der Füllstoff in der Suspension in dem Papierherstellungsmaterial vorhanden ist, so daß, wenn das Material auf dem Sieb entwässert wird, die suspendierten Füllstoffteilchen in der entstehenden nassen, faserigen Bahn zurückgehalten werden. Ein Problem bei solch einem System ist es, daß ein sehr hoher Anteil des Füllstoffs mit dem Wasser, das durch das Sieb abläuft, mitgerissen wird, anstatt in der Bahn zurückzubleiben und deshalb möglicherweise verlorengeht. Dieses Problem ist insbesondere ernst bei relativ leichten Papieren. Obwohl Verluste zu einem beträchtlichen Ausmaß minimiert werden können durch Wiederverwendung des abgelaufenen Wassers bei der Aufbereitung eines weiteren Papierherstellungsmaterials, trägt der Verlust an Füllstoff als ein Ergebnis einer mangelhaften Retention in der Bahn beträchtlich zu den Kosten des hergestellten Papiers bei.

Da die Kosten von Papierherstellungspulpe, Füllstoff und Energie angestiegen sind, wurde viel Anstrengung auf die Entwicklung von Techniken verwendet, die die Erzielung höherer Füllstoffmengen ohne unakzeptable Verschlechterung der Papiereigenschaften, insbesondere Festigkeit und Steifheit und/oder Füllstoffretention während der Bildung der Bahn auf dem Papiermaschinensieb erleichtern.

Solche Techniken beschließen in der Hauptsache die Behandlung der Füllstoffteilchen und manchmal auch der Papierherstellungsfasern mit einem oder mehreren natürlichen oder synthetischen Polymeren ein. Diese Polymere können geladen sein, um eine Wechselwirkung mit den Füllstoffteilchen und/oder den Papierherstellungsfasern herzustellen, von denen beide selbst normalerweise negativ geladen sind, wenn sie in Suspension in dem Papierherstellungsmaterial vorliegen. Ein genereller Überblick über dieses Thema ist in einem Kapitel mit dem Titel "Retention Chemistry" von J. E. Unbehend und K. W. Britt zu finden, das Teil ist von "Pulp and Paper - Chemistry and Chemical Technology", 3. Auflage, herausgegeben von James P. Casey, Vol. 3 (Chapter 17). Dieses Kapitel offenbart u. a. die sequenzielle Verwendung von kationischen Polymeren mit niedrigem Molekulargewicht, gefolgt von anionischen Polymeren mit hohem Molekulargewicht, was zu besonderen Vorzügen führen soll.

Die Patentliteratur enthält ebenfalls eine Vielzahl von Vorschlägen für die Füllstoffbehandlung und manchmal auch Faserbehandlung. Eine Anzahl dieser Vorschläge sind unten angegeben als Beispiel:

i) GB-Patent Nr. 13 47 071 offenbart die Behandlung von Füllstoffen mit kationischen und anionischen Stärken, um die Füllstoffteilchen mit einer koagulierten oder ausgefällten Stärkemischung zu beschichten. Der beschichtete Füllstoff soll verbesserte Retentionseigenschaften zeigen. Keine Vorbehandlung von Papierherstellungsfasern mit Polymeren wird beschrieben.
(ii) GB-Patent Nr. 14 97 280 offenbart die Behandlung von Füllstoffteilchen mit einem anionischen, polymeren Flockungsmittel und einem entgegenwirkenden anionischen Entflockungsmittel. Papierherstellungsfasern können während dieser Behandlung anwesend sein und eine kationische, polymere Retentionshilfe wie Polyacrylamid oder eine kationische Stärke kann zugegeben werden als Materialzugabe zu der Faser/ Füllstoffmischung. Die offenbarte Behandlung soll eine verbesserte Festigkeit bei einer gegebenen Füllstoffmenge ergeben und es so ermöglichen, einen höheren Anteil des relativ billigen Füllstoffes in ein Papier von gegebener Festigkeit einzubringen, was zu einem beträchtlichen ökonomischen Vorteil führt. Es wird nichts offenbart über eine getrennte Behandlung von Füllstoff und Papierherstellungsfasern mit polymeren Materialien oder von einer Vorbehandlung des Füllstoffs mit kationischem polymerem Material.
(iii) GB-Patent Nr. 15 05 641 offenbart die Behandlung von Füllstoffteilchen mit einem anionischen Latex, gegebenenfalls nachdem sie mit einem kationischen Polymer wie kationischer Stärke, behandelt wurden. Diese Behandlung soll es erlauben, daß ein höherer Anteil von Füllstoff in dem Papier vorhanden ist, ohne wesentliche Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften. Keine Vorbehandlung der Papier herstellenden Faser mit Polymeren wird beschrieben.
(iv) GB-Patent Nr. 15 52 243 offenbart die Behandlung von Füllstoffteilchen mit geladenen Polymeren, z. B. Acrylamidpolymere oder Copolymere mit hohem Molekulargewicht, um ein Füllstoff/Polymerkonglomerat zu bilden zur Verwendung als Füllmaterial in Papier. Polymere naßfeste oder trockenfeste Harze können anwesend sein, wenn der Füllstoff behandelt wird. Der behandelte Füllstoff wird dann mit der Papierherstellungsfaser vermischt, wonach polymere Retentionshilfsstoffe zugegeben werden können. Eine Papierbahn wird dann auf dem normalen Weg geformt. Die Verwendung des behandelten Füllstoffs soll es erlauben, den Füllstoffgehalt des Papiers zu erhöhen, ohne die physikalischen Festigkeitseigenschaften des Papiers wesentlich zu beeinträchtigen.
(v) GB-Patentanmeldung Nr. 20 16 498 A offenbart die Behandlung von Füllstoffteilchen gleichzeitig mit, inter alia, einem kationischen Polyacrylamid und einer anionischen Stärke und die Verwendung des so behandelten Füllstoffs als Füller in Papier. Es soll eine ausgezeichnete Retention erhalten werden. Eine Behandlung der Papier herstellenden Fasern mit Polymeren wird nicht offenbart.
(vi) Europäische Patentanmeldung Nr. 50 316 A offenbart die Behandlung von Füllstoffteilchen mit einem in der Papierherstellung üblichen organischen Binder und einem kationischen polymeren Flockungsmittel, bevor sie mit den Fasern gemischt werden. Die Fasern können vorbehandelt werden mit einem anionischen polymeren Retentionshilfsmittel.
(vii) Europäische Patentanmeldung Nr. 60 291 A, äquivalent zu und veröffentlicht als internationale Patentanmeldung Nr. WO/01 020 offenbart die Reaktion einer kationischen Stärke mit einem anionischen Polyelektrolyt, um einen "amphoterischen Schleim" zu bilden, der dann mit dem Füllstoff und/oder den Papier herstellenden Fasern gemischt wird, wonach ein anorganisches Polymer mit hoher Oberflächenladung zugegeben wird, um eine teilweise dehydratisierte, schleimartige, gelbeschichtete Füllstoff/Faserstruktur zu bilden, die dann verwendet wird in einem Papierherstellungseintrag. Dies soll eine hohe Füllstoffretention ergeben und Papiere mit hoher Festigkeit und einem hohen Füllstoffgehalt herstellen. Im großen und ganzen ähnliche Vorschläge unter Verwendung verschiedener Kombinationen von geladenen Polymeren sind in den schwedischen Patentanmeldungen Nr. 82 01 545 A; 82 01 596 A und 82 05 592 A zu finden.
(viii) Internationale Patentanmeldung Nr. WO/02 635 offenbart die Zugabe einer kationischen Stärke mit einem bestimmten Substitutionsgrad, einem anionischen Polymer mit spezifiziertem Molekulargewicht und einem kationischen, synthetischen Polymer zu einem Füllstoff enthaltenden Papierherstellungsmaterial, um die Retention zu verbessern. Die separate Behandlung von Füllstoff und Faser wird nicht offenbart.
(ix) US-Patent Nr. 44 87 657 (äquivalent zu der europäischen Patentanmeldung Nr. 6 390 A) offenbart die Zugabe eines anorganischen Flockungsmittels oder eines organischen polymeren Flockungsmittels zu einer wäßrigen Suspension von Füllstoff und Fasern, gefolgt von der Zugabe eines organischen Bindemittels, gefolgt von einer weiteren Flockungsmittelzugabe. Eine separate Behandlung von Füllstoff und Faser wird nicht offenbart.
(x) Europäische Patentanmeldung Nr. 3 481 A offenbart die Zugabe einer wäßrigen Mischung von Füllstoff und einem ionisch stabilisierten, geladenen Latex zu einer wäßrigen Faserdispersion, gefolgt von einer Destabilisierung der entstehenden Mischung, z. B. durch ein geladenes Polymer. Eine Papierbahn wird dann in üblicher Weise geformt. Übliche Papierherstellungsadditive können auch verwendet werden.
(xi) UK-Patentanmeldung Nr. 20 85 492 A offenbart die Zugabe eines ionischen Latex und mindestens eines kationischen Polymers zu einer wäßrigen Füllstoff/ Fasersuspension, die dann in üblicher Weise entwässert wird, um eine hochgefüllte Papierbahn zu bilden, die geeignet ist zur Verwendung als feines Druckpapier hoher Qualität. Eine separate Behandlung von Füllstoff und Faser wird nicht beschrieben.
(xii) Japanische, ausgelegte Patentveröffentlichung Nr. 55-1 63 298 offenbart die Vorbehandlung von Füllstoff mit einem kationischen Polyacrylamid und die Vorbehandlung von Fasern mit anionischem Polyacrylamid, wonach behandelter Füllstoff und behandelte Faser gemischt werden und eine Papierbahn in üblicher Weise gebildet wird. Die Papierbahn soll eine verbesserte Oberflächenfestigkeit haben.
(xiii) Deutsche Offenlegungsschrift 34 12 535 A offenbart die Zugabe eines Polysaccharids, z. B. einer kationischen Stärke und eines synthetischen Retentionshilfsmittels zu einer Papierherstellungspulpe- Suspension. Ein vorbehandelter Füllstoff, z. B. ein Füllstoff, der anionisch dispergiert wurde und dann mit kationischer Stärke behandelt wurde, kann zu der Pulpesuspension vor der Bildung einer Papierbahn in üblicher Weise zugegeben werden.

Die Patentliteratur enthält ebenso Vorschläge für die Behandlung von Papierherstellungsfasern, um die Papierfestigkeit zu verbessern. Zum Beispiel offenbaren die US-Patente Nr. 36 60 338; 36 77 888; 37 90 514 und 40 02 588 die Behandlung von Papierherstellungsfasern mit "Polysalzflocken", die entstehen durch Mischen verdünnter Lösungen von anionischen und kationischen Polyelektrolyten. Dies soll ein Papier mit verbesserter Trockenfestigkeit ergeben. Die europäische Patentanmeldung Nr. 1 00 370 A offenbart das Mischen einer anionischen Polymerlösung mit einer kationischen Polymerlösung und dann Zugeben der enstehenden Mischung zu Papierherstellungsfasern. Dies soll ein Papier mit ausgezeichneter Festigkeit ergeben. Die Europäische Patentanmeldung Nr. 921 A offenbart die Behandlung von negativ geladener Papierherstellungsfaser mit einer Mischung eines kationischen Latex und eines anionischen Polymers und die Verwendung der so behandelten Fasern für die Herstellung eines Papierverbundstoffes mit hoher Festigkeit. Die europäische Patentanmeldung Nr. 96 654 A offenbart die Zugabe eines anionischen Leimmittels und eines kationischen Retentionshilfsmittels zu einer Pulpesuspension, die auch Füllstoffe enthalten kann. Papier mit guten mechanischen Eigenschaften soll erhalten werden. GB-Patent 11 77 512 offenbart die Behandlung von Papierherstellungsfasern nacheinander mit einer kationischen Komponente, die sowohl Aluminiumionen als auch ein kationisches Polymer enthält und einer anionischen Komponente, die ein anionisches Polymer enthält. Dies soll eine Naßbahn mit verbesserten Entwässerungseigenschaften ergeben. US-Patent Nr. 31 46 157 offenbart die Verwendung von Polysulfonium- und Polycarboxylatharzen zur Faserbehandlung, um Papiere mit verbesserter Festigkeit zu erhalten. Keines dieser Patente, das die Faserbehandlung zur Verbesserung der Papierfestigkeit offenbart, offenbart auch die Behandlung von Füllstoffen mit Polymeren.

Ein Artikel mit dem Titel "superfilled paper with rattle" von Lindström und Kolseth in "Paper", 05.12.1983, offenbart, daß Papier mit einem hohen Füllstoffgehalt und hoher Festigkeit erhalten werden kann durch Behandlung einer Füllstoff/Fasermischung sowohl mit kationischer Stärke als auch mit anionischem Polyacrylamid oder mit anderen kationischen Polymer/anionischen Polymerkombinationen. Ein ähnlicher, aber etwas längerer Artikel erscheint in STFI Kontakt, Nr. 3/82 auf den Seiten 3 bis 5.

Andere Vorschläge für die Behandlung von Füllstoffen und/oder Fasern mit natürlichen oder synthetischen Polymeren, um die Retention oder Papierfestigkeit zu verbessern und/oder andere Wirkungen zu erzielen, finden sich z. B. in den GB-Patentbeschreibungen Nr. 1 12 82 551; 13 53 015; 13 71 600; 14 29 796; 14 51 108; 15 27 077; 15 81 548; 20 01 088 A; 20 09 277 A; 20 16 498 A und 21 25 838 A; in den US-Patenten 29 43 013 und 31 84 373; in den europäischen Patentschriften 41 056 A; 80 986 A und 1 32 132 A und in der internationalen Patentanmeldung WO 86/00 100 (veröffentlicht nach dem Prioritätsdatum dieser Anmeldung).

Ein Problem, das sich bei einer Zahl der vorhergehenden Vorschläge herausgestellt hat, ist es, daß die Verfahren im Labormaßstab oder unter sorgfältig kontrollierten Erprobungsbedingungen in größerem Maßstab vielversprechend erscheinen, aber bei der Ausführung in der regulären Produktion auf der Papiermaschine, wo höhere Scherkräfte anzutreffen sind, mißlingen. Ein weiteres Problem ist es, daß die benötigten Polymere teuer sind und so nur in kleinen Mengen verwendet werden können, die vielleicht unzulänglich sind, um wesentliche Vorteile zu erzielen. Jedoch wird angenommen, daß zumindest einige der Technologien, die in den oben durchgesehenen Publikationen offenbart sind, kommerzialisiert worden sind und das hat den Fortschritt ermöglicht, der im Hinblick auf die vorher angegebenen Ziele ermöglicht wird. Nichtsdestotrotz gibt es noch Raum für weiteren Fortschritt. Dies ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung.

Die vorliegende Erfindung beruht auf der Entdeckung, daß Vorteile erreicht werden, wenn sowohl der Füllstoff als auch die Papierherstellungsfasern separat behandelt werden mit geladenen Polymeren, bevor sie gemischt werden und wenn die Polymerbehandlung des Füllstoffes oder der Faser die Verwendung von zwei entgegengesetzt geladenen Polymeren einschließt statt eines einzigen geladenen Polmers. Der Mechanismus wurde bis jetzt noch nicht beweiskräftig identifiziert, aber man nimmt an, daß ein wichtiges Merkmal der Erfindung das Auftreten einer Phasentrennung der geladenen Polymere ist, mit denen der Füllstoff und die Faser behandelt wurden, so daß es zu einer Konzentration des Polymers in einer polymerreichen Phase kommt, was dazu dient, Füllstoff und Faser miteinander zu verbinden. Man nimmt an, daß diese polymerreiche Phase die Zwischenfaserverbindungen in der endgültigen Papierbahn verbessert. Es wird angenommen, daß die Konzentration des Polymers als Ergebnis der Phasentrennung zu einer verbesserten Güte und Wirksamkeit und weniger Abfall, verglichen mit den obengenannten Verfahren des Standes der Technik, die auch Polymere verwenden, um die Füllstoffretention und/oder Papierfestigkeit zu verbessern, führt.

Es soll bemerkt werden, daß keine der vielzähligen Vorschläge des Standes der Technik, die oben erwähnt wurden, ein Verfahren offenbart, wie in dem vorhergehenden Paragraphen.

Demzufolge schafft die vorliegende Erfindung in erster Hinsicht ein Verfahren für die Herstellung von gefülltem Papier aus Papierherstellungsfasern und Füllstoff, das aus den folgenden Schritten besteht:

a) Behandeln der Papierherstellungsfaser in einem wäßrigen Medium mit einem geladenen Polymer;
b) separates Behandeln des Füllstoffes in einem wäßrigen Medium mit einem geladenen Polymer derselben Ladungspolarität wie das Polymer, das in Schritt a) verwendet wird;
c) zusätzliches Behandeln des Füllstoffes oder der Papierherstellungsfaser mit einem geladenen Polymer einer Ladungspolarität, die der in den Schritten a) und b) verwendeten Polymers entgegengesetzt ist, wobei diese zusätzliche Behandlung stattfindet, nach, vor oder gleichzeitig mit den Behandlungen des Schrittes a) und/oder b);
d) Mischen der wäßrigen Suspensionen des behandelten Füllstoffs und der behandelten Papierherstellungsfaser aus den Schritten (a) bis (c), um einen Papierherstellungsmaterial zu bilden, Verdünnen, wenn notwendig, vor, während oder nach dem Mischen; und
e) Entwässern des Papierherstellungsmaterials, um eine gefüllte Papierbahn zu bilden.

In einem zweiten Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein gefülltes Papier bzw. beschwertes Papier, das hergestellt wird durch das oben definierte Verfahren.

Vorzugsweise ist es der Füllstoff, der Gegenstand der zusätzlichen Behandlung von Schritt c) ist und die zusätzliche Behandlung wird ausgeführt nach der Behandlung von Schritt (a). Im Prinzip jedoch kann die Reihenfolge der Behandlung von Schritt (c) und entweder von Schritt (a) oder Schritt (b) umgekehrt werden, d. h. die Behandlung des "zusätzlichen" Schrittes (c) könnte tatsächlich dem Schritt (a) oder der Behandlung des Schrittes (b) der Faser bzw. des Füllstoffes vorausgehen. Eine weitere Alternative ist das Mischen des zusätzlich behandelten Polymers von Schritt (c) und des behandelten Polymers von Schritt (a) oder Schritt (b) vor der Behandlung der Faser bzw. des Füllstoffs. Die in den Behandlungen der Schritte (a) und (b) verwendeten Polymere sind geeigneterweise dieselben, aber im Prinzip müssen sie es nicht sein, wobei sie natürlich dieselbe Ladungspolarität haben müssen.

Das geladene Polymer, das in den Schritten (a) und (b) oben für Faser bzw. Füllstoffbehandlung verwendet wird, kann entweder positiv oder negativ geladen sein. Da die Füllstoffteilchen und die Fasern selbst normalerweise leicht negativ geladen sind, wenn sie in wäßriger Suspension vorliegen, könnte man auf den ersten Blick denken, daß eine gegenseitige Abstoßung zwischen einem negativ geladenen Polymer und dem suspendierten Füllstoffteilchen oder Fasern ihre effektive Behandlung durch ein negativ geladenes Polymer in den Schritten (a) und (b) des vorliegenden Verfahrens verhindern würde, aber es hat sich herausgestellt, daß das in der Praxis nicht der Fall ist. Tatsächlich wurde gefunden, daß die Verwendung eines negativ geladenen Polymers in den Schritten (a) und (b) in einigen Fällen eine bevorzugte Art der Durchführung ist.

Die Wirkung der Behandlung des Füllstoffes oder der Papierherstellungsfaser in den Schritten (a) und (b) scheint zumindest in den meisten Fällen zu sein, daß das behandelte Polymer adsorbiert wird oder auf andere Art und Weise verbunden wird mit der Oberfläche der Füllstoffteilchen oder Fasern (unabhängig von der Polarität der Polymerladung oder der Polarität der Ladung des Füllstoffes oder der Faser). Dies erzeugt oder kann zumindest geeigneterweise als Herstellung betrachtet werden, eine Art mit einer Nettoladungspolarität, die der des behandelten Polymers entspricht. Die Ladung, die mit dem Polymer verbunden ist, wird entweder aufgewogen oder verstärkt die Ladung, die ursprünglich auf den Füllstoffteilchen oder Fasern vorhanden ist.

Es wird angenommen, daß eine Wechselwirkung auftritt zwischen den positiv und negativ geladenen Polymeren während der Behandlung von Schritt (c). Es wird angenommen, daß dies zu einer Phasentrennung führt, um eine relativ polymerreiche Phase und eine relativ polymerarme Phase herzustellen (vorausgesetzt die Konzentration und andere Bedingungen sind geeignet, wie es anschließend diskutiert wird). Es wird angenommen, daß die polymerreiche Phase, die hergestellt wird, sich um die suspendierten Füllstoff- oder Faserteilchen konzentriert oder ablagert, wahrscheinlich als Ergebnis von Überlegungen zur freien Energie, d. h. das Produkt mit der abgetrennten Phase, das relativ hydrophob ist, umschließt die Füllstoffteilchen oder Fasern, um ihre Berührungsfläche mit den Wassermolekülen zu minimieren.

Es wird angenommen, daß das Mischen des behandelten Füllstoffs und der behandelten Faser in Schritt (d) zu weiterer Polymerwechselwirkung und Phasentrennung führt. Dies ergänzt die Menge an polymerreicher Phase, die schon als ein Ergebnis der Behandlung von Schritt (c) vorhanden sein kann.

Um diese weitere Phasentrennung zu fördern, sollten die Mengen an behandelnden Polymeren, die in den Schritten (a) bis (c) im allgemeinen so ausgewählt werden, daß die Polarität des mit Polymer behandelten Füllstoffs oder Fasersystems aus Schritt (c) entgegengesetzt ist zu der des polymerbehandelten Faser- oder Füllstoffsystems aus Schritt (a) bzw. Schritt (b). Es wird angenommen, daß die hergestellte polymerreiche Phase sich um den Füllstoff oder die Faser, die vorhanden sind, konzentriert oder ablagert aus demselben Grund, wie es oben im Zusammenhang mit der Füllstoffbehandlung diskutiert wurde. Wenn aus demselben Grund keine Phasentrennung auftritt als Ergebnis der Behandlung von Schritt (c), gewährt das anschließende Mischen während Schritt (d) eine weitere Gelegenheit für die Phasentrennung.

Es wird angenommen, daß die Behandlung des Füllstoffs statt der Faser in Schritt (c) bevorzugt ist, weil die anfängliche Konzentration der Füllstoffteilchen und ihre Bindung aneinander mit Hilfe der getrennten, polymerreichen Phase vor dem Kontakt mit den Fasern von Natur aus wichtiger ist in Bezug auf die Füllstoffretention und die Papiereigenschaften als die Faser-zu- Faser-Bindung vor dem Kontakt mit dem Füllstoff. Die Notwendigkeit, für eine gute Faser-zu-Faser und Faser- zu-Füllstoff-Bindung kann entsprechend gesorgt werden durch das Mischverfahren von Schritt (d), wohingegen es schwieriger ist, eine adäquate Füllstoff-zu-Füllstoff- Bindung zu erreichen, wenn nur ein einziges Polymer verwendet wird für die Füllstoffbehandlung vor dem Mischen von Füllstoff und Faser.

Die vorhergehende Erklärung des Mechanismus in den verschiedenen Behandlungsschritten wird nur als Hilfe zum Versändnis angeboten. Obwohl es das derzeitige Verständnis des Anmelders von dem Verfahren widergibt, ist dieses Verständnis noch nicht vollständig und die Anmelder wünschen daher nicht, an diese gegebene Erklärung gebunden zu sein.

Die Phasentrennung der Polymerlösungen in polymerreiche und polymerarme Phasen ist in sich selbst ein wohlbekanntes Phänomen, das seine kommerzielle Brauchbarkeit z. B. auf dem Gebiet der Mikroverkapselung, gefunden hat. Die Phasentrennung, von der angenommen, wird, daß sie im vorliegenden Verfahren auftritt, soll eher eine Flüssig-Flüssig-Phasentrennung als eine Fällung, Flockung oder Agglomeration sein, um eine feste Phase herzustellen, obwohl wiederum die Anmelder nicht an ihr gegenwärtiges Verständnis von dem betroffenen Mechanismus gebunden sein möchten. Flockenbildung ist ein Beispiel einer Flüssig-Flüssig-Phasentrennung und es wird angenommen, daß sie im vorliegenden Verfahren enthalten ist, zumindest in seinen bevorzugten Ausführungsformen. Jedoch war eine präzise Definition der Flockenbildung in der Vergangenheit Gegenstand einer bedeutenden Debatte und dieser Ausdruck wurde daher zur Definition des vorliegenden Verfahrens nicht verwendet. Nichtsdestotrotz sollten beim Durchführen des vorliegenden Verfahrens Faktoren, von denen bekannt ist, daß sie wesentlich sind auf dem Gebiet der Flockenbildung, in Betracht gezogen werden, z. B. die Konzentration der verwendeten Polymere. Hintergrundinformation über Flckenbildung findet sich in zahlreichen Patenten über Mikroverkapselung durch Flockenbildung, z. B. in den US-Patenten Nr. 28 00 457 und 28 00 458.

Wie es wohlbekannt ist, gibt es eine obere Grenze der Konzentration, bei der eine Flüssig-Flüssig-Phasentrennung stattfinden kann, zumindest wenn eine Flockenbildung betroffen ist. Während der exakte Pegel dieser oberen Grenze nicht mit Sicherheit bekannt ist, ist er wahrscheinlich in dem Bereich von 10 Gew.-%. Die Schritte in dem vorliegenden Verfahren, von denen angenommen wird, daß sie eine Phasentrennung einschließen, sollten deshalb wünschenswerterweise ausgeführt werden bei Polymerkonzentrationen unter 10% und bevorzugt unter etwa 5%.

In der Praxis ist diese Bedingung nicht beschränkend. Polymere kosten im allgemeinen mehr als Papierfasern und deshalb muß aus ökonomischen Gründen das Verhältnis von Polymer zu Faser sehr niedrig sein. Im Hinblick auf die sehr niedrige Konzentration von Fasern in dem Papierherstellungsverfahren ist die Polymerkonzentration wahrscheinlich immer gut innerhalb des Bereiches, der für die Flüssig-Flüssig-Phasentrennung notwendig ist. Solche Überlegungen würden nicht notwendigerweise die Verwendung von höheren Polymerkonzentrationen während der Füllstoff- und Faserbehandlungsstufen ausschließen, aber in der Praxis würden Viskositätsüberlegungen die Verwendung von Konzentrationen von mehr als etwa 5% in diesen Stufen unwahrscheinlich machen.

Ein weiterer Faktor, der in Betracht gezogen werden muß, ist die Ladungsstärke des verwendeten Polymers. Wenn eine verdünnte Lösung eines Polymers (z. B. 3 Gew.-%) zu einer verdünnten Lösung des anderen Polymers zugegeben wird, dann sollte eine Phasentrennung auftreten. Wenn beide Polymere sehr stark geladen sind, kann sich ein Niederschlag bilden, der im allgemeinen unerwünscht ist bei dem vorliegenden Verfahren. Wenn beide Polymere nur schwach geladen sind, dann kann die Ausbeute an phasengetrenntem Produkt sehr niedrig sein. Diese Extreme werden daher am besten vermieden beim vorliegenden Verfahren.

Da die Zugabe einer Polymerlösung zu der anderen fortschreitet, wird die Ausbeute an phasengetrenntem Produkt anwachsen. Dies kann überwacht werden, wenn es erforderlich ist, durch Analyse der beiden Phasen. Es wird angenommen, daß eine maximale Phasentrennung auftritt rund um den Ladungsausgleich. Wenn die Ladungen auf den Polymeren von ungleicher Stärke sind, dann ist zu erwarten, daß eine größere Menge des schwach geladenen Polymers und eine kleinere Menge des stark geladenen Polymers benötigt werden. Von einem kommerziellen Standpunkt wäre dies wünschenwert, da stark geladene Polymere im allgemeinen teuer sind und die Hauptmenge des phasengetrennten Produktes aus dem weniger teuren, schwach geladenen Polymer bestehen würde. Daher ist es bevorzugt im vorliegenden Verfahren, eine relativ große Menge eines relativ schwach geladenen Polymers und eine relativ kleine Menge eines relativ stark geladenen Polymers zu verwenden. Die meisten anionischen und kationischen Stärken sind Beispiele für schwach geladene Polymere. Viele Polymere und Harze, die als Papierherstellungsretentions- Hilfsmittel und/oder Flockungsmittel, z. B. für die Abwasserbehandlung in den Handel kommen, sind Beispiele von stark geladenen Polymeren.

Es ist wichtig festzustellen, daß der pH eine gegebene Ladung verbessern oder unterdrücken kann. Zum Beispiel wird in saurer Lösung der kaionische Charakter eines kaionischen Polymers sich vergrößern und der anionische Charakter einen anionischen Polymers sich vermindern. In alkalischer Lösung tritt das Umgekehrte auf. Diese Wirkungen sind möglicherweise nutzbar als Hilfe, um das vorliegende Verfahren zu kontrollieren oder durchzuführen.

Obwohl ein weiter Bereich kationischer Polymere und ein weiter Bereich anionischer Polymere verwendbar ist im vorliegenden Verfahren, sollte angemerkt werden, daß nicht jede mögliche Kombination von kationischen und anionischen Polymeren befriedigend arbeitet. Zum Beispiel werden, wenn die verwendeten Polymere im Hinblick auf ihre Ladungsstärke nicht gut aneinander angepaßt werden, gute Ergebnisse nicht erreichbar sein. Eine Anleitung bezüglich geeigneter Polymerkombinationen ist natürlich erhältlich aus den spezifischen Beispielen, die später folgen. Faktoren wie Konzentration und Menge von verwendetem Polymer müssen natürlich ebenso in Betracht gezogen werden, wenn die Eignung einer bestimmten Polymerkombination abgeschätzt werden soll.

Kationische Polymere, die in dem vorliegenden Verfahren verwendet werden können, schließen Polyacrylamide und Amin/Amid/Epichlorhydrin-Copolymere ("AAE-Copolymere"), insbesondere solche der Art, die zur Verwendung als Papierherstellungs-Retentionshilfsmittel oder Flockungsmittel; Stärken, insbesondere solche, die zur Verwendung als Papierherstellungsfestigkeitsmittel verkauft werden; Polymere quarternärer Ammoniumverbindungen wie Poly(diallyl- dimethylammoniumchlorid) ("DADMAC" Polymer) und Polyamine ein. Gelatine ist im allgemeinen nicht geeignet zur Verwendung in dem vorliegenden Verfahren, obwohl sie allgemein als kationisches Polymer in den Flockenbildungsverfahren verwendet wird, da sie dazu tendiert, bei Umgebungstemperatur auch bei geringen Konzentrationen zu gelieren.

Anionische Polymere, die verwendet werden können, schließen Polyacrylamide, insbesondere solche der Art, die für die Verwendung als Papierherstellungs-Retentionshilfsmittel oder Flockungsmittel verkauft werden, Stärken, insbesondere solche, die für die Verwendung als Papierherstellungs-Festigkeitsmittel verkauft werden und andere modifizierte Polysaccharide, z. B. Gummi, Carboxymethylcellulose und Copolymere von Maleinsäureanhydrid mit Ethylen, Vinylmethylether oder anderen Monomeren. Gummi arabicum sollte ebenso verwendbar sein, obwohl er unsicher erhältlich sein kann und mit Rinde und ähnlichem kontaminiert sein kann und so eine vorhergehende Filtration oder andere Behandlung erfordern kann.

Wenn ein anionisches oder kationisches Papierherstellungs- Retentionshilfsmittel oder Flockungsmittel verwendet wird für die Behandlungen der Schritte (a) und (b), liegt die Menge an verwendetem Polymer für die Faserbehandlung von Schritt (a) vorzugsweise bei mindestens 0,15 Gew.-%, mehr bevorzugt 0,2 bis 0,4 Gew.-%, bezogen auf das Trockengewicht der Faser und für die Füllstoffbehandlung des Schrittes (b) liegt sie vorzugsweise bei mindestens 0,1 Gew.-%, bevorzugter bei 0,2 oder 0,3 bis 1,0 Gew.-%, bezogen auf das Trockengewicht des Füllstoffs. Die Menge an anionischer oder kationischer Stärke, die in der Behandlung von Schritt (c) verwendet wird, ist vorzugsweise mindestens 4 Gew.-%, mehr bevorzugt 5 oder 8 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Trockengewicht des Füllstoffs. Das Gewichtsverhältnis, bezogen auf Trockengewicht von Retentionshilfsmittel oder Flockungsmittel zu Stärke ist vorzugsweise 1 : 6 bis 1 : 40, besonders bevorzugt 1 : 6 bis 1 : 14 im Fall eines kationischen Retentionshilfsmittels oder Flockungsmittels und einer anionischen Stärke und 1 : 12 bis 1 : 100, besonders bevorzugt 1 : 24 bis 1 : 50 im Fall eines anionischen Retentionshilfsmittels oder Flockungsmittels und einer kationischen Stärke.

Die bevorzugte Polymerkonzentration in dem wäßrigen Medium, das sowohl für die Füllstoff- als auch für die Faserbehandlung verwendet wird, hat sich als bis zu etwa 5 Gew.-% herausgestellt, z. B. 4 Gew.-% im Fall von Polymeren mit relativ niedrigem Molekulargewicht, z. B. AAE-Copolymeren oder kationischen oder anionischen Stärken, aber nur etwa 0,5 Gew.-% für Polymere mit höherem Molekulargewicht wie kationische oder anionische Polyacrylamide. Der Feststoffgehalt der Füllstoffsuspension während der Füllstoffbehandlung beträgt typischerweise bis zu etwa 35 Gew.-%, z. B. 15 bis 25 Gew.-%. Nach der Behandlung wird die behandelte Füllstoffsuspension zu der behandelten Fasersuspension zugegeben an irgendeinem Punkt in der Materialherstellung oder dem Zuleitungssystem, z. B. in der Mischbütte nach dem Mischen oder Raffinieren, in der Stoffbütte oder bei der Flügelpumpe. Es hat sich bisher als bevorzugt erwiesen, daß die Zugabe direkt nach dem turbulenten Bereich bei der Materialherstellung oder dem Zuleitungsfließsystem erfolgt, z. B. nach den Raffineuren. Durch Routineuntersuchungen kann der optimale Punkt für die Zugabe für ein bestimmtes Behandlungssystem und eine bestimmte Papiermaschine bestimmt werden.

Während der Füllstoff und die Faser normalerweise jeweils in wäßrigen Suspensionen hergestellt werden, bevor sie mit Polymer behandelt werden, wäre es im Prinzip möglich, den trockenen Füllstoff oder die trockene Faser direkt zu der wäßrigen Polymerlösung zu geben. Obwohl das Mischen von behandeltem Füllstoff und behandelter Faser bevorzugt nach Verdünnung der Fasersuspension auf Papierherstellungs-Konsistenz erfolgt, wäre es im Prinzip möglich, das Mischverfahren vor einer solchen Verdünnung durchzuführen. Wenn dies gemacht wird, dürfen die Polymerkonzentrationen nicht zur Phasentrennung beitragen, die deshalb nur bei der Verdünnung auftreten darf.

Obwohl die Verdünnung als der Faktor oben angegeben wurde, der am Wahrscheinlichsten die Phasentrennung beeinflußt, ist es wohlbekannt im Stand der Technik, daß die Phasentrennung eingeleitet oder gefördert werden kann durch andere Mittel, z. B. pH-Einstellung oder Salzzugabe. Solche Mittel können im Prinzip auch im vorliegenden Verfahren verwendet werden.

Der Füllstoff, der im vorliegenden Verfahren verwendet wird, kann jeder üblicherweise in der Papierindustrie verwendete sein, z. B. Kaolin, Calciumcarbonat, Talg, Titandioxid, Aluminosilikat etc. Das Gewichtsverhältnis von Füllstoff zu Gesamtmenge an verwendetem behandelndem Polymer ist typischerweise etwa 12 : 1 bis 15 : 1, obwohl dies natürlich von dem jeweiligen verwendeten Polymer abhängt.

Die Bahn formende Stufe des vorliegenden Verfahrens, d. h. Schritt (e) kann auf jeder üblichen Papiermaschine ausgeführt werden, z. B. einer Langsiebpappenmaschine.

Die Säureleimung (d. h. Harz/Alaun-Leimung) oder Neutral/Alkalisch- Leimung (z. B. Alkylketendimer oder Sukzinsäureanhydridderivat- Leimung) kann im vorliegenden Verfahren verwendet werden. Obwohl von der Anwesenheit einer hochgeladenen Kationenart (Al³⁺) in Säureleimungssystemen ein Einfluß auf die geladenen, vorhandenen Polymere erwartet werden kann, hat sich in der Praxis herausgestellt, daß sie keine merkliche Wirkung auf die Durchführung des Verfahrens oder auf die Eigenschaften des erhaltenen Papiers haben.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren für die Herstellung von gefülltem Papier aus Papierherstellungsfaser und Füllstoff, das die folgenden Schritte umfaßt:

a) Behandeln der Papierherstellungsfaser in einem wäßrigen Medium mit einem kationischen Polymer;
b) separates Behandeln des Füllstoffes in einem wäßrigen Medium mit einem kationischen Polymer;
c) Behandeln des so behandelten Füllstoffs mit einem anionischen Polymer;
d) Mischen der wäßrigen Suspensionen von behandelter Papierherstellungsfaser aus Schritt (a) und behandeltem Füllstoff aus den Schritten (b) und (c), um ein Papierherstellungsmaterial zu bilden, Verdünnen, wenn notwendig, vor, während oder nach dem Papierherstellungsverfahren; und
e) Entwässern des Papierherstellungsmaterials, um eine gefüllte Papierbahn zu bilden.

Vorzugsweise ist das Polymer, das in den beiden Schritten (a) und (b) dieses besonders bevorzugten Verfahrens verwendet wird, ein kationisches Retentionshilfsmittel oder Flockungsmittel, z. B. ein kationisches Polyacrylamid oder ein kationisches Amin/Amid-Epichlorhydrincopolymer und das Polymer, das in Schritt (c) verwendet wird, ist eine anionische Stärke. Bevorzugt wird das kationische Retentionshilfsmittel oder Flockungsmittel in einer Menge von 0,2 bis 1,0 Gew.-%, bezogen auf das Trockengewicht von Faser oder Füllstoff, in den Schritten (a) und (b) verwendet und die anionische Stärke wird in einer Menge von 5 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Trockengewicht des Füllstoffes, verwendet.

In einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren für die Herstellung von gefülltem Papier aus Papierherstellungsfaser und Füllstoff, das aus den folgenden Schritten besteht:

a) Behandeln der Papierherstellungsfaser in einem wäßrigen Medium mit einem anionischen Polymer;
b) separates Behandeln des Füllstoffes in einem wäßrigen Medium mit einem anionischen Polymer;
c) Behandeln des so behandelten Füllstoffes mit einem kationischen Polymer;
d) Mischen der wäßrigen Suspensionen von behandelter Papierherstellungsfaser aus Schritt (a) und behandeltem Füllstoff aus den Schritten (b) und (c), um ein Papierherstellungsmaterial zu bilden, Verdünnen, wenn notwendig, vor, während oder nach dem Papierherstellungsverfahren und
e) Entwässern des Papierherstellungsmaterials, um eine gefüllte Papierbahn zu bilden.

Vorzugsweise ist das Polymer, das sowohl in Schritt (a) als auch (b) dieses weiterhin besonders bevorzugten Verfahrens verwendet wird, ein anionisches Retentionshilfsmittel oder Flockungsmittel, z. B. ein anionisches Polyacrylamid und das Polymer, das in Schritt (c) verwendet wird, ist eine kationische Stärke. Vorzugsweise wird das anionische Polymer in einer Menge von 0,2 bis 0,4 Gew.-%, bezogen auf das Trockengewicht der Faser oder des Füllstoffes in den Schritten (a) und (b) verwendet und die kationische Stärke wird in einer Menge von 8 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Trockengewicht des Füllstoffes, verwendet.

Die Erfindung wird nun durch die folgenden Beispiele erläutert, worin alle Teile bezogen auf Gewicht sind, wenn es nicht anders angegeben ist und worin alle angeführten Retentionswerte aufgerundet sind und bezogen sind auf das Gesamtgewicht von Füllstoff und Faser allein:

Beispiel 1

Dies zeigt ein Verfahren, worin Papierherstellungsfaser und Füllstoff separat mit einem kationischen Polymer behandelt werden und worin der behandelte Füllstoff dann weiterbehandelt wird mit einem anionischen Polymer, bevor die behandelte Faser und der behandelte Füllstoff gemischt werden, um einen Papierherstellungsmaterial zu schaffen. Drei verschiedene Polymerbehandlungslevels wurden verwendet und zwei Kontrollen unter Verwendung allgemein bekannter Technologien wurden ebenso durchgeführt.

a) Faserbehandlung
Eine 4%ige wäßrige Fasersuspension, die 20 kg Faser, bezogen auf Trockengewicht enthielt, wurde hergestellt. Die Faser war eine Mischung von 70% gebleichtem Eukalyptussulfatzellstoff und 30% gebleichtem Sulfatzellstoff aus gemischtem Weichholz, die raffiniert wurde (zusammen) auf eine Nässe von ungefähr 30 bis 35° Schopper-Riegler (SR). 1,66 kg einer 5%igen wäßrigen Lösung eines kationischen Amin/Amid/Epichlorhydrin (AAE) Copolymer ("Percol 1597", geliefert von Allied Colloids Limited in Bradford, Großbritannien) wurden zu der Fasersuspension zugegeben unter Rühren. Der AAE-Copolymergehalt der Suspension war 83 g oder etwa 0,4%, bezogen auf das Gewicht der vorhandenen Faser.
b) Füllstoffbehandlung
Eine 25%ige Kreideaufschlämmung, enthaltend 15 kg Kreide, wurde hergestellt. X kg einer 5%igen wäßrigen Suspension von AAE-Copolymer ("Percol 1597") wurde zugegeben und die entstehende Mischung wurde gut gerührt. Y kg einer 5%igen Lösung von anionischer Stärke ("Solvitose C5", eine vernetzte, carboxymethylierte Maisstärke, geliefert von Tunnel Avebe in Rainham, Kent, Großbritannien) wurde zugegeben und die Mischung wurde gut gerührt.
Die Werte von X und Y und die entstehenden Polymergehalte waren wie folgt: Die angenäherten Gewichtsverhältnisse von Füllstoff zu anionischer Stärke von AAE-Copolymer (und Füllstoff zu anionischer Stärke) für die Tests 1, 2 und 3 waren wie folgt:
Test 1  105 : 12 : 1   (9 : 1)
Test 2  144 : 12 : 1  (12 : 1)
Test 3  180 : 12 : 1  (15 : 1)
c) Mischen von Füllstoff- und Fasersuspension/Papierherstellung
Die behandelte Kreideaufschlämmung wurde zu der Fasersuspension mit drei verschiedenen Zugabemengen bei der Mischbütte einer Langsiebpappenmaschine im Versuchsmaßstab zugegeben. Diese Zugabemengen waren so, daß das entstehende Material etwa 21%, 43% und 64% Kreide, bezogen auf das Gesamtgewicht von Faser und Kreide enthielt (wobei diese Mengen nur ungefähr angegeben sind, da sie durch die Gleichmäßigkeit des Fließens, die durch die verschiedenen Pumpen in dem System, das unvollkommen ist, beeinflußt werden). Ein Alkylketendimerleimungsmittel ("Aquapel 2", geliefert von Hercules Ltd.) wurde zugegeben, um einen Gesamtalkylketendimergehalt von 6 g oder 0,03%, bezogen auf das Gewicht von Faser, die in jedem Material vorhanden ist, zu ergeben. Diese Materialien wurden dann entwässert, um Papierbahnen eines Sollpapiergewichts (farget grammage) von 100 g/m^-2 und 50 gm^-2 auf dem normalen Weg herzustellen. Eine 5%ige Lösung von solubilisierter Stärke ("Amisol 5592", geliefert von CPC United Kingdom in Manchester, Großbritannien) wurde angewendet mit Hilfe eines Leimwerks auf einer Papiermaschine.
Die Aufnahme war so, daß ein Gehalt an solubilisierter Stärke von ungefähr 2,5% in der fertigen Papierbahn, bezogen auf den Fasergehalt der Bahn, hergestellt wurde.
d) Kontrolle I - vorgeflockter Füllstoff
2 kg einer 0,35%igen Lösung eines Polyacrylamidflockungsmittels ("Percol E24", geliefert von Allied Colloids Ltd.) wurden zu einer 25%igen Kreideaufschlämmung, enthaltend 15 kg Kreide, zugegeben. Der Polyacrylamidgehalt der entstehenden Mischung war 7 g oder 0,047%, bezogen auf das Gewicht der vorhandenen Kreide. Die behandelte Kreideaufschlämmung wurde dann zu einer unbehandelten 4%igen wäßriger Fasersuspension, enthaltend 20 kg trockene Faser (dieselbe Mischung wie in Schritt (a) oben beschrieben) zugegeben. Die Kreidezugabe erfolgte an der Stoffbütte der Papiermaschine, die in Schritt (c) oben beschrieben ist in drei Teilen, so daß dieselben Kreidegehalte wie in Schritt (c), oben beschrieben, erhalten wurden. Die Mischungen wurden jeweils verdünnt auf Papierherstellungskonsistenz und geleimt mit Alkylketendimer, wie in Schritt (c) oben beschrieben, bevor sie zu Papierbahnen mit einem Sollgewicht von 100 gm^-2 und 50 gm^-2 verarbeitet wurden. Die Leimwerkleimung wurde ausgeführt, wie im Schritt (c) oben beschrieben.
e) Kontrolle II - Füllstoff behandelt mit kationischer Stärke
7 kg einer 5%igen Lösung von kationischer Stärke ("Amisol 5906", eine mit quaternären Ammoniumgruppen substituierte Maisstärke, geliefert von CPC, United Kingdom) wurde zu einer 25%igen Kreideaufschlämmung, enthaltend 15 kg Kreide, zugegeben. Der Stärkegehalt der entstehenden Mischung war 350 g ode 2,3%, bezogen auf das Gewicht der vorhandenen Kreide. Das Vorgehen war dann, wie in Schritt (d) oben beschrieben, wobei die mit Stärke behandelte Kreideaufschlämmung statt der mit Polyacrylamid behandelten Kreideaufschlämmung verwendet wurde.
f) Erhaltene Ergebnisse
Die hergestellten Papiere wurden jeweils dem gesamten Bereich von Standardtests, einschließlich dem Aschegehalt (d. h. Füllstofflevel oder Menge an Füllstoff, die in der Bahn zurückgehalten wird) unterworfen. Die ungefähre Füllstoffretention bei einem Durchgang (oft auch Retention des ersten Durchgangs genannt) wurde berechnet aus dem Aschegehalt (dieser Wert ist nur ungefähr, da er nicht Variationen in den Pumpenfließraten und der Wirkung, die dies auf die Füllstoffmenge in dem Material hat, berücksichtigt).

Die Ergebnisse der Aschegehaltbestimmungen und die Retentionswerte, die daraus berechnet wurden, sind in der Tabelle 1 angegeben.

Tabelle 1

Es ist zu ersehen, daß die Beispiele von Verfahren gemäß der Erfindung höhere Retentionsmengen zeigten und wesentlich höhere Füllstoffmengen zu erreichen erlaubten. Verhältnisse von Füllstoff zu Stärke zu AAE-Copolymer von 144 : 12 : 1 und 180 : 12 : 1 (Füllstoff zu Stärkeverhältnisse von 12 : 1 und 15 : 1) ergeben die besten Ergebnisse.

Die Ergebnisse der Festigkeitsprüfung (Berstzahl, Reißlänge, Steifheit etc.) zeigten, daß die Papiere, die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurden, befriedigende Eigenschaften hatten, obwohl in einigen Fällen die Ergebnisse nicht so gut waren wie bei den Kontrollen. Die Verschlechterung der Papiereigenschaften, verglichen mit den Kontrollpapieren, wurde als akzeptabel betrachtet bezüglich der sehr wesentlichen Vorteile, die mit den Füllstoffmengen und der Füllstoffretention erhalten werden. Der Grad der Durchsichtigkeit, das spezifische Volumen, die Rauhigkeit und die Leuchtkrafttests zeigten auch, daß die Papiere, die gemäß dem vorliegenden Verfahren hergestellt wurden, befriedigend waren. Insgesamt wurde festgestellt, daß Füllstoff : Stärke-Verhältnisse von etwa 12 : 1 bis 15 : 1 und ein Stärke : AAE-Copolymer-Verhältnis von etwa 12 : 1 die besten Ergebnisse ergaben.

Beispiel 2

Dies zeigt die Verwendung des vorliegenden Verfahrens mit einem Säureleimungssystem (Harz/Alaun) statt des Alkylketendimer-Leimungssystems, das in Beispiel 1 verwendet wurde.

Das Vorgehen war im allgemeinen, wie in den Schritten (a) bis (c) und (f) von Beispiel 1 beschrieben, mit der Ausnahme, daß die Mengen an verwendetem Material wie folgt waren:

Das Füllstoff zu Stärke zu AAE-Copolymer-Verhältnis war 144 : 12 : 1 (Füllstoff zu Stärke-Verhältnis von 12 : 1). Eine 50%ige Alaunlösung wurde zu der Faser in der Stoffbütte und zu der Mischbütte zugegeben. Die Alaunzugabe war so, daß im Stoffablauf ein pH zwischen 5 und 6 aufrechterhalten wurde und die Gesamtmenge an zugegebenem Alaun war 360 g. 105 g Harzleim ("Bumal", geliefert von Tenneco-Malros Ltd. in Avonmouth, Großbritannien) wurden zu der Mischbütte zugegeben.

Die erhaltenen Papiere wurden getestet, wie in Schritt (f) von Beispiel 1 beschrieben und die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 2 unten gezeigt, zusammen mit den entsprechenden Ergebnissen von Beispiel 1 im Vergleich:

Tabelle 2

Es ist zu ersehen, daß die Ergebnisse im allgemeinen vergleichbar sind mit denen von Beispiel 1.

Beispiel 3

Dies zeigt die Zugabe eines behandelten Füllstoffs zu behandelter Faser an einer Vielzahl von verschiedenen Punkten in der Materialherstellung oder dem Zuleitungssystem der Papiermaschine. Die verwendete Papiermaschine war die, die in Schritt (c) von Beispiel 1 beschrieben ist.

Die Faser- und Füllstoffbehandlungen wurden im allgemeinen durchgeführt, wie in den Schritten (a) bzw. (b) von Beispiel 1 beschrieben, mit der Ausnahme, daß die Mengen von verwendetem Material wie folgt waren:

Die oben angegebenen Mengen sind so, daß die AAE-Copolymerfaserbehandlungsmenge etwa 0,4%, bezogen auf das Gewicht der trockenen Faser war, daß die AAE-Copolymerkreide- Behandlungsmenge 0,7%, bezogen auf das Gewicht der Kreide und die Stärkekreidebehandlungsmenge 8,3%, bezogen auf das Gewicht der Kreide war. Das Verhältnis von Füllstoff zu Stärke zu AAE-Copolymer war 144 : 12 : 1 (Füllstoff : Stärke-Verhältnis von 12 : 1).

Die behandelte Kreideaufschlämmung wurde zu der behandelten Fasersuspension an verschiedenen Punkten zugegeben, so daß sich zwei Materialien in jedem Fall ergaben, die 43% und 64% Kreide enthielten, bezogen auf das Gesamtgewicht an trockener Faser und vorhandener Kreide. Die Zugabepunkte waren die Mischbütte, vor und nach den Raffineuren und die Stoffbütte (bei dieser speziellen Maschine im Versuchsmaßstab ist die Funktion des Raffineurs zuerst das Material gut zu mischen und es ist normal, daß das Material vorraffiniert wird bis zum gewünschten Nässegrad von in einer separaten Raffinierungsbehandlung). Das Material wurde verdünnt auf Papierherstellungskonsistenz und Alkylketendimer- Leimungsmittel wurde zugegeben, wie im Beispiel 1 beschrieben. Das Material wurde dann zu 100 gm^-2 Papier auf dem normalen Weg gemacht und das Papier wurde getestet, wie im Schritt (f) von Beispiel 1 beschrieben.

Es wurde gefunden, daß die Zugabe direkt nach einem Bereich mit Turbulenz in der Materialherstellung oder dem Zuleitungssystem die insgesamt besten Ergebnisse brachte. Die Ergebnisse waren nicht völlig schlüssig, da ein spezieller Punkt der Zugabe sowohl relativ gute als auch relativ schlechte Ergebnisse bringen konnte, abhängig von der Papiereigenschaft, die gemessen wurde. Nichtsdestotrotz kann der allgemeine Schluß gezogen werden, daß der Punkt der Zugabe, der angewendet wird, nicht absolut kritisch ist und daß Routinetests durchgeführt werden können, um den optimalen Punkt für die Zugabe für ein spezielles Behandlungssystem und eine Papiermaschine zu bestimmen.

Beispiel 4

Dies zeigt die Verwendung eines weiteren Bereichs von Füllstoff : Polymer-Verhältnissen, als sie im Beispiel 1 verwendet wurden und auch die Verwendung eines Retentionshilfsmittels in üblicher Weise in Verbindung mit dem vorliegenden Verfahren.

Das Vorgehen war im allgemeinen wie in den Schritten (a) bis (c) und (f) von Beispiel 1 beschrieben, mit der Ausnahme, daß die Mengen an verwendeten Materialien verschieden waren und die behandelte Kreidesuspension am Stoffablauf statt in der Stoffbütte zugegeben wurde. In jedem Fall war die Menge an trockener Faser, die verwendet wurde, 14 kg, die Menge an verwendetem AAE-Copolymer ("Percol 1597"), um die Faser zu behandeln, war 59 g (1,18 kg einer 5%igen Lösung) oder etwa 0,4%, bezogen auf das Gewicht der trockenen Faser und das Gewicht an Kreide war 10 kg. Die Mengen der verwendeten Polymere, um die Kreide zu behandeln, war wie folgt:

Die ungefähren Gewichtsverhältnisse von Füllstoff zu anionischer Stärke zu AAE-Copolymer (und von Füllstoff zu anionischer Stärke) für die Tests 1 bis 4 waren wie folgt:
Test 1   60 : 10 : 1   (6 : 1)
Test 2  120 : 12 : 1  (10 : 1)
Test 3  180 : 12 : 1  (15 : 1)
Test 4  240 : 12 : 1  (20 : 1)
Jeder Test wurde doppelt durchgeführt, in einem Fall ohne Retentionshilfsmittel und im anderen Fall mit der Zugabe eines anionischen Polyacrylamid-Retentionshilfsmittels ("Percol E24") bei der Mischbütte mit einem Level von 0,01%, bezogen auf trockene Faser.

Eine Kontrolle wurde ebenso durchgeführt unter Verwendung des Vorgehens im allgemeinen gemäß der Kontrolle I von Beispiel 1 mit der Ausnahme, daß die Menge an Polyacrylamid- Flockungsmittel, die zu der Kreideaufschlämmung zugegeben wurde, 0,01%, bezogen auf das Gewicht der trockenen Kreide war.

Mit einem Verhältnis von Füllstoff zu Stärke zu AAE- Copolymer von 60 : 10 : 1 (Test 1) war Geläufigkeit und die Papierbildung schlecht, wegen der Bildung von sehr großen Flocken und es wurde kein 50 gm^-2 Papier erhalten. 100 gm^-2 Papier wurde jedoch erhalten bei diesem Füllstoff zu Stärke zu AAE-Copolymer-Verhältnis, obwohl dies nur bei Sollfüllstoffzugaben von 21% und 43% der Fall war. Dies zeigte, daß ein Zugabepunkt weiter zurück in dem Materialzuleitungssystem wünschenswert sein könnte für Füllstoff : Stärke : AAE-Copolymer-Verhältnisse in diesem Bereich.

Die Ergebnisse der Aschegehalte und berechneten Retentionswerte, die für 100 gm^-2 und 50 gm^-2 Papiere erhalten wurden, sind in den Tabellen 4a bzw. 4b unten angegeben.

Tabelle 4a (100 gm^-2)

Tabelle 4b (50 gm^-2)

Es ist ersichtlich, daß im allgemeinen ein Füllstoff zu Stärke zu AAE-Copolymer-Verhältnis von 240 : 12 : 1 die höchsten Füllstofflevels und Retentionswerte gab, gefolgt von einem Verhältnis von 180 : 12 : 1. Die Verwendung eines Retentionshilfsmittels beeinflußte die Füllstofflevels oder Retentionswerte nicht wesentlich, mit Ausnahme im Falle der Kontrolle.

Die Ergebnisse der Festigkeit und andere Tests, die durchgeführt wurden, ergaben ähnliche Ergebnisse wie die, die im Beispiel 1 beschrieben sind und ähnliche Schlüsse können gezogen werden. Füllstoff zu Stärke zu AAE-Copolymer-Verhältnisse von 240 : 12 : 1 und 180 : 12 : 1 ergaben die besten Festigkeitsergebnisse. Die Verwendung eiens Retentionshilfsmittels schien die Festigkeitseigenschaften nicht wesentlich zu beeinflussen.

Beispiel 5

Dies zeigt die Verwendung eines Bereichs verschiedener Levels von Polymerbehandlung der Faser und auch die Zugabe von behandeltem Füllstoff an der Flügelpumpe einer Papiermaschine statt an irgendeinem Zugabepunkt, der in den vorherigen Beispielen verwendet wurde. Die verwendete Papiermaschine war eine Versuchsmaschine mit einer etwa 38 cm Bütte und hatte keine Trocknungsfähigkeit. Es war deshalb notwendig, die Maschine in Intervallen anzuhalten, um die gebildete nasse Bahn zu entfernen, um sie auf einer erhitzten Trommel zu trocknen.

a)Faserbehandlung
Eine ungefähr 2%ige Fasersuspension (selbe Mischung wie im Beispiel 1) wurde in einem graduierten Mischbehälter hergestellt. Ein Teil davon wurde dann unbehandelt verwendet, wie in Schritt (c) unten beschrieben, um eine Kontrolle zu bilden. Als der Kontrolldurchlauf vollständig war, wurde eine 50%ige Lösung von AAE-Copolymer ("Percol 1597") zugegeben, um einen ungefähren Zugabelevel, bezogen auf trockenes Copolymer und trockene Faser von 0,2% zu ergeben und Papier wurde hergestellt. Es wurde dann mehr Copolymerlösung zugegeben, um die Copolymerzugabemenge auf 0,4% zu erhöhen und mehr Papier wurde hergestellt. Dieses Vorgehen wurde noch zweimal wiederholt mit Zugabemengen von 0,7% und 0,9%.
b) Füllstoffbehandlung
50 kg Kreide wurden aufgeschlämmt in 150 kg Wasser und 694 g einer Lösung mit 50% Feststoffgehalt von AAE-Copolymer ("Percol 1597") in 10 kg Wasser wurde zugegeben, was eine AAE-Copolymermenge von 0,69%, bezogen auf das Gewicht an vorhandener Kreide (Trockengewicht von AAE-Copolymer war 347 g) ergab. 4,2 kg trockene anionische Stärke ("Solvitose C5") wurden zugegeben, was eine Stärkemenge von 8,4%, bezogen auf das Gewicht der Kreide ergab und das gesamte Volumen der entstehenden Mischung wurde auf 250 l mit mehr Wasser aufgefüllt.
c) Mischen von Füllstoff- und Fasersuspensionen/Papierherstellung
Die behandelte Kreideaufschlämmung wurde zu den Fasersuspensionen aus Schritt (a) oberhalb der Flügelpumpe der Papiermaschine zugegeben, um einen Sollkreidegehalt von etwa 64% zu ergeben, bezogen auf das Gesamtgewicht von Faser und Kreide. Der Werkstoff wurde dann verdünnt auf Papierherstellungskonsistenz und auf dem Sieb der Maschine entwässert und die entstehende Bahn wurde getrocknet und auf Aschegehalt, Berstzahl und Reißlänge getestet. Der tatsächliche (entgegengesetzt zum Soll) Kreidegehalt des Materials in der Stoffbütte wurde auch gemessen. Die Kreide- und Aschegehalte und die berechneten Retentionswerte, die erhalten wurden, sind in der Tabelle 5 unten angegeben:

Tabelle 5

Es ist ersichtlich, daß in allen Fällen die Behandlung der Faser viel höhere Aschegehalte und Retentionswerte ergab, als die Kontrolle mit Füllstoffbehandlung allein. Die besten Werte wurden erhalten mit einer Zugabe von AAE-Copolymer auf die Faser von 0,4%.

Die Behandlung der Faser führte auch zu verbesserten Berst- und Reißlängewerten, mit Ausnahme des Falles einer 0,9%igen Zugabemenge. Die besten Werte wurden wieder erhalten mit einer Zugabe von 0,4% AAE-Copolymer.

Beispiel 6

Dies zeigt die Wirkung verschiedener Positionen der Füllstoffzugabe (Flügelpumpe und Stoffbütte) mit einem Bereich von Füllstoffadditionsmengen und einer konstanten Menge von AAE-Copolymerbehandlung der Faser (0,7%, bezogen auf die Faser). Die Faser- und Füllstoffbehandlungen, die verwendete Papiermaschine und die Testmessungen, die ausgeführt wurden, waren wie im Beispiel 5 beschrieben. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 6 unten angegeben:

Tabelle 6

Es ist ersichtlich, daß höhere Aschegehalte und Retentionswerte bei der Zugabe an der Flügelpumpe erreicht werden. Ein direkter Vergleich der Festigkeitswerte ist problematisch im Hinblick auf die verschiedenen Aschemengen.

Beispiel 7

Dies zeigt ein Verfahren, in dem die Faser mit einem anionischen Polymer behandelt wird und der Füllstoff zuerst mit einem anionischen Polymer und dann mit einem kationischen Polymer behandelt wird (d. h. das Umgekehrte der Anordnung in den vorhergehenden Beispielen).

a) Faserbehandlung
Eine ungefähr 2%ige Fasersuspension (selbe Mischung wie im Beispiel 1) wurde hergestellt und eine 0,5%ige Lösung eines anionischen Polyacrylamids (Percol E24) wurde zu dieser Suspension unter Rühren zugegeben in einer Menge, so daß eine Polyacrylamidmenge von etwa 0,4%, bezogen auf das Gewicht der trockenen Faser, erhalten wurde.
b) Füllstoffbehandlung
50 kg Kreide wurden aufgeschlämmt in 150 kg Wasser und eine Lösung von 347 g anionischem Polyacrylamid ("Percol E24") in 69 kg Wasser wurde zugegeben, was eine Polyacrylamidmenge von etwa 0,7%, bezogen auf das Gewicht der vorhandenen Kreide ergab. 4,2 kg trockene, kationische Stärke ("Amisol 5906") wurden zugegeben, was eine Stärkemenge von 8,5%, bezogen auf das Gewicht der Kreide ergab und das Gesamtvolumen der entstehenden Mischung wurde auf 250 l mit mehr Wasser aufgefüllt.
c) Mischen von Füllstoff- und Fasersuspensionen/Papierherstellung
Die behandelte Kreideaufschlämmung wurde zu der behandelten Fasersuspension mit einem Bereich der Füllstoffzugabemengen bei entweder der Flügelpumpe oder der Stoffbütte der im Beispiel 5 beschriebenen Versuchspapiermaschine zugegeben, wonach das Material verdünnt wurde auf Papierherstellungskonsistenz und entwässert wurde, um eine Papierbahn zu bilden. Die Testmessungen wurden ausgeführt, wie im Beispiel 5 beschrieben.

Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 7 unten angegeben:

Tabelle 7

Es ist ersichtlich, daß wie im Beispiel 6 höhere Aschegehalte und Retentionswerte bei der Zugabe an der Flügelpumpe erreicht werden.

Beispiel 8

Dies zeigt die Verwendung des im Beispiel 7 beschriebenen Verfahren auf einer Papiermaschine im Versuchsmaßstab statt an einer Versuchspapiermaschine ohne Trocknungseinrichtungen. Die Verwendung einer größeren Papiermaschine mit geeigneten Trocknungseinrichtungen gewährt eine viel verläßlichere Anzeige der zugehörigen Verarbeitbarkeit des Verfahrens und der Eigenschaft des erhaltenen Papiers. Ein Wiederholungsdurchlauf unter Verwendung von Kaolin statt Kreide und ein Kontrolldurchlauf unter Verwendung der bekannten Technologie wurden ebenfalls ausgeführt. Das Verhältnis von Füllstoff zu kationischer Stärke zu anionischem Polyacrylamid war 144 : 12 : 1.

a) Faserbehandlung
Eine 4%ige wäßrige Fasersuspension, enthaltend 21 kg Faser, bezogen auf das Trockengewicht wurde hergestellt (die verwendete Faser war dieselbe Mischung, wie im Beispiel 1 beschrieben). 17,7 kg einer 5%igen wäßrigen Lösung eines anionischen Polyacrylamid ("Percol E24") wurden zu der Fasersuspension unter Rühren zugegeben. Der Polyacrylamidgehalt der Suspension war 88,5 g oder etwa 0,4%, bezogen auf das Gewicht der vorhandenen Faser.
b) Füllstoffbehandlung
13 kg Kreide wurden in 47 kg Wasser aufgeschlämmt und 18,2 kg 0,5%ige anionische Polyacrylamidlösung ("Percol E24") wurden unter Rühren zugegeben. Dies ergab einen Polyacrylamidgehalt von 91 g oder 0,7% bezogen auf das Gewicht der Kreide. 21,6 kg einer 5%igen kationischen Stärkelösung ("Amisol 5906") wurden unter weiterem Rühren zugegeben. Die Zugabe der kationischen Stärke, bezogen auf das Trockengewicht, war 1,08 kg oder 8,3% bezogen auf das Gewicht der Kreide.
c) Mischen von Füllstoff- und Fasersuspensionen/Papierherstellung
Die behandelte Kreideaufschlämmung wurde zu der Fasersuspension zugegeben an einer Stelle in dem Zuleitungssystem nach den Raffineuren in Mengen, die eine Kreidemenge von etwa 15%, 30% und 45%, bezogen auf das Gesamtgewicht von Faser und Kreide ergeben sollten, wonach die behandelte Fasersuspension verdünnt wurde auf Papierherstellungskonsistenz. Ein Alkylketendimerleimungsmittel ("Aquapel 2") wurde zugegeben an der Mischbütte mit einer Menge von 0,02%, bezogen auf das gesamte feste, vorhandene Material. Die verschiedenen Materialien wurden dann entwässert, um Papierbahnen mit einem Sollgewicht von 100 gm^-2 und 50 gm^-2 auf dem normalen Weg herzustellen. Eine 5%ige Lösung von solubilisierter Stärke ("Amisol 5592") wurde in jedem Fall angewendet durch ein Leimwerk auf der Papiermaschine. Die Aufnahme war so, daß ein Gehalt an solubilisierter Stärke von ungefähr 5% in der endgültigen Papierbahn, bezogen auf den Fasergehalt der Bahn sich ergab. Kein 50 gm^-2 Papier wurde mit einer Sollkreidefüllung von 45% oder einer Sollkaolinfüllung von 15% hergestellt.
d) Verwendung von Kaolin statt Kreide
Das Vorgehen der Schritte (a) bis (c) oben wurde wiederholt unter Verwendung von Kaolin als Gewichtsersatz für Kreide und unter Verwendung eines Harz/Alaunleims statt des Alkylketondimerleims. Dies führte zu der Zugabe von 420 g Alaun und 335 g einer Harzschlichte mit 44% Feststoffgehalt ("Bumal") in die Stoffbütte.
e) Kontrolle
Das verwendete Verfahren wurde allgemein in dem Artikel von Lindström und Kolseth, auf den früher Bezug genommen wurde, offenbart. Dieses Verfahren wurde ausgesucht für die Kontrolle als ein Verfahren, das eine beachtliche Bedeutung in der Papierindustrie gefunden hat und von dem angenommen wird, daß es eines der interessantesten der Verfahren des Standes der Technik darstellt.

Eine 4%ige Fasersuspension, enthaltend 21 kg trockene Faser (selbe Mischung wie im Beispiel 1) wurde hergestellt und die folgenden Zugaben wurden gemacht:

(i) eine Kreideaufschlämmung, hergestellt durch Dispergieren von 10 kg Kreide in 67 kg Wasser, an einer Stelle vor den Raffineuren in Mengen, so daß sich Sollkreidegehalte von 15%, 30% und 45% Kreide, bezogen auf das Gesamtgewicht von Faser und Kreide ergeben.
(ii) 17,6 kg einer 5%igen Lösung von kationischer Stärke ("Amisol 5906"), enthaltend 880 g Stärke (4,2% bezogen auf das Gewicht an trockener Faser) an einer Stelle nach den Raffineuren;
(iii) 12,6 kg einer 0,5%igen Lösung von anionischem Polyacrylamid, enthaltend 63 g Polyacrylamid (0,3% bezogen auf das Gewicht an trockener Faser) an der Mischbütte; und
(iv) Alkylketendimer-Leimungsmittel ("Aquapel 2") mit einer Menge von 0,02%, bezogen auf das Gesamtgewicht der vorhandenen Feststoffe an der Mischbütte.

Das Vorgehen wurde dann wiederholt unter Verwendung von Kaolin als Gewicht gegen Gewichtsersatz für Kreide und einer Harz/Alaunleims statt des Alkylketendimerleims (420 g Alaun und 335 g eines Harzleims mit 44% Feststoffgehalt ("Bumal") zugegeben in die Stoffbütte).

50 gm^-2 Kontrollpapier mit einer Sollfüllung von 45% wurde weder für Kreide noch für Ton hergestellt.

f) Erhaltene Ergebnisse
Die erhaltenen Papiere wurden einer Reihe von Standardtests unterworfen einschließlich Aschegehalt, Berstfestigkeit, Steifheit (Taber) und Reißlänge.
Die Berstwerte wurden umgerechnet in die Berstzahlwerte gemäß der folgenden Formel: Die Steifheitswerte wurden umgewandelt in "spezifische Biegemodulus"-Werte gemäß der folgenden Gleichung:

Der Zweck dieser Umrechnungen war es, Variationen im Papiergewicht und der Dicke der Blätter zu kompensieren.

Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 8 unten gezeigt.

Tabelle 8

Es zeigt sich, daß der Kontrolldurchlauf Füllmengen und Retentionswerte ergab, die in manchen Fällen besser waren als die dieser Ausführungsform der Erfindung und in anderen Fällen schlechter waren. Keine klaren Schlüsse konnten aus diesen Daten gezogen werden.

Diese Ausführungsform der Erfindung zeigt jedoch sehr wesentliche Vorteile in Bezug auf Papierfestigkeit, wie sie durch die Berstzahlwerte gemessen wird. Papierfestigkeit kann in einer Vielzahl von Wegen getestet werden, von denen die gebräuchlichsten die Bruchfestigkeit, Reißfestigkeit, Zugfestigkeit, Falzbeständigkeit und Steifheit sind. Von diesen ist die Berstfestigkeit ein besonders wertvoller Indikator, weil er in einem simplen Verfahren einen Verbund von Festigkeit und Zähigkeit mißt, der sehr gut mit vielen Verwendungen korreliert, für die Papier hergenommen wird (siehe "Pulp & Paper - Chemistry & Chemical Technology", 3rd Edition, edited von James P. Casey, Vol. 3, Chapter 21 von C. E. Brandon, S. 1779 und 1795).

Die Berstzahlwerte, die in Tabelle 8 angeführt sind, können am besten eingeschätzt werden, wenn sie graphisch dargestellt sind, wie in den Fig. 1A bis D der anliegenden Zeichnungen, auf denen die Ergebnisse der früheren Kontrolldurchläufe ebenso gezeigt sind (es sollte angemerkt werden, daß die Linien, die auf diesen Figuren und nachfolgenden Zeichnungen dargestellt sind, nur die ausgedruckten Punkte verbinden und nicht notwendig Linien, die am besten geeignet sind). Es ist ersichtlich, daß wesentlich höhere Berstwerte erhalten werden bei einer gegebenen Kreidefüllmenge, für alle Kreidefüllmengen und daß die Verbesserung im allgemeinen deutlicher wurde bei höheren Füllmengen. Dies ist von besonderer kommerzieller Wichtigkeit. Während Vorteile auch mit Kaolin erhalten wurden, waren die Verbesserungen weniger deutlich.

Die spezifischen Biegemoduluswerte, die bei dieser Ausführungsform der Erfindung erhalten wurden, waren im allgemeinen vergleichbar oder etwas schlechter als die Kontrolle. Im letzteren Fall war die Verschlechterung nicht so signifikant, daß sie die Vorteile, die auf anderen Gebieten beobachtet wurden, aufwögen.

Die Reißlängewerte, die erhalten wurden, waren wesentlich höher als die der Kontrolle (und auch von früheren Kontrollen, die ähnliche Werte wie die der Kontrolle von Beispiel 8 ergaben).

Beispiel 9

Dies zeigt ein Verfahren derart, wie es allgemein im Beispiel 1 beschrieben ist, aber unter Verwendung von Kaolin statt Kreide. Die Materialmengen, die verwendet wurden, waren so, daß sich ein Verhältnis von Füllstoff zu anionischer Stärke zu AAE-Copolymer von 144 : 12 : 1 ergab.

a) Faserbehandlung
Eine 4%ige Fasersuspension, enthaltend 21 kg Faser bezogen auf Trockengewicht, wurde hergestellt (die verwendete Faser war dieselbe Mischung wie im Beispiel 1 beschrieben). 17,7 kg einer 0,5%igen Lösung von AAE-Copolymer ("Percol 1597") wurden zu der Fasersuspension unter Rühren zugegeben. Der AAE-Copolymergehalt der Suspension war 88 g oder etwa 0,4%, bezogen auf das Gewicht der vorhandenen Faser.
b) Füllstoffbehandlung
10 kg Kreide wurden aufgeschlämmt in 37 kg Wasser und diese Aufschlämmung wurde unter Rühren mit 14 kg einer 0,5%igen Lösung von AAE-Copolymer ("Percol 1597") gemischt. Der AAE-Copolymergehalt der Mischung war 70 g oder 0,7%, bezogen auf das Gewicht der Kreide. 16,6 kg einer 5%igen Lösung anionischer Stärke ("Solvitose C5") wurden unter weiterem Rühren zugegeben. Der Gehalt an anionischer Stärke in der Mischung war 0,83 kg oder 8,3%, bezogen auf das Gewicht der Kreide.
c) Mischen von Füllstoff-und Fasersuspension/Papierherstellung
Das Verfahren war wie in Schritt (c) von Beispiel 8 beschrieben.
d) Verwendung von Kaolin statt Kreide
Das Vorgehen der Schritte (a) bis (c) oben wurde wiederholt unter Verwendung von Kaolin als Austausch Gewicht gegen Gewicht für Kreide und unter Verwendung von Stoffleimung/Alaunleimung, wie in Schritt (d) von Beispiel 8 beschrieben statt Alkylketendimerleimung.
Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 9 unten angegeben.

Tabelle 9

Die Werte für die Berstzahl, den spezifischen Biegungsmodulus und die Reißlänge, die erhalten wurden, waren im allgemeinen vergleichbar oder etwas schlechter als die für die Kontrollen aus früheren Beispielen (wo ein vernünftiger Vergleich gemacht werden kann). Die Füllstoffmenge und die Retentionswerte waren im selben Bereich wie im Beispiel 8.

Beispiel 10

Dies zeigt ein Verfahren, wie es allgemein im Beispiel 9 beschrieben ist, aber mit einem unterschiedlichen Verhältnis von Füllstoff zu anionischer Stärke zu AAE- Copolymer (77 : 6 : 1 statt 144 : 12 : 1).

Das Vorgehen war, wie im Beispiel 9 beschrieben, mit der Ausnahme, daß:

i) 10 kg Kreide oder Kaolin in 26 kg Wasser aufgeschlämmt wurden;
ii) 26 kg einer 0,5%igen AAE-Copolymerlösung für die Füllstoffbehandlung in jedem Fall verwendet wurden, was einen AAE-Copolymergehalt von 130 g ergab (1,3% bezogen auf das Gewicht von Kreide oder Kaolin); und
iii) 15,6 kg einer 5%igen Lösung von anionischer Stärke ("Solvitose C5") zur Füllstoffbehandlung in jedem Fall verwendet wurden, was einen Gehalt an anionischer Stärke von 0,78 kg (7,8% bezogen auf das Gewicht von Kreide oder Kaolin) ergab.

Für das mit Kaolin gefüllte Papier mit 50 gm^-2 Sollgewicht wurden doppelte Durchläufe durchgeführt unter Zugabe einer behandelten Kaolinaufschlämmung vor bzw. nach den Raffineuren. Die erhaltenen Ergebnisse sind in der Tabelle 10 unten angegeben:

Tabelle 10

Die für die Berstzahl, den spezifischen Biegungsmodulus und die Reißlänge erhaltenen Werte waren im allgemeinen vergleichbar oder etwas schlechter als die der Kontrollen. Die Füllmengen und Retentionswerte waren im allgemeinen leicht verbessert, verglichen mit Beispiel 9.

Beispiel 11

Dies zeigt die Verwendung einer kationischen Stärke, um die Faser und den Füllstoff zu behandeln, gefolgt, im Falle des Füllstoffs, von einer Behandlung mit anionischem Polyacrylamid. Das Verhältnis von Füllstoff zu kationischer Stärke zu anionischem Polyacrylamid war 333 : 14 : 1.

a) Faserbehandlung
Eine 4%ige wäßrige Fasersuspension, enthaltend 21 kg Faser, bezogen auf Trockengewicht, wurde hergestellt (die verwendete Faser war dieselbe Mischung wie im Beispiel 1 beschrieben). 11,75 kg einer 5%igen Lösung von kationischer Stärke ("Amisol 5906") wurden unter rühren zugegeben, was einen Gehalt von kationischer Stärke von 0,59 kg ergab (2,8% bezogen auf das Gewicht der Faser).
b) Füllstoffbehandlung
10 kg Kreide wurden aufgeschlämmt in 52 kg Wasser und 8,4 kg einer 5%igen Lösung von kationischer Stärke ("Amisol 5906") wurden unter Rühren zugegeben. Dies ergab einen Gehalt an kationischer Stärke von 0,42 kg (4,2% bezogen auf das Gewicht der Kreide). 6 kg einer 5%igen Lösung von anionischem Polyacrylamid ("Percol E24") wurden unter weiteren Rühren zugegeben. Dies ergab einen Gehalt an anionischem Polyacrylamid von 0,03 kg (0,3% bezogen auf das Gewicht der Kreide).
c) Mischen von Füllstoff- und Fasersuspension/Papierherstellung
Das Vorgehen war wie in Schritt (c) von Beispiel 8 beschrieben, mit der Ausnahme, daß nur 100 gm^-2 Papier hergestellt wurde. Die Durchläufe wurden doppelt durchgeführt, wobei der behandelte Füllstoff vor, anstatt nach den Raffineuren in den doppelten Durchläufen zugegeben wurde.
d) Verwendung von Kaolin statt Kreide
Das Vorgehen der Schritte (a) bis (c) wurde wiederholt unter Verwendung von Kaolin als Ersatz Gewicht gegen Gewicht für Kreide und unter Verwendung von Harz/Alaunleimung, wie in Schritt (d) von Beispiel 8 beschrieben statt Alkylketendimerleimung.

Die erhaltenen Ergebnisse sind in der Tabelle 11 unten beschrieben:

Tabelle 11

Die für die Berstzahl erhaltenen Werte sind in den Fig. 2A und 2B der anliegenden Zeichnungen dargestellt und es ist ersichtlich, daß Vorteile, verglichen mit den Kontrollen, erhalten werden, obwohl diese Vorteile nicht so markant sind wie im Beispiel 8. Ausgezeichnete Werte für die Reißlänge wurden ebenso erhalten und es gab eine kleine Verbesserung bei den Werten für den spezifischen Biegungsmodulus, verglichen mit den Kontrollen. Die Füllstoffmenge und die Retentionswerte waren in einigen Fällen relativ niedrig, aber es wurde während dem Versuch festgestellt, daß die Pumpenfließraten für die Füllstoffsuspensionen unregelmäßig waren, vielleicht als ein Ergebnis der Viskosität der Suspension und es wird daher angenommen, daß die berechneten Retentionswerte (die von einer konstanten Pumpenfließrate ausgehen) wohl ungenau sein können. Die Zugabe der Füllstoffsuspension nach den Raffineuren ergab bessere Resultate als die Zugabe vor den Rafdineuren.

Beispiel 12

Dies zeigt die Verwendung eines kationischen Polyacrylamids zur Behandlung der Faser und des Füllstoffs, gefolgt, im Fall des Füllstoffs, von einer Behandlung mit anionischer Stärke. Das Verhältnis von Füllstoff zu anionischer Stärke zu kationischem Polyacrylamid war ungefähr 144 : 12 : 1 (der genau berechnete Wert ist 143 : 12 : 1).

a) Faserbehandlung
eine 4%ige wäßrige Fasersuspension, enthaltend 14 kg Faser, bezogen auf Trockengewicht, wurde hergestellt (die verwendete Faser war dieselbe Mischung, wie im Beispiel 1 beschrieben). 11,75 kg einer 0,5%igen Lösung von kationischem Polyacrylamid ("Percol 47", geliefert von Allied Colloids Ltd.) wurden unter Rühren zugegeben, was einen Gehalt an kationischem Polyacrylamid von 59 g (etwa 0,4% bezogen auf das Gewicht der Faser) ergab.
b) Füllstoffbehandlung
10 kg Kreide wurden in 35 kg Wasser aufgeschlämmt und 14 kg einer 0,5%igen Lösung kationisches Polyacrylamid ("Percol 47") wurden unter Rühren zugegeben. Dies ergab einen Gehalt an kationischem Polyacrylamid von 70 g (0,7% bezogen auf das Gewicht der Kreide). 16,6 kg einer 5%igen Lösung von anionischer Stärke ("Solvitose C5") wurden unter weiterem Rühren zugegeben. Dies ergab einen Gehalt an anionischer Stärke von 0,83 kg (8,3% bezogen auf das Gewicht der Kreide).
c) Mischen von Füllstoff- und Fasersuspension/Papierherstellung
Das Vorgehen war wie in Schritt (c) von Beispiel 8 beschrieben, mit der Ausnahme, daß nur 100 gm^-2 Papier hergestellt wurde und daß die Sollfüllstoffzugaben verschieden waren. Die Sollkreidezugabe war 25%, 33% und 46% und die Sollkaolinzugabe war 24%, 35%, 49%, 60%, 68% und 72%. Alle Kaolinzugaben wurden vor dem Raffineur gemacht und die Kreidezugaben wurden sowohl vor als auch nach den Raffineuren gemacht, wie im Beispiel 12 beschrieben.
d) Verwendung von Kaolin statt Kreide
Das Verfahren der Schritte (a) bis (c) oben wurde wiederholt unter Verwendung von Kaolin als Ersatz Gewicht gegen Gewicht für Kreide, mit der Ausnahme, daß die behandelte Kaolinsuspension zu der Faser mit verschiedenen Zugabemengen zugegeben wurde und daß Harz/Alaunleimung, wie im Schritt (d) von Beispiel 8 beschrieben, verwendet wurde anstatt Alkylketendimerleimung. Die Kaolinzugabemengen waren so, daß sich Kaolingehalte von 24%, 35%, 49%, 60%, 68% und 72% ergaben.

Die erhaltenen Ergebnisse sind in der Tabelle 12 unten angegeben:

Tabelle 12

Die für die Berstzahl erhaltenen Werte sind in den Fig. 3A und 3B der anliegenden Zeichnungen dargestellt und es ist ersichtlich, daß Vorteile erhalten werden, verglichen mit den Kontrollen. Verbesserte Reißlängen wurden ebenfalls erhalten, aber die Werte für den spezifischen Biegungsmodulus zeigten keine Verbesserung oder eine kleine Verschlechterung. Es ergab sich keine klare Bevorzugung aus der Zugabe der Kreideaufschlämmung vor oder nach den Raffineuren, soweit die Festigkeitseigenschaften betroffen sind. Die Füllstoffmenge und die Retentionswerte für Kreide waren hoch, aber viel niedriger für Kaolin. Wie bei dem vorherigen Beispiel wurde beobachtet, daß die Pumpenfließraten der Füllstoffsuspension ungenau waren und die Retentionswerte können deshalb unzuverlässig sein. Bessere Füllstoffmengen und Retentionswerte wurden für Kreide erhalten, wenn die Kreidezugabe nach den Raffineuren stattfand.

Beispiel 13

Dies zeigt die Verwendung eines kationischen Polyamins für die Behandlung der Faser und die anfängliche Behandlung des Füllstoffs und einer anionischen Stärke, die verschieden ist von der, die in den vorhergehenden Beispielen für die weitere Füllstoffbehandlung verwendet wurde.

a) Füllstoffbehandlung
9 g einer 2%igen Lösung eines Polyamins mit einem Molekulargewicht von etwa 200.000 ("Accurac 57", geliefert von American Cyanamid) wurden unter Rühren zu einer Aufschlämmung von 27 g Kreide in 81 g Wasser zugegeben. 75 g einer 2%igen Lösung einer anionischen Stärke ("Flo-Kote 64", eine anionische Maisstärke, geliefert von Laing-National Limited in Manchester, Großbritannien) wurde unter Rühren zu der Kreideaufschlämmung gegeben.
b) Faserbehandlung
1,5 g einer 2%igen Polyaminlösung ("Accurac 57") wurde unter Rühren zu 383 g einer wäßrigen Fasersuspension, enthaltend 18 g Faser, bezogen auf Trockengewicht, zugegeben. Weitere 250 g Wasser wurden dann zugegeben.
c) Mischen von Füllstoff- und Fasersuspension/Papierherstellung/ Test
Die behandelten Füllstoff- und Fasersuspensionen wurden unter Rühren gemischt und weitere 3 kg Wasser wurden zugegeben. Das entstehende Material wurde dann verwendet, um ein quadratisches, handgeschöpftes Blatt mit 50 gm^-2 Sollgewicht herzustellen unter Verwendung einer Blattbildungsmaschine im Labormaßstab. Die Werte für den Aschegehalt und die Berstzahl für das entstehende Blatt wurden dann bestimmt.
d) Weitere Durchläufe
Das Vorgehen wurde dann wiederholt unter Verwendung eines Bereiches verschiedener Mengen von Füllstoff und Behandlungspolymerer. Kontrollen, bei denen einige der Füllstoff- oder Faserbehandlungsschritte ausgelassen wurden, wurden ebenfalls durchgeführt.

Die verwendeten Mengen des Behandlungspolymers und die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 13 unten angegeben:

Tabelle 13

Es ist ersichtlich, daß obwohl Kontrolle 1 eine hohe Füllstoffmenge und einen hohen Retentionswert erreichen ließ, die Berstzahlwerte für das erhaltene Papier niedrig waren. Das Papier von Kontrolle 2 hatte einen Aschegehalt im selben Bereich wie die Tests 1 bis 3 aber hatte sehr viel niedrigere Berstzahlwerte.

Beispiel 14

Dies zeigt die Verwendung einer unterschiedlichen anionischen Stärke in einem Verfahren, das ansonsten ähnlich ist dem von Beispiel 13, mit der Ausnahme, daß verschiedene Mengen von behandelnden Polymeren verwendet wurden. Die anionische Stärke war ein Phosphatester von hydrolysierter Kartoffelstärke, geliefert als ("Nylgum A160" von H. Helias & Co., Ware, Großbritannien) und wurde als 3%ige wäßrige Lösung verwendet.

Die verwendeten Mengen von behandelndem Polymer und die erhaltenen Ergebnisse sind in der Tabelle 14 unten angegeben:

Tabelle 14

Es zeigt sich, daß obwohl die Kontrollen 2 und 4 höhere Werte für Füllstoffmengen und Retention ermöglichten, die Berstzahlwerte für die erhaltenen Papiere sehr niedrig waren, verglichen mit den Papieren der Tests 5 und 6, wo vergleichbar hohe Füllstoffmengen erreicht wurden. Kontrolle 1 ergab ein Papier mit einem Aschegehalt, der ziemlich unter dem der Papiere, die in den Tests 3 und erhalten wurden, lag, aber sie hatten einen viel niedrigeren Wert für die Berstzahl.

Als ähnliche Testreihen mit einem ähnlichen Polyamin mit geringerer kationischer Ladung ("Accurac 67") wiederholt wurden, wurde keine wesentliche Wirkung auf den Aschegehalt und die Werte für die Berstzahl beobachtet, verglichen mit den Kontrollen. Dies zeigt, daß die Ladungsstärke die Güte eines speziellen Polymers bei dem vorliegenden Verfahren wesentlich beeinflussen kann und daß dies in Betracht gezogen werden sollte, wenn die Behandlungspolymere für die Verwendung im vorliegenden Verfahren ausgesucht werden.

Beispiel 15

Dies zeigt die Verwendung einer anionischen Stärke, die sich von der in den vorherigen Beispielen verwendeten unterscheidet.

a) Füllstoffbehandlung
4 g einer 3%igen wäßrigen Lösung von AAE-Copolymer ("Magnafloc 1597", geliefert von Allied Colloids Ltd. und von der angenommen wird, daß sie chemisch gleich ist wie "Percol 1597") wurde unter Rühren zu einer Aufschlämmung von 27 g Kreide in 81 g Wasser zugegeben. 85 g einer 3%igen wäßrigen Lösung von anionischer Stärke ("Retabond AP", ein Kartoffelstärke-Phosphatester, geliefert von Tunnel Avebe) wurde unter Rühren zu der Kreideaufschlämmung gegeben.
b) Faserbehandlung
Eine Suspension von 18 g Fasern, bezogen auf das Trockengewicht, in 655 g Wasser wurde ebenso hergestellt und 3 g einer 3%igen AAE-Copolymerlösung ("Magnafloc 1597") wurden zugegeben.
c) Mischen von Füllstoff- und Fasersuspension/Papierherstellung/ Test
Dies war wie im Beispiel 13 beschrieben.
d) Weitere Durchläufe
Diese wurden durchgeführt im allgemeinen, wie im Beispiel 13 beschrieben. Die Mengen an verwendetem Material und die erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 15 angegeben:

Tabelle 15

Es zeigt sich, daß bei vergleichbaren Aschegehalten Papiere, die gemäß dem vorliegenden Verfahren hergestellt wurden, viel höhere Berstzahlwerte hatten als die Kontrollpapiere. Höhere Aschegehalte und Retentionswerte waren auch erreichbar mit dem vorliegenden Verfahren.

Beispiel 16

Dieses Beispiel ist ähnlich dem vorhergehenden Beispiel, aber es zeigt die Wirkung bei der Variation der Menge an AAE-Copolymer, das verwendet wird zur Behandlung der Faser.

Das Vorgehen war ansonsten im allgemeinen wie im Beispiel 15, mit der Ausnahme, daß 18 g Kreide verwendet wurden statt 27 g von Beispiel 15. Die anderen verwendeten Materialmengen und die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 16 unten angegeben:

Tabelle 16

Es zeigt sich, daß obwohl Kontrolle 2 ein Papier mit einer hohen Füllstoffmenge ergab, seine Berstzahl viel niedriger war als bei dem Papier von Test 4, für das der Aschegehalt vergleichbar war zu dem von dem Papier von Kontrolle 2. Es zeigt sich auch, daß das Erhöhen der Menge der Faserbehandlung keine unerwartete Wirkung auf die Aschegehalte und die Berstzahlwerte, die erhalten wurde, hatte - es gab nur einen graduellen Anstieg in diesen Werten bei ansteigender Polymermenge.

Beispiel 17

Dies zeigt die Verwendung eines DADMAC-Polymers als kationisches Polymer und eines Gummis (der ein Polysaccharid sein soll) als anionisches Polymer.

a) Füllstoffbehandlung
3 g einer 2%igen wäßrigen Lösung eines quaternären Ammoniumpolymers ("Alcostat 167", geliefert von Allied Colloids Ltd.) wurde unter Rühren zu einer Aufschlämmung von 27 g Kreide in 81 g Wasser zugegeben. 60 g einer 2%igen Lösung eines anionisch modifizierten Johannesbrotbaumkerngummi wurden unter Rühren zu der Kreideaufschlämmung gegeben.
b) Faserbehandlung
Eine Suspension von 18 g Fasern, bezogen auf Trockengewicht, in 655 g Wasser wurden auch hergestellt und 2 g eines quaternären Ammoniumpolymers ("Alcostat 167") wurden zugegeben.
c) Mischen von Füllstoff- und Fasersuspension/Papierherstellung/ Test
Dies war, wie im Beispiel 13 beschrieben.
d) Weitere Durchläufe
Diese wurden im allgemeinen wie im Beispiel 13 beschrieben, durchgeführt.

Die verwendeten Materialmengen und die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 17 unten angegeben:

Tabelle 17

Es zeigt sich, daß die Tests 2 und 3 Papiere ergaben mit höheren Aschegehalten und Berstzahlwerten, als das Kontrollpapier. Test 1 ergab ein Papier mit einem leicht niedrigeren Aschegehalt als das Kontrollpapier, aber einem viel höheren Berstzahlwert.

Beispiel 18

Dies zeigt die Verwendung des vorliegenden Verfahrens mit Titaniumdioxid als Füllstoff. Das Vorgehen und die verwendeten Materialien waren im allgemeinen wie im Beispiel 16 beschrieben, wobei 18 g Titaniumdioxid statt 18 g Kreide verwendet wurden. Die anderen Mengen von verwendeten Polymeren und die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 18 unten angegeben.

Tabelle 18

Beispiel 19

Dies zeigt weiter die Verwendung des vorliegenden Verfahrens mit Titaniumdioxid als Füllstoff und schließt auch eine Variante des Verfahrens ein, in dem die beiden Polymere, die verwendet werden, um die Füllstoffe zu behandeln, vor dem Kontakt mit dem Füllstoff vermischt werden.

Das Vorgehen und die verwendeten Materialien waren im allgemeinen wie im Beispiel 18 beschrieben, mit der Ausnahme der Variante, auf die gerade Bezug genommen wurde, die den dritten Test bildete und mit der Ausnahme, daß im zweiten Test nur 10 g Titaniumdioxid verwendet wurden statt 18 g. Drei Kontrollen wurden durchgeführt und in der dritten wurden die verwendeten Polymere für die Füllstoffbehandlung gemischt, bevor sie mit dem Füllstoff in Kontakt kamen. Die verwendeten Polymermengen und die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 19 angegeben:

Tabelle 19

Es zeigt sich, daß die Papiere gemäß der Erfindung besser waren als die Kontrollen im Hinblick auf Berstzahlwerte und/oder Aschegehaltmengen.

Beispiel 20

Dies zeigt eine Reihe von Verfahrensvarianten, die verwendet werden können beim Durchführen der Erfindung. Diese waren wie folgt:

Test 1 - Behandlung von Füllstoff und Faser separat mit kationischer Polymerlösung, gefolgt von weiterer Behandlung des behandelten Füllstoff 35176 00070 552 001000280000000200012000285913506500040 0002003644072 00004 35057s mit anionischer Polymerlösung vor dem Mischen des behandelten Füllstoffs und der behandelten Faser.
Test 2 - Wie im Test 1, mit der Ausnahme, daß das anionische Polymer verwendet wurde für die weitere Behandlung der behandelten Faser statt des behandelten Füllstoffs.
Test 3 - Wie im Test 1, mit der Ausnahme, daß die Lösungen des kationischen Polymers und des anionischen Polymers gemischt wurden, bevor sie verwendet wurden, um den Füllstoff zu behandeln, statt nacheinander verwendet zu werden.
Test 4 - Wie Test 2, mit der Ausnahme, daß die Lösungen des kationischen Polymers und des anionischen Polymers gemischt wurden, bevor sie verwendet wurden, um die Faser zu behandeln, statt nacheinander verwendet zu werden.

Jeder Test wurde mit Sollfüllstoffmengen von 15%, 30%, 45% und 60% ausgeführt.

In jedem Fall war die kationische Polymerlösung eine 3%ige Lösung von AAE-Copolymer ("Percol 1597"), die anionische Polymerlösung eine 3%ige Lösung von anionischer Stärke ("Retabond AP"), der Füllstoff Kreide (verwendet in Form einer Aufschlämmung von 3,2 g Kreide in 10 g Wasser) und die Faser wurde behandelt, in Form einer wäßrigen Aufschlämmung, enthaltend 18 g Faser, bezogen auf Trockengewicht, mit einer Konsistenz von etwa 4%. In den Tests 1 und 3 mit 15% Sollfüllstoff wurde die Fasersuspension behandelt mit 4,5 g AAE-Copolymerlösung und die Kreideaufschlämmung wurde behandelt mit 1,0 g AAE-Copolymerlösung und 12 g anionischer Stärkelösung. In den Tests 2 und 4 mit 15% Sollfüllstoff wurden die Behandlungsmengen umgekehrt, d. h. die Fasersuspension wurde mit 1,0 g AAE-Copolymerlösung und 12 g anionischer Stärkelösung und die Kreideaufschlämmung mit 4,5 g AAE-Copolymerlösung behandelt, so daß die Gesamtmenge an Behandlungspolymeren dieselbe war in jedem der 4 Tests. Für die höheren Sollfüllstoffmengen wurden die Mengen an AAE-Copolymerlösung und anionischer Stärkelösung, die verwendet wurde, um die Kreide in den Tests 1 und 3 und die Faser in den Tests 2 und 4 zu behandeln, proportional erhöht, d. h. die zweifache Menge wurde verwendet für 30% Sollfüllstoff; die 3fache Menge für 45% Sollfüllstoff und die vierfache Menge für 60% Sollfüllstoff. Die verwendeten Mengen an Kreideaufschlämmung wurden genauso multipliziert. Jedoch blieben die verwendeten Mengen an Behandlungspolymer für das einfach behandelte Material, d. h. die Faser in den Tests 1 und 3 und die Kreide in den Test 2 und 4 dieselben wie oben für 15% Sollfüllstoff angegeben. Das Behandlungsvorgehen in jedem Fall war im großen und ganzen wie in den vorhergehenden Laborbeispielen beschrieben, mit Ausnahme der Tests 2 und 4, die mit der vorher gegebenen Beschreibung variiert wurden. Nach dem Mischen der Füllstoff- und Fasersuspensionen und guten Rühren wurde das Volumen der Mischung auf etwa 10 l mit Leitungswasser aufgefüllt. Teile des entstehenden Materials wurden weiter verdünnt auf eine Konsistenz von etwa 0,03% und verwendet, um runde, handgeschöpfte Blätter herzustellen, wobei jedes 1 g wog, mit Hilfe einer British Standard Blattmaschine.

Die entstehenden, handgeschöpften Blätter wurden getestet, um die Werte für Aschegehalt, Berstzahl und Reißlänge zu bestimmen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 20 angegeben:

Tabelle 20

Es zeigt sich, daß die Zahlen eine gewisse Streuung zeigen und daß kein klares Muster für die Güte bezüglich Füllstoffmengen und Retentionswerten in Bezug auf die vier verschiedenen Testarten bei Sollfüllstoffen bis zu 45% auftritt. Jedoch ergeben sich bei 60% Sollfüllstoff, Tests 3 und 4 (in denen die kationischen und anionischen Polymere gemischt wurden, bevor sie verwendet wurden, um Füllstoff oder Faser zu behandeln) deutlich reduzierte Füllstoff- und Retentionswerte. Die Berstzahlwerte waren vergleichbar für alle Tests mit Füllstoffmengen bis zu etwa 20%. Über dieser Menge fielen die Berstzahlwerte dramatisch ab für die Papiere von Test 4, aber nicht für die Papiere von Test 1 und Test 2. Test 3 führte nicht zu genügend hohen Füllstoffmengen, um Rückschlüsse ziehen zu können. Die Reißlängenwerte standen in einem ziemlich direkten Verhältnis zu den Füllstoffmengen für alle Papiere von Test 1 und Test 2, wobei die Papiere von Test 1 etwas höhere Werte als die Papiere von Test 2 ergaben. Die Papiere von Test 3 und Test 4 waren vergleichbar mit denen von Test 1 und Test 2 bei Füllstoffmengen von bis zu etwa 22%, aber fielen dramatisch für die Papiere von Test 4 mit 23% Füllstoffmenge. Wie oben angegeben, wurden hohe Füllstoffmengen nicht erreicht unter Verwendung des Verfahrens von Test 3.

Es kann daraus geschlossen werden, daß, obwohl gute Resultate mit all den geprüften Verfahrensvarianten erhältlich sind, die, in denen die kationischen und anionischen Polymere vor der Füllstoff- oder Faserbehandlung gemischt werden, weniger bevorzugt sind. Von den zwei anderen Varianten ist es bevorzugt, den Füllstoff statt die Faser sowohl mit kationischen als auch anionischen Polymeren zu behandeln.

Beispiel 21

Dies zeigt ein weiteres Verfahren, in dem die Faser mit einem anionischen Polymer behandelt wird und der Füllstoff zuerst mit einem anionischen Polymer und dann mit einem kationischen Polymer behandelt wird. Das Verfahren ist ähnlich dem, das im Beispiel 8 beschrieben ist, mit der Ausnahme, daß eine höher geladene kationische Stärke verwendet wurde, nämlich "Cato 170", eine aminmodifizierte Stärke, geliefert von Laing-National Ltd., Manchester und daß die Materialmengen differierten.

a) Faserbehandlung
eine 4%ige wäßrige Fasersuspension, enthaltend 21 kg Faser, bezogen auf Trockengewicht, wurde hergestellt (die verwendete Faser war dieselbe Mischung wie im Beispiel 1 beschrieben). 16,3 kg einer 0,5%igen wäßrigen Lösung eines anionischen Polyacrylamids ("Percol E24") wurde zu der Fasersuspension unter Rühren zugegeben. Der Polyacrylamidgehalt der Suspension war 31,5 g oder 0,15% bezogen auf das Gewicht der vorhandenen Faser.
b) Füllstoffbehandlung
15 kg Kreide wurden in 60 kg Wasser aufgeschlämmt und 12,0 kg einer 0,5%igen anionischen Polyacrylamidlösung ("Percol E24") wurden unter Rühren zugegeben. Dies ergab einen Polyacrylamidgehalt von 60 g oder 0,4%, bezogen auf das Gewicht der Kreide. 28,5 kg einer 5%igen kationischen Stärkelösung ("Cato 170") wurden unter weiterem Rühren zugegeben. Die Zugabe der kationischen Stärke, bezogen auf Trockengewicht, war 1,43 kg oder 9,5% bezogen auf das Gewicht der Kreide. Das Verhältnis von Kreide zu kationischer Stärke zu anionischem Polyacrylamid war 250 : 24 : 1.
c) Mischen von Füllstoff- und Fasersuspension/Papierherstellung
Die behandelte Kreideaufschlämmung wurde zu der Fasersuspension zugegeben an einer Stelle in dem Zuleitungssystem vor den Raffineuren in Mengen, die Kreidemengen von etwa 30%, 45% und 60% ergeben sollten, bezogen auf das Gesamtgewicht von Faser und Kreide, wonach die behandelte Fasersuspension auf Papierherstellungskonsistenz verdünnt wurde. Ein Alkylketendimer-Leimungsmittel ("Aquapel 2") wurde an der Mischbütte mit einer Menge von 0,02%, bezogen auf das gesamte vorhandene feste Material, zugegeben. Die verschiedenen Materialien wurden entwässert, um Papierbahnen mit Sollgrammgehalten von 100 gm^-2 auf dem normalen Weg herzustellen. Eine 5%ige Lösung von solubilisierter Stärke ("Amisol 5592") wurde in jedem Fall mit Hilfe einer Leimpresse auf der Papiermaschine angewendet. Die Aufnahme war so, daß ein Gehalt an solubilisierter Stärke von annähernd 5% in der fertigen Papierbahn hergestellt wurde, bezogen auf den Fasergehalt der Bahn.
d) Kontrolle
Hier wurde ein übliches Retentionshilfsmittel ("Percol 140", ein kationisches Polyacrylamid mit mittlerem Molekulargewicht und niedriger Ladungsdichte, geliefert von Allied Colloids Ltd.) verwendet, das bei der Maschinenbütte zugegeben wurde ohne jegliche separate Vorbehandlung des Füllstoffs oder der Faser. Das Vorgehen war ansonsten wie in (c) oben beschrieben, mit der Ausnahme, daß ein Durchlauf mit 15% Sollfüllstoff auch durchgeführt wurde.
e) Erhaltene Resultate
Die Papiere wurden der üblichen Reihe von Tests unterworfen, aber die Retentionswerte wurden abgeleitet durch einen Vergleich des Asche(Kreide)gehalts in dem Blatt mit dem Kreidegehalt des Papierherstellungsmaterials in der Stoffbütte. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 21 unten angegeben:

Tabelle 21

Es zeigt sich, daß mit einer Ausnahme, die wahrscheinlich anormal war, die erhaltenen Retentionswerte schlechter waren als die Kontrolle. Jedoch wurden verbesserte Festigkeitswerte erhalten. Während dies nicht völlig überraschend ist im Hinblick auf die Tatsache, daß "Cato 170" wahrscheinlich die Funktion eines trockenen Festigkeitshilfsmittels hat und daß kein vergleichbares Material in der Kontrolle vorhanden war, sollte bemerkt werden, daß die Werte für die Berstzahl und die Reißlänge bedeutend besser waren, als die entsprechenden Kontrollen der vorhergehenden Beispiele. Dies zeigt sich in Fig. 4 der anliegenden Zeichnungen in Bezug auf die Berstzahlwerte, wo Werte von früheren Kontrollen auch aufgetragen wurden. Die Werte für den spezifischen Biegungsmodulus waren besser als für die meisten der vorhergehenden Kontrollen, aber nicht so gut wie die Werte, die für die Kontrolle in Beispiel 8 erhalten wurden.

Beispiel 22

Dies zeigt ein Verfahren, das ähnlich ist dem von Beispiel 13, aber in dem eine andere anionische Stärke verwendet wird, nämlich "Retabond AP". Die Verwendung dieser Stärke wurde in den Beispielen 15 und 16 gezeigt, aber nur bei handgeschöpften Blättern. Das vorliegende Beispiel wurde auf einer Papiermaschine im Versuchsmaßstab durchgeführt und verwendet ein kationisches Polyacrylamid statt des AAE-Copolymers, das in den Beispielen 15 und 16 verwendet wird.

a) Faserbehandlung
Eine 4%ige wäßrige Fasersuspension, enthaltend 14 kg Faser, bezogen auf Trockengewicht, wurde hergestellt (die verwendete Faser war dieselbe Mischung wie im Beispiel 1 beschrieben). 11,2 kg einer 0,5%igen Lösung eines kationischen Polyacrylamids ("Percol 47") wurde unter Rühren zugegeben, was einen Gehalt an kationischem Polyacrylamid von 56 g (0,4% bezogen auf das Gewicht der Faser) ergab.
b) Füllstoffbehandlung
10 kg Kreide wurden in 56 kg Wasser aufgeschlämmt und 1 kg einer 0,5%igen Lösung von kationischem Polyacrylamid ("Percol 47") wurde unter Rühren zugegeben. Dies ergab einen Gehalt an kationischem Polyacrylamid von 5 g (0,05% bezogen auf das Gewicht der Kreide). 10 kg einer 5%igen Lösung von anionischer Stärke ("Retabond AP") wurde unter weiterem Rühren zugegeben. Dies ergab einen Gehalt an anionischer Stärke von 0,5 kg (5% bezogen auf das Gewicht der Kreide).
c) Mischen von Füllstoff- und Fasersuspension/Papierherstellung
Dies war wie im Beispiel 21, mit der Ausnahme, daß kein Test mit 15% Sollfüllstoff durchgeführt wurde.
d) Erhaltene Ergebnisse
Die Papiere wurden getestet und die Retentionswerte, die wie im Beispiel 21 beschrieben, erhalten wurden und die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 22 aufgeführt.

Tabelle 22

Es zeigt sich, daß die erhaltenen Retentionswerte höher sind als die der Kontrolle von Beispiel 21. Die Festigkeitseigenschaften waren in jedem Fall gut, verglichen mit allen vorhergehenden Kontrollen bei den niedrigeren Füllstoffmengen, aber fielen unter die der Kontrolle von Beispiel 8 bei höheren Füllstoffmengen (und, im Fall der Reißlänge auch unter die der Kontrolle von Beispiel 21).

Beispiel 23

Dies zeigt ein Verfahren, das ähnlich ist dem, das im Beispiel 22 beschrieben ist, mit der Ausnahme, daß eine kleinere Menge kationisches Polyacrylamid für die Faserbehandlung verwendet wurde und auch ein paralleles Verfahren, in dem das kationische Polyacrylamid und die anionische Stärke gemischt wurden, bevor sie verwendet wurden, um die Kreideaufschlämmung zu behandeln. Die Menge an verwendetem kationischen Polyacrylamid für die Faserbehandlung war die Hälfte von der, die im Beispiel 22 verwendet wurde (d. h. 5,6 kg, aber die anderen verwendeten Materialmengen waren wie im Beispiel 22 beschrieben. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 23 angegeben:

Tabelle 23

Es zeigt sich, daß die aufeinanderfolgende Behandlung einen markanten Vorteil bei der Retention bei hohen Sollfüllstoffmengen hat, verglichen mit der gemischten Behandlung und daß die Festigkeitswerte im großen und ganzen vergleichbar waren für beide Arten der Behandlung. Ein Vergleich der aufeinanderfolgenden Behandlungsergebnisse von denen vom Beispiel 22 ergibt keine klaren Schlüsse bezüglich der bevorzugten Menge der Behandlung mit kationischem Polyacrylamid.

Beispiel 24

Dies zeigt die Verwendung von "Retabond AP"-Stärke mit zwei verschiedenen Behandlungsmengenbereichen in Verbindung in jedem Fall mit kationischem AAE-Copolymer.

a) Faserbehandlung (für jeden Test)
Eine 4%ige wäßrige Fasersuspension, enthaltend 14 kg Faser, bezogen auf Trockengewicht, wurde hergestellt (die verwendete Faser war dieselbe Mischung wie im Beispiel 1 beschrieben). 0,93 kg einer 5%igen wäßrigen Lösung und AAE-Copolymer ("Percol 1597") wurde zu der Fasersuspension unter Rühren zugegeben. Der Gehalt an trockenem Polymer der Suspension war 46,3 g oder 0,33%, bezogen auf das Gewicht der vorhandenen Faser.
b) Füllstoffbehandlung
A kg Kreide wurden aufgeschlämmt in B kg Wasser und C kg einer 5%igen Lösung von kationischem AAE-Polymer ("Percol 1597") wurde unter Rühren zugegeben. D kg einer 5%igen Lösung von anionischer Stärke ("Retabond AP") wurden unter weiterem Rühren zugegeben. Die Werte von A, B, C und D variierten entsprechend dem gewünschten Sollfüllstoff und waren wie folgt: Für die niedrigere Stärkebehandlungsmenge war das Verhältnis von anionischer Stärke zu gesamtkationischem Polymer (d. h. das für Füllstoff und für Faserbehandlung verwendete) in jedem Fall 6 : 1. Für die höhere Behandlungsmenge war das Verhältnis 6,5 : 1.
c) Mischen von Füllstoff- und Fasersuspension/Papierherstellung
Dies war in jedem Fall, wie in Teil (c) von Beispiel 21 beschrieben.
d) Erhaltene Ergebnisse
Die Papiere wurden getestet und die Retentionswerte, die wie im Beispiel 21 beschrieben erhalten wurden, und die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 24 angegeben:

Tabelle 24

Es zeigt sich, daß im allgemeinen höhere Stärkebehandlungsmengen bessere Resultate ergaben, obwohl in einigen Fällen eine kleine Differenz war. Alle Retentionswerte waren gut, verglichen mit der Kontrolle von Beispiel 21 und die Werte für Berstzahl und Reißlänge waren wesentlich besser als die Kontrollen der früheren Beispiele. Die Werte für den spezifischen Biegungsmodulus waren nicht so gut wie in der Kontrolle von Beispiel 8 aber erscheinen besser als die der anderen Kontrollen bei höheren Füllstoffmengen. Die Werte für die Berstzahl sind in Fig. 5 der anliegenden Zeichnungen dargestellt, auf denen die Kontrollwerte aus früheren Beispielen auch aufgezeichnet sind.

Beispiel 25

Dies zeigt die Verwendung einer Papiermaschine natürlicher Größe in einem Verfahren, in dem die Faser mit einem anionischen Polyacrylamid und der Füllstoff zuerst mit anionischem Polyacrylamid und dann mit kationischer Stärke behandelt wird.

a) Faserbehandlung
Eine 4%ige wäßrige Fasersuspension, enthaltend 600 kg Faser, bezogen auf Trockengewicht, wurde hergestellt. 240 kg einer 0,5%igen wäßrigen Lösung eines anionischen Polyacrylamids ("Percol E24") wurden zu der Fasersuspension unter Rühren zugegeben, entweder während der Rafination oder direkt danach. Der Polyacrylamidgehalt der Suspension war 1,2 kg oder 0,2%, bezogen auf das Gewicht der vorhandenen Faser.
Das oben beschriebene Vorgehen wurde zweimal wiederholt, so daß insgesamt drei Durchläufe mit der behandelten Faser durchgeführt werden konnten, von denen einer für die Verwendung in einem Kontrolldurchlauf (siehe unten) gedacht war. Zwei Chargen der unbehandelten Fasersuspension wurden auch hergestellt für die Verwendung in Kontrolldurchläufen.
b) Füllstoffbehandlung
140 kg Kreide wurden in 525 kg Wasser aufgeschlämmt und 195 kg 0,5%ige anionische Polyacrylamidlösung ("Percol E24") wurden unter Rühren zugegeben. Dies ergab einen Polyacrylamidgehalt von 0,975 g oder 0,7%, bezogen auf das Gewicht der Kreide. 230 kg einer 5%igen Lösung von kationischer Stärke ("Amisol 5906") wurden unter weiterem Rühren zugegeben. Die Zugabe der kationischen Stärke war, bezogen auf Trockengewicht, 11,5 kg oder 8,2% bezogen auf das Gewicht der Kreide. Das Verhältnis von Kreide zu kationischer Stärke zu anionischem Polyacrylamid war ungefähr 144 : 12 : 1. Diese Vorgehen wurde dann wiederholt, um genügend behandelte Kreide für zwei Durchläufe herzustellen.
c) Mischen von Füllstoff- und Fasersuspension/Papierherstellung
Die behandelte Kreideaufschlämmung wurde zu der Fasersuspension bei der Stoffbütte in zwei Durchläufen in Mengen zugegeben, die Kreidemengen von etwa 15% bzw. 35% ergeben sollten, bezogen auf das Gesamtgewicht von Faser und Kreide, wonach die behandelte Fasersuspension auf Papierherstellungskonsistenz verdünnt wurde. Eine Alkylketendimerleimung wurde verwendet. Ein optischer Aufheller und ein Biozid waren ebenfalls in üblichen Mengen vorhanden. Die Materialien wurden entwässert, um Papierbahnen eines Sollgrammgewichtes von 100 gm^-2 auf dem normalen Wag herzustellen. Eine Lösung von solubilisierten Stärken wurde in jedem Fall angewendet mit Hilfe eines Leimwerks auf der Papiermaschine.
d) Kontrollen
Drei Kontrollen wurden durchgeführt, eine mit 8% Sollfüllstoff von nicht behandelter Kreide und die anderen zwei mit 15% Sollfüllstoff nicht behandelter Kreide. Für einen der beiden Durchläufe mit 15% Sollfüllstoff wurde die verwendete Faser wie in (a) oben behandelt. Für den anderen 15% Sollfüllstoffdurchlauf und für den 8% Sollfüllstoffdurchlauf wurde ein Retentionshilfsmittel verwendet mit einer Zugabemenge von 0,05%, bezogen auf das Gewicht der trockenen Faser.
e) Erhaltene Resultate
Die Papiere wurden den üblichen Testreihen unterworfen, aber die Retentionswerte wurden durch einen Vergleich des Asche(Kreide)gehalts in dem Blatt mit dem Kreidegehalt des Papierherstellungsmaterials im Stoffablauf bzw. der Maschinenbütte abgeleitet. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 25 angegeben:

Tabelle 25

Es zeigt sich, daß die besten Retentionswerte erhalten werden mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, obwohl bei 15% Sollfüllstoff eine (aber nicht beide) der Kontrollen im wesentlichen dieselben Retentionswerte ergaben. Die Werte für die Berstzahl sind graphisch in Fig. 6 dargestellt und es zeigt sich, daß die des Papiers gemäß der Erfindung besser sind als die der Kontrolle. Die Werte für den spezifischen Biegungsmodulus für das Papier gemäß der Erfindung mit 14% Aschegehalt sind etwas schlechter als die für das Kontrollpapier mit 13,5% Aschegehalt, aber für dieselben zwei Papiere ist der Wert für die Reißlänge für das erfindungsgemäße Papier beträchtlich besser als der für das Kontrollpapier.

Beispiel 26

Dieses Beispiel ist ähnlich Beispiel 25, aber es bezieht sich auf die Herstellung eines Leichtpapiers.

a) Faserbehandlung
Eine 4%ige wäßrige Fasersuspension, enthaltend 1000 kg Faser, bezogen auf Trockengewicht, wurde hergestellt (die Fasermischung und der Grad der Rafinierung waren genauso wie im Beispiel 1 beschrieben, mit der Ausnahme, daß die Eukalyptuspulpe und die Weichholzpulpe separat rafiniert wurden). 400 kg einer 0,5%igen wäßrigen Lösung eines anionischen Polyacrylamids ("Percol E24") wurde zu der Eukalyptusfasersuspension unter Rühren zugegeben vor dem Mischen mit den Weichholzfasern. Der Polyacrylamidgehalt der Suspension war 2 kg oder 0,2%, bezogen auf das Gesamtgewicht von vorhandener Eukalyptus- und Weichholzfaser. Das oben beschriebene Vorgehen wurde dreimal wiederholt, um insgesamt 4 Durchläufe mit der behandelten Faser durchführen zu können.
b) Füllstoffbehandlung
125 kg Kaolin wurden in 675 kg Wasser aufgeschlämmt und 50 kg einer 0,5%igen Lösung von anionischem Polyacrylamid ("Percol E24") wurden unter Rühren zugegeben. Dies ergab einen Polyacrylamidgehalt von 0,25 kg oder 0,2% bezogen auf das Gewicht an Kaolin. 200 kg einer 5%igen Lösung von kationischer Stärke ("Amisol 5906") wurden unter weiterem Rühren zugegeben. Die Zugabe der kationischen Stärke war, bezogen auf Trockengewicht, 10 kg oder 8,0%, bezogen auf das Gewicht an Kaolin. Das Verhältnis von Kaolin zu kationischer Stärke zu anionischem Polyacrylamid war 500 : 40 : 1.
Das Vorgehen wurde weitere dreimale wiederholt aber mit verschiedenen Materialmengen mit demselben Verhältnis von 500 : 40 : 1, wie folgt:
c) Mischen von Füllstoff- und Fasersuspension/Papierherstellung
Die behandelte Kreideaufschlämmung wurde zu der Fasersuspension zugegeben bei der Stoffbütte in vier Durchläufen in Mengen, die Kaolinmengen von etwa 8%, 11%, 15% und 20% ergeben sollten, bezogen auf das Gesamtgewicht von Faser und Kaolin, wonach die behandelte Fasersuspension auf Papierherstellungskonsistenz verdünnt wurde. Harz/Alaunleimung wurde verwendet. Biozide und andere Standardzusätze wurde ebenfalls verwendet. Die verschiedenen Materialien wurden entwässert, um Papierbahnen mit einem Sollgrammgehalt von 49 gm^-2 auf dem normalen Weg herzustellen. Eine 4%ige Lösung von solubilisierter Stärke wurde in jedem Fall angewendet mit Hilfe eines Leimwerks auf der Papiermaschine. Die Aufnahme war so, daß ein solubilisierter Stärkegehalt von ungefähr 2% in der fertigen Papierbahn hergestellt wurde, bezogen auf den Fasergehalt der Bahn.
d) Kontrolle
Zwie identische Kontrolldurchläufe wurden ausgeführt mit Sollkaolinfüllstoffgehalten von 8%. Weder die Faser noch das Kaolin wurden behandelt wie oben beschrieben, aber 11 kg trockene Stärke ("Retabond AP") wurden zu der Eukalyptuspulpe zugegeben, die in jedem Kontrolldurchlauf als übliches Festigkeitshilfsmittel verwendet wurden. Ein übliches Retentionshilfsmittel wurde ebenfalls verwendet. Das Vorgehen war ansonsten wie in (c) oben beschrieben.
e) Erhaltene Resultate
Die Papiere wurden den üblichen Testreihen unterworfen, aber die Retentionswerte wurden durch einen Vergleich des Asche(Kaolin)gehalts in dem Blatt mit dem Kaolingehalt des Papierherstellungsmaterials im Stoffablauf abgeleitet. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 26 angegeben:

Tabelle 26

Es zeigt sich, daß die Kontrolldurchläufe die besten Retentionswerte ergaben. Die Werte für die Berstzahl sind graphisch in Fig. 7 dargestellt und es ist zu sehen, daß die erfindungsgemäßen Papiere besser sind, sowohl bezüglich der Festigkeit für eine gegebene Füllstoffmenge als auch für den Füllstoff, der in einem Papier vorhanden ist bei gegebener Festigkeit. Die Daten für die Reißlänge und den spezifischen Biegungsmodulus erscheinen unschlüssig. Es ist festzustellen, daß die Werte für den spezifischen Biegungsmodulus eine andere Zahlenfolge haben als die, die in anderen Beispielen angegeben ist. Dies ist auf das leichte Gewicht des Papiers zurückzuführen, das die Verwendung einer anderen Vorrichtung zur Messung der Steifheit als in den anderen Beispielen erfordert.

Es ist anzumerken, daß die beiden Kontrolldurchläufe, die im wesentlichen identische Resultate ergeben sollten, tatsächlich weit differierende Resultate ergaben. Die erhaltenen Kontrollwerte müssen daher mit Vorsicht behandelt werden.

Beispiel 27

Dies zeigt die Verwendung einer Reihe von alternativen anionischen Polymeren für die Behandlung von Faser und Füllstoff. Ein paralleler Test wurde auch durchgeführt unter Verwendung des anionischen Polyacrylamids, das in den vorherigen Beispielen verwendet wurde, um eine Standardreferenz zu schaffen.

Die Polymere wurden alle in 0,4%iger wäßriger Lösung verwendet und ihre chemische Natur und die Konzentration der wäßrigen Lösung sind unten angegeben:

Das folgende Vorgehen wurde für jedes der oben aufgelisteten Polymere durchgeführt:

a) Faserbehandlung
450 g einer 4%igen wäßrigen Fasersuspension (18 g Faser, bezogen auf Trockengewicht) wurden mit 9 l Wasser gemischt und 9 g Polymerlösung wurden zugegeben (diese Polymermenge entspricht einer Polymerbehandlungsmenge von 0,2%, bezogen auf Trockengewicht, bezogen auf das Trockengewicht der Faser). Dieses Vorgehen wurde dreimal für jedes Polymer durchgeführt, jeweils einmal für drei verschiedene Füllstoffmengen (siehe unten).
b) Füllstoffbehandlung
3,2 g Kreide wurden in etwa 100 g Wasser aufgeschlämmt und es wurde genügend Polymerlösung zugegeben unter Rühren, um eine Polymerbehandlungsmenge von 0,2%, bezogen auf Trockengewicht, bezogen auf das Trockengewicht der Kreide, zu schaffen. Eine Menge einer 5%igen wäßrigen Lösung von kationischer Stärke ("Amisol 5906"), die ausreichend war um eine Stärkebehandlungsmenge von 8% auf Trockenbasis, bezogen auf das Trockengewicht der Kreide zu ergeben, wurde dann unter Rühren zugegeben.
Das obige Verfahren wurde wiederholt unter Verwendung von 7,7 g und 14,7 g Kreide.
c) Mischen von Füllstoff- und Fasersuspension/Papierherstellung/Test
Jede behandelte Füllstoffsuspension wurde mit einer behandelten Fasersuspension unter Rühren gemischt und das entstehende Material wurde verwendet, um runde handgeschöpfte Blätter mit 50 gm^-2 Sollgrammgehalt herzustellen unter Verwendung einer British Standard Blattherstellungs-Vorrichtung. Die verwendeten Mengen von Füllstoff und Faser waren so, daß sich Sollfüllstoffgehalte von 15%, 30% und 45% ergaben. Eine Kontrolle wurde auch durchgeführt unter Verwendung von unbehandelter Faser und Kreide, die nur mit kationischer Stärke mit 8% Behandlungsmenge behandelt wurden, bezogen auf das Trockengewicht der Kreide. Die Werte für den Aschegehalt und die Berstzahl wurden für jedes Blatt bestimmt und die Ergebnisse sind in Tabelle 27 unten angegeben:

Tabelle 27

Die Berstzahlergebnisse sind graphisch in Fig. 8 dargestellt, wobei die Numerierung der Kurven der Numerierung in der Liste der Polymeren entspricht. Es zeigt sich, daß die Verwendung von anionischem Polyacrylamid viel bessere Retentionswerte ergab als mit den anderen Polymeren (obwohl die Ergebnisse unregelmäßig sind). Die Retentionswerte für die Kontrolle waren auch besser als die anderen Polymere und fast so gut wie für das anionische Polyacrylamid. Die Werte für die Berstzahl für die verschiedenen Polymere waren im selben Bereich für vergleichbare Aschegehalte. Da die Güte des Polyacrylamidsystems in früheren Beispielen gezeigt wurde, zeigt das Erreichen vergleichbarer Berstzahlwerte für die anderen Polymeren die Eignung dieser anderen Polymeren für die Verwendung in der vorliegenden Erfindung.

Beispiel 28

Dies zeigt die Verwendung eines Vinylmethylether/Maleinsäureanhydrid- Copolymers (PVM/MA) als anionisches Polymer in einem Verfahren, in dem Faser und Füllstoff mit einem kationischen Polymer behandelt werden.

a) Faserbehandlung
450 g einer 4%igen wäßrigen Fasersuspension (18 g Faser auf Trockenbasis) wurden mit 9 l Wasser gemischt und 1,08 g einer 5%igen Lösung von AAE-Copolymer ("Percol 1597") wurden zugegeben (diese Polymermenge stellt eine Polymerbehandlungsmenge von 0,3% auf Trockenbasis, bezogen auf das Trockengewicht der Faser dar). Dieses Vorgehen wurde dreimal für jedes Polymer durchgeführt, jeweils einmal für drei verschiedene Füllstoffmengen.
b) Füllstoffbehandlung
4,5 g Kreide wurden in etwa 100 g Wasser aufgeschlämmt und 0,27 g AAE-Copolymerlösung wurden unter Rühren zugegeben (dies ergab eine AAE-Copolymerbehandlungsmenge von 0,3% auf Trockenbasis, bezogen auf das Trockengewicht der Kreide). 1,09 g einer 5%igen PVM/MA-Lösung wurden dann unter Rühren zugegeben, was einer PVM/MA-Behandlungsmenge von 1,2% auf Trockenbasis, bezogen auf das Trockengewicht der Kreide ergab.
Das obige Vorgehen wurde dann zweimal wiederholt unter Verwendung von 12 g und 27 g Kreide, 0,27 und 1,62 g AAE-Copolymerlösung und 2,91 g und 6,56 g PVM/MA-Lösung. Die Behandlungsmengen blieben so die gleichen.
c) Mischen von Füllstoff- und Fasersuspension/Papierherstellung/ Test
Jede behandelte Füllstoffsuspension wurde unter Rühren mit einer behandelten Fasersuspension gemischt, was Papierherstellungsmaterialien mit Sollfüllstoffgehalten von 20%, 40% und 60% ergab. Diese Materialien wurden jeweils verwendet, um runde handgeschöpfte Blätter mit 60 gm^-2 Sollgewicht herzustellen, unter Verwendung einer British Standard-Blattbildungsvorrichtung. Der Aschegehalt und die Berstzahlwerte wurden für jedes Blatt bestimmt und die Resultate sind in der Tabelle 28 unten angegeben:

Tabelle 28

Beispiel 29

Dies zeigt ein Verfahren, in dem Faser und Füllstoff mit einem anionischen Polyacrylamid behandelt wurden und der Füllstoff weiter mit einer kationischen Stärke behandelt wurde, aber in dem ein verschiedener Bereich von Verhältnissen von Füllstoff zu Stärke zu Polyacrylamid verwendet wurde, verglichen mit den Verhältnissen, die vorher ausgeführt wurden. 10 verschiedene Durchläufe wurden ausgeführt.

a) Faserbehandlung
Eine 4%ige wäßrige Fasersuspension, enthaltend 36 kg Faser auf Trockenbasis, wurden hergestellt (die verwendete Faser war dieselbe Mischung wie im Beispiel 1 beschrieben). 14,4 kg einer 0,5%igen wäßrigen Lösung eines anionischen Polyacrylamids ("Percol E24") wurden zu der Fasersuspension unter Rühren zugegeben. Der Polyacrylamidgehalt der Suspension war 72 g oder 0,2%, bezogen auf das Gewicht der vorhandenen trockenen Faser. Die behandelte Fasersuspension wurde dann als Grundmischung für 10 verschiedene Papierherstellungsdurchläufe verwendet.
b) Füllstoffbehandlung
Kreide wurde in Wasser aufgeschlämmt und eine 0,5%ige Lösung von anionischem Polyacrylamid ("Percol E24") wurde unter Rühren zugegeben. Eine 5%ige Lösung von kationischer Stärke ("Amisol 5906") wurde dann unter weiterem Rühren zugegeben. Die verwendeten Mengen waren wie folgt: Für die Tests Nr. 1 bis 3 waren die Behandlungsmengen von anionischem Polyacrylamid und kationischer Stärke 0,69% bzw. 8,4% Trockenbasis, bezogen auf das Trockengewicht der Kreide und das Verhältnis von Kreide zu kationischer Stärke zu anionischem Polyacrylamid war 144 : 12 : 1. Dies ist dasselbe wie in einigen vorhergehenden Beispielen und bietet deshalb einen Standard zum Vergleich. Für die Tests 4 bis 6 waren die entsprechenden Behandlungsmengen 0,35% und 4,2% und das Verhältnis war 288 : 12 : 1. Für die Tests 7 bis 10 waren die entsprechenden Behandlungsmengen 0,235% und 2,8% und das Verhältnis war 432 : 12 : 1.
c) Mischen von Füllstoff- und Fasersuspension/Papierherstellung/ Test
Die behandelte Kreideaufschlämmung wurde zu der Fasersuspension an einer Stelle zugegeben, daß sich ein gutes Mischen in einem Ausmaß ergab, das Kreidemengen von etwa 15% (Test 1, 4 und 7), 30% (Test 2, 5 und 8), 45% (Test 3, 6 und 9) und 60% (Test 10), bezogen auf das Gesamtgewicht von Faser und Kreide, erreicht werden konnten. Die entstehende Kreide/Fasersuspension wurde auf Papierherstellungskonsistenz verdünnt. Ein Alkylketendimer-Leimungsmittel ("Aquapel 360x") wurde bei der Mischbütte mit einer Menge von 0,1%, bezogen auf das Gesamtgewicht von vorhandener Faser und Füllstoff zugegeben. Die verschiedenen Werkstoffe wurden entwässert, um Papierbahnen eines Sollgrammgehaltes von 100 gm^-2 auf dem normalen Weg herzustellen. Eine 5%ige Lösung von solubilisierter Stärke wurde in jedem Fall angewendet mit Hilfe eines Leimwerks auf der Papiermaschine. Die Papiere wurden den üblichen Testreihen unterworfen und die Retentionswerte wurden abgeleitet durch einen Vergleich des Asche(Kreide)gehaltes in dem Blatt mit dem Kreidegehalt des Papierherstellungsmaterials in dem Stoffablauf. Die erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 29 angegeben:

Tabelle 29

Es zeigt sich, daß im allgemeinen das Verhältnis von 144 : 12 : 1 (Tests 1 bis 3) bessere Retentionswerte ergab (mit Ausnahme von Test 1, der vielleicht anormal war) als ein Verhältnis von 288 : 12 : 1 (Tests 4 bis 6), das wiederum besser war als ein Verhältnis von 432 : 12 : 1. Die Werte für die Berstzahl sind graphisch dargestellt in Fig. 9. Es zeigt sich, daß das Verhältnis von 144 : 12 : 1 die besten Resultate ergab gefolgt von dem Verhältnis 432 : 12 : 1, gefolgt von dem Verhältnis 288 : 12 :1. Derselbe Trend ist ersichtlich bezüglich der Reißlängenwerte. Die Werte für den spezifischen Biegungsmodulus waren unregelmäßig und es ist schwierig, klare Schlüsse ziehen.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines beschwerten Papiers aus Papierherstellungsfaser und -füllstoff, umfassend die folgenden Schritte:

a) Behandlung der Papierherstellungsfaser in einem wäßrigen Medium mit einem geladenen Polymer;
b) separate Behandlung des Füllstoffs in einem wäßrigen Medium mit einem geladenen Polymer derselben Ladungspolarität wie das Polymer, das in Schritt (a) verwendet wird;
c) Zusätzliches Behandeln des Füllstoffes oder der Papierherstellungsfaser mit einem geladenen Polymer mit einer Ladungspolarität, die der des Polymers, das in den Schritten (a) und (b) verwendet wird, entgegengesetzt ist, wobei diese zusätzliche Behandlung nach, vor oder zur selben Zeit wie die Behandlung des Schritts (a) und/oder des Schritts (b) stattfindet;
d) Mischen der wäßrigen Suspension von behandeltem Füllstoff und behandelter Papierherstellungsfaser aus den Schritten (a) bis (c), um ein Papierherstellungsmaterial zu bilden, Verdünnen, soweit notwendig, vor, während oder nach dem Mischvorgang; und
e) Entwässern des Papierherstellungsmaterials, um eine beschwerte Papierbahn zu bilden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff Gegenstand der zusätzlichen Behandlung von Schritt (c) ist und daß die zusätzliche Behandlung ausgeführt wird nach der Behandlung von Schritt (a).

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das bei der Behandlung von Schritt (a) verwendete Polymer ein kationisches Papierherstellungs-Retentionshilfsmittel oder -flockungsmittel ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das bei der Behandlung von Schritt (a) verwendete Polymer ein kationisches Polyacrylamid oder ein kationisches Amin/Amid/Epichlorhydrincopolymer ist.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das bei der Behandlung in Schritt (a) verwendete Polymer in einer Menge von mindestens 0,15 Gew.-%, bezogen auf das Trockengewicht der Papierherstellungsfaser, verwendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das bei der Behandlung von Schritt (a) verwendete Polymer in einer Menge von 0,2 bis 0,4 Gew.-%, bezogen auf das Trockengewicht der Papierherstellungsfaser, verwendet wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das bei der Behandlung von Schritt (b) verwendete Polymer ein kationisches Papierherstellungs- Retentionshilfsmittel oder -flockungsmittel ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das bei der Behandlung von Schritt (b) verwendete Polymer ein kationisches Polyacrylamid oder ein kationisches Amin/Amid/Epichlorhydrin-Copolymer ist.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das bei der Behandlung von Schritt (b) verwendete Polymer in einer Menge von mindestens 0,1 Gew.-%, bezogen auf das Trockengewicht des Füllstoffs, verwendet wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das bei der Behandlung von Schritt (b) verwendete Polymer in einer Menge von 0,2 bis 1,0 Gew.-%, bezogen auf das Trockengewicht des Füllstoffs, verwendet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das bei der Behandlung von Schritt (b) verwendete Polymer in einer Menge von 0,3 bis 1,0 Gew.-%, bezogen auf das Trockengewicht des Füllstoffs, verwendet wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das bei der Behandlung von Schritt (c) verwendete Polymer eine anionische Stärke ist.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die anionische Stärke in einer Menge von mindestens 4 Gew.-%, bezogen auf das Trockengewicht des Füllstoffs, verwendet wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die anionische Stärke in einer Menge von 5 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Trockengewicht des Füllstoffs, verwendet wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis auf Trockenbasis der in den Schritten (b) und (c) verwendeten Polymermengen 1 : 6 bis 1 : 40 ist.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis 1 : 6 bis 1 : 14 ist.

17. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das bei der Behandlung von Schritt (a) verwendete Polymer ein anionisches Papierherstellungs- Retentionshilfsmittel oder -flockungsmittel ist.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das bei der Behandlung von Schritt (a) verwendete Polymer ein anionisches Polyacrylamid ist.

19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß das bei der Behandlung von Schritt (a) verwendete Polymer in einer Menge von mindestens 0,15 Gew.-%, bezogen auf das Trockengewicht der Papierherstellungsfaser verwendet wird.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das bei der Behandlung von Schritt (a) verwendete Polymer in einer Menge von 0,2 bis 0,4 Gew.-%, bezogen auf das Trockengewicht der Papierherstellungsfaser, verwendet wird.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß das in Schritt (b) verwendete Polymer ein anionisches Papierherstellungs- Retentionshilfsmittel oder -flockungsmittel ist.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das in Schritt (b) verwendete Polymer ein anionisches Polyacrylamid ist.

23. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß das bei der Behandlung von Schritt (b) verwendete Polymer in einer Menge von mindestens 0,1 Gew.-%, bezogen auf das Trockengewicht des Füllstoffs, verwendet wird.

24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß das bei der Behandlung von Schritt (b) verwendete Polymer in einer Menge von 0,2 bis 1,0 Gew.-%, bezogen auf das Trockengewicht des Füllstoffs, verwendet wird.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß das bei der Behandlung von Schritt (c) verwendete Polymer eine kationische Stärke ist.

26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die kationische Stärke in einer Menge von mindestens 4 Gew.-%, bezogen auf das Trockengewicht des Füllstoffs, verwendet wird.

27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die kationische Stärke in einer Menge von 8 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Trockengewicht des Füllstoffs, verwendet wird.

28. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis auf Trockenbasis der in den Schritten (b) und (c) verwendeten Polymermengen 1 : 12 bis 1 : 100 ist.

29. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis 1 : 24 bis 1 : 40 ist.

30. Verfahren für die Herstellung eines beschwerten Papiers aus Papierherstellungsfaser und -füllstoff, bestehend aus den folgenden Schritten:

a) Behandeln der Papierherstellungsfaser in einem wäßrigen Medium mit einem kationischen Polymer;
b) Separates Behandeln des Füllstoffs in einem wäßrigen Medium mit einem kationischen Polymer;
c) Behandeln des so behandelten Füllstoffs mit einem anionischen Polymer;
d) Mischen der wäßrigen Suspensionen von behandelter Papierherstellungsfaser aus Schritt (a) und behandeltem Füllstoff aus den Schritten (b) und (c), um ein Papierherstellungsmaterial zu bilden, Verdünnen, wenn notwendig, vor, während oder nach dem Papierherstellungsvorgang; und
e) Entwässern des Papierherstellungsmaterials, um eine beschwerte Papierbahn zu bilden.

31. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer, das sowohl in Schritt (a) als auch in Schritt (b) verwendet wird, ein kationisches Papierherstellungs- Retentionshilfsmittel oder -flockungsmittel ist und daß das in Schritt (c) verwendete Polymer eine anionische Stärke ist.

32. Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer, das sowohl in den Schritten (a) als auch (b) verwendet wird, ein kationisches Polyacrylamid oder ein kationisches Amin/Amid/Epichlorhydrin-Copolymer ist.

33. Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß das bei den Behandlungen in den Schritten (a) und (b) verwendete Polymer in einer Menge von 0,2 bis 1,0 Gew.-%, bezogen auf das Trockengewicht der Papierherstellungsfaser oder des Füllstoffs verwendet wird und die anionische Stärke in einer Menge von 5 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Trockengewicht des Füllstoffs, verwendet wird.

34. Verfahren zur Herstellung eines beschwerten Papiers aus Papierherstellungsfaser und -füllstoff, bestehend aus den folgenden Schritten:

a) Behandeln der Papierherstellungsfaser in einem wäßrigen Medium mit einem anionischen Polymer;
b) separates Behandeln des Füllstoffs in einem wäßrigen Medium mit einem anionischen Polymer;
c) Behandeln des so behandelten Füllstoffs mit einem kationischen Polymer;
d) Mischen der wäßrigen Suspensionen von behandelter Papierherstellungsfaser aus Schritt (a) und behandeltem Füllstoff aus den Schritten (b) und (c), um ein Papierherstellungsmaterial zu bilden, wenn notwendig, Verdünnen vor, während oder nach dem Papierherstellungsvorgang; und
e) Entwässern des Papierherstellungsmaterials, um eine beschwerte Papierbahn zu bilden.

35. Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer, das in den beiden Schritten (a) und (b) verwendet wird, ein anionisches Papierherstellungs- Retentionshilfsmittel oder -flockungsmittel ist und das in Schritt (c) verwendete Polymer eine kationische Stärke ist.

36. Verfahren nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß das in den beiden Schritten (a) und (b) verwendete Polymer ein anionisches Polyacrylamid ist.

37. Verfahren nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß das bei den Behandlungen der Schritte (a) und (b) verwendete Polymer in einer Menge von 0,2 bis 0,4 Gew.-%, bezogen auf das Trockengewicht der Papierherstellungsfaser oder des Füllstoffs verwendet wird und die kationische Stärke in einer Menge von 8 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Trockengewicht des Füllstoffs verwendet wird.