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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Pulpstoff, ein Verfahren um
ihn zuzubereiten, die Verwendung des Stoffs als ein Rohmaterial
zur Herstellung von Druckpapier, bevorzugt Zeitungspapier, und ein
Druckpapier. Der gemäß dem Verfahren
der vorliegenden Erfindung hergestellte Stoff kann als ein Rohmaterial
zur Herstellung verschiedener Papiere verwendet werden, wie SC Papier
(satiniert) mit sowohl Offset- als auch Tiefdruck, beschichtetes
Papier mit geringem Flächengewicht
oder LWC Papier (leichtgewicht-beschichtet) mit sowohl Offset- als auch Tiefdruck,
Zeitungspapier oder entsprechende Druckpapiere. Zeitungspapier umfasst auch
andere Sorten von Papier als die für Zeitungen verwendeten, z.
B. Katalogpapiere und Tiefdruckpapiere.
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Ein
bekanntes Verfahren zur Herstellung mechanischer Pulpe ist in der
Patentveröffentlichung
US 5,145,010 A dargelegt,
die der internationalen Anmeldung
WO 8906717 A und der schwedischen Patentveröffentlichung
SE 459924 A entspricht.
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Das
Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
- – Behandeln
von Weichholzspänen
mit Wasser und Chemikalien
- – erstes
Aufbereiten der behandelten Späne
- – Trennen
der aufbereiteten Weichholzpulpe in Gut- und Spuckstoffteile, wobei
der Spuckstoffteil 15–35% des
aufbereiteten Stoffs umfasst
- – Aufbereiten
des Spuckstoffteils in zwei Stufen, wobei die Stoffkonsistenz in
der ersten Stufe ungefähr 20–35% und
in der dritten Stufe ungefähr
5% beträgt,
und
- – der
oben genannte Stoff wird fraktioniert, um einen Gutstoffteil und
einen Spuckstoffteil auszubilden.
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Ein
bekanntes Verfahren zur Herstellung mechanischer Pulpe ist in der
Patentveröffentlichung
US 4,938,843 A vorgestellt.
Der Prozess involviert die Herstellung von chemischthermomechanischer
Pulpe. Die mit Chemikalien und Wärme behandelten
Späne werden
auf einen Entwässerungsfähigkeitswert
von 100–700 ml
CSF aufbereitet, üblicherweise
in einem Zwei-Stufen
Aufbereitungsprozess, und sortiert, um einen ersten Gutstoffteil
und einen ersten Spuckstoffteil derart auszubilden, dass zumindest
30% des Stoffs in den Spuckstoffteil wandern. Der erste Gutstoffteil
wird ein zweites Mal sortiert, wobei ein zweiter Gutstoffteil und
ein zweiter Spuckstoffteil erhalten werden. Der erste und der zweite
Spuckstoffteil werden vereinigt, wodurch ein Langfaseranteil mit
einem Entwässerungsfähigkeitswert
von 200–750
ml CSF hergestellt wird, der getrennt verwendet werden kann, um
grobfasrige Produkte herzustellen, z. B. Pappe, oder er kann weiter
aufbereitet werden und zur ersten Sortierung zurückgeführt werden.
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Ein
bekanntes Verfahren ist das Verfahren zur Zubereitung von Stoff,
das im Oberbegriff von Patentanspruch 1 der vorliegenden Anmeldung
beschrieben ist, bei welchem Verfahren der Prozess mit einer zweistufigen
Aufbereitung beginnt. Die Späne
werden in den ersten Aufbereiter zugeführt, von dem aus sie in den zweiten
Aufbereiter zugeführt
werden, nachdem die erste Aufbereitung abgeschlossen ist. Nach dem
zweiten Aufbereiter beträgt
der Entwässerungsfähigkeitswert
der Pulpe ungefähr
120 ml CSF. Die Konsistenz ist typischerweise 50% beim ersten Aufbereiter
und 45% beim zweiten Aufbereiter. Nach dem ersten Aufbereiter beträgt die gemessene
Durchschnittsfaserlänge,
wenn Fichte als Rohmaterial verwendet wird, ungefähr 1,7 mm, und
nach dem zweiten Aufbereiter beträgt die Durchschnittsfaserlänge, wenn
das gleiche Rohmaterial verwendet wird, ungefähr 1,5 mm. Nach dem zweiten
Aufbereiter gibt es ein Wartezeitbecken, in dem die Fasern gerichtet
werden, indem die Konsistenz auf 1–2% verdünnt wird. Die Fasern werden
im Wartezeitbecken eine Stunde lang behandelt. Die Fasern werden
zum ersten Sortierer befördert,
der den Stoff sortiert, um einen Gutteil und einen Spuckteil auszubilden.
Der Entwässerungsfähigkeitswert
des Gutstoffteils beträgt
ungefähr
20 ml CSF. Wasser wird aus dem Spuckstoffteil entfernt, bis eine
Konsistenz von 45% erreicht wird. Der Spuckstoffteil, der 40–50% des
Gesamtstoffs umfasst, wird zu einem dritten Aufbereiter gefördert, von
dem der auf eine Konsistenz von 1% verdünnte Spuckstoff zu einem zweiten
Sortierer fort transportiert wird. Der Stoff wird wiederum in einen
Gutstoffteil und in einen Spuckstoffteil fraktioniert. Der Spuckstoffteil
wird nach Entfernen des Wassers bei einer Konsistenz von 45% zu
einem vierten Aufbereiter gefördert,
und weiter auf eine Konsistenz von 1% verdünnt zu einem dritten Sortierer.
Der Spuckstoffteil von diesem Sortierer wird wiederum zu einem vierten
Aufbereiter zugeführt.
Der aus diesem Prozess erhaltene Stoff hat einen Entwässerungsfähigkeitswert
von 30–70
ml CSF. Der in den Aufbereitern verwendete Druck beträgt 350–400 kPa.
Der Prozess verbraucht ungefähr
3,3 MWh/t Energie (bei Verwendung von Fichte als Rohmaterial), von
der 0,3 MWh/t verwendet wird, um die Konsistenz für jede Stufe
des Prozess auf ein geeignetes Niveau zu regulieren.
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Bei
dem zuvor genannten Prozess gemäß dem Stand
der Technik umfassen die Probleme hohen Energieverbrauch, relativ
kurze Durchschnittsfaserlänge
des erhaltenen Stoffs, und hauptsächlich deshalb Defizite bei
der Zugfestigkeit und Einreißfestigkeit
des aus dem Stoff hergestellten Druckpapiers. Die zuvor genannten
Probleme können
durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung zur Herstellung von
Stoff, dem Stoff selbst, der Verwendung des Stoffs bei Herstellung
von Druckpapier und dem Druckpapier selbst reduziert werden.
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Das
Verfahren zur Herstellung von Stoff gemäß der vorliegenden Erfindung
ist dadurch gekennzeichnet, dass der Stoff in der ersten Aufbereitungsstufe
bei einem überatmosphärischen
Druck von über
400 kPA (über
4 bar) aufbereitet wird, um einen Stoff mit einen Entwässerungsfähigkeitswert
von 250–700
ml CSF zu bilden. Der gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellte Stoff ist dadurch gekennzeichnet, dass zumindest 40
Gewichtsprozent der Fasern nicht durch das Bauer-McNett Sortierer
mit einer Maschenbreite von 28 hindurch gelangen. Das gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellte Druckpapier ist dadurch gekennzeichnet, dass
es aus einem gemäß der Patentansprüche 38–41 hergestellten
Stoff gemacht wird.
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Die
Grundidee des Stoffzubereitungsverfahrens gemäß der Beschreibung ist es,
einen mechanischen Pulpstoff mit einem hohen relativen Anteil an
Langfasern herzustellen. Der Begriff "mechanische Stoff" wird in dieser Anmeldung verwendet,
um einen durch Aufbereiten von Holzrohmaterial, wie Späne, hergestellten
Stoff herzustellen. In Verbindung mit der Aufbereitung wird das
Holzrohmaterial und/oder der Stoff wärmebehandelt, in welchem Fall
es sich bei dem Prozess um den der Herstellung von thermomechanischer
Pulpe handelt. Das Holzrohmaterial kann auch vor der Aufbereitung
mit Chemikalien behandelt sein, in welchem Fall es sich bei dem
Prozess um den der Herstellung von chemisch-thermomechanischer Pulpe
handelt.
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Bei
Verwendung dieses Verfahrens ist es möglich, eine Durchschnittsfaserlänge zu erhalten,
die 10% länger
ist als in den Verfahren gemäß dem Stand
der Technik. Der relative Anteil kurzer Fasern bleibt mehr oder
weniger der gleiche wie im Stand der Technik, jedoch nimmt der Anteil
der mittellangen Fasern ab und der Anteil der langen Fasern nimmt
zu. Erstaunlicherweise ist es möglich,
aus dem Stoff mit hoher Durchschnittsfaserlänge ein Papier mit guter Ausbildung
und mit Eigenschaften herzustellen, welche die hohen Anforderungen
für Druckpapier
erfüllen.
Traditionellerweise war es schwierig die Eigenschaften von langer
Durchschnittsfaserlänge
und Stoff mit guter Ausbildung im gleichen Produkt zu erreichen,
weil keine Möglichkeit
bekannt war, Fasern auf einen geforderten Feinheitsgrad bei relativ
hoher Faserlänge
aufzubereiten. Weiter ist beim Verfahren der Zubereitung von Stoff
gemäß der Erfindung
der Energieverbrauch geringer als bei bekannten Verfahren, die auf
den gleichen Entwässerungsfähigkeitswert
abzielen. In dieser Patentanmeldung betrifft ein Entwässerungsfähigkeitswert
die kanadische Standard-Entwässerungsfähigkeit,
deren Einheit ml CSF ist. Entwässerungsfähigkeit
kann verwendet werden, um den Aufbereitungsgrad der Pulpe zu kennzeichnen.
Gemäß der Literatur
existiert die folgende Korrelation zwischen der Entwässerungsfähigkeit
und der gesamten spezifischen Fläche
der Faser: A = –3,03 In (CSF) + 21,3, wobei
A = gesamte spezifische Fläche
der Pulpe (Einheit m2/g).
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Gemäß der zuvor
genannten Formel erhöht
sich die gesamte spezifische Fläche
der Pulpe, wenn die Entwässerungsfähigkeit
abnimmt, d. h. die Entwässerungsfähigkeit
gibt ein klares Anzeichen des Aufbereitungsgrades, weil die spezifische
Fläche
der Fasern zunimmt, während
der Anteil der Fasern wächst.
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Wegen
des relativ hohen Anteils an Langfasern in diesem aus unberührten (primären) Fasern
hergestellten Stoff weist ein aus dem Stoff hergestelltes Druckpapier
bessere Zug- und Reißeigenschaften
auf. Dank der besseren Festigkeitseigenschaften kann Druckpapier
von geringerem Flächengewicht
als zuvor hergestellt werden. Zusätzlich können mehr Füllstoffe hinzugefügt werden,
um teurere Fasern zu ersetzen und/oder dem Druckpapier zusätzliche
Eigenschaften zu verleihen. Der für satiniertes Papier verwendete
Füllstoffgehalt
kann ungefähr
30% betragen, und für
Zeitungspapier 7–15%,
vorteilhafterweise ungefähr
10%. Füllstoffe
reduzieren die Festigkeit des Papiers, aber sie sind billiger als
Faserrohmaterial und verbessern z. B. den Lichtstreukoeffizienten
und die Opazität
des Papiers.
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Der
Stoff kann verwendet werden um z. B. Zeitungspapier mit einem Flächengewicht
von 30–40
g/m2 herzustellen, gemessen bei einer Temperatur
von 23°C
und bei einer relativen Feuchtigkeit von 50%. Wichtige für Zeitungspapiersorten
benötigte
Eigenschaften sind Lauffähigkeit,
Bedruckbarkeit und visuelle Erscheinung. Mit guter Lauffähigkeit
ist gemeint, dass das Papier durch eine Druckmaschine ohne Brüche in der
Bahn gefördert
werden kann. Die Laufeigenschaft von Papier bestimmende Papiereigenschaften
umfassen Einreißfestigkeit,
Ausbildung, Zugfestigkeit, Dehnung und Flächengewichtsvariation.
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Bedruckbarkeit
bedeutet die Fähigkeit
des Papiers, die Farbe aufzunehmen und sie zu halten. Drucktinte
darf beim Schaben nicht abgehen, sich von einem Blatt zum anderen übertragen
oder durch das Papier scheinen. Die Bedruckbarkeit von Papier bestimmende
Eigenschaften umfassen z. B. Glätte,
Absorptionsvermögen,
Feuchtigkeitsgehalt, Ausbildung, Opazität, Glanz, Porosität und Porengrößenverteilung.
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Das
visuelle Erscheinen von Papier kann durch seine optischen Eigenschaften
beurteilt werden, wie Glanz, Weißheit, Reinheitsgrad und Opazität.
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Die
Baumarten, die in dieser Anmeldung als geeignete Rohmaterialien
zur Verwendung dargelegt wurden, sind Fichte (Pikea abies), Kiefer
(Pinus sylvestris) und Südkiefer
(genus Pinus), verschiedene unterschiedliche Arten). Es ist auch
möglich,
dass der aus Holzrohmaterial hergestellte Stoff einen aus zumindest zwei
verschiedenen Baumarten erhalten und/oder in zumindest zwei verschiedenen
Weisen zubereiteten Stoff enthalten kann, welche bei einer geeigneten
Stufe der Zubereitung miteinander gemischt werden. Z. B. ist bei satiniertem
Papier und bei beschichteten Papieren mit geringem Flächengewicht
eine durch chemisches Kochen erhaltene chemische Pulpe generell
eine der verwendeten Rohmaterialien, wobei diese normalerweise nicht
in Zeitungspapier verwendet wird. Die Menge der chemischen Pulpe
in satinierten Papier ist gewöhnlich 10–20%, und
in beschichteten Papieren mit geringem Flächengewicht 20–50% der
Pulpenzusammensetzung. Die Pulpenzusammensetzung betrifft den gesamten
zur Herstellung von Papier verwendeten Faserstoff.
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Die
Stoffzubereitung durch das Verfahren gemäß der Beschreibung umfasst
das erste Aufbereiten eines geeigneten Holzrohmaterials und die
folgenden Aufbereitungs- und Sortierstufen. Die sogenannte primäre oder
erste Stufe des Aufbereitens wird bei einer hohen Temperatur von
165–175°C und für eine kurze
Zeit unter einem hohen Druck von 600–700 kPa (6–7 bar) durchgeführt, als
Ergebnis dessen der Stoff ziemlich grob bleibt. Die durchschnittliche
Retentionszeit des Rohmaterials im Hochdruckaufbereiter beträgt lediglich
5–10 Sekunden.
Die Temperatur, bei der ein Aufbereiten stattfindet, wird durch
den Druck des gesättigten
Dampfs bestimmt.
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Die
erste Stufe des Aufbereitens ist vorteilhafterweise ein Einstufenprozess.
Es kann jedoch verschiedene parallele Aufbereiter in der gleichen
Stufe geben. Nach der ersten Stufe des Aufbereitens hat der Stoff einen
Entwässerungsfähigkeitswert
von 205–700
ml CSF. Nach der ersten Stufe des Aufbereitens wird der Stoff sortiert,
um einen ersten Gutstoffteil und einen ersten Spuckstoffteil herzustellen.
Wenn der Stoff in den ersten Gutstoffteil und in den ersten Spuckstoffteil
sortiert wurde, gibt es verschiedene mögliche Abläufe, um den Prozess fortzusetzen,
wie
- – Einstufenverarbeitung
des ersten Spuckstoffteils, bei dem der Spuckstoffteil in einem
Schritt aufbereitet und sortiert wird. Gutstoffteile werden nach
jeder Stufe des Sortierens aus dem Prozess entnommen und/oder Gutstoffteile
werden nochmals sortiert, oder
- – Zweistufenverarbeitung
des ersten Spuckstoffteils, bei dem der Spuckstoffteil in zwei Schritten
aufbereitet und sortiert wird. Die Gutstoffteile werden nach jeder
Stufe des Sortierens aus dem Prozess genommen und/oder die Gutstoffteile
werden nochmals sortiert, oder
- – Dreistufenverarbeitung
des ersten Spuckstoffteils, bei dem der Spuckstoffteil in drei Schritten
aufbereitet und sortiert wird und die Gutstoffteile nach jeder Sortierstufe
aus dem Prozess genommen werden, oder
- – vorwärtsverbundene
Zwei- oder Dreistufenverarbeitung von Spuckstoff, das bedeutet die
Verarbeitung des Spuckstoffs zuerst in zwei oder drei Schritten
und Entfernen des Gutstoffs nach jeder Sortierstufe, und danach
die Aufbereitung des letzten Spuckstoffteils z. B. in einem Low-consistency
Refiner und Entfernen des gesamten im Low-consistency Refiner verarbeiteten Stoffs
aus dem Prozess.
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Bei
den zuvor genannten Alternativen besteht ein Schritt aus einem aufeinanderfolgenden
Aufbereiter und Sortierer. Die zuvor genannten Ausführungsformen
werden nachfolgend im Detail beschrieben. Die in verschiedenen Stufen
des Prozesses erhaltenen Gutstoffteile werden kombiniert und gemischt,
möglicherweise gebleicht,
und als Rohmaterial verwendet, um Papier in einer Papiermaschine
herzustellen. Die Maschine zur Zubereitung des Stoffs kann verschiedene
parallele Prozesslinien aufweisen, von denen all die erhaltenen
Gutstoffteile vereinigt werden.
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Im
Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die 1–5 detaillierter
erklärt,
die schematische Diagramme des Stoffherstellungsprozesses zeigen,
von denen alle verschiedene Ausführungsformen
der gleichen Erfindung sind.
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Bevor
die Späne
gemäß 1 in
den Prozess zugeführt
werden, werden die Späne
bei heißem
Dampf unter Druck vorbehandelt, wodurch die Späne weich gemacht werden. Der
bei der Vorbehandlung verwendete Druck ist vorteilhafterweise 50–800 kPa.
Chemische Stoffe, z. B. alkalische Peroxyde oder Sulfite, wie Natriumsulfit,
können
bei der Vorbehandlung der Späne
auch verwendet werden. Vor den Aufbereitern (Refinern) gibt es üblicherweise
auch Mittel zum Trennen des Dampfes, wie Wirbelkammern.
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Im
Prozess gemäß 1 werden
die Späne
bei einer Konsistenz von 40–60%,
z. B. 50%, zum Aufbereiter (Refiner) 1 gefördert, von dem ein Stoff mit
einem Entwässerungsfähigkeitswert
von 250–700
ml CSF erhalten wird. Wenn Fichte (Pikea abies) als Rohmaterial
verwendet wird, beträgt
die durchschnittliche Faserlänge
nach einem Aufbereiter 1 nicht weniger als 2,0 mm. Der
Druck im Aufbereiter 1 ist hoch, ein überatmosphärischer Druck von mehr als
400 kPa (über
4 bar), vorteilhafterweise 600–700
kPa. Überatmosphärischer Druck
bedeutet Druck, der höher
ist als normaler atmosphärischer
Druck. Der Aufbereiter kann ein konischer oder ein Scheibenaufbereiter
sein, vorteilhafterweise ein konischer Aufbereiter. Verglichen mit
einem Scheibenaufbereiter ergibt ein konischer Aufbereiter einen
Stoff mit einer längeren
Faserlänge.
Der Energieverbrauch des Aufbereiters 1 beträgt 0,4–1,2 MWh/t.
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Der
Stoff wird über
ein Wartezeitbecken 2 zum Sortierer (Sieb) 3 zugeführt. Im
Wartezeitbecken 2 werden die Fasern, die sich während des
Aufbereitens verdrillt haben, gerichtet, wenn sie für eine Stunde
in heißem
Wasser gehalten werden. Die Stoffkonsistenz im Wartezeitbecken 2 beträgt 1,5%.
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Vom
Sortierer 3 wird der erste Gutstoffteil A1 erhalten, der
einen Entwässerungsfähigkeitswert
von 20–50
ml CSF aufweist. Der erste Spuckstoffteil R1 umfasst 60–90%, vorteilhafterweise
ungefähr
80% des gesamten Stoffs. Der erste Spuckstoffteil R1 wird nach Entfernen
des Wassers bei einer Konsistenz von 30–60%, vorteilhafterweise bei
einer Konsistenz von ungefähr
50%, zum Aufbereiter 4 zugeführt und von dort weiter bei einer
Konsistenz von 1–5%
zum Sortierer 5. Der Energieverbrauch des Aufbereiters 4 beträgt 0,5–1,8 MWh/t.
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Vom
Sortierer 5 wird der zweite Gutstoffteil A2 und der zweite
Spuckstoffteil R2 erhalten, der 60–80% des beim Sortierer 5 in
der vorigen Stufe zurückgehaltenen
Stoffs R1 umfasst. Der zweite Spuckstoffteil R2 wird bei einer Konsistenz
von 30–50%,
vorteilhafterweise bei einer Konsistenz von 50%, zum Aufbereiter 6 zugeführt, und
von dort weiter bei einer Konsistenz von 1–5% zum Sortierer 7,
von dem der dritte Gutstoffteil A3 und der dritte Spuckstoffteil
R3 erhalten wird, der zum Einlass des Aufbereiters 6 zurückgeführt wird.
Der Energieverbrauch des Aufbereiters beträgt 0,5–1,8 MWh/t. Der gesamte Stoff,
der durch Vereinigen der Gutstoffteile A1, A2 und A3 erhalten wird,
weist einen Entwässerungsfähigkeitswert
von 30–70
ml CSF auf.
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Die
obigen Energieverbrauchswerte hinsichtlich des Prozess gemäß 1 sind
der Energieverbrauch, wenn die Späne nicht chemisch behandelt
wurden, d. h. die Pulpe TMP ist.
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Bei
Aufbereitern 4 und 6 kann der Druck hoch sein,
zumindest über
400 kPa (über
4 bar), vorteilhafterweise 600– 00
kPa (6–7
bar), oder er kann auf einem normalen Niveau sein, nicht mehr als
400 kPa, vorteilhafterweise 300–400
kPa.
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Um
eine Konsistenz von 30–60%,
vorteilhafterweise ungefähr
50% zu erhalten, wird vor den Aufbereitern ein Wasserentfernen mit
einer Schraubenpresse oder einem ähnlichen Mittel durchgeführt, welches
es erlaubt, genügend
Wasser aus dem Prozess zu entfernen, so dass die oben genannte hohe
Konsistenz erhalten wird. Ein Verdünnen des Stoffs vor dem Sortieren
wird durchgeführt,
indem Wasser in den Prozess mit einer für diesen Zweck geeigneten Pumpe
gepumpt wird.
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Der
Stoff wird durch bekannte Verfahren sortiert, indem z. B. ein Sortierer
mit einem geschlitzten Sieb mit einer Schlitzgröße von 0,10–0,20 und einer der Sortiersituation
und dem gewünschten
Ergebnis geeignet gewählten
Profilhöhe
verwendet wird. In einem Prozess mit mehreren Sortierstufen vergrößert sich
die Größe der Siebschlitze
im Allgemeinen in Richtung des Endes des Prozesses. Die Eigenschaften
der Siebe müssen derart
gewählt
sein, dass die Sortierer in abnormalen Betriebssituationen nicht
blockiert werden, z. B. wenn der Prozess gestartet wird. Wenn ein
geschlitztes Sieb verwendet wird, beträgt die Konsistenz üblicherweise 1–5%.
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Eine
Möglichkeit
zum Sortieren des Stoffs ist ein zentrifugaler Reiniger, in welchem
Fall die Konsistenz niedriger reguliert werden muss, als wenn ein
geschlitztes Sieb verwendet wird. Wenn ein zentrifugaler Reiniger
verwendet wird, beträgt
die Konsistenz vorteilhafterweise ungefähr 0,5%.
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Der
gebrauchsfertige Stoff, der erhalten wurde, indem die Gutstoffteile
A1, A1 und A3 vereinigt und gemischt wurden, weist eine durch das
Bauer-McNett Verfahren vermittelte Faserverteilung wie folgt auf:
40–50% der
Fasern gelangen nicht durch Sortierer mit 16 er und 28 er Maschenweite,
15–20%
der Fasern gelangen durch Sortierer mit 16 er und 28 er Maschenweite,
nicht jedoch durch Sortier mit 48 er und 200 er Maschenweite, und
35–40%
der Fasern gelangen durch Sortierer mit 48 er und 200 er Maschenweiter,
d. h. diese Fasern gehen durch all die verwendeten Sortierer (–200 er
Maschenweite).
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Die
durchschnittliche Faserlänge
der Fasern, die im 16 er-Maschenweitesortierer
zurückgehalten
werden, beträgt
2,75 mm, diejenige der durch den 48 er-Maschenweitesortierer zurückgehaltenen
Fasern 1,23 mm, und diejenigen der durch den 200 er Maschenweitesortierer
zurückgehaltenen
0,35 mm. (J. Tasman: The Fiber Length of Bauer-McNett Screen Fractions,
TAPPI, Vol. 55, No. 1 (January 1972)).
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Der
so erhaltene Stoff enthält
40–50%
Faser mit einer durchschnittlichen Faserlänge von über 2,0 mm, 15–20%, Fasern
mit einer durchschnittlichen Faserlänge von über 0,35 mm, und 35–40% Fasern
mit einer durchschnittlichen Faserlänge von weniger als 0,35 mm.
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2 zeigt
eine weitere Ausführungsform
der Erfindung. Die Anfangsstufe des Prozesses ist wie der in 1 gezeigte
Prozess, jedoch wird der dritte Spuckstoffteil R3 dagegen zum Aufbereiter 8 gefördert und von
dort zum Sortierer 9. Der vom Sortierer 9 erhaltene
vierte Gutstoffteil A4 wird verwendet, um mit den anderen Gutstoffteilen
A1, A2 und A3 vereinigt zu werden. Der vierte Spuckstoffteil R4
wird zum Einlass des Aufbereiters 8 zurückgeführt. Diese Art der Anordnung
kann notwendig sein, wenn man auf ein niedrigeres Entwässerungsfähigkeitsniveau
abzielt, z. B. ein Niveau von 30 ml CSF.
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3 zeigt
eine dritte Ausführungsform
der Erfindung. Die Anfangsstufe des Prozesses ist wie der in 2 gezeigte
Prozess, jedoch wird der vierte Spuckstoffteil R4 zu einem Low-consistency
Refiner LC gefördert.
Die Konsistenz des in den Low-consistency Refiner zugeführten Stoffteils
R4 beträgt 3–5%. Die
erhaltenen Gutstoffteile A1, A2, A3, A4 und A5 werden vereinigt
und gemischt, um einen gebrauchsfertigen Stoff zu bilden.
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4 zeigt
eine vierte Ausführungsform
der Erfindung. Der vom Sortierer 3 erhaltene Spuckstoffteil R1
wird zum Aufbereiter 4 gefördert und von dort weiter zum
Sortierer 5. Der vom Sortierer 5 erhaltene Spuckstoffteil
wird zurück
zum Einlass des Aufbereiters 4 gefördert. Der vom Sortierer 5 erhaltende
Gutstoffteil A2 wird aus dem Prozess genommen.
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Der
vom Sortierer 3 erhaltene Gutstoffteil A1 wird zum nochmaligen
Sortieren zum Sortierer 10 gefördert. Der vom Sortierer 10 erhaltene
Gutstoffteil All wird aus dem Prozess genommen. Der vom Sortierer 10 erhaltene
Spuckstoffteil R11 wird zum Aufbereiter 11 gefördert und
von dort weiter zum Sortierer 12. Der vom Sortierer 12 erhaltene
Spuckstoffteil R12 wird zurück
zum Einlass des Aufbereiters 11 gefördert. Der vom Sortierer 12 erhaltene
Gutstoffteil A12 wird aus dem Prozess genommen, um mit den anderen
Gutstoffteilen All und A2 vereinigt zu werden.
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5 zeigt
eine fünfte
Ausführungsform
der Erfindung. Der Prozess ist sonst wie der in 1 gezeigte Prozess,
jedoch wird der vom Sortierer 3 erhaltene Gutstoffteil
A1 zum nochmaligen Sortieren zum Sortierer 13 gefördert. Der
vom Sortierer 13 erhaltene Gutstoffteil A13, der vom Sortierer 5 erhaltene
Gutstoffteil A2 und der vom Sortierer 7 erhaltene Gutstoffteil
A3 werden vereinigt und zusammengemischt und gefördert, um im Papiererzeugungsprozess
verwendet zu werden. Der vom Sortierer 13 erhaltene Spuckstoffteil
R13 wird mit den Spuckstoffteilen R2 und R3 vereinigt, und der vereinigte
Stoff wird zum Aufbereiter 6 gefördert.
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Das
in diesem Prozess verwendete Holzrohmaterial kann jede Art von Holz
sein, aber es ist normalerweise Weichholz, vorteilhafterweise Fichte,
aber auch Kiefer und Südkiefer
sind für
diesen Zweck geeignete Holzrohmaterialien. Wenn das verwendete Holzrohmaterial
Fichte ist und die Späne
nicht mit Chemikalien vorbehandelt wurden, beträgt der Energieverbrauch ungefähr 2,8 MWh/t,
wovon ungefähr
0,3 MWh/t verwendet wird, um die Stoffkonsistenz zu regulieren,
um für
jede Stufe des Prozesses geeignet zu sein. Bei Verwendung des in 1 gezeigten
Prozesses beträgt
der Energieverbrauch bei der ersten Stufe der Aufbereitung 0,4–1,2 MWh/t,
bei der zweiten Stufe der Aufbereitung 0,5–1,8 MWh/t und bei der dritten
Stufe der Aufbereitung 0,5–1,8
MWh/t. Die benötigte
Energiemenge ist höher,
wenn Kiefer anstelle von Fichte verarbeitet wird, beispielsweise
erfordert eine Verarbeitung von Südkiefer ungefähr 1 MWh/t
mehr Energie als Fichte. Auch Veränderungen bei der Größe der Späne beeinflussen
den Energieverbrauch. Die zuvor genannten Energieverbrauchsraten
wurden gemäß Spänesortiertests
berechnet, wo die durchschnittliche Länge eines Spans 21,4 mm und
die durchschnittliche Dicke 4,6 mm betrug.
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Nachfolgend
werden die Eigenschaften von aus gemäß dem beschriebenen Verfahren
zubereiteten Stoff hergestellten Druckpapier anhand von Beispielen
dargestellt. Die Verfahren, die beim Prüfen der Eigenschaften des Druckpapiers
verwendet wurden, umfassen die folgenden:
| Entwässerungsfähigkeit | SCALA-M
4:65 |
| Flächengewicht | SCALA-C
28:76/SCAN-M8:76 |
| Füllstoffgehalt | SCALA-P
5:63 (Papier und Brettesche) |
| Zugfestigkeit | SCALA-P
38:80 |
| Interne
Bindefestigkeit | TAPPI |
| | Hilfreiches
Verfahren |
| | 403
(Anleitungen für |
| | ein
RD Gerät) |
| Zugindex | SCALA-P
38:80 |
| Dehnung | SCALA-P
38:80 |
| Rissindex | SCALA-P
11:96 |
| Einreißfestigkeit | SCALA-P
11:96 |
| Biegefestigkeit | Edana
Test (entspricht ES 3356:1982) |
| Papierdicke | SCALA-P
7:96 |
| Beta-Bildung | Anleitungen
für Gerät |
| Standardisierte
Beta-Bildung | Anleitungen
für Gerät |
| Porosität | SCALA-P
60:87 |
| Rauhigkeit
nach Bendtesn | SCALA-P
21:67 |
| Opazität | SCALA-P
8:93 |
| ISO
Weißgehalt | SCALA-P
3:93 |
| Y-Wert | SCALA-P
8:93 |
| Lichtabsorptionskoeffizient | SCALA-P
8:93 |
| Lichtstreuungskoeffizient | SCALA-P
8:93 |
| PPS
Rauheit | SCALA-P
76:95 |
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Beispiel 1
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Für Zeitungspapier
geeignetes Druckpapier wurde hergestellt, um die Eigenschaften des
Endprodukts zu vergleichen. Eine Probe 1 wurde aus einem Stoff hergestellt,
der gemäß dem bekannten,
zu Beginn der Patentanmeldung beschriebenen Verfahren zubereitet
wurde, wobei dieser Stoff 42% deinkter Pulpe enthält, und
eine Probe 2 wurde aus einem primären Faserstoff hergestellt,
der gemäß dem beschriebenen
Verfahren zubereitet wurde. Bei Probe 1 wurde Kaolin als der Füllstoff
verwendet, bei Probe 2 wurde pulvriges Calciumcarbonat als der Füllstoff
verwendet. Die von den Proben ermittelten Ergebnisse sind in Tabelle
1 gezeigt.
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Tabelle 1.
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Die
Eigenschaften von unsatiniertem Druckpapier, das aus dem gemäß einem
bekannten Verfahren zubereiteten Stoff hergestellt wurde (Probe
1) und die Eigenschaften von unsatiniertem Druckpapier, das aus einem
gemäß der Beschreibung
(Probe 2) zubereiteten Stoff hergestellt wurde.
| Probe | 1 | 2 |
| Entwässerungsfähigkeit
(ml CSF)
Probe aus Stoffauflauf | 61 | 50 |
| Flächengewicht
(g/m2) | 40,0 | 37,7 |
| Füllstoffgehalt
(%) | 6,6 | 9,7 |
| Zugfestigkeit
(kN/m) | Durchschnitt
MD
CD | 0,82
1,24
0,39 | 1,06
1,68
0,44 |
| Zugfestigkeitverhältnis (MD/CD | 3,32 | 3,23 |
| Interne
Bindefestigkeit (Bindefestigkeit nach Scott) | 105 | 100 |
| Einreißfestigkeit
(mN) | Durchschnitt
MD
CD | 208
138
278 | 223
143
302 |
| Papierdicke
(cm3/g) | 2,66 | 2,66 |
| Beta-Bildung
(g/m2) | 3,1 | 2,7 |
| Standardisierte
Beta-Bildung | 0,490 | 0,440 |
| Porosität (ml/min) | 2292 | 1596 |
| Rauhigkeit nach Bendtesn
(ml/min) | Durchschnitt Oberfläche Bodenfläche | 879 | 909 |
| 941 | 823 |
| 817 | 995 |
| Opazität
(%) | Durchschnitt Oberfläche Bodenfläche | 88,3 | 89,3 |
| 87,7 | 89,3 |
| 88,8 | 89,4 |
| ISO Weißgehalt | Durchschnitt Oberfläche Bodenfläche | 64,2 | 62,3 |
| 64,5 | 62,6 |
| 63,8 | 62,0 |
| Y-Wert (%) | Durchschnitt Oberfläche Bodenfläche | 72,8 | 67,8 |
| 73,0 | 68,0 |
| 72,5 | 67,6 |
| Lichtabsorptionskoeffizient
(m2/kg) | Durchschnitt Oberfläche Bodenfläche | 3,4 | 4,4 |
| 3,2 | 4,4 |
| 3,5 | 4,5 |
| Lichtstreuungskoeffizient
(m2/kg) | Durchschnitt Oberfläche Bodenfläche | 66,1 | 57,5 |
| 64,7 | 57,8 |
| 67,4 | 57,3 |
-
Aus
den Ergebnissen kann man sehen, dass gute Eigenschaften für das Druckpapier
erhalten wurden, welches aus dem gemäß dem Verfahren der Beschreibung
zubereiteten Stoff hergestellt wurde, selbst wenn das Flächengewicht
geringer war und der Füllstoffgehalt
höher als
in der Referenzprobe.
-
Beispiel 2
-
Um
die Eigenschaften von satinierten Papier zu vergleichen, wurden
Proben aus einem durch ein bekanntes Verfahren zubereiteten Stoff
gefertigt und aus einem durch das Verfahren gemäß der Erfindung zubereiteten
Stoff.
-
Tabelle 2
-
Die
Eigenschaften von Druckpapier, das aus dem gemäß einem bekannten Verfahren
zubereiteten Stoff hergestellt wurde (Probe 5) und Druckpapier,
das aus dem gemäß der Beschreibung
Stoff hergestellt wurde (Probe 6).
| Probe | 5 | 6 |
| Flächengewicht
(g/m2) | 42,1 | 36,8 |
| Papierdicke
(cm3/g) | 1,50 | 1,73 |
| PPS
Rauhigkeit (ml/min) | Oberfläche Bodenfläche | 4,03
4,18 | 4,17
4,13 |
| Rauhigkeit
nach Bendtsen (ml/min) | Oberfläche Bodenfläche | 131,5
140,5 | 119,0
128,5 |
| Porosität (ml/min) | | 262,0 | 686,0 |
| ISO
Weißgehalt
(%) | Oberfläche Bodenfläche | 61,90
61,30 | 61,60
61,00 |
| Opazität (%) | Oberfläche Bodenfläche | 89,30
89,10 | 91,00
90,40 |
| Y-Wert
(%) | Oberfläche Bodenfläche | 69,10
68,60 | 66,00
65,50 |
| Lichtstreuungskoeffizient
(m2/kg) | Oberfläche Bodenfläche | 61,40
59,10 | 60,60
57,60 |
| Lichtabsorptionskoeffizient
(m2/kg) | Oberfläche Bodenfläche | 4,30
4,20 | 5,30
5,30 |
| Zugindex
(Nm/g) | MD
CD | 43,1
12,0 | 50,7
11,6 |
| Dehnung
(%) | MD
CD | 0,82
22,33 | 0,99
2,25 |
| Zugfestigkeit
(kN/m) Maschinenrichtung | 2,42 | 1,87 |
| Rissindex
(mNm2/g) | MD
CD | 3,85
5,67 | 3,52
6,74 |
| Einreißfestigkeit
(mN) Querrichtung | 260,82 | 248,33 |
| Biegefestigkeit
(mm) | MD
CD | 60
37 | 58
31 |
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Aus
den Ergebnissen kann man sehen, dass gute Eigenschaften für das Druckpapier
erhalten wurden, das aus dem gemäß dem Verfahren
der Beschreibung zubereiteten Stoff hergestellt wurde, selbst wenn
das Flächegewicht
geringer war als in der Referenzprobe.
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Das
zuvor beschriebene begrenzt die Erfindung nicht, sondern der Schutzumfang
der Erfindung variiert innerhalb der Patentansprüche. Die Erfindung ist hinsichtlich
der Holzrohmaterialien der erwähnten
Baumarten nicht beschränkt,
sondern es können
auch andere Baumarten verwendet werden, obwohl z. B. der Energieverbrauch
des Prozesses und die durchschnittlich erhaltene Faserlänge in Abhängigkeit
vom Holzrohmaterial variiert. Der gleiche Stoff kann Fasern von
verschiedenen Baumarten enthalten.
-
Das
Verfahren zur Zubereitung eines Stoffs kann nach der ersten Stufe
der Aufbereitung variieren. Der Stoff kann verwendet werden, verschiedene
Arten von Druckpapier zu produzieren. Die beschriebene Kernidee
ist, dass der durch ein bestimmtes neues Verfahren aufbereitete
Stoff als ein Rohmaterial für
Druckpapiere geeignet ist, und es möglich macht, Druckpapier kosteneffizienter
als früher
herzustellen.