DE69007856T2 - Verfahren zur Herstellung eines flachen, biegsamen und schwer zerreissbaren Substrats und dasselbe. - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines flachen, biegsamen und schwer zerreissbaren Substrats und dasselbe.Info
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung flächiger, faseriger und flexibler Substrate in Form von Faservliesen, Bögen oder Filmen und ist vor allem auf solche flexiblen Substrate gerichtet, die eine gute Reißfestigkeit aufweisen und sich gut bedrucken lassen.
- Die Erfindung betrifft spezieller solche Substrate, die als Papierträger zum Bedrucken und Beschreiben, sowie auch zum Verpacken verschiedener Produkte und Waren verwendet werden können.
- Als besondere Anwendung richtet sich die Erfindung auf ebene, faserige, flexible und schwer zerreißbare Substrate, die für die Herstellung von Umschlägen für Verpackungszwecke, Beuteln, Säcken oder Tüten, Landkarten und Druckerzeugnissen bestimmt sind.
- Derartige Artikel werden seit jeher aus herkömmlichen Papierbögen oder aus Bögen aus speziellem Papier hergestellt, wenn ihre Festigkeit durch die Qualität des Papiers selbst oder durch Zusatz von verstärkenden Materialien verbessert werden soll.
- Papiere werden seit jeher aus Cellulosefasern hergestellt, die mehr oder weniger aufbereitet sind, um die spezifische Oberfläche zu vergrößern und die Möglichkeit für die Bildung von Bindungen zwischen den Fasern zu verbessern.
- Diese Papiere sind dafür bekannt, daß sie bestimmte vorteilhafte Eigenschaften, beispielsweise Bedruckbarkeit, aber auch negative Eigenschaften, wie geringe Reißfestigkeit und Empfindlichkeit gegen Luftfeuchtigkeit, aufweisen.
- Auch wenn es möglich ist, die Feuchtigkeitsbeständigkeit durch Zugabe spezieller Zusätze bei der Herstellung der Papiere zu verbessern, so stellt sich heraus, daß auf den herkömmlichen Herstellungswegen eine Erhöhung der Reißfestigkeit nicht ins Auge gefaßt werden kann.
- Diese negative Eigenschaft wirft bei zahlreichen Anwendungen echte Probleme auf, insbesondere bei der Herstellung von Umschlägen, Beuteln und Säcken.
- Zur Lösung dieses Problems wird im Stand der Technik ein schwer zerreißbares oder sogar unzerreißbares Produkt angegeben, das unter dem Warenzeichen Tyvek in den Handel gebracht wird. Dieses Produkt liegt in Form von Bögen vor, die aus Kunststoffasern erzeugt werden, die auf eine ebene Fläche aufgebracht und heiß kalandriert werden. Die Bögen sind flexibel und tatsächlich schwer zerreißbar, weisen aber neben ihren hohen Gestehungskosten eine bestimmte Anzahl weiterer Nachteile auf.
- Von diesen Nachteilen sind das wenig ästhetische Aussehen des Kunststoffs, große Schwierigkeiten beim Bedrucken und Beschreiben aufgrund des verwendeten Ausgangsmaterials und die elastische Rückstellung zu nennen, die echte Probleme aufwerfen, z.B. beim Verarbeiter, der die Aufgabe hat, die Bögen für die Herstellung von Umschlägen, Beuteln und Säcken vorzufalten.
- Diese drei Nachteile und die hohen Herstellungskosten begrenzen die kommerzielle Entwicklung eines solchen Produkts beträchtlich, insbesondere bei der Verwendung zur Herstellung von Umschlägen, Beuteln oder Säcken.
- Im Stand der Technik wurde auch eine Lösung vorgeschlagen, die in der Herstellung eines Papiers bestand, das durch den Zusatz von Synthesefasern, die unter Polyolefinen, Polyamiden, Polyestern etc. ausgewählt sind, zu herkömmlichen Cellulosefasern eine verbesserte Reißfestigkeit aufwies. Das angestrebte Ziel bestand in dem Versuch, die physikalischen Eigenschaften von gewöhnlichem Papier durch Zugabe von Synthesefasern zu verbessern.
- Diese Technik scheint jedoch keine echte industrielle und kommerzielle Entwicklung erfahren zu haben. Daß eine Entwicklung ausgeblieben ist, ist wahrscheinlich dem Einbringen der Synthesefasern zuzuschreiben, die Fasern darstellen, die mit den üblicherweise in der Papierindustrie verwendeten Cellulosefasern keine Bindungen eingehen. Das Vorliegen dieser Synthesefasern neben den Cellulosefasern zeigt sich in einer Lockerung der Bindungen zwischen den Cellulosefasern, die eine Verschlechterung üblicher physikalischer Eigenschaften, wie z.B. der Reißlänge nach der Norm (I) NF Q 03- 004 des französischen Normenausschusses oder nach 150 1924/1 - 1983 der inneren Kohäsion nach der Norm (II) NF Q 03-045 des französischen Normenausschusses und des Zerreißens nach der Norm (III) NF Q 03-054 des französischen Normenausschusses oder nach ISO 2758 - 1983 zur Folge hat. Nur die Beständigkeit gegenüber dem Zungen-Weiterriß nach der Norm (IV) NF Q 03-011 des französischen Normenausschusses oder nach ISO 1974-1974 und der nicht aktivierte Weiterriß nach der Norm (V) T 470 os - 78 TAPPI scheinen in einigen Fällen um bis zu etwa 25 % verbessert worden zu sein.
- Versuche, die auf der Basis dieser Technik durchgeführt wurden, erlaubten die Feststellungen, daß ein Schwellenwert für die Zugabe von Synthesefasern bei etwa 20 % existiert, sowie, daß es zur Wiederverbesserung der verschiedenen physikalischen Eigenschaften, die durch die Anwesenheit der Synthesefasern verschlechtert wurden, erforderliche ist, verschiedene Hilfprodukte zuzusetzen. Zu diesem Zweck wird üblicherweise Latex zur Verbesserung der Kohäsion zwischen den Grenzflächen der Naturfasern und der Synthesefasern zugesetzt. Eine derartige Zugabe erhöht die Herstellungskosten beträchtlich und führt nicht zu einer zufriedenstellenden positiven Verbesserung der verschlechterten physikalischen Eigenschaften.
- Im übrigen ist die Lehre des Patents BE-A-670 968 bekannt, nach der zur Verbesserung der Gesamtfestigkeit von saugfähigem Reinigungspapier in feuchtem Zustand lange, nicht fibrillierbare Chemiefasern mit kurzen, fibrillierten Fasern vermischt werden und ein Bindemittel als Bestandteil zuzugeben wird, das eine Verbesserung der Reißfestigkeit gewährleistet, was einem wesentlichen Aspekt entspricht. Dieser Stand der Technik betrifft kein schwer zerreißbares Papier, das zusätzlich bedruckt und beschrieben werden kann. Der Grad der Aufbereitung der Cellulosefasern ist im übrigen äußerst gering, in der Größenordnung von 16 ºSR, was praktisch einer unbearbeiteten dispergierten Pulpe entspricht. Demzufolge kann dieser Druckschrift keine brauchbare Lehre zur Erzielung einer besseren Reißfestigkeit entnommen werden.
- Es wäre auch denkbar gewesen, daß eine stärkere Aufbereitung der Pulpe zur Erzielung eines schwer zerreißbaren Papiers ausreichend ist. Auf dem Gebiet der Papierherstellung ist jedoch im Gegenteil wohlbekannt, insbesondere nach Pulp and Paper, Chemistry and Chemical Technology, Bd. II, 1960, Paper making, S. 595-596, daß die Reißfestigkeit bei übermäßiger Aufbereitung der Pulpe abnimmt. Gleiches gilt für die Veröffentlichung "Fundamentals of Paper Making Fibers", Sept. 1957, S. 387, in der ebenfalls festgestellt ist, daß eine stärkere Aufbereitung, zumindest ab einer bestimmten Grenze, eine Abnahme der Reißfestigkeit nach sich zieht.
- s ist Aufgabe der Erfindung, die Nachteile der obengenannten Techniken zu beheben, indem ein neues Verfahren zur Herstellung flächiger, faseriger, flexibler und schwer zerreißbarer Substraten vorgeschlagen wird, die insbesondere, aber nicht ausschließlich, für die Herstellung von Umschlägen, Tüten, Beuteln oder Säcken bestimmt sind.
- Es ist Aufgabe der Erfindung, bei günstigen Gestehungskosten ein ebenes, faseriges, flexibles und schwer zerreißbares Substrat herzustellen, das zusätzlich gut bedruckt und beschrieben werden kann und eine beträchtlich erhöhte Beständigkeit gegenüber Schwankungen der Umgebungs-Luftfeuchtigkeit aufweist.
- Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein neues Substrat anzugeben, das sich gut falten läßt, wodurch die Anfertigung von Umschlägen, Tüten, Beuteln oder Säcken erleichtert wird.
- Um die obengenannten Ziele zu erreichen, werden im erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren folgende Schritte durchgeführt:
- Einmischen der Fasern in Wasser, Verdünnen des erhaltenen Gemischs, Eingießen des Gemischs in den Stoffauflauf einer Papiermaschine und Herstellen von Substratbögen in der mit dem Gemisch versorgten Papiermaschine, die unter herkömmlichen Betriebsbedingungen arbeitet; das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß
- - vor dem Mischen der Fasern mit Wasser durch Fibrillieren natürliche Cellulosefasern aus einer üblichen Pulpe erzeugt werden, bis diese eine Entwässerbarkeit von mindestens 60º Schopper-Riegler aufweisen,
- - und anschließend eine Charge so aufbereiteter Cellulosefasern mit 30 - 70 Trockengew.-% Chemiefasern, bezogen auf die Gesamtcharge aus Cellulosefasern und Chemiefasern, in Wasser gemischt wird.
- Die Erfindung hat ferner ein ebenes, faseriges und flexibles Substrat auf der Basis von Cellulosefasern als neues industrielles Produkt zum Gegenstand, das dadurch gekennzeichnet ist, daß es natürliche Cellulosefasern aus einer üblichen Pulpe, die durch Fibrillieren bis zur Erzielung einer Entwässerbarkeit von mindestens 60º Schopper-Riegler aufbereitet sind, und Chemiefasern enthält, die in einem Anteil von 30 - 70 Trockengew.-%, bezogen auf das Trockengewicht der Gesamtcharge der Cellulosefasern und der Chemiefasern, beigemischt sind.
- Das erfindungsgemäße Verfahren besteht zunächst darin, Cellulosefasern, vorzugsweise von der gleichen Pflanzenart oder -sorte, herzustellen. Cellulosefasern, die von ligninhaltigen Blattpflanzen oder Gräsern stammen, werden bevorzugt, obwohl mit Fasern, die von Nadelhölzern stammen, gleichermaßen gute Ergebnisse erhalten werden können.
- Es ist zweckmäßig, bei den Cellulosefasern die Pulpen zur Papierherstellung in Betracht zu ziehen, die üblicherweise für die Herstellung von Papier erzeugt werden, d.h., die auf chemischem Wege erhalten werden. Die Herstellung einer solchen erfindungsgemäßen Pulpe besteht darin, die Fasern durch Fibrillieren aufzubereiten, um ihnen eine Entwässerbarkeit von mindestens 80º Schopper-Riegler zu verleihen. Die Abschätzung einer solchen Entwässerbarkeit kann so durchgeführt werden, daß die Bedingungen der Norm NR Q 50-003 des französischen Normenausschusses oder der Norm ISO 5267/1 - 1979 angewandt werden.
- Das angestrebte Ziel besteht in der Mikrofibrillierung der Cellulosefasern, um ihre spezifische Oberfläche zu vergrößern, wodurch die Fähigkeit zur Bildung von Waserstoffbrückenbindungen verbessert wird.
- Anschließend wird ein Gemisch hergestellt, indem der Pulpe zur Papierherstellung, die, bezogen auf die übliche Behandlung einer Pulpe für herkömmliches Papier, übermäßig aufbereitet ist, eine Charge Chemiefasern zugesetzt wird, deren Anteil 30 - 70 Trockengew.-%, bezogen auf die Gesamtcharge der Cellulosefasern und Chemiefasern, beträgt. Es ist zweckmäßig, als Chemiefasern alle Fasern außer den Naturfasern in Betracht zu ziehen, wie z.B. Synthesefasern, regenerierte Fasern, etc.
- Das Mischen wird in wäßrigem Medium unter den üblichen Bedingungen der Papierherstellungstechnik, z.B. unter Einsatz von 2 bis 4 Gew.-% Cellulosefasern und Synthesefasern, vorgenommen.
- Die verwendeten Chemiefasern können zu einer oder mehreren Klassen gehören. Die Synthesefasern gehören vorzugsweise zur Klasse der Polyolefine, der Polyamide und der Polyester, bei den regenerierten Fasern handelt es sich vorzugsweise um Viskose oder Celluloseacetat. Aus der Klasse der Synthesefasern eignen sich Fasern aus Polyethylenterephthalat besonders gut.
- Nach der Erfindung liegen die eingebrachten Chemiefasern in Form von Segmenten vor, deren ermittelte Länge mindestens 3 mm und vorzugsweise 4 bis 12 mm beträgt. Die ausgewählten Fasern besitzen eine längenbezogene Masse von höchstens 10 dtex und vorzugsweise von 1,1 bis 2 dtex.
- Nach der Erfindung beträgt die Charge der Chemiefasern vorzugsweise mindestens 50 Trockengew.-%, bezogen auf die Gesamtcharge der Cellulosefasern und Chemiefasern.
- Das Mischen der Cellulosefasern mit den Chemiefasern im wäßrigen Medium wird gegebenenfalls unter Zugabe von Hilfsmitteln vorgenommen, die eine nachträgliche Verbesserung der Opazität, der wasserabweisenden Eigenschaften oder der Unempfindlichkeit gegenüber Wasser und Luftfeuchtigkeit erlauben. Bei den für diesen Zweck verwendeten Hilfsmitteln handelt es sich um die bekannten Hilfsmittel, die auf dem Gebiet der Pulpen zur Papierherstellung für diese Wirkungen bekannt sind. Sie gehören nicht zum eigentlichen Gegenstand der Erfindung, denn ihr Zusatz zum Gemisch ergibt sich, abgesehen von der Gegenwart der Chemiefasern, unmittelbar aus dem Wissen des Fachmanns.
- Nach der Homogenisierung unter üblichen Bedingungen wird das erhaltene Gemisch in Wasser auf 0,2 bis 0,4 % verdünnt und dann in den Stoffauflauf einer Papiermaschine eingegossen und auf übliche Weise auf die Siebpartie aufgegeben, wovon Papierbögen unter herkömmlichen Bedingungen hergestellt werden können. Es ist zweckmäßig, von diesen Bedingungen die Entwässerung, die Trocknung, das Leimen und auch das Kalandrieren beizubehalten, wonach das in Bögen hergestellte Substrat in Rollenform gelagert oder gegebenenfalls in größere oder kleinere Riese mit vorher festgelegtem Format vorgeschnitten werden kann.
- Im folgenden wird ein Beispiel für eine Zusammensetzung gegeben, das einen Vergleich der Verbesserungen der Eigenschaften des erfindungsgemäßen Substrats in bezug auf ein übliches Papier und ein Substrat vom Tyvek -Typ erlaubt.
- Das erfindungsgemäße Substrat wird beispielsweise aus einem Gemisch einer Pulpe zur Papierherstellung erzeugt, die aus der Pflanzensorte Eucalyptus sp. stammt und auf chemischem Wege hergestellt wurde. Eine solche Pulpe wird durch Fibrillieren so weit aufbereitet, daß sie eine Entwässerbarkeit von 95º SR aufweist.
- Ein Gemisch wird in wäßrigem Medium unter Zusatz von Fasern in einer Konzentration von 3 Gew.-% erzeugt, wobei diese Fasern 50% Cellulosefasern und 50 % Chemiefasern aus der Klasse der Polyester mit einer Länge von 6 mm und einer längenbezogenen Masse von 1,7 dtex enthalten. Dieses Gemisch wird anschließend im Stoffauflauf auf 0,45 % verdünnt, um ein Substrat mit einem Flächengewicht von 90 g/m² zu erzeugen.
- Die folgende Tabelle erlaubt den Vergleich verschiedener Eigenschaften eines üblichen Papiers 1 mit denen eines Substrats 2 vom Tyvek -Typ und eines erfindungsgemäßen Substrats 3. NORME
- Die angegebenen Werte beziehen sich auf ein Flächengewicht von 100 g/m².
- Das erfindungsgemäße Substrat ist das gleiche wie im vorhergehenden Beispiel mit dem Unterschied, daß die Chemiefasern vollständig aus Viskose bestehen. NORM
- Die angegebenen Werte beziehen sich auf ein Flächengewicht von 100 g/m².
- Es ist festzustellen, daß das Substrat nach Beispiel 2 zusätzlich den Vorteil aufweist, daß es vollständig biologisch abbaubar ist.
- Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen und dargestellten Beispiele beschränkt, da verschiedene Modifizierungen möglich sind, ohne daß dadurch der Rahmen der Erfindung verlassen wird.
Claims (10)
1. Verfahren zur Herstellung flächiger, faseriger und
flexibler Substrate auf der Basis von Naturfasern und
Chemiefasern, die eine verbesserte Reißfestigkeit aufweisen, das
folgende Schritte umfaßt:
Einmischen der Fasern in Wasser, Verdünnen des erhaltenen
Gemischs, Eingießen des Gemischs in den Stoffauflauf einer
Papiermaschine und Herstellen von Substratbögen in der mit
dem Gemisch versorgten Papiermaschine, die unter
herkömmlichen Betriebsbedingungen arbeitet,
dadurch gekennzeichnet, daß
- vor dem Mischen der Fasern mit Wasser durch Fibrillieren
natürliche Cellulosefasern aus einer üblichen Pulpe
erzeugt werden, bis sie eine Entwässerbarkeit von mindestens
60º Schopper-Riegler aufweisen,
- und anschließend eine Charge der so aufbereiteten
Cellulosefasern mit 30 bis 70 Trockengew.-% Chemiefasern,
bezogen aut die Gesamtcharge aus Cellulosefasern und
Chemiefasern, in Wasser gemischt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Chemiefasern unter Fasern mit einer Feinheit von 1 bis
10 dtex ausgewählt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Chemiefasern eine Länge von mindestens 3 mm
besitzen.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Chemiefasern eine Länge von 4 bis 12 mm besitzen.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Chemiefasern Synthesefasern und
Regeneratfasern sein können.
6. Flächiges, faseriges und fiexibles Substrat auf der Basis
von Naturfasern und Chemiefasern, dadurch gekennzeichnet,
daß es natürliche Cellulosefasern aus einer üblichen Pulpe,
die durch Fibrillieren bis zu einer Entwässerbarkeit von
mindestens 60º Schopper-Riegler aufbereitet wurden, sowie
Chemiefasern enthält, die in einer Menge von 30 bis 70
Trokkengew.-%, bezogen auf die Gesamtcharge der Cellulosefasern
und der synthetischen Fasern, beigemischt sind.
7. Flächiges Substrat nach Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die Chemiefasern eine Feinheit von 1 bis 10 dtex
besitzen.
8. Flächiges Substrat nach Anspruch 6 oder 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die Chemiefasern mindestens 3 mm lang
sind.
9. Flächiges Substrat nach einem der Ansprüche 6 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die Chemiefasern 4 bis 12 mm lang
sind.
10. Flächiges Substrat nach einem der Ansprüche 6 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß die Chemiefasern Fasern auf
Viskosebasis sind.
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