DE69109418T2

DE69109418T2 - Hochwertiges Polyäthylenpapier.

Info

Publication number: DE69109418T2
Application number: DE69109418T
Authority: DE
Inventors: Gurvinder Pal Singh Kochar
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1990-09-20
Filing date: 1991-09-19
Publication date: 1996-01-04
Anticipated expiration: 2011-09-20
Also published as: DE69109418D1; JPH06322694A; EP0477019A3; CA2051773A1; US5047121A; EP0477019B1; EP0477019A2; JP3046864B2

Description

BEREICH DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von hochwertigem synthetischem Papier. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zur Herstellung einer hochwertigen Papiermasse aus Polyethylen und zur Umwandlung der Papiermasse zu einem Polyethylenpapier mit hoher Festigkeit und einem niedrigen Störgrad auf einer herkömmlichen Langsiebentwässerungsmaschine für Rollenpapier.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Spunbonded-Faserbahnen, hergestellt aus mehreren Plexifilamentsträngen aus orientierten Folienfibrillen aus Polyethylen, werden offenbart in US-A-3,169,899 (Steuber). Solche Bahnen werden industriell hergestellt von E. I. du Pont de Nemours and Company aus spinngebundenem Olefin unter dem Warenzeichen "Tyvek ". Die Bahnen haben sich als bei verschiedenen Anwendungszwecken geeignet erwiesen, bei denen die ungewöhnlich gute Kombination von Festigkeits-, Reißfestigkeits- und Permeabilitätseigenschaften der Bahnen ausgenutzt wird.
Papiermassen aus Polyethylen können hergestellt werden, indem diese Tyvex - Bahnen zu kleinen Stücken geschnitten und die geschnittenen Stücke in einem Refiner mit einem wäßrigen Medium geschlagen werden. Beispiele für weitere Verfahren zur Herstellung von Papiermassen aus Polyolefin sind angegeben in Kirk-Othmer: Encyclopedia of Chemical Technology, Bd. 19, 3. Auflage, John Wiley & Sons, S. 420 - 435 (1982). In dieser Referenzarbeit sind synthetische Papiermassen als allgemein sehr feine, stark verzweigte, endliche, in Wasser dispergierbare Fasern aus Kunststoff beschrieben. Es werden Verfahren zur Herstellung von synthetischen Papiermassen durch Lösungs-Flash-Spinnen, Emulsions-Flash-Spinnen, Schmelzspinnen/Fibrillierung und Scherausfällung beschrieben. Die Papiermassen können mit anderen Fasern gemischt werden bei dem Versuch, Papier, Folien oder Platten mit herkömmlichen Papierherstellungsverfahren auf Langsiebentwässerungsmaschinen herzustellen. Solche Papiermassen sind auch dadurch gekennzeichnet, daß sie als Bindemittel für bestimmte Vliesstoffe dienen, wie zum Beispiel für trockengelegte, auf Rando-Webber-Maschinen gebildete Papierbahnen sowie als naßgelegte, auf Langsiebpapiermaschinen gebildete Papierbahnen.
In US-A-4,608,089 (Gale et al.) wird die Herstellung von Papiermassen aus orientierten Folienfibrillen aus Polyethylen offenbart, wobei eine Bahn aus flashgesponnenen Fasern aus Polyethylen (z. B. aus Tyvek ) zu Stücken geschnitten wird, mit den Stücken eine wäßrige Aufschlämmung gebildet wird und die Stücke dann mit Scheibenrefinern so verfeinert werden, daß eine Papiermasse entsteht, die sich besonders zur Verstärkung von Zement eignet. Die Papiermasse wird aus flashgesponnenen Plexifilamenten hergestellt, die zu kleinen Stücken zerschnitten und in einem wäßrigen Medium geschlagen werden. Diese Papiermassen haben zwar eine bestimmte Anwendung bei der Verstärkung von Zementverbundmaterialien gefunden, eignen sich jedoch nicht zur Herstellung von hochwertigem Polyethylenpapier.
In EP-A-292,285 (Gale et al.) wird die Herstellung von verbesserten Papiermassen aus orientierten Folienfibrillen aus Polyethylen zur Verstärkung von verschiedenen Erzeugnissen offenbart. Die Papiermassen werden aus Plexifilamentsträngen aus flashgesponnenen, orientierten, Filmfibrillen aus linearem Polyethylen hergestellt, die zu kleinen fibrösen Stücken umgewandelt werden, deren Größe dann verkleinert wird durch Verfeinerung in einem wäßrigen Medium, so daß eine fibröse Aufschlämmung aus Papiermasse entsteht. Die Aufschlämmung aus Papiermasse wird dann weiter verfeinert, bis eine durchschnittliche Länge der Fibride von höchstens 1,2 mm zustandegebracht ist und höchstens 25 % der fibrösen Papiermasse auf einem Sieb von 14 mesh festgehalten werden und mindestens 50 % der Papiermasse durch das Sieb von 14 mesh passieren, jedoch von einem Sieb von 100 mesh festgehalten werden. Die hergestellte fibröse Papiermasse weist Fasern auf, die im Durchschnitt nicht länger als 1,2 mm sind und einen Entwässerungsfaktor von mindestens 2,5 s/g aufweisen. Die Papiermasse kann eine naßentwässerte, getrocknete Bahn von 34 g/m² bilden, die eine Opazität von mindestens 75 % und eine Opazitätsvarianz von höchstens 8 aufweist. Es werden verschiedene Erzeugnisse offenbart, die aus der verbesserten Papiermasse hergestellt werden können. Zu diesen gehören synthetische Spezialpapiere, verstärkte Dichtungen, verstärkte Zemente, verstärkte Erzeugnisse aus Harz und wärmeverbundene Vliese, die sich besonders zu Filterzwecken eignen. Diese Papiermassen haben zwar eine bestimmte Anwendung zu Verstärkungszwecken und bei der Herstellung von Papierprüfbogen gefunden, sind jedoch nicht gut geeignet zur Herstellung von hochwertigem Polyethylenpapier mit einem niedrigen Flächengewicht auf einer herkömmlichen Langsiebentwässerungsmaschine für Rollenpapier.
Eines der Probleme, das anzutreffen ist bei dem Versuch, hochwertiges Papier auf einer herkömmlichen Langsiebentwässerungsmaschine für Rollenpapier mit diesen Arten von Polyethylenfasern herzustellen, besteht darin, daß diese dazu neigen, an den Trocknungszylindern haftenzubleiben, während die Bahn getrocknet wird. Außerdem streckt sich beim Trocknen die Bahn in der Faserrichtung und büßt zwischen den Trocknungszylindern an Spannung ein. Das führt dazu, daß die Papierbahn eine geringe Einheitlichkeit aufweist.
Obwohl Verfahren zur Verfügung stehen, mit denen synthetisches Papier aus einer Papiermasse aus Polyethylen auf einer herkömmlichen Papiermaschine hergestellt werden kann, erfordern diese besondere Fasern und Prozeßstufen. Ein solches Beispiel wird offenbart in US-A-4,783,507, bei dem das Merkmal der Erfindung in der Verwendung von zwei Papiermassen aus Polyethylen besteht, einer, die bei 95 ºC oder weniger schmilzt (20 bis 100 Gew.-%), und einer, die bei einer höheren Temperatur als 95 ºC schmilzt (0 bis 80 Gew.-%). Aus den beiden Papiermassen aus Polyethylen kann Papier hergestellt werden auf einer herkömmlichen Papiermaschine mit Trocknungszylindern, die mit Dampf auf 212 ºF erhitzt werden. Die zur Herstellung des Papiers dienenden Papiermassen aus Polyethylen werden mit dem Verfahren aus US-A-3,920,508 (Yonemori) hergestellt. Yonemori offenbart das Flash-Spinnen einer Emulsion von Polyethylen und das Verfeinern der fertigen Fasern.
Es liegt auf der Hand, daß ein Verfahren erforderlich ist zur Herstellung von hochwertigem Polyethylenpapier auf einer herkömmlichen Langsiebentwässerungsmaschine für Rollenpapier. Das Papier sollte eine geringere Dehnung, eine hohe Festigkeit und eine geringe Anzahl von Defekten (d.h. eine größere Einheitlichkeit) aufweisen. Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden für die Fachleute offensichtlich anhand der Zeichnungen und der nun folgenden ausführlichen Beschreibung der Erfindung.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines hochwertigen synthetischen Papiers, enthaltend mindestens 97 Gew.-% Polyethylen, auf einer herkömmlichen Langsiebentwässerungsmaschine für Rollenpapier. Das Verfahren umfaßt die folgenden Schritte:
(a) Herstellung einer Papierrohmasse, umfassend:
(i) 97 - 99,5 Gew.-% Polyethylenfasern mit einer Doppelbrechung von mindestens 0,030, einer durchschnittlichen Länge zwischen 0,7 und 1,0 mm, einem Störgrad zwischen 0 und 6 % und einer Körnigkeit zwischen 0,150 und 0,222 mg/m; und
(ii) 0,5 - 3,0 Gew.-% Bindefasern aus Polyvinylalkohol;
(b) Ablegen der Rohmasse auf der Siebpartie einer Langsiebentwässerungsmaschine zur Herstellung einer ungeleimten Papierbahn;
(c) Trocknen der fertigen ungeleimten Papierbahn auf erhitzten Trocknungszylindern, wobei die Trocknungszylinder ein solches Trocknungsprofil aufweisen, daß eine anfängliche Trocknungsphase bei einer Temperatur zwischen 200 und 270 ºF erfolgt, um die Fasern aus Polyvinylalkohol zu schmelzen, und eine zweite Trocknungsphase bei einer Temperatur zwischen 190 und 240 ºF erfolgt, um die Streckung und Dehnung der Papierbahnen zu regeln; und
(d) Wärmeverbinden der getrockneten Bahn bei einer Temperatur zwischen 250 und 315 ºF, um ein hochwertiges Papier mit einer Frazier-Porosität von mindestens 4 ft³/ft²/min herzustellen.
Die kritischen Schritte in dem Papierherstellungsverfahren sind das Vermischen einer kleinen Menge Bindefasern aus Polyvinylalkohol mit den Polyethylenfasern, die Schaffung eines speziellen Trocknungsprofils zur Regelung der Trocknungstemperaturen und das Verbinden der getrockneten Fasern. Die Fasern aus Polyvinylalkohol schmelzen in der anfänglichen Trocknungsphase und tragen zur Festigkeit der fertigen Papierbahn beim Verbinden bei. Tatsächlich läßt sich die Festigkeit der Papierbahn abstimmen auf die Menge der den Polyethylenfasern beigemischten Fasern aus Polyvinylalkohol. Durch das spezifische Trocknungsprofil werden die Anhaftung vermindert und die Dehnung der Bahn geregelt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden die Trocknungszylinder mit einem trennbaren Überzug besprüht, wie zum Beispiel aus Polytetrafluorethylen (PTFE), um die Anhaftung weiter zu vermindern. Durch das Verfahren entsteht ein hochwertiges Polyethylenpapier, das eine hohe Naßund Trockenfestigkeit, eine verminderte Dehnung und eine sehr gute Einheitlichkeit (d.h. eine große Porosität und wenig Defekte) aufweist. Das fertige Papier weist allgemein ein Flächengewicht zwischen 1,5 und 4,5 oz./yd² auf. Das Papier eignet sich besonders zu Filterzwecken (z.B. für Staubsaugerbeutel) und zur Herstellung von Trennelementen für Batterien.
Das Verfahren zur Herstellung der in den oben beschriebenen Papierherstellungsverfahren verwendeten Papiermasse aus Polyethylen umfaßt einige der gleichen Schritte, die bei der Herstellung der fibrösen Papiermassen bei Gale et al. in der Europäischen Patentanmeldung Nr. 292,285 zur Anwendung kommen. Die üblichen Schritte sind das Flash-Spinnen eines linearen Polymers von Polyethylen zu Strängen aus orientierten Folienfibrillen mit einer Doppelbrechung von mindestens 0,030 und das Umwandeln der Stränge zu kleinen Stücken, deren Größe dann durch Verfeinern in einem wäßrigen Medium reduziert wird, so daß eine fibröse Aufschlämmung der Papiermasse entsteht. Um jedoch eine Papiermasse aus Polyethylen von der Qualität zu erzielen, die zur Herstellung eines hochwertigen Polyethylenpapiers erforderlich ist, muß die folgende Verbesserung an dem Verfahren von Gale et al. vorgenommen werden. Die Verbesserung umfaßt die Ausführung der folgenden zusätzlichen Schritte:
(1) Mischen der verfeinerten wäßrigen Aufschlämmung mit Polyvinylalkohol;
(2) Hindurchführen des Gemisches durch einen ersten, einzelnen Scheibenrefiner mit einer Plattenspalteinstellung zwischen 0,01 und 0,04 Zoll;
(3) Hindurchführen des Gemisches von dem ersten, einzelnen Scheibenrefiner durch einen zweiten, einzelnen Scheibenrefiner, versehen mit umfänglichen Ringen mit einer Spalteinstellung von 0,002 bis 0,016 Zoll und einer Plattenspalteinstellung von 0,007 bis 0,021 Zoll;
(4) Filtern des verfeinerten Gemisches durch ein Sieb mit einer Öffnungsgröße von 0,040 bis 0,098 Zoll; und
(5) Entwässern der gefilterten Papiermasse.
Der zweite Scheibenrefiner ist mit einer Reihe von umfänglichen Ringen versehen, die innnerhalb eines kritischen Spalteinstellungsbereiches eingestellt sind, um den Störgrad und die Faserlänge der Papiermasse zu regeln. Durch die Spalteinstellung der Ringe in bezug auf die Hauptplatten des Refiners wird die kritische Einstellung bestimmt. Diese Einstellung muß aufrechterhalten werden, um Papiermassen mit akzeptablen Eigenschaften zur Herstellung von hochwertigem Polyethylenpapier herstellen zu können. Die Plattenspalteinstellung wird vorzugsweise auf 3 bis 5 mils über der Ringspalteinstellung eingeregelt. Die mit dem oben beschriebenen Verfahren hergestellten fibrösen Papiermassen weisen eine große Festigkeit und Feinheit und eine geringe Anzahl Defekte auf.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Figur 1 zeigt eine schematische Ansicht einer herkömmlichen Langsiebentwässerungsmaschine für Rollenpapier, worin eine naßgelegte Schicht aus einer fibrösen Papiermasse 1 auf einer Formsiebpartie 17 zu einer Pressenpartie (Walzen 20 - 25 und Bänder 27 und 28), einer Primärtrockenpartie (Zylinder 30 - 35), einer Sekundärtrockenpartie (Zylinder 36 - 38) und einer Wärmeverbindungspartie (Walzen 39 - 51) und anschließend zu einer Aufwickelvorrichtung zur Herstellung einer Rolle 70 aus hochwertigem Polyethylenpapier geführt wird.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die vorliegende Erfindung betrifft die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung eines hochwertigen Polyethylenpapiers aus einer Papiermasse aus Polyethylen, die speziell behandelt wurde. Die Papiermassen gemäß der vorliegenden Erfindung stellen eine Verbesserung gegenüber den in der Technik bekannten Papiermassen aus orientierten Polyethylenfibriden dar. Die Papiermassen in US-A-4,608,089 (Gale et al.) und EP-A-O 292,285 (Gale et al.) eignen sich zwar zum Beispiel für bestimmte Verstärkungszwecke, wirken jedoch als wenig geeignet zur Herstellung von hochwertigem Polyethylenpapier mit einem niedrigen Flächengewicht auf einer herkömmlichen Papiermaschine für Rollenpapier. Der Unterschied zwischen den Papiermassen gemäß der Erfindung und denen bei Gale et al. in der EPO-Anmeldung läßt sich leicht erkennen aus den Vergleichen, die unten in den Beispielen vorgenommen werden. Um ein hochwertiges Polyethylenpapier mit einem relativ niedrigen Flächengewicht herzustellen, müssen die verwendeten Papiermassen einen besonderen Charakter aufweisen. Insbesondere müssen die Papiermassen gemäß der Erfindung im Vergleich zu den beiden Referenzpatenten von Gale et al. eine geringe Größe und eine geringe Anzahl von Defekten (Faserflecken und Faserknötchen) sowie einen hohen Grad an Fasernaß- und Fasertrockenfestigkeit besitzen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung weist das bevorzugte Verfahren zur Herstellung von Papiermassen aus orientierten Polyethylenfibriden, die zur Herstellung eines hochwertigen Polyethylenpapiers notwendig sind, bestimmte in der Technik bekannte Schritte auf. In US-A-4,608,089 (Gale et al.) wird zum Beispiel die Herstellung einer fibrösen Papiermasse aus orientierten Polyethylenfibriden mit einer Doppelbrechung von mindestens 0,030 offenbart mit den folgenden Stufen: (a) Flash-Spinnen eines linearen Polyethylens zu miteinander verbundenen Strängen aus orientierten Folienfibrillen aus Polyethylen, (b) Umwandeln der Stränge zu kleinen Stücken und (c) Reduzieren der Größe der Stücke in einem Refiner mit einer wäßrigen Aufschlammung der Papiermassen. Bei dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Papiermassen weiterbehandelt, um die Größe in der verbesserten Papiermasse aus Polyethylen bis zu einer solchen Qualität zu reduzieren, wie sie sich zur Herstellung von hochwertigem Polyethylenpapier eignet. Die Verbesserung umfaßt die Ausführung der folgenden zusätzlichen Schritte:
(d) Mischen der verfeinerten wäßrigen Aufschlämmung mit Polyvinylalkohol;
(e) Hindurchführen des Gemisches durch einen ersten, einzelnen Scheibenrefiner mit einer Plattenspalteinstellung zwischen 0,01 und 0,04 Zoll;
(f) Hindurchführen des Gemisches aus dem ersten, einzelnen Scheibenrefiner durch einen zweiten, einzelnen Scheibenrefiner, versehen mit umfänglichen Ringen mit einer Spalteinstellung von 0,002 bis 0,016 Zoll und einer Plattenspalteinstellung von 0,007 bis 0,021 Zoll;
(g) Filtern des verfeinerten Gemisches durch ein Sieb mit einer Sieböffnungsgröße von 0,040 bis 0,089 Zoll; und
(h) Entwässern der gefilterten Papiermasse.
Der zweite Scheibenrefiner ist mit einer Reihe von umfänglichen Ringen versehen, die innerhalb eines kritischen Spalteinstellungsbereiches eingestellt sind, um den Störgrad und die Faserlänge in der Papiermasse zu regeln. Durch die Spalteinstellung der Ringe in bezug auf die Hauptplatten des Refiners wird die kritische Einstellung bestimmt. Die Plattenspalteinstellung wird vorzugsweise auf 0,015 bis 0,018 Zoll eingeregelt, und die Ringspalteinstellung beträgt zwischen 0,010 und 0,015. Besonders bevorzugte Einstellungen sind eine Plattenspalteinstellung von 0,018 Zoll und eine Ringspalteinstellung von 0,015 Zoll. In den unten folgenden Beispielen sind die zur Ausführung der zusätzlichen Schritte geeigneten Anlagen ausführlich beschrieben.
Die fertigen Fibride sind gekennzeichnet durch eine durchschnittliche Länge zwischen 0,7 und 1,0 mm, eine Opazität von 75 bis 90 %, eine Körnigkeit zwischen 0,150 und 0,222 mg/m und einen Störgrad zwischen 0 und 6 %. Die Größe der Fibride liegt auch so, daß höchstens 25%, vorzugsweise höchstens 10 % der Fibride der Papiermasse auf einem Sieb von 14 mesh zurückgehalten werden, wobei alle Siebgrößen mit den Siebgrößen der Bauer-McNett-Klassifikation übereinstimmen.
Die verschiedenen hierin bezeichneten Eigenschaften für die Papiermassen und für das aus diesen hergestellte Papier werden mit den folgenden Verfahren gemessen. Bei der Beschreibung der Testmaterialien bezeichnet ASTM die American Society for Testing Materials, TAPPI bezeichnet die Technical Association of the Pulp and Paper Industry und ISO bezeichnet die International Organization for Standardization.
Die Faserlänge und die Körnigkeit werden bestimmt mit dem Kajaani-Testverfahren, das gewöhnlich in der Papierindustrie angewandt wird. Die durchschnittliche Faserlänge wird gemessen mit einem Kajaani-Gerät FS-100 mit einem Öffnungsdurchmesser von 0,4 mm. Das Gerät dient dazu, eine Ansammlung von Papiermassenfasern als Probe zu nehmen und eine Gewichtsverteilung herzustellen. Es wird die Gesamtanzahl der Fasern gezählt, und aus der Gewichtsverteilung der Fasern wird eine durchschnittliche Faserlänge errechnet.
Die Defekte in Prozent werden bestimmt mit dem Pulmac-Testverfahren, das ebenfalls gewöhnlich in der Papierindustrie angewandt wird. Es wird ein Pulmac-Schäbenanalysator mit einer Schlitzbreite von 4 mils benutzt, um die Defekte in % in der Papiermasse zu messen. Defekte sind am häufigsten als Faserknötchen und Faserflecken zu sehen.
Die Doppelbrechung wird bestimmt durch Messung des Brechungsindexes parallel nII und senkrecht nI zu der Faserachse mittels Interferenzmikroskopie. Die Differenz zwischen den beiden Brechungsindices ist die Doppelbrechung. Das Mikroskop ist ein Leitz- Interferenzmikroskop für übertragenes Licht, bei dem ein Mach- Zehnder-Interferometer zum Einsatz kommt. Die Beleuchtung erfolgt durch eine Quecksilberlichtbogenlampe, deren Licht so gefiltert ist, daß es eine Wellenlänge von 500 nm ergibt. Einzelheiten darüber, wie der Brechungsindex gemessen wird, sind angegeben in US-A-4,608,089, Spalte 3, Zeilen 6 bis 33.
Die Bauer-McNett-Werte werden gemäß TAPPI T33 0575 gemessen.
Die Opazität eines getrockneten, naßgelegten Papiers wird gemessen mit einem Technidyne-Testinstrument Micro TB1C (hergestellt von der Technidyne Corporation, New Albany, Indiana), das die ISO- Standards 2469 und 2471 und TAPPI T519 für Messungen einer diffusen Opazität erfüllt. Die Bestimmungen erfolgen entsprechend den von Technidyne veröffentlichen Verfahren "Measurement and Control of the Optical Properties of Paper" (1983) und insbesondere unter Anwendung der Streulichtgeometrie mit einem Filter der Position B, der eine effektive Wellenlänge von 457 nm aufweist. Die Bestimmungen werden statistisch analysiert, um die durchschnittliche Opazität und deren Varianz bei Bahnen aus einer gegebenen Papiermasse zu ermitteln. Eine geringe Opazitätsvarianz zeigt das Vermögen der Papiermasse an, einer einheitliche, fleckenfreie Bahn aus synthetischer Papiermasse zu bilden.
Die Frazier-Porosität wird gemessen gemäß ASTM D 737-46 und wird angegeben in Kubikfeet pro Quadratfeet pro Minute.
Die Entwässerung (allgemein bekannt als Canadian Standard Freeness [CSF]) wird gemessen gemäß dem Testverfahren TAPPI T-227 und wird angegeben in Millilitern (ml).
Die Anzahl der gebildeten Faserknötchen wird gemessen durch einen visuellen Test. Faserknötchen, deren Höhe 0,5 mm oder mehr beträgt auf einem Prüfbogen von 8" x 8" mit einem Flächengewicht von 2,0 oz/yd², werden visuell gezählt und registriert.
Nachdem die verbesserten Papiermassen aus Polyethylen hergestellt sind, können sie mit dem Papierherstellungsverfahren gemäß der Erfindung zu hochwertigem synthetischem Papier umgewandelt werden. Das Papier wird hergestellt auf einer herkömmlichen Langsiebentwässerungsmaschine für Rollenpapier, indem zuerst eine Papierrohmasse hergestellt wird, enthaltend 97 - 99,5 Gew.-% Fasern aus Polyethylen und 0,5 - 3,0 Gew.-% Bindefasern aus Polyvinylalkohol. Die Fasern der Rohmasse weisen eine durchschnittliche Länge zwischen 0,7 und 1,0 mm, eine Doppelbrechung von mindestens 0,030, einen Störgrad zwischen 0 und 6 % und eine Körnigkeit zwischen 0,150 und 0,222 mg/m auf. Geeignete Fasern aus Polyvinylalkohol sind im Handel erhältlich bei der Kuraray Co. Ltd., Osaka, Japan unter dem Handelsnamen "Kuralon". Bei der Herstellung der Rohmasse werden die Fasern der Rohmasse aus Polyethylen gleichmäßig in Wasser dispergiert bis zu einer Feststoffkonsistenz von 2 Gew.-%. Die Fasern aus Polyvinylalkohol werden mit 1 Gew.-% als Bindefasern zugesetzt. Die Rohmasse wird weiter verdünnt mit Wasser bis zu einer Feststoffkonsistenz von 0.5 Gew.-%.
Dann wird die Rohmasse auf der Formsiebpartie einer herkömmlichen Langsiebentwässerungsmaschine (d.h. einer Langsiebpapiermaschine) abgelegt. Die Rohmasse wird entwässert, um eine ungeleimte Papierbahn herzustellen. Anschließend wird die fertige, ungeleimte Papierbahn zwischen einer Reihe von erhitzten Trocknungszylindern getrocknet. Die Trocknungszylinder weisen ein besonderes Trocknungsprofil auf, so daß eine anfängliche Trocknungsphase bei einer Temperatur zwischen 200 und 270 ºF erfolgt, um einige der Fasern aus Polyvinylalkohol zu schmelzen, und eine zweite Trocknungsphase bei einer Temperatur zwischen 190 und 240 ºF erfolgt, um die Streckung und Dehnung der Fasern zu regeln. Die Trocknungszylinder werden vorzugsweise mit einem trennbaren Überzug besprüht, wie zum Beispiel aus Polytetrafluorethylen (PTFE), um die Möglicheit weiter zu vermindern, daß Fasern an der Oberfläche der Zylinder haftenbleiben.
Zuletzt wird die getrocknete Papierbahn bei einer Temperatur zwischen 250 und 315 ºF wärmeverbunden, um ein hochwertiges Polyethylenpapier mit einer Frazier-Porosität von mindestens 4 ft³/ft²/min herzustellen. Die Porosität des Papiers kann für einen spezifischen Einsatzzweck eingerichtet werden, indem die Papierbahn durch eine Reihe von erhitzten Zylindern (d.h. eine Walzenverbindemaschine) geführt wird und die Verbindungstemperatur modifiziert wird. Während des Verbindens wird die Papierbahn typischerweise durch elektrostatische und/oder Druckeinrichtungen festgehalten, um die Schrumpfung der Bahn zu minimieren. Es wurde festgestellt, daß die Porosität des mit dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten Papiers direkt proportional der Temperatur ist (d.h. die Papierbahn wird poröser, wenn die Temperatur ansteigt, jedoch nur bis zu einer bestimmten kritischen Temperaturgrenze von etwa 330 ºF, wo die Porosität abzunehmen beginnt) . Diese charakteristische Eigenschaft ist das Gegenteil von derjenigen der meisten Papiermassen nach dem Stande der Technik, wo die Porosität umgekehrt proportional der Temperatur ist. Nach dem Verbinden wird das Papier zum Zwecke der Lagerung oder des Transports in Rollenform aufgewickelt.
Die Erfindung wird leichter verständlich anhand der beiliegenden Zeichnung, die eine schematische Darstellung der Anlagen ist, die sich zur Herstellung von Papier gemäß der Erfindung eignen. Figur 1 zeigt eine typische Langsiebpapiermaschine, worin eine naßgelegte Schicht von Rohmassefasern 1 von einem Stoffauflaufkasten 10 auf eine Formsiebpartie aufgeschwemmt wird und durch eine Pressenpartie (Walzen 20 - 25 und Bänder 27 - 28) geführt wird, um die Fasern zu entwässern. Dann wird die fertige ungeleimte Papierbahn durch eine Trocknerpartie (Zylinder 30 - 38) mit einem besonderen Trocknungsprofil geführt. Die Zylinder werden so erhitzt, daß eine anfängliche Heizphase (A) bei einer Temperatur zwischen 200 und 270 ºF erfolgt, um die Fasern aus Polyvinylalkohol zu schmelzen (Zylinder 30 - 35) und eine zweite Heizphase (B) bei einer Temperatur zwischen 190 und 240 ºF erfolgt, um die Streckung und Dehnung der Fasern zu regeln (Zylinder 36 - 38).
Das Verbinden der Papierbahn in der Wärmeverbindungsphase (C) kann mit herkömmlichen Anlagen erfolgen, zum Beispiel mit einem Kalanderglättwerk. Besonders bevorzugte Anlagen zur Ausführung des Verbindens werden offenbart von Lee in dem USA-Patent 4,554,207. Beim Wärmeverbinden laufen alle Walzen mit im wesentlichen den gleichen Umfangsgeschwindigkeiten. Die Verbindungstemperatur wird zwischen 250 und 315 ºF gehalten, um eine Frazier-Porosität von mindestens 4 ft³/min/ft² zu erzielen. Wie oben erwähnt, kann die Temperatur in diesem Bereich variiert werden, um je nach dem spezifischen Endgebrauchszweck Papier mit einer speziellen Porosität herzustellen.
In den nun folgenden, nicht einschränkenden Beispielen sind, wenn nichts anderes angegeben ist, alle Prozentsätze und Verhältnis der Bestandteile der Zusammensetzung auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung bezogen.

BEISPIEL 1

In diesen Beispielen werden mit den Verfahren gemäß der Erfindung hergestellte Papiermassen und Papiere mit ähnlichen Papermassen und Papieren von Gale et al., EP-A-O 292,285 verglichen.
Das Ausgangsmaterial zur Herstellung jeder Papiermasse aus Polyethylen war im wesentlichen das in EP-A-O 292,285 (Gale et al.) beschriebene. Kurz gesagt, es wurde eine Lösung von linearem Polyethylen in Trichlorfluormethan zu Plexifilamentsträngen aus orientierten Folienfibrillen flashgesponnen; die Stränge wurden zu einer Bahn geformt; die Bahn wurde etwas verfestigt und zur Vorbereitung auf das Verfeinern als wäßrige Aufschlämmung mit niedriger Konzentration zu kleinen Stücken geschnitten.
Bei der Papiermasse nach dem Stande der Technik wurde eine Ausgangsbahn zu breiten Streifen geschnitten, die zu kleinen Stükken zerhackt wurden. Die Stücke wurden mit Wasser gemischt, um eine Aufschlämmung mit 2 Gew.-% Feststoffgehalt zu bilden. Dann wurde die Aufschlämmung in 3 Durchläufen in Scheibenrefinern des Modells 36-2 (im Handel erhältlich bei der Sprout Waldron Company, Muncey, Pennsylvania) behandelt, die mit 1800 U/min liefen. Die Refiner waren ausgestattet mit Hauptplatten des Modells 16808 A, B und umfänglichen Kontrollringen des Modells 17709. Bei dem ersten Durchlauf betrug der Nennabstand 0,010 Zoll (0,254 mm) zwischen den Hauptplatten und 0,003 Zoll (0,076 mm) zwischen den umfänglichen Kontrollringen. Bei dem letzten Durchlauf wurde die Aufschlämmung bis auf 1 % Feststoffe verdünnt. Die Zuführmengen zu dem ersten, dem zweiten und dem dritten Durchlauf, basierend auf dem Trockengewicht der Papiermasse, betrugen 3 bzw. 8 bzw. 7 Pounds pro Minute (1,4; 3,6; 3,2 kg/min). Die verfeinerte Papiermasse wurde auf einem Sieb von 150 mesh entwässert und dann getrocknet.
Bei der Papiermasse gemäß der Erfindung wurde eine Ausgangsbahn zu breiten Streifen geschnitten, die zu kleinen Stücken zerhackt wurden. Die Stücke wurden mit Wasser gemischt, um eine Aufschlämmung mit 2 Gew.-% Feststoffgehalt zu bilden. Dann wurde die Aufschlämmung in einem Durchlauf durch einen Scheibenrefiner des Modells 36-1C behandelt (im Handel erhältlich bei der Sprout Waldron Company, Muncey, Pennsylvania), der mit 1800 U/min lief. Der Refiner war mit einem Plattenmuster des Modells 16808 A, B ausgestattet. Der Nennabstand betrug 0,030 Zoll (0,762 mm), und die Zuführmenge, basierend auf dem Trockengewicht der Papiermasse, betrug 8 Pounds pro Minute (3,6 kg/min). Dann wurde die verfeinerte Papiermasse in einem Durchlauf durch Scheibenrefiner des Modells 36-2 behandelt, die mit 1800 U/min liefen. Die Refiner waren ausgestattet mit Hauptplatten des Modells 16808 A, B und mit umfänglichen Kontrollringen des Modells D4A134. Der Nennabstand betrug 0,015 Zoll (0,381 mm) zwischen den Hauptplatten und 0,010 Zoll (0,254 mm) zwischen den umfänglichen Kontrollringen. Die Zuführgeschwindigkeit, basierend auf dem Trockengewicht der Papiermasse, betrug 8 Pounds pro Minute (3,6 kg/min). Die verfeinerte Papiermasse wurde auf einem Sieb von 150 mesh entwässert und dann getrocknet.
Es wurden mit dem Verfahren von Gale et al., EP-A-292,285 hergestellte Papiermassen und mit dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellte Papiermassen verglichen, und die Ergebnisse sind in Tabelle 1 unten angegeben. Die Ergebnisse zeigen an, daß die Papiermassen gemäß der Erfindung eine höhere Bahnfestigkeit und einen viel geringeren Prozentsatz an Defekten (z.B. an Faserknötchen in %) bei einem niedrigen Flächengewicht aufweisen, wie zum Beispiel von 2 oz/yd². TABELLE 1 Eigenschaft Papiermasse nach dem Stande der Technik Papiermasse gemäß der Erfindung Faserlänge (mm) Siebklassierung* 14 mesh Bahnfestigkeit (lbs/in) (2 oz/yd²) Entwässerung (CSF)** Opazität (%) Defekte in % Körnigkeit (mg/m) Knötchen in % * Definiert als Prozenzsatz der Papiermasse, der auf einem Sieb von 14 mesh zurückgehalten wird. ** Canadian Standard Freeness (ml)

BEISPIEL 2

Es wurden aus den Papiermassen nach dem Stande der Technik von Gale et al., EP-A-O 292,285, hergestelltes verbundenes Papier und Papiermassen gemäß der Erfindung beim Einsatz für Staubsaugerbeutel verglichen, und die Ergebnisse sind in Tabelle 2 unten angegeben. TABELLE 2 Eigenschaft Papier nach dem Stande der Technik Papier gemäß der Erfindung Flächengewicht (oz/yd²) Dicke (mils) Permeabilität (cf/m/ft²) Mullen-Bruchfestigkeit (psi) Zugfestigkeit Faserr. (lb/in) Zugfestigkeit Querr. (lb/in) Mittlere Porengröße (Mikrometer) Min. Porengröße (Mikrometer) Max. Porengröße (Mikrometer) Anzahl der Defekte (Faserknötchen)
Tabelle 2 beweist, daß sich das Papier nach dem Stande der Technik von Gale et al. in der Permeabilität und der Anzahl der defekte wesentlich unterscheidet von dem mit dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten Papier, wenn Papier mit einem niedrigen Flächengewicht (d.h. von weniger als 2,0 oz/yd²) hergestellt wird.

Umrechnungen

1 ft³/min/ft² = 0,30 m³/min/m²
1 oz/yd² = 33,91 g/m²
1 Zoll (") = 2,54 cm
1 mil = 25,4 um
1 psi = 6,90 kPa
1 lb/in = 0,18 kg/cm²
1 yd = 0,91 m
Zur Umrechnung von ºF in ºC substrahieren mit 32 und multiplizieren mit 5/9.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines synthetischen Papiers, enthaltend mindestens 97 % Polyethylen, auf einer Langsiebentwässerungsmaschine für Rollenpapier, umfassend die folgenden Schritte:

(a) Herstellung einer Papierrohmasse, umfassend:

(i) 97 - 99,5 % Polyethylen-Fibride mit einer Doppelbrechung von mindestens 0,030, einer durchschnittlichen Länge zwischen 0,7 und 1,0 mm, einem Störgrad zwischen 0 und 6 % und einer Körnigkeit zwischen 0,15 und 0,222 mg/m; und

(ii) 0,5 - 3,0 % Fasern aus Polyvinylalkohol;

(b) Ablegen der Rohmasse auf der Siebpartie einer Papiermaschine zwecks Herstellung einer ungeleimten Papierbahn;

(c) Trocknen der fertigen ungeleimten Papierbahn auf erhitzten Trocknungszylindern, worin die Trocknungszylinder ein solches Trocknungsprofil aufweisen, daß eine anfängliche Trocknungsphase bei einer Temperatur zwischen 200 und 270 ºF (93,3 und 132,2 ºC) erfolgt, um die Fasern aus Polyvinylalkohol zu schmelzen, und eine zweite Trocknungsphase bei einer Temperatur zwischen 190 und 240 ºF (87,8 und 115,6 ºC) erfolgt, um die Streckung und Dehnung der Fasern zu regeln; und

(d) Wärmeverbinden der getrockneten Fasern bei einer Temperatur zwischen 250 und 315 ºF (121,1 und 157,2 ºC), um eine Frazier-Porosität von mindestens 4 ft³/min./ft² (1,21 m³/min/m²) herzustellen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Papierrohmasse um-

(i) 97,5 - 98,5 % Polyethylenfibride mit einer durchschnittlichen Länge zwischen 0,78 und 0,80 mm, einem Störgrad zwischen 1 und 48 und einer Körnigkeit zwischen 0,170 und 0,185 mg/m; und

(ii) 1,5 - 2,5 % Fasern aus Polyvinylalkohol;

wobei beim Trocknen des fertigen ungeleimten Papiers auf erhitzten Trocknungszylindern die Trocknungszylinder ein solches Trocknungsprofil aufweisen, daß eine anfängliche Trocknungsphase bei einer Temperatur zwischen 210 und 250 ºF (98,9 und 121,1 ºC) erfolgt, um die Fasern aus Polyvinylalkohol zu schmelzen;

in der zweiten Trocknungsphase die Temperatur zwischen 195 und 205 ºF (90,6 und 96,1 ºC) liegt, um die Streckung und Dehnung der Fasern zu regeln;

und beim Wärmeverbinden der getrockneten Fasern die Temperatur zwischen 270 und 305 ºF (93,3 und 151,7 ºC) liegt.

3. Verfahren nach jedem der beiden Ansprüche 1 und 2, worin die Trocknungszylinder mit einem trennbaren Überzug beschichtet sind.

4. Verfahren nach Anspruch 3, worin der trennbare Überzug aus Polytetrafluorethylen besteht.

5. Verfahren zur Herstellung einer fibrösen Papiermasse aus orientierten Polyethylen-Fibriden und aus Polyvinylalkohol, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:

(a) Flash-Spinnen eines linearen Polyethylens zu Strängen aus orientierten Folienfibriden mit einer Doppelbrechung von mindestens 0,030 und Umwandeln der Stränge zu kleinen Stücken, deren Größe dann durch Verfeinern in einer wäßrigen Aufschlämmung reduziert wird, so daß sich die Papiermasse bildet;

(b) Mischen der verfeinerten wäßrigen Aufschlämmung mit Polyvinylalkohol;

(c) Hindurchführen des Gemisches durch einen ersten, einzelnen Scheibenrefiner mit einer Plattenspalteinstellung zwischen 0,01 und 0,04 Zoll (0,25 und 1,01 mm);

(d) Hindurchführen des Gemisches durch einen zweiten, einzelnen Scheibenrefiner, versehen mit umfänglichen Ringen mit einem Spalteinstellung von 0,002 bis 0,016 Zoll (0,05 mm bis 0,41 mm), und einer Plattenspalteinstellung von 0,007 bis 0,021 Zoll (0,18 bis 0,53 mm);

(e) Filtern des verfeinerten Gemisches durch ein Sieb mit einer Sieböffnungsgröße von 0,040 bis 0,098 Zoll (1,02 bis 2,50 mm; und

(f) Entwässern der gefilterten Papiermasse.

6. Fibröse Papiermasse aus orientierten Polyethylenfibriden mit einer Doppelbrechung von mindestens 0,030, wobei die Fibride durchschnittlich 0,7 bis 1,0 mm lang sind und die Fibride eine Körnigkeit zwischen 0,150 und 0,222 mg/m und einen Störgrad zwischen 0 und 6 % aufweisen.

7. Auf einer Langsiebmaschine entwässerte, getrocknete und wärmeverbundene Papierbahn, hergestellt mit dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4.

8. Auf einer Langsiebmaschine entwässerte, getrocknete und wärmeverbundene Papierbahn, hergestellt aus der Papiermasse nach Anspruch 6.

9. Auf einer Langsiebmaschine entwässertes Filterpapier, hergestellt aus dem Papier nach jedem der beiden Ansprüche 7 und 8.