DE69801969T2

DE69801969T2 - Verfahren zur herstellung einer Papierbahn

Info

Publication number: DE69801969T2
Application number: DE69801969T
Authority: DE
Inventors: Eeva Aenaes; Markku Leskelae; Stina Nygard; Maija Pitkaenen
Original assignee: M Real Oyj
Current assignee: Metsa Board Oyj
Priority date: 1997-09-16
Filing date: 1998-09-16
Publication date: 2002-07-18
Anticipated expiration: 2018-09-17
Also published as: FI104502B; DE69801969D1; JPH11200278A; JP3085936B2; ES2163243T3; EP0902119B1; EP0902119A2; EP0902119A3; CA2247533C; US6436238B1; FI973705L; CA2247533A1; DK0902119T3; FI973705A0; ATE206779T1; PT902119E

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß des Oberbegriffes von Anspruch 1 zur Herstellung eines Papiergewebes.
Gemäß einem Verfahren dieser Art wird ein Faserrohmaterial zerfasert und der erhaltene Papierfaserstoff wird zu einem Gewebe ausgebildet, das getrocknet wird.
Bei der Papierherstellung werden mechanische Holzstoffe beispielsweise für Zeitungspapier und SC- und LWC-Papiere verwendet. Verglichen mit chemischem Holzstoff liegen die besonderen Vorteile von mechanischen Holzstoffen in ihren niedrigeren Produktionskosten und größeren Ausbeuten. Ebenfalls sind gänzlich neue Anwendungsgebiete für mechanische Holzstoffe, insbesondere Hartholz-Holzstoffe gefunden worden. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wurde gefunden, dass durch Verwendung von mechanischen Holzstoffen, die aus Espen hergestellt werden, es möglich ist, Qualitäten von Feinpapieren herzustellen, die beträchtlich besser als die bisherigen sind. Zu derselben Zeit führt dies zu Bedingungen der Gewebebildung, die allerdings deutlich schwieriger sind als für übliche Feinpapiere und für Zeitungsdrucke, die von Fichte hergestellt werden. Die vorliegende Erfindung betrifft die Steuerung dieser Gewebebildungs-Bedingungen.
Im Vergleich zu chemischen Holzstoffen gibt es einige beträchtliche Probleme in Bezug auf mechanische Holzstoffe wie hohe Konzentrationen von LC-Stoffen (flüssige und kolloidale Stoffe) 1 die 2000-8000 mg/l betragen (bei ausschließlicher Verwendung chemischer Holzstoffe betragen die entsprechenden Mengen 500 bis 1000 mg/l). Die hohen Konzentrationen von störenden Stoffen erhöhen das Risiko von Störungen bei der Betreibbarkeit. Die Konzentrationen von lipophilen Extraktionsstoffen, die insbesondere störend hinsichtlich Betreibbarkeit sind, sind viermal oder sogar bis zu siebenmal höher in gebleichten mechanischen Holzstoffen als in chemischen Holzstoffen. Die lipophilen Extraktionsstoffe sind der Hauptgrund für die meisten der Präzipitate, Flecken und Löcher auf einer Papiermaschine.
Die Helligkeit eines mechanischen Holzstoffe enthaltenden Papieres ist niedriger und die Helligkeitsstabilität schlechter als für ein übliches Feinpapier, das nur chemische Holzstoffe enthält. Die große Konzentration an Feinanteilen (fines) in den mechanischen Holzstoffen ist sowohl ein Vorteil als auch ein Nachteil. Sie verleiht dem Papier ein gutes Volumen, da es eine hohe Streufähigkeit besitzt, und sie verleiht dem Papier eine Opazität, jedoch ist für die Betreibbarkeit der Papiermaschine eine hohe Konzentration an Feinanteilen ein Nachteil. Die Feinanteile haben eine große spezifische Oberfläche, die eine große Menge der verschiedenen Papierchemikalien verbraucht, sowohl Prozesschemikalien und funktionelle Chemikalien. Es ist ebenfalls notwendig, große Mengen an Chemikalien in Geweben zu verwenden, die reichliche Mengen von Feinanteilen enthalten, um das Entwässern zu steuern. Die Feinanteile besitzen eine große spezifische Oberfläche und sie behindern das Entwässern des Gewebes während der Papierherstellung.
Das Risiko von Harz-Problemen nimmt insbesondere in der Gegenwart von bivalenten oder multivalenten Metall-Ionen zu. Diese sind in der Lage, Harz schon bei kleinen Konzentrationen auszufällen. Insbesondere gibt Calcium Anlass zu Problemen bei Verfahren, bei denen Calciumcarbonat als Füllstoff oder als Beschichtungspigment verwendet worden ist und wenn mechanischer Holzstoff verwendet wird.
Mechanische Holzstoffe werden aus Weichholz, vorrangig Fichte, und zu einem geringen Ausmaß aus Hartholz wie Espe (lat. Populus tremula) hergestellt. Die aus verschiedenen Holzarten hergestellten Holzstoffe enthalten unterschiedliche Anteile an lipophilen Extraktionsstoffen. Die Konzentration von Extraktionsstoffen von gebleichtem Holzschliff aus Fichte (PGW) beträgt ungefähr 0,30 bis 0,35% und von Druck- Holzschliff aus Espe 0,60 bis 0,70%. Die Zusammensetzung der Extraktionsstoffe ist ebenfalls für Hartholz und Weichholz unterschiedlich. So enthält Holzschliff aus Fichte große Mengen von freien Harzsäuren, freien Fettsäuren, freien Säureestern und freien und veresterten Estern. Die Zusammensetzung der lipophilen Extraktionsstoffe von Espen- Holzschliff unterscheidet sich von der von Fichte. In der Extraktionsstoff-Fraktion aus Espen-Holzschliff dominieren die Fettsäureester, allerdings gibt es nur kleine Mengen freie Fettsäuren und es kann keine Harzsäure in den Extraktionsstoffen von Hartholz gefunden werden.
Wegen der hohen Konzentration an Extraktionsstoffen ist die Auffassung vertreten worden, dass aus Espen hergestellte mechanische Holzstoffe große Risiken bei der Betreibbarkeit bieten.
Es gib ebenfalls andere Probleme, die mit der Verwendung von Espen bei der Papierherstellung verbunden sind. Die Steinzellen der Innenschicht der Rinde, dass heißt die Skleriden, haben es schwierig gestaltet, Espen in chemischen Holzstoffen zu verwenden, und es ebenfalls sind Probleme durch Rindenmüll von Druckholzschliff aus Espe verursacht worden. Darüber hinaus sind 24 bis 26% der Espenzellen Vaskulumzellen, die das Risiko von Betreibbarkeitsproblemen bei Verwendung von Espenholzstoff erhöhen. Es wurde gefunden, dass die kleinen Vaskulumzellen von Espen die Bildung von Flecken und Verfärbungen auf dem Gewebe verursachen.
Im Gegensatz zu Fichte besitzt Hartholz eine höhere Wasserzurückhaltung (WRW) und die kleineren Fasern ergeben ein dichteres Gewebe. Beide dieser Faktoren verringern das Entwässern des Gewebes. Der Vorteil von Espe verglichen mit Fichte ist ihre niedrigere Ligninkonzentration, die eine höhere Helligkeit und eine verbesserte Helligkeitsstabilität liefert. Espe wäre daher ein interessantes Holzausgangsmaterial bei der Holzstoffherstellung, jedoch hat die Verwendung von Espe in mechanischen Holzstoffen aufgrund der obigen Gründe und wegen der geringeren Festigkeit von Espe im Vergleich zu Fichte nicht zugenommen. Die Verwandte der Espe, die Pappel (lat. Populus balsamea) ist in einem gewissen Maß für die Herstellung von Holzschliff in Nordamerika eingesetzt worden, jedoch tritt dieselbe Art von Betreibbarkeitsroblemen ebenfalls in Verbindung damit auf.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die mit dem Stand der Technik verbundenen Probleme zu beseitigen und eine gänzlich neue Lösung zur Verwendung von mechanischen Holzstoffen, die aus Espe hergestellt sind, bei der Papierherstellung bereitzustellen, insbesondere für die Herstellung eines Papiergewebes für eine neue Generation von Feinpapieren. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Lösung zum Steuern der deutlich schwierigeren Gewebebildungs-Bedingungen von Espe. Höhere Helligkeit und Helligkeitsstabilität sind für Feinpapier gefordert. Bei einem höheren Helligkeitsgrad ist es kritischer, beispielsweise die Bildung von durch Harz verursachten Flecken und Verfärbungen zu kontrollieren.
Die Erfindung basiert auf den folgenden überraschenden Erkenntnissen, die es ermöglicht haben, die Betreibbarkeit von mechanischem Espen-Holzstoff auf einer Papiermaschine beträchtlich zu verbessern.
Die Mengen von organischen Stoffen, die aus Holzschliff und anderen mechanischen Holzstoffen gelöst werden, und die Variationen dieser Mengen können dadurch begrenzt werden, dass der pH der Papiermaschine relativ niedrig und innerhalb eines relativ engen Bereiches gehalten wird. Neben einem niedrigen pH ist es weiterhin möglich, die Mengen des löslichen gesamten organischen Materials (COD) und die Menge an anionischen organischen Verunreinigungen zu begrenzen, indem eine relativ hohe Leitfähigkeit beibehalten wird.
Der relativ niedrige pH und die relativ hohe Leitfähigkeit sind insbesondere Vorteilhaft hinsichtlich der Harz-Substanz, die sich aus Espen-Holzschliff in Wasser hinein dispergiert. Gemäß Sundberg et al. (K. Sundberg, J. Thornton, R. Ekman, B. Holmbom, Nord. Pulp Pap. Res. J. 9 (1994)2, 125-128) wird die Dispersion von Harz aus Holzstoff in Wasser durch die Tatsache gefördert, dass die Kohlenhydrate, die sich in Wasser aus dem Holzstoff lösen (Fichten-Holzschliff - TMT), die Harz-Dispersion sterisch stabilisieren. Wenn ein Verfahren gemäß unserer Erfindung betrieben wird, beschränkt die hohe Leitfähigkeit die Löslichkeit der organischen Substanz und wenn die Konzentration in Wasser der Substanz, die die Harz-Dispersion stabilisiert, abfällt, vermindert dies die Menge an in Wasser dispergiertem Harz.
Wir haben ebenfalls gefunden, dass je nach der spezifischen Anwendung die Peroxiddosierung, die für das Bleichen von Espen-Holzschliff notwendig ist, beträchtlich kleiner als die Peroxiddosierung für Fichten-Holzschliff ist, was ebenfalls alleine die Mengen an wasserlöslicher Substanz verringert. Überraschenderweise ist die Konzentration der Extraktionsstoffe auf der Oberfläche des gebleichten Espen- Holzschliffes (Bedeckung der Extraktionsstoffe) nicht höher als für Fichten-Holzschliff, selbst wenn die Gesamtkonzentration der Extraktionsstoffe in Espen- Holzschliff ungefähr zweimal derjenigen von Fichten- Holzschliff beträgt.
Was die Betreibbarkeit anbetrifft, ist es ebenfalls wesentlich, das Entwässern zu kontrollieren. Die Verwendung von Espen-Holzschliff schließt ein beträchtliches Risiko in dieser Hinsicht ein, da seine Fasergröße klein ist und im Allgemeinen die Wasserzurückhaltung von Hartholz-Holzstoffen wegen ihrer charakteristischen Kohlenhydratzusammensetzung größer für sie ist als für Weichholz-Holzstoffe. Mittels der vorliegenden Erfindung ist es möglich geworden, beide dieser Faktoren, die Risiken für die Betreibbarkeit verursachen, zu vermeiden. Erstens wurde, wenn Espen-Holzschliff wie in Beispiel 1 hergestellt wurde, überraschenderweise gefunden, dass der Entwässerungsgrad von Espen-Holzschliff auf einem höheren Niveau gehalten wurde konnte als erforderlich ist für einen Fichten-Holzschliff, der für den entsprechenden Zweck hergestellt wurde. Dies liegt daran, dass der Espen- Holzschliff nur geringe Mengen an Spänen und groben Fasern enthält, die eine Verarbeitung zu einem niedrigen Entwässerungsgrad hin erfordert hätten. Zweitens wird das Entwässern eines Papiergewebes, das Espen-Holzschliff enthält, beträchtlich gefördert, wenn die Nass-Partie in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung betrieben wird.
Bei Verwendung von chemischem Espen-Holzschliff für die Herstellung von herkömmlichen Feinpapieren geben die Vaskulumzellen der Espen Anlass zu Flecken und Verunreinigungen auf der Papiermaschine. Die zur Kontrolle des Prozesses eingesetzten Schaumverhinderungsmittel scheinen ein Ausflocken von kleinen Vaskulumzellen zu verursachen. Diese Flocken binden lose an die Oberfläche des Papiergewebes und heften sich dann an die Walzenoberflächen des Pressbereiches oder an die Zylinderoberflächen des Trocknungsbereiches an, was helle Flecken auf der Oberfläche des Papiers erzeugt. Wenn diese Flecken unter einem Mikroskop untersucht werden, können Flocken von Vaskulumzellen gefunden werden. Überraschenderweise wird bei Verwendung von mechanischem Espen-Holzschliff keine Ausflockung von Vaskulumzellen gefunden. Dies liegt möglicherweise daran, dass die physikalischen (Steifheit) und chemischen (eine hydrophobere Oberfläche) Eigenschaften von mechanischen Fasern sich von denjenigen der Fasern in chemischen Holzstoffen unterscheiden.
Insbesondere ist das erfindungsgemäße Verfahren überwiegend durch das, was im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 angegeben ist, gekennzeichnet.
Die vorliegende Erfindung stellt beträchtliche Vorteile bereit. So kann unter Verwendung eines relativ niedrigen pHs und eines engen pH-Bereichs die Empfindlichkeit gegenüber Störungen des Papierherstellungsverfahrens verringert werden, da die Menge von gelösten störenden Substanzen abnimmt und die Variation der Menge kleiner wird. Das Papier wird in einem System produziert, das sich in einem konstanten Zustand von Interaktion und Wechsel befindet, wobei das vorliegende Verfahren, dass heißt der Betrieb der Maschine, der die oben genannten Charakteristiken einschließt, eine stabile und leicht kontrollierbare Situation schafft.
Im Vergleich zu der Herstellung von herkömmlichen Feinpapier wird die Leitfähigkeit des Papierfaserstoffs auf einem hohen Niveau von 1000-1500 uS/cm gehalten. Salze, insbesondere monovalente Alkalimetallionen wie Natrium und seine Salze, die vom Bleichen des Espen-Holzschliffes stammen, sind für die Zunahme der Leitfähigkeit verantwortlich. Die Leitfähigkeit korreliert mit den Natriumkonzentrationen des Prozesswassers. Bei hohen Elekrolytkonzentrationen und hohen Leitfähigkeitsniveaus verursachen Variationen der Elektrolytkonzentrationen (und Leitfähigkeit) keine Variationen in den chemischen Gleichgewichtsphasen der Nasspartie weder ist ihr Einfluss auf die Entwässerung auf der Papiermaschine so groß wie beim Betreiben bei niedrigen Leitfähigkeiten (300 bis 600 uS/cm von herkömmlichen Feinpapieren). Es ist besonders vorteilhaft bei hoher relativer Leitfähigkeit in Zusammenhang mit einem mechanischen Espen-Holzstoff, der eine hohe Konzentration von Extraktionsstoffen besitzt, zu operieren. Die hohe Leitfähigkeit verringert die Menge an Kohlenhydraten, die sich aus dem Holzstoff in das Wasser hinein lösen und auf diesem Weg ebenfalls die Menge an lipophilen dispergierenden Extraktionsstoffen.
Zum Bleichen von Espen-Holzstoff ist die erforderliche Peroxiddosierung viel geringer als für Fichten-Holzschliff, was die Menge an in Wasser Löslichem verringert. Die Menge von Extraktionsstoffen auf der Oberfläche, des gebleichten Espen-Holzschliffes (die Bedeckung der Extraktionsstoffe, die durch ESCA bestimmt wird) ist nicht höher als für Fichten- Holzschliff.
Die Kombination von hoher Leitfähigkeit, engem pH-Bereich und der kleinen Menge an bivalenten Ionen schaffen stabile Bedingungen an der Nasspartie der Papiermaschine. Da der pH oberhalb 7 liegt, können Calciumcarbonat und ähnliche Calciumsalze als Füllstoffe und auf dem Papiergewebe ohne wesentlichen Anstieg der Calciumkonzentration im Siebwasser hinzugefügt werden.
Die vorliegende Erfindung verwendet Weichholzfasern mit einer kleinen Fasergröße zur Papierherstellung. Das Entwässern des hergestellten Papiergewebes ist dennoch keineswegs schlecht. Im Gegenteil, ein Espen-Holzstoff enthaltendes Gewebe wird leichter entwässert als ein Gewebe, das Fichten-Holzstoff enthält. Überraschenderweise wurde gefunden, dass Espe zu einem höheren Entwässerungsgrad zermahlen werden kann, da geringere Mengen an Spänen und groben Fasern davon während des Mahlens gebildet werden. Weiterhin fördert und stabilisiert im Vergleich zu der Herstellung von herkömmlichen Feinpapieren die relative hohe Leitfähigkeit die Wasserentfernung.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein mechanischer Espen-Holzstoff einem chemischen Weichholz- Holzstoff zur Herstellung eines Grundpapiers für Feinpapiere vereinigt. Üblicherweise sind Feinpapiere gänzlich aus chemischem Holzstoff hergestellt worden. Im Vergleich mit dieser Art der Feinpapierherstellung ergibt Bleichen des mechanischen Espen-Holzstoffes der Maschine ein hohes Leitfähigkeitsniveau, was die Stabilität der Nasspartie verbessert. Es fördert die Wasserentfernung und erhöht die Stabilität der Wasserentfernung. Wenn ein Papierfaserstoff hergestellt wird, der ungefähr 30 bis 60 Gew.-% Espen- Holzstoff enthält mit einer Helligkeit von 81 bis 85%, beträgt die Leitfähigkeit ungefähr 1100 bis 1600 uS/cm, was deutlich höher ist als für einen konventionellen Feinpapierprozess (300 bis 600 uS/cm).
Die Tatsache, dass Espen-Holzstoff leicht entwässert wird, ermöglicht es, einen überraschend hohen, bis zu 48%, Trockensubstanzgehalt nach dem Pressbereich zu erreichen. Dies verbessert die Betreibbarkeit des Trocknungsbereiches, was die Haftrisiken und die Dampfanforderungen minimiert und die Kapazität der Papiermaschine erhöht.
Mit Hilfe der Erfindung ist es möglich, dass Harzproblem viel besser mit Espe als mit Fichten-Holzstoff zu kontrollieren.
Zusammenfassend sollte betont werden, dass durch die vorliegende Erfindung, die sich auf die Kontrolle der Chemie der Nasspartie von mechanischem Espen-Holzstoff bezieht, es viel besser möglich ist, die Betreibbarkeit der Papiermaschine zu kontrollieren, insbesondere wenn ein Grundpapier für Feinpapiere mit einer hohen Helligkeit und hohen Opazität hergestellt wird. Die Retention und der anionische Charakter können durch an sich bekannte Substanzen kontrolliert werden. Mittels der Erfindung können die wässrigen Mengen von LC-Stoffen und insbesondere lipophilen Extraktionsstoffen, die der Betreibbarkeit der Maschine entgegenstehen, beschränkt werden, und die Eigenschaften des Espen-Holzstoffes können durch Kontrollieren des Zermahlens und Feinmahlens optimiert werden, so dass eine ausgezeichnete Entwässerung erzielt werden kann. Es wird ein stabileres und einfacher zu steuerndes Verfähren erhalten. Die Erfindung umfasst ebenfalls die Verbesserung des Entwässerns von Hartholz-Holzstoffen durch Kontrolle der Elektrolytkonzentration des Prozesswassers. Nach jüngsten Studien besitzen die Elektrolytkonzentrationen/Leitfähigkeit einen größeren Einfluss auf das Verhalten von Hartholz- Holzstoff, auf die Wasserzurückhaltung des Holzstoffes als Weichholz-Holzstoff. Weiterhin wurde gefunden, dass es möglich ist, die Skleriden, die bekanntermaßen problematisch sind, zu entfernen und überraschenderweise verursachen die Vaskulumzellen von mechanischen Espen-Holzstoffen keine Probleme bei der Betreibbarkeit unter diesen Bedingungen. Die Erfindung verbessert die Möglichkeit, mechanischen Espen- Holzstoff zur Herstellung von Feinpapieren mit einer hohen Helligkeit und Opazität zu verwenden, beträchtlich.
Die Erfindung wird im Folgenden mit Hilfe der detaillierten Beschreibung und unter Bezugnahme auf die Nummer der Ausführungsbeispiele untersucht.
Fig. 1 zeigt die COD von Espen-Holzschliff gegen pH und Leitfähigkeit,
Fig. 2 zeigt die LC Trübung von Espen-Holzschliff gegen pH und Leitfähigkeit,
Fig. 3 zeigt den anionischen Charakter von Espen-Holzschliff gegen pH und Leitfähigkeit,
Fig. 4 zeigt die Entwässerungszeit von Mischungen von mechanischen Fichten- bzw. Espen-Holzstoffen mit chemischem Fichten-Holzstoff gegen das, Flächengewicht eines Papierblatts, gemessen mit einer DDA, und.
Fig. 5 zeigt den Trockensubstanzgehalt von Mischungen von mechanischen Fichten- bzw. Espen-Holzstoffen mit chemischem Kiefern-Holzstoff gegen die Flächenmasse eines Papierblattes, gemessen mit einer DDA.
Erfindungsgemäß wird der Holzstoff aus P. tremula, P. tremuloides, P. balsamea, P. balsamifera, P. trichocarpa oder P. heterophylla hergestellt, insbesondere aus Espe (Zitterespe, P. tremula; Kanadische Espe, P. tremuloides), oder als hybride Espen bekannten Espenarten, die von unterschiedlichen Grundespen durch Hybridisierung erzeugt werden, sowie andere durch rekombinante Technologien erzeugte Spezies, oder Pappel. Das Ausgangsmaterial wird zur Erzeugung von Holzschliff (GW) oder Überdruck-Holzschliff (PGW) verwendet oder es wird vermahlen, um Schnitzel zu bilden, und die Schnitzel werden zur Herstellung von thermomechanischem Holzstoff (TMP) oder chemothermomechanischem Holzstoff (CTMP) durch an sich bekannte Verfahren verwendet.
Vorzugsweise enthält mechanischer Espen-Holzstoff ungefähr 10 bis 20% Fasern mit Siebnummer +20 ... +48, die dem Holzstoff mechanische Festigkeit verleihen. Um die Lichtstreuung zu maximieren, sollte der Anteil der +100, +200 und -200 Fraktionen so groß wie möglich sein. Vorzugsweise machen sie deutlich mehr als 50% des gesamten Holzstoffes aus.
Insbesondere liegt ihr Anteil an dem gesamten Holzstoff über 70%, vorzugsweise über 80%. Auf der anderen Seite sollte der Anteil der kleinsten Fraktion, das heißt die -200 Siebnummer nicht zu groß werden, da anschließend das Entwässern auf der Papiermaschine schwieriger wird. Vorzugsweise ist der Anteil dieser Fraktion kleiner als 50%, insbesondere 45% oder weniger.
Der mechanische Holzstoff wird nach dem Vermahlen bzw. Feinvermahlen gebleicht. Vorzugsweise wird der Holzstoff bei alkalischen Bedingungen mit Peroxid gebleicht. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird der Holzstoff mit einer einzwei- oder mehrstufigen Bleichsequenz gebleicht, wobei der Holzstoff zwischen den Bleichschritten angesäuert und der Peroxidrückstand reduziert wird. BP Allgemeinen liegt die Peroxiddosierung bei ungefähr 2 bis 3,5 Gew.-% der Trockensubstanz des Holzstoffes, für Espen-Holzstoff 0,5 bis 1,5% insbesondere 0,7 bis 1, 2%. Ein Bleichschritt mit Dithionit, der die Behandlung des Holzstoffes mit Na&sub2;S&sub2;O&sub4; umfasst, kann in die Peroxidbleichsequenz eingebaut werden.
Der mechanische Holzstoff wird vordem Bleichen und nach dem Bleichen mit einer Mischung aus Wasser aus dem Holzstoffbereich und geklärtem Wasser aus der Papiermaschine in einer Waschpresse (Filterpresse) unter Verwendung von üblicherweise 0,1 bis 10 m³ Wasser pro Tonne Holzstoff gewaschen. Das Wasser wird aus dem Holzstoff der Waschpresse entfernt, um den Feststoffgehalt des Holzstoffes von ungefähr 4 bis 5% auf ungefähr 20 bis 30% zu erhöhen. Der Ausfluss der Wasserentfernung wird zur Produktion des mechanischen Holzstoffes zurückgeführt. Mittels der Waschpresse kann verhindert werden, dass Verunreinigungen auf die Papiermaschine übertragen werden.
Wir haben gefunden, dass eine lineare Korrelation zwischen der Leitfähigkeit des Holzstoffes und der Na-Konzentration gibt. Die Dosierung der Bleich-Chemikalien und das Verdrängungsverhältnis während des Waschens regulieren das Leitfähigkeitsniveau auf der Papiermaschine. Die Natrium- Ionen werden von Silikaten begleitet, die ebenfalls einen Einfluss auf die Leitfähigkeit besitzen.
Der gebleichte Holzstoff wird anschließend auf den gewünschten Zerstampfungsgrad verfeinert, der beispielsweise 30 bis 100 CSF, vorzugsweise ungefähr 40 bis 80 CSF beträgt.
Ein Papierfaserstoff wird aus dem mechanischen Holzstoff zusammen mit einem chemischen Holzstoff gebildet. Der Papierfaserstoff kann andere Fasermaterialien und Zusätze wie Füllstoffe enthalten. Calciumcarbonat, Talk und Kaolin sind Beispiele von Füllstoffen. Der Trockensubstanzgehalt des Papierfaserstoffes beträgt ungefähr 0,1 bis 5%. Das geklärte Filtrat des Kreislaufwassers der Papiermaschine wird als die wässrige Phase des Papierfaserstoffes verwendet.
Ein vollständig gebleichter chemischer Weichholz-Holzstoff wird vorzugsweise zu dem Papierfaserstoff hinzugegeben, wobei ein Papiergewebe, das als Grundgewebe von Feinpapieren geeignet ist, erhalten wird. Dieses Gewebe hat ein großes Volumen, eine hohe Helligkeit und eine hohe Opazität und eine gute Bildung. Die Menge des mechanischen Holzstoffes beträgt, anschließend beispielsweise 20 bis 70 Gew.-%, vorzugsweise 30 bis 60 Gew.-% und die Menge des gebleichten Weichholz- Holzstoffes beträgt beispielsweise 80 bis 30 Gew.-%, vorzugsweise 70 bis 40 Gew.-% der Trockensubstanz des Papierfaserstoffes.
Der pH des im Verhältnis eingesetzten Papierfaserstoffes (dass heißt der pH des zu der Papiermaschine gepumpten Papierfaserstoffes) wird auf 6,8 bis 7,2 eingestellt, vorzugsweise beträgt der pH des Papierfaserstoffes 7,0 bis 7,2 und der pH des mechanischen Holzstoffes bei 7,2 bis 7,5, vorzugsweise bei ungefähr 7,1 bis 7,3. Falls notwendig wird eine geeignete Base oder Säure zur Einstellung des pH des Papierfaserstoffes und zur Anpassung des pH während der Papierherstellung verwendet. Die verwendeten Basen umfassen insbesondere Alkalimetall-Bicarbonate oder -Carbonate und Alkalimetallhydroxide. Die verwendeten Säuren schließen Mineralsäuren und Säuresalze ein. Die bevorzugten Säuren sind Schwefelsäuren und ihre Salze wie Alaun, und die bevorzugte Base ist Natriumbicarbonat.
Ein Papiergewebe wird aus fasrigem Papierfaserstoff auf einer Papiermaschine in einer an sich bekannten Weise hergestellt. Eine bevorzugte Ausführungsform umfasst insbesondere die Herstellung eines Grundpapiers von Feinpapieren mit der folgenden Zusammensetzung: 30 bis 50 Gew.-% seiner Fasersubstanz umfassen mechanischen aus Espe hergestellten Holzstoff und 70 bis 50 Gew.-% umfassen chemischen Weichholz- Holzstoff.
Die erfindungsgemäße Lösung ist insbesondere zur Beschichtung geeignet, wenn Calciumcarbonat als ein Pigment der Streichfarben verwendet wird. Insbesondere hat Calciumkarbonat eine steile Partikelgrößenverteilung.
Die folgenden nicht einschränkenden Beispiele veranschaulichen die Erfindung:

Beispiel 1

Herstellung eines Espen-Holzschliffes mit einer Pilotanlage

Überdruck-Holzschliff wurde mit einem unter Druck gesetzten PGW70 Prozess hergestellt. Die Holzstoffe wurden mit einem Mahlstein mit einer durchschnittlichen Körnchengröße von Siebnummer 73 vermahlen. Die Mahlschritte wurden mit einem Einofen-Pilot-Zerkleinerer durchgeführt. Der Zerkleinerer wurde unter den folgenden Bedingungen betrieben:
- Innendruck des Zerkleinerers: 250 kPa,
- Fluss des Wasserstrahls: ungefähr 3,5 l/s (beabsichtigte Konsistenz ungefähr 1,5%)
- Temperatur des Wasserstrahls: 70ºC
Der vermahlene Holzstoff wurde zu einem fertigen, gebleichten und nachverfeinerten Holzstoff verarbeitet. Die Verarbeitung wurde nacheinander wie folgt durchgeführt:
- Hauptlinien-Aussieben
- Hochkonsistenz-Verfeinerndes Ausschusses in zwei Stufen;
- Aussieben von verfeinertem Ausschuss;
- Vereinigung von von der Hauptlinie und Ausschusslinie angenommen Stoffen;
- Zweistufiges Bleichen mit Peroxid + Dithionit;
- Nachverfeinerungen
Das Aussieben des Holzstoffes wurde mittels fraktionierender Schlitz-Siebtechnik durchgeführt. Das Verfeinern des Ausschusses wurde bei hoher Konsistenz in zwei Schritten durchgeführt. In beiden Verfeinerüngsstufen wurde Ausschuss vor dem Vermahlen mit einer Zwillingsfaserpresse präzipitiert und nach dem Zermahlen mit dem Ausfluss der Presse verdünnt. Der Ausschuß-Verfeinerer wurde mit Klingen zum Hochkonsistenzverfeinern des Holzstoffes ausgestattet. Es wurden Proben nach beiden Verfeinerungsschritten genommen. Nach dem ersten Schritt wurde die Probe einem Vermahlen auf einem Probengewebe unterworfen und nach dem zweiten Schritt wurde das Zermahlen in einem Behältnis durchgeführt. Die papiertechnischen Eigenschaften wurden lediglich von der Probe, die nach dem zweiten Verfeinerungsschritt genommen wurde, bestimmt. Das Sieben des verfeinerten Ausschusses wurde in einer an sich bekannten Weise durchgeführt.
Die Holzstoffe wurden in einem zweistufigen Peroxid- und Hydrosulfidbleichen in zwei Ansätzen gebleicht.
Zuerst wurden die Holzstoffe, die gebleicht werden sollten, auf einem Bandfilter präzipitiert, und anschließend wurden sie in einen Hochkonsistenz-Verfeinerer gegeben, der mit einem relativ großen Klingenschlitz ausgestattet war, der als ein Chemiemischer verwendet wurde. Die Peroxidlösung, die alle Bleichchemikalien enthielt, wurde als Schneckenwasser der Zuführschnecke des Verfeinerers hinzugeführt. Aus dem Verfeinerer wurde der Holzstoff in große Säcke (sacs) gefüllt, in denen der Holzstoff für ungefähr zwei Stunden aufbewahrt wurde.
Die gewünschte Bleichchemikaliendosierung (90% der Produktion) war:
H&sub2;O&sub2; 1,5%, üblicherweise 0,8-1%
NaOH 1,0%
Na&sub2;SiO&sub3; 3,5%
DTPA 0,5%
DTPA wurde dosiert vermischt mit der Bleichflüssigkeit.
Die Ansäuerung des Holzstoffes wurde mit einer 93%igen Schwefelsäure durchgeführt, die mit Wasser in einem Verhältnis 1 : 10 verdünnt worden war. Die verdünnte Säure wurde zu dem Bleichholzstoff 81 pro Sack zudosiert.
Von dem aufgeschlämmten und angesäuerten Holzstoff wurden CSF, Späne, BmcN-Fraktionen und Helligkeit bestimmt. Während des doppelten Bleichens wurde der Peroxidrückstand nach dem Ansäuern reduziert, indem zu dem Holzstoff in einem Zerfaserer 1,33 kg Natriumsulfit pro Sack hinzugegeben wurden. Anschließend wurde der pH auf 6,5 durch Zugabe von 50 % Natriumhydroxid eingestellt. In den vorigen Testläufen betrug der gewünschte pH 6,0.
Danach wurde eine 10% Na&sub2;S&sub2;O&sub4; Lösung zum Durchführen des Dithionitbleichens hinzugefügt. Die Dosierung betrug 0,6% aus dem zweiten Bleichansatz wurden Holzstoff- und papiertechnische Eigenschaften nach dem doppelten Bleichen bestimmt.
Die Nachverfeinerung wurde bei niedriger Konsistenz mit einem Tampella T224 Scheibenverfeinerer durchgeführt. Der Holzstoff wurde bei einem spezifischem Energieverbrauch von ungefähr 70 kWh/t verfeinert. Die Entwässerung des fertigen Holzstoffes betrug 50 ml CSF.
Die Fasergrößenverteilung des Holzstoffes war wie folgt:

Faserfraktion Prozentzahl

+14 0%
+28 1,6%
+48 16%
+200 43,0%
-200 39,4%

Beispiel 2

Betreibbarkeit von Espen-Holzschliff

Die Menge an COD, die sich aus dem in Beispiel 1 hergestellten Holzstoff löste als eine Funktion des pH und der Leitfähigkeit, wurde in diesem Beispiel untersucht. Die Ergebnisse sind in Fig. 1 bis 3 angegeben. Fig. 1 zeigt in der Form eines Balkendiagramms die Menge an löslichen CODs bei pH 7,2, 7,6 und 8,1 für zwei unterschiedliche Leitfähigkeitsniveaus, nämlich 520 und 1600 uS/cm. Eine entsprechende Darstellung des Einflusses des pH und der Leitfähigkeit auf die LC-Trübung ist in Fig. 2 und auf den anionischen Charakter in Fig. 3 gezeigt.
Wie Fig. 1 zeigt, nimmt bei Anstieg des pHs die Menge an gelöstem COD zu und bei niedriger Gleitfähigkeit werden mehr Verunreinigen gelöst als bei hoher Leitfähigkeit. Auf ähnliche Weise führt ein Anstieg des pH zu einem entsprechendem Anstieg der Menge von anionischer Substanz, die aus Espen-Holzschliff gelöst wird (vgl. Fig. 3). Bei niedrigen Leitfähigkeiten ist die Menge an gelöster anionischer Substanz größer als bei höheren Leitfähigkeiten.
Niedriger pH, enger pH Bereich und hohe Leitfähigkeit verringern die Empfindlichkeit des Verfahrens gegenüber Störungen, da die Menge an flüssigen und kolloidalen störenden Stoffen geringer sind.
Fig. 2 zeigt die Abhängigkeit der LC-Trübung von pH und Leitfähigkeit. Es gibt eine lineare Korrelation zwischen der LC-Trübung, die von dem zentrifugierten Filtrat gemessen wurde, mit der Konzentration des Harzes, das in der Lösung in Form einer stabilen Dispersion Vorliegt. Es ist aus der Figur ersichtlich, dass es weniger Harzsubstanzen gibt, die in Wasser bei höheren Leitfähigkeiten dispergiert sind als bei niedrigeren Leitfähigkeiten.

Beispiel 3

Entwässern von vermischtem Holzstoff

Das Entwässern von gemischtem Holzstoffen, die Fichten- bzw. Espen-Holzschliff enthalten, wurde unter Verwendung der dynamischen Entwässerungs-Analysator Technik (DDA) wie folgt verglichen:
Der chemische Holzstoff war ein gebleichter Kiefern-Kraft, der auf zwei unterschiedliche Arten verfeinert wurde: Als solcher (nicht fraktioniert) und fraktioniert mit separatem Verfeinern der Annahme- und Ausschussfraktionen. Der Entwässerungs-Widerstand des Holzstoffes, der die Mischungen aus separat verfeinerten Annahmen und Ausschüssen umfasste, war derselbe wie für den verfeinerten, nicht fraktionierten Holzstoff, dass heißt 340 ml (CSF). Die Entwässerbarkeit des Fichten-Holzschliffes betrug < 20 ml CSF und die des Espen- Holzschliffes 33 ml CSF. Holzstoffmischungen, die 60% chemischen Holzstoff, 40% Holzschliff und ungefähr 10% Carbonatfüllstoff (Füllstoff L) und 0,8% Holzstoffstärke enthielten. Der pH der Holzstoffe lag im Bereich von 7 bis 7,5 und die Leitfähigkeit 400 bis 500 uS/cm, welcher Wert falls notwendig, durch Zugabe von NaCl angepasst wurde.
Die Entwässerungszeiten der Feststoffgehalt des Blattes wurde durch die DDA-Technik bestimmt. Die dynamische Entwässerungs- Analysatorvorrichtung wird zur Simulierung des Entwässerns auf dem Siebbereich (auf das Wasserniveau) der Papiermaschine verwendet. Die Ergebnisse sind in Fig. 4 und 5 gezeigt.
Wie aus den Figuren ersichtlich wird, ergibt Fichten- Holzschliff wesentlich längere Entwässerungszeiten als Espen- Holzschliff. Der Trockensubstanzgehalt der aus Espen- Holzschliff hergestellten Papierblattes ist deutlich höher als der für Fichten-Holzschliff. Die Ergebnisse zeigen an, dass die Entwässerungseigenschaften des Papiergewebes, das mechanischen Espen-Holzstoff umfasst, und somit die Betreibbarkeitseigenschaften besser sind als für ein herkömmliches auf Fichten-Holzschliff basierendes Papier.

Beispiel 4

Herstellung eines Grundpapieres für Feinpapiere

Ein Grundpapier wurde aus einem mechanischen Espen-Holzstoff (GW) und chemischen Kiefern-Holzstoff hergestellt, die in einem Gewichtsverhältnis von 40 : 60 vermischt wurden. Vermahlenes Calciumcarbonat wurde als Füllstoff zu dem Papierfaserstoff in einer Menge von ungefähr 10% des Fasermaterials hinzugegeben.
Das Grundpapier wurde auf einem Fugen-Ausbilder (gap former) hergestellt. Die Eigenschaft des Grundgewebes waren wie folgt:
Quadratmetermasse 53,3/m²
Papiervolumen 1,45 m³/g
Opazität 88%
Helligkeit 82,5%
Rauheit 240 ml/min
Porosität 170 ml/min
Füllstoffgehalt 12%
Es wurden keine Probleme mit der Betreibbarkeit des Grundpapiers beobachtet.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Papiergewebes, wobei bei dem Verfahren

- ein Papierfaserstoff aus Faserrohmaterial gebildet wird,

- Gewebe aus dem Papierfaserstoff gebildet wird, und

- das Gewebe getrocknet wird,

dadurch gekennzeichnet, dass

- der Papierfaserstoff aus gebleichtem mechanischen Holzstoff gebildet wird, der aus Holzrohmaterial der Populus Familie hergestellt wird, der pH des Papierfaserstoffes auf 6,8 bis 7,2 eingestellt wird, und der pH des Maschinen- Holzstoffs auf 7,1 bis 7,5 eingestellt wird, und die Leitfähigkeit des Papierfaserstoffes auf 1000-1500 uS/cm eingestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der pH des Papierfaserstoffes auf 7,0 bis 7,2 eingestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der mechanische Holzstoff Holzschliff (GW), Überdruck-Holzschliff (PGW), thermomechanischer Holzstoff (TMP) oder chemomechanischer Holzstoff (CTMP) ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der mechanische Holzstoff peroxidgebleicht wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Suspension aus dem mechanischen Holzstoff gebildet wird, die Talk, Kaolin oder Calciumcarbonat als Füllstoff enthält und einen Trockenstoffgehalt von ungefähr 0,1 bis 5% besitzt.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Suspension aus mechanischem Holzstoff und gebleichtem chemischen Weichholz-Holzstoff gebildet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Menge des mechanischen Holzstoffes 20-70 Gew.-%, vorzugsweise 30-60 Gew.-%, beträgt, und die Menge des chemischen Weichholz- Holzstoffs 80-30 Gew.-%, vorzugsweise 70-40 Gew.-%, der Trockensubstanz des Papierfaserstoffes beträgt.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mechanische Holzstoff vor und/oder nach dem Bleichen gewaschen wird, wobei die Stoffdichte des Holzstoffs von 4-5% auf einen Gehalt von 20-30% erhöht wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der mechanische Holzstoff auf einer Gewebebandpresse gewaschen und entwässert wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei das Wasser aus der Entwässerung für die Herstellung des mechanischen Holzstoffs zurückgeführt wird.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Alkalimetallhydroxid, Alkalimetallbicarbonat oder Mineralsäure oder ein Säuresalz verwendet werden, um, falls notwendig, den pH der Suspension einzustellen.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mechanische Holzstoff aus P. tremula, P. tremuloides, P. balsamea, P. balsamifera, P. trichocarpa oder P. heterophylla hergestellt wird.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Papiergewebe mit einer Streichfarbe beschichtet wird, die Calciumcarbonat enthält.

14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Papiergewebe mit einer Streichfarbe beschichtet wird, die ein Pigment enthält, das eine steile Partikelgrößenverteilung besitzt.