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Technisches
Gebiet
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Verfahren zur Herstellung eines Papiers
mit einem dreidimensionalen Muster aus alternierenden angehobenen
und ausgenommenen Abschnitten, das dem Papier in Verbindung mit
Impulstrocknen gegeben wird, bei dem die nasse Papierbahn durch einen
Pressspalt geführt
wird, der eine drehbare Walze aufweist, die erwärmt ist, und dass der Papierbahn,
wenn sie durch den Pressspalt geführt wird, ein dreidimensionales
Muster aus alternierenden angehobenen und ausgenommen Abschnitten
entweder mittels eines Mustersiebs und/oder durch die Tatsache gegeben
wird, dass die erwärmte
Walze mit einem Muster versehen ist, das in die Papierbahn gegen
einen Gegenhalter gepresst werden soll.
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Hintergrund der Erfindung
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Feuchte Papierbahnen werden üblicherweise
gegen eine oder mehrere erwärmte
Rollen getrocknet. Ein Verfahren, das am verbreitetsten für Tissuepapier
verwendet wird, ist sogenanntes Yankeetrocknen. Beim Yankeetrocknen
wird die feuchte Papierbahn gegen einen mit Dampf erwärmten Yankeezylinder
gepresst, der einen sehr großen
Durchmesser aufweisen kann. Weitere Wärme zum Trocknen wird durch
Zublasen von erwärmter
Luft zugeführt. Wenn
das herzustellende Papier weiches Papier ist, wird die Papierbahn üblicherweise
gegen den Yankeezylinder gekreppt. Dem Trocknen gegen den Yankeezylinder
geht ein Vakuumentwässern
und ein Nasspressen voraus, bei dem das Wasser mechanisch aus der
Papierbahn gepresst wird.
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Ein weiteres Trocknungsverfahren
ist sogenanntes Durchlufttrocknen (through-air-drying; TAD). Bei
diesem Verfahren wird das Papier mittels heißer Luft getrocknet, die durch
die feuchte Papierbahn geblasen wird, oftmals ohne einem vorausgehenden Nasspressen.
Die Papierbahn, welche in den Durchlufttrockner eintritt, ist dann
lediglich vakuumentwässert
und weist einen Trockenanteil von etwa 2–30% auf und wird in dem Durchlufttrockner
auf einen Trockenanteil von etwa 65–95% getrocknet. Die Papierbahn
wird zu einem besonderen Trocknungsstoff übertragen, und wird über einen
sogenannten TAD-Zylinder mit einer offenen Gestalt geführt. Heiße Luft
wird durch die Papierbahn während
ihres Durchgangs über
den TAD-Zylinder
geblasen. Auf diese Weise hergestelltes Papier, in erster Linie
weiches Papier, wird sehr weich und voluminös. Das Verfahren ist jedoch
sehr energieverbrauchend, da sämtliches
Wasser, das entfernt wird, verdampft werden muss. In Verbindung
mit dem TAD-Trocknen wird die Musterstruktur des Trocknungsstoffs
auf die Papierbahn übertragen.
Diese Struktur wird im wesentlichen auch in einem nassen Zustand
des Papiers aufrechterhalten, da sie der nassen Papierbahn erteilt wurde.
Eine Beschreibung der TAD-Technik ist beispielsweise in der US-A-3,301,746
zu finden.
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Impulstrocknen einer Papierbahn ist
beispielsweise in der SE-B-423 118 offenbart und bringt in Kürze mit
sich, dass die feuchte Papierbahn durch den Pressspalt zwischen
einer Presswalze und einer erwärmten
Walze geführt
wird, die auf eine derart hohe Temperatur erwärmt ist, dass eine schnelle
und starke Dampferzeugung in der Zwischenfläche zwischen der feuchten Papierbahn
und der erwärmten Walze
auftritt. Die Erwärmung
der Walze wird beispielsweise durch Gasbrenner oder andere Heizeinrichtungen,
beispielsweise mittels elektromagnetischer Induktion erreicht. Mittels
der Tatsache, dass die Wärmeübertragung
zu dem Papier in erster Linie in einem Pressspalt auftritt, wird
eine äußerst hohe Wärmeübertragungsgeschwindigkeit
erhalten. Sämtliches
Wasser, das von der Papierbahn während
des Impulstrocknens entfernt wird, wird nicht verdampft, sondern
der Dampf trägt
auf seinem Weg durch die Papierbahn mit sich Wasser von den Poren
zwischen den Fasern in der Papierbahn. Die Trocknungseffizienz wird
hierdurch sehr hoch.
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In der EP-A-0 490 655 ist die Herstellung
einer Papierbahn, insbesondere von weichem Papier, offenbart, bei
der dem Papier gleichzeitig mit dem Impulstrocknen eine geprägte Oberfläche gegeben wird.
Diese Prägung
wird dadurch ausgeführt,
dass ein Muster in das Papier von einer der beiden Seiten gegen
einen harten Gegenhalter gepresst wird. Dies führt zu einer Komprimierung
des Papiers und hierdurch zu einer höheren Dichte in bestimmten
Abschnitten unmittelbar entgegensetzt zu Eindrückungen, und zu einer geringeren
Dichte in den Zwischenabschnitten.
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In der DE-A-26 15 889 ist ein thermoverbundenes
geprägtes
weiches Papier offenbart. Thermoplastische Fasern werden der Papierbahn
zugefügt, und
nach dem Trocknen derselben wird die Papierbahn auf eine Temperatur
erwärmt,
welche die Aufweichtemperatur der thermoplastischen Fasern übersteigt.
Gleichzeitig mit diesem Aufwärmen
des Papiers wird ein Muster geprägt.
Durchlufttrocknen ist als ein Trocknungsverfahren erwähnt.
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Die Aufgabe und wichtigsten
Merkmale der Erfindung
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung
liegt darin, ein Verfahren zur Herstellung eines impulsgetrockneten
Papiers mit einem dreidimensionalen Muster, beispielsweise eines
weichen Papiers, das als Toilettenpapier, Küchenrollen, Papierhandtücher, Tischservietten
und ähnliches
vorgesehen ist, zu schaffen und bei dem das Papier ein hohes Volumen (Bulk),
eine hohe Elastizität
und eine hohe Weichheit aufweist. Es ist ferner wünschenswert,
dass das Verfahren zu einer gesteuerten und breiten Porenvolumenverteilung
in dem Papier führt,
um die Absorptionseigenschaften desselben zu optimieren. Die Papierstruktur
sollte im wesentlichen auch in einem nassen Zustand aufrechterhalten
werden. Dies wurde gemäß der Erfindung
dadurch erreicht, dass die Papierbahn, bevor sie in den Pressspalt
eintritt, mit einer Flächenmassen-Variation
in einem nicht zufälligen
Muster versehen wird.
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Die Flächenmassen-Variation, die dem
Papier während
des Ausbildens und der Entwässerung gegeben
wird, wird in dem nachfolgenden Impulstrocknungsschritt dauerhaft
gemacht, wobei die Struktur im wesentlichen auch in dem nassen Zustand
des Papiers aufrechterhalten wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung wird die Papierbahn auf einem Sieb, dess Entwässerungskapazität gemäß dem nicht
zufälligen
Muster variiert, ausgebildet und/oder entwässert, wobei die Unterschiede
bei der Entwässerungskapazität eine gewisse
Bewegung von Fasern und hierdurch eine lokale Veränderung
der Flächenmasse
der Papierbahn mit sich bringen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform
wird die Papierbahn in einem zusammenlaufenden Formungsraum ausgebildet
und/oder entwässert,
der an einer Seite durch eine flache feste oder bewegliche Wand
und an der anderen Seite durch ein Sieb mit angehobenen Abschnitten
an denjenigen Stellen begrenzt ist, wo die Fäden des Siebes einander kreuzen,
wodurch während
des Entwässerns
in dem zusammenlaufenden Formungsraum Fasern von den angehobenen
Abschnitten des Siebstoffs zu Zwischenabschnitten übertragen
werden, was zu einer lokalen Veränderung
der Flächenmasse
führt.
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Weitere Merkmale und Vorteile der
Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung und in den beigefügten Ansprüchen offenbart.
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Beschreibung der Zeichnungen
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Die Erfindung wird nachfolgend im
einzelnen unter Bezugnahme auf einige Ausführungsformen erläutert, die
in den beigefügten
Zeichnungen gezeigt sind.
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1 und 2 sind schematische Seitenansichten
einer Impulstrocknungsvorrichtung gemäß zweier unterschiedlicher
Ausführungsformen.
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3 zeigt
eine Vorrichtung zum Ausbilden einer Papierbahn gemäß einer
anderen Ausführungsform.
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4 zeigt
ein Beispiel einer PVD (pore volume distribution), Porenvolumenverteilung – Darstellung
eines Papiers.
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Beschreibung
der Erfindung
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1 zeigt
schematisch eine Vorrichtung zum Ausbilden, Entwässern und Trocknen einer Papierbahn.
Die Papierbahn 10 wird mittels eines Stoffauflaufkastens 18 an
einem Sieb 11 ausgebildet und über Saugboxen 19 entwässert. Das
Sieb 11 ist derart gestaltet, dass seine Entwässerungskapazität gemäß einem
bestimmten Muster variiert, und wobei die Unterschiede in der Entwässerungskapazität zu einer
gewissen Versetzung von Fasern führen,
und hierdurch zu einer lokalen Veränderung der Flächenmasse
der Papierbahn. Ein derartiges Sieb kann aus einem rauben Sieb bestehen,
bei dem die Kreuzungsstellen zwischen den Fäden angehobene Abschnitte ausbilden,
wobei sich dazwischen ausgenommene Abschnitte befinden. Während des
Entwässerns
auf einem derartigen Sieb werden Fasern von den angehobenen Abschnitten
versetzt und in den ausgenommenen Abschnitten dazwischen gesammelt,
wobei eine Flächenmassen-Variation
in der Papierbahn gemäß einem
Muster erhalten wird, das dem dreidimensionalen Muster des Siebs 11 entspricht.
Gleichzeitig mit der Flächenmassen-Variation wird ein
unterschiedliches durchschnittliches Porenvolumen in unterschiedlichen
Abschnitten der Papierbahn erhalten, so dass die Abschnitte mit
der geringsten Flächenmasse,
wo die Fasern am weitesten verteilt sind, ein größeres durchschnittliches Porenvolumen,
verglichen mit den Abschnitten mit einer höheren Flächenmasse, aufweisen.
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Die entwässerte, jedoch immer noch nasse Papierbahn 10,
die durch das Sieb 11 und einen Filz 17 getragen
wird, wird in einen Pressspalt 12 zwischen drehbaren Walzen 13 und 14 eingeführt, wobei die
Walze 13, die sich in Berührung mit der Papierbahn 10 befindet,
mittels einer Heizvorrichtung 15 auf eine Temperatur aufgeheizt
ist, die hinreichend hoch ist, um für eine Trocknung der Papierbahn
zu sorgen. Die Oberflächentemperatur
der erwärmten
Walze 13 kann in Abhängigkeit
von derartigen Faktoren, wie z. B. Feuchtigkeitsgehalt der Papierbahn,
Dicke der Papierbahn, Berührungszeit
zwischen der Papierbahn und der Walze und dem gewünschten
Feuchtigkeitsanteil in der fertigen Papierbahn variieren. Die Oberflächentemperatur
darf selbstverständlich
nicht so hoch sein, dass die Papierbahn beschädigt wird. Eine geeignete Temperatur
sollte in dem Bereich 100–400°C, vorzugsweise
150–350°C und insbesondere
200–350°C liegen.
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Die Papierbahn wird mittels der Walze 14 gegen
die erwärmte
Walze 13 gepresst. Die Pressvorrichtung kann selbstverständlich auf
zahlreiche andere Arten und Weisen aufgebaut sein. Zwei oder mehr Pressvorrichtungen
können
ferner nacheinander angeordnet sein. Der Gegenhalter 14 kann
ferner ein Pressschuh sein. Die Wirkung des Filzes 17 ist,
die Entwässerungswirkung
zu verbessern und den Pressspalt auszudehnen. Der Filz 17 kann
jedoch auch weggelassen werden.
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Eine sehr schnelle, gewalttätige und
nahezu explosive Dampferzeugung tritt in der Zwischenfläche zwischen
der erwärmten
Walze 13 und der feuchten Papierbahn auf, wobei der erzeugte
Dampf auf seinem Weg durch die Papierbahn Wasser wegträgt. Für eine weitere
Beschreibung der Impulstrocknungstechnik wird auf die oben erwähnten SE-B-423 118
und beispielsweise auf die EP-A-0 337 973 und US-A-5,556,511 Bezug
genommen.
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Gleichzeitig mit dem Impulstrocknen
wird dem Papier eine dreidimensionale Gestalt mittels der Tatsache
gegeben, dass die erwärmte
Walze 13 mit einem Prägemuster
in der Form von alternierenden angehobenen und ausgenommenen Abschnitten versehen
ist. Diese Struktur wird im wesentlichen auch in einem späteren nassen
Zustand des Papiers aufrechterhalten, da sie der nassen Papierbahn
in Verbindung mit der Trocknung erteilt wurde. Da der Begriff Prägen im allgemeinen
für eine
Formung verwendet wird, die an einem getrockneten Papier durchgeführt wird,
wird nachfolgend der Begriff Pressformen für die dreidimensionale Formung
des Papiers verwendet, die gleichzeitig mit dem Impulstrocknen auftritt.
Durch dieses Pressformen wird das Bulk und die Absorptionsfähigkeit
des Papiers vergrößert, was
für weiches
Papier wichtige Eigenschaften sind.
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Die Papierbahn kann ferner gegen
eine nicht steife Oberfläche,
z. B. den komprimierbaren Pressfilz 17 gepresst werden.
Die Walze 14 kann ebenso eine nachgiebige Oberfläche, beispielsweise
eine Hülloberfläche aus
Gummi aufweisen. Dem Papier wird hierdurch eine dreidimensionale
Gestalt mit einer Gesamtdicke gegeben, die größer ist als die des nicht gepressten
Papiers. Hierdurch wird ein hohes Bulk, eine hohe Absorptionsfähigkeit
und eine hohe Weichheit des Papiers erreicht. Das Papier wird ferner
elastisch. Gleichzeitig wird eine sich lokale verändernde
Dichte in dem Papier erhalten.
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Die Papierbahn kann ebenso gegen
eine harte Oberfläche
gepresst werden, beispielsweise ein Sieb 11 und/oder eine
Walze 14 mit einer festen Oberfläche, wobei das Muster der erwärmten Walze 13 in
die Papierbahn unter einer starken Kompression des Papiers unmittelbar
entgegengesetzt zu den Eindrückungen
gepresst wird, während
die Abschnitte dazwischen nicht komprimiert gehalten werden.
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Das Papier wird nach dem Trocknen
auf eine Aufwickelrolle 16 gewickelt. Wenn gewünscht, kann das
Papier vor dem Wickeln gekreppt werden. Es ist jedoch festzustellen,
dass die Notwendigkeit für
das Kreppen des Papiers, um Weichheit und Bulk zu erteilen, die
für weiches
Papier erstrebt werden, verringert wird, wenn das Impulstrocknungsverfahren
gemäß der Erfindung
verwendet wird, da dem Papier durch die dreidimensionale Struktur
und das gewählte
Muster Bulk und Weichheit erteilt werden.
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Die Papierbahn kann, bevor sie in
den Impulstrockner eingeführt
wird, entweder lediglich über Saugboxen
entwässert
werden, oder daneben ein wenig gepresst werden.
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Gemäß der Ausführungsform, die in 2 gezeigt ist, wird die
Papierbahn 10 auf einem Sieb 20 ausgebildet und
entwässert,
das für
eine Flächenmassen-Variation
in der Papierbahn sorgt, und wird dann zu einem Trocknungssieb 11 oder
einem Filz übertragen,
bevor sie den Impulstrocknungsschritt mit den Rollen 13 und 14 durchläuft. Das
Trocknungssieb oder der Filz 11 können entweder im wesentlichen
glatt sein, wobei dann die Walze 13, wie oben beschrieben,
ein dreidimensionales Muster aufweist. Alternativ weist das Sieb 11 ein
dreidimensionales Muster auf, das in die Papierbahn pressgeformt wird,
wenn diese durch den Pressspalt 12 zwischen den Walzen 13 und 14 tritt.
Die Walze 13 kann dann entweder glatt sein, wie in 2 gezeigt ist, oder mit einem
Prägemuster
versehen sein. In dem Fall, dass die Walze 13 glatt ist,
weist das pressgeformte Papier eine glatte Oberfläche und
eine Oberfläche
mit Eindrückungen
auf. In dem Fall, dass die Walze 13 mit einem Prägemuster
versehen ist, wird dieses ebenso in das Papier gepresst, das somit
an einer Seite ein Muster aufweist, das der Siebstruktur 11 entspricht, und
an einer entgegengesetzten Seite dem Prägemuster der Walze entspricht.
Die Muster können, müssen jedoch
nicht, zusammenfallen und/oder können
die gleichen oder unterschiedlich sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform
erstreckt sich ein Band oder Gurt um die Walze und wird dadurch
erwärmt.
Das Muster des Bandes oder Gurtes wird in die Papierbahn pressgeformt,
wenn diese durch den Pressspalt zwischen den Walzen 13 und 14 tritt.
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Gemäß der in 3 gezeigten Ausführungsform wird der Fasereintrag 10' durch einen
Stoffauflaufkasten 18 in einen zusammenlaufenden Formungsraum 21 zugeführt, der
an einer Seite durch eine flache feste oder bewegliche Wand 22 und
an der anderen Seite durch ein Sieb 11 begrenzt ist. Die Papierbahn 10 wird
in dem zusammenlaufenden Formungsraum 21 ausgebildet und
entwässert.
Die Wand 22, die vorzugsweise nachgiebig ist, ist durch eine
Pressvorrichtung 23 mit einem statischen Druck belastet.
Das Sieb 11 sorgt während
des Entwässerns
in dem zusammenlaufenden Formungsraum 21 für eine Flächenmassen-Variation
der Papierbahn auf entsprechende Art und Weise wie oben beschrieben.
Eine Formungsvorrichtung gemäß 3 ist näher in der SE-B-428 575 beschrieben.
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Die Flächenmassen-Variation, die der
Papierbahn 10 während
des Formens und Entwässerns erteilt
wurde, wird in dem nachfolgenden Impulstrocknungsschritt dauerhaft
gemacht, wodurch die Struktur im wesentlichen auch aufrechterhalten
wird, wenn das Papier benässt
wird.
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Durch die Kombination der lokal variierenden Flächenmassen-Variation
in dem Papier und das dreidimensionale Muster wird eine breite Porenvolumenverteilung
geschaffen, die für
Absorptionseigenschaften wesentlich ist. Die Faserabmessung des verwendeten
Fasermaterials, die Abmessung des Musters, das dem Papier in dem
Pressspalt 12 in Verbindung mit dem Impulstrocknen gegeben
wird, sollten derart angepasst werden, dass die gemessene Porenvolumenverteilung
des fertigen Papiers nicht geringer als 50 mm3/μm·g, vorzugsweise
nicht geringer als 70 mm3/μm·g während eines
beliebiges Teils des Porenvolumenbereichs 0–100 μm sein sollte. Vorzugsweise
sollte die Porenvolumenverteilung des fertigen Papiers nicht geringer
als 15 mm3/μm·g während eines beliebigen Teils
des Porenvolumenbereichs 0–320 μm sein. Ein
Beispiel eines PVD (pore volume distribution graph; Porenvolumenverteilung-Grafik)
ist in 4 gezeigt.
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Möglicherweise
kann die Papierbahn nach dem ersten Pressspalt und vor dem Wickeln
auf die Aufwickelrolle 16 durch einen weiteren (nicht gezeigten)
Pressspalt geführt
werden, wo ein zweites Impulstrocknen der Papierbahn stattfindet.
Dies bedeutet selbstverständlich,
dass die Papierbahn vor dem zweiten Pressspalt nicht vollständig trocken
ist, sondern einen Feuchtigkeitsanteil von wenigstens 10 Gew.-%
und vorzugsweise wenigstens 20 Gew.-% aufweist. Dies kann erreicht
werden, wenn das Trocknen in dem ersten Impulstrocknungsschritt
in dem Pressspalt 12 nicht vollständig ist, und/oder dass die
Papierbahn vor dem zweiten Impulstrocknungsschritt befeuchtet wird.
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Gleichzeitig mit beiden Impulstrocknungsschritten
wird der Papierbahn eine dreidimensionale Gestalt gegeben. Die Muster
können
in die Papierbahn von unterschiedlichen Seiten derselben gepresst
werden. Es ist selbstverständlich
ebenso möglich,
die unterschiedlichen Muster in die Papierbahn von der gleichen
Seite derselben zu pressen. Die Muster, die in die Papierbahn in
den beiden Impulstrocknungsschritten gepresst werden, sind vorzugsweise
unterschiedlich.
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Gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung weist die Papierbahn eine variierende Materialzusammensetzung,
gesehen in ihrer Dickenrichtung, derart auf, dass sie wenigstens
in der Schicht/den Schichten, die in Verbindung mit dem Impulstrocknen am
nächsten
zu der erwärmten
Walze 13 angeordnet sein werden, eine gewisse Menge an
Material aufweist/aufweisen, das in dem Temperaturintervall 100–400°C aufweicht,
schmilzt oder härtet.
Hierdurch wird das Papier eine Oberflächeschicht erhalten, die zur
Verstärkung
der Strukturfestigkeit des Papiers auch in einem nassen Zustand
beiträgt.
Die Pulpenzusammensetzung in dem Rest der Papierschichten kann andererseits
zur Optimierung anderer Eigenschaften, wie z. B. Weichheit, Festigkeit,
Bulk und Saugeigenschaften gewählt
werden.
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Das Material, das in Verbindung mit
dem Impulstrocknen aufweicht, schmilzt oder härtet, kann aus einem Nassfestigkeitsmittel,
synthetischen oder natürlichen
Polymeren mit thermoplastischen Eigenschaften, chemisch modifiziertem
Lignin und/oder synthetischen oder natürlichen Polymeren in der Anwesenheit
von Weichungsmitteln oder aus einer ligninenthaltenen Hochertragspulpe
bestehen.
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Das Nassfestigkeitsmittel, das bei
hohen Temperaturen aushärtet,
kann aus einem Polyamid-Amin-Epichlorhydrin-Harz, Polyacryl-Amid-Harz, Acryl-Emulsion, Harnstoff-Formaldehyd-Harz,
Polyethylen-Imin-Harz, einer modifizierten Stärke und/oder einem modifizieren
Zellstoffderivat bestehen. Der Anteil des Nassfestigkeitsmittels
in der Schicht, die dafür
vorgesehen ist, am nächsten
zu der erwärmten Walze 13 angeordnet
zu sein, sollte wenigstens 0,05 Gew.-%, berechnet anhand des trockenen
Fasergewichtes, sein.
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Beispiele von Materialien, die in
dem Temperaturbereich 100–400°C aufweichen
oder schmelzen sind synthetische oder natürliche Polymere mit thermoplastischen
Eigenschaften, chemisch modifiziertes Lignin und/oder synthetische
oder natürliche
Polymere in der Form von Weichungsmitteln. Das Material kann entweder
in der Form von Pulver, Flocken, Fasern oder einer wässerigen
Suspension, beispielsweise einer Latexdispersion vorliegen. Beispiele
von thermoplastischen Polymeren sind Polyolefine, wie z. B. Polyethylen
und Polypropylen, Polyester usw..
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Dadurch, dass der Papierbahn dieses
Material zugefügt
wird, das dazu gebracht wird, aufzuweichen oder zu schmelzen, wird
ein vergrößertes Ausmaß an Verbindungsstellen
in der Papierbahn erreicht. Hierdurch wird die Flächenmassen-Variation und
die dreidimensionale Gestalt, die der Papierbahn in Verbindung mit
dem kombinierten Impulstrocknen und Pressformen erteilt wurde, wirksam
dauerhaft gemacht. Diese Gestalt wird auch im nassen Zustand des
Papiers aufrechterhalten.
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Trocknen, Verbinden und Pressformen
können
gemäß der Erfindung
in ein und dem selben Schritt – dem
Impulstrocknungsschritt – stattfinden, wodurch
eine stabilere Papierstruktur mit einem geringeren Ausmaß innerer
Belastungen erhalten wird, die anderenfalls leicht auftreten, wenn
vor dem Thermoverbinden das Papier getrocknet und die Faserstruktur
verriegelt wird.
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Wie oben erwähnt, kann das Aufweichungs- oder
Schmelzmaterial gemäß der Erfindung
aus einer ligninenthaltenen Hochertragspulpe bestehen, was nachfolgend
genauer beschrieben ist.
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Papier kann durch eine Anzahl unterschiedlicher
Pulpenarten erzeugt werden. Wenn man Wiedergewinnungspulpe außer acht
lässt,
die heutzutage in einem großen
Ausmaß im
wesentlichen für
Toilettenpapier und Küchenrollen
verwendet wird, ist die am meisten verwendete Pulpenart für weiches
Papier chemische Pulpe. Der Ligninanteil in einer derartigen Pulpe
ist praktisch gleich null, und die Fasern, die im wesentlichen aus
reinem Zellstoff bestehen, sind vergleichsweise dünn und flexibel.
Chemische Pulpe ist eine Niederertragspulpe, da sie nur zu einem
Ertrag von etwa 50%, berechnet anhand des verwendeten Holz-Ausgangsmaterials
führt.
Sie ist deshalb eine vergleichsweise teuere Pulpe.
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Es ist deshalb üblich, kostengünstigere,
sogenannte Hochertragspulpe, beispielsweise mechanische, thermomechanische,
chemomechanische (CMP) oder chemothermomechanische Pulpe (CTMP)
in weichem Papier sowie auch in andere Arten von Papier, beispielsweise
Zeitungspapier, Pappe usw. zu verwenden. In Hochertragspulpen sind
die Fasern rauher und enthalten einen hohen Anteil von Lignin, Harzen,
und Hemizellulose. Das Lignin und die Harze geben den Fasern mehr
wasserabweisende Eigenschaften und eine verringerte Fähigkeit, Wasserstoffverbindungen
einzugehen. Die Hinzufügung
einer gewissen Menge einer chemothermomechanischen Pulpe in weichem
Papier weist infolge der verringerten Faser-Faser-Bindung eine positive Wirkung
auf Eigenschaften wie Bulk und Absorptionsfähigkeit auf.
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Eine besondere Variante von chemothermomechanischer
Pulpe (CTMP) ist sogenannte Hochtemperatur-Chemothermomechanische
Pulpe (high temperature chemothermomechanical pulp; HT-CTMP), deren
Erzeugung sich von der Erzeugung von CTMP herkömmlicher Art im Wesentlichen durch
Verwendung einer höheren
Temperatur für
die Imprägnierung,
Vorwärmung
und die Refinermahlung unterscheidet, insbesondere nicht geringer
als 140°C.
Für eine
weitergehende Beschreibung des Herstellungsverfahrens für HT-CTMP
wird auf die WO 95/34711 verwiesen. Charakteristisch für HT-CTMP
ist, dass sie eine langfaserige, leicht entwässerte und voluminöse Hochausbeutepulpe
ist, mit einem geringen Schäbeanteil
und einem geringen Fineanteil.
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Es wurde gemäß der Erfindung herausgefunden,
dass Hochertragspulpe besonders geeignet für Impulstrocknen ist, da sie
druckunempfindlich, leicht entwässert
ist, und eine offene Struktur aufweist, welche es für den erzeugten
Dampf zulässt, hindurchzutreten.
Dies minimiert die Gefahr, dass das Papier während des Impulstrocknens überhitzt und
zerstört
wird, das bei erheblich höheren
Temperaturen durchgeführt
wird als bei anderen Trocknungsverfahren. Die Druckunempfindlichkeit
und die offene Struktur hängen
davon ab, dass die Fasern in Hochertragspulpe vergleichsweise rauhund
steif, verglichen mit den Fasern in chemischer Pulpe, sind.
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Impulstrocknen findet bei einer erheblich
höheren
Temperatur als beispielsweise Yankeetrocknen oder Durchlufttrocknen
statt, wodurch gemäß einer
Theorie, auf welche die Erfindung jedoch nicht festgelegt ist, die
Aufweichungstemperatur des in der Hochertragspulpe vorhandenen Lignins
während
des gleichzeitigen Impulstrocknens und Pressformens erreicht wird.
Wenn das Papier kühler
wird, versteift sich das Lignin wieder, und trägt so zu dem Dauerhaftmachen
der dreidimensionalen Struktur bei, die dem Papier gegeben wurde.
Diese wird deshalb im wesentlichen auch in dem nassen Zustand des
Papiers aufrechterhalten, was das Bulk und die Absorptionseigenschaften
des Papiers umfangreich verbessert.
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Gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung enthält
das Papier, wenigstens in der Schicht/den Schichten, die am nächsten zu
den erwärmten
Walzen 13 während
des Impulstrocknens angeordnet sind, eine gewisse Menge einer Hochertragspulpe,
wobei dieser Anteil wenigstens 10 Gew.-%, berechnet anhand des trockenen
Fasergewichtes, vorzugsweise wenigstens 30 Gew.-% und insbesondere
wenigstens 50 Gew.-% sein sollte. Andere Schichten können eine
beliebige wahlweise Pulpe oder Kombination unterschiedlicher Pulpenarten enthalten,
um für
gewünschte
Eigenschaften, wie z. B. Weichheit, Festigkeit, Bulk usw. zu sorgen.
So sorgt beispielsweise chemische Pulpe, bevorzugt langfaserige
Kraftpulpe für
eine hohe Festigkeit des Papiers. Wiedergewinnungspulpe kann selbstverständlich ebenso
in dem Papier enthalten sein. Die Erfindung ist jedoch nicht auf
die Verwendung einer bestimmten Pulpenart in dem Papier beschränkt, sondern
kann mit einer beliebigen Pulpe oder Mischungen von Pulpen angewendet
werden.
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Die Papierbahn ist in diesem Fall
aus wenigstens zwei getrennten Schichten ausgebildet, entweder mittels
eines Mehrschicht-Stoffauflaufkastens oder
getrennte Stoffauflaufkästen,
die nacheinander angeordnet sind, wobei die Pulpenzusammensetzung
in wenigstens zwei Schichten unterschiedlich sind.
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Es ist selbstverständlich ebenso
möglich,
unterschiedliche Arten der oben genannten Materialien, wie z. B.
ligninenthaltende Hochertragspulpe und Nassfestigkeitsmittel sowie
Schmelz- oder Aufweichungsmittel zu kombinieren, um die Stabilisierungswirkung
der Musterstruktur des Papiers weiter zu verbessern.
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Die Papierbahn kann ferner in wenigstens drei
getrennten Schichten ausgebildet werden, wobei die beiden äußeren Schichten
jeweils eine gewisse Menge des Materials enthalten, das in dem Temperaturintervall
100–400°C aufweicht,
schmilzt oder härtet,
wie z. B. ligninenthaltende Hochertragspulpe, ein Nassfestigkeitsmittel,
synthetische oder natürliche Polymere
mit thermoplastischen Eigenschaften, chemisch modifiziertes Lignin
und/oder synthetische oder natürliche
Polymere in der Anwesenheit von Weichmitteln.
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Übliche
Zusatzstoffe, wie z. B. Nassfestigkeitsmittel, Weichmittel, Füller usw.
können
selbstverständlich
ebenso in dem Papier verwendet werden. Die Papierbahn kann nach
dem Impulstrocknen unterschiedlichen Arten von an sich bekannten
Behandlungen, wie z. B. der Hinzufügung unterschiedlicher Chemikalien,
weiterem Prägen,
Laminierung usw. unterworfen werden. Es ist ferner möglich, wenn die
Papierbahn zwischen zwei unterschiedlichen Sieben, beispielsweise
von einem Entwässerungssieb zu
einem Trocknungssieb, übertragen
wird, einen Geschwindigkeitsunterschied zwischen den Sieben vorzusehen,
so dass die Papierbahn in Verbindung mit der Übertragung verlangsamt wird.
Die Papierbahn wird dann zu einem gewissen Ausmaß kompakt gemacht, was die
Weichheitseigenschaften weiter erhöht.