DE69914324T2

DE69914324T2 - Verfahren zur Herstellung von Papier mittels eines Bentonit und kationischen Galactomannane enthaltenden Retentionsmittels

Info

Publication number: DE69914324T2
Application number: DE1999614324
Authority: DE
Inventors: Herbert Hruschka
Original assignee: Rhodia Chimie SAS; Rhone Poulenc Chimie SA
Current assignee: Rhodia Chimie SAS
Priority date: 1998-04-27
Filing date: 1999-04-23
Publication date: 2004-11-18
Anticipated expiration: 2019-04-24
Also published as: PL343672A1; FR2777918B1; EP1082492B1; ATE258252T1; SK16152000A3; FR2777918A1; US6270626B1; EP1082492A1; CA2329760A1; WO1999055963A1; DE69914324D1; AU3426899A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Herstellung von Papier auf Cellulosefaserbasis in Form von Blättern, in welchem ein neues Retentionssystem, das Bentonit und ein kationisches Galactomannan enthält, zur Verbesserung insbesondere der Retention von eingearbeiteten anorganischen Füllstoffen verwendet wird. Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung von Papier unter Verwendung eines Retentionssystems, das die Entwässerung, d. h. die Geschwindigkeit, mit der Wasser aus der Fasersuspension abläuft, deutlich verbessert.
Weiterhin sind die mechanischen Eigenschaften des erfindungsgemäß erhaltenen Papiers verbessert, zum Beispiel die Steifigkeit und die Reißfestigkeit wie auch andere Eigenschaften wie der Weißgrad. Außerdem kann das erfindungsgemäße Retentionssystem Vorteile aufweisen, die Qualität und die Wiederverwertbarkeit von Rückwasser betreffend, das aus dem Herstellungsverfahren für Papier stammt, wie auch von Ausschußpapier aus dem Herstellungsverfahren.
Die Herstellung von Papier bringt viele Probleme mit sich. Ein ständiges Anliegen ist die Verminderung der Papierkosten durch Verminderung der Cellulosefasermenge in der Zusammensetzung der Papierpulpe. Eine andere Vorgehensweise besteht in der Verminderung der Konzentration der wäßrigen Abfallstoffe aufgrund der immer strikteren Umweltschutzbestimmungen.
Die Papierhersteller haben verschiedene Mittel vorgeschlagen, um die Papierkosten zu senken und versucht, seine Eigenschaften zu verbessern. Eine angewendete Herangehensweise besteht in der Zugabe von billigen, anorganischen Füllstoffen bei Herstellungsverfahren von Papier, um die Faser zu ersetzen. Andererseits werden bestimmte anorganische Füllstoffe speziell verwendet, um bestimmte Papiereigenschaften zu verbessern. Dies ist zum Beispiel bei Titandioxid in Form von Anatas und/oder Rutil der Fall, um die Opazität des Papiers, insbesondere bei Laminat- oder Beschichtungspapier, zu verbessern.
Unglücklicherweise bringt die Zugabe von anorganischen Füllstoffen, welche als Partikel im Mikrometerbereich vorliegen, das Problem der Retention mit sich: Bei der Bildung des Blattes auf dem Sieb der Papiermaschine haben die anorganischen Partikel die Tendenz, durch dieses Sieb zu wandern, was Kreisläufe von belastetem Rückwasser erzeugt. Dies führt zu Problemen bei der Behandlung der Abfallstoffe, aber auch bei der Papierqualität.
Bis heute wird im Stand der Technik die Verwendung von Retentionsmitteln vorgeschlagen, um das Problem der mangelnden Retention zu vermindern. Zum Beispiel wird in der EP 490 425 A1 ein duales System vorgeschlagen, auf der Basis von anorganischen, anionischen Partikeln und einem kationischen Kohlenhydratpolymer, welches mit Aluminium modifiziert ist, wobei das kationische Polymer entweder ein kationisches Amidon oder ein kationisches Galactomannan ist.
Viele der bis heute vorgeschlagenen Lösungen sind ökonomisch jedoch nicht durchführbar, um ihre Verwendung für die Herstellung jedweden Papiertyps zu ermöglichen. Tatsächlich sind einige Retentionsmittel oder -systeme, wie solche, die ein mit Aluminium modifiziertes Kohlenhydratpolymer enthalten, komplexe und teure Produkte, was also ihre Verwendung für Produkte von gewöhnlicher Qualität unmöglich macht.
Jetzt hat die Anmelderin ein neues Verfahren zur Herstellung von Papier entwikkelt, welches ein neues Retentionssystem verwendet, welches die Retention der anorganischen Füllstoffe, von Fasern und anderen Materialien im Papierblatt beträchtlich erhöht.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist es, ein Retentionssystem und ein Verfahren zur Herstellung von Papier vorzuschlagen, bei dem die Eigenschaften des erhaltenen Papiers, darunter zum Beispiel die Opazitätseffektivität der anorganischen Füllstoffe, die Reißfestigkeit, den Weißgrad und andere notwendige Eigenschaften, verbessert sind, indem die Verwendung von anorganischen Füllstoffen optimiert wird. Selbstverständlich ist die Optimierung von der Art des verwendeten Füllstoffes abhängig.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist es, ein Papier mit einer erhöhten Konzentration an anorganischen Füllstoffen vorzuschlagen, welches eine Reißfestigkeit und andere annehmbare Eigenschaften aufweist.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist es, ein alternatives, ökonomisch einsetzbares Retentionssystem vorzuschlagen, welches nicht die Verwendung von komplexen und teuren Produkten erfordert.
Weitere Gegenstände und Vorteile der Erfindung folgen aus der Lektüre der unten aufgeführten Beschreibung und insbesondere aus den Versuchen, den Tabellen und Abbildungen, welche die verschiedenen Eigenschaften der Erfindung veranschaulichen.
Die vorliegende Erfindung beruht auf der Entwicklung eines Retentionssystems und eines Verfahrens zur Herstellung von Papier unter Verwendung desselben, welches die Retention der anorganischen Füllstoffe und andere Papiereigenschaften deutlich steigert und die Optimierung der Wirkung der in der Papierpulpe vorkommenden anorganischen Füllstoffe ermöglicht.
Die Erhöhung der Retention des anorganischen Füllstoffes und des Feinguts im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Papier mildert die Kontaminationsprobleme des Rückwassers.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich also auf ein Verfahren zur Herstellung von Papier durch Bildung und Trocknung einer wäßrigen Papierpulpe (Papierrohmasse), welche Cellulosepulpe (Celluloserohmasse) und anorganische Füllstoffe enthält, wobei man in die Mutterpulpe vor der Bildung des Blatts bzw. Papiers ein Retentionssystem einarbeitet, welches ein kationisches Galactomannan mit mindestens zwei benachbarten Hydroxylgruppen und eine Bentonitsuspension enthält.
Die Menge an Feststoffen des Retentionssystems liegt im allgemeinen zwischen 0,02 und 5 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 0,1 und 1 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Papierpulpe oder Mutterpulpe.
Das Bentonit/Galactomannan-Verhältnis sollte zwischen 1 und 10 Gew.-% liegen, vorzugsweise zwischen 2 und 6 Gew.-%, was insbesondere vom Substitutionsgrad des Galactomannans abhängt.
Was die Bentonitsuspension angeht, so versteht man darunter eine Bentonitsuspension, die aus jeder Art von kommerziellem Produkt besteht, das als Bentonit oder als Ton vom Bentonittyp bezeichnet wird, d. h., quellfähige anionische Tone wie Sepiolith, Attapulgit oder vorzugsweise Montmorillonit. Zum Beispiel sind die in der US-A-4 305 781 beschriebenen Bentonite für die Verwendung im Rahmen der Erfindung angepasst.
Die angepaßten Montmorillonit-Tone umfassen Bentonite aus Wyoming oder Walkerden. Die Tone können chemisch modifiziert werden oder auch nicht, zum Beispiel durch eine alkalische Behandlung zum Austausch des Calciums im Bentonit durch ein Alkalimetall.
Die quellfähigen Tone sind gewöhnlich Silikate von Metallen, welche ein Metall, ausgewählt aus Aluminium und Magnesium, und gegebenenfalls andere Metalle, enthalten und ein Atomverhältnis von Silicium/Metallatomen auf der Oberfläche der Tonpartikel, und im allgemeinen innerhalb ihrer Struktur, von 5 : 1 bis 1 : 1 aufweisen. Bei den meisten Montmorilloniten ist das Verhältnis relativ niedrig, da das Metall annähernd oder vollständig Aluminium ist, aber mit ein wenig Magnesium und manchmal mit zum Beispiel ein wenig Eisen. In anderen quellfähigen Tonen ist jedoch das gesamte oder ein Teil des Aluminiums durch Magnesium ersetzt, und das Verhältnis kann sehr niedrig sein, zum Beispiel etwa 1,5 für Sepiolith. Die Verwendung von Silikaten, in denen ein Teil des Aluminiums durch Eisen ersetzt ist, erscheint besonders wünschenswert.
Die wäßrige Suspension wird im allgemeinen durch Dispergieren von Bentonitpulver in Wasser hergestellt. Die Menge des in dieser Lösung enthaltenen Bentonits wird so ausgewählt, daß der endgültige Anteil an Bentonit in Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der Papierpulpe, zwischen etwa 0,1 und 5 Gew.-% liegt. Die Viskosität der Bentonitsuspension beträgt im allgemeinen weniger als 500 mPa·s (gemessen mit einem Brookfield-Viskosimeter bei 100 U/min).
Die Größe der Bentonitpartikel ist vorzugsweise zu mindestens 90% kleiner als 100 μm, und vorzugsweise zu mindestens 60% kleiner als 50 μm (Größe der trockenen Partikel). Die Bentonitoberfläche vor dem Quellen beträgt vorzugsweise mindestens 30 m²/g und im allgemeinen mindestens 50 m²/g, typischerweise 60 bis 90 m²/g, und die Oberfläche nach dem Quellen beträgt vorzugsweise zwischen 400 und 800 m²/g. Das Bentonit quillt vorzugsweise um mindestens das 15- bis 20-fache. Die Größe von mindestens 90% der Partikel nach dem Quellen beträgt vorzugsweise weniger als 2 μm.
Als kommerzielle Produkte können als nicht einschränkende Beispiele Opazil AF und Opazil ADV von der Firma Südchemie genannt werden.
Das erfindungsgemäße kationische Galactomannan ist nicht mit Aluminium modifiziert; es wird ausgewählt aus Galactomannanen, welche mindestens zwei benachbarte Hydroxylgruppen enthalten, insbesondere kationisches Guar. In bezug auf Guar wurde festgestellt, daß die reaktiven Zentren des Guars besonders zugänglich sind, was die Verwendung von geringen Mengen zur Erzielung einer befriedigenden Wirkung ermöglicht.
Das grundlegende Guar bei den kationischen Guar ist ein natürliches. Das natürliche Guar wird aus dem Endosperm bestimmter Samen von Pflanzen extrahiert, zum Beispiel aus Cyamopsis Tetragonalobus. Das Guar-Makromolekül besteht aus einer linearen Hauptkette, die aus den monomeren, durch eine (1-4)-Bindung mit einander verbundenen Zuckern von β-D-Mannose aufgebaut ist, und aus seitlichen α-D-Galactoseeinheiten, welche durch (1-6)-Bindungen an die β-D-Mannose gebunden sind.
Die Herstellung von kationischem Guar ist an sich bekannt. Zum Beispiel wird kationisches Guar durch Reaktion zwischen den Hydroxylgruppen des Polygalactomannans und reaktiven quartären Ammoniumverbindungen gebildet.
Der Substitutionsgrad der kationischen Gruppen am Guar beträgt im allgemeinen mindestens 0,01 und, vorzugsweise mindestens 0,05, und kann bis zu 1,0 gehen. Im Rahmen dieser Erfindung erstreckt sich ein geeigneter Bereich von 0,08 bis 0,5. Das Molekulargewicht des Guars variiert vermutlich zwischen 50.000 und 3.000.000, und im allgemeinen beträgt es etwa 2.000.000.
Bei der Verwendung des Retentionssystems mit kationischem Guar als einem Bestandteil werden die anorganischen Füllstoffe in einem starken Ausmaß im Endprodukt festgehalten, und das hergestellte Papier weist eine verbesserte Reißfestigkeit auf, im Vergleich zu einem Papier, welches ausgehend von einem Verfahren ohne Retentionssystem erhalten wurde.
Als kommerzielle Produkte können als nicht einschränkende Beispiele die Produkte der Serie MEPROBROND 100, MEPROBROND 9806, MEPROBROND 109, JAGUAR C-13-S, JAGUAR C-14-S, JAGUAR C-15, JAGUAR C-17, JAGUAR C-162 von Meyhall und Rhodia Chimie, die Produkte GUAR CAT10 von Cesalpina genannt werden.
Je nach Fall und/oder der/den Arten) der Galactomannane werden diese in Form von wäßrigen Lösungen formuliert.
Die in diesem Verfahren verwendeten anorganischen Füllstoffe sind von verschiedener Art und werden vor allem in Abhängigkeit von der Art des hergestellten Papiers und seiner zukünftigen Verwendung ausgewählt. Das Material an verwendbaren anorganischen Füllstoffen umfaßt jedweden gängigen anorganischen Füllstoff, dessen Oberfläche zumindest teilweise anionische Eigenschaften aufweist.
Unter den anorganischen Füllstoffen können als nicht einschränkende Beispiele Kaolin, Ton, Kreide, Calciumcarbonat, Titandioxid, Bentonit und ihre Mischungen genannt werden.
Die anorganischen Füllstoffe werden normalerweise in Form einer wäßrigen Dispersion mit angemessenen Konzentrationen gemäß der Art des hergestellten Papiers zugegeben.
Es können eine Vielzahl kommerzieller Produkte als anorganische Füllstoffe bei der Papierherstellung verwendet werden. Als nicht einschränkende Beispiele können Kaolin von ECC, Calciumcarbonat Omyafill von OMYA und Calopake von RHODIA Chimie, Titandioxid Finntitan von KEMIRA und Rhoditan von RHODIA Chimie genannt werden.
Die Möglichkeit zur Zugabe von anorganischen Füllstoffen zu Papierpulpen wird begrenzt durch Faktoren wie der Retention der Füllstoffe auf dem Sieb, der Entwässerung der Papierpulpe auf dem Sieb, der Reißfestigkeit im Feuchten und Trockenen des erhaltenen Papiers.
Gegenwärtig können die oben genannten Probleme, die der Zugabe dieser Füllstoffe zu Grunde liegen, in Übereinstimmung mit unserer Erfindung auf folgerichtige Weise durch Verwendung unseres Retentionssystems, welches auch die Zugaben von größeren Mengen an diesen Füllstoffen als gewöhnlich ermöglicht, überwunden oder eliminiert werden, um besondere Eigenschaften im hergestellten Papier zu erhalten.
So ist es, durch Anwendung des erfindungsgemäßen Retentionssystems, möglich geworden, ein Papier herzustellen, welches mehr Füllstoffe enthält und dabei doch seine mechanischen Eigenschaften behält. Über diesen Weg weisen also die mechanischen Eigenschaften des Papiers, darunter das Elastizitätsmodul, der Zugindex, die Absorption der Zugenergie usw., die gleichen oder sogar bessere Werte auf, als die, welche früher mit Papieren erreicht wurden, die ausgehend von klassischen Papierpulpen erhalten wurden, in denen gegebenenfalls ein Retentionsmittel nach dem Stand der Technik verwendet wurde.
Das Blatt weist, nach der Trocknung, stark verbesserte Reißfestigkeitseigenschaften auf, wenn das erfindungsgemäße Verfahren verwendet wird. Es wurde auch gefunden, daß, wenn in der Pulpe anorganische Füllstoffe wie die oben beschriebenen oder analoge dazu verwendet werden, diese anorganischen Füllstoffe sehr effizient im Blatt zurückgehalten werden und darüber hinaus keinen negativen Einfluß auf die Reißfestigkeit des Papiers haben, im Gegensatz zu Blättern, die durch ein Herstellungsverfahren ohne ein erfindungsgemäßes, gelbildendes System erhalten wurden.
Obwohl der Mechanismus, der in der Mutterpulpe während der Bildung und Trocknung des Papiers in Gegenwart des Retentionssystems abläuft, nicht vollständig beherrscht wird, bildet das Retentionssystem vermutlich eine Bindung mit den Fasern und mit den Füllstoffen, um eine komplexe, ausflockende Matrix zu bilden.
Tatsächlich verläuft die Herstellung von Papierblättern notwendigerweise über eine Entwässerungsstufe, welche die Struktur der Kolloide wie auch ihre Verteilung tiefgreifend verändern kann. Die Strukturveränderungen von Füllstoffaggregaten bei der Entwässerung wirkt sich auf den Retentionsgehalt derselben wie auch auf die Opazität des erhaltenen Papiers aus. So bildet sich in Gegenwart des erfindungsgemäßen Retentionssystems im Verlauf der Entwässerung ausgeflocktes Material innerhalb des Cellulosenetzwerks, welches die Füllstoffe einschließt, um während des kritischen Stadiums die Eigenschaften, welche die Partikel in Suspension aufweisen, zu bewahren.
Die Bestandteile des Retentionssystems werden in der Mischungsvorrichtung bei der Papierherstellung oder getrennt zugegeben. Gemäß einer bevorzugten Variante der Umsetzung der Erfindung werden die besten Ergebnisse jedoch erhalten, wenn das auf Bentonit und Galactomannan basierende Retentionssystem in situ in der Papierpulpe gebildet wird.
Vorzugsweise kann dies durch Zugabe von Galactomannan in Form einer wäßrigen Lösung zu einem ersten Zeitpunkt und getrennte Zugabe einer wäßrigen Bentonit-Lösung zur Pulpe in einem Behältnis für die Mischung oder an einer Stelle der Vorrichtung, an der eine geeignete Durchmischung vorliegt, erfolgen, so daß die beiden Bestandteile mit den das Papier bildenden Bestandteilen dispergiert werden und so gleichzeitig miteinander und mit den Bestandteilen für die Papierbildung wirken.
Es wurde gefunden, daß bei einem Herstellungsverfahren für Papier unter Verwendung des erfindungsgemäßen gelbildenden Systems der pH-Wert der Mutterpulpe nicht besonders kritisch ist und im allgemeinen kleiner als 11, vorzugsweise zwischen 5 und 9, ist.
Andere chemische Additive für das Papier können in die Mutterpulpe gemischt sein, wie Antischaummittel, Bindemittel usw. Dabei ist es wichtig, darauf zu achten, daß der Gehalt an diesen anderen Mitteln die Bildung der ausflockenden Matrix nicht behindert und daß der Gehalt an Mittel(n) im wiederaufbereiteten Rückwasser nicht so sehr ansteigt, daß die Bildung einer ausflockenden Matrix behindert wird.
Die Verbesserungen durch das Retentionssystem werden in einer gleichen Größenordnung sowohl bei chemischen Pulpen wie auch bei mechanischen oder thermomechanischen Pulpen beobachtet.
Ausgehend von Untersuchungen und ausgeführten Arbeiten scheint es, daß die Prinzipien der vorliegenden Erfindung auf die Herstellung von jeder Art Papier von jeder Qualität angewendet werden können. Es können zum Beispiel Druck- bzw. Schreibpapier, Verpackungspapier oder Laminat- bzw. Beschichtungspapier genannt werden.
Unter den Möglichkeiten zur Herstellung von Papierarten, ist Druck- bzw. Schreibpapier einer der Wege mit sehr positiven Ergebnissen, d. h., das Phänomen der Füllstoffretention ist erhöht und die mechanischen Papiereigenschaften sind verbessert. In diesem Fall ist die Hauptteil der verwendeten Füllstoffe Calciumcarbonat.
Die verwendete Menge an Retentionssystem variiert je nach der gewünschten Wirkung und den Eigenschaften der bestimmten Bestandteile, die für die Herstellung dieses Systems ausgewählt werden. Zum Beispiel wird bei einem Bentonit mit gegebenen Eigenschaften in einem Retentionssystem, wenn dieses kationisches Guar mit einem Substitutionsgrad SG von 0,03 anstelle eines Substitutionsgrads SG von 0,07 enthält, mehr Retentionssystem benötigt.
Die unten stehenden Beispiele und Laboruntersuchungen verdeutlichen, nicht einschränkend, die Vorteile und Eigenschaften, die mit der Verwendung des erfindungsgemäßen Retentionssystems bei der Papierherstellung verbunden sind. Es werden gute Ergebnisse mit dem erfindungsgemäßen Retentionssystem erhalten, obwohl das Galactomannan nicht mit Aluminium modifiziert wurde.
Die Verwendung des erfindungsgemäßen Retentionssystems wird insbesondere mit der Verwendung von Guar allein, einem Bentonit-Amidon-System und einem Bentonit-Polyacrylamid-System verglichen.
Untersuchung
Die Retentionseigenschaften werden im wesentlichen durch zwei Parameter bestimmt:

– Retention: Menge an zurückgehaltenen Füllstoffen auf dem Papierblatt, oder für die gesamte Retention, die Gesamtmenge an feinen, im Papier zurückgehaltenen Partikeln
– Entwässerung: charakterisiert die Schnelligkeit, mit der Wasser aus der Fasersuspension ausläuft.

Diese beiden Eigenschaften können mit Hilfe verschiedener Verfahren gemessen werden:

– Verfahren "BRITT-Jar-Trommel": ermöglicht die Messung der chemischen Retention (gesamt und Füllstoffe).
– Verfahren "Schopper-Riegler": ermöglicht die Messung der chemischen Retention und der Entwässerung.

Andere Parameter können mittels der folgenden Verfahren gemessen werden:

– Verfahren "Rapid Köthen": ermöglicht eine Messung in Bezug auf die Papierbildung (Norm DIN 54358).
– Messung der Reißfestigkeit mit einer "Strength Tester Lloyd 500"-Apparatur.

Das sogenannte "BRITT-Trommel"-Verfahren
Dieses Verfahren besteht in der Messung der chemischen Retention der Füllstoffe unter Vermeidung der Bildung von faserigen Matten, die für eine mechanische Retention durch Filtereffekt verantwortlich sind. Im Rahmen der vorliegenden Untersuchungen wurden zu 1000 ml der Faserdispersion unter Rühren mit 500 U/min zu einem ersten Zeitpunkt kationisches, gelöstes Guar zugegeben, dann wurde zu einem zweiten Zeitpunkt die Bentonitsuspension zugegeben. Anschließend wurden die ersten 200 ml durch ein Sieb gegeben. Indem die jeweiligen Mengen an Fasern und Füllstoffen ermittelt wurden, die in das Filtrat übergegangen waren, wurden durch Berechnung die Gesamtretentionswerte (Fasern + Füllstoffe) und die Füllstoffretention erhalten.
Dieses Verfahren zur Retentionsmessung wird von K. Britt und J. E. Unbehend im Research Report 75, 1/19, 1981, veröffentlich vom Empire State Paper Research Institute ESPRA, Syracuse, N.Y. 12310, EUA, beschrieben.
Für die Messungen wird eine Filtrationsschleudertrommel, ausgestattet mit einem Öffnungsgitter von 125 P mit Öffnungen von 75 μm, verwendet.
Das sogenannte "Schopper-Riegler"-Verfahren
Dieses Schopper-Riegler-Verfahren wird gemäß der Norm NFQ 50-003 verwendet.
Das verwendete kationische Guar hat einen Substitutionsgrad von 0,1 und bei dem verwendeten Bentonit handelt es sich um Opazil von der Firma Süd-Chemie.
Beispiel 1: Retention
Diese Beispiel zeigt die chemische Retention, die durch Anwendung der BRITT-Trommel-Untersuchung ermittelt wird.
Es wurden verschiedene Zubereitungen mit unterschiedlichen Gehalten an kationischem Guar und Bentonit hergestellt (siehe untenstehende Tabelle 1). Bei den Gehalten handelt es sich um Gew.-% bezogen auf das Gewicht der Papierpulpe.
i) Herstellung der Muttersuspension und Verdünnung
Die Fasermischung besteht zu 60 Gew.-% aus chemischer Pulpe von Eucalyptus und zu 40 Gew.-% aus chemischer Pulpe aus langen, sulfatierten Fasern. Diese Mischung wird durch Raffinierung mit einer Rieth-Hollander-Apparatur bis 24 SR erhalten, um eine Pulpe mit einer Dichte von 3% zu erhalten. Diese Pulpe wird anschließend auf 0,5% mit einem pH-Wert von etwa 7 verdünnt.
Vor der Verdünnung der Pulpe wird zu dieser Mischung unter Rühren 40 Gew.-% CaCO₃ als Füllstoff und 3 Gew.-% Polyaluminiumchlorid zugegeben. Das Rühren wird während der gesamten Behandlungszeit beibehalten, um bei der Probenentnahme eine perfekte Homogenität sicherzustellen.
ii) BRITT-Trommel-Untersuchung
Es werden 1000 ml der hergestellten Suspensionsmischung entnommen. Diese 1000 ml werden in eine Schleudertrommel BRITT unter Rühren mit einem schraubenartigen Rührwerk und ausgestattet mit einem Gitter 125 P von 75 μm gegeben.
Die Rührgeschwindigkeit beträgt etwa 500 U/min.
Das Guar wird zugegeben und dann wird 60 Sekunden gerührt. Dann wird das Bentonit zugegeben (bei den Untersuchungen, die dieses Produkt enthalten). Anschließend wird 15 Sekunden lang gerührt.
Es werden 200 ml Mischung mit Hilfe der Schwerkraft abgezogen.
iii) Filtration
Die abgezogenen 200 ml werden dann über einen Büchner-Trichter mit WHATMANN Filtern Nr. 42 (aschefreier Filter, vor der Verwendung 1 h lang bei 105°C getrocknet und mit einem Fehler von ±0,0001 g gewogen) filtriert.
Der Filtrationsrückstand wird anschließend vorsichtig entnommen, 1 h bei 105°C getrocknet und dann in einem Exsikkator getrocknet und gewogen ( ±0,0001). Dies ermöglicht die Berechnung des Gesamtretentionsgehalts.
Der so auf dem Filter getrocknete Rückstand wird dann calciniert (gemäß der Norm für Aschegehalt NFQ 03-047), um den Retentionsgehalt an Füllstoffen in der Mischung zu ergeben.
iv) Berechnungen und Ergebnisse
Die Berechnung der Gesamtretention wird mittels der folgenden Formel ausgeführt:

– Gesamtretention = [(P1 – P2)/P1] × 100 P1: Gewicht der Mischung (Füllstoffe und Fasern) in der anfänglichen Probe P2: Gewicht des filtrierten und getrockneten Probenrückstands von 200 ml

Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 wiedergegeben.
Tabelle 1
Beispiel 2: Entwässerung
Dieses Beispiel zeigt die Entwässerung, berechnet gemäß dem modifizierten Verfahren nach Schopper-Riegler.
Es wurden verschiedene Zubereitungen mit unterschiedlichen Gehalten an kationischem Guar und Bentonit hergestellt (siehe untenstehende Tabelle 2). Bei den Gehalten handelt es sich um Gew.-% bezogen auf das Gewicht der Papierpulpe.
i) Modifizierte Untersuchung noch Schopper-Riegler
Die verwendeten Suspension der Fasermischung ist mit der aus Beispiel 1 identisch.
Die Zugabe der Guar- und Bentonit-Mischung wird in einer BRITT-Schleudertrommel ausgeführt, welche 1000 ml der auf gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellten Mischung in Suspension enthält.
Die 1000 ml werden anschließend in ein Behältnis des Schopper-Riegler-Geräts umgefüllt. Es wird die Zeit berechnet, die für die Entwässerung von 600 ml Lösung notwendig sind.
iii) Berechnungen und Ergebnisse
Die gemessenen Zeiten in Sekunden entsprechen dem Entwässerungsgrad.
Für die Ergebnisse, siehe Tabelle 2
Tabelle 2
Beispiel 3: Vergleich mit Polyacrylamid und kanonischem Amidon
i) Zusammensetzung der Muttersuspension und Verdünnung
Die Fasersuspension ist eine Mischung aus 30% langen Fasern, 30% kurzen Fasern, 30% gestrichenem Ausschußpapier (= "coated broke") und 10% CaCO₃, der pH-Wert beträgt 7. Diese Mischung stammt aus einem System mit hoher Dichte (3,5%) einer Papiermaschine.
ii) verwendete Produkte

– 0,075% kationisches Guar Substitutionsgrad = 0,1 (Meprobond 9806)
– 0,050% Polyacrylamid mit hohem Molekulargewicht (Percoll 292 von Allied Colloids)
– 0,500% kationisches Amidon Substitutionsgrad = 0,045 (Hicat von Roquette)
– 0,300% Bentonit (Opazil)
iii) Die Reihenfolge der Zugaben der Produkte stimmt mit der in Beispiel 1 überein.
iv) Die Meßmethoden sind die gleichen wie in den Beispielen 1 und 2 (Britt Jar und Schopper-Riegler). Außerdem wurde die Reißfestigkeit (= „tensile strength") gemessen.
v) Ergebnisse: siehe Tabelle 3.

Tabelle 3

Claims

Verfahren zur Herstellung von Papier durch Bildung und Trocknung einer wäßrigen Papierpulpe (Papierrohmasse), enthaltend Cellulosepulpe (Celluloserohmasse) und anorganische (mineralische) Füllstoffe, dadurch gekennzeichnet, daß man in die Mutterpulpe vor der Bildung des Blattes bzw. Papiers ein Retentionssystem einarbeitet, welches (i) ein kationisches Galactomannan mit mindestens zwei benachbarten Hydroxylgruppen, das nicht mit Aluminium modifiziert ist, und (ii) eine Bentonitsuspension enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge an Feststoffen des Retentionssystems 0,1 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Papierpulpe, beträgt.
Verfahren zur Herstellung von Papier nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Galactomannan einen Substitutionsgrad von mindestens 0,01, vorzugsweise von mindestens 0,05, aufweist, der bis 1,0 gehen kann.
Verfahren zur Herstellung von Papier nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die anorganischen Füllstoffe ausgewählt sind aus der Gruppe von Kaolin, Ton, Kreide, Calciumcarbonat, Titanoxid, Bentonit und deren Mischungen.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der pH-Wert der Mutterpulpe zwischen 5 und 9 konstantgehalten wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge an Feststoffen in dem Retentionssystem 0,02 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Mutterpulpe, beträgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bentonit/Galactomannan-Verhältnis gewichtsbezogen 1 bis 10 betragen muß und vorzugsweise 2 bis 6 beträgt, wobei das Verhältnis vom Substitutionsgrad des Galactomannans abhängig ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Retentionssystem auf Basis von Bentonit und Galactomannan in situ in der Papierpulpe gebildet wird.
Verfahren zur Herstellung von Papier nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die in-situ-Bildung des Retentionssystems durch Zugabe von Galactomannan in Form einer wäßrigen Lösung zu einem ersten Zeitpunkt und Zugabe einer wäßrigen Bentonitlösung zu der Papierpulpe zu einem zweiten Zeitpunkt in einem Behältnis für die Mischung oder an einer Stelle der Vorrichtung, an der eine geeignete Durchmischung vorliegt, erfolgt.
Papier, erhältlich ausgehend von dem Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche.
Verwendung des Papiers nach Anspruch 10 als Laminat- bzw. Beschichtungspapier, Druck- bzw. Schreibpapier oder Verpackungspapier (Pack- bzw. Hüllpapier).
Verwendung des Papiers nach Anspruch 11 als Druck- bzw. Schreibpapier.