EP1152086B1 - Verfahren zur Bildung einer mehrschichtigen und/oder mehrlagigen Faserstoffbahn - Google Patents

Verfahren zur Bildung einer mehrschichtigen und/oder mehrlagigen Faserstoffbahn Download PDF

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EP1152086B1
EP1152086B1 EP01106092A EP01106092A EP1152086B1 EP 1152086 B1 EP1152086 B1 EP 1152086B1 EP 01106092 A EP01106092 A EP 01106092A EP 01106092 A EP01106092 A EP 01106092A EP 1152086 B1 EP1152086 B1 EP 1152086B1
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EP
European Patent Office
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calcium carbonate
layer
process according
fiber
fibers
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EP01106092A
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French (fr)
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EP1152086A3 (de
EP1152086A2 (de
Inventor
Herbert Holik
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Voith Patent GmbH
Original Assignee
Voith Paper Patent GmbH
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Publication date
Application filed by Voith Paper Patent GmbH filed Critical Voith Paper Patent GmbH
Publication of EP1152086A2 publication Critical patent/EP1152086A2/de
Publication of EP1152086A3 publication Critical patent/EP1152086A3/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21F—PAPER-MAKING MACHINES; METHODS OF PRODUCING PAPER THEREON
    • D21F11/00—Processes for making continuous lengths of paper, or of cardboard, or of wet web for fibre board production, on paper-making machines
    • D21F11/02—Processes for making continuous lengths of paper, or of cardboard, or of wet web for fibre board production, on paper-making machines of the Fourdrinier type
    • D21F11/04—Processes for making continuous lengths of paper, or of cardboard, or of wet web for fibre board production, on paper-making machines of the Fourdrinier type paper or board consisting on two or more layers
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H27/00—Special paper not otherwise provided for, e.g. made by multi-step processes
    • D21H27/30—Multi-ply
    • D21H27/38—Multi-ply at least one of the sheets having a fibrous composition differing from that of other sheets

Definitions

  • the invention relates to a method for forming a multilayer and / or multi-layer fibrous web, in particular paper or cardboard web.
  • a method is known from German published patent application DE 37 20 618 A1 in the paper manufacturing process to improve paper properties, especially to improve printability, if used of a three-channel headbox. It is provided that Fibers of different lengths are used, the short-fiber Substance component may contain filler and preferably directly in the middle of the layer structure to be formed is introduced.
  • the aim of the invention is to provide an improved method to create the type mentioned, in which the previously mentioned disadvantages are eliminated and in a more economical manner in particular an increase in the enrichment of the outer layers of the Fibrous web with fillers possible beyond the previous limits is.
  • this object is achieved according to the invention solved that at least one of the two outer layers and / or layers the fibrous web is produced using moist, disintegrated fiber material the wetted fiber surfaces at least partially at least calcium carbonate after addition of calcium oxide and / or Calcium hydroxide and after exposure to carbon dioxide was deposited.
  • dry fiber surfaces can mean all wetted surfaces of the individual fibers. This is especially the case Case covered in which the fibers with the calcium carbonate both are loaded on their outer surface and inside (lumen).
  • This Binding of calcium carbonate to the fiber surface is relatively strong. Thereby there is a high retention of the calcium carbonate of the outer layers or -Layers of the paper with little white water pollution and relatively less Calcium carbonate concentration of the suspension in the outer layers or layers in the headbox. If necessary, you can also use conventional How to further increase the calcium carbonate content of the layers or layers.
  • the invention is not only in the formation of a fibrous web from in the z direction, i.e.
  • Thickness direction coated fiber suspensions with different calcium carbonate, but basically also in the formation of a fibrous web from layers cut in the z direction Fibrous suspensions with the same calcium carbonate kept applicable.
  • the invention can be used not only in the preferred multilayer sheet formation, but also fundamentally with conventional multi-layer sheet formation are used. It is essential that for the substances in whose outer layers or layers use a so-called "fiber loading" described as such in US-A-5,223,090. When in this The process described in the publication will apply to the entire fabric accordingly treated. Otherwise, when storing Calcium carbonate in the respective outer layer or layer, however, especially so proceed as described in US-A-5,223,090. The The content of this document is hereby incorporated by reference into the present Registration included.
  • the calcium carbonate is expediently on the outer surfaces of the Hollow fibers attached, preferably in addition to both the inner Cavities as well as embedded in the walls of the hollow fibers becomes.
  • the additive is thus applied to the "wetted" fiber surface, So both on the outer surface and on the inside Cavities and also deposited in the walls of the hollow fibers.
  • Processes are used to form at least two and in particular at least three-layer or three-layer fibrous web both or only one of the outer layers or layers of the fibrous web using fiber material produced on its wetted Fibrous surfaces at least partially accumulate the least calcium carbonate has been.
  • Both or only one outer layer or - location of the fibrous web are produced using fiber material, the hollow fibers at least partially with at least one additive were loaded, preferably again both on the outer surfaces the fibers as well as in the interior.
  • At least two and in particular at least three-layer or three-layer fibrous web at least one of the two outer layers or layers with a higher one Calcium carbonate content generated as the at least one middle layer or layer.
  • Precipitated calcium carbonate is transferred to the process wetted fiber surfaces.
  • a preferred advantageous embodiment is characterized in that a calcium oxide and / or calcium hydroxide-containing agent is added to a moist, disintegrated fiber material so that at least some of it is associated with the water present in the fiber material and that the treated material is added to the calcium carbonate Carbon dioxide is applied to the fiber material in such a way that the addition of calcium carbonate to the wetted fiber surfaces results from a corresponding chemical reaction. This does not mean that 2 water of the fibrous suspension to be chemically reacted by addition of CaO and / or Ca (OH).
  • the agent containing calcium oxide and / or calcium hydroxide expediently in a proportion of approximately 0.1 to approximately 50% by weight based on the dry weight of the fiber material in question.
  • the fiber material is advantageously closed Containers loaded with carbon dioxide containing the carbon dioxide gas in question is put under pressure accordingly.
  • the fiber material during a mixing process to which it is exposed to a particularly high shear effect with Carbon dioxide is applied.
  • the mixing process is expediently carried out with a shear effect that is at least so high that an energy input of at least about 10 to 50 watt-hours per kilogram Fiber on a dry weight basis.
  • the fiber material is preferred on the one hand pulp dissolved in pulper or waste paper with additives and on the other hand non-dried fiber ("never dried pulp ”) is used. Both uses bring depending on the application both process engineering (including short process times), process engineering (including good controllability) as well as cost-effective (including cost saving potential) Benefits.
  • Figure 1 shows a simplified process diagram for possible treatment of pulp, which is then used to form at least one of the two outer layers of a multilayer fibrous web used becomes.
  • the fibrous web can in particular be a paper or Trade cardboard web.
  • the wetted fiber surfaces of the fiber material in question are used at least partially at least calcium carbonate after addition of calcium oxide and / or Calcium hydroxide and after exposure to carbon dioxide attached. Both calcium carbonate is deposited on the outer surfaces of the hollow fibers as well as an inclusion in the wetted internal cavities (lumens) and the walls of the Hollow fibers.
  • the present fibrous stock material 10 is processed in a pulper 12 to a fibrous material 14, in which the fibers are then at least essentially already separated, that is to say separated.
  • the fiber material 14 at least partially contains water. This can be present between the fibers as well as in the interior (lumens) and in the walls of the hollow fibers.
  • the fiber material 14 can be provided, for example, in the form of a so-called "dewatered crumb pulp" (see US Pat. No. 5,223,090), which means that although water is stored in the hollow fibers of the fiber material 14, there is no free material in the fiber material Water is included.
  • pulp or pulp or pulp that has been dissolved in pulp 12 can be used as fiber material 14 on the one hand, and on the other hand non-dried pulp (“never dried pulp”).
  • the fiber material 14 is then fed to a collecting container 16 or the like, in which an agent 18 containing calcium oxide and / or calcium hydroxide (slaked lime) is added in such a way that at least a part thereof coincides with that in the fiber material, ie between the fibers, in the hollow fibers and associated in their walls, existing water.
  • an agent 18 containing calcium oxide and / or calcium hydroxide slaked lime
  • the fiber material 14 is fed to a "fiber loading” reactor 24.
  • the fiber material 14 is then exposed to carbon dioxide (CO 2 ) in such a way that calcium carbonate (CaCO 3 ) is deposited on the wetted fiber surfaces.
  • CO 2 carbon dioxide
  • CaCO 3 calcium carbonate
  • valve 26 for example designed as a rotary valve suitably treated fiber material 14 then the respective one outer layer assigned stock suspension feed of the headbox 28 of the paper machine 30 in question.
  • the calcium oxide and / or calcium hydroxide can be in the collecting container 16 contained means 18, for example, in a proportion of about 0.1 up to about 50% by weight based on the dry weight of the fiber material in question be added.
  • the reactor 24 expediently comprises a closed container, pressurized with the relevant carbon dioxide gas becomes.
  • the fiber material 14 in this reactor 24 can be one Be subjected to mixing process, in which there is a particular higher Is exposed to shear. The exposure to carbon dioxide then takes place during the mixing process.
  • This mixing process can for example with a shear effect, at least so It is high that there is an energy input of at least about 10 to about 50 Watt hours per kilogram of fiber on a dry weight basis.
  • FIG. 3 shows a possible embodiment of a headbox 28 in FIG paper machine 30 shown in FIG. 1.
  • the headbox 28 is in the z direction, i.e. in the thickness direction of the to be formed Fiber web 34, sectioned.
  • sections are arranged one above the other Stock suspension feeders 36, 38 and 40 are provided, respectively into a corresponding section of a section divided by slats 42 Chamber 44 of the headbox 28 open. Between these also in the transverse direction y has correspondingly divided chamber 44 and a nozzle 46 the headbox 28 has a turbulence generator 48.
  • the fins 42 also extend into the turbulence generator 48, so that this is also sectioned accordingly.
  • Nozzle 46 Even the interior of the Nozzle 46 can be sectioned accordingly, for which purpose in the present case for example, slats 50 can be provided. This results in a Multi-layer headbox to form a multi-layer, in the present Case of a three-layer fibrous web 34.
  • Each of the transversely y resultant section is respectively assigned to a mixer section 52 in which a portion of the suspension flow Q H is a partial suspension stream Q L admixed.
  • These two partial suspension streams can have a different consistency, for example.
  • the suspension partial stream Q H fed to the headbox 28, for example via a transverse distributor line 54 is fed to the various section mixers 52 via branch lines 56.
  • the partial suspension flow Q L fed to the headbox 28 via a transverse distributor line 58 is fed to the various section mixers 52 via branch lines 60 and corresponding metering devices 62.
  • the metering device 62 can comprise corresponding valves, for example.
  • the mixed flow Q M obtained by a respective section mixer 52 is divided between the three stock suspension feeds 36, 38 and 40 of a respective section.
  • each fiber material is supplied, in the hollow fibers of calcium carbonate is stored.
  • the fiber material in question can a distributor line 68 running in the transverse direction is supplied, from that of a respective section resulting in the transverse direction branch the lines 64 assigned to the headbox 28.
  • the various supply lines 64 each open at an angle ⁇ a feed line 70, via which the fiber material mixed with calcium carbonate a further additive, preferably diluent or White water, can be added.
  • This additive can also be used for example again via transverse distribution lines 72 are fed, of which the various, the individual are in Branch off supply lines 70 assigned to the transverse direction of the sections.
  • a valve 74 is provided in each of the feed lines 70.
  • the angle ⁇ is expediently chosen so that the respective Dosing device 66 of the substance suspension feed 36 in question or 40 total current supplied remains constant regardless of the ratio, in which the dilution water is added.
  • the various branch lines 60 can each open into the respective section mixer 52 at such an angle that the mixed flow Q M resulting at the outlet of the respective mixer 52 remains constant irrespective of the ratio in which the two partial substreams Q H and Q L to the headbox 28 are supplied.
  • valves can also be provided, for example, between the cross line 54 and the section mixers 52, the mixed flow Q M in the case of a change in the ratio between the two partial suspension flows Q H and Q L then being actuated accordingly by both these valves and the valves 62 is kept constant.

Landscapes

  • Paper (AREA)
  • Multicomponent Fibers (AREA)
  • Nonwoven Fabrics (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildung einer mehrschichtigen und/oder mehrlagigen Faserstoffbahn, insbesondere Papier- oder Kartonbahn.
Der insbesondere auch aus ökonomischen und ökologischen Gründen erforderliche schonende Umgang mit Rohstoffressourcen äußert sich bei der Papierherstellung in immer niedrigeren Flächengewichten der Papierbahn sowie im teilweisen Ersatz des Faserstoffes durch Füllstoffe. Dies stellt nicht nur für den Papiererzeuger, sondern in gleichem Maße auch für den Papiermaschinenhersteller eine Herausforderung dar. Trotz dieser Maßnahmen sollen die Papierqualität und die Produktivität der betreffenden Papiermaschine beibehalten oder sogar weiter verbessert werden. Dabei kommt in zunehmendem Maße die sogenannte Mehrschichttechnik zum Einsatz, bei der im Gegensatz zur konventionellen Mehrlagenblattbildung die Bahn aus Einzelschichten mit sehr niedrigem Flächengewicht aufgebaut wird. Dabei werden die verschiedenen, aus dem Stoffauflauf austretenden Suspensionsstrahlen in einer Blattbildungszone gleichzeitig entwässert. Entsprechend können unterschiedliche Rohstoffe zur Strukturierung des Blattes eingesetzt werden. Werden kostengünstigere Rohstoffe eingesetzt, so soll die Qualität zumindest beibehalten werden. Bei gleichem Rohstoffeinsatz geht es um eine Verbesserung dieser Qualität. Hierbei spielen u.a. die Festigkeit, die optischen Eigenschaften sowie die Verarbeitbarkeit des Endproduktes eine entscheidende Rolle. Beispielsweise bei grafischen Papieren ist es aus wirtschaftlichen und drucktechnischen Gründen wünschenswert, in den Außenschichten einen höheren Füllstoffgehalt und in der Mittelschicht einen geringeren Füllstoffgehalt zu besitzen. Der erhöhte Füllstoffgehalt in den Außenschichten ergibt eine verbesserte Bedruckbarkeit und Opazität. Auch mit dem Einsatz der Mehrschichttechnologie unter Verwendung eines Mehrschichtstoffauflaufs mit sehr hohem Füllstoffgehalt in den die Außenschichten bildenden Suspensionsteilströrnen sind die diesbezüglichen Ergebnisse noch unzureichend, was insbesondere auf die geringe Retention der Füllstoffe zurückzuführen ist. Für die die Außenschichten bildenden Suspensionsteilströme des jeweiligen Stoffauflaufs ist somit ein stark erhöhter Füllstoffanteil erforderlich. Aufgrund der schlechten Retention ergibt sich eine relativ hohe Belastung des Siebwasserkreislaufs mit Füllstoffen. Infolge der Auswaschung der Außenschichten aufgrund der jeweiligen Entwässerungsbedingungen ergibt sich nur eine begrenzte Anreicherung der Außenschichten des Papiers mit Asche.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 37 20 618 A1 ist ein Verfahren im Papierherstellungsprozess zur Verbesserung der Papiereigenschaften, speziell zur Verbesserung der Bedruckbarkeit, bei möglicher Verwendung eines dreikanäligen Stoffauflaufs bekannt. Dabei ist vorgesehen, dass Fasern unterschiedlicher Länge ihre Verwendung finden, wobei die kurzfaserige Stoffkomponente möglicherweise Füllstoff enthalten kann und vorzugsweise direkt in die Mitte der zu bildenden Schichtkonstruktion eingebracht wird.
Ziel der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, bei denen die zuvor genannten Nachteile beseitigt sind und auf wirtschaftlichere Art und Weise insbesondere eine Erhöhung der Anreicherung der Außenschichten der Faserstoffbahn mit Füllstoffen über die bisherigen Grenzen hinaus möglich ist.
Diese Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß wenigstens eine der beiden Außenschichten und/oder -lagen der Faserstoffbahn unter Verwendung von feuchtem, desintegriertem Fasermaterial erzeugt wird, an dessen benetzte Faseroberflächen zumindest teilweise wenigstens Calciumcarbonat nach Zusetzung von Calciumoxid und/oder Calciumhydroxid und nach Beaufschlagung mit Kohlendioxid angelagert wurde.
Dabei kann der Begriff "benetzte Faseroberflächen" alle benetzten Oberflächen der einzelnen Fasern umfassen. Damit ist insbesondere auch der Fall mit erfaßt, bei dem die Fasern mit dem Calciumcarbonat sowohl an ihrer Außenfläche als auch in ihrem Innern (Lumen) beladen sind.
Aufgrund dieser speziellen Art von Beladung wird die Retention in den Außenschichten bzw. -lagen drastisch erhöht, was darauf zurückzuführen ist, daß das Calciumcarbonat gut haftend an die Faseroberfläche, z.T. auch an die Faserinnenfläche gebunden sind. Diese Bindung von Calciumcarbonat an die Faseroberfläche ist relativ stark. Dadurch ergibt sich eine hohe Retention des Calciumcarbonats der Außenschichten bzw. -lagen des Papiers bei geringer Siebwasserbelastung und relativ geringer Calciumcarbonat konzentration der Suspension in den Außenschichten bzw. -lagen im Stoffauflauf. Erforderlichenfalls kann man auch auf herkömmliche Weise den Calciumcarbonat gehalt der Schichten bzw. Lagen noch weiter erhöhen. Die Erfindung ist nicht nur bei der Bildung einer Faserstoffbahn aus in z-Richtung, d.h. Dickenrichtung, beschichteten Faserstoffsuspensionen mit unterschiedlichen Calciumcarbonat gehalten, sondern grundsätzlich auch bei der Bildung einer Faserstoffbähn aus in z-Richtung geschicliteten Faserstoffsuspensionen mit gleichen Calciumcarbonat gehalten anwendbar. Überdies kann die Erfindung nicht nur bei der bevorzugten Mehrschichtblattbildung, sondern grundsätzlich auch bei der herkömmlichen Mehrlagenblattbildung zum Einsatz kommen. Wesentlich ist, daß für die Stoffe in derr Außenschichten bzw. -lagen ein sogenanntes "Fiber loading" genutzt wird, das als solches in der US-A-5 223 090 beschrieben ist. Beim in dieser Druckschrift beschriebenen Verfahren wird der gesamte Stoff entsprechend behandelt. Im übrigen kann bei der Einlagerung von Calciumcarbonat in die jeweilige Außenschicht bzw. -lage jedoch insbesondere so vorgegangen werden, wie dies in der US-A-5 223 090 beschrieben ist. Der Inhalt dieser Druckschrift wird hiermit durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung mit aufgenommen.
Dabei wird das Calciumcarbonat zweckmäßigerweise an den Außenflächen der Hohlfasern angelagert, wobei er vorzugsweise zusätzlich sowohl in die innenliegenden Hohlräume als auch in die Wandungen der Hohlfasern eingelagert wird. Der Zusatzstoff wir somit auf die "benetzte" Faseroberfläche, also sowohl auf die äußere Oberfläche als auch an die innenliegenden Hohlräume und auch in die Wandungen der Hohlfasern angelagert.
Bei einer besonders vorteilhaften bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden zur Bildung einer wenigstens zwei- und insbesondere wenigstens dreischichtigen bzw. -lagigen Faserstoffbahn beide oder lediglich eine der Außenschichten bzw. -lagen der Faserstoffbahn unter Verwendung von Fasermaterial erzeugt an dessen benetzte Faseroberflächen zumindest teilweise wenigstes Calciumcarbonat angelagert wurde. Es können somit beide oder auch nur eine Außenschicht bzw. - lage der Faserstoffbahn unter Verwendung von Fasermaterial erzeugt werden, dessen Hohlfasern zumindest teilweise mit wenigstens einem Zusatzstoff beladen wurden, der vorzugsweise auch wieder sowohl an den Außenflächen der Fasern als auch in deren Innenraum angelagert wurde.
Vorteilhafterweise wird zur Bildung einer wenigstens zwei- und insbesondere wenigstens dreischichtigen bzw. -lagigen Faserstoffbahn wenigstens eine der beiden Außenschichten bzw. -lagen mit einem höheren Calciumcarbonat gehalt als die wenigstens eine Mittelschicht bzw. -lage erzeugt.
Bei einer zweckmäßigen praktischen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird gefälltes Calciumcarbonat an die benetzten Faseroberflächen angelagert.
Eine bevorzugte vorteilhafte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, daß zur Anlagerung von Calciumcarbonat einem feuchten, desintegrierten Fasermaterial ein Calciumoxid und/oder Calciumhydroxyd enthaltendes Mittel so zugesetzt wird, daß zumindest ein Teil davon sich mit dem im Fasermaterial vorhandenen Wasser assoziiert, und daß das so behandelte Fasermaterial derart mit Kohlendioxid beaufschlagt wird, daß sich die Anlagerung von Calciumcarbonat an die benetzten Faseroberflächen durch eine entsprechende chemische Reaktion ergibt. Damit ist nicht gemeint, daß durch Zugabe von CaO und/oder Ca(OH)2 Wasser der Faserstoffsuspension chemisch umgesetzt werden muß.
Dabei wird das Calciumoxid und/oder Calciumhydroxyd enthaltende Mittel zweckmäßigerweise in einem Anteil von etwa 0,1 bis etwa 50 Gew.-% bezogen auf das Trockengewicht des betreffenden Fasermaterials zugesetzt. Das Fasermaterial wird vorteilhafterweise in einem geschlossenen Behälter mit Kohlendioxid beaufschlagt, der mit dem betreffenden Kohlendioxidgas entsprechend unter Druck gesetzt wird.
Von Vorteil ist, wenn das Fasermaterial während eines Mischvorgangs, bei dem es einer insbesondere höheren Scherwirkung ausgesetzt ist, mit Kohlendioxid beaufschlagt wird. Dabei erfolgt der Mischvorgang zweckmäßigerweise mit einer Scherwirkung, die zumindest so hoch ist, daß sich ein Energieeintrag von wenigstens etwa 10 bis 50 Wattstunden pro Kilogramm Faser auf Trockengewichtsbasis ergibt.
Grundsätzlich ist es auch möglich, zur Bildung einer zweischichtigen bzw. - lagigen Faserstoffbahn lediglich eine der beiden Schichten bzw. -lagen der Faserstoffbahn unter Verwendung von Fasermaterial zu erzeugen, an dessen benetzte Faseroberflächen zumindest teilweise wenigstes ein Zusatzstoff in der zuvor beschriebenen Weise angelagert wurde.
Weiterhin ist es von Vorteil, wenn als Fasermaterial einerseits vorzugsweise in einem Pulper aufgelöster Zellstoff oder aufgelöstes Altpapier mit Zuschlagsstoffen und andererseits nicht getrockneter Faserstoff ("never dried pulp") verwendet wird. Beide Verwendungen bringen je nach Anwendungsfall sowohl prozeßtechnische (u.a. kurze Prozeßzeiten), verfahrenstechnische (u.a. gute Regelbarkeiten) als auch kostenmäßige (u.a. Kosteneinsparungspotentiale) Vorteile.
In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens angegeben.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben; in dieser zeigen:
Figur 1
ein vereinfachtes Prozessdiagramm zur möglichen Behandlung von Faserstoff, der anschließend zur Bildung einer jeweiligen Außenschicht der betreffenden Faserstoffbahn verwendet wird,
Figur 2
eine vereinfachte schematische Darstellung der bei der Behandlung des Faserstoffes initiierten chemischen Reaktionen und
Figur 3
eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Stoffauflaufs der betreffenden Papiermaschine.
Figur 1 zeigt ein vereinfachtes Prozeßdiagramm zur möglichen Behandlung von Faserstoff, der anschließend zur Bildung wenigstens einer der beiden Außenschichten einer mehrschichtigen Faserstoffbahn verwendet wird. Bei der Faserstoffbahn kann es sich insbesondere um eine Papieroder Kartonbahn handeln.
Dabei wird an die benetzten Faserflächen des betreffenden Fasermaterials zumindest teilweise wenigstens Calciumcarbonat nach Zusetzung von Calciumoxid und/oder Calciumhydroxid und nach Beaufschlagung mit Kohlendioxid angelagert. Dabei erfolgt sowohl eine Anlagerung von Calciumcarbonat an den Außenflächen der Hohlfasern als auch eine Einlagerung in die benetzten innenliegenden Hohlräume (Lumen) und die Wandungen der Hohlfasern.
Gemäß Figur 1 wird das vorliegende Faserstoff-Ausgangsmaterial 10 in einem Pulper 12 zu einem Fasermaterial 14 aufbereitet, in dem die Fasern dann zumindest im wesentlichen bereits vereinzelt, also voneinander getrennt sind. Das Fasermaterial 14 enthält zumindest teilweise Wasser. Dieses kann sowohl zwischen den Fasern, als auch in den Innenräumen (Lumen) und in den Wänden der Hohlfasern vorhanden sein. Das Fasermaterial 14 kann beispielsweise in Form eines sogenannten "dewatered crumb pulp" (vgl. die US-A-5 223 090) vorgesehen sein, was bedeutet, daß zwar in den Hohlfasern des Fasermaterials 14 Wasser gespeichert ist, in dem Fasermaterial jedoch kein freies Wasser enthalten ist. Weiterhin kann als Fasermaterial 14 einerseits vorzugsweise in dem Pulper 12 aufgelöster Zellstoff oder aufgelöstes Altpapier mit Zuschlagsstoffen und andererseits nicht getrockneter Faserstoff ("never dried pulp") verwendert werden. Das Fasermaterial 14 wird anschließend einem Sammelbehälter 16 oder dergleichen zugeführt, in dem ein Calciumoxid und/oder Calciumhydroxid (gelöschter Kalk) enthaltendes Mittel 18 so zugesetzt wird, daß zumindest ein Teil davon sich mit dem im Fasermaterial, d.h. zwischen den Fasern, in den Hohlfasern und in deren Wänden, vorhandenen Wasser assozüert. Dabei stellt sich die folgende chemische Reaktion ein (vgl. auch Figur 2):
Figure 00100001
Molekulargewicht:   56 + 18 => 74
Im Anschluß an die Presse 20 wird das Fasermaterial 14 einem "Fiber Loading"-Reaktor 24 zugeführt. In diesem Reaktor 24 wird das Fasermaterial 14 dann derart mit Kohlendioxid (CO2) beaufschlagt, daß Calciumcarbonat (CaCO3) an die benetzten Faseroberflächen angelagert wird. Dabei stellt sich also die folgende chemische Reaktion ein:
Figure 00100002
Molekulargewicht:   74 + 44 => 100 + 18
Dabei ergeben beispielsweise 560 kg CaO und 440 kg CO2 1 Tonne Calciumcarbonat.
Über ein beispielsweise als Drehventil ausgebildetes Ventil 26 kann das entsprechend behandelte Fasermaterial 14 dann der jeweiligen, einer Außenschicht zugeordneten Stoffsuspensionszuführung des Stoffauflaufs 28 der betreffenden Papiermaschine 30 zugeführt werden.
In dem Sammelbehälter 16 kann das Calciumoxid und/oder Calciumhydroxid enthaltene Mittel 18 beispielsweise in einem Anteil von etwa 0,1 bis etwa 50 Gew.-% bezogen auf das Trockengewicht des betreffenden Fasermaterial zugesetzt werden.
Der Reaktor 24 umfaßt zweckmäßigerweise einen geschlossenen Behälter, der mit dem betreffenden Kohlendioxidgas entsprechend unter Druck gesetzt wird. Überdies kann das Fasermaterial 14 in diesem Reaktor 24 einem Mischvorgang unterzogen werden, bei dem es einer insbesondere höheren Scherwirkung ausgesetzt ist. Die Beaufschlagung mit Kohlendioxid erfolgt dann während des Mischvorgangs. Dabei kann dieser Mischvorgang beispielsweise mit einer Scherwirkung erfolgen, die zumindest so hoch ist, daß sich ein Energieeintrag von wenigstens etwa 10 bis etwa 50 Wattstunden pro Kilogramm Faser auf Trockengewichtsbasis ergibt.
Figur 3 zeigt eine mögliche Ausführungsform eines Stoffauflaufs 28 der in der Figur 1 dargestellten Papiermaschine 30.
Der Stoffauflauf 28 ist in z-Richtung, d.h. in Dickenrichtung der zu bildenden Faserstoffbahn 34, sektioniert. In jeder sich in Querrichtung y ergebenden Sektion sind im vorliegenden Fall drei übereinander angeordnete Stoffsuspensionszuführungen 36, 38 und 40 vorgesehen, die jeweils in einen entsprechenden Abschnitt einer durch Lamellen 42 unterteilten Kammer 44 des Stoffauflaufs 28 münden. Zwischen dieser auch in Querrichtung y entsprechend unterteilten Kammer 44 und einer Düse 46 weist der Stoffauflauf 28 einen Turbulenzgenerator 48 auf. Im vorliegenden Fall erstrecken sich die Lamellen 42 auch in den Turbulenzgenerator 48, so daß auch dieser entsprechend sektioniert ist. Auch der Innenraum der Düse 46 kann entsprechend sektioniert sein, wozu im vorliegenden Fall beispielsweise Lamellen 50 vorgesehen sein können. Damit ergibt sich ein Mehrschichtstoffauflauf zur Bildung einer mehrschichtigen, im vorliegenden Fall einer dreischichtigen Faserstoffbahn 34.
Jeder der sich in Querrichtung y ergebenden Sektion ist jeweils ein Sektionsmischer 52 zugeordnet, in dem einem Suspensionsteilstrom QH ein Suspensionsteilstrom QL zugemischt wird. Diese beiden Suspensionsteilströme können beispielsweise eine unterschiedliche Konsistenz aufweisen. Der dem Stoffauflauf 28 beispielsweise über eine querverlaufende Verteilerleitung 54 zugeführte Suspensionsteilstrom QH wird über Zweigleitungen 56 den verschiedenen Sektionsmischern 52 zugeführt. Die dem Stoffauflauf 28 über eine querverlaufende Verteilerleitung 58 zugeführte Suspensioristeilstrom QL wird über Zweigleitungen 60 und entsprechende Dosiereinrichtungen 62 den verschiedenen Sektionsmischern 52 zugeführt. Die Dosiereinrichtung 62 können beispielsweise entsprechende Ventile umfassen.
Der durch einen jeweiligen Sektionsmischer 52 erhaltene Mischstrom QM wird auf die drei Stoffsuspensionszuführungen 36, 38 und 40 einer jeweiligen Sektion aufgeteilt.
In die beiden äußeren Stoffsuspensionszuführungen 36 und 40, die der Bildung der oberen bzw. der unteren Schicht 34', 34" der Faserstoffbahn 34 dienen, mündet jeweils eine Zuleitung 64 einer Dosiereinrichtung 66, über die der jeweiligen Stoffsuspensionszuführung 36 bzw. 40 jeweils Fasermaterial zugeführt wird, in dessen Hohlfasern Calciumcarbonat eingelagert ist. Das betreffende Fasermaterial kann über eine in Querrichtung verlaufende Verteilerleitung 68 zugeführt werden, von der die einer jeweiligen sich in Querrichtung ergebenden Sektion des Stoffauflaufs 28 zugeordneten Leitungen 64 abzweigen.
In die verschiedenen Zuleitungen 64 mündet unter einem Winkel α jeweils eine Zuleitung 70, über die dem mit Calciumcarbonat versetztem Faserinaterial ein weiteres Zusatzmittel, vorzugsweise Verdünnungs- oder Siebwasser, zugemischt werden kann. Dabei kann auch dieses Zusatzmittel beispielsweise wieder über quer verlaufende Verteilerleitungen 72 zugeführt werden, von denen die verschiedenen, den einzelnen sich in Querrichtung ergebenden Sektionen zugeordneten Zuleitungen 70 abzweigen.
In den Zuleitungen 70 ist jeweils ein Ventil 74 vorgesehen.
Der Winkel α ist zweckmäßigerweise so gewählt, daß der über die jeweilige Dosiereinrichtung 66 der betreffenden Stoffsuspensionszuführung 36 bzw. 40 zugeführte Gesamtstrom unabhängig vom Verhältnis konstant bleibt, in dem das Verdünnungswasser beigegeben wird.
Entsprechend können auch die verschiedenen Zweigleitungen 60 jeweils in einem solchen Winkel in den betreffenden Sektionsmischer 52 münden, daß der sich am Ausgang des jeweiligen Mischers 52 ergebende Mischstrom QM unabhängig davon konstant bleibt, in welchem Verhältnis die beiden Suspensionsteilströme QH und QL dem Stoffauflauf 28 zugeführt werden. Statt dessen können jedoch beispielsweise auch zwischen der Querleitung 54 und den Sektionsmischern 52 Ventile vorgesehen sein, wobei der Mischstrom QM im Fall einer Änderung des Verhältnisses zwischen den beiden Suspensionsteilströmen QH und QL dann durch eine entsprechende Betätigung sowohl dieser Ventile als auch der Ventile 62 konstant gehalten wird.
Bezugszeichenliste
10
Ausgangsmaterial
12
Pulper
14
Fasermaterial
16
Sammelbehälter
18
Calciumoxid und/oder Calciumhydroxid enthaltendes Mittel
20
Presse
22
Preßwasser
24
Reaktor
26
Ventil
28
Stoffauflauf
30
Papiermaschine
34
Faserstoffbahn
34'
Obere Schicht der Faserstoffbahn
34"
Untere Schicht der Faserstoffbahn
36
Stoffsuspensionszuführung
38
Stoffsuspensionszuführung
40
Stoffsuspensionszuführung
42
Lamelle
44
Kammer
46
Düse
48
Turbulenzgenerator
50
Lamelle
52
Sektionsmischer
54
Verteilerleitung
56
Zweigleitung
58
Verteilerleitung
60
Zweigleitung
62
Dosiereinrichtung
64
Zuleitung
66
Dosiereinrichtung
68
Verteilerleitung
70
Zuleitung
72
Verteilerleitung
74
Ventil
QF
Fasermaterial
QH
Suspensionsteilstrom
QL
Suspensionsteilstrom
QM
Mischstrom

Claims (14)

  1. Verfahren zur Bildung einer mehrschichtigen und/oder mehrlagigen Faserstoffbahn (34), insbesondere Papier- oder Kartonbahn,
    dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der beiden Außenschichten (34', 34") und/oder - lagen der Faserstoffbahn (34) unter Verwendung von feuchtem, desintegriertem Fasermaterial (14) erzeugt wird, an dessen benetzte Faseroberflächen zumindest teilweise wenigstens Calciumcarbonat nach Zusetzung von Calciumoxid und/oder Calciumhydroxid und nach Beaufschlagung mit Kohlendioxid angelagert wurde.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß Calciumcarbonat an den Außenflächen der Hohlfasern angelagert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß Calciumcarbonat zusätzlich sowohl in die innenliegenden Hohlräume als auch in die Wandungen der Hohlfasern eingelagert wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung einer wenigstens zwei- und insbesondere wenigstens dreischichtigen bzw. -lagigen Faserstoffbahn (34) beide oder lediglich eine der Außenschichten (34', 34") bzw. -lagen der Faserstoffbahn (34) unter Verwendung von Fasermaterial (14) erzeugt werden, an dessen benetzte Faseroberflächen zumindest teilweise wenigstes Calciumcarbonat angelagert wurde:
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung einer wenigstens zwei- und insbesondere wenigstens dreischichtigen bzw. -lagigen Faserstoffbahn (34) wenigstens eine der beiden Außenschichten (34', 34") bzw. -lagen mit einem höheren Calciumcarbonatgehalt als die wenigstens eine Mittelschicht bzw. -lage erzeugt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gehennzeichnet,
    daß gefälltes Calciumcarbonat an die Faseroberflächen angelagert wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß zur Anlagerung von Calciumcarbonat einem feuchten Fasermaterial (14) ein Calciumoxid und/oder Calciumhydroxyd enthaltendes Mittel (18) so zugesetzt wird, daß zumindest ein Teil davon sich mit dem im Fasermaterial (14) vorhandenen Wasser assoziiert, und daß das so behandelte Fasermaterial (14) derart mit Kohlendioxid beaufschlagt wird, daß sich die Anlagerung von Calciumcarbonat an die Faseroberflächen durch eine entsprechende chemische Reaktion ergibt.
  8. Verfahren nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Calciumoxid und/oder Calciumhydroxyd enthaltende Mittel in einem Anteil von etwa 0,1 bis etwa 50 Gew.-% bezogen auf das Trockengewicht des betreffenden Fasermaterials (14) zugesetzt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Fasermaterial (14) in einem geschlossenen Behälter (24) mit Kohlendioxid beaufschlagt wird, der mit dem betreffenden Kohlendioxidgas entsprechend unter Druck gesetzt wird.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Fasermaterial (14) während eines Mischvorgangs, bei dem es einer insbesondere höheren Scherwirkung ausgesetzt ist, mit Kohlendioxid beaufschlagt wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Mischvorgang mit einer Scherwirkung erfolgt, die zumindest so hoch ist, daß sich ein Energieeintrag von wenigstens etwa 10 bis etwa 50 Wattstunden pro Kilogramm Faser auf Trockengewichtsbasis ergibt.
  12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung einer zweischichtigen bzw. -lagigen Faserstoffbahn (34) lediglich eine der beiden Schichten bzw. -lagen der Faserstoffbahn (34) unter Verwendung von Fasermaterial (14) erzeugt wird, an dessen benetzte Faseroberflächen zumindest teilweise wenigstes Calciumcarbonat entsprechend angelagert wurde.
  13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß als Fasermaterial (14) vorzugsweise in einem Pulper (12) aufgelöster Zellstoff oder aufgelöstes Altpapier mit Zuschlagsstoffen verwendet wird.
  14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet , daß als Fasermaterial (14) nicht getrockneter Faserstoff ("never dried pulp") verwendet wird.
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