EP1654420A2 - Verfahren zum beladen einer faserstoffsuspension und anordnung zur durchführung des verfahrens - Google Patents

Verfahren zum beladen einer faserstoffsuspension und anordnung zur durchführung des verfahrens

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EP1654420A2
EP1654420A2 EP04766407A EP04766407A EP1654420A2 EP 1654420 A2 EP1654420 A2 EP 1654420A2 EP 04766407 A EP04766407 A EP 04766407A EP 04766407 A EP04766407 A EP 04766407A EP 1654420 A2 EP1654420 A2 EP 1654420A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
paper
suspension
fiber
carbon dioxide
calcium hydroxide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP04766407A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Klaus Doelle
Oliver LÜEDTKE
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Voith Patent GmbH
Original Assignee
Voith Paper Patent GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Voith Paper Patent GmbH filed Critical Voith Paper Patent GmbH
Publication of EP1654420A2 publication Critical patent/EP1654420A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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
    • D21H17/00—Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its constitution; Paper-impregnating material characterised by its constitution
    • D21H17/63—Inorganic compounds
    • D21H17/67—Water-insoluble compounds, e.g. fillers, pigments
    • D21H17/675—Oxides, hydroxides or carbonates
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21B—FIBROUS RAW MATERIALS OR THEIR MECHANICAL TREATMENT
    • D21B1/00—Fibrous raw materials or their mechanical treatment
    • 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
    • D21H17/00—Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its constitution; Paper-impregnating material characterised by its constitution
    • D21H17/63—Inorganic compounds
    • D21H17/70—Inorganic compounds forming new compounds in situ, e.g. within the pulp or paper, by chemical reaction with other substances added separately
    • 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
    • D21H21/00—Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its function, form or properties; Paper-impregnating or coating material, characterised by its function, form or properties
    • D21H21/50—Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its function, form or properties; Paper-impregnating or coating material, characterised by its function, form or properties characterised by form
    • D21H21/52—Additives of definite length or shape
    • 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
    • D21H23/00—Processes or apparatus for adding material to the pulp or to the paper
    • D21H23/02—Processes or apparatus for adding material to the pulp or to the paper characterised by the manner in which substances are added
    • D21H23/04—Addition to the pulp; After-treatment of added substances in the pulp
    • D21H23/06—Controlling the addition
    • D21H23/14—Controlling the addition by selecting point of addition or time of contact between components
    • D21H23/16—Addition before or during pulp beating or refining

Definitions

  • the invention relates to a method for loading a fiber suspension with calcium carbonate.
  • US Pat. No. 6,413,365 B1 describes a method in which fiber material is transported via a feed line together with calcium oxide and / or calcium hydroxide present in the suspension. From this, the fiber suspension is forwarded to a rotating distribution device. A reaction gas is introduced in a ring shape into the fiber suspension; as a result, calcium carbonate crystals are formed in the fiber suspension. The calcium carbonate crystals are distributed in the fiber stock suspension via the rotating distribution device. This process is known as the fiber loading process.
  • Cigarette paper is paper with a basis weight of 16 to 26 g / m 2 . It is often embossed with a molette and is said to be very thin, smoldering and tasteless. In addition, it should have good optical values with regard to the degree of whiteness. The smoldering ability is mostly influenced by achieved to leave a good-looking white ash. Cigarette paper is mostly made from linen or hemp fibers, cotton, sulfate pulp, paper machine waste and other fiber sources. The filler content of cigarette paper is between 5 and 40%, with 30% being regarded as the standard value.
  • Packaging papers and cardboards can be divided into three main classes: crate cardboard for packaging applications, crate cardboard for applications in the field of consumer packaging and special papers such as wallpaper, book spines, etc.
  • Packaging paper is usually produced as a multi-layer product with basis weights over 150 g / m 2 .
  • the degree of grinding varies from 600 to 50 CSF or 20 to 80 ° SR, based on the end product produced.
  • Sack papers require high porosity and high mechanical strength in order to meet the high requirements that arise from the rough treatment during the filling process and during the period of use, such as for cement bags.
  • the paper must be strong enough to absorb impacts and, accordingly, have a high energy absorption rate.
  • the sack paper must also be porous and air-permeable enough to ensure easy filling.
  • Sack papers are made, for example, as a product with basis weights between 70 and 80 g / m 2 from a long fiber kraft pulp and with a freeness between 600 to 425 CSF or 20 to 30 ° SR.
  • a medium degree of grinding as described above, is aimed for, which is usually achieved by high-consistency grinding, while low-consistency grinding is used in conventional paper types, for example graphic papers.
  • the result of the high-consistency grinding is a good bond between the fibers and a high porosity.
  • Sack kraft paper is predominantly made from bleached and unbleached fibers, and a filler content of 5 to 15% can be present in the sack paper produced.
  • Filter paper needs a high controlled porosity and pore distribution. It must have sufficient mechanical strength to counter the flow of the medium to be filtered.
  • Filter paper is produced with a basis weight of 12 to 1200 g / m 2 .
  • an air filter it is between 100 and 200 g / m 2 , with an oil and fuel filter between 50 and 80 g / m 2 , with a food filter up to 1000 g / m 2 , with a coffee filter up to 100 g / m 2 m 2 , for a tea bag between 12 and 20 g / m 2 and for a vacuum cleaner bag between 100 and 150 g / m 2 .
  • All filters are made from a variety of fibers such as cellulose fibers, bleached and unbleached fibers, kraft pulp, DIP (deinked) paper, recycled fibers, TMP (thermomechanical) paper, etc.
  • this object is achieved by a method with the following method steps:
  • DIP deinked paper
  • secondary fiber material bleached or unbleached pulp, wood pulp, bleached or unbleached sulfate pulp, manufacturing waste, linen, cotton, and / or hemp fibers (mainly cigarette paper) and / or any paper raw material that can be used on a paper machine.
  • the fiber loading technology allows filler, in particular calcium carbonate, to be precipitated directly in the stock preparation of a paper mill, which is evenly distributed and deposited on, in and between the paper fibers, as well as the treated pulp at the same time during the precipitation process of a fiber treatment in a grinding machine - pull.
  • the filler material used in the prior art is replaced by the filler material produced with the fiber loading combination process technology.
  • the field of application of the filler produced with the fiber loading combination process technology extends to the fields of paper production of all types of paper including cigarette papers, filter papers, sack kraft papers and cardboard and packaging papers that have a filler content between 1 and 60% and / or a white one Have a top layer with a filler content between 1 and 60%.
  • the loaded and produced paper types can be made from recycled paper, deinked paper (DIP), secondary fiber, bleached or unbleached Pulp, wood pulp, bleached or unbleached sulfate pulp, manufacturing waste, linen, cotton and / or hemp fibers (mainly for cigarette paper) and / or any paper raw material are produced on a paper machine, regardless of whether the end product contains filler.
  • DIP deinked paper
  • secondary fiber bleached or unbleached Pulp
  • wood pulp bleached or unbleached sulfate pulp
  • manufacturing waste linen, cotton and / or hemp fibers (mainly for cigarette paper) and / or any paper raw material are produced on a paper machine, regardless of whether the end product contains filler.
  • Fibrous fabricated using fiber loading combination process technology generally has a higher drainage property than fibrous fabric made by other processes; the improvement in drainage capacity is 5 to 100 ml CSF or 0.2 to 15 ° SR depending on the required degree of grinding.
  • the free filler can be switched on by means of an additional washing process before the grinding process, after the grinding process or after passing through the headbox or before feeding be removed to the paper machine.
  • This concerns the filler which is not deposited on or in the fibers and can be washed out accordingly.
  • the fibers themselves are filled with filler inside and out, so that the positive effects of fiber loading technology can be exploited.
  • the fiber loading technology can be used before or after the grinding process, depending on the requirements placed on the end product.
  • the fiber loading combination technology enables a higher degree of grinding to be achieved in an energy-efficient manner compared to the prior art, since up to 50% of the grinding energy can be saved; this has a positive influence in particular for all types of paper that go through a grinding process in their manufacture or have a high to very high degree of grinding, such as. B. FL cigarette papers, FL-B&P papers, FL sack kraft papers and FL filter paper.
  • FL cigarette papers with 100 to 25 CSF or 68 to 90 ° SR FL-B & P papers with 600 to 50 CSF or 20 to 80 ° SR, FL sack kraft papers with 600 to 425 CSF or 20 to 30 ° SR and FL filter papers with 600 to 350 CSF or 20 to 35 ° SR.
  • Another advantage of fiber loading for the paper types listed above is that calendering is provided for special applications and suppresses the so-called blackening by the use of fiber loading by the incorporation of FL particles in, around and on the fiber or is eliminated.
  • aqueous fiber material in particular aqueous paper material, of 0.1 to 20% consistency, preferably between 2 and 15%, is used as the starting material.
  • calcium hydroxide is preferably mixed as filler into the aqueous fiber material, in particular the paper fiber, this having a solids content of between 0.01 and 60%. According to the invention, it is also possible to use a starting material other than calcium hydroxide or calcium oxide to form the filler.
  • the calcium hydroxide is mixed in by means of a static mixer or by means of a feed hopper.
  • the carbon dioxide is advantageously mixed into a moist fiber suspension of 0.1 to 15% consistency in accordance with the reaction parameters. Calcium carbonate precipitates in a carbon dioxide gas atmosphere.
  • the grinding process is carried out in one apparatus, the crystallizer, simultaneously with the loading process (fiber loading); a grinding energy is used which is in the range between 0.1 and 300 kWh per tonne of dry paper; a short reaction time of the calcium hydroxide with the carbon dioxide is important.
  • the energy input ie the amount of heat or the heating of the paper suspension for the production of crystals in various forms is important for the invention.
  • aqueous paper stock with a paper content between 0.01 and 60% serves as the starting material.
  • a refiner, a disperser and / or a fluffer-FLPCC reactor is used as the reactor and / or static mixer, the fiber content, in particular the paper content, in a static mixer between 0, 01 and 15%; is between 2 and 40% for a refiner and disperser and between 15 and 60% for a fluffing FLPCC reactor.
  • the dilution water is supplied before, during or after the addition of carbon dioxide or calcium hydroxide or calcium oxide.
  • Calcium carbonate precipitates when carbon dioxide is mixed into a calcium hydroxide solution or suspension. Conversely, the precipitation reaction takes place in exactly the same way if calcium hydroxide is added to water under a carbon dioxide atmosphere.
  • Dilution water can be added before, during or after the addition of carbon dioxide or calcium hydroxide.
  • the process temperature is between -15 ° C and 120 ° C, in particular between 20 and 90 ° C.
  • r ombohedral, scalalenohedral and spherical crystals can be produced.
  • the crystals advantageously have dimensions between 0.05 and 5 ⁇ m, in particular between 0.3 and 2.5 ⁇ m.
  • Static and / or movable, in particular rotating, mixing elements can be used.
  • the process is advantageously carried out in a pressure range between 0 and 15 bar, in particular between 0 and 6 bar.
  • the pH value is advantageously between 6 and 10, in particular between 6.5 and 9.5.
  • the reaction time is advantageously between 0.01 minutes and 1 minute, in particular between 0.05 and 10 seconds.
  • a fiber suspension is transported in a device 1 (FIG.) In a pipeline system equipped with control valves 10, 12 for loading with calcium carbonate.
  • the control valve 10 is arranged in a line 14, via which the pipeline system is connected to a static mixer 16. This can be fed 18 dilution water via a valve.
  • the inflow of a suspension of calcium hydroxide is controlled via a further valve 22 installed in a line 20.
  • This is made available by a preparation device 24 in which solid calcium oxide or calcium hydroxide is introduced into water.
  • the preparation device 24 is supplied with water via a line with a valve 26.
  • the suspension generated in the preparation device is introduced into line 20 via a pump 28.
  • the fiber suspension mixed with calcium hydroxide and diluted thus flows out of the mixer 16 into a line 30 with a valve 32.
  • the line 32 feeds the suspension directly to a disperser 42 (crystallizer).
  • This is connected to a carbon dioxide reservoir 52 via a line 50 equipped with valves 44, 46 and a pump 48 for supplying carbon dioxide.
  • carbon dioxide is introduced into the disperser 42 in order to achieve the desired precipitation reaction of calcium
  • the calcium hydroxide can also be mixed in from a storage tank.
  • the line 50 is connected via a further valve 58 to a static mixer 60 which serves to add further carbon dioxide to the fibrous stock suspension flowing out of the disperser 42 via a line 64 provided with a valve 62.
  • the mixing container 68 can also be supplied via the valve 12 and a line 70 fiber suspension, which is not loaded with calcium hydroxide.
  • the fiber suspension flows out of the mixer 60 into a mixing container 66 (blend chest) which is equipped with a rotor 68 for mixing the fiber suspension.
  • the fiber suspension either flows directly from the mixing container 66 to a headbox of a paper machine or is subjected to a further mechanical treatment, for example in a refiner feed chest.
  • a refiner 80 can be introduced into the piping system to refine the fiber suspension by means of an additional grinding process. This is fed via a line 82 branching from the line 30, fiber suspension. From the refiner 80, the pulp suspension, which has been ground again, passes through a line 84 into the line 64 and from there, as described above, into the vessel 66.
  • the refiner 80 is supplied with carbon dioxide from the carbon dioxide storage container 52 via a line 86 branching off the line 50 and a static mixer 88 connecting it to the line 82.
  • the structure according to the invention for loading a fibrous suspension with calcium carbonate has the advantage over the devices known from the prior art that the use of machines for leveling the fibrous suspension, such as a screw press and a leveling machine for comparing the fibrous suspension (equalizing reacting) gate) does not apply.
  • the vessel 82 also takes over the grinding process, so that a considerably simpler structure of the stock preparation is made possible in comparison to the prior art. This grinding process also serves as a stirring process in order to store the calcium carbonate in the fibers by means of a shearing process.
  • calcium hydroxide hydrated lime, milk of lime
  • a solubility in water at 20 ° C. 1.65 g / l to 0.7 g / l at 100 ° C.
  • a solids content of 0 to 60% can be achieved, the suspension having a pH of a maximum of 12.6.
  • the actual amount of lime hydrate in the suspension is made up of the dissolved portion and the solids concentration.
  • CaO calcium oxide
  • the medium grain size range from 0.01 to 100 mm, in particular in the size range from 0.05 to 50 mm for the production of the hydrated lime by an extinguishing process.
  • the calcium oxide used is preferably produced by a soft fire process.
  • control valve 12 control valve 14 line 16 mixer 18 valve 20 line

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Abstract

Ein Verfahren zum Aufladen einer Faserstoffsuspension mit Zellulosefasern mit Kalziumearbonat umfasst die folgenden Verfahrensschritte: Einbringen von Kal-ziumhydroxid in flüssiger oder trockener Form oder von Kalziumoxid in die Faser- stoffsuspension, Einbringen von gasförmigem Kohlendioxid in die Faserstoffsus- pension, Ausfällen von Kalziumkarbonat durch das Kohlendioxid und Mahlen der Faserstoff suspension während des Beladungsvorgangs.

Description

Verfahren zum Beladen einer Faserstoffsuspension und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beladen einer Faserstoffsuspension mit Kalziumkarbonat.
Es sind bereits mehrere Verfahren zum Beladen von Zellstofffasern mit Kalziumkarbonat bekannt. In der US 6,413,365 B1 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem Fasermaterial zusammen mit in der Suspension vorhandenem Kalziumoxid und/oder Kalziumhydroxid über eine Zuleitung transportiert wird,. Aus dieser wird die Faserstoffsuspension in eine rotierende Verteilungseinrichtung weitergeleitet. Ein Reaktionsgas wird ringförmig in die Faserstoffsuspension eingeleitet; dadurch werden Kalziumkarbonat-Kristalle in der Faserstoffsuspension gebildet. Über die rotierende Verteileinrichtung werden die Kalziumkarbonat-Kristalle in der Faser- Stoffsuspension verteilt. Dieser Vorgang wird als Fiber Loading-Prozess bezeichnet.
Weitere Verfahren und Anordnungen zum Beladen von in einer Faserstoffsuspen- sion enthaltenen Fasern mit einem Füllstoff oder Hilfsstoff sind aus der DE 101 07 448 A1 und der DE 101 13 998 A1 bekannt.
Mit Hilfe dieser bekannten Verfahren lassen sich Zigarettenpapier, Karton- und Verpackungspapiere aller Art, Sackkraftpapier aller Art und füllstoffhaltige Papiere, wie beispielsweise Filterpapier, herstellen. Für die Herstellung von Zigaretten- papier gilt folgendes: Zigarettenpapier ist ein Papier mit einem Flächengewicht von 16 bis 26 g/m2. Es wird oft mit einer Moletteprägung versetzt und soll sehr dünn, glimmfähig und geschmacklos sein. Außerdem soll es gute optische Werte bezüglich des Weißgrades aufweisen. Die Glimmfähigkeit wird meistens durch Impräg- nierungen erreicht, um eine gut aussehende weiße Asche zu hinterlassen. Zigarettenpapier wird meistens aus Leinen oder Hanffasern, Baumwolle, Sulfatzellstoff, Papiermaschinenausschuss sowie aus anderen Faserquellen hergestellt. Der Füllstoffgehalt von Zigarettenpapier beträgt zwischen 5 und 40 %, wobei 30 % als Standardwert angesehen wird.
Verpackungspapiere und Pappen lassen sich in drei Hauptklassen unterteilen: Kistenpappe für Verpackungsanwendungen, Kistenpappe für Anwendungen im Bereich der Konsumentenverpackuπgen und Spezialpapiere wie Tapeten, Buch- rücken, etc.. Verpackungspapiere werden üblicherweise als mehrlagiges Produkt mit Flächengewichten über 150 g/m2 hergestellt. Der Mahlgrad variiert von 600 bis 50 CSF oder 20 bis 80 °SR, bezogen auf das hergestellte Endprodukt.
Sackpapiere benötigen eine hohe Porosität und hohe mechanische Festigkeit, um den hohen Anforderungen gerecht zu werden, die durch die raue Behandlung während des Füllvorgangs und während der Dauer der Verwendung entsteht, wie beispielsweise bei Zementsäcken. Das Papier muss stark genug sein, um Schläge zu absorbieren und dementsprechend eine hohe Energieabsorptionsrate aufweisen. Das Sackpapier muss auch porös und genügend luftdurchlässig sein, um eine einfache Befullung zu gewährleisten. Sackpapiere werden beispielsweise als ein Produkt mit Flächengewichten zwischen 70 und 80 g/m2 aus einem Langfaser- Kraftzellstoff und mit einem Mahlgrad zwischen 600 bis 425 CSF oder 20 bis 30 °SR hergestellt. Außerdem wird ein mittlerer Mahlgrad, wie oben beschrieben, angestrebt, der meistens durch eine Hochkonsistenzmahlung erreicht wird, während bei konventionellen Papiersorten, beispielsweise graphischen Papieren, eine Niedrigkonsistenzmahlung zum Einsatz kommt. Das Ergebnis der Hochkonsistenzmahlung sind gute Verbindungen der Fasern unter einander sowie eine hohe Porosität. Das Sackkraftpapier wird überwiegend aus gebleichten und ungebleichten Fasern hergestellt, wobei ein Füllstoffgehalt von 5 bis 15 % im herge- stellten Sackpapier vorhanden sein kann. Filterpapier benötigt eine hohe kontrollierte Porosität und Porenverteilung. Es muss eine genügend hohe mechanische Festigkeit aufweisen, um dem Durchfluss des zu filternden Mediums entgegenzuwirken.
Filterpapier wird mit einem Flächengewicht von 12 bis 1200 g/m2 produziert. Zum Beispiel beträgt es bei einem Luftfilter zwischen 100 und 200 g/m2, bei einem Öl- und Treibstofffilter zwischen 50 und 80 g/m2, bei einem Lebensmittelfilter bis zu 1000 g/m2, bei einem Kaffeefilter bis zu 100 g/m2, bei einem Teebeutel zwischen 12 und 20 g/m2 und bei einem Staubsaugerbeutel zwischen 100 und 150 g/m2. Alle Filter werden aus einer Vielzahl von Fasern, wie Zellstofffasern, gebleichten und ungebleichten Fasern, Kraftzellstoff, DIP- (Deinked-) -Papier, recycelten Fasern, TMP- (thermomechanischem) -Papier, etc. hergestellt.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art weiter zu verbessern.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren mit den folgenden Verfahrensschritten:
- Einbringen von Kalziumhydroxid in flüssiger oder trockener Form oder von Kal- ziumoxid in die Faserstoffsuspension,
- Einbringen von gasförmigem Kohlendioxid in die Faserstoffsuspension,
- Ausfällen von Kalziumkarbonat durch das Kohlendioxid und
- Mahlen der Faserstoffsuspension während des Beladungsvorgangs.
Die Erfindung beschreibt ein Verfahren, um mit Fasern beladenes, gefälltes Kalziumkarbonat (Fiber Loaded Precipitated Kalzium Karbonate (FLPCC)) herzustellen und gleichzeitig einer Mahlbehandlung zu unterziehen, bei der der zu beladende Faserrohstoff aus Recycling-Papier, DIP (= Deinked Paper), Sekundärfaserstoff, gebleichtem oder ungebleichtem Zellstoff, Holzstoff, gebleichtem oder un- gebleichtem Sulfatzellstoff, Fertigungsstoffausschuss, Leinen, Baumwolle, und/oder Hanffasern (vorwiegend Zigarettenpapier) und/oder jeglichem Papierrohstoff bestehen kann, der auf einer Papiermaschine Verwendung findet. Dies unab- hängig davon, ob das Endprodukt Füllstoff enthält, der durch einen Fällungspro- zess in Batchreaktoren oder durch einen Mahlungsprozess hergestellt wurde, oder ob Talk, Titandioxid (TiO2), Silicium, etc. zum Einsatz kommen. Der Mahlprozess wird auch als GCC-Verfahren (GCC = ground Kalzium karbonate = gemahlenes Kalziumkarbonat) bezeichnet.
Wenn eine Faserstoffsuspension mit der Fiber-Loading-Technologie behandelt wird, resultiert ein vollkommen neues Produkt für den Anwendungsbereich der Papierherstellung mit neuen und verbesserten Eigenschaften gegenüber einem Produkt nach dem Stand der Technik. Die Fiber-Loading-Techologie erlaubt, direkt in der Stoffaufbereitung einer Papierfabrik Füllstoff, insbesondere Kalziumkarbonat, auszufällen, das an, in und zwischen den Papierfasern gleichmäßig verteilt und angelagert ist, sowie den behandelten Faserstoff gleichzeitig während des Ausfällungsprozesses einer Faserbehandlung in einer Mahlmaschine zu unter- ziehen.
Der Prozess zur Herstellung von gefälltem Kalziumkarbonat mit gleichzeitiger Mahlbehandlung mit Hilfe des Fiber-Loading-Kombinationsprozess erfolgt nach den unten näher aufgeführten Prozessdaten, wozu auch auf die DE 101 07 448 A1 , die DE 101 13 998 A1 und die US 6413 365 B1 verwiesen wird.
Mit dem in dieser Erfindung beschriebenen FLPCC-Kombinationsprozess wird das nach dem Stand der Technik eingesetzte Füllstoffmaterial durch das mit der Fiber- Loading-Kombinationsprozesstechnologie hergestellte Füllstoffmaterial ersetzt. Das Anwendungsgebiet des mit der Fiber-Loading-Kombinationsprozesstechno- logie hergestellten Füllstoffs erstreckt sich auf die Anwendungsgebiete der Papierherstellung aller Papiersorten einschließlich der Zigarettenpapiersorten, Filterpapiersorten, Sackkraftpapiersorten und Pappe- und Verpackungspapiersorten, die einen Füllstoffgehalt zwischen 1 und 60 % besitzen und/oder eine weiße Deckschicht mit einem Füllstoffgehalt zwischen 1 und 60 % besitzen. Die bela- denen und hergestellten Papiersorten können aus einem Recycling-Papier, aus Deinked Paper (DIP), Sekundärfaserstoff, aus gebleichtem oder ungebleichtem Zellstoff, Holzstoff, gebleichtem oder ungebleichtem Sulfatzellstoff, Fertigungsstoffausschuss, Leinen, Baumwolle und/oder Hanffasern (vorwiegend für Zigarettenpapier) und/oder jeglichem Papierrohstoff auf einer Papiermaschine hergestellt werden, unabhängig davon, ob das Endprodukt Füllstoff enthält.
Mit der Fiber-Loading-Kombinationsprozesstechnologie hergestellter Faserstoff hat im allgemeinen eine höhere Entwässerungseigenschaft als nach anderen Verfahren hergestellter Faserstoff; die Verbesserung der Entwässerungsfähigkeit liegt bei 5 bis 100 ml CSF oder 0,2 bis 15° SR in Abhängigkeit vom geforderten Mahlgrad. Zusätzlich besitzt der nach dem Fiber-Loading-Verfahren hergestellte Stoff oder die Pulpe ein niedrigeres Wasserrückhaltevermögen von 2 bis 25 % in Abhängigkeit von dem Rohstoff, der zur Herstellung eingesetzt wird. Dies ermöglicht eine effektivere Herstellung verschiedener Papiersorten wie beispielsweise FL (FL = fiber loaded)-Kopier- und Druckpapier aller Art, FL-Streichpapier aller Art, FL-Zeitungsdruckpapier aller Art und FL-Zigarettenpapier aller Art, FL-B&P-Papier aller Art, FL-Sackkraftpapier aller Art und FL-Filterpapier, weil das vorhandene Wasser der Stoffsuspension schneller entfernt werden kann. Entsprechend schneller trocknet auch der Stoff.
Bei FL-Zigarettenpapier, FL-B&P-Papier, FL-Sackkraftpapier und FL-Filterpapier, die keine Füllstoffe benötigen, kann der freie Füllstoff mittels eines zusätzlich eingeschalteten Waschvorgangs vor dem Mahlprozess, nach dem Mahlprozess oder nach dem Durchlaufen der Stoffauflaufbütte oder vor der Zuführung zur Papiermaschine entfernt werden. Dies betrifft den Füllstoff, der nicht an oder in den Fasern abgelagert ist und dementsprechend ausgewaschen werden kann. Die Fasern selber sind noch innen und außen mit Füllstoff versehen, so dass die positiven Effekte der Fiber-Loading-Technologie ausgenutzt werden können.
Die Fiber-Loading-Technologie kann vor oder nach dem Mahlprozess verwendet werden, je nach dem, welche Anforderungen an das Endprodukt gestellt werden. Mit der Fiber-Loading-Kombinationstechnologie lässt sich im Vergleich zum Stand der Technik ein höherer Mahlgrad energiegünstig erreichen, da sich bis zu 50 % der Mahlungsenergie einsparen lassen; dies hat insbesondere bei all den Papiersorten einen positiven Einfluss, die einen Mahlprozess bei ihrer Herstellung durchlaufen oder einen hohen bis sehr hohen Mahlgrad aufweisen, wie z. B. FL- Zigarettenpapiere, FL-B&P-Papiere, FL-Sackkraftpapiere und FL-Filterpapier. Dies sind insbesondere FL-Zigarettenpapiere mit 100 bis 25 CSF oder 68 bis 90° SR, FL-B&P-Papiere mit 600 bis 50 CSF oder 20 bis 80° SR, FL-Sackkraftpapiere mit 600 bis 425 CSF oder 20 bis 30° SR und FL-Filterpapiere mit 600 bis 350 CSF oder 20 bis 35° SR.
Die durch den hohen Mahlgrad erreichten hohen mechanischen Fertigkeiten des Endproduktes wirken sich positiv auf die Herstellung von FL-Zigarettenpapieren, FL-B&P-Papieren, FL-Sackkraftpapieren und FL-Filterpapieren aus, da durch pro- zessbedingte mechanische Belastungen in den verschiedenen Sektionen der Papiermaschine wie der Pressenpartie, der Trockenpartie und dem Bereich, in dem die Papierbahn aufgerollt wird, das hergestellte Zwischenprodukt und das herzustellende Endprodukt durch die Verwendung von Wickel-, Umroll- und Konvertierungsmaschinen mechanisch hoch belastet wird. Insbesondere bei der Herstel- lung von Zigarettenpapier entstehen hohe mechanische Belastungen an dem verwendeten Zigarettenpapier, die teilweise auch durch das niedrige Flächengewicht und durch den Einsatz von Wickelmaschinen bedingt werden.
Durch eine bessere Trocknung, d.h. auf einen Restfeuchtegehalt von 1 bis 20 %, lässt sich die Effizienz für alle Papiersorten steigern. Ein höheres Wasserrückhaltevermögen, d. h., 1 bis 25 %, ergibt einen positiven Einfluss auf die Rückbefeuchtung, die im Herstellungsprozess geringer ist, sowie auf die Bedruckbarkeit der hergestellten Papierbahn. Ein weiterer Vorteil für alle Papiersorten ist der höhere Weißgrad bzw. die mit um bis zu 15 Helligkeitspunkte oder mehr höheren optischen Werte, die bei der Herstellung aller Formen von Papier und Pappe mit oder ohne weiße Decklage hervorzuheben sind. Durch den Einsatz der Fiber-Loading-Technologie werden auch die optischen Werte, beispielsweise bei Zigaret- tenpapieren, um bis zu 10 Helligkeitspunkte oder mehr verbessert.
Ein anderer Vorteil des Fiber Loading besteht bei den oben aufgeführten Papiersorten darin, dass für Spezialanwendungen eine Kalandrierung vorgesehen ist und hierbei durch die Anwendung des Fiber Loading das sogenannte Blackening (Schwarzsatinage) durch die Einlagerung von FL-Partikeln in, um und an der Faser unterdrückt oder eliminiert wird.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteran- Sprüchen, der Beschreibung sowie der Zeichnung.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird als Ausgangsmaterial wäss- riges Faserstoff material, insbesondere wässriger Papierstoff, von 0,1 bis 20 % Konsistenz, vorzugsweise zwischen 2 und 15 %, eingesetzt.
Erfmdungsgemäß wird als Füllstoff vorzugsweise Kalziumhydroxid in das wässrige Faserstoffmaterial, insbesondere den Papierfaserstoff, eingemischt, wobei dieses einen Feststoffanteil zwischen 0,01 und 60 % hat. Gemäß der Erfindung ist auch der Einsatz eines anderen Ausgangsstoffs als Kalziumhydroxid oder Kalziumoxid zur Bildung des Füllstoffs möglich.
Das Kalziumhydroxid wird durch einen statischen Mischer oder durch eine Vorlagebütte zugemischt. Mit Vorteil wird das Kohlendioxid in eine feuchte Faserstoffsuspension von 0,1 bis 15 % Konsistenz entsprechend den Reaktionsparametern eingemischt. Dabei fällt Kalziumkarbonat in einer Kohlendioxid-Gasatmosphäre aus.
Gemäß der Erfindung wird gleichzeitig mit dem Beladungsvorgang (Fiber Loading) der Mahlvorgang in einem Apparat, dem Kristallisator, durchgeführt; dabei wird eine Mahlenergie eingesetzt, die im Bereich zwischen 0,1 und 300 kWh je Tonne Papiertrockenstoff liegt; dabei ist eine kurze Reaktionszeit des Kalziumhydroxids mit dem Kohlendioxid wichtig. Die Energieeinbringung, d. h. die Wärmemenge bzw. die Aufheizung der Papiersuspension zur Herstellung von Kristallen in verschiedener Form, ist für die Erfindung wichtig.
Als Ausgangsmaterial dient je nach Anwendung der jeweiligen Reaktionsmaschine wässriger Papierstoff mit einem Papieranteil zwischen 0,01 und 60 %.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass als Reaktor und/oder statischer Mischer ein Refiner, ein Disperger und/oder ein Fluffer- FLPCC-Reaktor zum Einsatz kommt, wobei der Faserstoffgehalt, insbesondere der Papiergehalt, bei einem statischen Mischer zwischen 0,01 und 15 %; bei einem Refiner und bei einem Disperger zwischen 2 und 40 % und bei einem Fluf- fer-FLPCC-Reaktor zwischen 15 und 60 % beträgt.
Erfindungsgemäß wird vorgesehen, dass das Verdünnungswasser vor, während oder nach der Zugabe von Kohlendioxid oder Kalziumhydroxid oder Kalziumoxid zugeführt wird. Dabei fällt Kalziumkarbonat bei der Einmischung von Kohlendioxid in eine Kalziumhydroxid-Lösung oder -Suspension aus. Die Fällungsreaktion findet umgekehrt genauso statt, wenn Kalziumhydroxid in unter einer Kohlendioxid-Atmosphäre stehendes Wasser zugeführt wird. Dabei kann vor, während oder nach der Zugabe von Kohlendioxid bzw. von Kalziumhydroxid Verdünnungswasser zugegeben werden.
Mit Vorteil wird für die Fällungsreaktion ein Energieaufwand zwischen 0,3 und 8 kWh/t, insbesondere zwischen 0,5 und 4 kWh/t eingesetzt.
Ebenso lässt sich vorsehen, dass die Prozesstemperatur zwischen -15 °C und 120 °C, insbesondere zwischen 20 und 90 °C, beträgt.
Erfindungsgemäß lassen sich r omboedrische, skalenohedrische und kugelför- mige Kristalle erzeugen. Vorteilhaft haben die Kristalle Abmessungen zwischen 0,05 und 5 μm, insbesondere zwischen 0,3 und 2,5 μm. Es lassen sich statische und/oder bewegliche, insbesondere rotierende, Mischelemente einsetzen. Das Verfahren wird mit Vorteil in einem Druckbereich zwischen 0 und 15 bar, insbesondere zwischen 0 und 6 bar, durchgeführt. Dabei liegt der pH-Wert vorteilhaft zwischen 6 und 10, insbesondere zwischen 6,5 und 9,5. Mit Vorteil liegt die Reaktionszeit zwischen 0,01 Minuten und 1 Minute, insbesondere zwischen 0,05 und 10 Sekunden.
Nachstehend wird die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel anhand der ein- zigen Figur näher beschrieben. Diese zeigt eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zum Beladen einer Faserstoffsuspension.
Eine Faserstoffsuspension wird in einer Vorrichtung 1 (Figur) in einem mit Steuerventilen 10, 12 ausgestatteten Rohrleitungssystem zur Beladung mit Kalziumkar- bonat transportiert. Das Steuerventil 10 ist in einer Leitung 14 angeordnet, über die das Rohrleitungssystem mit einem statischen Mischer 16 verbunden ist. Diesem lässt sich über ein Ventil 18 Verdünnungswasser zuführen. Ebenso wird über ein weiteres, in einer Leitung 20 angebrachtes Ventil 22 der Zufluss einer Suspension von Kalziumhydroxid gesteuert. Dieses wird von einer Zubereitungs- Vorrichtung 24 zur Verfügung gestellt, in der festes Kalziumoxid oder Kalziumhydroxid in Wasser eingebracht wird. Hierzu wird der Zubereitungsvorrichtung 24 über eine Leitung mit einem Ventil 26 Wasser zugeleitet. Die in der Zubereitungsvorrichtung erzeugte Suspension wird über eine Pumpe 28 in die Leitung 20 eingeleitet.
Aus dem Mischer 16 strömt somit mit Kalziumhydroxid versetzte und verdünnte Faserstoffsuspension heraus in eine Leitung 30 mit einem Ventil 32. Aus der Leitung 32 wird die Suspension unmittelbar einem Disperger 42 (Crystallizer = Kristallisator) zugeführt. Dieses ist über eine mit Ventilen 44, 46 und mit einer Pumpe 48 ausgestattete Leitung 50 zur Zuführung von Kohlendioxid mit einem Kohlendioxid-Vorratsbehälter 52 verbunden. Aus diesem wird Kohlendioxid in den Disperger 42 eingeleitet, um dort die gewünschte Fällungsreaktion von Kalzium- hydroxid und Kohlendioxid zur Bildung von Kalziumkarbonat als Füllstoff in den Fasern des Faserstoffs zu erzeugen. Anstelle des Einsatzes des Mischers 16 kann das Kalziumhydroxid auch aus einer Vorlagebütte eingemischt werden.
Die Leitung 50 ist über ein weiteres Ventil 58 mit einem statischen Mischer 60 verbunden, der dazu dient, der über eine mit einem Ventil 62 versehene Leitung 64 aus dem Disperger 42 herausströmenden Faserstoffsuspension weiteres Kohlendioxid zuzusetzen.
Dem Mischbehälter 68 kann zusätzlich über das Ventil 12 und eine Leitung 70 Faserstoffsuspension zugeführt werden, die nicht mit Kalziumhydroxid beaufschlagt ist.
Aus dem Mischer 60 strömt die Faserstoffsuspension in einen Mischbehälter 66 (Blend Chest), der mit einem Rotor 68 zum Durchmischen der Faserstoffsuspension ausgestattet ist. Aus dem Mischbehälter 66 fließt die Faserstoffsuspension entweder unmittelbar zu einem Stoffauflauf einer Papiermaschine oder wird einer weiteren mechanischen Behandlung unterzogen, beispielsweise in einem Refiner Feed Chest.
Zusätzlich kann in das Rohrleitungssystem ein Refiner 80 zur Verfeinerung der Faserstoffsuspension durch einen zusätzlichen Mahlvorgang eingebracht sein. Diesem wird über eine von der Leitung 30 abzweigende Leitung 82 Faserstoffsuspension zugeführt. Aus dem Refiner 80 gelangt die nochmals gemahlene Faser- stoffsuspension über eine Leitung 84 in die Leitung 64 und von dort, wie oben beschrieben, in das Gefäß 66.
Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass dem Refiner 80 über eine von der Leitung 50 abzweigende Leitung 86 und einen diese mit der Leitung 82 verbindenden sta- tischen Mischer 88 Kohlendioxid aus dem Kohlendioxid-Vorratsbehälter 52 zugeleitet wird. Der erfindungsgemäße Aufbau zum Beladen einer Faserstoffsuspension mit Kalziumkarbonat hat gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen den Vorteil, dass der Einsatz von Maschinen zur Vegleichmäßigung der Faserstoffsuspension, wie einer Schneckenpresse (Screw Press) und einer Egalisiermaschine zum Vergleichmäßigen der Faserstoffsuspension (Equalizing Reac- tor) entfällt. Das Gefäß 82 übernimmt zusätzlich den Mahlvorgang, so dass ein erheblich einfacherer Aufbau der Stoffaufbereitung im Vergleich zum Stand der Technik ermöglicht wird. Dieser Mahlvorgang dient gleichzeitig als Rührvorgang, um durch einen Scherprozess das Kalziumkarbonat in den Fasern einzulagern.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Aufbereiten der Faserstoffsuspension durch den Beladungsprozess wird Kalziumhydroxid (Kalkhydrat, Kalkmilch) eingesetzt, das in Wasser bei 20 °C eine Löslichkeit von 1 ,65 g/l bis 0,7 g/l bei 100 °C hat. Dabei stellt sich ein pH-Wert von bis zu 12,6 ein, je nach dem, wie vollständig die Lösungskonzentration an den Maximalwert heranreicht. Bei handelsüblichen Kalkhydratkonzentrationen kann ein Feststoffgehalt von 0 bis 60 % verwirklicht werden, wobei die Suspension einen pH-Wert von maximal 12,6 aufweist. Die eigentliche Menge des Kalkhydrates in der Suspension setzt sich somit aus dem gelösten Anteil sowie der Feststoff konzentration zusammen.
Für eine Suspension mit 20 % Kalziumhydroxid in einem Liter von 20 °C ergeben sich somit eine gelöste Masse von 1,65 g Kalziumhydroxid und ein Feststoffanteil von 198,35 g. Da für den Fiber-Loading-Prozess (FL-Prozess) die Umwandlungoder die Reaktionsgeschwindigkeit einen Einfluss auf das Endprodukt des FL-Pro- zesses hat, wird angestrebt, das Kalkhydrat mit einer möglichst kurzen Umwandlungszeit anzuwenden.
Dies wird erreicht, indem für die Herstellung des Kalkhydrats durch einen Lösch- prozess Kalziumoxid (CaO) im mittleren Korngrößenbereich von 0,01 bis 100 mm, insbesondere im Größenbereich von 0,05 bis 50 mm. Außerdem wird das verwendete Kalziumoxid vorzugsweise durch einen Weichbrandprozess hergestellt. Bezuαszeichenliste
1 Vorrichtung 10 Steuerventil 12 Steuerventil 14 Leitung 16 Mischer 18 Ventil 20 Leitung
10 22 Ventil 24 Zubereitungsvorrichtung 26 Ventil 28 Pumpe 30 Leitung
15 32 Ventil 42 Disperger 44 Ventil 46 Ventil 48 Pumpe
20 50 Leitung 52 Kohlendioxid-Vorratsbehälter 58 Ventil 60 Mischer 62 Ventil
25 64 Leitung 66 Mischbehälter 68 Rotor 80 Refiner 82 Leitung
30 84 Leitung 86 Leitung 88 Mischer

Claims

Verfahren zum Beladen einer Faserstoffsuspension und Anordnung zur Durchführung des VerfahrensPatentansprüche
1. Verfahren zum Aufladen einer Faserstoffsuspension mit Zellulosefasem mit Kalziumkarbonat mit den folgenden Verfahrensschritten: - Einbringen von Kalziumhydroxid in flüssiger oder trockener Form oder von Kalziumoxid in die Faserstoffsuspension, - Einbringen von gasförmigem Kohlendioxid in die Faserstoffsuspension, - Ausfällen von Kalziumkarbonat durch das Kohlendioxid und - Mahlen der Faserstoffsuspension während des Beladungsvorgangs.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Mahlenergie im Bereich zwischen 0,1 und 300 kWh je Tonne Papiertrockenstoff eingebracht wird, wobei die Beladung und die Mahlung in einem Disperger (42) durchgeführt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Ausgangsmaterial wässriges Faserstoffmaterial, insbesondere wassriger Papierstoff, von 0,1 bis 20 % Konsistenz, vorzugsweise zwischen 2 und 6 %, eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kalziumhydroxid in das wässrige Faserstoffmaterial, insbesondere den Papierfaserstoff, eingemischt wird, wobei dieses einen Feststoffanteil zwischen 0,01 und 60 % hat.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kalziumhydroxid durch einen statischen Mischer (16) oder durch eine Vorlagebütte eingemischt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kohlendioxid in eine feuchte Faserstoffsuspension eingemischt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Reaktor und/oder statischer Mischer ein Refiner (80), ein Disperger (42) und/oder ein Fluffer-FLPCC-Reaktor zum Einsatz kommt, wobei der Faserstoffgehalt, insbesondere der Papiergehalt, bei einem statischen Mischer zwischen 0,01 und 15 %; bei einem Refiner (80) und bei einem Disperger (42) zwischen 2 und 40 % und bei einem Fluffer-FLPCC-Reaktor zwischen 15 und 60 % beträgt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Verdünnungswasser vor, während oder nach der Zugabe von Kohlendioxid oder Kalziumhydroxid oder Kalziumoxid zugeführt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass für die Fällungsreaktion ein Energieaufwand zwischen 0,3 und 8 kWh/t, insbesondere zwischen 0,5 und 4 kWh/t verwendet wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozesstemperatur zwischen - 15° C und 120° C, insbesondere zwischen 20° und 90° C, beträgt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass rhomboedrische, skalenohedrische und kugelförmige Kristalle erzeugt werden.
12. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kristalle Abmessungen zwischen 0,05 und 5 μm, insbesondere zwischen 0,3 und 2,5 μm, haben.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass statische und/oder bewegliche, insbesondere rotierende, Mischelemente (68) eingesetzt werden.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass es in einem Druckbereich zwischen 0 und 15 bar, insbesondere zwischen 0 und 6 bar, durchgeführt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass es bei einem pH-Wert zwischen 6 und 10, insbesondere zwischen 6,5 und 9,5, durchgeführt wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionszeit zwischen 0,01 und 1 Minute liegt, insbesondere zwischen 0,05 und 10 Sekunden.
17. Anordnung zur Durchführung eines Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16.
18. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen statischen Mischer (16) zur Einmischung von Kalziumhydroxid in eine Faserstoffsuspension und einen Disperger (42) und/oder einen Refiner zum Mahlen und/oder Fluffen der Faserstoffsuspension und zum Ausfällen des Kalziumhydroxids in einer Kohlendioxid-Atmosphäre unter Bildung von mit Kalziumkarbonat beladenen Fasern in der Faserstoffsuspension auf- weist.
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