EP1794366B1 - Verfahren zum herstellen eines stoffes auf cellulosebasis sowie hiermit hergestellter stoff - Google Patents

Verfahren zum herstellen eines stoffes auf cellulosebasis sowie hiermit hergestellter stoff Download PDF

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EP1794366B1
EP1794366B1 EP05790018.5A EP05790018A EP1794366B1 EP 1794366 B1 EP1794366 B1 EP 1794366B1 EP 05790018 A EP05790018 A EP 05790018A EP 1794366 B1 EP1794366 B1 EP 1794366B1
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EP
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paper
cellulose
base material
cardboard
papier
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Harald Schlosser
Armin Ungerer
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J Rettenmaier and Soehne GmbH and Co KG
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J Rettenmaier and Soehne GmbH and Co KG
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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
    • 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
    • D21H17/00—Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its constitution; Paper-impregnating material characterised by its constitution
    • D21H17/01—Waste products, e.g. sludge
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
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    • D21H17/00—Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its constitution; Paper-impregnating material characterised by its constitution
    • D21H17/02—Material of vegetable origin

Definitions

  • the invention relates to the field of materials containing cellulose or converted cellulose. It also relates to the field of natural and artificial fibers and the sheet-like products produced therefrom. These include primarily paper and cardboard. These are known to be made mainly from natural fibers, but also from artificial fibers.
  • High quality papers are marked with a line.
  • so-called coating color is applied to the finished paper web.
  • the coating color generally consists of a dispersion, for example based on kaolin.
  • the painting should meet different, different requirements for the finished paper. These include the improvement of printability, transparency, surface, flatness and more.
  • the invention has for its object to provide a method by which can produce a substance that is suitable as an aggregate for the products mentioned, thus for paper, cardboard and coating colors.
  • the process according to the invention uses cellulose as starting material.
  • Suitable cellulosic suppliers are plants of all kinds, above all wood, but also cereal straw, bamboo, grass, flax or hemp, any kind of native cellulose.
  • the techniques of cellulose recovery are known.
  • Wood chips for example, are produced from wood, and the wood chips are subjected to a boiling process (by the sulphite or sulphate process), whereby lignins and hemicelluloses are dissolved and the cellulose fibers remain.
  • lignins and hemicelluloses are dissolved and the cellulose fibers remain.
  • fibrous materials as starting material for paper and board production by grinding wood with the addition of water. In this case, no leaching of the lignin takes place.
  • the treatment of the starting material may involve its cooking with the addition of acid. But it can also be worked acid free. If you work acid-free, the cellulose-containing starting material is mixed with water and subjected to a shearing process.
  • the crushing is carried out until reaching the nano-area.
  • the resulting product thus the mentioned base material, is present in particles with a mean particle size of 0.1 to 100 my, for example, a particle size of 1 to 20 my.
  • the base material is referred to below as "Nano Disperse Cellulose” (NDC).
  • the base material obtained in this way is now added to the fiber-containing material mentioned at the outset. This can be in solid or liquid form happen. Thus, the base material of the pulp suspension can be added even before it reaches the paper machine. The base material can also be added to the coating color before it is applied as a line on the fibrous web of paper or cardboard.
  • the mentioned shearing process can be treated in a variety of paper making facilities, for example in grinding units such as refiners.
  • the base material may be partially collodially or partially dispersed.
  • the base fabric can be added to the pulp which forms the paper or board web, or the coating color, in varying amounts. So it is conceivable that the finished paper contains between 0.1 and 50% NDC. In general, the proportion of NDC in the finished paper will be 0.1 to 5% by weight.
  • the NDC according to the invention can also be used in combination with other materials to the pulp, which forms the sheet product such as paper or cardboard, or the coating color.
  • materials to the pulp such as paper or cardboard, or the coating color.
  • CMC carboxymethylcellulose
  • kaolin binders, cobinders, thickeners, thixotropic agents, carriers and others are contemplated.
  • An essential idea of the invention is the use of the base material produced as an additive for paper or cardboard. It is essential that the base material has an average particle size below 25 my, preferably between 10 and 20 my or between 0.5 and 20 my.
  • the papers may be so-called base papers, d. H. free from any strokes. You can also include a dash in each case.
  • the base material according to the invention may be added to the base paper or the coated paper. In the latter case, the base stock may be added either to the paper itself, or to the line, or both.
  • the paper may contain inorganic fillers in a known manner, and also inorganic pigments such as calcium carbonate, kaolin, titanium dioxide, talcum.
  • the paper may also contain the usual chemical additives such as binders, co-binders, paint additives, sizing agents, wet strength agents, dry strength agents, chelants, colorants, optical brighteners, biocides, dispersants, defoamers, deaerators, detergents, retention aids, dehydrating agents, fixatives, flocculants.
  • a hygiene paper the base material of the invention may be added, in small quantities of a few weight percent, based on the weight of the total product, as well as in a high percentage. It is conceivable that such a tissue paper contains only 1, 2, ... 5 wt .-% of base material, but also about 20%, for example, 20, 30, 40, 50 and more%.
  • the hygiene paper may also contain substances for cosmetic and beauty care. Such substances could also be added, for example, to the base material according to the invention.

Landscapes

  • Paper (AREA)
  • Polysaccharides And Polysaccharide Derivatives (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft das Gebiet von Stoffen, welche Cellulose oder umgewandelte Cellulose enthalten. Es betrifft ferner das Gebiet der natürlichen und künstlichen Faserstoffe sowie der hieraus gefertigten flächigen Produkte. Hierzu gehören in erster Linie Papier und Karton. Diese werden bekanntlich vorwiegend aus natürlichen Faserstoffen hergestellt, aber auch aus künstlichen Faserstoffen.
  • Qualitativ hochwertige Papiere werden mit einem Strich versehen. Zu diesem Zwecke wird auf die fertige Papierbahn sogenannte Streichfarbe aufgetragen. Die Streichfarbe besteht im allgemeinen aus einer Dispersion, beispielsweise auf Kaolin-Basis. Das Streichen soll verschiedene, unterschiedliche Anforderungen an das fertige Papier erfüllen. Hierzu gehören die Verbesserung der Bedruckbarkeit, der Durchsicht, der Oberfläche, des Flachliegens und anderes mehr.
  • Diese Anforderungen werden bisher nicht oder nur in ungenügendem Maße erfüllt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit welchem sich ein Stoff erzeugen lässt, der geeignet ist als Zuschlagstoff für die genannten Produkte, somit für Papier, Karton und Streichfarben.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren verwendet Cellulose als Ausgangsmaterial. Als Celluloselieferanten kommen Pflanzen aller Art in Betracht, vor allem Holz, aber auch Getreidestroh, Bambus, Gräser, Flachs oder Hanf, jegliche Art von nativer Cellulose. Die Techniken der Cellulosegewinnung sind bekannt. So werden zum Beispiel aus Holz Hackschnitzel erzeugt, die Hackschnitzel einem Kochprozess unterworfen (nach dem Sulfit- oder Sulfat-Verfahren), wobei Lignine und Hemicellulosen gelöst werden und die Cellulosefasern übrigbleiben. Grundsätzlich ist auch das Herstellen von Faserstoffen als Ausgangsmaterial für die Papier- und Kartonfabrikation durch Schleifen von Holz unter Zugabe von Wasser möglich. Hierbei findet kein Herauslösen des Lignins statt.
  • Gemäß der Erfindung kann die Behandlung des Ausgangsmateriales dessen Kochen unter Zugabe von Säure beinhalten. Es kann aber auch säurefrei gearbeitet werden. Arbeitet man säurefrei, so wird das cellulosehaltige Ausgangsprodukt mit Wasser vermischt und einem Scherprozess unterworfen.
  • Wird mit Säure gearbeitet, so werden die folgenden Verfahrensschritte angewandt:
    • die Cellulosefasern werden mit einer Säure gemischt
    • das Gemisch wird erhitzt, so dass die Cellulose hydrolisiert wird
    • die derart entstandene hydrolisierte Cellulose wird durch Zugabe von Wasser bzw. mit/ohne Zerkleinerungshilfsmitteln in eine Dispersion überführt
    • die Dispersion wird einem Scherprozess unterworfen, um die Cellulosepartikel zu zerkleinern.
  • Die Zerkleinerung wird bis zum Erreichen des Nano-Bereiches durchgeführt. Das hierbei entstandene Produkt, somit der genannte Basisstoff, liegt in Partikeln mit einer mittleren Partikelgröße von 0,1 bis 100 my vor, beispielsweise einer Partikelgröße von 1 bis 20 my. Der Basisstoff wird im Folgenden "Nano Disperse Cellulose" (NDC) genannt.
  • Arbeitet man ohne Säure, so entsteht ein Basisstoff mit Partikeln, die länglich sind. Sie können eine Länge von zwischen 10 und 200 my und ein Dicke von 0,5 bis 15 my haben. Vorzugsweise sind sie ca. 50 my lang und ca. 1 my dick.
  • Der derart gewonnene Basisstoff wird nunmehr dem eingangs genannten faserstoffhaltigen Material zugegeben. Dies kann in fester oder flüssiger Form geschehen. So kann der Basisstoff der Papierstoffsuspension zugesetzt werden, noch bevor diese zur Papiermaschine gelangt. Der Basisstoff kann aber auch der Streichfarbe zugesetzt werden, bevor diese als Strich auf die Faserstoffbahn aus Papier oder Karton aufgetragen wird.
  • Der genannte Scherprozess lässt sich in einer Vielzahl von Einrichtungen der Papierfabrikation behandeln, beispielsweise in Mahlaggregaten wie Refinern. Der Basisstoff kann teilweise kollodial beziehungsweise teilweise dispergiert vorliegen.
  • Der Basisstoff kann dem Faserstoff, welcher die Papier- oder Kartonbahn bildet, oder der Streichfarbe, in unterschiedlichen Mengen zugesetzt werden. So ist es denkbar, dass das fertige Papier zwischen 0,1 und 50 % NDC enthält. Im allgemeinen wird der Anteil von NDC am fertigen Papier 0,1 bis 5 Gew.-% betragen.
  • Das erfindungsgemäße NDC lässt sich auch in Kombination mit anderen Stoffen dem Faserstoff zuführen, welcher das flächige Produkt wie Papier oder Karton bildet, oder der Streichfarbe. So kommen Carboxymethylcellulose (CMC) in Betracht, ferner Kaolin, Bindemittel, Cobinder, Verdickungsmittel, Thixotropiermittel, Trägerstoffe und anderes in Betracht.
  • Versuche mit NDC haben gezeigt, dass sich die folgenden Eigenschaften von flächigen Produkten der genannten Art erzielen lassen:
    • Erhöhung der Festigkeit
    • Wirkt als organisches wasserunlösliches Pigment
    • Bei Druckpapieren ist die Farbintensität sowie das Druckbild deutlich besser als mit anorganischen Pigmenten
    • Hohe Farbabsorption
    • Thixotrope Eigenschaften, gutes Fließverhalten
    • Gute Verträglichkeit mit anderen Streichfarbpigmenten (nahezu inert)
    • Trägerstoff für andere Feststoffe und/oder Flüssigkeiten (anorganische Pigmente, Kationisierungsmittel, Nassfestmittel etc.)
    • Keine Migration während der Trocknung (wie bei Hydrokolloiden wie CMC)
    • Oberfläche bleibt porös und glatt
    • Schnelle Druckfarben Absorption beim Druck
    • Sehr gutes Druckbild, scharf und klar, Offset und Tiefdruck
    • Hat innere Oberfläche (Kapillaren)
    • Gute Entwässerung und Trocknung möglich
    • Teilersatz von Stärke und anorganischen Pigmenten
    • Teilersatz von Bindern und Cobindern
    • Glanzsteigernd
    • Vermeidung von Blasenbildung (Blistern, Falzbrechen etc.)
  • Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht in der Anwendung des erzeugten Basisstoffes als Zuschlagstoff für Papier oder Karton. Wesentlich ist, dass der Basisstoff eine durchschnittliche Partikelgröße aufweist, die unter 25 my liegt, vorzugsweise zwischen 10 und 20 my oder zwischen 0,5 und 20 my.
  • Als Papier kommen in Betracht:
    • DRUCK- UND PRESSEPAPIERE
      • AP-Papiere
      • Bibeldruckpapier
      • Bilderdruckpapier
      • Buchdruckpapiere
      • Chlorfreies Papier
      • Druckpapier
      • Dünndruckpapier
      • Feinpapier
      • Gestrichenes Papier
      • Graphisches Recyclingpapier
      • Gussgestrichenes Papier
      • Holzfreies Papier
      • Holzhaltiges Papier
      • Illustrationsdruckpapier
      • Kunstdruckpapier
      • Kupferdruckpapier
      • LWC-Papier
      • Maschinengestrichenes Papier
      • Magazinpapier
      • Naturpapier
      • Oberflächengeleimtes Papier
      • Offsetpapier
      • Recyclingpapier
      • Satiniertes Papier
      • SC-Papier
      • Tiefdruckpapier
      • Werkdruckpapier
      • Zeitschriftenpapier
      • Zeitungsdruckpapier
    • BÜRO- UND ADMINISTRATIONSPAPIERE
      • AP-Papiere
      • Banknotenpapier
      • Bankpostpapier
      • Briefumschlagpapier
      • Büttenpapier
      • Chlorfreies Papier
      • Dokumentenpapier
      • Durchschlagpapier
      • Endlosdruckpapier
      • Feinpapier
      • Geleimtes Papier
      • Graphisches Recyclingpapier
      • Hadernpapier
      • Handgeschöpftes Papier
      • Hartpostpapier
      • Holzfreies Papier
      • Holzhaltiges Papier
      • Karton
      • Karteikarton
      • Kohlepapier
      • Kopierpapier
      • Löschpapier
      • Luftpostpapier
      • Naturpapier
      • NCR-Papier
      • Offsetpapier
      • Plakatpapier
      • Postkartenkarton
      • Recyclingpapier
      • Satiniertes Papier
      • Schreibpapier
      • Schreibmaschinenpapier
      • Selbstdurchschreibepapier
      • Synthesefaserpapiere
      • Telefaxpapier
      • Thermopapier
      • Velinpapier
      • Vergépapier
      • Wasserzeichenpapier
      • Wertzeichenpapier
    • PAPIER, KARTON UND PAPPE FÜR VERPACKUNGSZWECKE
      • AP-Papiere
      • Chromoersatzkarton
      • Chromopapier
      • Chromokarton
      • Duplexkarton
      • Echt Pergament
      • Etikettenpapier
      • Faltschachtelkarton
      • Feinpappe
      • Fettdichtes Papier
      • Gestrichenes Papier
      • Graukarton
      • Graupappe
      • Gussgestrichenes Papier
      • Holzkarton
      • Imprägniertes Papier
      • Karton
      • Kraftliner
      • Kraftpapier
      • Krepppapier
      • Maschinengestrichenes Papier
      • Maschinenkarton
      • Maschinenpappe
      • Nassfestes und laugenfestes Papier
      • Ölpapier
      • Packpapier
      • Pappe
      • Pergamentpapier
      • Pergamin
      • Sackpapier
      • Schrenzpapier
      • Seidenpapier
      • Silikonpapier
      • Testliner
      • Triplexkarton
      • Vollpappe
      • Wachspapier
      • Wellpappe
      • Wellenpapier
      • Wickelpappe
    • HYGIENEPAPIERE
      • AP-Papiere
      • Chlorfreies Papier
      • Hygienepapier
      • Krepppapier
      • Krepp-Hygienepapier
      • Küchentücher
      • Tissue-Hygienepapier
      • Toilettenpapier
    • PAPIER UND PAPPE FÜR TECHNISCHE UND SPEZIELLE VERWENDUNGSZWECKE
      • Aquarellpapier
      • Buntpapier
      • Dachpappe
      • Dekorpapier
      • Elektroisolierpapier
      • Filtrierpapier
      • Flammfestes Papier
      • Fotopapier
      • Glanzpapier
      • Imprägniertes Papier
      • Ingrespapier
      • Kabelpapier
      • Karosseriepapier
      • Kofferpappe
      • Kondensatorpapier
      • Korrosionsschutzpapier
      • Marmorpapier
      • Metallpapier
      • Papiermaché
      • Pappe
      • Sicherheitspapier
      • Schuhpappe
      • Spezialpapiere
      • Tapetenrohpapier
      • Teebeutelpapier
      • Transparentpapier
      • Vorsatzpapier
      • Weichpappen
      • Zeichenpapier
      • Zigarettenpapier
  • Die Papiere können sogenannte Rohpapiere sein, d. h. frei von irgendwelchen Strichen. Sie können aber auch jeweils einen Strich enthalten. Der erfindungsgemäße Basisstoff kann dem Rohpapier zugegeben sein, oder dem gestrichenen Papier. Im letztgenannten Falle kann der Basisstoff entweder dem Papier selbst, oder dem Strich, oder beiden zugegeben werden.
  • Das Papier kann in bekannter Weise anorganische Füllstoffe enthalten, ferner anorganische Pigmente wie Calciumcarbonat, Kaolin, Titandioxid, Talcum. Das Papier kann auch die üblichen chemischen Additive enthalten, wie Binder, CoBinder, Streichfarbadditive, Leimungsmittel, Nassverfestiger, Trockenverfestiger, Komplexbildner, Farbmittel, optische Aufheller, Biozide, Dispergiemittel, Entschäumer, Entlüfter, Reinigungsmittel, Retentionsmittel, Entwässerungsmittel, Fixiermittel, Flockungsmittel.
  • Besonders interessant ist die Anwendung der Erfindung bei Hygienepapieren. So kann einem Hygienepapier der erfindungsgemäße Basisstoff zugegeben werden, und zwar in geringen Mengen von wenigen Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht des Gesamtproduktes, wie auch in einem hohen Prozentsatz. Es ist denkbar, dass ein solches Hygienepapier nur 1, 2, ... 5 Gew.-% an Basisstoff enthält, aber auch über 20 %, beispielsweise 20, 30, 40, 50 und mehr %. Auch kann das Hygienepapier Stoffe zur Körper- und Schönheitspflege enthalten. Solche Stoffe könnten auch beispielsweise dem erfindungsgemäßen Basisstoff beigefügt werden.

Claims (8)

  1. Verfahren zum Herstellen eines Basisstoffes auf Cellulose-Basis mit den folgenden Verfahrensschritten:
    1.1 es wird als Ausgangsmaterial ein cellulosehaltiges Produkt mit Wasser vermischt;
    1.2 das Gemisch wird einem Scherprozess unterworfen, um die CellulosePartikel bis zum Erreichen des Nano-Bereiches zu zerkleinern und hiermit den Basisstoff zu erlangen;
    1.3 der Basisstoff wird einem anderen festen oder flüssigen faserstoffhaltigen Material zugegeben;
    1.4 der Scherprozess erfolgt bis zum Erreichen einer Partikelgröße mit einer Länge von 10 bis 200 µ und einer Dicke von 0,5 bis 15 µ;
    1.5 der Scherprozess wird zum Erreichen eines ganz oder teilweise kolloidalen Zustandes der Cellulose durchgeführt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
    2.1 die Cellulosefasern werden mit einer Säure gemischt;
    2.2 es wird Wasser zugegeben;
    2.3 das Gemisch wird erhitzt, so dass die Cellulose hydrolisiert wird;
    2.4 der Scherprozess wird bis zum Erreichen einer Partikelgröße von 0,1 bis 100 µ betrieben.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangsmaterial aus Holz oder anderen Pflanzen gewonnen wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die hydrolisierte Cellulose in einem Pulper dispergiert.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als faserstoffhaltiges Material eines der folgenden Materialien verwendet wird:
    - Papier
    - Karton
    - Streichfarbe für Papier oder Karton
    - Zuschlagstoffe für Papier oder Karton
    wobei die genannten Materialien als feste flächige Gebilde oder in Suspensions- oder Dispersionsform vorliegen.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Papier Etikettenpapier, Druckpapier, LWC-Papier, Kopierpapier, Hygienepapier verwendet wird.
  7. Basisstoff in fester Form auf Cellulosebasis zum Zugeben zu einer Papierstoffsuspension oder zu einer Streichfarbe mit Partikeln, die eine Länge von 10 - 200 µm und eine Dicke von 0,5 - 15 µm, oder 0,1 - 100 µm aufweisen.
  8. Papier oder Karton mit enthaltend 0,1 - 50 Gew.%, vorzugsweise 0,1 - 5 Gew.-% des Basisstoffes gemäß Anspruch 7.
EP05790018.5A 2004-09-27 2005-09-27 Verfahren zum herstellen eines stoffes auf cellulosebasis sowie hiermit hergestellter stoff Revoked EP1794366B1 (de)

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