EP3585940A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung einer faserstoffbahn in einer papiermaschine - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur herstellung einer faserstoffbahn in einer papiermaschine

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EP3585940A1
EP3585940A1 EP18700752.1A EP18700752A EP3585940A1 EP 3585940 A1 EP3585940 A1 EP 3585940A1 EP 18700752 A EP18700752 A EP 18700752A EP 3585940 A1 EP3585940 A1 EP 3585940A1
Authority
EP
European Patent Office
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fiber mat
fiber
starting material
individual fibers
packaging
Prior art date
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Pending
Application number
EP18700752.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Kemper
Heiko Held
Cordts Monteiro WAGNER
Thomas Martin
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 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 Patent GmbH filed Critical Voith Patent GmbH
Publication of EP3585940A1 publication Critical patent/EP3585940A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B32B3/26—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by a particular shape of the outline of the cross-section of a continuous layer; characterised by a layer with cavities or internal voids ; characterised by an apertured layer
    • B32B3/28—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by a particular shape of the outline of the cross-section of a continuous layer; characterised by a layer with cavities or internal voids ; characterised by an apertured layer characterised by a layer comprising a deformed thin sheet, i.e. the layer having its entire thickness deformed out of the plane, e.g. corrugated, crumpled

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a fiber mat, which is particularly suitable for use in the production of packaging board or fibrous construction elements, of a fibrous starting material, as well as an apparatus for performing the method and a packaging board produced by the method.
  • packaging board is formed as a corrugated board.
  • This consists of a corrugated paper wave, which is arranged between two cover papers and glued to a unit with these.
  • the corrugated paper acts as a spacer between the cover papers to ensure the required flexural strength of the corrugated box.
  • the corrugated paper and the cover papers are each produced on paper machines in paper mills.
  • the corrugated cardboard box is then produced on site or in other factories in a corrugated cardboard plant.
  • the wave is generated from the corrugated paper under higher temperature and by moistening the corrugated paper on corrugating rolls and glued to the ceiling paper.
  • the corrugated paper and the cover papers are produced in paper machines in conventional process steps.
  • the corrugated paper and the ceiling paper are produced by dewatering, pressing and thermal drying.
  • dewatering step very large quantities of white water are withdrawn from the suspension and in some cases returned to the process.
  • This known manufacturing process is complex and requires, on the one hand, many process steps and, on the other hand, large amounts of energy for drying the produced papers and for pumping the large quantities of water necessary for wet-forming.
  • production plants are only economically operable in places where sufficient energy and water is available. Other locations can therefore only be supplied with packaging carton by this is transported there at cost.
  • the object of the invention is therefore to provide a less expensive process with lower energy consumption, as well as a simple device for the production of packaging board or construction elements and to avoid the disadvantages of known methods.
  • a process is proposed for producing a fiber mat which is particularly suitable for use in the manufacture of packaging board or fibrous structural members from a fibrous feedstock comprising the steps of: a. Providing the fiber-containing starting material;
  • the specific volume of the fiber mat is greater than 1.6 cm 3 / g, in particular greater than 2 cm 3 / g, preferably greater than 3 cm 3 / g and wherein the fiber mat thickness> 1 mm, in particular> 1.5 mm, preferably> 2 mm is.
  • the fiber-containing starting material may at least partially comprise fresh fibers, bamboo, straw, bagasse or recycled goods.
  • the recycled article may include corrugated board waste and / or cardboard waste and / or waste paper and / or paper or cardboard waste from papermaking and also products made from the fiber mat, as well as market pulps.
  • packaging cardboard can be produced from the fiber mat with a spatial structure.
  • the at least partially made of the fiber mat packaging board is preferably processed into products such as packaging boxes. These can be used as fruit boxes, vegetable boxes.
  • no or less expensive virgin fibers must be used.
  • the products made from the fiber mat can advantageously also be used.
  • the fiber mat produced differs from conventionally produced wave papers by the high specific volume with simultaneously large fiber mat thickness and the spatial structure of the fiber mat, which can be easily matched to the use of corrugated cardboard to achieve good performance properties.
  • the spatial structure can be wave-shaped, zig-zag-shaped structures or else local, crater-shaped depressions and elevations. That is, the design of the center layer of packaging cartons is no longer limited to the waveform and can be chosen almost arbitrarily. For example, a packaging board with uniform flexural rigidity can be made in all directions.
  • the spatial structure may be undulating, zigzag-shaped structures or local, crater-like depressions and elevations.
  • construction elements such as insulating materials, for example for house construction, can be produced by the method according to the invention.
  • the specific volume of the fiber mat is preferably limited to ⁇ 10 cm 3 / g. This ensures sufficient pressure resistance across the thickness of the fiber mat.
  • the method is carried out in the vicinity, especially on site, by mail order companies or packaging manufacturers in industrialized regions.
  • the packaging and shipping of goods can thus be combined with the production of packaging board and possibly packaging boxes.
  • the used packaging boxes are processed by the process according to the invention cost and environmentally friendly to new packaging boxes. Thanks to this flexible process, the size and shape of the new packaging boxes can be easily adapted to the new products to be packaged.
  • the recycled goods can be collected economically within a radius of 100 km to the location of the system for carrying out the method.
  • the paper or packaging cardboard waste resulting therefrom in the known processes for packaging board production can also be processed to form new packaging cartons and packaging boxes.
  • the implementation of the method is particularly suitable at locations of mail order companies or packaging manufacturers, as there are no own production-related wastewater treatment plants necessary and available.
  • the method is also advantageously suitable for producing fiber mats also in locations in dry, arid areas of the tropical or subtropical climatic zones, since only small amounts of water are required.
  • it may be sufficient to use an impingement flow drying device and / or a through-flow drying device, wherein the warm and dry ambient air can be used as the drying medium.
  • the solution according to the invention can be used particularly advantageously.
  • the recycled material is collected as a starting material in a small radius of preferably about 100 km from the location of carrying out the method.
  • the method is particularly suitable for many recycling cycles without compromising the quality of the fiber mats, especially in terms of strength properties, too much.
  • the final dry content of the fiber mat is> 80%, especially>85%>,preferably>90%>, wherein the dry content, as usual in paper technology, is given as the quotient of dry matter to the total mass of the fiber mat.
  • the process steps a) to d) are carried out in claim 1 so that the proportion of water in the total mass of the starting material and the raw material 40%>, preferably 30%>, in particular 20%> does not exceed.
  • the treatment step b.) Preferably comprises at least one step from the following group: comminuting the starting material to a maximum size of 60 mm by 60 mm; Freeing of the starting material of impurities; Decomposing the starting material into individual fibers and / or fiber bundles in high-consistency refiners and / or in cross-flow debranks and / or in mills; Freeing the individual fibers and / or fiber bundles of contaminants after the cutting step;
  • the length of the individual fibers and / or fiber bundles can advantageously be adjusted to less than 4 mm, in particular to less than 3 mm, during or after the dismantling step.
  • the cutting step can be carried out so that the starting material is not completely decomposed into single fibers, but still contains fiber bundles and specks. Due to this lower intensity of the cutting step less energy is needed.
  • the individual fibers and / or fiber bundles are applied in air flow on the surface of a carrier element in the forming step c.), Wherein the carrier element may be made permeable to air or impermeable to air.
  • the air flow may be heated from the ambient temperature. Preferably to a temperature greater than 30 ° C, preferably greater than 40 ° C.
  • the air flow can also be mixed with saturated or unsaturated water vapor.
  • a heating of the individual fibers and / or the fiber bundles is achieved at the same time and supports their binding to each other.
  • the formation and deposition of the individual fibers and / or the fiber bundles is improved.
  • an air-permeable carrier element can be designed as a circulating or stationary belt, for example a woven screen or felt or a porous membrane, or as a perforated roller or as a perforated plate.
  • the surface of the carrier element may also have complementary structures to the spatial structure of the fiber mat to be generated.
  • the complementary structures of the support member may be correspondingly different.
  • the complementary spatial structures may be wavy, zig-zag or include local, crater-shaped depressions and elevations when the fiber mat is used as the middle layer between two cover papers in the production of packaging board. The complex process for the production of classic corrugated board can thus be simplified.
  • the spatial structure of the fiber mat can correspond to the spatial shape of a product made of the fiber mat, for example a fruit crate. This leads to a reduction in the production steps of such products. It can at least partially omitted the cutting or punching, folding, gluing.
  • a binder for binding the individual fibers and / or fiber bundles may be added in at least one of steps b.), C), d.).
  • starch is used as a binder.
  • the binder is activated in the solidification step d.)
  • the binder is added to the air stream and mixed with the individual fibers and / or fiber bundles.
  • the mixing step can be done by a static mixer.
  • the fiber mat during and / or after the forming step c.).
  • the desired thickness and / or the desired specific volume can be adjusted.
  • This step is preferably carried out in coordination with the process control in the forming step.
  • the solids content in the air stream that is, the concentration of the individual fibers and / or the fiber bundles and / or the pressure on the forming fiber mat during the forming can be influenced.
  • the fiber mat can be produced endless and then rolled up.
  • the fiber mat can be produced with a linear embossing, wherein the linear embossing has a contour that is matched to the product to be produced from the fiber mat. Due to the linear embossing, the fiber mat can be locally weakened, for example by perforation, so that the contour can be easily separated from the rest of the fiber mat.
  • the imprint can be carried out, for example, with an embossing roller, which has the line-shaped contour as raised webs on the roll shell.
  • the linear embossing can also be performed as non-perforating.
  • the contour is only optically marked, so that the contour can be cut out of the fiber mat in a subsequent step by hand or by machine.
  • the depositing of the individual fibers and / or the fiber bundles is controlled such that the regions of the contour lines have fewer individual fibers and / or the fiber bundles.
  • the fiber mat in particular in the forming step, is not endlessly produced as a roll product, but is produced piecewise as a format product.
  • the spatial structure of the fiber mat it is possible for the spatial structure of the fiber mat to correspond to the spatial shape of a product made of the fiber mat, for example a fruit crate. These products are made in one piece by piece.
  • the fiber mat is produced in multiple layers.
  • a plurality of individual forming steps for forming the respective layer are carried out one after the other.
  • the individual forming steps are carried out synchronously.
  • the individual fibers and / or fiber bundles of the individual layers can originate from the same starting material or else from different starting materials.
  • the fiber mat is expediently joined and / or folded and / or reshaped in at least one further processing step, in particular for producing a spatial structure, for example a packaging box or an intermediate layer as a substitute for the corrugated corrugated paper of the known corrugated board between two cover layers of a packaging carton and / or surface finished, such as by applying a line containing a pigmented coating color.
  • the fiber mat can serve as a replacement for the corrugated paper as compared to the known corrugated board.
  • the further layers to be connected to the fiber mat as blankets, which after are made according to the conventional method are executed.
  • the blankets can also be produced by the process according to the invention.
  • at least one blanket layer is adhesively bonded to the fiber mat on the upper side and on the underside of the fiber mat.
  • the invention also relates to packaging cardboard, in particular food packaging cardboard, which consists at least partially of the fiber mat produced by the process according to claim 1.
  • the at least partially made of the fiber mat packaging board is preferably processed into products such as packaging boxes. These can be used as fruit boxes, vegetable boxes.
  • the invention also relates to a packaging container, in particular a food packaging box, which consists at least partially of the fiber mat produced by the method according to claim 1 with a spatial structure.
  • the invention also relates to an apparatus for carrying out the method according to claim 1 for producing a fiber mat, which is suitable in particular for use in the production of packaging board or fibrous construction elements, from a fiber-containing starting material, with a treatment plant for low-water treatment of the fiber-containing starting material in the air stream a raw material comprising individual fibers and / or fiber bundles; and with a dry forming device for forming the individual fibers and / or fiber bundles in air flow to a fiber mat so that a spatial structure is formed by the fiber mat, and with a solidification device for solidifying the formed fiber mat, wherein the specific volume of the fiber mat is greater than 1.6 cm 3 / g, in particular greater than 2 cm 3 / g, preferably greater than 3 cm 3 / g, and wherein the fiber mat thickness is> 1 mm, in particular> 1.5 mm, preferably> 2 mm.
  • the treatment plant and the dry-forming device and the solidification device are preferably designed so that the water content of the total mass of the starting material and the raw material does not exceed 40%, preferably 30%, in particular 20%.
  • the device for carrying out the method can be designed to be mobile. In a practical case, it can be dimensioned so compact that it is suitable for transport in a transport container, for example in an overseas container. This has the advantage that the device can be almost completely assembled or preassembled at the production site and then transported to the production site. This is particularly advantageous when the device is used in locations of dry, arid areas of tropical or subtropical climates.
  • Figure 1 shows an embodiment of a corrugated cardboard according to the prior
  • FIG. 2 shows a detail of a fiber mat according to the invention in an enlarged
  • Figure 3a shows an embodiment of a fiber mat according to the invention with spatial
  • Figure 3b shows another embodiment of a fiber mat according to the invention with a spatial structure
  • FIG. 3c shows a further embodiment of a fiber mat according to the invention with a spatial structure
  • FIG. 3d shows a further embodiment of a fiber mat according to the invention with a spatial structure
  • FIG. 1 shows a section of a known embodiment of a corrugated cardboard 3 in cross section.
  • packaging board is formed as corrugated board 4.
  • This consists of a corrugated paper wave 4, which is arranged between two cover papers 5, 6 and is glued to a unit with these.
  • the wavy corrugated paper 4 acts as a spacer between the ceiling papers 5, 6, to ensure a required flexural rigidity of the corrugated cardboard 3.
  • the corrugated paper 4 and the cover papers 5, 6 are each produced on paper machines in paper mills.
  • the corrugated board 3 is subsequently produced on site or in other factories in a corrugated cardboard plant.
  • the wave is generated from the shaft paper 4 at higher temperature and by moistening the wave paper on corrugating rollers and glued to the ceiling papers 5, 6.
  • the corrugated paper 4 and the cover papers 5, 6 are produced in paper machines in conventional process steps. Starting from an aqueous pulp suspension having a solids content in the range of 10 g / liter, the corrugated paper 4 and the cover paper 5, 6 are produced by dewatering, pressing and thermal drying. In the dewatering step, very large quantities of white water are withdrawn from the suspension and in some cases returned to the process.
  • This known manufacturing process is complex and requires, on the one hand, many process steps and, on the other hand, large amounts of energy for drying the produced papers and for pumping the large quantities of water released during wet-forming.
  • FIGS. 3 a to 3d show a section A of a fiber mat 1 according to the invention in an enlarged, schematic representation in cross-section, which has a thickness 2 of more than 1 mm and a specific volume of greater than 1.6 cm 3 / g.
  • the section A is to show only the structure of the fiber mat 1.
  • FIGS. 3 a to 3d Examples of the fiber mat 1 with a spatial structure are shown in FIGS. 3 a to 3d.
  • the illustrated individual fibers and fiber bundles are essentially anisotropically oriented, that is to say their orientation has no preferred direction in this example.
  • a statistical orientation of the individual fibers and / or the fiber bundles is present, that is to say the frequency distribution of the position of the individual fibers and / or fiber bundles has a preferred direction within the volume of the fiber mat.
  • the preferred direction may be longitudinal or transverse to the direction of production or in the thickness direction.
  • the individual fibers and / or the fiber bundles are present within the fiber mat 1 in a loose bandage, but the specific volume does not exceed the value of 10 cm 3 / g.
  • the specific volume is calculated from the quotient of the thickness and the basis weight of the fiber mat 1.
  • the individual fibers and / or the fiber bundles are glued together at the points of contact with one another by the binder starch.
  • FIG. 3 a shows an embodiment of a fiber mat according to the invention with a spatial structure 1.
  • the fiber mat 1 serves as a replacement for the corrugated wave paper in the known corrugated board.
  • the fiber mat 1 with other, not darhe Bryanen, blankets, which are prepared by the conventional method associated.
  • the blankets can also be produced by the process according to the invention.
  • a ceiling layer is adhesively connected to the fiber mat 1 in each case.
  • the section A is illustrated in Figure 2 in an enlarged and schematic representation.
  • the spatial structure of the fiber mat has a zig-zag shape.
  • FIGS. 3b to 3d Further possible spatial structures of the fiber mat 1 are shown in FIGS. 3b to 3d.
  • the respective section A is illustrated in an enlarged and schematic representation in FIG.
  • FIG. 3b shows a sinusoidal wavy structure
  • FIG. 3c shows a wavy spatial structure formed from semicircles.
  • the fiber mat 1 can be produced endlessly as a roll product as a replacement for the corrugated wave papers and then further processed.
  • the fiber mat 1 can also be produced piecewise as a format product 9 and further processed into products such as packaging boxes 10. These can be used as fruit boxes, vegetable boxes.
  • FIG. 3d shows a perspective view of a fiber mat 1 according to the invention with a spatial structure.
  • the section A of the fiber mat 1 is shown in turn enlarged in the figure 2.
  • the shape of the spatial structure of the fiber mat 1 is matched to the product to be produced from the fiber mat 1. In the present example, it is the product of three packaging boxes 10.
  • the spatial structure of the fiber mat 1 corresponds to the spatial shape of a fiber mat produced from the Product. In this example of three packaging boxes 10, each having a bottom 11 and side walls 12.
  • the illustrated packaging boxes 10 In order to obtain the individual packaging boxes 10, they must be cut out by hand or by machine in a subsequent step, that is, separated from the remaining fiber mat 1.
  • the illustrated packaging boxes 10 have no lid in this example.
  • handle openings can be cut out of the side walls 12.
  • the illustrated packaging boxes 10 are formed in the forming step on an air-permeable support member, which is designed as a circulating belt.
  • the surface of the carrier element has complementary structures to the packaging boxes 10 to be produced.
  • the individual fibers and / or the fiber bundles can also be deposited only in the region of the structure of the carrier tape.
  • the packaging boxes 10 are thus produced individually piece by piece as a format product 9. In this case, not shown, they need not be separated from the rest of the fiber mat 1, but only be dissolved out of the structure of the carrier tape.
  • FIG. 4 shows an exemplary production process for producing the fiber mat 1 according to the invention.
  • the collected fibrous furnish 13, comprising corrugated board waste and / or waste paper and / or paper or board waste from papermaking, is provided to the processing plant 14, with the individual fibers and / or fiber bundles being treated to be low in water.
  • the proportion of water in the total mass of the starting material is always less than 40%.
  • the fiber-containing starting material 13 is processed in the processing plant 14 in the air stream to raw material for the forming step.
  • the fibrous starting material 13 is cleaned in a cleaning stage 21 of metallic objects and coarse dirt.
  • the cleaning stage 12 comprises a metal detector or a gravity separator.
  • a further cleaning stage 23 may be provided, in which by means of heavy or centrifugal force separator, such as air classifier or cyclone and Metallabscheidern Interfering substances are removed.
  • the resulting raw material is fed to form the individual fibers and / or fiber bundles of a dry forming device 15.
  • the raw material in the air stream via a distributor with baffles or mixing units is placed on the surface of a rotating, air-permeable screen as a carrier element.
  • a suction box for extracting air from the forming zone is provided on the surface opposite the surface.
  • solidification takes place in a solidification device 16.
  • a binder in this example starch, is used.
  • the binder addition 25 takes place in the fiberizing stage 24.
  • the binder can be activated by application of heat in the solidification stage 16.
  • the fiber mat can be vapor-deposited and irradiated
  • the solidification can also be effected by spraying with water or by pressing
  • this is rolled up in a reel 17 and as a roll 18 for further processing
  • the contour matched to the product to be produced from the fiber mat 1 is cut out of the remaining fiber mat 1 and sent as a format product ng, the fiber mat 1 produced with a spatial structure can be converted into a product 8 in a forming device 7.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung einer Fasermatte (1), die insbesondere zur Verwendung bei der Herstellung von Verpackungskarton oder faserstoffhaltigen Konstruktionselementen geeignet ist, aus einem faserstoffhaltigen Ausgangsstoff. Das Verfahren umfasst folgende Schritte: a. Bereitstellen des faserstoffhaltigen Ausgangsstoffes (13); b. Wasserarme Aufbereitung des faserstoffhaltigen Ausgangsstoffes (13) im Luftstrom zu Rohstoffware umfassend Einzelfasern und/oder Faserbündel; c. Formieren der Einzelfasern und/oder Faserbündel durch ein Trockenformierungsverfahren im Luftstrom zu einer Fasermatte (1) durch ein Trockenformierungsverfahren; derart, dass durch die Fasermatte eine räumliche Struktur ausgebildet wird; d. Verfestigen der formierten Fasermatte (1); wobei das spezifische Volumen der Fasermatte (1) größer als 1,6 cm3/g, insbesondere größer als 2 cm3/g, vorzugsweise größer 3 cm3/g ist und wobei die Fasermattendicke ≥ 1 mm, insbesondere ≥ 1.5 mm, vorzugsweise ≥ 2 mm beträgt.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Faserstoffbahn in einer Papiermaschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Fasermatte, die insbesondere zur Verwendung bei der Herstellung von Verpackungskarton oder faserstoffhaltigen Konstruktionselementen geeignet ist, aus einem faserstoffhaltigen Ausgangsstoff, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und ein nach dem Verfahren hergestellter Verpackungskarton.
Im Stand der Technik wird Verpackungskarton beispielsweise als Wellpappenkarton ausgebildet. Dieser besteht aus einem gewellten Wellenpapier, das zwischen zwei Deckenpapieren angeordnet ist und mit diesen zu einer Einheit verklebt ist. Das gewellte Wellenpapier fungiert als Abstandshalter zwischen den Deckenpapieren, um eine geforderte Biegesteifigkeit des Wellpappenkartons zu gewährleisten. Das Wellenpapier und die Deckenpapiere werden jeweils auf Papiermaschinen in Papierfabriken hergestellt. Die Herstellung des Wellpappenkartons erfolgt anschließend vor Ort oder in anderen Fabriken in einer Wellpappenanlage. Dort wird aus dem Wellenpapier unter höherer Temperatur und durch Befeuchten des Wellenpapiers auf Riffelwalzen die Welle erzeugt und mit den Deckenpapieren verklebt. Das Wellenpapier und die Deckenpapiere werden in Papiermaschinen in konventionellen Verfahrensschritten hergestellt. Ausgehend von einer wässrigen Faserstoffsuspension mit einem Feststoffgehalt im Bereich von 10g/Liter werden das Wellenpapier und das Deckenpapier durch Entwässern, Pressen und thermisches Trocknen hergestellt. Im Entwässerungsschritt werden der Suspension sehr große Siebwassermengen entzogen und teilweise dem Prozess wieder zugeführt. Dieser bekannte Herstellungsprozess ist aufwändig und erfordert zum einen viele Verfahrensschritte und zum anderen hohe Energiemengen zum Trocknen der hergestellten Papiere und zum Pumpen der beim Nassformieren notwendigen großen Wassermengen. Zudem sind solche Produktionsanlagen nur an Orten wirtschaftlich betreibbar, an denen genügend Energie und Wasser zur Verfügung steht. Andere Orte können also nur mit Verpackungskarton versorgt werden, indem dieser unter Kostenaufwand dorthin transportiert wird.
Diese beschriebenen Nachteile gelten auch in ähnlicher Weise für die Herstellung von Mittellagen in Türblättern. Dort werden als Konstruktionselemente für die Mittellage beispielsweise gewellte Wellenpapiere oder wabenförmige Papierelemente eingesetzt, welche beidseits mit Holzplatten beplankt werden.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein weniger aufwändiges Verfahren mit geringerem Energieaufwand, sowie eine einfache Vorrichtung, für die Herstellung von Verpackungskarton oder Konstruktionselementen anzugeben und die Nachteile bekannter Verfahren zu vermeiden.
Die Aufgabe wird durch Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer Fasermatte vorgeschlagen, die insbesondere zur Verwendung bei der Herstellung von Verpackungskarton oder faserstoffhaltigen Konstruktionselementen geeignet ist, aus einem faserstoffhaltigen Ausgangsstoff, umfassend folgende Schritte: a. Bereitstellen des faserstoffhaltigen Ausgangsstoffes;
b. Wasserarme Aufbereitung des faserstoffhaltigen Ausgangsstoffes im Luftstrom zu Rohstoffware, umfassend Einzelfasern und/oder Faserbündel;
c. Formieren der Einzelfasern und/oder Faserbündel durch ein Trockenformierungsverfahren im Luftstrom zu einer Fasermatte (1) derart, dass durch die Fasermatte eine räumliche Struktur ausgebildet wird;
d. Verfestigen der formierten Fasermatte mit räumlicher Struktur;
wobei das spezifische Volumen der Fasermatte größer als 1,6 cm3/g, insbesondere größer als 2 cm3/g, vorzugsweise größer 3 cm3/g ist und wobei die Fasermattendicke > 1 mm, insbesondere > 1.5 mm, vorzugsweise > 2 mm beträgt.
Der faserstoffhaltige Ausgangsstoff kann zumindest teilweise Frischfasern, Bambus, Stroh, Bagasse oder Recyclingware umfassen. Die Recyclingware kann Wellpappenabfälle und/oder Kartonabfälle und/oder Altpapier und/oder Papier- oder Kartonabfälle aus der Papierherstellung und auch Produkte die aus der Fasermatte hergestellt wurden, sowie Marktzellstoffe umfassen. Aus der Fasermatte mit räumlicher Struktur kann beispielsweise Verpackungskarton hergestellt werden. Der zumindest teilweise aus der Fasermatte bestehende Verpackungskarton wird vorzugsweise zu Produkten, wie beispielsweise Verpackungsschachteln, weiterverarbeitet. Diese können als Obstkisten, Gemüseschachteln eingesetzt werden. Bei Verwendung einer faserstoffhaltigen Recyclingware als Ausgangsstoff müssen keine oder weniger teuren Frischfasern eingesetzt werden. Als Recyclingware können vorteilhafterweise auch die aus der Fasermatte hergestellten Produkte verwendet werden.
Neben dem vereinfachten Herstellverfahren unterscheidet sich die hergestellte Fasermatte von konventionell hergestellten Wellenpapieren durch das hohe spezifische Volumen bei gleichzeitig großer Fasermattendicke und der räumlichen Struktur der Fasermatte, die auf die Verwendung des Wellpappenkartons zur Erreichung guter Gebrauchseigenschaften, einfach abgestimmt werden kann. So kann es sich bei der räumlichen Struktur um wellenförmige, zick-zack-förmige Strukturen oder auch lokale, kraterförmige Vertiefungen und Erhöhungen handeln. Das heißt, die Gestaltung der Mittellage von Verpackungskartons ist nicht mehr auf die Wellenform beschränkt und kann nahezu beliebig gewählt werden. So kann beispielsweise ein Verpackungskarton mit gleichmäßiger Biegesteifigkeit in alle Richtungen hergestellt werden. Bei Verwendung der Fasermatte als Ersatz für die gewellten Wellenpapiere im Wellpappenkarton ist auch ein ausreichender Abstand der Deckenpapiere und somit beispielsweise eine gute Biegesteifigkeit des Wellpappenkartons bei geringem Einsatz von Einzelfasern und/oder Faserbündel gewährleistet. Durch die wasserarme Aufbereitung des faserstoffhaltigen Ausgangsstoffes, sowie das Formieren der Einzelfasern und/oder Faserbündel im Luftstrom zu einer Fasermatte mit räumlicher Struktur durch ein Trockenformierungsverfahren werden nur kleine Wassermengen benötigt und somit ist auch nur ein geringer Energieaufwand, beispielsweise für die Pumpen zur Förderung von Wasser, nötig. Die Wirkungsweise von Trockenformierungsverfahren ist beispielsweise aus dem Dokument WO200/29668 bereits bekannt. Die Erfinder haben erkannt, dass dieses Verfahren für die Herstellung von Fasermatten für Verpackungskarton und für Konstruktionselemente mit den beschriebenen Eigenschaften besonders geeignet ist. Bei der Herstellung von Konstruktionselementen, beispielsweise der Mittellage von Holztüren, kann es sich bei der räumlichen Struktur um wellenförmige, zick-zack-förmige Strukturen oder auch lokale, kraterförmige Vertiefungen und Erhöhungen handeln.
In einer weiteren Anwendung können durch das erfindungsgemäße Verfahren Konstruktionselemente, wie Dämmmaterialen, beispielsweise für den Hausbau, hergestellt werden. Das spezifische Volumen der Fasermatte wird vorzugsweise auf < 10 cm3/g begrenzt. Dadurch wird eine ausreichende Druckfestigkeit über die Dicke der Fasermatte gewährleistet.
In der heutigen Zeit werden immer mehr Waren bei online-Shops bestellt. Dies hat eine Zunahme des Warenverkehrs durch Versendung der Waren in Verpackungsschachteln zur Folge. In einer praktischen Ausgestaltung ist es besonders vorteilhaft, wenn das Verfahren in der Nähe, insbesondere vor Ort, von Versandhäusern oder Verpackungsherstellern in industrialisierten Regionen durchgeführt wird. Das Verpacken und das Versenden von Waren kann somit mit der Herstellung von Verpackungskarton und ggf. Verpackungsschachteln kombiniert werden. Die gebrauchten Verpackungsschachteln werden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kostengünstig und umweltfreundlich zu neuen Verpackungsschachteln aufbereitet. Durch dieses auch flexible Verfahren können die neuen Verpackungsschachteln in Größe und Form an die neuen, zu verpackenden Produkte einfach angepasst werden. Die Recyclingware kann dabei wirtschaftlich im Umkreis von 100 km zum Standort der Anlage zur Durchführung des Verfahrens eingesammelt werden. Wird das Verfahren bei Verpackungsherstellern durchgeführt, so können auch die dort bei den bekannten Verfahren zur Verpackungskartonherstellung anfallenden Papier- oder Verpackungskartonabfälle, beispielsweise Abfälle die beim Zuschneiden anfallen, zu neuen Verpackungskartons und Verpackungsschachteln aufbereitet werden. Die Durchführung des Verfahrens eignet sich besonders an Standorten von Versandhäusern oder Verpackungsherstellern, da dort keine eigenen produktionsbedingten Kläranlagen notwendig und vorhanden sind.
Das Verfahren eignet sich auch in vorteilhafterweise, um Fasermatten auch an Orten in trockenen, wasserarmen Gebieten der tropischen oder subtropischen Klimazonen herzustellen, da nur geringe Wassermengen benötigt werden. Für die Trocknung der Fasermatten auf einen Endtrockengehalt kann es ausreichend sein eine Prallströmungstrocknungsvorrichtung und/oder eine Durchströmtrocknungsvorrichtung zu verwenden, wobei die warme und trockene Umgebungsluft als Trocknungsmedium verwendet werden kann. Unter diesen Randbedingungen kann die erfindungsgemäße Lösung besonders vorteilhaft eingesetzt werden. Zur Reduzierung von Transportkosten ist es vorteilhaft, wenn die Recyclingware als Ausgangsstoff in kleinem Umkreis von vorzugsweise etwa 100 km des Ortes der Durchführung des Verfahrens gesammelt wird. Das Verfahren eignet sich besonders für viele Recyclingzyklen ohne die Qualität der Fasermatten, insbesondere hinsichtlich der Festigkeitseigenschaften, zu sehr zu beeinträchtigen. Durch den kurzen Recyclingkreislauf wird die Umwelt geschont und nicht durch nicht mehr benötigte Verpackungen und anderes Altpapier belastet. In einem praktischen Fall liegt der Endtrockengehalt der Fasermatte bei > 80%, insbesondere bei > 85%>, vorzugsweise bei > 90%>, wobei der Trockengehalt, wie in der Papiertechnik üblich, als Quotient von Trockenmasse zur Gesamtmasse der Fasermatte angegeben ist. In einer praktischen Ausführung werden die Verfahrensschritte a) bis d) in Anspruch 1 so ausgeführt, dass der Wasseranteil an der Gesamtmasse des Ausgangsstoffes und der Rohstoffware40%>, vorzugsweise 30%>, insbesondere 20%> nicht übersteigt.
Der Aufbereitungsschritt b.) umfasst vorzugsweise mindestens einen Schritt aus der folgenden Gruppe: Zerkleinern des Ausgangsstoffes auf eine maximale Größe von 60 mm mal 60 mm; Befreien des Ausgangsstoffes von Störstoffen; Zerlegen des Ausgangsstoffes in Einzelfasern und/oder Faserbündel in Hochkonsistenzrefinern und/oder in Querstromzerfaserern und/oder in Mühlen; Befreien der Einzelfasern und/oder Faserbündel von Störstoffen nach dem Zerlegeschritt;
Die Länge der Einzelfasern und/oder Faserbündel können vorteilhafterweise im oder nach dem Zerlegeschritt auf kleiner 4 mm, insbesondere auf kleiner 3 mm eingestellt werden.
Der Zerlegeschritt kann so ausgeführt werden, dass die Ausgangsstoff nicht vollständig in Einzelfasern zerlegt wird, sondern noch Faserbündel und Stippen enthält. Durch diese geringere Intensität des Zerlegeschrittes wird weniger Energie benötigt. In einer vorteilhaften Ausgestaltung werden im Formierungsschritt c.) die Einzelfasern und/oder Faserbündel im Luftstrom auf die Oberfläche eines Trägerelements aufgebracht, wobei das Trägerelement luftdurchlässig oder luftundurchlässig ausgeführt sein kann. Der Luftstrom kann gegenüber der Umgebungstemperatur erwärmt sein. Vorzugsweise auf eine Temperatur größer als 30° C, vorzugsweise größer als 40 °C. Dem Luftstrom kann auch gesättigter oder ungesättigter Wasserdampf beigemischt werden. Dadurch wird gleichzeitig eine Erwärmung der Einzelfasern und/oder der Faserbündel erreicht und deren Bindung zueinander unterstützt. Zusätzlich wird das Formieren und die Ablage der Einzelfasern und/oder der Faserbündel verbessert.
Wird ein luftdurchlässiges Trägerelement verwendet, so kann es als umlaufendes oder stehendes Band, beispielsweise ein gewebtes Sieb oder Filz oder eine poröse Membran, oder als perforierte Walze oder als perforierte Platte ausgeführt sein.
Die Oberfläche des Trägerelements kann auch komplementäre Strukturen zu der zu erzeugenden räumlichen Struktur der Fasermatte aufweisen. Je nach Verwendung der eine räumliche Struktur aufweisenden Fasermatte können die komplementären Strukturen des Trägerelements entsprechend unterschiedlich sein. So können die komplementären, räumlichen Strukturen wellenförmig, zick-zack-förmig sein oder auch lokale, kraterförmige Vertiefungen und Erhöhungen umfassen, wenn die Fasermatte als Mittellage zwischen zwei Deckenpapieren bei der Herstellung von Verpackungskarton eingesetzt wird. Das aufwändige Verfahren zur Herstellung von klassischen Wellpappenkartons kann somit vereinfacht werden.
Es ist auch möglich, dass die räumliche Struktur der Fasermatte der räumlichen Form eines aus der Fasermatte hergestellten Produktes, beispielsweise einer Obstkiste, entspricht. Dies führt zu einer Reduzierung der Herstellungsschritte solcher Produkte. Es können zumindest teilweise das Ausschneiden oder Ausstanzen, das Zusammenfalten, das Verkleben entfallen.
In einem praktischen Fall kann ein Bindemittel zum Binden der Einzelfasern und /oder Faserbündel in mindestens einem der Schritte b.), c), d.) zugegeben werden. Vorzugsweise wird Stärke als Bindemittel verwendet. Es ist jedoch auch möglich, Schmelzfasern und/oder Thermoplaste zu zugegeben, welche bei höherer Temperatur schmelzen und die Einzelfasern und /oder Faserbündel, insbesondere an deren Kreuzungspunkte, klebend verbinden. In einer praktischen Ausgestaltung wird das Bindemittel im Verfestigungsschritt d.) durch mindestens einen Schritt aus der folgenden Gruppe aktiviert: Bedampfen mit, beispielsweise gesättigtem oder ungesättigtem Dampf; Befeuchten mit Wasser; Bestrahlen mit Mikrowellen; Erhitzen durch heiße Kontaktflächen; Beaufschlagen mit heißer Luft, beispielsweise mittels einer Luftpralltrocknungsvorrichtung optional mit einer gasbeheizten Trockenhaube;
In einer weiteren Ausgestaltung wird das Bindemittel dem Luftstrom zugegeben und mit den Einzelfasern und /oder Faserbündel vermischt. Der Vermischungsschritt kann durch einen statischen Mischer erfolgen.
Wird das Bindemittel im Formierschritt c) zugegeben, so kann dies über eine separate Aufgabenvorrichtung erfolgen.
Ferner ist es möglich während und/oder nach dem Formierungsschritt c.) die Fasermatte zu pressen. Dadurch lassen sich die gewünschte Dicke und/oder das gewünschte spezifische Volumen einstellen. Vorzugsweise wird dieser Schritt in Abstimmung mit der Verfahrensführung im Formierschritt durchgeführt. Beispielsweise kann der Feststoffgehalt im Luftstrom, das heißt die Konzentration der Einzelfasern und /oder der Faserbündel und/oder der Druck auf die sich bildende Fasermatte während des Formierens beeinflusst werden.
In einer weiteren Ausgestaltung kann die Fasermatte endlos hergestellt und anschließend aufgerollt werden. In einer bevorzugten Weiterentwicklung kann die Fasermatte mit einer linienförmigen Prägung hergestellt werden, wobei die linienförmige Prägung eine Kontur aufweist, die auf das aus der Fasermatte herzustellende Produkt abgestimmt wird. Durch die linienförmige Prägung kann die Fasermatte lokal geschwächt werden, beispielsweise durch Perforieren, so dass die Kontur leicht vom Rest der Fasermatte abgetrennt werden kann. Die Prägung kann beispielsweise mit einer Prägewalze ausgeführt werden, welche die linienförmige Kontur als erhabene Stege auf dem Walzenmantel aufweist.
Die linienförmige Prägung kann auch als nicht perforierend ausgeführt werden. In diesem Falle wird die Kontur lediglich optisch markiert, so dass die Kontur aus der Fasermatte in einem nachfolgenden Schritt von Hand oder maschinell ausgeschnitten werden kann.
Es ist jedoch auch denkbar, die linienförmige Prägung bereits beim Formierschritt aufzubringen. Dabei wird das Ablegen der Einzelfasern und /oder der Faserbündel so gesteuert, dass die Bereiche der Konturlinien weniger Einzelfasern und /oder der Faserbündel aufweisen.
Es ist auch möglich, dass die Fasermatte, insbesondere im Formierschritt, nicht endlos als Rollenware hergestellt wird, sondern stückweise als Formatware hergestellt wird. Dabei ist es möglich, dass die räumliche Struktur der Fasermatte der räumlichen Form eines aus der Fasermatte hergestellten Produktes, beispielsweise einer Obstkiste, entspricht. Diese Produkte werden als eine Einheit stückweise hergestellt.
In einer weiteren Ausgestaltungsvariante wird die Fasermatte mehrlagig hergestellt. Vorteilhafterweise werden mehrere einzelne Formierschritte zur Formierung der jeweiligen Lage nacheinander ausgeführt. Es ist jedoch auch denkbar, dass die einzelnen Formierschritte synchron ausgeführt werden. Die Einzelfasern und /oder Faserbündel der einzelnen Lagen können aus dem gleichen Ausgangsstoff oder auch aus unterschiedlichen Ausgangsstoffen stammen.
Zweckmäßigerweise wird die Fasermatte in mindestens einem Weiterverarbeitungsschritt mit weiteren Lagen verbunden und/oder gefalzt und/oder umgeformt, insbesondere zur Erzeugung einer räumlichen Struktur, beispielsweise einer Verpackungsschachtel oder einer Zwischenlage als Ersatz der gewellten Wellenpapieren der bekannten Wellpappenkartons zwischen zwei Deckenlagen eines Verpackungskartons und/oder oberflächenveredelt, wie beispielsweise durch Auftragen eines Striches enthaltend eine pigmentierten Streichfarbe. Die Fasermatte kann als Ersatz für das gewellte Wellenpapier im Vergleich zu den bekannten Wellpappenkarton dienen. In diesem Falle ist es möglich, dass die mit der Fasermatte zu verbindenden weiteren Lagen als Deckenlagen, welche nach dem konventionellen Verfahren hergestellt sind, ausgeführt sind. Die Deckenlagen können jedoch auch nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt sein. Vorteilhafterweise wird auf der Oberseite und auf der Unterseite der Fasermatte jeweils mindestens eine Deckenlage mit der Fasermatte klebend verbunden.
Die Erfindung betrifft auch Verpackungskarton, insbesondere Lebensmittelverpackungskarton, der zumindest teilweise aus der nach dem Verfahren nach Anspruch 1 hergestellten Fasermatte besteht. Der zumindest teilweise aus der Fasermatte bestehende Verpackungskarton wird vorzugsweise zu Produkten, wie beispielsweise Verpackungsschachteln, weiterverarbeitet. Diese können als Obstkisten, Gemüseschachteln eingesetzt werden.
Die Erfindung betrifft auch einen Verpackungsbehälter, insbesondere eine Lebensmittelverpackungsschachtel, die zumindest teilweise aus der nach dem Verfahren nach Anspruch 1 hergestellten Fasermatte mit räumlicher Struktur besteht.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 zur Herstellung einer Fasermatte , die insbesondere zur Verwendung bei der Herstellung von Verpackungskarton oder faserstoffhaltigen Konstruktionselementen geeignet ist, aus einem faserstoffhaltigen Ausgangsstoff, mit einer Aufbereitungsanlage zur wasserarmen Aufbereitung des faserstoffhaltigen Ausgangsstoffes im Luftstrom zu einer Rohstoffware, welche Einzelfasern und/oder Faserbündel umfasst; und mit einer Trockenformiervorrichtung zum Formieren der Einzelfasern und/oder Faserbündel im Luftstrom zu einer Fasermatte derart, dass durch die Fasermatte eine räumliche Struktur ausgebildet wird, sowie mit einer Verfestigungsvorrichtung zum Verfestigen der formierten Fasermatte, wobei das spezifische Volumen der Fasermatte größer als 1,6 cm3/g, insbesondere größer als 2 cm3/g, vorzugsweise größer 3 cm3/g ist und wobei die Fasermattendicke > 1 mm, insbesondere > 1.5 mm, vorzugsweise > 2 mm beträgt.
Die Aufbereitungsanlage und die Trockenformiervorrichtung und die Verfestigungsvorrichtung sind vorzugsweise so ausgeführt, dass der Wasseranteil an der Gesamtmasse des Ausgangsstoffes und der Rohstoffware 40 %, vorzugsweise 30 %, insbesondere 20 % nicht übersteigt. Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens kann mobil ausgeführt sein. In einem praktischen Fall kann sie so kompakt dimensioniert sein, dass sie zum Transport in einem Transportcontainer, beispielsweise in einen Überseecontainer, geeignet ist. Dies hat den Vorteil, dass die Vorrichtung nahezu vollständig am Fertigungsstandort montiert bzw. vormontiert werden kann und anschließend zum Produktionsstandort transportiert wird. Dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn die Vorrichtung in Orten von trockenen, wasserarmen Gebieten der tropischen oder subtropischen Klimazonen eingesetzt wird.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
Es zeigen
Figur 1 eine Ausführungsform eines Wellpappenkartons nach dem Stand der
Technik;
Figur 2 Ausschnitt einer erfindungsgemäße Fasermatte in vergrößerter,
schematischerDarstellung ; Figur 3 a eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Fasermatte mit räumlicher
Struktur;
Figur 3b eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Fasermatte mit räumlicher Struktur;
Figur 3 c eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Fasermatte mit räumlicher Struktur;
Figur 3d eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Fasermatte mit räumlicher Struktur;
Figur 4 einen beispielhaften Herstellungsprozess in schematischer Darstellung zur
Herstellung der erfindungsgemäßen Fasermatte mit räumlicher Struktur; Figur 1 zeigt einen Ausschnitt einer bekannten Ausführungsform eines Wellpappenkartons 3 im Querschnitt. Im Stand der Technik wird Verpackungskarton beispielsweise als Wellpappenkarton 4 ausgebildet. Dieser besteht aus einem gewellten Wellenpapier 4, das zwischen zwei Deckenpapieren 5, 6 angeordnet ist und mit diesen zu einer Einheit verklebt ist. Das gewellte Wellenpapier 4 fungiert als Abstandshalter zwischen den Deckenpapieren 5, 6, um eine geforderte Biegesteifigkeit des Wellpappenkartons 3 zu gewährleisten. Das Wellenpapier 4 und die Deckenpapiere 5,6 werden jeweils auf Papiermaschinen in Papierfabriken hergestellt. Die Herstellung des Wellpappenkartons 3 erfolgt anschließend vor Ort oder in anderen Fabriken in einer Wellpappenanlage. Dort wird aus dem Wellenpapier 4 unter höherer Temperatur und durch Befeuchten des Wellenpapiers auf Riffelwalzen die Welle erzeugt und mit den Deckenpapieren 5, 6 verklebt. Das Wellenpapier 4 und die Deckenpapiere 5, 6 werden in Papiermaschinen in konventionellen Verfahrensschritten hergestellt. Ausgehend von einer wässrigen Faserstoffsuspension mit einem Feststoffgehalt im Bereich von 10g/Liter werden das Wellenpapier 4 und das Deckenpapier 5, 6 durch Entwässern, Pressen und thermisches Trocknen hergestellt. Im Entwässerungsschritt werden der Suspension sehr große Siebwassermengen entzogen und teilweise dem Prozess wieder zugeführt. Dieser bekannte Herstellungsprozess ist aufwändig und erfordert zum einen viele Verfahrensschritte und zum anderen hohe Energiemengen zum Trocknen der hergestellten Papiere und zum Pumpen der beim Nassformieren frei werdenden großen Wassermengen.
In der Figur 2 ist ein Ausschnitt A einer erfindungsgemäßen Fasermatte 1 in vergrößerter, schematischer Darstellung im Querschnitt dargestellt, welche eine Dicke 2 von mehr als 1 mm und ein spezifisches Volumen von größer als 1,6 cm3/g aufweist. Der Ausschnitt A soll lediglich den Aufbau der Fasermatte 1 zeigen. Auf eine Darstellung der räumlichen Struktur der Fasermatte 1 wurde daher in dieser Darstellung verzichtet. Beispiele der Fasermatte 1 mit räumlicher Struktur sind in den Figuren 3 a bis 3d gezeigt. Die dargestellten Einzelfasern und Faserbündel sind im Wesentlichen anisotrop ausgerichtet, das heißt deren Orientierung weist in diesem Beispiel keine Vorzugsrichtung auf. Es ist jedoch auch möglich den Formierungsprozess so zu gestalten, dass eine statistische Orientierung der Einzelfasern und/oder der Faserbündel vorhanden ist, das heißt die Häufigkeitsverteilung der Lage der Einzelfasern und/oder Faserbündel weist eine Vorzugsrichtung innerhalb des Volumens der Fasermatte auf. Die Vorzugsrichtung kann längs oder quer zur Produktionsrichtung oder in Dickenrichtung zeigen. Die Einzelfasern und/oder die Faserbündel liegen innerhalb der Fasermatte 1 in einem lockeren Verband vor, wobei jedoch das spezifische Volumen den Wert von 10 cm3/g nicht überschreitet. Das spezifische Volumen berechnet sich aus dem Quotient der Dicke und dem Flächengewicht der Fasermatte 1. Die Einzelfasern und/oder die Faserbündel sind an den Berührpunkten miteinander durch das Bindemittel Stärke zu einer Einheit miteinander verklebt.
Die Figur 3 a zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Fasermatte mit räumlicher Struktur 1. Die Fasermatte 1 dient als Ersatz für das gewellte Wellenpapier im bekannten Wellpappenkarton. In diesem Falle wird die Fasermatte 1 mit weiteren, hier nicht darhestellten, Deckenlagen, welche nach dem konventionellen Verfahren hergestellt sind, verbundenen. Die Deckenlagen können jedoch auch nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt sein. Auf der Oberseite und auf der Unterseite der Fasermatte ist jeweils eine Deckenlage mit der Fasermatte 1 klebend verbunden. Der Ausschnitt A ist in der Figur 2 in vergrößerter und in schematischer Darstellung verdeutlicht. In diesem Beispiel besitzt die räumliche Struktur der Fasermatte eine zick-zack förmige Form. Weitere mögliche räumliche Strukturen der Fasermatte 1 sind in den Figuren 3b bis 3d dargestellt. . Der jeweilige Ausschnitt A ist in der Figur 2 in vergrößerter und in schematischer Darstellung verdeutlicht. In der Figur 3b ist eine sinusförmige, wellige Struktur gezeigt und in der Figur 3 c eine wellige, aus Halbkreisen gebildete räumliche Struktur gezeigt.
Die Fasermatte 1 kann als Ersatz für die gewellten Wellenpapiere endlos als Rollenware hergestellt und anschließend weiterverarbeitet werden.
Die Fasermatte 1 kann auch stückweise als Formatware 9 hergestellt und zu Produkten, wie beispielsweise Verpackungsschachteln 10, weiterverarbeitet werden. Diese können als Obstkisten, Gemüseschachteln eingesetzt werden. In der Figur 3d ist eine erfindungsgemäße Fasermatte 1 mit räumlicher Struktur in perspektivischer Darstellung gezeigt. Der Ausschnitt A der Fasermatte 1 ist wiederum in der Figur 2 vergrößert dargestellt. Die Form der räumlichen Struktur der Fasermatte 1 ist auf das aus der Fasermatte 1 herzustellende Produkt abgestimmt. Im vorliegenden Beispiel handelt es sich um das Produkt von drei Verpackungsschachteln 10. Die räumliche Struktur der Fasermatte 1 entspricht der räumlichen Form eines aus der Fasermatte hergestellten Produktes. In diesem Beispiel von drei Verpackungsschachteln 10, die jeweils einen Boden 11 und Seitenwände 12 aufweisen. Um die einzelnen Verpackungsschachteln 10 zu erhalten müssen diese in einem nachfolgenden Schritt von Hand oder maschinell ausgeschnitten, das heißt von der restlichen Fasermatte 1 getrennt werden. Die dargestellten Verpackungsschachteln 10 weisen in diesem Beispiel keinen Deckel auf. In einem weiteren Verarbeitungsschritt können zum Beispiel Grifföffnungen aus den Seitenwänden 12 ausgeschnitten werden. Die dargestellten Verpackungsschachteln 10 werden im Formierungsschritt auf einem luftdurchlässigen Trägerelement gebildet, das als umlaufendes Band ausgeführt ist. Die Oberfläche des Trägerelements weist komplementäre Strukturen zu den zu erzeugenden Verpackungsschachteln 10 auf.
Im Formierungsschritt können die Einzelfasern und/oder die Faserbündel auch nur im Bereich der Struktur des Trägerbandes abgelegt werden. Die Verpackungsschachteln 10 werden somit einzeln stückweise als Formatware 9 hergestellt. In diesem nicht dargestellten Fall müssen sie nicht vom Rest der Fasermatte 1 getrennt werden, sondern nur aus der Struktur des Trägerbandes herausgelöst werden.
In der Figur 4 ist ein beispielhafter Herstellungsprozess zur Herstellung der erfindungsgemäßen Fasermatte 1 dargestellt. Der gesammelte faserstoffhaltige Ausgangsstoff 13, umfassend Wellpappenabfälle und/oder Kartonabfälle und/oder Altpapier und/oder Papier- oder Kartonabfälle aus der Papierherstellung, wird für die Aufbereitungsanlage 14 bereitgestellt, wobei die Einzelfasern und/oder die Faserbündel wasserarm aufbereitet werden. Der Wasseranteil an der Gesamtmasse des Ausgangsstoffes ist dabei stets kleiner als 40%. Der faserstoffhaltige Ausgangsstoff 13 wird in der Aufbereitungsanlage 14 im Luftstrom zu Rohstoffware für den Formierungsschritt aufbereitet. Der faserstoffhaltige Ausgangsstoff 13 wird in einer Reinigungsstufe 21 von metallischen Gegenständen und grobem Schmutz gereinigt. Die Reinigungsstufe 12 umfasst einen Metalldetektor oder einen Schwerkraftsichter. Anschließend erfolgt eine Grobzerkleinerung des faserstoffhaltigen Ausgangsstoffes 13 auf eine Größe der Einzelstücke von kleiner oder gleich 60 mm mal 60 mm in einer Zerkleinerungsstufe 22, welche einen 2-Wellenshredder oder eine Schneidmühle umfassen kann. Anschließend kann optional eine weitere Reinigungsstufe 23 vorgesehen sein, in welcher mittels Schweroder Fliehkraftsichter, beispielsweise Windsichter oder Zyklon und Metallabscheidern Störstoffe entfernt werden. Nachfolgend erfolgt die Zerlegung des zerkleinerten Ausgangsstoffes in Einzelfasern und/oder Faserbündel in einer Zerfaserungsstufe 24 - ebenfalls im Luftstrom. Die so entstandene Rohstoffware wird zur Formierung der Einzelfasern und/oder Faserbündel einer Trockenformiervorrichtung 15 zugeführt. Dabei wird die Rohstoffware im Luftstrom über eine Verteileinrichtung mit Leitblechen oder Mischaggregaten auf die Oberfläche eines umlaufenden, luftdurchlässigen Siebes als Trägerelement gegeben. Zur Unterstützung der Formierung ist auf der der Oberfläche gegenüber liegenden Fläche ein Saugkasten zur Absaugung von Luft aus der Formierzone vorgesehen. Nach dem Formierungsschritt erfolgt die Verfestigung in einer Verfestigungsvorrichtung 16. Zur Verfestigung wird ein Bindemittel, in diesem Beispiel Stärke eingesetzt. Die Bindemittelzugabe 25 erfolgt in der Zerfaserungsstufe 24. Optional ist eine Bindemittelzugabe 25', 25" in die Zerkleinerungsstufe 22 oder in die Trockenformiervorrichtung 15 vorgesehen. In der Verfestigungsstufe 16 kann das Bindemittel durch Anwendung von Wärme aktiviert werden. Hierzu kann die Fasermatte bedampft, bestrahlt, beispielsweise mit Mikrowellen, oder mit heißen Flächen in Kontakt gebracht werden. Die Verfestigung kann auch durch Aufsprühen mit Wasser oder durch Pressen erfolgen. Für den Fall einer endlosen Herstellung der Fasermatte 1 wird diese in einer Aufrollung 17 aufgerollt und als Rollenware 18 zur weiteren Verarbeitung transportiert. Im Falle einer stückweisen Herstellung der Fasermatte 1 wird diese in diesem Beispiel einer Schneidvorrichtung 19 zugeführt. Dort wird die auf das aus der Fasermatte 1 herzustellende Produkt abgestimmte Kontur von der restlichen Fasermatte 1 ausgeschnitten und als Formatware versandt. In einer weiteren alternativen Ausgestaltung kann die mit einer räumlichen Struktur hergestellte Fasermatte 1 in einer Umformvorrichtung 7 zu einem Produkt 8 umgeformt werden.
Bezugszeichenliste
1 Fasermatte
2 Dicke
3 Wellpappenkarton
4 Wellenpapier
5 Deckenpapier
6 Deckenpapier
7 Umformvorrichtung
8 Produkt
9 Formatware
10 Verpackungsschachtel
1 1 Boden
12 Seitenwände
13 Ausgangsstoff
14 Aufbereitungsanlage
15 Trockenformiervorrichtung
16 Verfestigungsvorrichtung
17 Aufrollung
18 Rollenware
19 Schneidvorrichtung
20 Formatware
21 Reinigungsstufe
22 Zerkleinerungsstufe
23 Reinigungsstufe
24 Zerfaserungsstufe
25 Bindemittelzugabe
25' Bindemittelzugabe
25" Bindemittelzugabe
A Ausschnitt

Claims

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Faserstoffbahn in einer Papiermaschine Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer Fasermatte (1), die insbesondere zur Verwendung bei der Herstellung von Verpackungskarton oder faserstoffhaltigen
Konstruktionselementen geeignet ist, aus einem faserstoffhaltigen Ausgangsstoff umfassend folgende Schritte:
a. Bereitstellen des faserstoffhaltigen Ausgangsstoffes (13);
b. Wasserarme Aufbereitung des faserstoffhaltigen Ausgangsstoffes (13) im Luftstrom zu Rohstoffware umfassend Einzelfasern und/oder Faserbündel; c. Formieren der Einzelfasern und/oder Faserbündel durch ein
Trockenformierungsverfahren im Luftstrom zu einer Fasermatte (1) derart, dass durch die Fasermatte eine räumliche Struktur ausgebildet wird;
d. Verfestigen der formierten Fasermatte (1);
wobei das spezifische Volumen der Fasermatte (1) größer als 1,6 cm3/g, insbesondere größer als 2 cm3/g, vorzugsweise größer 3 cm3/g ist und wobei die Fasermattendicke > 1 mm, insbesondere > 1.5 mm, vorzugsweise > 2 mm beträgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
der faserstoffhaltige Ausgangsstoff zumindest teilweise Frischfasern, Bambus, Stroh, Bagasse oder Recyclingware umfasst.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Verfahren an Orten in trockenen, wasserarmen Gebieten der tropischen oder subtropischen Klimazonen oder in der Nähe, insbesondere vor Ort, von
Versandhäusern oder Verpackungsherstellern in industrialisierten
Regionen,durchgeführt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Schritte a) bis d) so ausgeführt werden, dass der Wasseranteil an der Gesamtmasse des Ausgangsstoffes und der Rohstoffware 40%, vorzugsweise 30%, insbesondere 20%> nicht übersteigt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Aufbereitungsschritt b.) mindestens einen Schritt aus der folgenden Gruppe umfasst: Zerkleinern des Ausgangsstoffes auf eine maximale Größe von 60 mm mal 60 mm; Befreien des Ausgangsstoffes von Störstoffen; Zerlegen des
Ausgangsstoffes in Einzelfasern und/oder Faserbündel in Hochkonsistenzrefinern und/oder in Querstromzerfaserern und/oder in Mühlen; Befreien der Einzelfasern und/oder Faserbündel von Störstoffen nach dem Zerlegeschritt;
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
im Formierungsschritt c.) die Einzelfasern und/oder Faserbündel im Luftstrom auf die Oberfläche eines Trägerelements aufgebracht werden, wobei das Trägerelement luftdurchlässig oder luftundurchlässig ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
das luftdurchlässige Trägerelement als umlaufendes oder stehendes Band oder als perforierte Walze oder als perforierte Platte ausgeführt ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet, dass.
die Oberfläche des Trägerelements komplementäre Strukturen zu der zu
erzeugenden räumlichen Struktur der Fasermatte aufweist.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Bindemittel zum Binden der Einzelfasern und /oder Faserbündel in mindestens einem der Schritte b.), c), d.) zugegeben wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Fasermatte (1) endlos hergestellt wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Fasermatte (1) stückweise hergestellt wird.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Fasermatte (1) mehrlagig hergestellt wird.
13. Verpackungskarton; insbesondere Lebensmittelverpackungskarton, der zumindest teilweise aus der nach dem Verfahren nach Anspruch 1 hergestellten Fasermatte (1) mit räumlicher Struktur besteht.
14. Verpackungsbehälter, insbesondere eine Lebensmittelverpackungsschachtel, die zumindest teilweise aus der nach dem Verfahren nach Anspruch 1 hergestellten Fasermatte mit räumlicher Struktur besteht.
15. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 zur Herstellung einer Fasermatte (1), die insbesondere zur Verwendung bei der Herstellung von Verpackungskarton oder faserstoffhaltigen Konstruktionselementen geeignet ist, aus einem faserstoffhaltigen Ausgangsstoff (13), mit einer Aufbereitungsanlage zur wasserarmen Aufbereitung des faserstoffhaltigen Ausgangsstoffes (13) im
Luftstrom zu einer Rohstoffware, welche Einzelfasern und/oder Faserbündel umfasst; und mit einer Trockenformiervorrichtung (15) zum Formieren der Einzelfasern und/oder Faserbündel im Luftstrom zu einer Fasermatte (1) derart, dass durch die Fasermatte eine räumliche Struktur ausgebildet wird, sowie mit einer Verfestigungsvorrichtung (16) zum Verfestigen der formierten Fasermatte (1); wobei das spezifische Volumen der Fasermatte (1) größer als 1,6 cm3/g, insbesondere größer als 2 cm3/g, vorzugsweise größer 3 cm3/g ist und wobei die Fasermattendicke > 1 mm, insbesondere > 1.5 mm, vorzugsweise > 2 mm beträgt.
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