WO2009080332A2 - Verfahren zur herstellung von papier, pappe oder dergleichen produkten sowie zugehöriges papier- oder pappeerzeugnis - Google Patents

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WO2009080332A2
WO2009080332A2 PCT/EP2008/010985 EP2008010985W WO2009080332A2 WO 2009080332 A2 WO2009080332 A2 WO 2009080332A2 EP 2008010985 W EP2008010985 W EP 2008010985W WO 2009080332 A2 WO2009080332 A2 WO 2009080332A2
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filler
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diameter
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Eric Emmert
Sebastian Peters
Nils Rickertsen
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S & B Industrial Minerals Gmbh
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    • D21H21/52—Additives of definite length or shape

Definitions

  • the invention relates to a process for the production of paper, paperboard or similar products, according to which a mixture or pulp of cellulose fibers, at least one retention agent, at least one mineral filler of filler fibers and a solvent, for. Water, is prepared and dried on a wire to produce a product web.
  • the ingredients which later constitute the product or product web in question are added as a dilute slurry to the mentioned sieve and filtered.
  • the slurry is usually the pulp, ie the pulp of paper or pulp dissolved in water.
  • retention aids are usually used.
  • Fillers according to the invention usually refer to those based on mineral, which are composed of filler fibers.
  • mineral fillers of filler fibers it is also possible to add fines such as kaolin, ie powdery or granular additives, to the paper or paperboard product.
  • fines such as kaolin, ie powdery or granular additives, to the paper or paperboard product.
  • filler now includes inventive Measured both the previously mentioned mineral fillers as filler fibers and powdered or granular fines.
  • the fillers usually have only a low affinity for the cellulosic fiber, which explains the described effect. This results in both ecological and economic damage, since the fillers can be mainly minerals for filling but also pigments.
  • retention agents in the neutral PH range favor the glue adhesion and fiber balling of the cellulose fibers. In this way, not only fillers, but also larger amounts of fine or residual fibers of cellulose fibers are retained, which represent a significant load factor for wastewater, especially in waste paper recycling with a high proportion of multi-shortened cellulose fibers.
  • the effectiveness of the retention agent is measured as a relative proportion of retained on the screen fiber, fillers and optionally fines against complete retention of these substances in the wastewater.
  • a high retention corresponds to a high percentage of remaining additives or fillers in the paper. From the above explanations, it is immediately apparent that high retention is generally desired in papermaking or paperboard production.
  • the use of mineral fillers in the manufacture of paper, paperboard or similar products has long been known. An example of this is described in WO 03/093578 A1.
  • the use of such mineral fillers is intended, on the one hand, to replace all or part of the expensive cellulose fibers and, on the other hand, to bring about a positive effect on the whiteness, the opacity, the smoothness or printability of the product web produced.
  • the opacity is a measure of the opacity or turbidity of substances and represents mathematically the reciprocal of the transmittance.
  • Opacity and transmittance describe the same material property. For example, a fully transmissive fabric has an opacity of 1, because the transmittance of a non-light-reinforcing material can be 1 or less.
  • An infinitely opaque, ie impermeable, substance has an opacity of 0.
  • mineral fillers serve, inter alia, to improve the opacity, ie turbidity, mostly in the sense of reducing the opacity and thus increasing the transmittance.
  • a condenser paper according to DE 18 17 334 A finally uses a mixture of cellulose fibers with mineral fibers.
  • the diameter of the mineral fibers corresponds to the diameter of the fibrils, which have arisen due to a grinding process of the cellulose fibers.
  • the invention is based on the technical problem of further developing such a method so that the mineral filler can be added in large quantities and without significant loss of strength, so that overall the production costs are reduced.
  • the filler fibers of the mineral filler and the cellulose fibers of the cellulose or of the cellulose base material are in their length and / or their respective diameter and / or in terms of country gen proceedingss (length / diameter) substantially agree or are adapted to each other.
  • the cellulose fibers and the filler fibers each have a maximum deviation of twenty times, in particular ten times, preferably five times, more preferably three times and expressly preferably two times, with respect to the matching property or several matching properties.
  • scanning tunnel recordings of the filler fibers can be carried out and a corresponding selection made by appropriate screening processes.
  • properties such as length, diameter and length ratio of the filler fibers and in this way the selection can be made.
  • this also applies to the cellulose fibers, although these are usually supplied and processed with specific properties.
  • the cellulose fiber in each case twice as long or three times as long as compared to the filler fibers. be formed or vice versa.
  • the respective fibers may alternatively or additionally have the adjusted aspect ratio within the specified ranges.
  • a silicate is used as the mineral filler and, in particular, an inosilicate is used here.
  • inosilicates each have SiO 2 tetrahedra linked together to form one-dimensional infinite chains.
  • chain-shaped structural features also explain the morphological properties of the inosilicates in question.
  • inosilicates or chain silicates usually show a prismatic stem-like to needle-like habit. In addition, they have good cleavability and can be separated fibrous parallel to the chain axes.
  • Most inosilicates are composed of one-dimensionally infinite chains or bands whose periodicity comprises two tetrahedral lengths.
  • the pseudohexagonal wollastonite has been found, which forms triples.
  • the cellulose fibers and the filler fibers are each formed as short fibers and have a length of less than 2 mm, in particular one which is located below 1 mm. It has proven useful if the filler fibers are equipped with an aspect ratio (length / diameter) of 3 to 50, in particular 3 to 30, preferably 6 to 20 and very particularly preferably 10 to 20. That is, the length of the respective filler fiber is three to fifty times its diameter.
  • the cellulose fibers are equipped with an aspect ratio of up to about 100 or more. In fact, aspect ratios up to 150 are observed. That is, the length of the cellulose fibers may be 150 times as large as their diameter.
  • the aspect ratios are adapted to one another within the scope of the previously described range.
  • the corresponding aspect ratio for the cellulosic fibers is at most three times, hence 150.
  • the reverse can also be used.
  • the invention recommends those made from natural fibers, for example short fibers such as eucalyptus fibers or birch fibers or long fibers such as spruce fibers etc.
  • the cellulose fibers regularly have a length of up to 1 mm and may be equipped with a diameter of up to 100 .mu.m, wherein the diameter of the cellulose fibers is preferably in the range between about 5 microns and 80 microns settled.
  • the filler fibers are usually also equipped with a length of up to 1 mm, preferably up to 0.5 mm. Their diameter is generally at most 100 microns and preferably in the range between 5 microns and 80 microns, in particular between 6 microns and 75 microns.
  • the filler of the filler fibers or inosilicate fibers and in particular wollastonite fibers has an extraordinary degree of whiteness, which can assume values between 70% and 95%. In particular, a whiteness between 75% and 92% is observed. As usual, the whiteness denotes the
  • Reflectivity of the product in question for white light Due to this fact can be completely or partially dispensed with the addition of color pigments such as titanium dioxide and the inventive mineral filler replaces the respective color pigments wholly or partly.
  • SC papers super-calandered
  • These are uncoated, woody papers, which are advantageously used for the production of magazines.
  • the invention also provides a paper or paperboard product as described in claim 9 and subsequently in claim 10.
  • the filler fibers of the mineral filler and the cellulose fibers of the cellulosic base material are adapted to each other.
  • the invention allows with respect to the matching property in each case a deviation of not more than twenty times, in particular ten times and preferably five times or even less.
  • the filler content in the products produced by the process according to the invention can be increased, wherein at the same time the observed in the prior art loss of strength does not occur or not so pronounced.
  • This is ensured by the adaptation of the fibers to one another.
  • the filler fibers easily integrate into the slurry and are able to replace the cellulosic fibers to a large extent. This can be attributed to the fact that the individual cellulose molecules are designed as chain-like macromolecules and have a similar morphology to the filler-added inosilicates.
  • the filler fibers are as it were integrated into the molecular bundles that form during the paper making, from which the fibrils are built up. That is, the filler fibers and the cellulose fibers form a coherent network, so that the strength against paper products with no or reduced proportion of the respective mineral fillers only insignificantly decreases or even remains the same.
  • the use of the filler or of the filler fibers advantageously increases the drying speed in papermaking, because the filler fibers are less hydrophilic than the cellulose fibers and consequently the water absorption is reduced compared to a conventional mixture.
  • the filler fibers increase the porosity of the product web thus produced, so that the application of paint is facilitated and the reprocessing is promoted.
  • the mineral filler used in the filler fibers or the inosilicate fibers generally has a high flash point. This is in the case of wollastonite well above 1000 ° C. This significantly increases the refractoriness of a so-equipped paper or paperboard product.
  • inosilicates in general and wollastonite in particular - as already mentioned - are less hydrophilic than cellulose fibers, so that not only the drying, but also the filtration rate can be increased in the production of the product web. As a result, energy can be saved during the drying process and the production speed can be increased. It has proven to be altogether good if the mineral filler or the filler fibers is added directly to the pulp or be taken into account as starting material in the production of the pulp.
  • the retention compared with previous paper or paperboard products with other mineral fillers is also improved.
  • the proportion of the mineral filler with the specially adapted filler fibers in the range of a few wt .-%, for example, 5 wt .-% to 20 wt .-%, preferably up to 10 wt .-% in the pulp.
  • additional fillers such as kaolin, will be used to fill in interstices between the fibers to soften and soften the product produced and give it a smooth surface.

Abstract

Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind ein Verfahren zur Herstellung von Papier, Pappe oder dergleichen Produkten und ein zugehöriges Papier- oder Pappeerzeugnis. Dabei wird eine Mischung bzw. Pulpe aus Zellulosefasern, wenigstens einem Retentionsmittel, zumindest einem mineralischen Füllstoff aus Füllstofffasern und einem Lösungsmittel, z. B. Wasser, hergestellt und auf einem Sieb getrocknet. Auf diese Weise wird eine Produktbahn erzeugt. Erfindungsgemäß werden die Zellulosefasern und die Füllstofffasern hinsichtlich wenigstens einer der Eigenschaften a) Länge, b) Durchmesser und c) Längenverhältnis (Länge/Durchmesser) aneinander angepasst.

Description

Verfahren zur Herstellung von Papier, Pappe oder dergleichen Produkten sowie zugehöriges Papier- oder Pappeerzeugnis
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Papier, Pappe oder dergleichen Produkten, wonach eine Mischung oder Aufschlämmung bzw. Pulpe aus Zellulosefasern, wenigstens einem Retentionsmittel, zumindest einem mineralischen Füllstoff aus Füllstofffasern und einem Lösungsmittel, z. B. Wasser, hergestellt und auf einem Sieb getrocknet wird, um eine Produktbahn zu erzeugen.
Bei der Herstellung von Papier, Pappe oder vergleichbaren Produkten werden die Bestandteile, die später das betreffende Produkt respektive die Produktbahn darstellen, als verdünnte Aufschlämmung auf das angesprochene Sieb gegeben und filtriert. Bei der Aufschlämmung handelt es sich regelmäßig um die Pulpe, also den in Wasser gelösten Papier- oder Faserbrei. Um den Vorgang der Filtration auf dem Sieb zu verbessern, werden üblicherweise Retentionsmittel eingesetzt.
Diese Retentionsmittel sorgen im Kern dafür, dass die Füllstoffe (und ggf. Feinstoffe) in der Aufschlämmung mit einer höheren Affinität zu den Zellulose- fasern ausgerüstet werden und so beim Entwässern der Abgang dieser Wertstoffe durch das Sieb verringert wird. Das heißt, durch die Retentionsmittel werden die Füllstoffe zurückgehalten (Retention von lateinisch "retentio" = zurückhalten), so dass diese nicht mit dem Prozesswasser verloren gehen. Dadurch können die Füllstoffe ihrer originären Funktion nachkommen, die Glätte, Farbe, Biegsamkeit usw. des hergestellten Papier- oder Pappeproduktes positiv beeinflussen zu können.
Dabei meint Füllstoffe erfindungsgemäß üblicherweise solche auf mineralischer Basis, die aus Füllstofffasern aufgebaut sind. Zusätzlich zu diesen mine- rauschen Füllstoffen aus Füllstofffasern können dem Papier oder Pappenprodukt aber auch Feinstoffe, wie beispielsweise Kaolin zugesetzt werden, also pulvrige oder körnige Zusätze. Der Begriff Füllstoff umfasst nun erfindungsge- maß sowohl die zuvor bereits angesprochenen mineralischen Füllstoffe als Füllstofffasern als auch pulverförmige oder körnige Feinstoffe.
Tatsächlich besitzen die Füllstoffe meistens nur eine geringe Affinität zur ZeIIu- losefaser, was den beschriebenen Effekt erklärt. Dadurch entsteht sowohl ein ökologischer als auch ökonomischer Schaden, da es sich bei den Füllstoffen hauptsächlich um Füllmineralien aber auch Pigmente handeln kann. Hinzu kommt, dass Retentionsmittel im neutralen PH-Bereich die Leimhaftung und die Faserknäuelbildung der Zellulosefasern begünstigen. Auf diese Weise werden nicht nur Füllstoffe, sondern auch größere Mengen an Fein- oder Restfasern der Zellulosefasern zurückgehalten, die insbesondere in der Altpapierverwertung mit einem hohen Anteil an mehrfach gekürzten Zellulosefasern einen wesentlichen Belastungsfaktor für das Abwasser darstellen.
Die Wirksamkeit des Retentionsmittels bemisst sich als relativer Anteil der auf dem Sieb zurückgehaltenen Faser-, Füll- und gegebenenfalls Feinstoffe gegenüber einem vollständigen Verbleib dieser Stoffe im Abwasser. Dabei entspricht eine hohe Retention einem hohen Prozentanteil verbleibender Zusatzstoffe bzw. Füllstoffe im Papier. Aufgrund der vorstehenden Erläuterungen ist un- mittelbar ersichtlich, dass allgemein bei der Papier- oder Pappeherstellung eine hohe Retention gewünscht wird.
Die Verwendung mineralischer Füllstoffe bei der Herstellung von Papier, Pappe oder dergleichen Produkten ist seit langem bekannt. Ein Beispiel hierfür be- schreibt die WO 03/093578 A1. Der Einsatz solcher mineralischer Füllstoffe soll zum einen die an sich teuren Zellulosefasern ganz oder teilweise ersetzen und zum anderen eine positive Wirkung auf den Weißgrad, die Opazität, die Glätte oder Bedruckbarkeit der hergestellten Produktbahn mit sich bringen. Die Opazität ist ein Maß für die Lichtundurchlässigkeit bzw. Trübung von Stoffen und stellt mathematisch den Kehrwert des Transmissionsgrades dar. Opazität und Transmissionsgrad beschreiben dieselbe Materialeigenschaft. So verfügt ein vollständig durchlässiger Stoff über eine Opazität von 1 , weil der Transmissionsgrad eines nicht lichtverstärkenden Materials maximal 1 sein kann. Ein unendlich opaker, das heißt undurchlässiger, Stoff besitzt dagegen eine Opazität von 0. Das Gleiche gilt für den Transmissionsgrad. Jedenfalls dienen mineralische Füllstoffe unter anderem dazu, die Opazität, das heißt Trübung zu verbessern, meistens im Sinne einer Verringerung der Opazität und damit Erhöhung des Transmissionsgrades.
Zwar werden in der Praxis heutzutage mineralische Füllstoffe mit einem Gewichtsanteil von mehreren 10 Gew.-% bei der Herstellung von Produktbahnen aus Papier, Pappe oder dergleichen eingesetzt. Diese massive Zugabe an mineralischen Füllstoffen bedingt jedoch, dass die Festigkeit der Produktbahn verringert wird, so dass sich die Qualität verschlechtert. Folglich sind der weiteren Zugabe von Füllstoffen Grenzen gesetzt. Hinzu kommt, dass die Füllstoffe in der Aufschlämmung auf dem Sieb zurückgehalten werden müssen, so dass bei gesteigertem Einsatz an mineralischen Füllstoffen auch der Bedarf an Retentionsmitteln steigt. Das erhöht die Kosten und wirkt sich ebenfalls negativ auf die Festigkeit des Papiers aus.
Im gattungsbildenen Stand der Technik nach der CN 1515739 A wird der Einsatz von modifizierten Mineralfasern aus Wollastonit als mineralischer Füllstoff beschrieben. Zwar werden die Eigenschaften des betreffenden Füllstoffes im Detail angegeben, allerdings fehlen Angaben zum zugehörigen Papier- bzw. Zellulosegrundstoff.
Im Rahmen der DE 40 07 060 A1 wird ein Einflächengebilde angesprochen, welches bei Beflammung expandiert und aus zur Papierbildung befähigtem Fasermaterial und Anteilen von 1 bis ca. 98 Gew.-% Blähgraphit bezogen auf das Gesamtgewicht des Flächengebildes besteht. In diesem Zusammenhang kommt auch eine Mischung aus Zellulosefasern und anorganischen Fasern zum Einsatz. Dabei werden als anorganische Fasern auch Silikatfasern eingesetzt.
Ein Kondensatorpapier entsprechend der DE 18 17 334 A greift schlussendlich auf eine Mischung von Zellulosefasern mit Mineralfasern zurück. Dabei entspricht der Durchmesser der Mineralfasern dem Durchmesser der Fibrillen, welche aufgrund eines Mahlprozesses der Zellulosefasern entstanden sind.
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein derartiges Verfahren so weiter zu entwickeln, dass der mineralische Füllstoff in großen Mengen und ohne signifikanten Festigkeitsverlust zugegeben werden kann, so dass insgesamt die Herstellungskosten verringert werden.
Zur Lösung dieser technischen Problemstellung ist bei einem gattungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Papier, Pappe oder dergleichen Produkten vorgesehen, dass die Zellulosefasern und die Füllstofffasern hinsichtlich wenigstens einer der Eigenschaften
a) Länge,
b) Durchmesser und
c) Längenverhältnis (Länge/Durchmesser)
aneinander angepasst werden.
Im Rahmen der Erfindung kommt es also darauf an, die Füllstofffasern des mineralischen Füllstoffes und die Zellulosefasern der Zellulose bzw. des Zellulosegrundstoffes von ihren Dimensionen her aneinander anzupassen. Das heißt, die betreffenden Zellulosefasern und Füllstofffasern stimmen in ihrer Länge und/oder ihrem jeweiligen Durchmesser und/oder hinsichtlich des Län- genverhältnisses (Länge/Durchmesser) im Wesentlichen überein oder sind aneinander angepasst. In diesem Zusammenhang hat es sich bewährt, wenn die Zellulosefasern und die Füllstofffasern hinsichtlich der übereinstimmenden Eigenschaft oder der mehreren übereinstimmenden Eigenschaften jeweils eine Abweichung von maximal dem Zwanzigfachen, insbesondere dem Zehnfachen, vorzugsweise dem Fünffachen, besonders bevorzugt dem Dreifachen und ausdrücklich bevorzugt dem Zweifachen aufweisen.
Das gilt zumindest für mehr als 50 Gew.-% der Zellulosefasern und der Füll- stofffasern, insbesondere sogar für mehr als 60 Gew.-% der Zellulosefasern und Füllstofffasern. Das heißt, mehr als 50 Gew.-% bzw. mehr als 60 Gew.-% stimmen in den angegebenen Grenzen hinsichtlich der einen oder der mehreren Eigenschaften überein. Dabei haben sich üblicherweise Abweichungen von maximal dem Zehnfachen oder insbesondere maximal dem Fünffachen als günstig erwiesen. Das heißt, die Füllstofffasern können im Beispielfall fünf oder maximal zehn mal so lang wie die Zellulosefasern ausgebildet sein und umgekehrt. Das gilt dann für wenigstens 50 Gew.-%, üblicherweise sogar mehr als 60 Gew.-% der Zellulosefasern und Füllstofffasem. Um diese Anpassung vornehmen zu können, werden in der Regel die Füllstoff- fasern an die Zellulosefasern meistens bekannter Eigenschaften angepasst. Dazu können Rastertunnelaufnahmen der Füllstofffasern durchgeführt und eine entsprechende Auswahl durch entsprechende Sichtungsprozesse vorgenommen werden. Im Rahmen solcher Rastertunnelmikroskopieaufnahmen lassen sich unschwer Eigenschaften wie Länge, Durchmesser und Längen- Verhältnis der Füllstofffasern feststellen und kann auf diese Weise die Auswahl vorgenommen werden. Das gilt grundsätzlich natürlich auch für die Zellulosefasern, wenngleich diese meistens mit spezifischen Eigenschaften angeliefert und verarbeitet werden.
Im Rahmen der Erfindung kann also bevorzugt die Zellulosefaser jeweils doppelt so lang oder dreifach so lang im Vergleich zu den Füllstofffasem aus- gebildet sein oder umgekehrt. Das Gleiche gilt für den Durchmesser, welcher bei den Füllstofffasern beispielsweise dreimal so groß sein kann im Vergleich zu den Zellulosefasern, falls es sich bei dem Durchmesser um die übereinstimmende Eigenschaft handelt. Das ist natürlich nicht zwingend. Schluss- endlich mögen die jeweiligen Fasern alternativ oder zusätzlich über das aneinander angepasste Längenverhältnis im Rahmen der angegebenen Bereiche verfügen.
Es hat sich bewährt, wenn als mineralischer Füllstoff ein Silikat und hier ins- besondere ein Inosilikat eingesetzt wird. Tatsächlich verfügen solche Inosilikate über jeweils SiO^ Tetraeder, die zu eindimensionalen unendlichen Ketten miteinander verknüpft sind. Aufgrund dieser kettenförmigen Strukturmerkmale erklären sich auch die morphologischen Eigenschaften der betreffenden Inosilikate. Denn solche Inosilikate bzw. Kettensilikate zeigen in der Regel einen prismatisch stengeligen bis nadeligen Habitus. Außerdem verfügen sie über eine gute Spaltbarkeit und lassen sich parallel zu den Kettenachsen faserig absondern. Die meisten Inosilikate bauen sich aus eindimensional unendlichen Ketten oder Bändern auf, deren Periodizität zwei Tetraederlängen umfasst. Als besonders bevorzugter Füllstoff hat sich in diesem Zusammenhang das pseudohexagonale Wollastonit erwiesen, welches Dreierketten bildet.
Im Allgemeinen sind die Zellulosefasern und die Füllstofffasern jeweils als Kurzfasern ausgebildet und verfügen über eine Länge von weniger als 2 mm, insbesondere eine solche, die unterhalb von 1 mm angesiedelt ist. Es hat sich bewährt, wenn die Füllstofffasern mit einem Längenverhältnis (Länge/Durchmesser) von 3 bis 50, insbesondere 3 bis 30, vorzugsweise 6 bis 20 und ganz besonders bevorzugt 10 bis 20 ausgerüstet sind. Das heißt, die Länge der betreffenden Füllstofffaser beträgt das drei- bis fünfzigfache ihres Durchmessers. Die Zellulosefasern sind mit einem Längenverhältnis bis zu ca. 100 oder noch mehr ausgerüstet. Tatsächlich werden Längenverhältnisse bis zu 150 beobachtet. Das heißt, die Länge der Zellulosefasern bzw. Zellstofffasern mag 150 Mal so groß wie ihr Durchmesser sein. Dadurch wird in jedem Fall gewähr- leistet, dass die Längenverhältnisse im Rahmen des zuvor beschriebenen Bereiches aneinander angepasst sind. Denn nimmt man beispielsweise das maximale Längenverhältnis für die Füllstofffasern von 50 an, so beträgt das korrespondierende Längenverhältnis für die Zellulosefasern maximal das Dreifache, folglich 150. Selbstverständlich kann auch umgekehrt vorgegangen werden.
Als Zellulosefasern empfiehlt die Erfindung solche aus natürlichen Fasern, beispielsweise Kurzfasern wie Eukalyptusfasern oder beispielsweise Birkenfasern oder auch Langfasem wie Fichtenfasern etc.. Die Zellulosefasern verfügen regelmäßig über eine Länge bis zu 1 mm und mögen mit einem Durchmesser von bis zu 100 μm ausgerüstet sein, wobei der Durchmesser der Zellulosefasern bevorzugt im Bereich zwischen ca. 5 μm und 80 μm angesiedelt ist.
Für die Füllstofffasern gilt ähnliches. Diese sind in der Regel mit einer Länge von ebenfalls bis zu 1 mm, bevorzugt bis zu 0,5 mm ausgerüstet. Ihr Durchmesser liegt im Allgemeinen bei maximal 100 μm und vorzugsweise im Bereich zwischen 5 μm und 80 μm, insbesondere zwischen 6 μm und 75 μm.
Der Füllstoff aus den Füllstofffasern bzw. Inosilikatfasern und hier insbesondere Wollastonitfasern verfügt über einen außerordentlichen Weißgrad, der Werte zwischen 70 % und 95 % annehmen kann. Insbesondere wird ein Weißgrad zwischen 75 % und 92 % beobachtet. Wie üblich bezeichnet der Weißgrad die
Reflexionsfähigkeit des betreffenden Produktes für weißes Licht. Aufgrund dieser Tatsache kann ganz oder teilweise auf den Zusatz von Farbpigmenten wie beispielsweise Titandioxid verzichtet werden und der erfindungsgemäße mineralische Füllstoff ersetzt die betreffenden Farbpigmente ganz oder teilweise.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich besonders bevorzugt so genannte SC-Papiere (super-calandered) herstellen. Hierbei handelt es sich um ungestrichene, holzartige Papiere, die vorteilhaft für die Herstellung von Magazinen eingesetzt werden. Gegenstand der Erfindung ist auch ein Papieroder Pappeerzeugnis, wie es im Anspruch 9 und daran anschließend im Anspruch 10 beschrieben wird.
Im Ergebnis werden ein Verfahren und ein Papier- oder Pappeerzeugnis beschrieben, bei welchem die Füllstofffasern des mineralischen Füllstoffes und die Zellulosefasern des Zellulosegrundstoffes aneinander angepasst sind. Das gilt im Hinblick auf die jeweilige Länge der Fasern und/oder deren Durchmesser und/oder mit Rücksicht auf ihr Längenverhältnis. Dabei lässt die Erfindung mit Bezug auf die übereinstimmende Eigenschaft jeweils eine Abweichung von maximal dem Zwangzigfachen, insbesondere dem Zehnfachen und bevorzugt dem Fünffachen oder noch weniger zu.
Auf diese Weise kann grundsätzlich der Füllstoffgehalt in den nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Produkten erhöht werden, wobei zugleich die beim Stand der Technik beobachteten Festigkeitseinbußen nicht oder nicht so ausgeprägt auftreten. Hierfür sorgt die Anpassung der Fasern aneinander. Tatsächlich fügen sich die Füllstofffasern unschwer in die Aufschläm- mung ein und sind in der Lage, die Zellulosefasern zu einem großen Anteil zu ersetzen. Das lässt sich darauf zurückführen, dass die einzelnen Zellulosemoleküle als kettenförmige Makromoleküle ausgeführt sind und über eine ähnliche Morphologie wie die als Füllstoff zugesetzten Inosilikate verfügen. Durch die gegenseitige Anpassung der Fasern aneinander werden die Füllstofffasern in die sich bei der Papierherstellung bildenden Molekülbündel, aus denen sich die Fibrillen aufbauen, gleichsam integriert. Das heißt, die Füllstofffasern und die Zellulosefasern bilden ein zusammenhängendes Netzwerk, so dass die Festigkeit gegenüber Papierprodukten ohne oder mit verringertem Anteil an dem betreffenden mineralischen Füllstoffen nur unwesentlich abnimmt oder sogar gleich bleibt. Dabei erhöht der Einsatz des Füllstoffes bzw. der Füllstofffasern vorteilhaft die Trocknungsgeschwindigkeit bei der Papierherstellung, weil die Füllstofffasern weniger hydrophil als die Zellulosefasern ausgebildet sind und folglich die Wasseraufnahme gegenüber einer herkömmlichen Mischung reduziert ist.
Zugleich erhöhen die Füllstofffasern die Porosität der solchermaßen hergestellten Produktbahn, so dass sich der Farbauftrag erleichtert und die Wiederaufbereitung begünstigt wird. Hinzu kommt, dass der eingesetzte mineralische Füllstoff aus den Füllstofffasern respektive den Inosilikatfasern in der Regel über einen hohen Flammpunkt verfügt. Dieser liegt im Falle von Wollastonit deutlich über 1000° C. Hierdurch wird die Feuerfestigkeit eines solchermaßen ausgerüsteten Papier- oder Pappeproduktes deutlich erhöht.
Des Weiteren ist vorteilhaft, dass Inosilikate im Allgemeinen und Wollastonit im Speziellen - wie bereits angeführt - weniger hydrophil als Zellulosefasern sind, so dass nicht nur die Trocknungs-, sondern auch die Filtriergeschwindigkeit bei der Herstellung der Produktbahn erhöht werden kann. Dadurch lässt sich zugleich Energie beim Trocknungsvorgang einsparen und kann die Produktionsgeschwindigkeit erhöht werden. Dabei hat es sich insgesamt bewährt, wenn der mineralische Füllstoff bzw. die Füllstofffasern unmittelbar der Pulpe hinzugefügt wird bzw. bei der Herstellung der Pulpe als Ausgangsstoff Berücksichtigung finden.
In Folge der stab- oder nadeiförmigen Faserform der Inosilikatfasern wird zudem die Retention gegenüber bisherigen Papier- oder Pappeprodukten mit anderen mineralischen Füllstoffen verbessert. Denn die Füllstofffasern und Zellulosefasern verbinden sich unschwer miteinander. Dabei kann der Anteil des mineralischen Füllstoffes mit den speziell angepassten Füllstofffasern im Bereich von einigen Gew.-%, beispielsweise 5 Gew.-% bis 20 Gew.-%, vorzugsweise bis 10 Gew.-% in der Pulpe betragen. Meistens wird man noch zusätzliche Füllstoffe, wie beispielsweise Kaolin einsetzen, um zwischen den Fasern verbleibende Zwischenräume auszufüllen und so das hergestellte Produkt weicher und geschmeidiger zu machen und ihm eine glatte Oberfläche zu verleihen.
Beispiel 1:
Zu einer Pulpe aus 60 Gew.-% Birkensulfat und 20 Gew.-% Fichtensulfat werden ca. 0,2 Gew.-% Retentionsmittel und nahezu 20 Gew.-% (genau genommen 19,8 Gew.-%) Wollastonit mit einem Durchmesser von ca. 20 μm und unterschiedlichen Längen sowie einem Längenverhältnis (Länge L/Durchmesser D) von 6 bis 20 zugegeben.
Dabei werden folgende Ergebnisse beobachtet:
Figure imgf000011_0001
Die Bruchkraft ist dabei jeweils in Maschinenrichtung ermittelt worden. Beispiel 2:
Zu einer Pulpe aus Holzschliff wird ein grob vermahlener Wollastonit mit Faserlängen bis zu 0,5 mm und mit einem Längenverhältnis (L/D) von 10 bis 20 zugegeben, und zwar in unterschiedlichen Anteilen. Tatsächlich beträgt der Anteil des Wollastonites 0,0 Gew.-%, 1 ,8 Gew.-%, 5,0 Gew.-% und 8,3 Gew.-% in der nachfolgenden Tabelle. Dementsprechend nimmt der Anteil des Holzschliffes 100 Gew.-%, 98,2 Gew.-%, 95,0 Gew.-% und 91 ,7 Gew.-% in der Pulpe ein. Folgende Eigenschaften werden beobachtet:
Wollastonit Bruchkraft
Anteil
(%)
MR* QR
F (N) % F (N) %
0.0 136.4 0.0 67 .6 0. 0
1.8 140.1 2.7 72 .0 6. 6
5.0 140.8 3.2 73 .9 9. 3
8.3 139.9 2.6 67. 4 -0 .2
*MR = Maschinenrichtung, *QR = Querrichtung

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung von Papier, Pappe oder dergleichen Produkten, wonach eine Mischung aus Zellulosefasern, wenigstens einem Retentionsmittel, zumindest einem mineralischen Füllstoff aus Füllstofffasern und einem Lösungsmittel, z. B. Wasser, hergestellt und auf einem Sieb getrocknet wird, um eine Produktbahn zu erzeugen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Zellulosefasern und die Füllstofffasern hinsichtlich wenigstens einer der Eigenschaften
a) Länge,
b) Durchmesser und
c) Längenverhältnis (Länge/Durchmesser)
aneinander angepasst werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Zellulose- fasern und die Füllstofffasern hinsichtlich der übereinstimmenden Eigenschaften) eine Abweichung von maximal dem Zwanzigfachen, insbesondere dem Zehnfachen, vorzugsweise dem Fünffachen, ganz besonders bevorzugt dem Dreifachen und speziell bevorzugt dem Zweifachen, aufweisen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als mineralischer Füllstoff ein Silikat, insbesondere ein Inosilikat, vorzugsweise Wollastonit, eingesetzt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellulosefasern und die Füllstofffasern als Kurzfasern mit einer Länge von weniger als 2 mm, insbesondere unterhalb von 1 mm, ausgebildet sind.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Füllstofffasern mit einem Längenverhältnis (L/D) von 3 bis 50, insbesondere 6 bis 20 und vorzugsweise 10 bis 20 eingesetzt werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllstofffasern mit einem Durchmesser bis zu 100 μm, insbesondere 6 μm bis 75 μm, und einer Länge bis zu 1 mm, insbesondere bis 500 μm, ausgebildet sind.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff einen Weißgrad von 70 % bis 95 %, insbesondere 75 % bis 92 %, aufweist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung bis max. 40 Gew.-%, vorzugsweise bis max. 20 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt bis max. 10 Gew.-% an Füllstoff enthält.
9. Papier- oder Pappeerzeugnis, insbesondere hergestellt nach dem Verfahren entsprechend den Ansprüchen 1 bis 8, enthaltend Zellulosefasern, wenigstens ein Retentionsmittel und zumindest einen mineralischen Füllstoff aus Füllstofffasern, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellulosefasern und die Füllstofffasern hinsichtlich wenigstens einer der Eigenschaften
a) Länge,
b) Durchmesser, und
c) Längenverhältnis (Länge/Durchmesser)
aneinander angepasst sind.
10. Papier- oder Pappeerzeugnis nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Opazität mehr als 70 %, insbesondere mehr als 80 % und vorzugsweise sogar mehr als 90 % beträgt.
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