WO2013079378A2 - Method for producing filler-containing paper using biodegradable polyester fibers and/or polyalkylene carbonate fibers - Google Patents

Method for producing filler-containing paper using biodegradable polyester fibers and/or polyalkylene carbonate fibers Download PDF

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WO2013079378A2
WO2013079378A2 PCT/EP2012/073218 EP2012073218W WO2013079378A2 WO 2013079378 A2 WO2013079378 A2 WO 2013079378A2 EP 2012073218 W EP2012073218 W EP 2012073218W WO 2013079378 A2 WO2013079378 A2 WO 2013079378A2
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paper
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biodegradable polyester
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Rainer Blum
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Basf Se
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    • D21H13/10Organic non-cellulose fibres
    • D21H13/20Organic non-cellulose fibres from macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
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    • D21H21/00Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its function, form or properties; Paper-impregnating or coating material, characterised by its function, form or properties
    • D21H21/50Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its function, form or properties; Paper-impregnating or coating material, characterised by its function, form or properties characterised by form
    • D21H21/52Additives of definite length or shape

Definitions

  • the present invention relates to a process for the production of filler-containing paper, cardboard and paperboard by adding biodegradable polyester fibers and / or polyalkylene carbonate fibers to a paper stock and dewatering the paper stock to form sheets and dry them.
  • PCT / EP 2010/066079 teaches a method of sizing paper using biodegradable polymers as the polymeric sizing agent. These are useful both as a bulk and as a surface sizing agent.
  • WO 2006/120700 teaches a method of producing high strength paper by applying a polymeric film to the wet paper sheet. The polymer also biodegradable polyesters such as Ecoflex ® are called.
  • WO 201 1/073265 and WO 2008/140384 teach a process for producing filter media in which polylactic acid fiber and polyester fibers are mixed and processed into filters in a carding process. Filter papers contain no fillers.
  • DE 19931402 teaches filter materials of cellulose acetate fibers which have been modified with biodegradable, softening substances such as polyesteramides.
  • the cellulose acetate fibers are for this purpose mixed with the softening substance.
  • the filter papers are produced by applying to a layer of natural fibers the fibers thus blended are applied.
  • the modified cellulose acetate fibers described herein are not biodegradable according to EN 13432 standard.
  • the present invention was based on a process for the production of filler-containing paper, cardboard and paperboard as an object that allows a weight reduction of the paper, cardboard or cardboard with the same properties, in particular the same strength. Furthermore, it should lead to good strength at the same or improved efficiency of the paper machine with high filler content of the paper products.
  • the present invention does not include filter papers. Under filter paper, the expert understands filler-free papers. These have sufficiently large pores that allow separation of the suspended particles from the liquid.
  • Polyester fibers and / or polyalkylene carbonate fibers are to be understood below as structures whose length (longest extent) is many times greater than their diameter.
  • the ratio of length to diameter is according to the definition of fiber> 5, preferably> 100 in particular ⁇ 2000
  • the diameter of the fibers is usually 3 to 100 ⁇ . Due to the small diameter, it is common to define fibers also by the fiber weight. Preference is given to using fibers having a fiber weight of from 0.1 to 100 dtex, in particular from 1 to 20 dtex (10 ⁇ to 45 ⁇ ). This is understood to mean the weight of the fiber in grams at 10 km fiber length.
  • the fibers are preferably used in lengths of 0.5 to 20 mm, preferably 1 to 10 mm.
  • Fiber having a length in the preferred range of 0.5 to 20 mm has the added advantage that it is particularly well suited for sheet formation. If biodegradable polyester fibers and / or polyalkylene carbonate fibers are mentioned below, biodegradable polyester fibers and / or biodegradable polyalkylene carbonate fibers are to be understood by them. Under pulp, hereinafter a mixture of water and pulp is understood, which contains depending on the stage in manufacturing process of the paper, the cardboard or the cardboard in addition filler and optionally paper auxiliaries.
  • the dry content of the paper is understood as meaning the solids content of paper, board and pulp with the heat-barrier method as determined in accordance with DIN EN ISO 638 DE.
  • pigment is used synonymously with the term filler, since in the production of paper the pigments are used as fillers. Under filler is, as usual in papermaking, inorganic pigment to understand.
  • biodegradable in the context of the present invention is then fulfilled for a substance or a substance mixture if this substance or the substance mixture according to DIN EN 13432, Chapter A.2 a percentage degree of biodegradation of at least 90% of a suitable Reference substance (eg, microcrystalline cellulose) has.
  • a suitable Reference substance eg, microcrystalline cellulose
  • biodegradability results in the polymers and polymer mixtures (hereinafter also abbreviated to polymer (mixtures)) decomposing in a reasonable and detectable time.
  • Degradation can be effected enzymatically, hydrolytically, oxidatively and / or by the action of electromagnetic radiation, for example UV radiation, and mostly for the most part be effected by the action of microorganisms such as bacteria, yeasts, fungi and algae.
  • the biodegradability can be quantified, for example, by mixing polymer (mixtures) with compost and storing them for a specific time.
  • C02-free air is allowed to flow through matured compost during composting and this treated compost is subjected to a defined temperature program.
  • the aerobic biodegradability is determined by the ratio of the net CO 2 release of the sample (after deduction of CO 2 release by the compost without sample) to the maximum CO 2 release of the sample (calculated from the carbon content of the sample) as a percentage of biological Definition defined.
  • Biodegradable polymers (mixtures) usually show signs of degradation after just a few days of composting, such as fungal growth, cracking and hole formation. Other methods of determining biodegradability are described, for example, in ASTM D 5338 and ASTM D 6400-4.
  • Biodegradable polymers are already known to the person skilled in the art and are described, inter alia, in U-IImann 's Encyclopedia of Industrial Chemistry (online version 2009), Polymers, Biodegradable, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KG, Weinheim, 2009, pages 131 disclosed.
  • biodegradable polyester polymer in the context of the present invention includes biodegradable, aliphatic-aromatic polyesters as described in WO 2010/034712.
  • Biodegradable polyester fibers are preferably aliphatic polyesters or aliphatic-aromatic (partially aromatic) polyesters based on aliphatic and aromatic dicarboxylic acids and aliphatic dihydroxy compounds.
  • the fiber materials used according to the invention are preferably polyalkylene carbonates and aliphatic or aliphatic-aromatic (partly aromatic) polyesters based on aliphatic and aromatic dicarboxylic acids and aliphatic dihydroxy compounds. These polymers can be present individually or in their mixtures.
  • the biodegradable polyester polymer and / or polyalkylene carbonate polymer is water-insoluble.
  • all polyesters based on aliphatic and aromatic dicarboxylic acids and aliphatic dihydroxy compound so-called partially aromatic polyesters or aliphatic polyesters of aliphatic dicarboxylic acids and aliphatic diols or of aliphatic hydroxycarboxylic acids are suitable for the preparation of the biodegradable polyester mixtures.
  • Common to these polyesters is that they are biodegradable according to DIN EN 13432. Of course, mixtures of several such polyesters are suitable.
  • At least one aliphatic-aromatic polyester polymer is used.
  • Aliphatic-aromatic polyesters are polyesters based on aliphatic and aromatic dicarboxylic acids and aliphatic dihydroxy compound, known as partially aromatic polyesters.
  • polyester derivatives are to be understood here as well, such as polyether esters, polyester amides or polyetheresteramides and polyesterurethanes (see EP Note No. 10171237.0).
  • Suitable partially aromatic polyesters include linear non-chain extended polyesters (WO 92/09654). Preferred are chain-extended and / or branched partially aromatic polyesters. The latter are known from WO 96/15173 to 15176, 21689 to 21692, 25446, 25448 or WO 98/12242, to which reference is expressly made.
  • Particularly preferred partially aromatic polyesters include polyesters as essential components
  • C) at least one component selected from c1) a compound having at least three groups capable of ester formation, c2) a di- or polyisocyanate, c3) a di- or polyepoxide.
  • Suitable aliphatic dicarboxylic acids and their ester-forming derivatives (a1) are generally those having 2 to 18 carbon atoms, preferably 4 to 10 carbon atoms, into consideration. They can be both linear and branched. In principle, however, it is also possible to use dicarboxylic acids having a larger number of carbon atoms, for example having up to 30 carbon atoms.
  • Examples include: oxalic acid, malonic acid, succinic acid, 2-methylsuccinic acid, glutaric acid, 2-methylglutaric acid, 3-methylglutaric acid, o
  • the dicarboxylic acids or their ester-forming derivatives may be used singly or as a mixture of two or more thereof. Succinic acid, adipic acid, azelaic acid, sebacic acid, brassylic acid or their respective ester-forming derivatives or mixtures thereof are preferably used.
  • Succinic acid, adipic acid or sebacic acid or their respective ester-forming derivatives or mixtures thereof are particularly preferably used.
  • Succinic acid, azelaic acid, sebacic acid and brassylic acid also have the advantage that they are accessible from renewable raw materials.
  • PBBrasT polybutylene adipate terephthalate
  • PBSeT polybutylene sebacate terephthalate
  • PBST polybutylene succinate terephthalate
  • aromatic dicarboxylic acids or their ester-forming derivatives (a2) may be used singly or as a mixture of two or more thereof.
  • the diols (B) are selected from branched or linear alkanediols of 2 to 12 carbon atoms, preferably 4 to 6 carbon atoms, or cycloalkanediols of 5 to 10 carbon atoms.
  • alkanediols examples include ethylene glycol, 1, 2-propanediol, 1, 3-propanediol, 1, 2-butanediol, 1, 4-butanediol, 1, 5-pentanediol, 2,4-dimethyl-2-ethylhexane-1, 3 diol, 2,2-dimethyl-1,3-propanediol, 2-ethyl-2-butyl-1,3-propanediol, 2-ethyl-2-isobutyl-1,3-propanediol, 2,2,4-trimethyl- 1, 6-hexanediol, in particular ethylene glycol, 1, 3-propanediol, 1, 4-butanediol and 2,2-dimethyl-1, 3-propanediol (neopentyl glycol); Cyclopentanediol, 1,4-cyclohexanediol, 1,2-cyclohexan
  • 1,4-butanediol in particular in combination with adipic acid as component a1) and 1,3-propanediol, in particular in combination with sebacic acid as component a1).
  • 1, 3 propandiol also has the advantage that it is available as a renewable resource. It is also possible to use mixtures of different alkanediols.
  • the preferred partially aromatic polyesters are characterized by a molecular weight (Mn) in the range from 1000 to 100,000, in particular in the range from 9,000 to 75,000 g / mol, preferably in the range from 10,000 to 50,000 g / mol and a melting point in the range from 60 to 170, preferably in the range of 80 to 150 ° C.
  • Mn molecular weight
  • Polyesters of aliphatic dicarboxylic acids and aliphatic diols include polyesters of aliphatic diols and aliphatic dicarboxylic acids such as polybutylene succinate (PBS), polybutylene adipate (PBA), polyethylene adipate (PEA), polybutylene sucocyanate adipate (PBSA), polybutylene succinate sebacate (PBSSe), polybutylene sebacate (PBSe) Polybutylene succinate adipate (PBSA), polybutylene succinate sebacate (PBSSe) and polybutylene sebacate (PBSe) are preferred aliphatic polyesters marketed by Mitsubishi under the name GSPIa. Recent developments are described in WO2010 / 034711.
  • the biodegradable polyesters may contain, in addition to or in place of the aforementioned aliphatic and aliphatic / aromatic polyesters, other polyesters such as polylactic acid, polybutylene succinates, polybutylene succinate-co-adipates, polyhydroxyalkanoates, polyesteramides, polyalkylene carbonate, polycaprolactone. Polyesters based on aliphatic hydroxycarboxylic acids, in particular polylactic acid and polycaprolactone and polyhydroxyalkanoates are mentioned.
  • Preferred components in the polymer mixtures or as pure components are polylactic acid (PLA), polybutylene succinates, polybutylene succinate-co-adipates and polyhydroxyalkanoates, and in particular polyhydroxybutyrate (PHB) and polyhydroxybutyrate co-hydroxyvalerate (PHBV) and polyhydroxybutyrate-co-hydroxyhexanoate (PHBH
  • PVA polylactic acid
  • PBS polybutylene succinates
  • PHBV polyhydroxybutyrate co-hydroxyvalerate
  • PHBH polyhydroxybutyrate-co-hydroxyhexanoate
  • an aliphatic polyester is used in admixture with polylactic acid. Preference is given to a mixture consisting of:
  • PBAT polybutylene adipate terephthalate
  • PBSeT polybutylene sebacate terephthalate
  • PBS polybutylene succinate
  • PBSA polybutylene succinate dibasite
  • PBSSe polybutylene succinate sebacate
  • polylactic acid 50 to 95 wt .-% polylactic acid used.
  • polybutylene adipate terephthalate is used in admixture with polylactic acid.
  • PBS polybutylene succinate
  • Polylactic acid with the following property profile is preferably used.
  • melt volume rate (MVR at 190 ° C and 2.16 kg according to ISO 1 133 of 0.5 - preferably 2 - 30 especially 20 ml / 10 minutes
  • Tg glass transition point
  • Preferred polylactic acids are, for example, NatureWorks® 6201 D, 6202 D, 6251 D, 3051 D and in particular 3251 D, 4032 D, 4043 D or 4044 D (polylactic acid from NatureWorks).
  • Biodegradable polyhydroxyalkanoates are understood as meaning primarily poly-4-hydroxybutyrates and poly-3-hydroxybutyrates, and also include copolyesters of the abovementioned hydroxybutyrates with 3-hydroxyvalerates (P (3HB) -co-P (3HV)) or 3-hydroxyhexanoate.
  • P (3HB) -co-P (3HV) 3-hydroxyvalerates
  • Poly-3-hydroxybutyrate-co-4-hydroxybutyrate (P (3HB) -co-P (4HB)) are known in particular from Metabolix.
  • Poly-3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyhexanoates (P (3HB) -co-P (3HH)) are known from the company P & G or Kaneka. Poly-3-hydroxybutyrates are sold, for example, by PHB Industrial under the brand name Biocycle® and by Tianan under the name Enmat®.
  • the polyhydroxyalkanoates generally have a molecular weight M w of from 100,000 to 1,000,000, and preferably from 300,000 to 600,000.
  • Polycaprolactone is marketed for example by the company. Daicel under the product names PLAC cel ®.
  • polyester mixtures of partially aromatic polyesters and polylactic acid or polyhydroxyalkanoates are described in EP 1656 423, EP 1838784, WO 2005/063886, WO 2006/057353, WO 2006/057354, WO 2010/034710 and WO 2010/034712.
  • biodegradable polyalkylene carbonates are primarily polyethylene encarbonate (see EP-A 1264860), obtainable by copolymerization of ethylene oxide and carbon dioxide and in particular polypropylene carbonate (see, for example, WO
  • the polyalkylene carbonate chain may contain both ether and carbonate groups.
  • the proportion of carbonate groups in the polymer depends on the reaction conditions. conditions, in particular the catalyst used. In the preferred polyalkylene carbonates, more than 85 and preferably more than 90% of all linkages are cabonate groups. Suitable zinc and cobalt catalysts are described in US 4789727 and US 7304172.
  • Polypropylene carbonate can also be prepared analogously to Soga et al., Polymer Journal, 1981, 13, 407-10. The polymer is also commercially available and is marketed, for example, by Empower Materials Inc. or Aldrich.
  • the reaction mixture is usually diluted with a polar aprotic solvent such as a carboxylic acid ester (especially ethyl acetate), a ketone (especially acetone), an ether (especially tetrahydrofuran) to 2 to 10 times the volume.
  • a polar aprotic solvent such as a carboxylic acid ester (especially ethyl acetate), a ketone (especially acetone), an ether (especially tetrahydrofuran) to 2 to 10 times the volume.
  • a polar aprotic solvent such as a carboxylic acid ester (especially ethyl acetate), a ketone (especially acetone), an ether (especially tetrahydrofuran) to 2 to 10 times the volume.
  • an acid such as acetic acid and / or an acid anhydride such as acetic anhydride and stirred for several hours at a slightly elevated temperature.
  • the organic phase is washed and separated.
  • the molecular weight Mn of the polypyrene carbonates produced by the abovementioned processes is generally from 70,000 to 90,000 Da.
  • the molecular weight Mw is usually 250,000 to 400,000 Da.
  • the ratio of ether to carbonate groups in the polymer is 5: 100 to 90: 100.
  • MSA maleic anhydride
  • acetic anhydride di- or polyisocyanates
  • di- or polyoxazoline line or oxazines or di- or polyepoxides it may be advantageous to treat the polyalkylene carbonates with MSA (maleic anhydride), acetic anhydride, di- or polyisocyanates, di- or polyoxazoline line or oxazines or di- or polyepoxides.
  • Polypropylene carbonates having a molecular weight Mn of from 30,000 to 5,000,000, preferably from 35,000 to 250,000 and more preferably from 40,000 to 150,000 Da can be prepared in this way.
  • Polypropylene carbonates with a Mn of less than 25,000 Da have a low glass transition temperature of less than 25 ° C. They are therefore only of limited suitability for surface applications (eg coating) with the pigments mentioned.
  • the polydispersity ratio of weight average (Mw) to number average (Mn)
  • the polypropylene carbonates used may contain up to 1% carbamate and urea groups.
  • chain extenders for the polyalkylene carbonates are MSA (maleic anhydride), acetic anhydride, di- or polyisocyanates, di- or polyoxazolines or -oxazines or di- or polyepoxides.
  • isocyanates are tolylene-2,4-diisocyanate, tolylene-2,6-diisocyanate, 2,2'-diphenylmethane diisocyanate, 2,4'-diphenylmethane diisocyanate, 4,4'-diphenylmethane diisocyanate, naphthylene-1,5-diisocyanate or xylylene diisocyanate and in particular 1,6-hexamethylene diisocyanate, isophorone diisocyanate or methylene bis (4-isocyanatocyclohexane).
  • Particularly preferred aliphatic diisocyanates are isophorone diisocyanate and in particular in particular 1,6-hexamethylene diisocyanate.
  • bisoxazolines are 2,2'-bis (2-oxazoline), bis (2-oxazolinyl) methane, 1, 2-bis (2-oxazolinyl) ethane, 1, 3-bis (2-oxazolinyl) propane or 1, 4 Bis (2-oxazolinyl) butane, especially 1, 4-bis (2-oxazolinyl) benzene, 1, 2-bis (2-oxazolinyl) benzene or 1, 3-bis (2-oxazolinyl) benzene.
  • the chain extenders are preferably used in amounts of 0.01 to 5, preferably 0.05 to 2, particularly preferably 0.08 to 1 wt .-%, based on the amount of polymer.
  • additives are the typical in plastics technology; Nucleating agents such as e.g. Polybutylene terephthalate (PBT) in copolyesters of PBT (e.g., PBAT, PBSeT, PBST), polybutylene succinate in polylactic acid; Lubricants and release agents such as stearates (especially zinc, tin, and calcium stearate); Plasticizers such as citric acid esters (especially tributyl citrate and acetyl tributyl citrate), glyceric acid esters such as triacetylglycerol or ethylene glycol derivatives; Surfactants such as polysorbates, palmitates or laurates; Waxes such as carauba wax, candelilla wax, beeswax or beeswax ester, jojoba oil, Japan wax, spermaceti, wool
  • the additives are used in concentrations of 0 to 5 wt .-%, in particular 0.1 to 2 wt .-% based on the biodegradable polyester, and / or the polyalkylene carbonate.
  • Plasticizers may be contained in 0.1 to 30% by weight (preferably 0.1 to 10% by weight) based on the biodegradable polyester, and / or polyalkylene carbonate.
  • the fibers used in the invention can be, for example, by a
  • 1000 to 6000 m / min can occur. It is applied to the thread as a rod or pin preparation: over a defined slot or hole in a keratin.
  • the preparation is continuously conveyed by a gear pump and wets the fiber surfaces.
  • the thread is drawn off with a driven delivery roller and then stabilized by several godets that regulate the thread tension via speed differences. Via speed differences and Galettentemperierung also takes a drawing of the thread in the ratio 1: 1, 1 to 1: 2. Subsequently, the thread is wound with a high-performance winder on bobbins.
  • a stable melt spinning process requires a corresponding flow behavior of the melted polymer / compound.
  • the polymers used are generally predominantly of a linear structure and may only be present in a certain molecular weight range, which in polymer production is usually represented by the MVR (melt volume rate) according to IS01 133.
  • MVR melt volume rate
  • a residual moisture ⁇ 800 ppm, preferably ⁇ 500 ppm, particularly preferably ⁇ 200 ppm is to be observed in order to minimize hydrolysis during processing.
  • the fiber By winding after exiting the die, the fiber is stretched, with the polymer chains being partially oriented in the fiber direction.
  • the polymer solidifies on cooling, amorphous and crystalline subregions are formed in the fiber.
  • the ratio of amorphous and crystalline regions and the crystal structures formed depend strongly on the polymer and the withdrawal speed.
  • the take-off speed increases (typically in the range of 1000-6000 m / min)
  • the orientation of the polymer chains improves. Without reforwarding one reaches LOY (low oriented yarn) and with appropriate godet guidance also POY (partially oriented yarn).
  • HOY high oriented yarn
  • HOY high oriented yarn
  • post-stretching Franz Fourne, "Synthetic fibers” Carl Hanser Verlag, 1995, p 417-459
  • both a single polymer as several polymers in a filament in a defined geometry simultaneously Spiders to mix, usually with a so-called bicomponent melt spinning process.
  • the fibers are either combined into cables according to (Franz Fourne, "Synthetic fibers” Carl Hanser Verlag, 1995, S 460 to 489) and cut with fiber-cutting machines such as Gru-Gru or Lummus Cuttern or the Neumag fiber cutting edge
  • Fiber-cutting machines such as Gru-Gru or Lummus Cuttern or the Neumag fiber cutting edge
  • additives which bring about nucleation of the fiber polymers which inhibit the known orientation-induced crystallization. reinforced by polymers. 0.05 to 10%, preferably 0.05 to 0.2% inorganic fillers such as calcium carbonate (PCC), talc, kaolin, mica.
  • PCC calcium carbonate
  • talc talc
  • kaolin mica.
  • PLA for example, zinc phenylphosphonate, ethylene-bis-stearylamide, PBS, nucleating.
  • pure PDLA In PLLA with an L-lactic acid content of more than 99%, pure PDLA also nucleates in small amounts (1 to 10%).
  • dyes such as titanium dioxide, iron oxides, and organic dyes, preferably in amounts of from 0.1 to 10% by weight, based on the polymer / compound,
  • Lubricants such as fatty acid esters and fatty acid amides, preferably in amounts of from 0.01 to 5% by weight, based on the polymer / compound,
  • Plasticizers and dispersants such as triacetin, alkyl acetates, trialkyl citrates, alkanols and alkyl lactates, preferably in amounts of from 0.5 to 20% by weight, based on the polymer / compound, and flavorings such as linalol, geraniol and citral, preferably in amounts of 0.1 to 5 wt .-% based on the polymer / compound.
  • polyester fiber and / or Polyakylencarbonatfasern can be used according to the invention for the production of all paper grades, e.g. Newspaper printing, SC paper (supercalendered paper), wood-free or wood-containing writing and printing papers and coated paper grades.
  • the main raw material components are groundwood, thermomechanical (TMP), chemo-thermomechanical (CTMP), pressure ground (PGW),
  • BCTMP Bleached chemo-thermo-mechanical substance
  • the biodegradable polyester fibers and / or polyalkylene carbonate fibers used according to the invention can be used both as a solid and as a suspension in the papermaking process.
  • the aqueous suspensions of the polyester fibers and / or polyalkylene carbonate fibers are diluted to such an extent that they are readily flowable. Sufficient fluidity is usually achieved at 0.05 to 20% by weight aqueous suspension of the biodegradable polyester fibers and / or polyalkylene carbonate fibers.
  • the amount of biodegradable polyester fibers and / or polyalkylene carbonate fibers, based on the total material (dry), which is fed to the headbox of the paper machine, is from 0.3 to 40% by weight, in particular from 0.5 to 20% by weight.
  • the addition according to the invention of the biodegradable polyester fibers and / or polyalkylene carbonate fibers is effected by metering to the pulp at a pulp concentration in the range from 5 to 100 g / l.
  • a pulp concentration of 20 to 100 g / l corresponds to a pulp concentration of 2 to 10 wt .-% based on the aqueous pulp
  • the total paper stock is diluted with water to a pulp concentration in the range of 5 to 15 g / l.
  • a partial or complete dosage of the biodegradable polyester fibers and / or polyalkylene carbonate fibers only in the thin material is possible. However, the dosage in the thick matter is preferred.
  • the fibers or, preferably, their aqueous suspensions are admixed with the cellulose pulp or a mixture of cellulose pulp and filler in the papermaking operation so as to form the total pulp.
  • the overall fabric may contain other conventional paper additives.
  • Conventional paper additives are, for example, sizing agents, wet strength agents, cationic or anionic retention aids based on synthetic polymers as well as dual systems, dehydrating agents, other dry strength agents, inorganic pigments (fillers), optical brighteners, defoamers, biocides and paper dyes. These conventional paper additives can be used in the usual amounts.
  • Suitable inorganic pigments are all pigments customarily used in the paper industry on the basis of metal oxides, silicates and / or carbonates, in particular of pigments from the group consisting of calcium carbonate, in the form of ground (GCC) lime, chalk, marble or Precipitated calcium carbonate (PCC) can be used, talc, kaolin, bentonite, satin white, calcium sulfate, barium sulfate and titanium dioxide. It is also possible to use mixtures of two or more pigments. Usually, inorganic pigments having an average particle size (Z-average) .gtoreq.10 ⁇ m, preferably from 0.1 to 5 ⁇ m, in particular from 0.1 to 4 ⁇ m, are used.
  • Z-average average particle size
  • the determination of the average particle size (Z-average) of the inorganic pigments and of the particles of the powder composition is carried out in the context of this document generally by the method of quasi-elastic light scattering (DIN-ISO 13320-1), for example, with a Mastersizer 2000 from Malvern Instruments Ltd. ,
  • the sizing agents are alkylketene dimers (AKD), alkenylsuccinic anhydrides (A-SA) and rosin size.
  • retention agents examples include anionic microparticles (colloidal silicic acid, bentonite), anionic polyacrylamides, cationic polyacrylamides, cationic polyacrylamides and cationic polyacrylamides. starch, cationic polyethylenimine or cationic polyvinylamine in question.
  • any combination thereof is conceivable, for example, dual systems consisting of a cationic polymer with an anionic microparticle or an anionic polymer with a cationic microparticle.
  • retention aids of this kind which can be added to the thick material, for example, but also to the thin material.
  • Dry strength agents are to be understood as meaning synthetic dry strength agents such as polyvinylamine or natural dry strength agents such as starch.
  • the paper sheet passes through the press section.
  • the leaf is further drained.
  • the dry content of the moist paper web is increased with the pressure exerted in the press nip.
  • the printing can be varied over a relatively wide range in many paper machines.
  • the dryer section follows. Here the drying takes place, in which a connection between paper fiber and polymer develops. Preference is given to a method in which the paper sheet is treated in the press section at temperatures in the range of 45 to 120 ° C (cylinder temperature).
  • the inventive method is used to produce filler-containing paper, filler-containing cardboard and filled cardboard.
  • the respective filler content of paper, cardboard and paperboard can be from 3 to 50% by weight, based on the paper, cardboard or paperboard.
  • filler-containing papers such as graphic papers, packaging papers and sanitary papers containing recycled fibers can be produced.
  • a method of making graphic paper is preferred.
  • the graphic papers include papers such as wood-free papers, wood-free writing and printing papers, wood-containing writing and printing papers, and wood-free and wood-containing base papers.
  • Their filler content is usually 10 to 40 wt .-% based on the paper.
  • a process for the production of paper is preferred whose filler content is 10 to 20 wt .-%. Such papers are used primarily as packaging papers. According to a further preferred embodiment, a process for the production of paper is preferred whose filler content is 5 to 25 wt .-%. Such papers are used primarily for newspaper printing. According to another preferred embodiment, preference is given to a process for producing paper whose filler content is from 25 to 50% by weight, for example SC papers.
  • the process according to the invention makes it possible to produce filler-containing paper products having a reduced basis weight and the same strength.
  • the biodegradable polyester fibers and / or polyalkylene carbonate fibers used in a process for producing paper and paper products according to the invention make it possible to produce paper with a higher filler content.
  • the loss of strength due to the higher filler content is significantly lower in comparison to known processes of the prior art.
  • the papers obtained according to the invention have improved strengths and an increased breaking strength. As a result, a good printability (improved linting and dusting) is possible with the same or improved efficiency of the paper machine.
  • the method has energy savings in the drying process.
  • the molecular weights M n and M w of the partially aromatic polyesters were determined as follows:
  • melt volume flow rate The determination of the melt volume flow rate (MVR) was carried out according to EN ISO 1 133.
  • the test conditions were 190 ° C, 2.16 kg.
  • the melting time was 4 minutes.
  • the MVR indicates the rate of extrusion of a molten plastic molded article through an extrusion tool of fixed length and fixed diameter under the conditions described above: temperature, load and position of the piston.
  • the volume extruded in a specified time in the cylinder of an extrusion plastometer is determined.
  • Ecovio FS Paper A1500 has an MVR (190 ° C, 2.16 kg) of 23 ml / 10 min. and a residual moisture of 190 ppm determined with a Brabender Aquatrac Plus.
  • Ecovio FS Paper A1500 contains the aliphatic polyester polylactic acid with a melting point of 168 ° C and the aliphatic-aromatic polyester Ecoflex ® with a melting point of 1 10 ° C.
  • the residual moisture of Ecovio FS Paper A1500 is 600 ppm and the MVR (190 ° C, 2.16 kg) is 23 ml / 10 min.
  • Bionolle 1020 has an MVR (190 ° C, 2.16 kg) of 20 ml / 10 min. and a residual moisture of 380 ppm.
  • the material is a polybutylene succinate from Showa Highpolymer, Japan. Construction of the pilot plant:
  • the pilot plant consisted of an extruder with 30 mm screw diameter. The screw length was 30 D.
  • the extruder was tempered only in the feed zone at 190 ° C.
  • the remaining 3 heating zones of the extruder and the other heating zones of screen changer with 2 sieves with 40 ⁇ mesh size to the spinning pump were set to the desired melt temperature. Since the extruder was operated in the lower power range, heating of the melt due to dissipation was not detected.
  • the spinning pump with a specific delivery volume of 4.0
  • cm 3 / turn was operated at a rate of about 22 g / min.
  • the nozzle package with a diameter of 1 15 mm consisted of 26 nozzles with a diameter of 300 ⁇ . It was heated to the desired melt temperature.
  • the injection shaft had a length of about 1 m.
  • the air freshener was used in the middle rich regulated with approx. 1 m / s.
  • the preparation was conveyed by a gear pump and applied via a hole in a yarn guide on the 26 filaments.
  • the multifilament was drawn off via an unheated delivery roller and then stabilized over 3 godet pairs.
  • the godet pairs were unheated and had a speed difference of 10 m / min, which was controlled by microprocessor system.
  • the multifilament was fed via a Karamikfaden founded without preparation addition to the automatic winder (Barmag), with a winding speed of 2500 m / min. was operated.
  • the multifilaments were pinned to skeins with a twine, wetted with cold water and fed wet to a guillotine knife. By moistening the strands overheating of the fall blade was avoided when cutting.
  • the short fiber samples were made in a length of 5 mm and then dried at 40 ° C for 8 h.
  • Example F1 Fiber production with Ecovio FS Paper C1500
  • the fibers of Ecovio FS Paper C1500 were produced at a melt temperature of 210 ° C at 22.5 g / min. and a spinning pressure of 40 bar. The result was a multifilament with a diameter of the individual filaments of 18.5 ⁇ at a titer of 3.35 dtex.
  • the fiber strengths are determined using a tensile tester Zwick Z005 Zwisck / Roell GmbH according to ISO 2062 tensile test. With a modulus of elasticity of 3650 MPa, an elongation at break of 43% and a strength of 16.8 cN / tex were measured.
  • Example F2 Fiber production with Bionolle 1020
  • the fibers of Bionolle 1020 were produced at a melt temperature of 200 ° C at 22.5 g / min. and a spinning pressure of 33 bar. The result was a multifilament with a diameter of the individual filaments of 19.4 ⁇ at a titer of 3.71 dtex.
  • the fiber strengths are determined using a tensile tester Zwick Z005 Zwisck / Roell GmbH according to ISO 2062 tensile test. At a modulus of elasticity of 940 MPa, an elongation at break of 193% and a strength of 16.3 cN / tex were measured.
  • the synthetic fibers were whipped at a concentration of 1 to 6% in water in the laboratory disintegrator for about 15 minutes so that individual fibers were present at the end.
  • the respective fiber combination and drinking water were pitched free of specks at a solids concentration of 4% in the laboratory pulper. (In the case of pulp, the The mixture was additionally ground to a freeness of 30-35 SR.) The pH of the substances was in the range between 7 and 8. The ground substance was then diluted with drinking water to a solids concentration of 0.5% (5 g / l pulp concentration).
  • a pulp of bleached pulp (100% eucalyptus pulp) was added proportionally (without, 1 wt.%, 3 wt .-%) with the Ecovio FS paper fibers and calcium carbonate described in Example F1. From this, a sheet was formed which has a basis weight of 80 g / m 2 and a filler content of 23% by weight.
  • the paper sheets were each produced on a Rapid-Köthen sheet former according to ISO 5269/2 with a sheet weight of 80 g / m 2 .
  • the drying was carried out at 90 ° C, while the leaves were dried between two filter papers for 7 min. Then it was calendered with a line pressure of 300 N / cm.
  • the pH of the paper stock suspension stock was in the range between 7 and 8.
  • a cationic polyacrylamide Percol ® 540
  • Percol ® 540 a cationic polyacrylamide
  • a paper stock from deinked wastepaper was proportionately added (without, 1 wt.%, 3 wt.%) To the Ecovio FS paper fibers and calcium carbonate described in Example F1. From this, a sheet was formed having a basis weight of 40 gsm and a filler content of 18 weight percent.
  • the paper sheets were each produced on a Rapid-Köthen sheet former according to ISO 5269/2 with a sheet weight of 40 g / m 2 .
  • the drying was carried out at 90 ° C, while the leaves were dried between two filter papers for 7 min. Then it was calendered with a line pressure of 300 N / cm.
  • the pH of the paper stock suspension was in the range between 7 and 8.
  • a cationic polyacrylamide Percol 540
  • 0.02 wt .-% based on the dry paper pulp was added.
  • a paper stock made from deinked waste paper and groundwood was mixed (without, 1% strength by weight, 3% strength by weight) with the Ecovio FS paper fibers and calcium carbonate described in Example F1. From this, a sheet was formed having a basis weight of 65 g / m 2 and a filler content of 14 Gewichsprozent.
  • the paper sheets were each made on a Rapid-Köthen sheet former according to ISO 5269/2 with a sheet weight of 65g / m2. The drying took place at 90 ° C, while the leaves were dried between two filter papers for 7 minutes. Thereafter, calendering was performed with a line pressure of 300 N / cm.
  • the pH of the paper stock suspension was in the range between 7 and 8.
  • a cationic polyacrylamide Percol 540
  • 0.02 wt .-% based on the dry paper pulp was added.
  • Example F2 Bionolle 1020
  • PBS polybutylene succinate
  • Example 2 a sheet was formed analogously to Example 2, which has a basis weight of 75 g / m 2 and a filler content of 13 percent by weight.
  • the paper sheets were each produced on a Rapid-Köthen sheet former according to ISO 5269/2 with a sheet weight of 75 g / m 2 .
  • the drying was carried out at 90 ° C, while the leaves were dried between two filter papers for 7 min. In this example no further calendering took place.
  • the pH of the paper stock suspension was in the range between 7 and 8.
  • a cationic polyacrylamide Percol 540
  • Percol 540 a cationic polyacrylamide in an amount of 0.03% by weight, based on dry paper pulp, was added. Testing the paper sheets of Example 4

Abstract

The present invention relates to a method for the production of filler-containing paper, cardboard and paperboard, comprising the dewatering of a paper pulp with sheet formation and drying by adding biodegradable polyester fibers and/or polyalkylene carbonate fibers to the paper pulp.

Description

Verfahren zur Herstellung von füllstoffhaltigem Papier unter Einsatz von biologisch abbaubare Polyesterfasern und/oder Polyalkylencarbonatfasern  Process for the production of filler-containing paper using biodegradable polyester fibers and / or polyalkylene carbonate fibers
Beschreibung description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von füllstoffhaltigem Papier, Karton und Pappe, indem man biologisch abbaubare Polyesterfasern und/oder Polyalkylencarbonatfasern einem Papierstoff zusetzt und Entwasserns des Papierstoffs unter Blattbildung und Trocknung. The present invention relates to a process for the production of filler-containing paper, cardboard and paperboard by adding biodegradable polyester fibers and / or polyalkylene carbonate fibers to a paper stock and dewatering the paper stock to form sheets and dry them.
In den letzten Jahren hat es vielfältige Entwicklungen gegeben, den Füllstoffgehalt von Papieren zu erhöhen. Füllstoffhaltige Papiere ermöglichen eine Reduzierung des Faserstoffanteils und führen damit zu einer Reduzierung der Herstellkosten. Ferner haben sie den Vorteil leichter zu trocknen, was den Papierherstellungsprozess wirtschaftlicher gestalten lässt. In recent years, there have been many developments in increasing the filler content of papers. Filler-containing papers allow a reduction of the pulp content and thus lead to a reduction in manufacturing costs. Furthermore, they have the advantage of easier drying, which makes the papermaking process more economical.
Die Erhöhung des Füllstoffgehaltes im Papier führt jedoch auf der anderen Seite zu veränderten Papiereigenschaften wie erniedrigte Festigkeiten. Diesem Problem versuchte man in der Vergangenheit durch mit Polymerlösungen oder -dispersionen modi- fizierten Füllstoffen zu begegnen. However, the increase in the filler content in the paper on the other hand leads to altered paper properties such as reduced strengths. This problem has been addressed in the past by fillers modified with polymer solutions or dispersions.
Die ältere WO-Anmeldung PCT/EP2012/060847 lehrt mit biologisch abbaubares Polyesterpolymer und/oder Polyalkylencarbonatpolymer beschichtete anorganische Pigmente, die im Papierherstellungsprozess als Füllstoffe eingesetzt werden. The earlier WO application PCT / EP2012 / 060847 teaches biodegradable polyester polymer and / or polyalkylene carbonate polymer coated inorganic pigments which are used as fillers in the papermaking process.
Ferner lehrt die PCT/EP 2010/066079 lehrt ein Verfahren zur Leimung von Papier, in dem als polymeres Leimungsmittel biologisch abbaubare Polymere eingesetzt werden. Diese eignen sich sowohl als Masse- als auch als Oberflächenleimungsmittel. Die WO 2006/120700 lehrt ein Verfahren zur Herstellung von Papier mit hoher Festigkeit, indem auf das feuchte Papierblatt ein Polymerfilm aufgebracht wird. Als Polymer werden auch bioabbaubare Polyester wie Ecoflex® genannt. Further, PCT / EP 2010/066079 teaches a method of sizing paper using biodegradable polymers as the polymeric sizing agent. These are useful both as a bulk and as a surface sizing agent. WO 2006/120700 teaches a method of producing high strength paper by applying a polymeric film to the wet paper sheet. The polymer also biodegradable polyesters such as Ecoflex ® are called.
Die WO 201 1/073265 und die WO 2008/140384 lehren ein Verfahren zur Herstellung von Filtermedien bei dem Polymilchsäurefaser und Polyesterfasern gemischt werden und in einem Carding Prozess zu Filtern verarbeitet werden. Filterpapiere enthalten keine Füllstoffe. WO 201 1/073265 and WO 2008/140384 teach a process for producing filter media in which polylactic acid fiber and polyester fibers are mixed and processed into filters in a carding process. Filter papers contain no fillers.
Die DE 19931402 lehrt Filtermaterialien aus Celluloseacetatfasern, welche mit biolo- gisch abbaubaren, weichmachenden Substanzen wie Polyesteramiden modifiziert wurden. Die Celluloseacetatfasern werden hierzu mit der weichmachenden Substanz vermischt. Die Filterpapiere werden hergestellt, indem auf eine Lage aus natürlichen Fa- sern die so geblendeten Fasern aufgebracht werden. Die hierin beschriebenen modifizierten Celluloseacetatfasern sind nicht biologisch abbaubar nach der Norm EN 13432. DE 19931402 teaches filter materials of cellulose acetate fibers which have been modified with biodegradable, softening substances such as polyesteramides. The cellulose acetate fibers are for this purpose mixed with the softening substance. The filter papers are produced by applying to a layer of natural fibers the fibers thus blended are applied. The modified cellulose acetate fibers described herein are not biodegradable according to EN 13432 standard.
Der vorliegenden Erfindung lag ein Verfahren zur Herstellung von füllstoffhaltigem Pa- pier, Karton und Pappe als Aufgabe zugrunde, dass eine Flächengewichtsreduktion des Papier, Kartons oder Pappe bei gleichen Eigenschaften, insbesondere gleichen Festigkeit ermöglicht. Weiterhin soll es bei hohem Füllstoffgehalt der Papierprodukte zu einer guten Festigkeit bei gleicher oder verbesserter Effizienz der Papiermaschine führen. The present invention was based on a process for the production of filler-containing paper, cardboard and paperboard as an object that allows a weight reduction of the paper, cardboard or cardboard with the same properties, in particular the same strength. Furthermore, it should lead to good strength at the same or improved efficiency of the paper machine with high filler content of the paper products.
Demgemäß wurde ein Verfahren zur Herstellung von füllstoffhaltigem Papier, Karton und Pappe gefunden, umfassend das Entwässern eines Papierstoffes unter Blattbildung und Trocknung, indem man dem Papierstoff biologisch abbaubare Polyesterfasern und/oder Polyalkylencarbonatfasern zusetzt. Accordingly, there has been found a process for producing filler-containing paper, board and paperboard comprising dewatering a stock under sheet formation and drying by adding biodegradable polyester fibers and / or polyalkylene carbonate fibers to the stock.
Die vorliegende Erfindung umfasst keine Filterpapiere. Unter Filterpapier versteht der Fachmann füllstofffreie Papiere. Diese weisen ausreichend große Poren auf, die eine Trennung der suspendierten Partikeln von der Flüssigkeit ermöglichen. The present invention does not include filter papers. Under filter paper, the expert understands filler-free papers. These have sufficiently large pores that allow separation of the suspended particles from the liquid.
Es wurde gefunden, dass der Einsatz von biologisch abbaubaren Fasern im Papierher- stellungsprozess sowohl zu guten Papiereigenschaften führt aber zusätzlich noch einen Vorteil bei der Papierblattbildung erzielt. So wird angenommen, dass die bei der Blattbildung erfolgende Vernetzung der erfindungsgemäß eingesetzten Fasern mit den Cellulosefasern zu einem teilweisen oder vollständigen Verschmelzen im anschließenden Trocknungsprozess und Kalandrierprozeß, führt und damit zusätzliche Festigkeit erzielt. It has been found that the use of biodegradable fibers in the papermaking process leads both to good paper properties and additionally to an advantage in paper sheet formation. Thus, it is believed that the cross-linking of the fibers used in sheet formation with the cellulosic fibers results in partial or complete fusing in the subsequent drying and calendering process, thus providing additional strength.
Unter Polyesterfasern und/oder Polyalkylencarbonatfasern sind nachfolgend Gebilde zu verstehen, deren Länge (längste Ausdehnung) ein Vielfaches größer als ihr Durchmesser ist. Das Verhältnis von Länge zu Durchmesser ist gemäß der Definition von Faser > 5, bevorzugt >100 insbesondere ^2000 Der Durchmesser der Fasern beträgt in der Regel 3 bis 100 μηη. Aufgrund des geringen Durchmessers, ist es üblich Fasern auch durch das Fasergewicht zu definieren. Bevorzugt werden Fasern mit einem Fasergewicht von 0,1 bis 100 dtex insbesondere von 1 bis 20 dtex (10 μηη - 45 μηη) eingesetzt. Hierunter wird die das Gewicht der Faser in Gramm bei 10 km Faserlänge verstanden. Die Faser werden vorzugsweise in Längen von 0,5 bis 20 mm bevorzugt 1 bis 10 mm eingesetzt. Kürzere Fasern sind im Prinzip möglich, da auch sie zu einer verfestigenden Wirkung führen. Ebenso haben auch längere Fasern keinen Nachteil auf die erhaltenen Papiere, können sich jedoch gegebenenfalls schlechter zum Papierstoff dosieren lassen. Faser mit einer Länge im bevorzugten Bereich von 0,5 bis 20 mm weisen den zusätzlichen Vorteil auf, dass sie sich besondern gut zur Blattbildung eignen. Sofern nachfolgend von biologisch abbaubaren Polyesterfasern und/oder Polyalkylen- carbonatfasern die Rede ist, sind biologisch abbaubare Polyesterfaser und/oder biologisch abbaubare Polyalkylencarbonatfasern darunter zu verstehen. Unter Papierstoff, wird nachfolgend eine Mischung aus Wasser und Faserstoff verstanden, der je nach Stufe in Herstellungsprozess des Papiers, der Pappe oder des Kartons zusätzlich Füllstoff und gegebenenfalls Papierhilfsmittel enthält. Polyester fibers and / or polyalkylene carbonate fibers are to be understood below as structures whose length (longest extent) is many times greater than their diameter. The ratio of length to diameter is according to the definition of fiber> 5, preferably> 100 in particular ^ 2000 The diameter of the fibers is usually 3 to 100 μηη. Due to the small diameter, it is common to define fibers also by the fiber weight. Preference is given to using fibers having a fiber weight of from 0.1 to 100 dtex, in particular from 1 to 20 dtex (10 μηη to 45 μηη). This is understood to mean the weight of the fiber in grams at 10 km fiber length. The fibers are preferably used in lengths of 0.5 to 20 mm, preferably 1 to 10 mm. Shorter fibers are possible in principle, since they also lead to a strengthening effect. Likewise, longer fibers have no disadvantage on the resulting papers, but may optionally be worse dosed to the pulp. Fiber having a length in the preferred range of 0.5 to 20 mm has the added advantage that it is particularly well suited for sheet formation. If biodegradable polyester fibers and / or polyalkylene carbonate fibers are mentioned below, biodegradable polyester fibers and / or biodegradable polyalkylene carbonate fibers are to be understood by them. Under pulp, hereinafter a mixture of water and pulp is understood, which contains depending on the stage in manufacturing process of the paper, the cardboard or the cardboard in addition filler and optionally paper auxiliaries.
Unter Trockengehalt des Papiers versteht man den Feststoffgehalt von Papier, Pappe und Faserstoff mit dem Wärmeschrankverfahren, wie er gemäß DIN EN ISO 638 DE bestimmt wird. The dry content of the paper is understood as meaning the solids content of paper, board and pulp with the heat-barrier method as determined in accordance with DIN EN ISO 638 DE.
Im Rahmen dieser Anmeldung wird der Begriff Pigment gleichbedeutend mit dem Begriff Füllstoff gebraucht, da bei der Herstellung von Papier die Pigmente als Füllstoffe eingesetzt werden. Unter Füllstoff ist dabei, wie in der Papierherstellung üblich, anorganisches Pigment zu verstehen. In the context of this application, the term pigment is used synonymously with the term filler, since in the production of paper the pigments are used as fillers. Under filler is, as usual in papermaking, inorganic pigment to understand.
Das Merkmal "biologisch abbaubar" ist im Sinne der vorliegenden Erfindung dann für einen Stoff oder ein Stoffgemisch erfüllt, wenn dieser Stoff oder das Stoffgemisch ent- sprechend DIN EN 13432, Kapitel A.2 einen prozentualen Grad des biologischen Abbaus von mindestens 90 % einer geeigneten Referenzsubstanz (z.B. mikokristalline Cellulose) aufweist. The term "biodegradable" in the context of the present invention is then fulfilled for a substance or a substance mixture if this substance or the substance mixture according to DIN EN 13432, Chapter A.2 a percentage degree of biodegradation of at least 90% of a suitable Reference substance (eg, microcrystalline cellulose) has.
Im Allgemeinen führt die biologische Abbaubarkeit dazu, dass die Polymere und Poly- mermischungen (im Folgenden auch abgekürzt Polymer(mischungen) genannt) in einer angemessenen und nachweisbaren Zeitspanne zerfallen. Der Abbau kann en- zymatisch, hydrolytisch, oxidativ und/oder durch Einwirkung elektromagnetischer Strahlung, beispielsweise UV-Strahlung, erfolgen und meist zum überwiegenden Teil durch die Einwirkung von Mikroorganismen wie Bakterien, Hefen, Pilzen und Algen bewirkt werden. Die biologische Abbaubarkeit lässt sich beispielsweise dadurch quantifizieren, dass Polymer(mischungen) mit Kompost gemischt und für eine bestimmte Zeit gelagert werden. Beispielsweise wird gemäß DIN EN 13432 (ISO 14855) CÜ2-freie Luft durch gereiften Kompost während des Kompostierens strömen gelassen und dieser behandelte Kompost einem definierten Temperaturprogramm unterworfen. Hierbei wird die aerobe biologische Abbaubarkeit über das Verhältnis der Netto-C02-Freisetzung der Probe (nach Abzug der C02-Freisetzung durch den Kompost ohne Probe) zur maximalen C02-Freisetzung der Probe (berechnet aus dem Kohlenstoffgehalt der Probe) als prozentualer Grad des biologischen Abbaus definiert. Biologisch abbaubare Poly- mer(mischungen) zeigen in der Regel schon nach wenigen Tagen der Kompostierung deutliche Abbauerscheinungen wie Pilzbewuchs, Riss- und Lochbildung. Andere Methoden zur Bestimmung der Bioabbaubarkeit werden beispielsweise in ASTM D 5338 und ASTM D 6400-4 beschrieben. In general, biodegradability results in the polymers and polymer mixtures (hereinafter also abbreviated to polymer (mixtures)) decomposing in a reasonable and detectable time. Degradation can be effected enzymatically, hydrolytically, oxidatively and / or by the action of electromagnetic radiation, for example UV radiation, and mostly for the most part be effected by the action of microorganisms such as bacteria, yeasts, fungi and algae. The biodegradability can be quantified, for example, by mixing polymer (mixtures) with compost and storing them for a specific time. For example, in accordance with DIN EN 13432 (ISO 14855), C02-free air is allowed to flow through matured compost during composting and this treated compost is subjected to a defined temperature program. Here, the aerobic biodegradability is determined by the ratio of the net CO 2 release of the sample (after deduction of CO 2 release by the compost without sample) to the maximum CO 2 release of the sample (calculated from the carbon content of the sample) as a percentage of biological Definition defined. Biodegradable polymers (mixtures) usually show signs of degradation after just a few days of composting, such as fungal growth, cracking and hole formation. Other methods of determining biodegradability are described, for example, in ASTM D 5338 and ASTM D 6400-4.
Biologisch abbaubare Polymere sind dem Fachmann bereits bekannt und u.a. in U II- mann's Encyclopedia of Industrial Chemistry (online-Version 2009), Polymers, Biode- gradable, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KG, Weinheim, 2009, Seiten 131 offenbart. Insbesondere fallen unter den Begriff der biologisch abbaubaren Polyesterpolymer im Sinne der vorliegenden Erfindung biologisch abbaubare, aliphatisch-aromatische Polyester wie in der WO 2010/034712 beschrieben. Biodegradable polymers are already known to the person skilled in the art and are described, inter alia, in U-IImann 's Encyclopedia of Industrial Chemistry (online version 2009), Polymers, Biodegradable, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KG, Weinheim, 2009, pages 131 disclosed. In particular, the term biodegradable polyester polymer in the context of the present invention includes biodegradable, aliphatic-aromatic polyesters as described in WO 2010/034712.
Unter biologisch abbaubaren Polyesterfasern sind bevorzugt aliphatischen Polyester oder aliphatisch-aromatischen (teilaromatische) Polyester auf Basis von aliphatischen und aromatischen Dicarbonsäuren und aliphatischen Dihydroxyverbindungen zu verstehen. Biodegradable polyester fibers are preferably aliphatic polyesters or aliphatic-aromatic (partially aromatic) polyesters based on aliphatic and aromatic dicarboxylic acids and aliphatic dihydroxy compounds.
Bei den erfindungsgemäß eingesetzten Fasermaterialien handelt es sich bevorzugt um Polyalkylencarbonaten und aliphatischen oder aliphatisch-aromatischen (teilaromatische) Polyester auf Basis von aliphatischen und aromatischen Dicarbonsäuren und aliphatischen Dihydroxyverbindungen. Diese Polymere können einzeln oder in ihren Mischungen vorliegen. The fiber materials used according to the invention are preferably polyalkylene carbonates and aliphatic or aliphatic-aromatic (partly aromatic) polyesters based on aliphatic and aromatic dicarboxylic acids and aliphatic dihydroxy compounds. These polymers can be present individually or in their mixtures.
Bevorzugt ist das biologisch abbaubare Polyesterpolymer und/oder Polyalkylencar- bonatpolymer wasserunlöslich. Prinzipiell kommen für die Herstellung der biologisch abbaubaren Polyestermischungen alle Polyester auf Basis von aliphatischen und aromatischen Dicarbonsäuren und aliphatischen Dihydroxyverbindung, sogenannte teilaromatische Polyester oder aliphatische Polyester aus aliphatischen Dicarbonsäuren und aliphatischen Diolen oder aus aliphatischen Hydroxycarbonsäuren in Betracht. Gemeinsam ist diesen Polyestern, dass sie biologisch abbaubar nach DIN EN 13432 sind. Selbstverständlich sind auch Mischungen mehrerer solcher Polyester geeignet. Preferably, the biodegradable polyester polymer and / or polyalkylene carbonate polymer is water-insoluble. In principle, all polyesters based on aliphatic and aromatic dicarboxylic acids and aliphatic dihydroxy compound, so-called partially aromatic polyesters or aliphatic polyesters of aliphatic dicarboxylic acids and aliphatic diols or of aliphatic hydroxycarboxylic acids are suitable for the preparation of the biodegradable polyester mixtures. Common to these polyesters is that they are biodegradable according to DIN EN 13432. Of course, mixtures of several such polyesters are suitable.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird wenigstens ein aliphatisch- aromatisches Polyesterpolymer eingesetzt. According to a preferred embodiment, at least one aliphatic-aromatic polyester polymer is used.
Aliphatisch-aromatische Polyestern sind Polyester auf Basis von aliphatischen und aromatischen Dicarbonsäuren und aliphatischen Dihydroxyverbindung, sogenannte teilaromatische Polyester. Erfindungsgemäß sollen hierunter auch Polyesterderivate verstanden werden wie Polyetherester, Polyesteramide oder Polyetheresteramide und Polyesterurethane (siehe EP Anm. Nr. 10171237.0). Zu den geeigneten teilaromatischen Polyestern gehören lineare nicht kettenverlängerte Polyester (WO 92/09654). Bevorzugt werden kettenverlängerte und/oder verzweigte teilaromatische Polyester. Letztere sind aus der WO 96/15173 bis 15176, 21689 bis 21692, 25446, 25448 oder der WO 98/12242, bekannt, auf die ausdrücklich Bezug genommen wird. Mischungen unterschiedlicher teilaromatischer Polyester kommen ebenso in Betracht. Interessante jüngere Entwicklungen basieren auf nachwachsenden Rohstoffen (siehe WO-A 2006/097353, WO-A 2006/097354 sowie WO 2010/034710). Insbesondere sind unter teilaromatischen Polyestern Produkte wie Ecoflex® (BASF SE) und Eastar® Bio, Origo- Bi® (Novamont) zu verstehen. Aliphatic-aromatic polyesters are polyesters based on aliphatic and aromatic dicarboxylic acids and aliphatic dihydroxy compound, known as partially aromatic polyesters. According to the invention, polyester derivatives are to be understood here as well, such as polyether esters, polyester amides or polyetheresteramides and polyesterurethanes (see EP Note No. 10171237.0). Suitable partially aromatic polyesters include linear non-chain extended polyesters (WO 92/09654). Preferred are chain-extended and / or branched partially aromatic polyesters. The latter are known from WO 96/15173 to 15176, 21689 to 21692, 25446, 25448 or WO 98/12242, to which reference is expressly made. Mixtures of different partially aromatic polyesters are also possible. Interesting recent developments are based on renewable raw materials (see WO-A 2006/097353, WO-A 2006/097354 and WO 2010/034710). In particular, under partly aromatic polyesters products such as Ecoflex ® (BASF SE) and Eastar ® Bio to understand Origo- Bi ® (Novamont).
Zu den besonders bevorzugten teilaromatischen Polyestern zählen Polyester, die als wesentliche Komponenten Particularly preferred partially aromatic polyesters include polyesters as essential components
A) eine Säurekomponente aus a1 ) 30 bis 99 mol-% mindestens einer aliphatischen Dicarbonsäure oder deren esterbildende Derivate oder Mischungen davon a2) 1 bis 70 mol-% mindestens einer aromatischen Dicarbonsäure oder deren esterbildendem Derivat oder Mischungen davon und B) mindestens einer Diolkomponente ausgewählt unter C2-bis Ci2-Alkandiolen und A) an acid component of a1) 30 to 99 mol% of at least one aliphatic dicarboxylic acid or its ester-forming derivatives or mixtures thereof a2) 1 to 70 mol% of at least one aromatic dicarboxylic acid or its ester-forming derivative or mixtures thereof and B) at least one diol component under C2 to C12 alkanediols and
C) mindestens einer Komponente ausgewählt unter c1 ) einer Verbindung mit mindestens drei zur Esterbildung befähigten Gruppen, c2) eines Di- oder Polyisocyanates, c3) eines Di- oder Polyepoxids. C) at least one component selected from c1) a compound having at least three groups capable of ester formation, c2) a di- or polyisocyanate, c3) a di- or polyepoxide.
Als aliphatische Dicarbonsäuren und deren esterbildende Derivate (a1 ) kommen im Allgemeinen solche mit 2 bis 18 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise 4 bis 10 Kohlen- stoffatomen, in Betracht. Sie können sowohl linear als auch verzweigt sein. Prinzipiell können jedoch auch Dicarbonsäuren mit einer größeren Anzahl an Kohlenstoffatomen, beispielsweise mit bis zu 30 Kohlenstoffatomen, eingesetzt werden. Suitable aliphatic dicarboxylic acids and their ester-forming derivatives (a1) are generally those having 2 to 18 carbon atoms, preferably 4 to 10 carbon atoms, into consideration. They can be both linear and branched. In principle, however, it is also possible to use dicarboxylic acids having a larger number of carbon atoms, for example having up to 30 carbon atoms.
Beispielhaft zu nennen sind: Oxalsäure, Malonsäure, Bernsteinsäure, 2- Methylbernsteinsäure, Glutarsäure, 2-Methylglutarsäure, 3-Methylglutarsäure, oExamples include: oxalic acid, malonic acid, succinic acid, 2-methylsuccinic acid, glutaric acid, 2-methylglutaric acid, 3-methylglutaric acid, o
Ketoglutarsäure, Adipinsäure, Pimelinsäure, Azelainsäure, Sebacinsäure, Brassylsäu- re, Fumarsäure, 2,2-Dimethylglutarsäure, Suberinsäure (Korksäure), Diglykolsäure, Oxalessigsäure, Glutaminsäure, Asparaginsäure, Itaconsäure und Maleinsäure. Dabei können die Dicarbonsäuren oder deren esterbildenden Derivate, einzeln oder als Gemisch aus zwei oder mehr davon eingesetzt werden. Bevorzugt werden Bernsteinsäure, Adipinsäure, Azelainsäure, Sebacinsäure, Brassyl- säure oder deren jeweilige esterbildenden Derivate oder Mischungen davon eingesetzt. Besonders bevorzugt wird Bernsteinsäure, Adipinsäure oder Sebacinsäure oder deren jeweilige esterbildenden Derivate oder Mischungen davon eingesetzt. Bernsteinsäure, Azelainsäure, Sebacinsäure und Brassylsäure haben zudem den Vorteil, dass sie aus nachwachsenden Rohstoffen zugänglich sind. Ketoglutaric acid, adipic acid, pimelic acid, azelaic acid, sebacic acid, brassylic acid, fumaric acid, 2,2-dimethylglutaric acid, suberic acid (suberic acid), diglycolic acid, Oxaloacetic acid, glutamic acid, aspartic acid, itaconic acid and maleic acid. The dicarboxylic acids or their ester-forming derivatives may be used singly or as a mixture of two or more thereof. Succinic acid, adipic acid, azelaic acid, sebacic acid, brassylic acid or their respective ester-forming derivatives or mixtures thereof are preferably used. Succinic acid, adipic acid or sebacic acid or their respective ester-forming derivatives or mixtures thereof are particularly preferably used. Succinic acid, azelaic acid, sebacic acid and brassylic acid also have the advantage that they are accessible from renewable raw materials.
Bevorzugt sind die folgenden aliphatisch-aromatischen Polyester: Polybutylenazealat- co-Butylenterephthalat (PBAzeT), Polybutylenbrassylat-co-butylenterephthalat Preferred are the following aliphatic-aromatic polyesters: polybutylene azealate-co-butylene terephthalate (PBAzeT), polybutylene-brassylate-co-butylene terephthalate
(PBBrasT) und insbesondere bevorzugt: Polybutylenadipatterephthalat (PBAT), Polyb- utylensebacatterephthalat (PBSeT) oder Polybutylensuccinatterephthalat (PBST). (PBBrasT) and particularly preferred: polybutylene adipate terephthalate (PBAT), polybutylene sebacate terephthalate (PBSeT) or polybutylene succinate terephthalate (PBST).
Die aromatischen Dicarbonsäuren oder deren esterbildende Derivate (a2) können einzeln oder als Gemisch aus zwei oder mehr davon eingesetzt werden. Besonders bevorzugt wird Terephthalsäure oder deren esterbildende Derivate wie Dimethyltereph- thalat, verwendet. The aromatic dicarboxylic acids or their ester-forming derivatives (a2) may be used singly or as a mixture of two or more thereof. Terephthalic acid or its ester-forming derivatives, such as dimethyl terephthalate, is particularly preferably used.
Im Allgemeinen werden die Diole (B) unter verzweigten oder linearen Alkandiolen mit 2 bis 12 Kohlenstoffatomen, bevorzugt 4 bis 6 Kohlenstoffatomen, oder Cycloalkandiolen mit 5 bis 10 Kohlenstoffatomen ausgewählt. In general, the diols (B) are selected from branched or linear alkanediols of 2 to 12 carbon atoms, preferably 4 to 6 carbon atoms, or cycloalkanediols of 5 to 10 carbon atoms.
Beispiele geeigneter Alkandiole sind Ethylenglykol, 1 ,2-Propandiol, 1 ,3-Propandiol, 1 ,2- Butandiol, 1 ,4-Butandiol, 1 ,5-Pentandiol, 2,4-Dimethyl-2-ethylhexan-1 ,3-diol, 2,2- Dimethyl- 1 ,3-propandiol, 2-Ethyl-2-butyl-1 ,3-propandiol, 2-Ethyl-2-isobutyl- 1 ,3- propandiol, 2,2,4-Trimethyl-1 ,6-hexandiol, insbesondere Ethylenglykol, 1 ,3-Propandiol, 1 ,4-Butandiol und 2,2-Dimethyl- 1 ,3-propandiol (Neopentylglykol); Cyclopentandiol, 1 ,4-Cyclohexandiol, 1 ,2-Cyclohexandimethanol, 1 ,3-Cyclohexandimethanol, 1 ,4- Cyclohexandimethanol oder 2,2,4,4-Tetramethyl-1 ,3-cyclobutandiol. Besonders bevorzugt sind 1 ,4-Butandiol, insbesondere in Kombination mit Adipinsäure als Komponente a1 ) und 1 ,3- Propandiol, insbesondere in Kombination mit Sebacinsäure als Kompo- nente a1 ). 1 ,3- Propandiol hat zudem den Vorteil, dass es als nachwachsender Rohstoff zugänglich ist. Es können auch Mischungen unterschiedlicher Alkandiole verwendet werden. Examples of suitable alkanediols are ethylene glycol, 1, 2-propanediol, 1, 3-propanediol, 1, 2-butanediol, 1, 4-butanediol, 1, 5-pentanediol, 2,4-dimethyl-2-ethylhexane-1, 3 diol, 2,2-dimethyl-1,3-propanediol, 2-ethyl-2-butyl-1,3-propanediol, 2-ethyl-2-isobutyl-1,3-propanediol, 2,2,4-trimethyl- 1, 6-hexanediol, in particular ethylene glycol, 1, 3-propanediol, 1, 4-butanediol and 2,2-dimethyl-1, 3-propanediol (neopentyl glycol); Cyclopentanediol, 1,4-cyclohexanediol, 1,2-cyclohexanedimethanol, 1,3-cyclohexanedimethanol, 1,4-cyclohexanedimethanol or 2,2,4,4-tetramethyl-1,3-cyclobutanediol. Particular preference is given to 1,4-butanediol, in particular in combination with adipic acid as component a1) and 1,3-propanediol, in particular in combination with sebacic acid as component a1). 1, 3 propandiol also has the advantage that it is available as a renewable resource. It is also possible to use mixtures of different alkanediols.
Die bevorzugten teilaromatischen Polyester sind charakterisiert durch ein Molekular- gewicht (Mn) im Bereich von 1000 bis 100000, insbesondere im Bereich von 9000 bis 75000 g/mol, bevorzugt im Bereich von 10000 bis 50000 g/mol und einem Schmelzpunkt im Bereich von 60 bis 170, bevorzugt im Bereich von 80 bis 150°C. Unter Polyestern aus aliphatischen Dicarbonsäuren und aliphatischen Diolen werden Polyester aus aliphatischen Diolen und aliphatischen Dicarbonsäuren wie Polybutylen- succinat (PBS), Polybutylenadipat (PBA), Polyethylenadipat (PEA), Polybutylensuc- cinatadipat (PBSA), Polybutylensuccinatsebacat (PBSSe), Polybutylensebacat (PBSe) und Polyethylensebacat ((PESe) verstanden. Bevorzugt werden als aliphatische Polyester Polybutylensuccinat (PBS), Polybutylensuccinatadipat (PBSA), Polybutylensuccinatsebacat (PBSSe) und Polybutylensebacat (PBSe). Die aliphatischen Polyester werden beispielsweise von den Firmen Showa Highpolymers unter dem Namen Bionol- le und von Mitsubishi unter dem Namen GSPIa vermarktet. Neuere Entwicklungen sind in der WO2010/03471 1 beschrieben. The preferred partially aromatic polyesters are characterized by a molecular weight (Mn) in the range from 1000 to 100,000, in particular in the range from 9,000 to 75,000 g / mol, preferably in the range from 10,000 to 50,000 g / mol and a melting point in the range from 60 to 170, preferably in the range of 80 to 150 ° C. Polyesters of aliphatic dicarboxylic acids and aliphatic diols include polyesters of aliphatic diols and aliphatic dicarboxylic acids such as polybutylene succinate (PBS), polybutylene adipate (PBA), polyethylene adipate (PEA), polybutylene sucocyanate adipate (PBSA), polybutylene succinate sebacate (PBSSe), polybutylene sebacate (PBSe) Polybutylene succinate adipate (PBSA), polybutylene succinate sebacate (PBSSe) and polybutylene sebacate (PBSe) are preferred aliphatic polyesters marketed by Mitsubishi under the name GSPIa. Recent developments are described in WO2010 / 034711.
Die biologisch abbaubaren Polyester können neben oder an Stelle der zuvor erwähnten aliphatischen und aliphatisch/aromatischen Polyestern noch weitere Polyester wie beispielsweise Polymilchsäure, Polybutylensuccinate, Polybutylensuccinate-co- adipate, Polyhydroxyalkanoate, Polyesteramide, Polyalkylencarbonat, Polycaprolacton enthalten. Als Polyester auf Basis von aliphatischen Hydroxycarbonsäuren sind insbesondere Polymilchsäure und Polycaprolacton und Polyhydroxyalkanoate zu nennen. Bevorzugte Komponenten in den Polymermischungen oder auch als Reinkomponenten sind Polymilchsäure (PLA), Polybutylensuccinate, Polybutylensuccinate-co-adipate und Polyhydroxyalkanoate, und hier insbesondere Polyhydroxybutyrat (PHB) und Polyhyd- roxybutyrate co-hyroxyvalerat (PHBV) und Polyhydroxybutyrate-co-hydroxyhexanoate (PHBH) Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird ein aliphatischer Polyester in Mischung mit Polymilchsäure eingesetzt. Bevorzugt wird eine Mischung bestehend aus: The biodegradable polyesters may contain, in addition to or in place of the aforementioned aliphatic and aliphatic / aromatic polyesters, other polyesters such as polylactic acid, polybutylene succinates, polybutylene succinate-co-adipates, polyhydroxyalkanoates, polyesteramides, polyalkylene carbonate, polycaprolactone. Polyesters based on aliphatic hydroxycarboxylic acids, in particular polylactic acid and polycaprolactone and polyhydroxyalkanoates are mentioned. Preferred components in the polymer mixtures or as pure components are polylactic acid (PLA), polybutylene succinates, polybutylene succinate-co-adipates and polyhydroxyalkanoates, and in particular polyhydroxybutyrate (PHB) and polyhydroxybutyrate co-hydroxyvalerate (PHBV) and polyhydroxybutyrate-co-hydroxyhexanoate (PHBH In a preferred embodiment, an aliphatic polyester is used in admixture with polylactic acid. Preference is given to a mixture consisting of:
5 bis 50 Gew.-% Polybutylenadipatterephthalat (PBAT), Polybutylensebacattereph- thalat (PBSeT) Polybutylensuccinat (PBS), Polybutylensuccinatadi- pat (PBSA) und/oder Polybutylensuccinatsebacat (PBSSe) undFrom 5 to 50% by weight of polybutylene adipate terephthalate (PBAT), polybutylene sebacate terephthalate (PBSeT) polybutylene succinate (PBS), polybutylene succinate dibasite (PBSA) and / or polybutylene succinate sebacate (PBSSe) and
50 bis 95 Gew.-% Polymilchsäure eingesetzt. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird Polybutylenadipatterephthalat in Mischung mit Polymilchsäure eingesetzt. 50 to 95 wt .-% polylactic acid used. According to a particularly preferred embodiment, polybutylene adipate terephthalate is used in admixture with polylactic acid.
Insbesondere bevorzugt wird eine Mischung bestehend aus Particularly preferred is a mixture consisting of
5 bis 50 Gew.-% Polybutylenadipatterephthalat (PBAT) 5 to 50% by weight of polybutylene adipate terephthalate (PBAT)
50 bis 95 Gew.-% Polymilchsäure und 50 to 95 wt .-% polylactic acid and
0 bis 5 Gew.-% Polybutylensuccinat (PBS) und/oder Polybutylensuccinatadipat 0 to 5% by weight of polybutylene succinate (PBS) and / or polybutylene succinate adipate
(PBSA)  (PBSA)
eingesetzt. Polymilchsaure mit dem folgenden Eigenschaftsprofil wird bevorzugt eingesetzt: used. Polylactic acid with the following property profile is preferably used:
einer Schmelzvolumenrate (MVR bei 190° C und 2,16 kg nach ISO 1 133 von 0,5 - vorzugsweise 2 - bis 30 insbesondere 20 ml/10 Minuten a melt volume rate (MVR at 190 ° C and 2.16 kg according to ISO 1 133 of 0.5 - preferably 2 - 30 especially 20 ml / 10 minutes
einem Schmelzpunkt unter 240° C; a melting point below 240 ° C;
einem Glaspunkt (Tg) größer 55°C a glass transition point (Tg) greater than 55 ° C
einem Wassergehalt von kleiner 1000 ppm a water content of less than 1000 ppm
einem Monomeren-Restgehalt (Lactid) von kleiner 0,3%. a residual monomer content (lactide) of less than 0.3%.
einem Molekulargewicht von größer 80 000 Dalton. a molecular weight greater than 80,000 daltons.
Bevorzugte Polymilchsäuren sind beispielsweise NatureWorks® 6201 D, 6202 D, 6251 D, 3051 D und insbesondere 3251 D, 4032 D, 4043 D oder 4044 D (Polymilchsaure der Fa. NatureWorks). Unter biologisch abbaubaren Polyhydroxyalkanoaten werden in erster Linie Poly-4- hydroxybutyrate und Poly-3-hydroxybutyrate verstanden, weiterhin sind Copolyester der vorgenannten Hydroxybutyrate mit 3-Hydroxyvaleraten (P(3HB)-co-P(3HV)) oder 3- Hydroxyhexanoat umfasst. Poly-3-hydroxybutyrate-co-4-hydroxybutyrate (P(3HB)-co- P(4HB)) sind insbesondere von der Fa. Metabolix bekannt. Sie werden unter dem Handelsnamen Mirel® vertrieben. Poly-3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyhexanoate (P(3HB)-co-P(3HH)) sind von der Fa. P&G oder Kaneka bekannt. Poly-3- hydroxybutyrate werden beispielsweise von der Fa. PHB Industrial unter dem Markennamen Biocycle® und von der Fa. Tianan unter dem Namen Enmat® vertrieben. Die Polyhydroxyalkanoate weisen in der Regel ein Molekulargewicht Mw von 100.000 bis 1.000.000 und vorzugsweise von 300.000 bis 600.000 auf. Preferred polylactic acids are, for example, NatureWorks® 6201 D, 6202 D, 6251 D, 3051 D and in particular 3251 D, 4032 D, 4043 D or 4044 D (polylactic acid from NatureWorks). Biodegradable polyhydroxyalkanoates are understood as meaning primarily poly-4-hydroxybutyrates and poly-3-hydroxybutyrates, and also include copolyesters of the abovementioned hydroxybutyrates with 3-hydroxyvalerates (P (3HB) -co-P (3HV)) or 3-hydroxyhexanoate. Poly-3-hydroxybutyrate-co-4-hydroxybutyrate (P (3HB) -co-P (4HB)) are known in particular from Metabolix. They are sold under the trade name Mirel®. Poly-3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyhexanoates (P (3HB) -co-P (3HH)) are known from the company P & G or Kaneka. Poly-3-hydroxybutyrates are sold, for example, by PHB Industrial under the brand name Biocycle® and by Tianan under the name Enmat®. The polyhydroxyalkanoates generally have a molecular weight M w of from 100,000 to 1,000,000, and preferably from 300,000 to 600,000.
Polycaprolacton wird beispielsweise von der Fa. Daicel unter dem Produktnamen Plac- cel® vermarktet. Polycaprolactone is marketed for example by the company. Daicel under the product names PLAC cel ®.
Bevorzugte Polyestermischungen von teilaromatischen Polyestern und Polymilchsaure oder Polyhydroxyalkanoaten sind in der EP 1656 423, EP 1838784, WO 2005/063886, WO 2006/057353, WO 2006/057354, WO 2010/034710 und WO 2010/034712 beschrieben. Preferred polyester mixtures of partially aromatic polyesters and polylactic acid or polyhydroxyalkanoates are described in EP 1656 423, EP 1838784, WO 2005/063886, WO 2006/057353, WO 2006/057354, WO 2010/034710 and WO 2010/034712.
Unter biologisch abbaubaren Polyalkylencarbonaten werden in erster Linie Polyethyl- encarbonat (siehe EP-A 1264860), erhältlich durch Copolymerisation von Ethylenoxid und Kohlendioxid und insbesondere Polypropylencarbonat (siehe beispielsweise WOAmong biodegradable polyalkylene carbonates are primarily polyethylene encarbonate (see EP-A 1264860), obtainable by copolymerization of ethylene oxide and carbon dioxide and in particular polypropylene carbonate (see, for example, WO
2007/125039), erhältlich durch Copolymerisation von Propylenoxid und Kohlendioxid verstanden. 2007/125039), obtainable by copolymerization of propylene oxide and carbon dioxide.
Die Polyalkylencarbonat-Kette kann sowohl Ether- als auch Carbonatgruppen enthalten. Der Anteil an Carbonatgruppen im Polymer ist abhängig von den Reaktionsbedin- gungen wie insbesondere dem verwendeten Katalysator. In den bevorzugten Polyalky- lencarbonaten sind mehr als 85 und bevorzugt mehr als 90 % aller Verküpfungen Cabonat-Gruppen. Geeignete Zink- und Kobalt-Katalysatoren sind in US 4789727 und US 7304172 beschrieben. Polypropylencarbonat kann weiterhin analog Soga et al., Polymer Journal, 1981 , 13, 407-10 hergestellt werden. Das Polymer ist auch kommerziell erhältlich und wird beispielsweise von Empower Materials Inc. oder Aldrich im Markt angeboten. The polyalkylene carbonate chain may contain both ether and carbonate groups. The proportion of carbonate groups in the polymer depends on the reaction conditions. conditions, in particular the catalyst used. In the preferred polyalkylene carbonates, more than 85 and preferably more than 90% of all linkages are cabonate groups. Suitable zinc and cobalt catalysts are described in US 4789727 and US 7304172. Polypropylene carbonate can also be prepared analogously to Soga et al., Polymer Journal, 1981, 13, 407-10. The polymer is also commercially available and is marketed, for example, by Empower Materials Inc. or Aldrich.
Bei der Aufarbeitung der Polyalkylencarbonate ist es besonders wichtig, den Katalysa- tor möglichst quantitativ zu entfernen. Hierzu wird in der Regel die Reaktionsmischung mit einem polaren aprotischen Lösungsmittel wie beispielsweise einem Carbonsäureester (insbesondere Essigsäureethylester), einem Keton (insbesondere Aceton), einem Ether (insbesondere Tetrahydrofuran) auf das 2 bis 10 fache Volumen verdünnt. Anschließend wird mit einer Säure wie Essigsäure und/oder einem Säureanhydrid wie Essigsäureanhydrid versetzt und mehrere Stunden bei leicht erhöhter Temperatur gerührt. Die organische Phase wird gewaschen und getrennt. Das Lösungsmittel wird vorzugsweise im Vakuum abdestilliert und der Rückstand getrocknet. When working up the polyalkylene carbonates, it is particularly important to remove the catalyst as quantitatively as possible. For this purpose, the reaction mixture is usually diluted with a polar aprotic solvent such as a carboxylic acid ester (especially ethyl acetate), a ketone (especially acetone), an ether (especially tetrahydrofuran) to 2 to 10 times the volume. Subsequently, it is mixed with an acid such as acetic acid and / or an acid anhydride such as acetic anhydride and stirred for several hours at a slightly elevated temperature. The organic phase is washed and separated. The solvent is preferably distilled off in vacuo and the residue is dried.
Das Molekulargewicht Mn der nach den obengenannten Verfahren hergestellten Polyp- ropylencarbonate beträgt in der Regel 70.000 bis 90.000 Da. Das Molekulargewicht Mw liegt üblicherweise bei 250.000 bis 400.000 Da. Das Verhältnis der Ether- zu Car- bonat-Gruppen im Polymer beträgt 5:100 bis 90:100. Zur Verbesserung der Anwendungseigenschaften kann es von Vorteil sein, die Polyalkylencarbonate mit MSA (Maleinsäureanhydrid), Essigsäureanhydrid, Di- oder Polyisocyanaten, Di- oder Polyoxazo- line oder -oxazine oder Di- oder Polyepoxiden zu behandeln. Polypropylencarbonate mit einem Molekulargewicht Mn von 30.000 bis 5.000.000 , bevorzugt 35.000 bis 250.000 und insbesondere bevorzugt von 40.000 bis 150.000 Da lassen sich auf diese Weise herstellen. Polypropylencarbonate mit einem Mn von unter 25000 Da weisen eine niedrige Glastemperatur von unter 25 °C auf. Sie sind daher für Oberflächenan- wendnungen (z.B. Coating) mit den genannten Pigmenten nur eingeschränkt geeignet. Die Polydispersität (Verhältnis von Gewichtsmittel (Mw) zu Zahlenmittel (Mn)) liegt in der Regel zwischen 1 und 80 und vorzugsweise zwischen 2 und 10. Die verwendeten Polypropylencarbonate können bis zu 1 % Carbamat- und Harnstoff-Gruppen enthalten. Als Kettenverlängerer für die Polyalkylencarbonate werden insbesondere MSA (Maleinsäureanhydrid), Essigsäureanhydrid, Di- oder Polyisocyanaten, Di- oder Polyoxazo- line oder -oxazine oder Di- oder Polyepoxiden eingesetzt. Beispiele für Isocyanate sind Toluylen-2,4-diisocyanat, Toluylen-2,6-diisocyanat, 2,2'-Diphenylmethandiisocyanat, 2,4'-Diphenylmethandiisocyanat, 4,4'-Diphenylmethan-diisocyanat, Naphthylen-1 ,5- diisocyanat oder Xylylen-diisocyanat und insbesondere 1 ,6-Hexamethylendiisocyanat, Isophorondiisocyanat oder Methylen-bis(4-isocyanatocyclo-hexan), verstanden. Besonders bevorzugte aliphatische Diisocyanate sind Isophorondiisocyanat und insbe- sondere 1 ,6-Hexamethylendiisocyanat. Als Bisoxazoline seien 2,2'-Bis(2-oxazolin), Bis(2-oxazolinyl)methan, 1 ,2-Bis(2-oxazolinyl)ethan, 1 ,3-Bis(2-oxazolinyl)propan oder 1 ,4-Bis(2-oxazolinyl)butan, insbesondere 1 ,4-Bis(2-oxazolinyl)benzol, 1 ,2-Bis(2- oxazolinyl)benzol oder 1 ,3-Bis(2-oxazolinyl)benzol genannt. Die Kettenverlängerer werden vorzugsweise in Mengen von 0,01 bis 5, bevorzugt 0,05 bis 2, besonders bevorzugt 0,08 bis 1 Gew.-%, bezogen auf die Polymermenge eingesetzt. The molecular weight Mn of the polypyrene carbonates produced by the abovementioned processes is generally from 70,000 to 90,000 Da. The molecular weight Mw is usually 250,000 to 400,000 Da. The ratio of ether to carbonate groups in the polymer is 5: 100 to 90: 100. To improve the application properties, it may be advantageous to treat the polyalkylene carbonates with MSA (maleic anhydride), acetic anhydride, di- or polyisocyanates, di- or polyoxazoline line or oxazines or di- or polyepoxides. Polypropylene carbonates having a molecular weight Mn of from 30,000 to 5,000,000, preferably from 35,000 to 250,000 and more preferably from 40,000 to 150,000 Da can be prepared in this way. Polypropylene carbonates with a Mn of less than 25,000 Da have a low glass transition temperature of less than 25 ° C. They are therefore only of limited suitability for surface applications (eg coating) with the pigments mentioned. The polydispersity (ratio of weight average (Mw) to number average (Mn)) is generally between 1 and 80, and preferably between 2 and 10. The polypropylene carbonates used may contain up to 1% carbamate and urea groups. Particularly suitable chain extenders for the polyalkylene carbonates are MSA (maleic anhydride), acetic anhydride, di- or polyisocyanates, di- or polyoxazolines or -oxazines or di- or polyepoxides. Examples of isocyanates are tolylene-2,4-diisocyanate, tolylene-2,6-diisocyanate, 2,2'-diphenylmethane diisocyanate, 2,4'-diphenylmethane diisocyanate, 4,4'-diphenylmethane diisocyanate, naphthylene-1,5-diisocyanate or xylylene diisocyanate and in particular 1,6-hexamethylene diisocyanate, isophorone diisocyanate or methylene bis (4-isocyanatocyclohexane). Particularly preferred aliphatic diisocyanates are isophorone diisocyanate and in particular in particular 1,6-hexamethylene diisocyanate. As bisoxazolines are 2,2'-bis (2-oxazoline), bis (2-oxazolinyl) methane, 1, 2-bis (2-oxazolinyl) ethane, 1, 3-bis (2-oxazolinyl) propane or 1, 4 Bis (2-oxazolinyl) butane, especially 1, 4-bis (2-oxazolinyl) benzene, 1, 2-bis (2-oxazolinyl) benzene or 1, 3-bis (2-oxazolinyl) benzene. The chain extenders are preferably used in amounts of 0.01 to 5, preferably 0.05 to 2, particularly preferably 0.08 to 1 wt .-%, based on the amount of polymer.
Ferner ist es möglich dem biologisch abbaubaren Polyester und/oder Polyalkylencar- bonat Additive zuzugeben. Als Additive kommen die in der Kunststofftechnik typischen; Nukleierungsmittel wie z.B. Polybutylenterephtalat (PBT) bei Copolyestern des PBT (z.B. PBAT, PBSeT, PBST), Polybutylensuccinat bei Polymilchsäure; Gleit- und Trennmittel wie Stearate (insbesondere Zink-, Zinn-, und Calziumstearat); Weichmacher (Plastifizierer) wie beispielsweise Zitronensäureester (insbesondere Tributylcitrat und Acetyl-tributylcitrat), Glycerinsäureester wie Triacetylglycerin oder Ethylenglykolde- rivate; Tenside wie Polysorbate, Palmitate oder Laurate; Wachse wie beispielsweise Caraubawachs, Candelillawachs, Bienenwachs oder Bienenwachsester, Jojobaöl, Japanwachs, Walrat, Wollwachs ; UV-Absorbers (z.B Hydrochinone); UV-Stabilisatoren; Antifog-Mittel (z.B. Polysorbate) oder Farbstoffe infrage. Die Additive werden in Konzentrationen von 0 bis 5 Gew.-%, insbesondere 0,1 bis 2 Gew.-% bezogen auf den biologisch abbaubare Polyester, und/oder das Polyalkylencarbonat eingesetzt. Weichmacher können in 0,1 bis 30 Gew.-% (bevorzugt: 0,1 bis 10 Gew-%) bezogen auf das biologisch abbaubare Polyester, und/oder Polyalkylencarbonat enthalten sein. Further, it is possible to add additives to the biodegradable polyester and / or polyalkylene carbonate. Additives are the typical in plastics technology; Nucleating agents such as e.g. Polybutylene terephthalate (PBT) in copolyesters of PBT (e.g., PBAT, PBSeT, PBST), polybutylene succinate in polylactic acid; Lubricants and release agents such as stearates (especially zinc, tin, and calcium stearate); Plasticizers such as citric acid esters (especially tributyl citrate and acetyl tributyl citrate), glyceric acid esters such as triacetylglycerol or ethylene glycol derivatives; Surfactants such as polysorbates, palmitates or laurates; Waxes such as carauba wax, candelilla wax, beeswax or beeswax ester, jojoba oil, Japan wax, spermaceti, wool wax; UV absorbers (for example hydroquinones); UV stabilizers; Anti-fog agents (e.g., polysorbates) or dyes. The additives are used in concentrations of 0 to 5 wt .-%, in particular 0.1 to 2 wt .-% based on the biodegradable polyester, and / or the polyalkylene carbonate. Plasticizers may be contained in 0.1 to 30% by weight (preferably 0.1 to 10% by weight) based on the biodegradable polyester, and / or polyalkylene carbonate.
Herstellung der Faser Production of the fiber
Die erfindungsgemäß eingesetzten Fasern lassen sich beispielsweise durch einThe fibers used in the invention can be, for example, by a
Schmelzspinnverfahren herstellen (Franz Fourne,„Synthetische Fasern" Carl Hanser Verlag, 1995, S 271 ff). Das Polymer (der jeweilige Polyesters oder Polyalkylencarbonat oder der Compound (die obengenannten Polymermischungen) wird in einem Einschneckenextruder mit glatter, gerillter oder genuteter Buchse aufgeschmolzen und homogenisiert. Die Schmelze wird nach der Austragszone (Metering-Zone) mit einem Schmelzefilter gereinigt. Die Polymerschmelze wird durch eine oder mehrere Düsen gepresst, in einem Blasschacht definiert abgekühlt und nach dem Präparationsauftrag auf Wickler aufgespult. Bei Einsatz nur einer Düse mit zumeist größerem Durchmesser entsteht ein sogenanntes Monofil, bei mehreren Düsen ein Multifilament. Typisch sind Multifilamente von 12 bis 200 sogar bis > 200 Monofilen - nachfolgend„Faden" genannt. Die Düsen haben einen Durchmesser von typischerweise 200 bis 500 μηη. Die Monofile und Multifilamente (Fäden) werden mit einer Präparation behandelt, welche typischerweise Mineralöle oder Pflanzenöle als Gleitmittel enthält, die in Wasser dis- pergiert sind. Die Präparation dient dazu, Oberflächenschädigung durch Reibung an den Fadenführungen zu vermeiden, die bei den hohen Laufgeschwindigkeiten vonMelt-spinning process (Franz Fourne, "Synthetic fibers" Carl Hanser Verlag, 1995, p 271 ff) .The polymer (the respective polyester or polyalkylene carbonate or the compound (the polymer mixtures mentioned above) is melted in a single-screw extruder with a smooth, grooved or grooved bush and The melt is cleaned after the discharge zone (metering zone) with a melt filter.The polymer melt is forced through one or more nozzles, cooled in a blow-hole and then wound on the winder after the preparation application.When using only one nozzle of mostly larger diameter The result is a so-called monofilament, in the case of several nozzles a multifilament, typical are multifilaments from 12 to 200 even up to> 200 monofilaments - hereafter called "thread." The nozzles have a diameter of typically 200 to 500 μm The monofilaments and multifilaments (threads) become treated with a preparation which t typically contains mineral oils or vegetable oils as lubricants dispersed in water. The preparation serves to avoid surface damage due to friction on the thread guides, which at the high running speeds of
1000 bis 6000 m/min auftreten können. Sie wird als Stab- oder Stiftpräparation auf den Faden aufgetragen: Über einen definierten Schlitz oder eine Bohrung in einem Kera- mikfadenführer wird die Präparation mit einer Zahnradpumpe kontinuierlich gefördert und benetzt die Faseroberflächen. 1000 to 6000 m / min can occur. It is applied to the thread as a rod or pin preparation: over a defined slot or hole in a keratin. The preparation is continuously conveyed by a gear pump and wets the fiber surfaces.
Der Faden wird mit einer angetriebenen Lieferwalze abgezogen und anschließend über mehrere Galetten stabilisiert, die die Fadenspannung über Geschwindigkeitsdifferen- zen regeln. Über Geschwindigkeitsdifferenzen und Galettentemperierung erfolgt auch eine Verstreckung des Fadens im Verhältnis 1 :1 ,1 bis 1 :2. Anschließend wird der Faden mit einem Hochleistungswickler auf Spulen gewickelt.  The thread is drawn off with a driven delivery roller and then stabilized by several godets that regulate the thread tension via speed differences. Via speed differences and Galettentemperierung also takes a drawing of the thread in the ratio 1: 1, 1 to 1: 2. Subsequently, the thread is wound with a high-performance winder on bobbins.
Ein stabiles Schmelzspinnverfahren erfordert ein entsprechendes Fließverhalten des aufgeschmolzenen Polymers/Compounds. Die eingesetzten Polymere sind im Regelfall überwiegend linear aufgebaut und dürfen nur in einem bestimmten Molekulargewichtsbereich vorliegen, der in der Polymerproduktion meistens über den MVR (Melt Volume Rate) nach IS01 133 dargestellt wird. Es werden Polymere mit einem MVR von 5 bis 50 ml/10 min, bevorzugt 12 bis 35 ml/10 min. besonders bevorzugt 15 bis 30 ml/10 min. bei der jeweiligen Schmelzetemperatur verarbeitet. Dabei ist in der Regel eine Restfeuchte < 800 ppm bevorzugt <500 ppm besonders bevorzugt < 200 ppm einzuhalten, um eine Hydrolyse während der Verarbeitung zu minimieren. A stable melt spinning process requires a corresponding flow behavior of the melted polymer / compound. The polymers used are generally predominantly of a linear structure and may only be present in a certain molecular weight range, which in polymer production is usually represented by the MVR (melt volume rate) according to IS01 133. There are polymers with an MVR of 5 to 50 ml / 10 min, preferably 12 to 35 ml / 10 min. more preferably 15 to 30 ml / 10 min. processed at the respective melt temperature. As a rule, a residual moisture <800 ppm, preferably <500 ppm, particularly preferably <200 ppm, is to be observed in order to minimize hydrolysis during processing.
Durch das Aufwickeln nach dem Austritt aus der Düse wird die Faser verstreckt, wobei die Polymerketten teilweise in Faserrichtung orientiert werden. Beim Erstarren des Polymers beim Abkühlen bilden sich in der Faser amorphe und kristalline Teilbereiche. Das Verhältnis von amorphen und kristallinen Bereichen und die gebildeten Kristallstrukturen hängen stark vom Polymer und der Abzugsgeschwindigkeit ab. Mit steigender Abzugsgeschwindigkeit (typischerweise im Bereich von 1000-6000 m/min) verbes- sert sich die Orientierung der Polymerketten. Ohne Nachverstreckung erreicht man LOY (low oriented yarn) und bei entsprechender Galettenführung auch POY (partially oriented yarn). HOY (high oriented yarn) wird nur durch Nachverstreckung erreicht (Franz Fourne,„Synthetische Fasern" Carl Hanser Verlag, 1995, S 417 bis 459) Es ist darüber hinaus möglich sowohl ein einzelnes Polymer wie mehrere Polymere in einem Filament in definierter Geometrie simultan beim Spinnen zu mischen, üblichweise mit einem sogenannten Bikomponentenschmelzspinnverfahren. By winding after exiting the die, the fiber is stretched, with the polymer chains being partially oriented in the fiber direction. When the polymer solidifies on cooling, amorphous and crystalline subregions are formed in the fiber. The ratio of amorphous and crystalline regions and the crystal structures formed depend strongly on the polymer and the withdrawal speed. As the take-off speed increases (typically in the range of 1000-6000 m / min), the orientation of the polymer chains improves. Without reforwarding one reaches LOY (low oriented yarn) and with appropriate godet guidance also POY (partially oriented yarn). HOY (high oriented yarn) is achieved only by post-stretching (Franz Fourne, "Synthetic fibers" Carl Hanser Verlag, 1995, p 417-459). It is also possible both a single polymer as several polymers in a filament in a defined geometry simultaneously Spiders to mix, usually with a so-called bicomponent melt spinning process.
Die Fasern werden nach (Franz Fourne,„Synthetische Fasern" Carl Hanser Verlag, 1995, S 460 bis 489 ) entweder zu Kabeln zusammengeführt und mit Faserschneidemaschinen wie z.B. Gru-Gru oder Lummus Cuttern oder der Neumag- Faserschneide geschnitten. Die Faserlänge kann über die Schneidgeometrie und die Prozessparameter eingestellt werden. Die Wärmeabfuhr beim Schneidvorgang entscheidet über die Verwendbarkeit der Anlagen ohne die Polymere zu verschweißen. The fibers are either combined into cables according to (Franz Fourne, "Synthetic fibers" Carl Hanser Verlag, 1995, S 460 to 489) and cut with fiber-cutting machines such as Gru-Gru or Lummus Cuttern or the Neumag fiber cutting edge The heat dissipation during the cutting process determines the usability of the systems without welding the polymers.
In diesem Zusammenhang sind sind insbesondere Additive zu nennen, die eine Nukle- ierung der Faserpolymere bewirken, die die bekannte orientierungsinduzierte Kristalli- sation von Polymeren verstärkt. 0,05 bis 10 % bevorzugt 0,05 bis 0,2 % anorganische Füllstoffe wie Calciumcarbonat (PCC), Talkum, Kaolin, Glimmer. Außerdem wirkt bei PLA z.B. Zinkphenylphosphonat, Ethylen-Bis-Stearylamid, PBS, nukleierend. In this connection, particular mention must be made of additives which bring about nucleation of the fiber polymers which inhibit the known orientation-induced crystallization. reinforced by polymers. 0.05 to 10%, preferably 0.05 to 0.2% inorganic fillers such as calcium carbonate (PCC), talc, kaolin, mica. In addition, in PLA, for example, zinc phenylphosphonate, ethylene-bis-stearylamide, PBS, nucleating.
Bei PLLA mit einem L-Milchsäureanteil von mehr als 99 % wirkt auch reines PDLA in kleinen Mengen (1 bis 10 %) nukleierend. In PLLA with an L-lactic acid content of more than 99%, pure PDLA also nucleates in small amounts (1 to 10%).
Als weitere Additive können den Polymeren und Compounds für die Faserherstellung zugegeben werden: - Farbstoffe wie Titandioxid, Eisenoxide, und organische Farbstoffe, bevorzugt in Mengen von 0,1 bis 10 % Gew.-% bezogen auf das Polymer/Compound, Further additives may be added to the polymers and compounds for fiber production: dyes, such as titanium dioxide, iron oxides, and organic dyes, preferably in amounts of from 0.1 to 10% by weight, based on the polymer / compound,
Gleitmittel wie Fettsäureester und Fettsäureamide, bevozugt in Mengen von 0,01 bis 5 % Gew.-% bezogen auf das Polymer/Compound, Lubricants, such as fatty acid esters and fatty acid amides, preferably in amounts of from 0.01 to 5% by weight, based on the polymer / compound,
Weichmacher und Dispergiermittel wie Triacetin, Alkylacetate, Trialkylcitrate, Alkanole und Alkyllactate , bezovrzugt in Mengen von 0,5 bis 20 Gew.-% bezogen auf das Polymer/Compound, - Aromastoffe wie Linalol, Geraniol und Citral, bevorzugt in Mengen von 0,1 bis 5 Gew.-% bezogen auf das Polymer/Compound. Plasticizers and dispersants such as triacetin, alkyl acetates, trialkyl citrates, alkanols and alkyl lactates, preferably in amounts of from 0.5 to 20% by weight, based on the polymer / compound, and flavorings such as linalol, geraniol and citral, preferably in amounts of 0.1 to 5 wt .-% based on the polymer / compound.
Die Polyesterfaser und/oder Polyakylencarbonatfasern können erfindungsgemäß zur Herstellung sämtlicher Papierqualitäten eingesetzt werden, z.B. Zeitungsdruck, SC- Papier (supercalandriertes Papier), holzfreie oder holzhaltige Schreib- und Druckpapiere sowie gestrichener Papierqualitäten. Zur Herstellung solcher Papiere verwendet man beispielsweise als Hauptrohstoffkomponenten Holzschliff, thermomechanischen Stoff (TMP), chemo-thermomechanischem Stoff (CTMP), Druckschliff (PGW), The polyester fiber and / or Polyakylencarbonatfasern can be used according to the invention for the production of all paper grades, e.g. Newspaper printing, SC paper (supercalendered paper), wood-free or wood-containing writing and printing papers and coated paper grades. For the production of such papers, for example, the main raw material components are groundwood, thermomechanical (TMP), chemo-thermomechanical (CTMP), pressure ground (PGW),
Bleached chemo-thermomechanischem Stoff (BCTMP) sowie Sulfit- und Sulfatzellstoff und Altpapier. Bleached chemo-thermo-mechanical substance (BCTMP) as well as sulphite and sulphate pulp and waste paper.
Die erfindungsgemäß eingesetzten biologisch abbaubaren Polyesterfasern und/oder Polyalkylencarbonatfasern können sowohl als Feststoff wie auch als Suspension im papierherstellungsprozess eingesetzt werden. Die wässrigen Suspensionen der Poly- esterfasern und/oder Polyalkylencarbonatfasern werden soweit verdünnt, dass sie gut fließfähig sind. Ausreichende Fließfähigkeit wird in der Regel bei 0,05 bis 20 gew.- %igen wässrigen Suspension der biologisch abbaubaren Polyesterfasern und/oder Polyalkylencarbonatfasern erzielt. Die Einsatzmenge der biologisch abbaubaren Polyesterfasern und/oder Polyalkylencarbonatfasern bezogen auf den Gesamtstoff (trocken), der zum Stoffauflauf der Papiermaschine geführt wird, beträgt 0,3 bis 40 Gew.-%, insbesondere 0,5 bis 20 Gew-%. Der erfindungsgemäße Zusatz der biologisch abbaubaren Polyesterfasern und/oder Polyalkylencarbonatfasern erfolgt durch Dosierung zum Papierstoff bei einer Faserstoffkonzentration im Bereich von 5 bis 100 g/l. Unter einer Faserstoffkonzentration von 20 bis 100 g/l (entspricht einer Faserstoffkonzentration von 2 bis 10 Gew.-% bezogen auf den wässrigen Faserstoff) versteht man in der Papierherstellung üblicherweise den Dickstoff. Dieser wird unterschieden vom Dünnstoff, unter dem im Folgenden eine Faserstoffkonzentration im Bereich von 3 bis 15 g/l zu verstehen ist. Im Anschluss wird der Gesamtpapierstoff mit Wasser auf eine Faserstoffkonzentration im Bereich von 5 bis 15 g/l verdünnt. Eine teilweise oder auch vollständige Dosierung der biologisch abbaubaren Polyesterfasern und/oder Polyalkylencarbonatfasern erst im Dünnstoff ist möglich. Bevorzugt ist jedoch die Dosierung im Dickstoff. The biodegradable polyester fibers and / or polyalkylene carbonate fibers used according to the invention can be used both as a solid and as a suspension in the papermaking process. The aqueous suspensions of the polyester fibers and / or polyalkylene carbonate fibers are diluted to such an extent that they are readily flowable. Sufficient fluidity is usually achieved at 0.05 to 20% by weight aqueous suspension of the biodegradable polyester fibers and / or polyalkylene carbonate fibers. The amount of biodegradable polyester fibers and / or polyalkylene carbonate fibers, based on the total material (dry), which is fed to the headbox of the paper machine, is from 0.3 to 40% by weight, in particular from 0.5 to 20% by weight. The addition according to the invention of the biodegradable polyester fibers and / or polyalkylene carbonate fibers is effected by metering to the pulp at a pulp concentration in the range from 5 to 100 g / l. In a pulp concentration of 20 to 100 g / l (corresponds to a pulp concentration of 2 to 10 wt .-% based on the aqueous pulp) is usually understood in the papermaking the thick stock. This is distinguished from the thin material, which is to be understood below as a fiber concentration in the range of 3 to 15 g / l. Subsequently, the total paper stock is diluted with water to a pulp concentration in the range of 5 to 15 g / l. A partial or complete dosage of the biodegradable polyester fibers and / or polyalkylene carbonate fibers only in the thin material is possible. However, the dosage in the thick matter is preferred.
Die Fasern bzw. bevorzugt deren wässrigen Suspensionen werden bei der Papierher- Stellung dem Cellulosefaserstoff oder einer Mischung aus Cellulosefaserstoff und Füllstoff beigemischt, um so den Gesamtpapierstoff zu bilden. Neben den Füllstoffen und Faserstoffen kann der Gesamtstoff noch andere konventionelle Papieradditive enthalten. Konventionelle Papieradditive sind beispielsweise Leimungsmittel, Nassfestmittel, kationische oder anionische Retentionsmittel auf Basis synthetischer Polymere sowie duale Systeme, Entwässerungsmittel, andere Trockenverfestiger, anorganische Pigmente (Füllstoffe), optische Aufheller, Entschäumer, Biozide und Papierfarbstoffe. Diese konventionellen Papieradditive können in den üblichen Mengen eingesetzt werden. The fibers or, preferably, their aqueous suspensions are admixed with the cellulose pulp or a mixture of cellulose pulp and filler in the papermaking operation so as to form the total pulp. In addition to the fillers and fibers, the overall fabric may contain other conventional paper additives. Conventional paper additives are, for example, sizing agents, wet strength agents, cationic or anionic retention aids based on synthetic polymers as well as dual systems, dehydrating agents, other dry strength agents, inorganic pigments (fillers), optical brighteners, defoamers, biocides and paper dyes. These conventional paper additives can be used in the usual amounts.
Als anorganische Pigmente (Füllstoffe) kommen alle üblicherweise in der Papierindust- rie einsetzbaren Pigmente auf Basis von Metalloxiden, Silikaten und/oder Carbonaten insbesondere von Pigmenten aus der Gruppe bestehend aus Calciumcarbonat, das in Form von gemahlenen (GCC) Kalk, Kreide, Marmor oder präzipitiertem Calciumcarbonat (PCC) eingesetzt werden kann, Talkum, Kaolin, Bentonit, Satinweiß, Calciumsulfat, Bariumsulfat und Titandioxid. Man kann auch Mischungen aus zwei oder mehreren Pigmenten einsetzen. Üblicherweise werden anorganische Pigmente mit einer mittleren Teilchengröße (Z-Mittel) ^10 μηη, bevorzugt von 0,1 bis 5 μηη, insbesondere von bis 0,1 bis 4 μηη eingesetzt. Die Bestimmung der mittleren Teilchengröße (Z-Mittel) der anorganischen Pigmente sowie der Teilchen der Pulverzusammensetzung erfolgt im Rahmen dieser Schrift generell nach der Methode der quasielastischen Lichtstreuung (DIN-ISO 13320-1 ) beispielsweise mit einem Mastersizer 2000 der Fa. Malvern Instruments Ltd.. Suitable inorganic pigments (fillers) are all pigments customarily used in the paper industry on the basis of metal oxides, silicates and / or carbonates, in particular of pigments from the group consisting of calcium carbonate, in the form of ground (GCC) lime, chalk, marble or Precipitated calcium carbonate (PCC) can be used, talc, kaolin, bentonite, satin white, calcium sulfate, barium sulfate and titanium dioxide. It is also possible to use mixtures of two or more pigments. Usually, inorganic pigments having an average particle size (Z-average) .gtoreq.10 μm, preferably from 0.1 to 5 μm, in particular from 0.1 to 4 μm, are used. The determination of the average particle size (Z-average) of the inorganic pigments and of the particles of the powder composition is carried out in the context of this document generally by the method of quasi-elastic light scattering (DIN-ISO 13320-1), for example, with a Mastersizer 2000 from Malvern Instruments Ltd. ,
Als Leimungsmittel sind Alkylketendimere (AKD), Alkenylbernsteinsäureanhydride (A- SA) und Harzleim zu nennen. The sizing agents are alkylketene dimers (AKD), alkenylsuccinic anhydrides (A-SA) and rosin size.
Als Retentionsmittel kommen beispielsweise anionische Mikropartikel (kolloidale Kieselsäure, Bentonit), anionische Polyacrylamide, kationische Polyacrylamide, kationi- sehe Stärke, kationisches Polyethylenimin oder kationisches Polyvinylamin in Frage. Darüber hinaus sind beliebige Kombinationen davon denkbar, beispielsweise duale Systeme, die aus einem kationischen Polymer mit einem anionischen Mikropartikel oder einem anionischen Polymer mit einem kationischen Mikropartikel bestehen. Um eine hohe Füllstoffretention zu erreichen, empfiehlt sich die Zugabe von derartigen Retentionsmitteln, die beispielsweise zum Dickstoff aber auch zu dem Dünnstoff zugegeben werden können. Examples of retention agents are anionic microparticles (colloidal silicic acid, bentonite), anionic polyacrylamides, cationic polyacrylamides, cationic polyacrylamides and cationic polyacrylamides. starch, cationic polyethylenimine or cationic polyvinylamine in question. In addition, any combination thereof is conceivable, for example, dual systems consisting of a cationic polymer with an anionic microparticle or an anionic polymer with a cationic microparticle. In order to achieve a high filler retention, it is recommended to add retention aids of this kind, which can be added to the thick material, for example, but also to the thin material.
Unter Trockenverfestiger sind synthetische Trockenverfestiger wie Polyvinylamin oder natürliche Trockenverfestiger wie Stärke zu verstehen. Dry strength agents are to be understood as meaning synthetic dry strength agents such as polyvinylamine or natural dry strength agents such as starch.
Im Anschluss an die Blattbildung durchläuft das Papierblatt die Pressenpartie. Hier wird das Blatt weiter entwässert. Dabei wird der Trockengehalt der feuchten Papierbahn mit dem im Pressnip ausgeübten Druck erhöht. Der Druck kann in vielen Papierma- schinen über einen relativ großen Bereich variiert werden. Nach der Pressenpartie folgt die Trockenpartie. Hier findet das Trocknen statt, bei dem eine Verbindung zwischen Papierfaser und Polymer entsteht. Bevorzugt wird ein Verfahren, bei dem das Papierblatt in der Pressenpartie mit Temperaturen im Bereich von 45 bis 120 °C (Zylindertemperatur) behandelt wird. Following the formation of the sheet, the paper sheet passes through the press section. Here the leaf is further drained. The dry content of the moist paper web is increased with the pressure exerted in the press nip. The printing can be varied over a relatively wide range in many paper machines. After the press section, the dryer section follows. Here the drying takes place, in which a connection between paper fiber and polymer develops. Preference is given to a method in which the paper sheet is treated in the press section at temperatures in the range of 45 to 120 ° C (cylinder temperature).
Das erfindungsgemäße Verfahren dient der Herstellung von füllstoffhaltigem Papier, füllstoffhaltiger Pappe und füllstoffhaltigem Karton. Der jeweilige Füllstoffgehalt von Papier, Pappe und Karton kann dabei 3 bis 50 Gew.-% bezogen auf das Papier, die Pappe oder den Karton betragen. The inventive method is used to produce filler-containing paper, filler-containing cardboard and filled cardboard. The respective filler content of paper, cardboard and paperboard can be from 3 to 50% by weight, based on the paper, cardboard or paperboard.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich füllstoffhaltige Papiere wie graphische Papiere, Verpackungspapiere sowie Hygienepapiere enthaltend Recyclingfasern herstellen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Verfahren zur Herstellung von graphischem Papier bevorzugt. Zu den graphischen Papieren zählen Papiere wie holzfreie Papiere, holzfreie Schreib- und Druckpapiere, holzhaltige Schreib- und Druckpapiere, und holzfreie und holzhaltige Streichrohpapiere. Ihr Füllstoffgehalt beträgt in der Regel 10 bis 40 Gew.-% bezogen auf das Papier. According to the process of the invention, filler-containing papers such as graphic papers, packaging papers and sanitary papers containing recycled fibers can be produced. In a preferred embodiment, a method of making graphic paper is preferred. The graphic papers include papers such as wood-free papers, wood-free writing and printing papers, wood-containing writing and printing papers, and wood-free and wood-containing base papers. Their filler content is usually 10 to 40 wt .-% based on the paper.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird ein Verfahren zur Herstellung von Papier bevorzugt, dessen Füllstoffgehalt 10 bis 20 Gew.-% beträgt. Derartige Papiere werden vor allem als Verpackungspapiere eingesetzt. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird ein Verfahren zur Herstellung von Papier bevorzugt, dessen Füllstoffgehalt 5 bis 25 Gew.-% beträgt. Derartige Papiere werden vor allem für den Zeitungsdruck eingesetzt. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird ein Verfahren zur Herstellung von Papier bevorzugt, dessen Füllstoffgehalt 25 bis 50 Gew.-% beträgt, beispielsweise SC-Papiere. According to a further preferred embodiment, a process for the production of paper is preferred whose filler content is 10 to 20 wt .-%. Such papers are used primarily as packaging papers. According to a further preferred embodiment, a process for the production of paper is preferred whose filler content is 5 to 25 wt .-%. Such papers are used primarily for newspaper printing. According to another preferred embodiment, preference is given to a process for producing paper whose filler content is from 25 to 50% by weight, for example SC papers.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine Herstellung von von füllstoffhaltigen Papierprodukten mit reduziertem Flächengewicht bei gleicher Festigkeit. Die erfindungsgemäß in einem Verfahren zur Herstellung von Papier und Papierprodukten eingesetzten biologisch abbaubaren Polyesterfasern und/oder Polyalkylencarbonatfasern erlauben es, Papier mit höherem Füllstoffgehalt zu produzieren. Der durch den höheren Füllstoffgehalt in der Regel bedingte Festigkeitsverlust fällt im Vergleich zu bekannten Verfahren des Standes der Technik deutlich geringer aus. Dier erfindungsgemäß erhaltenen Papiere weisen verbesserte Festigkeiten sowie eine erhöhte Reißkraft auf. Dadurch ist eine gute Bedruckbarkeit (verbessertes Linting und Dusting) bei gleicher oder verbesserter Effizienz der Papiermaschine möglich. The process according to the invention makes it possible to produce filler-containing paper products having a reduced basis weight and the same strength. The biodegradable polyester fibers and / or polyalkylene carbonate fibers used in a process for producing paper and paper products according to the invention make it possible to produce paper with a higher filler content. As a rule, the loss of strength due to the higher filler content is significantly lower in comparison to known processes of the prior art. The papers obtained according to the invention have improved strengths and an increased breaking strength. As a result, a good printability (improved linting and dusting) is possible with the same or improved efficiency of the paper machine.
Weiterhin weist das Verfahren Energieeinsparung im Trocknungsprozess auf. Furthermore, the method has energy savings in the drying process.
Die Erfindung wird anhand der folgenden, nicht einschränkenden Beispiele näher er- läutert. The invention will be explained in more detail by means of the following non-limiting examples.
Beispiele Examples
1 .) Analysenmethode 1.) Analysis method
Die Molekulargewichte Mn und Mw der teilaromatischen Polyester wurden wie folgt bestimmt: The molecular weights M n and M w of the partially aromatic polyesters were determined as follows:
15 mg der teilaromatischen Polyester wurden in 10 ml Hexafluoroisopropanol (HFIP) gelöst. Jeweils 125 μΙ dieser Lösung wurden mittels Gelpermeationschromatographie (GPC) analysiert. Die Messungen wurden bei Raumtemperatur durchgeführt. Für die Elution wurde HFIP + 0,05 Gew.-% Trifluoroessigsäure-Ka-Salz verwendet. Die Eluti- onsgeschwindigkeit betrug 0,5 ml/min. Dabei wurde folgende Säulenkombination verwendet (alle Säulen hergestellt von Fa. Showa Denko Ltd., Japan): Shodex® HFIP- 800P (Durchmesser 8 mm, Länge 5 cm), Shodex® HFIP-803 (Durchmesser 8 mm,15 mg of the partially aromatic polyesters were dissolved in 10 ml of hexafluoroisopropanol (HFIP). Each 125 μΙ of this solution was analyzed by gel permeation chromatography (GPC). The measurements were carried out at room temperature. For elution, HFIP + 0.05 wt% trifluoroacetic acid Ka salt was used. The elution rate was 0.5 ml / min. Shodex HFIP ® 800P (diameter 8 mm length, 5 cm), Shodex ® HFIP-803 (diameter 8 mm,: The following combination of columns (Showa Denko Ltd., Japan all columns manufactured by Fa.) Was used
Länge 30 cm), Shodex® HFIP-803 (Durchmesser 8 mm, Länge 30 cm). Die teilaromatischen Polyester wurden mittels eines Rl-Detektors (Differential-Refraktometrie) detek- tiert. Die Kalibrierung erfolgte mit eng verteilten Polymethylmethacrylat-Standards mit Molekulargewichten von Mn = 505 bis Mn = 2.740.000. Außerhalb dieses Intervalls lie- gende Elutionsbereiche wurden durch Extrapolation bestimmt. Die Bestimmung der Viskositätszahlen erfolgte nach DIN 53728 Teil 3, 3. Januar 1985, Kapillarviskosimetrie. Zum Einsatz kam eine Mikro-Ubbelohde, Typ M-Il. Als Lösungsmittel wurde das Gemisch: Phenol/Dichlorbenzol im Gewichtsverhältnis 50/50 verwendet. Length 30 cm), Shodex ® HFIP-803 (diameter 8 mm, length 30 cm). The partly aromatic polyesters were detected by means of an RI detector (differential refractometry). The calibration was carried out with narrowly distributed polymethyl methacrylate standards with molecular weights of M n = 505 to M n = 2,740,000. Elution areas outside this interval were determined by extrapolation. The determination of the viscosity numbers was carried out according to DIN 53728 Part 3, January 3, 1985, capillary viscometry. A micro Ubbelohde type M-II was used. The solvent used was the mixture: phenol / dichlorobenzene in a weight ratio of 50/50.
Die Bestimmung der Schmelze-Volumenfließrate (MVR) erfolgte nach EN ISO 1 133. Die Prüfbedingungen betrugen 190°C, 2,16 kg. Die Aufschmelzzeit betrug 4 Minuten. Der MVR gibt die Geschwindigkeit der Extrusion eines geschmolzenen Kunststoff- Formteils durch ein Extrusionswerkzeug von festgelegter Länge und festgelegtem Durchmesser unter den vorbeschriebenen Bedingungen: Temperatur, Belastung und Lage des Kolbens. Bestimmt wird das in einer festgelegten Zeit extrudierte Volumen im Zylinder eines Extrusionsplastometers. The determination of the melt volume flow rate (MVR) was carried out according to EN ISO 1 133. The test conditions were 190 ° C, 2.16 kg. The melting time was 4 minutes. The MVR indicates the rate of extrusion of a molten plastic molded article through an extrusion tool of fixed length and fixed diameter under the conditions described above: temperature, load and position of the piston. The volume extruded in a specified time in the cylinder of an extrusion plastometer is determined.
Eingesetzte biologisch abbaubare Polymere: Used biodegradable polymers:
2.) Herstellung der biologisch abbaubaren Polymerfasern 2.) Preparation of biodegradable polymer fibers
Die Versuche wurden mit den Verkaufsprodukten Ecovio® FS Paper A1500 (BASF SE) und Bionolle® 1020 durchgeführt. The experiments were carried out with the sale of products Ecovio ® FS Paper A1500 (BASF SE) and Bionolle® 1020th
Ecovio FS Paper A1500 hat einen MVR (190°C, 2,16 kg) von 23 ml/10 min. und eine Restfeuchte von 190 ppm, die mit einem Brabender Aquatrac Plus bestimmt wurde. Ecovio FS Paper A1500 enthält den aliphatischen Polyester Polymilchsäure mit einem Schmelzpunkt von 168 °C und den aliphatisch-aromatischen Polyester Ecoflex® mit einem Schmelzpunkt von 1 10 °C. Die Restfeuchte von Ecovio FS Paper A1500 beträgt 600 ppm und der MVR (190 °C, 2.16 kg) beträgt 23 ml/10 min.. Ecovio FS Paper A1500 has an MVR (190 ° C, 2.16 kg) of 23 ml / 10 min. and a residual moisture of 190 ppm determined with a Brabender Aquatrac Plus. Ecovio FS Paper A1500 contains the aliphatic polyester polylactic acid with a melting point of 168 ° C and the aliphatic-aromatic polyester Ecoflex ® with a melting point of 1 10 ° C. The residual moisture of Ecovio FS Paper A1500 is 600 ppm and the MVR (190 ° C, 2.16 kg) is 23 ml / 10 min.
Bionolle 1020 hat einen MVR (190°C, 2,16 kg) von 20 ml/10 min. und eine Restfeuchte von 380 ppm. Das Material ist ein Polybutylensuccinat der Firma Showa Highpolymer, Japan. Aufbau der Versuchsanlage:  Bionolle 1020 has an MVR (190 ° C, 2.16 kg) of 20 ml / 10 min. and a residual moisture of 380 ppm. The material is a polybutylene succinate from Showa Highpolymer, Japan. Construction of the pilot plant:
Die Versuchsanlage bestand aus einem Extruder mit 30 mm Schneckendurchmesser. Die Schneckenlänge betrug 30 D. Der Extruder wurde nur in der Einzugszone mit 190 °C temperiert. Die übrigen 3 Heizzonen des Extruders und die übrigen Heizzonen von Siebwechsler mit 2 Sieben mit 40 μηη Maschenweite bis zur Spinnpumpe wurden auf die gewünschte Massetemperatur eingestellt. Da der Extruder im unteren Leistungsbereich betrieben wurde, wurde eine Erwärmung der Schmelze infolge Dissipation nicht festgestellt. Die Spinnpumpe mit einem spezifischen Fördervolumen von 4,0 The pilot plant consisted of an extruder with 30 mm screw diameter. The screw length was 30 D. The extruder was tempered only in the feed zone at 190 ° C. The remaining 3 heating zones of the extruder and the other heating zones of screen changer with 2 sieves with 40 μηη mesh size to the spinning pump were set to the desired melt temperature. Since the extruder was operated in the lower power range, heating of the melt due to dissipation was not detected. The spinning pump with a specific delivery volume of 4.0
cm3/Umdrehung wurde bei einem Durchsatz von ca. 22 g/min betrieben. Das Düsen- paket mit einem Durchmesser von 1 15 mm bestand aus 26 Düsen mit einem Durchmesser von 300 μηη. Es wurde mit der gewünschten Massetemperatur temperiert. Der Anblasschacht hatte eine Länge von ca. 1 m. Der Luftduchsatz wurde im mittleren Be- reich mit ca. 1 m/s geregelt. Die Präparation wurde mit einer Zahnradpumpe gefördert und über eine Bohrung in einem Fadenführer auf die 26 Filamente aufgebracht. Das Multifilament wurde über eine unbeheizte Lieferwalze abgezogen und anschließend über 3 Galettenpaare stabilisiert. Die Galettenpaare waren unbeheizt und hatten eine Geschwindigkeitsdifferenz von 10 m/min., die per Mikroprozessorsystem geregelt wurde. Das Multifilament wurde über einen Karamikfadenführer ohne Präparationszugabe dem automatischen Wickler (Fa. Barmag) zugeführt, der mit einer Wickelgeschwindigkeit von 2500 m/min. betrieben wurde. Die Multifilamente wurden mit einer Garnweife zu Strängen gefacht, die mit kaltem Wasser benetzt und im feuchten Zustand einem Schneidmesser (Guillotine) zugeführt wurden. Durch das Anfeuchten der Stränge wurde eine Überhitzung des Fallmessers beim Schneiden vermieden. Die Kurzfaserproben wurden in einer Länge von 5 mm hergestellt und anschließend bei 40 °C über 8 h getrocknet. cm 3 / turn was operated at a rate of about 22 g / min. The nozzle package with a diameter of 1 15 mm consisted of 26 nozzles with a diameter of 300 μηη. It was heated to the desired melt temperature. The injection shaft had a length of about 1 m. The air freshener was used in the middle rich regulated with approx. 1 m / s. The preparation was conveyed by a gear pump and applied via a hole in a yarn guide on the 26 filaments. The multifilament was drawn off via an unheated delivery roller and then stabilized over 3 godet pairs. The godet pairs were unheated and had a speed difference of 10 m / min, which was controlled by microprocessor system. The multifilament was fed via a Karamikfadenführer without preparation addition to the automatic winder (Barmag), with a winding speed of 2500 m / min. was operated. The multifilaments were pinned to skeins with a twine, wetted with cold water and fed wet to a guillotine knife. By moistening the strands overheating of the fall blade was avoided when cutting. The short fiber samples were made in a length of 5 mm and then dried at 40 ° C for 8 h.
Beispiel F1 : Faserherstellung mit Ecovio FS Paper C1500 Example F1: Fiber production with Ecovio FS Paper C1500
Die Herstellung der Fasern aus Ecovio FS Paper C1500 wurde mit einer Massetemperatur von 210 °C mit 22,5 g/min. und einem Spinndruck von 40 bar durchgeführt. Es entstand ein Multifilament mit einem Durchmesser der Einzelfilamente von 18,5 μηη bei einem Titer von 3,35 dtex. Die Faserfestigkeiten werden mit einem Zugprüfgerät Zwick Z005 der Zwisck/Roell GmbH nach ISO 2062 im Zugversuch bestimmt. Bei einem Elastizitätsmodul von 3650 MPa wurde eine Reißdehnung von 43 % und eine Festigkeit von 16,8 cN/tex gemessen. The fibers of Ecovio FS Paper C1500 were produced at a melt temperature of 210 ° C at 22.5 g / min. and a spinning pressure of 40 bar. The result was a multifilament with a diameter of the individual filaments of 18.5 μηη at a titer of 3.35 dtex. The fiber strengths are determined using a tensile tester Zwick Z005 Zwisck / Roell GmbH according to ISO 2062 tensile test. With a modulus of elasticity of 3650 MPa, an elongation at break of 43% and a strength of 16.8 cN / tex were measured.
Beispiel F2: Faserherstellung mit Bionolle 1020 Example F2: Fiber production with Bionolle 1020
Die Herstellung der Fasern aus Bionolle 1020 wurde mit einer Massetemperatur von 200 °C mit 22,5 g/min. und einem Spinndruck von 33 bar durchgeführt. Es entstand ein Multifilament mit einem Durchmesser der Einzelfilamente von 19,4 μηη bei einem Titer von 3,71 dtex. Die Faserfestigkeiten werden mit einem Zugprüfgerät Zwick Z005 der Zwisck/Roell GmbH nach ISO 2062 im Zugversuch bestimmt. Bei einem Elastizitätsmodul von 940 MPa wurde eine Reißdehnung von 193 % und eine Festigkeit von 16,3 cN/tex gemessen. The fibers of Bionolle 1020 were produced at a melt temperature of 200 ° C at 22.5 g / min. and a spinning pressure of 33 bar. The result was a multifilament with a diameter of the individual filaments of 19.4 μηη at a titer of 3.71 dtex. The fiber strengths are determined using a tensile tester Zwick Z005 Zwisck / Roell GmbH according to ISO 2062 tensile test. At a modulus of elasticity of 940 MPa, an elongation at break of 193% and a strength of 16.3 cN / tex were measured.
Die synthetischen Fasern wurden mit einer Konzentration von 1 bis 6 % in Wasser im Labor-Desintegrator ca.15 min aufgeschlagen, so dass am Ende einzelne Fasern vorlagen. The synthetic fibers were whipped at a concentration of 1 to 6% in water in the laboratory disintegrator for about 15 minutes so that individual fibers were present at the end.
Herstellung der Papierstoffsuspension (Pulpe) Preparation of pulp suspension (pulp)
Die jeweilige Faserkombination und Trinkwasser wurden bei einer Feststoffkonzentration von 4% im Laborpulper stippenfrei aufgeschlagen. (Im Fall von Zellstoff wurden die Mischung zusätzlich bis zu einem Mahlgrad von 30 - 35 SR gemahlen.) Der pH-Wert der Stoffe lag dabei im Bereich zwischen 7 und 8. Der gemahlene Stoff wurde anschließend mit Trinkwasser auf eine Feststoffkonzentration von 0,5% verdünnt (5 g/l Papierstoffkonzentration). The respective fiber combination and drinking water were pitched free of specks at a solids concentration of 4% in the laboratory pulper. (In the case of pulp, the The mixture was additionally ground to a freeness of 30-35 SR.) The pH of the substances was in the range between 7 and 8. The ground substance was then diluted with drinking water to a solids concentration of 0.5% (5 g / l pulp concentration).
Beispiele 1 a, b, c Examples 1 a, b, c
Ein Papierstoff aus gebleichtem Zellstoff (100% Eukalyptuszellstoff) wurde anteilmäßig (ohne, 1 gew.%ig, 3 gew.-%ig) mit den in Beispiel F1 beschriebenen Ecovio FS Paper Fasern und Calciumcarbonat versetzt. Daraus wurde ein Blatt gebildet, das eine Flächenmasse von 80 g/m2 und ein Füllstoffgehalt von 23 Gewichtsprozent hat. A pulp of bleached pulp (100% eucalyptus pulp) was added proportionally (without, 1 wt.%, 3 wt .-%) with the Ecovio FS paper fibers and calcium carbonate described in Example F1. From this, a sheet was formed which has a basis weight of 80 g / m 2 and a filler content of 23% by weight.
Die Papierblätter wurden jeweils auf einem Rapid-Köthen-Blattbildner nach ISO 5269/2 mit einem Blattgewicht von 80g/m2 gefertigt. Die Trocknung erfolgte bei 90°C, dabei wurden die Blätter zwischen zwei Filterpapieren 7 min getrocknet. Danach wurde mit einem Liniendruck von 300 N/cm kalandriert. The paper sheets were each produced on a Rapid-Köthen sheet former according to ISO 5269/2 with a sheet weight of 80 g / m 2 . The drying was carried out at 90 ° C, while the leaves were dried between two filter papers for 7 min. Then it was calendered with a line pressure of 300 N / cm.
Der pH-Wert der Papierstoffsuspension lag dabei im Bereich zwischen 7 und 8. Zur Blattbildung wurde ein kationisches Polyacrylamid (Percol® 540) in einer Menge von 0,02 Gew.-% bezogen auf die trockene Papiermasse zugesetzt. Beispiel 2a, b, c The pH of the paper stock suspension stock was in the range between 7 and 8. For the sheet formation, a cationic polyacrylamide (Percol ® 540) was added to the dry paper pulp in an amount of 0.02 wt .-%. Example 2a, b, c
Ein Papierstoff aus deinktem Altpapier wurde anteilmäßig (ohne, 1 gew.%ig, 3 gew.- %ig)mit den in Beispiel F1 beschriebenen Ecovio FS Paper Fasern und Calciumcarbonat versetzt. Daraus wurde ein Blatt gebildet, das eine Flächenmasse von 40 g/m2 und ein Füllstoffgehalt von 18 Gewichsprozent hat. A paper stock from deinked wastepaper was proportionately added (without, 1 wt.%, 3 wt.%) To the Ecovio FS paper fibers and calcium carbonate described in Example F1. From this, a sheet was formed having a basis weight of 40 gsm and a filler content of 18 weight percent.
Die Papierblätter wurden jeweils auf einem Rapid-Köthen-Blattbildner nach ISO 5269/2 mit einem Blattgewicht von 40g/m2 gefertigt. Die Trocknung erfolgte bei 90°C, dabei wurden die Blätter zwischen zwei Filterpapieren 7 min getrocknet. Danach wurde mit einem Liniendruck von 300 N/cm kalandriert. The paper sheets were each produced on a Rapid-Köthen sheet former according to ISO 5269/2 with a sheet weight of 40 g / m 2 . The drying was carried out at 90 ° C, while the leaves were dried between two filter papers for 7 min. Then it was calendered with a line pressure of 300 N / cm.
Der pH-Wert der Papierstoffsuspension lag dabei im Bereich zwischen 7 und 8. Zur Blattbildung wurde ein kationisches Polyacrylamid (Percol 540) in Mengen von 0,02 Gew.-%bezogen auf die trockene Papiermasse zugesetzt. The pH of the paper stock suspension was in the range between 7 and 8. For sheet formation, a cationic polyacrylamide (Percol 540) in amounts of 0.02 wt .-% based on the dry paper pulp was added.
Beispiel 3a, b, c Example 3a, b, c
Ein Papierstoff aus deinktem Altpapier und Holzschliff wurde (ohne, 1 gew.%ig, 3 gew.- %ig)mit den in Beispiel F1 beschriebenen Ecovio FS Paper Fasern und Calciumcarbonat versetzt. Daraus wurde ein Blatt gebildet, das eine Flächenmasse von 65 g/m2 und ein Füllstoffgehalt von 14 Gewichsprozent hat. A paper stock made from deinked waste paper and groundwood was mixed (without, 1% strength by weight, 3% strength by weight) with the Ecovio FS paper fibers and calcium carbonate described in Example F1. From this, a sheet was formed having a basis weight of 65 g / m 2 and a filler content of 14 Gewichsprozent.
Die Papierblätter wurden jeweils auf einem Rapid-Köthen-Blattbildner nach ISO 5269/2 mit einem Blattgewicht von 65g/m2 gefertigt. Die Trocknung erfolgte bei 90°C, dabei wurden die Blätter zwischen zwei Filterpapieren 7 min getrocknet. Danach wurdemit einem Liniendruck von 300 N/cm kalandriert. The paper sheets were each made on a Rapid-Köthen sheet former according to ISO 5269/2 with a sheet weight of 65g / m2. The drying took place at 90 ° C, while the leaves were dried between two filter papers for 7 minutes. Thereafter, calendering was performed with a line pressure of 300 N / cm.
Der pH-Wert der Papierstoffsuspension lag dabei im Bereich zwischen 7 und 8. Zur Blattbildung wurde ein kationisches Polyacrylamid (Percol 540) in Mengen von 0,02 Gew.-% bezogen auf die trockene Papiermasse zugesetzt.  The pH of the paper stock suspension was in the range between 7 and 8. For sheet formation, a cationic polyacrylamide (Percol 540) in amounts of 0.02 wt .-% based on the dry paper pulp was added.
Prüfung der Papierblätter der Beispiel 1 a,b,c, 2a,b,c und 3a,b,c Examination of the paper sheets of Example 1 a, b, c, 2a, b, c and 3a, b, c
Nach einer Lagerzeit im Klimaraum bei konstant 23°C und 50% Luftfeuchtigkeit für 12 Stunden wurden die Trockenreißlänge der Blätter nach DIN 54540 und die innere Festigkeit (Scott Bond) nach DIN 54516 bestimmt. Die Messungen erfolgten kalandriert und nicht kalandriert. Die Kalandrierbedingungen waren ein Liniendruck von 300 N/cm und 80°C. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengefaßt. After a storage time in a climate chamber at a constant 23 ° C and 50% humidity for 12 hours, the dry breaking length of the sheets were determined according to DIN 54540 and the internal strength (Scott Bond) according to DIN 54516. The measurements were calendered and not calendered. The calendering conditions were a line pressure of 300 N / cm and 80 ° C. The results are summarized in Table 1.
Tabellel Sheetl
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Die Ergebnisse zeigen, dass mit höherem Anteil an Ecovio FS Paper-Fasern die Stabilität des Papiers zunimmt, da sowohl Trockenreißlängen wie auch der Scott Bond-Wert ansteigen. The results show that increasing the proportion of Ecovio FS Paper fibers increases the stability of the paper as both dry tear lengths and the Scott Bond value increase.
Beispiel 4 Example 4
In diesem Beispiel wurden Fasern des Beispiels F2 (Bionolle 1020) auf Basis PBS (Po- lybutylensuccinat) verwendet und ein Verpackungsstoffmodell verwendet. In this example, fibers of Example F2 (Bionolle 1020) based on PBS (polybutylene succinate) were used and a packaging material model was used.
Dabei wurde ein Papierstoff aus 100 % Altpapier anteilmäßig mit Polyesterfasern versetzt (Tabelle 2).  In this case, a paper stock made of 100% recovered paper was proportionally mixed with polyester fibers (Table 2).
Daraus wurde analog Beispiel 2 ein Blatt gebildet, das eine Flächenmasse von 75 g/m2 und einen Füllstoffgehalt von 13 Gewichsprozent hat. Die Papierblätter wurden jeweils auf einem Rapid-Köthen-Blattbildner nach ISO 5269/2 mit einem Blattgewicht von 75g/m2 gefertigt. Die Trocknung erfolgte bei 90°C, dabei wurden die Blätter zwischen zwei Filterpapieren 7 min getrocknet. In diesem Beispiel erfolgte keine weitere Kalandrierung. From this, a sheet was formed analogously to Example 2, which has a basis weight of 75 g / m 2 and a filler content of 13 percent by weight. The paper sheets were each produced on a Rapid-Köthen sheet former according to ISO 5269/2 with a sheet weight of 75 g / m 2 . The drying was carried out at 90 ° C, while the leaves were dried between two filter papers for 7 min. In this example no further calendering took place.
Der pH-Wert der Papierstoffsuspension lag dabei im Bereich zwischen 7 und 8. Zur Blattbildung wurde ein kationisches Polyacrylamid (Percol 540) in einer Menge von 0,03 Gew.-% bezogen auf trockene Papiermasse zugesetzt. Prüfung der Papierblätter vom Beispiel 4 The pH of the paper stock suspension was in the range between 7 and 8. For sheet formation, a cationic polyacrylamide (Percol 540) in an amount of 0.03% by weight, based on dry paper pulp, was added. Testing the paper sheets of Example 4
Nach einer Lagerzeit im Klimaraum bei konstant 23°C und 50% Luftfeuchtigkeit für 12 Stunden wurden die Trockenreißlänge der Blätter nach DIN 54540, der Berstdruck nach DIN 2759 und der Flachstauchwiderstand nach DIN 53143 geprüft. After a storage time in a climate chamber at a constant 23 ° C and 50% humidity for 12 hours, the dry breaking length of the sheets were tested according to DIN 54540, the bursting pressure according to DIN 2759 and the flat crushing resistance according to DIN 53143.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengefasst. The results are summarized in Table 2.
Tabelle 2: Anwendungstechnische Ergebnisse der Pappe des Beispiels 4 Table 2: Application results of the cardboard of Example 4
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Die Ergebnisse zeigen, dass mit höherem Anteil an Polybutylensuccinatfasern die Stabilität des Kartons zunimmt, da sowohl Flachstauchwiderstand, Berstdruck und Trockenreißlänge ansteigen. The results show that with a higher content of polybutylene succinate fibers, carton stability increases as both flat crush resistance, bursting pressure and dry breaking length increase.
Die U.S. Provisonal Application No. 61/565518, eingereicht am 1 .12.201 1 , ist in die vorliegende Anmeldung durch Literaturhinweis eingefügt. U.S. Provisonal Application No. No. 61 / 565,518, filed 1/1/201 1, is incorporated by reference in the present application.

Claims

Patentansprüche claims
Verfahren zur Herstellung von füllstoffhaltigem Papier, Karton und Pappe umfassend das Entwässern eines Papierstoffes unter Blattbildung und Trocknung, dadurch gekennzeichnet, dass man dem Papierstoff biologisch abbaubare Polyesterfasern und/oder Polyalkylencarbonatfasern zusetzt. Process for the production of filler-containing paper, cardboard and paperboard comprising dewatering a paper stock with sheet formation and drying, characterized in that biodegradable polyester fibers and / or polyalkylene carbonate fibers are added to the paper stock.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als biologisch abbaubare Polyesterfasern und/oder Polyalkylencarbonatfasern Fasern mit einem Gewicht von 0,1 bis 100 dtex, eingesetzt werden. A method according to claim 1, characterized in that as biodegradable polyester fibers and / or polyalkylene carbonate fibers having a weight of 0.1 to 100 dtex, are used.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man als biologisch abbaubare Polyesterfasern und/oder Polyalkylencarbonatfasern Faser mit Längen von 0,5 bis 20 mm einsetzt. A method according to claim 1 or 2, characterized in that one uses as biodegradable polyester fibers and / or Polyalkylencarbonatfasern fiber with lengths of 0.5 to 20 mm.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die biologisch abbaubaren Polyesterfasern und/oder Polyalkylencarbonatfaser aus einem oder mehreren wasserunlöslichen biologisch abbaubaren Polyester und/oder Polyal- kylencarbonat bestehen. A method according to claim 1 or 3, characterized in that the biodegradable polyester fibers and / or polyalkylene carbonate consist of one or more water-insoluble biodegradable polyester and / or polyalkylene carbonate.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die biologisch abbaubaren Polyesterfasern aus einem oder mehreren Polyestern auf Basis von aliphatischen und aromatischen Dicarbonsäuren mit aliphatischen Dihydroxyverbindungen oder aliphatischen Dicarbonsäuren mit aliphatischen Dihydroxyverbindungen oder aus aliphatischen Hydroxycarbonsäuren sind. Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the biodegradable polyester fibers of one or more polyesters based on aliphatic and aromatic dicarboxylic acids with aliphatic dihydroxy compounds or aliphatic dicarboxylic acids with aliphatic dihydroxy or aliphatic hydroxycarboxylic acids.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Polyesterfasern zugesetzt werden, die ein aliphatisches oder aliphatisch-aromatisches Polyester sind. Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that one or more polyester fibers are added, which are an aliphatic or aliphatic-aromatic polyester.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Polyesterfasern zugesetzt werden, die einen aliphatischen Polyester ausgewählt aus der Gruppe Polybutylensuccinat (PBS), Polybutylensuc- cinatadipat (PBSA), Polybutylensuccinatsebacat (PBSSe) und Polybutylense- bacat (PBSe) sind. Process according to any one of Claims 1 to 6, characterized in that one or more polyester fibers are added comprising an aliphatic polyester selected from polybutylene succinate (PBS), polybutylene sucocyanadipate (PBSA), polybutylene succinate sebacate (PBSSe) and polybutylene sebacate (PBSe ) are.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass biologisch abbaubare Polyalkylencarbonatfasern eingesetzt werden, die aus Po- lypropylencarbonat bestehen. 8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that biodegradable polyalkylene carbonate fibers are used, which consist of polypropylencarbonat.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die biologisch abbaubare Polyesterfasern aus einer Mischung bestehend aus 9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the biodegradable polyester fibers of a mixture consisting of
5 bis 50 Gew.-% Polybutylenadipatterephthalat (PBAT), Polybutylensebacat- terephthalat (PBSeT) Polybutylensuccinat (PBS), Polybuty- lensuccinatadipat (PBSA) und/oder Polybutylensuccinatse- bacat (PBSSe) und 5 to 50% by weight of polybutylene adipate terephthalate (PBAT), polybutylene sebacate terephthalate (PBSeT) polybutylene succinate (PBS), polybutylene succinate adipate (PBSA) and / or polybutylene succinate sebacate (PBSSe) and
50 bis 95 Gew.-% Polymilchsäure  50 to 95% by weight of polylactic acid
sind.  are.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass man 0,3 - 40 Gew.-%, biologisch abbaubaren Polyesterfasern und/oder Polyalky- lencarbonatfasern bezogen auf das trockene Papier dosiert. 10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that one doses 0.3 to 40 wt .-%, biodegradable polyester fibers and / or polyalkylene lencarbonatfasern based on the dry paper.
1 1 . Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass man das Papier, die Pappe oder den Karton mit einem Füllstoffgehalt von 3 bis 50 Gew.-% herstellt. 1 1. Method according to one of claims 1 to 10, characterized in that one produces the paper, the cardboard or the cardboard with a filler content of 3 to 50 wt .-%.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass graphische Papiere hergestellt werden. 12. The method according to any one of claims 1 to 1 1, characterized in that graphic papers are produced.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass Verpackungspapiere hergestellt werden. 13. The method according to any one of claims 1 to 1 1, characterized in that packaging papers are produced.
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