WO2018046497A1 - Compound mit einer trockenmasse - Google Patents

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WO2018046497A1
WO2018046497A1 PCT/EP2017/072239 EP2017072239W WO2018046497A1 WO 2018046497 A1 WO2018046497 A1 WO 2018046497A1 EP 2017072239 W EP2017072239 W EP 2017072239W WO 2018046497 A1 WO2018046497 A1 WO 2018046497A1
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WO
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compound
calcium
inorganic filler
microfibrillated cellulose
pulp
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PCT/EP2017/072239
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English (en)
French (fr)
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Tiemo ARNDT
Nikita Polikarpov
Manuela FIEDLER
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Papiertechnische Stiftung
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    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H11/00—Pulp or paper, comprising cellulose or lignocellulose fibres of natural origin only
    • D21H11/16—Pulp or paper, comprising cellulose or lignocellulose fibres of natural origin only modified by a particular after-treatment
    • D21H11/18—Highly hydrated, swollen or fibrillatable fibres
    • D—TEXTILES; PAPER
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    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H17/00—Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its constitution; Paper-impregnating material characterised by its constitution
    • D21H17/20—Macromolecular organic compounds
    • D21H17/21—Macromolecular organic compounds of natural origin; Derivatives thereof
    • D21H17/24—Polysaccharides
    • D21H17/25—Cellulose
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
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    • D21H17/00—Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its constitution; Paper-impregnating material characterised by its constitution
    • D21H17/63—Inorganic compounds
    • D21H17/67—Water-insoluble compounds, e.g. fillers, pigments

Definitions

  • the present invention relates to a compou nd with a dry mass, as used in particular in the paper, plastics and building materials industry, and a method for m producing a compound with a dry mass, as well as produced by means of the inventive compounds papers, cardboard, foams, Moldings and plastics.
  • PCC predicted calcium carbonate
  • PCC microfibrillated cellulose
  • Another approach is the milling of PCC or calcium carbonate-containing minerals in the presence of cellulose-containing fibers in a refiner to form microfibrillated cellulosic loo for the production of calcium carbonate loosely bound to microfibrillated cellulose, such as PCC or ground calcium carbonate (GGC).
  • GGC ground calcium carbonate
  • the determination of the consistency and the dry mass of a pulp suspension is typically carried out according to DIN EN ISO 4119: 1996-05.
  • the consistency according to this standard is the ratio of the dry matter (oven-dry, otro) from a pulp suspension to the mass of the starting sample expressed as mass fraction in percent [% (m / m)], or otherwise expressed the ratio of the dry matter (otro) of the pulp suspension r total mass of pulp suspension (ie dry matter pulp (otro) + mass of water).
  • the dry content or the dry mass of the sample must also be determined.
  • the term dry matter or dry content of a pulp sample is defined in DIN 6730: 2011-02; it gives the ratio of the dried mass (otro) to the mass of the wet sample in percent.
  • the object of the present invention is to at least partially overcome the disadvantages known in the prior art.
  • the above object is achieved by a compound according to the invention with a dry mass according to claim 1. Furthermore, a method according to claim 11 for the preparation of such a compound is proposed. preferred
  • Embodiments of the compound and the method for producing the compo nds are the subject of the dependent claims.
  • the compound according to the invention with a dry mass for use in the paper, plastics and building materials industry comprises:
  • the inorganic filler is substantially bound to or in the fibers or fibrils of the microfibrillated cellulose.
  • the compound according to the invention is characterized in that the microfibrillated cellulose has a proportion of 5 to 80% and the inorganic filler a proportion of 95 to 20%, in each case with respect to the dry mass of the compo nds.
  • the microfibrillated cellulose has a proportion of from 10 to 80% and the inorganic filler has a proportion of from 95 to 60%, in each case with respect to the dry mass of the compound.
  • microfibrillated cellulose is intended to be fibrous
  • cellulose fibrils Understood as meaning cellulose fibrils (hereinafter referred to as fibrils) contains.
  • a fibril is usually very thin and usually has a diameter of about 5 to 100 nm on average of about 20 nm and is often between 100 nm to 10 ⁇ long. Nevertheless, due to a broad length distribution, the fibrils may be longer, for example 10 to 200 ⁇ m long.
  • Nanofibrillated cellulose is a particular class of microfibrillated cellulose and therefore falls within the concept of microfibrillated
  • microfibrillated cellulose the individual fibrils are partially or completely detached from each other. Fibrillated fibers and fibrils, for example, on their surface, as well as fibrils that are separated and present in an aqueous phase of a suspension, are included in the definition of microfibrillated cellulose.
  • Microfibrillated cellulose has a very large active surface, generally in the range of about
  • microfibrillated cellulose 1 to 300 m 2 / g- Furthermore, cellulose whiskers, microcrystalline cellulose, nanocrystalline cellulose or regenerated cellulose fibers and particles are also included in the definition of microfibrillated cellulose.
  • the fibrils can also be chemically and / or physically modified, for example polymer-coated.
  • the active surface of the microfibrillated cellulose according to the invention advantageously increases the potential for increasing the strength.
  • the compound has a dry matter content of at least 10%, furthermore of at least 20%, furthermore of at least 40%, furthermore of at least 60% up to approximately 75%. Surprisingly, it has been shown that the compound according to the invention is so high
  • Dry masses may have. These are in the prior art due to the high water retention capacity of the compound, which is based mainly on the contained microfibrillated Cellu loose even with elaborate dewatering process after Compou nd production not yet available.
  • at least 60%, further at least 70%, further at least 80%, furthermore at least 90% up to 100% of the inorganic filler is bound to or in the fibers or fibrils of the microfibrillated cellulose.
  • the compound according to the invention at least 20%, further at least 30%, further at least 40%, further at least 50% to about 65% of the inorganic filler solid, in particular, washable by Degussa washing process on or in the fibers or fibrils of the microfibrillated cellulose.
  • Washing process bound means the proportion of inorganic filler bound to or in the fibers or fibrils of the microfibrillated cellulose based on the corresponding bound fraction of the inorganic filler before Waschu ng not from the microfibrillated cellulose after washing the compound according to the present Degussa washing process in a in the state of the art established Degussa
  • the inventive compound produced in the extruder is washed in a Degussa laboratory washing cell.
  • the washing cell consists of two cube-shaped cells (inner and outer cell) with edge lengths of 30 cm (outer cell) and 16.5 cm (inner cell).
  • samples containing about 2 g of dry substance can be taken from the suspension of the inner cell. As appropriate, a time interval of five minutes has been found. At regular intervals samples are taken from the fiber suspension and according to DIN
  • EN ISO 5269-2: 2005-03 (Rapid-Köthen method) is aspirated over an ashless filter sheet and dried. From the dried leaves, the glow residue is determined in a thermogravimetric analysis (TGA) at 525 ° C according to ISO 1762: 2015-06 to determine the loss of filler by the washing process. During sampling, the inflow and the plate stirrer should be turned off. The volume of the sample increases during the experiment, as the density in the inner cell decreases.
  • TGA thermogravimetric analysis
  • Washing process on or in the fibers or fibrils of the microfibrillated cellulose bound filler is given by the following formula: proportion of the inorganic filler after washing [%] / proportion of inorganic filler before washing [%].
  • microfibrillated cellulose bound fraction of precipitated inorganic fillers such as calcium carbonates and / or calcium sulfates, preferably of PCC and / or Calciumsu lfat dihydrate (gypsum ).
  • the compound according to the invention contains such high contents of solid, especially washable, Degussa washing processes on or in the fibers or fibrils of the microfibrillated cellulose, in particular precipitated calcium carbonates and / or calcium sulphates, preferably PCC and / or calcium sulfate dihydrate. It is further advantageous that by bonding the PCC to the fibrillated structure of the microfibrillated cellulose, not only is the strength in the paper increased, but also the optical properties (e.g.
  • the inorganic filler comprises at least one calcium salt.
  • the calcium salt is selected from a group consisting of calcium carbonates, calcium sulfates and mixtures thereof.
  • the calcium carbonates, preferably precipitated calcium carbonate, and the calcium sulphates are, preferably
  • Calcium sulfate dihydrate such as flue gas gypsum.
  • mixtures of calcium carbonates, preferably precipitated calcium carbonate, and calcium sulphates, preferably calcium sulphate dihydrate, such as, for example, flue gas gypsum, are provided.
  • the ratio of the calcium carbonates to the calcium sulphates with respect to the sum of the calcium carbonates and the calcium sulphates of thecompound 10 is from 95% by weight to 95:10 % By weight, further from 30 to 80% by weight up to 80 to 30% by weight and further from 40 to 70% by weight up to 70 to 40% by weight.
  • precipitated calcium carbonates and calcium sulphates instead of the precipitated calcium carbonates and calcium sulphates in the sense of the present invention, other precipitated carbonates and precipitated sulphates may be present, which instead of the calcium ion have other divalent metal ions, for example precipitated
  • the compound additionally has at least one adjuvant, in particular selected from a group consisting of anionic macromolecules, preferably carboxymethylcellulose, polyacrylic acid, polyacrylamide and polyvinyl alcohol and / or their derivatives.
  • adjuvant in particular selected from a group consisting of anionic macromolecules, preferably carboxymethylcellulose, polyacrylic acid, polyacrylamide and polyvinyl alcohol and / or their derivatives.
  • the amount of excipients in the compound 0.1 to 10%, further 0.1 to 8% and further 0.1 to 5% based on the proportion of
  • microfibrillated cellulose microfibrillated cellulose
  • the compound has further auxiliaries, in particular selected from a group consisting of organic additives such as wet strength agent, retention agent, binder, dispersant, lubricant, phase mediator, mold release agent,
  • the compound is characterized in that the microfibrillated cellulose has an anionic relative charge amount.
  • the anionic relative amount of charge is determined here by the total fiber charge / Carbgrons ppen after TAPPI T 237 om-88 (carboxyl group content of pulp (Corboxyl Content of Pulp)).
  • the anionic relative charge amount is between 15 to 40 ⁇ eq / g, furthermore between 40 to 90 ⁇ e / sec and further between 100 to 1500 ⁇ eq / g of microfibrillated cellulose.
  • Compound having a dry matter comprising a microfibrillated cellulose, at least one inorganic filler and water in an extruder, the inorganic filler being substantially attached to or in the fibers or fibrils of the microfibrillated cellulose, comprising the steps of: (a) providing a suspension from pulp containing cellulose and water in
  • step (b) providing a calcium donor to the suspension of pulp and water, which may be provided before, during or immediately after step (a),
  • step (d) contacting the microfibrillated pulp of step (c) with at least one additive, wherein the additive is selected from a group consisting of a carbonate source and a sulfate source and mixtures thereof, (e) forming a suspended compound, the compound being the microfibrillated one
  • inorganic filler is formed on or in the fibers or fibrils of the microfibrillated cellulose and precipitates, and optionally
  • fibrous material are all known in the art Types of cellulosic fiber pulps, in particular wood pulp and / or pulp of, for example, deciduous and / or coniferous trees but also understood by other woody and / or herbaceous plants with different union shares of long and / or short fibers. Pure and untreated and / or treated and / or modified cellulose fibers are used.
  • Waste paper cellulosic fibers, groundwood, linters and the like into consideration.
  • Thermally, enzymatically or mechanically pretreated cellulose-containing substances or thermally, enzymatically and mechanically variably combined pretreated, cellulose-containing substances, and fibrillating and / or cutting-ground cellulose-containing material with different degrees of grinding, as well as various thicknesses and lengths are also included in the term.
  • the pulp in step (a) in the suspension of pulp comprising cellulose and water the pulp has a dry matter content of at least 10%, further at least 20%, further at least 40%, furthermore at least 60% up to to about 75%.
  • the method according to the present invention advantageously enables a continuous manufacturing process of the compound.
  • the pulp dissolves better in the suspension medium, so that you can save energy for the compound production and spatial space in the production system.
  • the energy consumption can advantageously be reduced to values of less than 1,000 kWh / t of pulp, ie to smaller values than are generally customary in the prior art.
  • the energy input of the inventive process is in a range of 450 to 950 kWh / t of pulp and less, further from 450 to 800 kWh / t of pulp and less, further from 450 to 650 kWh / t pulp and less.
  • the calcium donor is aqueous Ca (OH) 2 solution or aqueous CaCl 2 solution.
  • the aqueous Ca (OH) 2 solution or the aqueous CaCl 2 solution has different degrees of saturation, for example an unsaturated, a saturated or a supersaturated degree of saturation.
  • Morphology control of precipitated inorganic fillers by finely adjusting the degree of saturation of a calcium donor is known in the art, for example, calcite-scalenoeder in the case of supersaturated Ca (OH) 2 solution.
  • calcite-scalenoeder in the case of supersaturated Ca (OH) 2 solution.
  • stoichiometric ratios of Calciu m donor to the carbonate and / or sulfate source used are preferred, although the addition of carbonate and / or sulfate source in excess may be possible and preferred as long as the solubility the calcium donor and the carbonate and sulfate source are guaranteed.
  • Step (d) the carbonate source selected from a group consisting of C0 2 ; Flue gas; MC0 3 , where M is independently selected from Mg, Na 2 , K 2 , (NH 4 ) 2 and NaH; and mixtures of XC0 3 with 2NH 4 Cl, wherein X is independently selected from Mg, Na 2 , K 2 and NaH; and mixtures thereof.
  • the calcium-donor is an aqueous CaCl 2 solution and the carbonate source is selected from a group consisting of MCO 3 , where M is independently selected from Mg, Na 2 , K 2 , (NH 4 ) 2 and NaH; and mixtures of XC0 3 with 2NH 4 Cl, wherein X is independently selected from Mg, Na 2 , K 2 and NaH.
  • Step (d) the source of sulfate selected from a group consisting of SO 2 , YSO 4 , wherein Y is independently selected from Mg, Na 2 , K 2 , (NH and H 2 .
  • the inorganic filler comprises at least one calcium salt.
  • the calcium salt is selected from a group consisting of calcium carbonates, calcium sulfates and mixtures thereof.
  • At least one adjuvant in particular selected from a group consisting of anionic macromolecules, preferably carboxymethylcellulose, polyacrylic acid, polyacrylamide and polyvinyl alcohol and / or derivatives thereof
  • the amount of excipients used is 0.1 to 10%, further 0.1 to 8% and further 0.1 to 5% based on the proportion of pulp.
  • the additional provision of the at least one adjuvant in particular selected from a group consisting of anionic macromolecules, preferably carboxymethylcellulose, Polyacryl Text re, polyacrylamide and / or polyvinyl alcohol and / or derivatives thereof to the suspended pulp in step (a), in step (b) and / or in step (c).
  • anionic macromolecules preferably carboxymethylcellulose, Polyacryl Text re, polyacrylamide and / or polyvinyl alcohol and / or derivatives thereof
  • auxiliaries in particular selected from a group consisting of organic additives such as wet strength agents, retention aids, binders, dispersants, lubricants, phase promoters, mold release agents, mixture improvers, UV stabilizers and catalysts, and antioxidants, according to, such the auxiliaries already described are supplied.
  • the pulp is ground, in particular by means of cutting, and / or fibrillated, before being prepared in the extruder in step (a).
  • the process of the present invention does not require dewatering to produce a selected one
  • This 1-stage process can be carried out at a significantly higher solids content, resulting in a significantly better
  • the preparation of the compound takes place in a single-, twin- or multi-shaft extruder and the rotational speed of the shaft (s) is between 150 and 1500 rpm, preferably between 200 and 1250 rpm more preferably between 300 to 1,000 rpm.
  • the invention in principle, all customary in the prior art bekan nten single-shaft, and two- and multi-shaft extruder can be used for the preparation of the compounds.
  • Two- and multi-shaft extruders are particularly suitable for the inventive method, since they increase the shear forces acting on the pulp to be processed.
  • the Microfibrillating the pulp in step (c) of the process according to the invention can be better achieved and / or significantly enhanced by the shear forces occurring in two- or multi-shaft extruders.
  • the waves may be formed as worm shafts, for example as
  • Double screw shafts Furthermore, the gears of the worm shafts may be engaged with each other, and further, their inner shaft diameter may preferably be constant over the entire length of the shafts.
  • the advantage of using worm shafts is that the mixing process can be limited to 1-2 minutes. Conventional procedures usually involve reactions lasting up to 30 minutes.
  • the temperature in the extruder must be sufficient to permit the precipitation of the inorganic filler on or in the fibers or fibrils of the microfibrillated cellulose and to ensure good solubility and mixing of process agents, chemicals and the like.
  • the inventive method is carried out at a temperature of 10 to 90 ° C or less, further from 60 to 75 ° C or less, further from 19 to 60 ° C or less, further from 19 to 40 ° C or less and continue from 19 to 26 ° C or less.
  • a temperature in the range of 19 to 40 ° C or less and further from 19 to 26 ° C or less may be particularly advantageous when used as a carbonate source C0 2 , since this gives a good solubility of the introduced C0 2 in the pulp suspension is.
  • the shear forces in the extruder due to the mechanical movement of the waves can also cause an undesired increase in the operating temperature in the extruder or cause localized temperature peaks in the extruder.
  • a passive or activedeu ng of the extruder or of sections of the extruder inside or outside the extruder can therefore also be provided. This in particular to counteract a desired increase in the temperature in the extruder, in which a good solubility and Du rchmischung of substances used in the process, chemicals and the like can be reduced and / or a significant
  • Decomposition of substances used in the process, chemicals and the like can be caused. For example, it applies a reduced solubility and / or significant
  • the inventive method is carried out at a pressure of 1 to 12 bar or less, further from 1 to 9 bar or less, further from 1 to 7 bar or less, further from 1 to 5 bar or less, further from 1 to 3 bar or less.
  • the present invention furthermore relates to a process for producing a compound according to the invention in an extruder.
  • the present invention also includes the use of the invention
  • Packaging papers and special papers eg cigarette papers, cardboard, foams, moldings and plastics.
  • Graphical papers within the meaning of the invention such as coated and uncoated woodfree papers (woodfree cooted and woodfree uncooted, WFC and WFU papers), coated and uncoated woodfilled papers [medium weight cooted and light weight cooted, MWC and others LWC papers), supercalendered papers (SC papers) and newsprint papers are known in the art.
  • the compound according to the invention can be used in all types of paper in which the inorganic filler bonded essentially to or in the fibers or fibrils of the microfibrillated cellulose leads to an improvement in the optical properties or to a reduction in the raw material costs incurred.
  • Shaped bodies according to the invention such as plates, sheets, profiles and hollow bodies are known in the art.
  • Plastics according to the invention such as hard polyvinyl chloride (PVC-U), polypropylene (PP) and polyethylene (PE) are known in the art.
  • PVC-U hard polyvinyl chloride
  • PP polypropylene
  • PE polyethylene
  • the papers produced by the inventive method in particular graphic papers, packaging papers and special papers, for example cigarette papers, cardboards, foams, Shaped bodies and plastics are likewise provided by the present invention.
  • inorganic filler is Calciu msulfate dihydrate
  • the loss of strength is significantly lower than with a conventional dosage of inorganic filler.
  • Moldings in particular plate materials with high strength and stiffness produce at low weight.
  • Fig. 1 is a flow diagram according to an embodiment of the method according to the invention for the preparation of a compound, wherein the calcium donor Ca (OH) 2 (lime) and the carbonate source C0 2 and the inorganic filler formed on or in the Fibers or fibrils of microfibrillated cellulose is PCC.
  • FIG. 2 and Fig. 3 SEM images of a preferred embodiment of the compound according to the invention, wherein the inorganic filler, which has substantially loosely bound to or in the fibers or fibrils of the microfibrillated Cellu, PCC is after production in the extruder before
  • PCC inorganic filler
  • the flow chart shown in Figure 1 shows the procedures for making the compound of the invention wherein the inorganic filler substantially attached to or in the fibers or fibrils of the microfibrillated cellulose is PCC.
  • untreated pulp is made from a gravimetric
  • lime milk parallel to the extrusion of pulp
  • This test method was used to determine the proportion of the inorganic filler PCC which, during the reaction in the extruder, has bound firmly, in particular wash-fast, by means of Degussa washing processes to or in the fibers or fibrils of the microfibrillated cellulose.
  • As starting pulp for the production of the compound in the extruder pulp was used, which was obtained by the sulphate process.
  • Ca (OH) 2 was used as the calcium donor and C0 2 as the carbonate source.
  • the microfibrillated cellulose / PCC compound generated in the extruder was washed in a Degussa laboratory washing cell according to the Degussa washing method as described.
  • microfibrillated cellulose / PCC compound For washing, 15-30 g of microfibrillated cellulose / PCC compound were suspended and washed in the washing cell under constant supply of fresh water (7 l / min) at a constantly high level of stress by means of a plate stirrer (about 1370 rpm). A corresponding sample of the same untreated pulp served as a reference for the determination of the bound filler. This was processed and analyzed according to the microfibrillated cellulose / PCC compound. At regular intervals, samples were taken from the microfibrillated cellulose / PCC compound suspension and, according to DIN EN ISO 5269-2: 2005-03, filtered off with suction over an ashless filter sheet and dried.
  • the firing residue was determined by thermogravimetric analysis (TGA) at 525 ° C to determine the loss of filler through the washing process.
  • TGA thermogravimetric analysis
  • the washing was carried out to the constancy of the ash values and was 10 min.
  • the mass fraction of the PCC in the compound, indicated as ⁇ % PCC, was determined as already generally described in the Degussa washing process. The following applies:
  • Washing process is bound to or in the fibers or fibrils of the microfibrillated cellulose of the compound
  • FIG. 2 shows an exemplary SEM image of the microfibrillated cellulose / PCC compound before the wash.
  • FIG. On display are numerous PCC crystals loosely bound to or in the fibers or fibrils of the microfibrillated cellulosic.
  • FIG. 3 shows an exemplary SEM micrograph of the microfibrillated cellulose / PCC compound after washing in accordance with that described Degussa washing process. It can be seen that, after the washing process, numerous PCC crystals, on or in the fibers or fibrils of the microfibrillated cellulose, are still firmly bonded, in particular washable by means of Degussa washing processes.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Compound mit einer Trockenmasse, insbesondere für den Einsatz in der Papier-, Kunststoff- und Baustoffindustrie, umfassend eine mikrofibrillierte Cellulose, wenigstens einen anorganischen Füllstoff, und Wasser, wobei der anorganische Füllstoff, im Wesentlichen an oder in den Fasern oder Fibrillen der mikrofibrillierten Cellulose gebunden ist. Das erfindungsgemäße Compound ist dadurch gekennzeichnet, dass die mikrofibrillierte Cellulose einen Anteil von 5 % bis 80 % und der Füllstoff einen Anteil von 95 % bis 20 % jeweils in Bezug auf die Trockenmasse des Compounds haben. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen des vorgenannten Compounds.

Description

Compound mit einer Trockenmasse
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Compou nd mit einer Trockenmasse, wie es insbesondere in der Papier-, Kunststoff- und Baustoffindustrie eingesetzt wird, sowie ein Verfahren zu m Herstellen eines Compounds mit einer Trockenmasse, sowie mittels des erfinderischen Compounds hergestellte Papiere, Pappen, Schaumstoffe, Formkörper und Kunststoffe. Die Fällung von Calciumcarbonaten aus Ca(OH)2 (Kalkmilch) mittels C02 zu präzipitiertem
Calciu mcarbonat (im folgenden kurz PCC (precipitated calcium carbonate) genannt) ist ein bekannter Prozess, um Füllstoffe für die Papier-, Baustoff- und Kunststoffindustrie herzustellen.
Besonders in der Papierindustrie werden große Mengen an PCC als Füllstoff zu r Substitution von teurem Faserrohstoff und wegen ihrer hohen Weiße u nd Opazität eingesetzt. Der Einsatz von Füllstoffen ist dabei in der Menge begrenzt, da diese in steigenden Mengen die Festigkeit von Papieren deutlich herabsetzen bzw. verändern.
U m den Einsatz von PCC zu erweitern, wurden unterschied liche Prozesse entwickelt. Dabei stellt die Fällu ng des PCC an bzw. in Fasern oder Fibrillen von vorgelegter mikrofibrillierter Cellulose, und deren Einsatz als PCC-Fasercompound eine der wirkungsvollsten Methoden dar. Ein anderer Ansatz ist das Mahlen von PCC oder Calciumcarbonat enthaltenden Mineralstoffen in Anwesenheit von cellulosehaltigen Fasern in einem Refiner unter Bildung von mikrofibrillierter Cellu lose zur Herstellu ng von an mikrofibrillierter Cellu lose gebundenen Calciumcarbonaten, wie PCC oder gemahlenem Calciumcarbonat (ground calcium carbonate, GGC). Kommerziell werden im Refiner durch Mahlung hergestellte Calciumcarbonat-Fasercompound-Produkte bspw. von Imerys Minerals Ltd. unter der Bezeichnung FibreLean™ hergestellt und vertrieben.
Das sogenannte Eindicken ist ein wichtiger Prozessabschnitt von cellulosehaltigen
Stoffaufbereitu ngen. In den einzelnen Eindickungsprozessen der Stoffaufbereitung unterscheidet sich das Ergebnis nach der noch enthaltenen Wassermenge. Dies wird üblicherweise durch die Stoffdichte und die Trockenmasse zum Ausdruck gebracht.
Die Bestimmung der Stoffdichte u nd der Trockenmasse einer Faserstoffsuspension erfolgt typischerweise nach DIN EN ISO 4119:1996-05. Die Stoffdichte nach dieser Norm ist das Verhältnis der Trockenmasse (ofentrocken, otro) aus einer Faserstoffsuspension zur Masse der Ausgangsprobe angegeben als Massenanteil in Prozent [% (m/m)], oder anders ausged rückt das Verhältnis der Trockenmasse (otro) der Faserstoffsuspension zu r Gesamtmasse der Faserstoffsuspension (d.h. Trockenmasse des Faserstoffs (otro) + Masse des Wassers). Zu r Bestimmung der Stoffdichte nach DIN EN ISO 4119:1996-05 muss ebenfalls der Trockengehalt respektive die Trockenmasse der Probe bestimmt werden. Der Begriff Trockenmasse respektive Trockengehalt einer Zellstoffprobe ist in DIN 6730:2011-02 definiert; er gibt das Verhältnis der getrockneten Masse (otro) zur Masse der nassen Probe in Prozent an.
In dem im Stand der Technik bekannten Compounds aus PCC und mikrofibrillierter Cellulose ist die erreichbare nur sehr geringe Trockenmasse unter anderem von Nachteil. Bedingt durch die geringen Stoffdichten in der Mahlu ng der Fasern von ü blicherweise 1 bis 6%, beträgt nämlich die Trockenmasse des späteren Compounds ebenso lediglich 3 bis 6%. Aufgrund des hohen
Wasserrückhaltevermögens des Compounds bewirkt eine mögliche nachträgliche Entwässerung des Compounds nur eine marginale Erhöhung der Trockenmasse. Für den späteren Einsatz in weiteren Verfahrensprozessen der im Stand der Technik bekannten Compounds ergeben sich hierdurch unter anderen hohe Logistikkosten, da im Wesentlichen Wasser transportiert werden muss. Dadurch ist im Allgemeinen eine Produktion der Compounds nu r in un mittelbarer Nähe zu einer die Compounds weiterverarbeitenden Fabrik wirtschaftlich, so wie es bspw. auch für herkömmliche Industrieanlagen zur PCC-Herstellung üblich ist.
Ein weiterer Nachteil im Stand der Technik ist, dass die Mahlprozesse bei den geringen Stoffdichten der Fasern, einen sehr hohen Energieverbrauch von oft über 1.000 kWh/t aufweisen.
Weiterhin ist im Stand der Technik nachteilig, dass im Zuge der Weiterverarbeitung des hergestellten Compounds 80 bis 90% des PCC im Weiterverarbeitu ngsprozess wieder
ausgewaschen werden. Aufgabe der vorliegenden Erfindu ng ist es, die im Stand der Technik bekannten Nachteile wenigstens teilweise zu überwinden. Die vorstehende Aufgabe wird durch ein erfindungsgemäßes Compound mit einer Trockenmasse gemäß Anspruch 1 gelöst. Ferner wird ein Verfahren nach Anspruch 11 zur Herstellung eines derartigen Compounds vorgeschlagen. Bevorzugte
Ausgestaltungsformen des Compounds und des Verfahrens zu r Herstellung des Compou nds sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße Compound mit einer Trockenmasse zum Einsatz in der Papier-, Kunststoff- u nd Baustoffindustrie umfasst:
(a) eine mikrofibrillierte Cellu lose,
(b) wenigstens einen anorganischen Füllstoff, und (c) Wasser.
Hierbei ist der anorganische Fü llstoff, im Wesentlichen an oder in den Fasern oder Fibrillen der mikrofibrillierten Cellulose gebunden.
Das erfindungsgemäße Compound ist dadurch gekennzeichnet, dass die mikrofibrillierte Cellulose einen Anteil von 5 bis 80% u nd der anorganische Füllstoff einen Anteil von 95 bis 20% jeweils in Bezug auf die Trockenmasse des Compou nds haben.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindu ngsgemäßen Compounds hat die mikrofibrillierte Cellu lose einen Anteil von 10 bis 80 % und der anorganische Füllstoff einen Anteil von 95 bis 60 % jeweils in Bezug auf die Trockenmasse des Compounds.
Die Bestimmung der Trockenmasse erfolgt vorliegend nach DIN EN ISO 4119:1996-05. U nter mikrofibrillierter Cellulose im Sinne der vorliegenden Erfindu ng soll hierbei faseriges
Material verstanden werden, das Cellulosefibrillen (im Folgenden kurz Fibrillen genannt) enthält. Eine Fibrille ist normalerweise sehr dünn und weist meist einen Durchmesser von ca. 5 bis 100 nm im Durchschnitt von ca. 20 nm auf und ist oft zwischen 100 nm bis zu 10 μιη lang. Nichtsdestoweniger können die Fibrillen aufgrund einer breiten Längenverteilung auch länger sein, bspw. 10 bis 200 μιη lang sein. Nanofibrillierte Cellulose ist eine bestimmte Klasse von mikrofibrillierter Cellulose und fällt daher auch unter den Begriff der mikrofibrillierten
Cellulose. In mikrofibrillierter Cellulose sind die einzelnen Fibrillen teilweise oder vollständig von einander gelöst. Fasern, die fibrilliert wurden u nd Fibrillen bspw. auf ihrer Oberfläche aufweisen, sowie Fibrillen, die separiert sind und in einer wässrigen Phase einer Suspension vorliegen, sind von der Definition von mikrofibrillierter Cellulose miteingeschlossen.
Mikrofibrillierte Cellulose hat eine sehr große aktive Oberfläche, allgemein im Bereich von ca.
1 bis 300 m2/g- Weiterhin sind Cellulose-Whiskers, mikrokristalline Cellulose, nanokristalline Cellulose oder regenerierte Cellulosefasern und Partikel ebenfalls in der Definition von mikrofibrillierter Cellulose enthalten. Die Fibrillen können auch chemisch und/oder physikalisch modifiziert sein, bspw. polymerbeschichtet sein. Im Gegensatz zu der im Stand der Technik bekannten Cellulose erhöht die aktive Oberfläche der erfindu ngsgemäßen mikrofibrillierten Cellulose in vorteilhafter Art das Potential zur Festigkeitssteigerung.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausfü hru ngsform des erfindungsgemäßen Compounds weist das Compound eine Trockenmasse von wenigstens 10%, weiterhin von wenigstens 20%, weiterhin von wenigstens 40%, weiterhin von wenigstens 60% bis zu etwa 75% auf. Es hat sich ü berraschenderweise gezeigt, dass das erfindungsgemäße Compound derart hohe
Trockenmassen aufweisen kann. Diese sind im Stand der Technik aufgrund des hohen Wasserrückhaltevermögens des Compounds, welches hauptsächlich auf der enthaltenen mikrofibrillierten Cellu lose beruht selbst mit aufwendigen Entwässerungs-verfahren nach der Compou nd-Herstellung bislang nicht erreichbar. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausfü hru ngsform des erfindungsgemäßen Compounds ist wenigstens 60%, weiterhin wenigstens 70%, weiterhin wenigstens 80%, weiterhin wenigstens 90% bis zu 100% des anorganischen Füllstoffs an oder in den Fasern oder Fibrillen der mikrofibrillierten Cellu lose gebunden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausfü hru ngsform des erfindungsgemäßen Compounds ist wenigstens 20%, weiterhin wenigstens 30%, weiterhin wenigstens 40%, weiterhin wenigstens 50% bis etwa 65% des anorganischen Füllstoffs fest, insbesondere waschfest mittels Degussa Waschverfahren an oder in den Fasern oder Fibrillen der mikrofibrillierten Cellulose gebunden. Im Sinne der vorliegenden Erfindung soll unter„fest, insbesondere waschfest mittels Degussa
Waschverfahren gebunden" der Anteil von anorganischem Füllstoff gebunden an oder in den Fasern oder Fibrillen der mikrofibrillierten Cellulose bezogen auf den entsprechend gebundenen Anteil des anorganischen Füllstoffs vor Waschu ng verstanden werden, der nicht von der mikrofibrillierten Cellulose nach Waschung des Compounds gemäß vorliegendem Degussa Waschverfahren in einer im Stand der Technik etablierten Degussa
Waschzellapparatur entfernt wurde.
Das Procedere des Degussa Waschverfahrens ist, wie folgt:
Das im Extruder hergestellte erfinderische Compound wird in einer Degussa Laborwaschzelle gewaschen. Die Waschzelle setzt sich aus zwei würfelförmigen Zellen (Innen- und Au ßenzelle) mit Kantenlängen von 30 cm (Außenzelle) u nd 16,5 cm (Innenzelle) zusammen. Die
Seitenwände der In nenzelle sind mit Siebgeweben (31 μιη Maschenweite) bespannt, du rch die nicht an Fasern und Fibrillen gebundener Fü llstoff in die Außenzelle ausgewaschen wird u nd dann über einen Auslauf abfließt.
1. Betrieb der Waschzelle: -Waschzelle mittig unter einem Plattrührer platzieren
-Waschzelle zur Hälfte mit Leitungswasser fü llen
- Stoffsuspension (2 l) in die Innenzelle geben
- Innenzelle mit dem Deckel abdecken und mit Gewichten beschweren
- Waschzelle bis zur Auslauf kante mit Leitungswasser füllen
-Ablaufschlauch vorsichtig an den Ablaufstutzen der Waschzelle anbringen
2. Durchführung der Waschung: Zur Waschung werden 15 bis 30 g von Faser /Füllstoff-Compound-Probe suspendiert, und in der Waschzelle unter ständigen Frischwasserzulauf (7 l/min) bei einer konstant hohen Beanspruchung durch den Plattrührer bei ca.1370 U/min gewaschen. Der Plattrührer ist bis 7 cm überdem Boden der Innenzelle abgesenkt und arretiert. Die Waschung erfolgt bei Raumtemperatur und atmosphärischen Druck.
3. Waschzeit und Analyse:
In geeigneten Zeitabständen sind während der Waschung Proben mit ca.2 g otro Stoff der Suspension aus der Innenzelle zu entnehmen. Als zweckmäßig hat sich ein Zeitabstand von fünf Minuten erwiesen. In regelmäßigem Abstand werden Proben aus der Fasersuspension entnommen und nach DIN
EN ISO 5269-2:2005-03 (Rapid-Köthen-Verfahren) über einem aschefreien Filterblatt abgesaugt und getrocknet. Von den getrockneten Blättern wird der Glührückstand in einer thermogravimetrischen Analyse (TGA) bei 525 °C gemäß ISO 1762 :2015-06 bestimmt, um den Verlust an Füllstoff durch den Waschvorgang zu ermitteln. Während der Probenahme sind der Zufluss und der Plattrührer abzustellen. Das Probenvolumen nimmt während des Versuches zu, da die Stoffdichte in der Innenzelle abnimmt.
Mit Hilfe der durch die TGA gewonnen Daten, kann dann zum jeweiligen Waschzeitpunkt der Massenanteil des anorganischen Füllstoffs im Compound (ω% anorganischer Füllstoff) nach folgender Formel bestimmt werden: ω% anorganischer Füllstoff = (m ITITGAXTG) X 100%, mit m = Masse der Probe bei 525°C; ITITGA = Masse der Probe nach TGA bis zur
Massenkonstanz und TG = Trockengehalt der Probe, d.h. Masse der bei 105°C bis zur
Massenkonstanz getrockneten Probe.
Gewaschen wird bis die Konstanz des Aschegehalts erreicht wird. Die Berechnung des prozentual fest, insbesondere waschfest mittels Degussa
Waschverfahren an oder in den Fasern oder Fibrillen der mikrofibrillierten Cellulose gebunden Füllstoffs ergibt sich aus folgender Formel: Anteil des anorganischen Füllstoffs nach Waschung [%]/ Anteil des anorganischen Füllstoffs vor Waschung [%].
Insbesondere kann mit besagter Formel der fest, insbesondere waschfest mittels Degussa Waschverfahren an oder in den Fasern oder Fibrillen der mikrofibrillierten Cellulose gebundene Anteil an präzipitierten anorganischen Füllstoffen, wie Calciumcarbonaten u nd/oder Calciumsulfaten, vorzugsweise von PCC und/oder Calciumsu lfat-Dihydrat (Gips) bestimmt werden.
Es hat sich nu nmehr überraschenderweise erwiesen, dass das erfindungsgemäße Compound derart hohe Gehalte an fest, insbesondere waschfest mittels Degussa Waschverfahren an oder in den Fasern oder Fibrillen der mikrofibrillierten Cellulose gebu ndene Füllstoffe, insbesondere präzipitierte Calciumcarbonate und/oder Calciumsulfate, vorzugsweise PCC u nd/oder Calciumsulfat-Dihydrat aufweisen kann. Weiterhin vorteilhaft ist, dass durch das Binden des PCC an der fibrillierten Struktur der mikrofibrillierten Cellulose nicht nur die Festigkeit im Papier erhöht wird, sondern auch die optischen Eigenschaften (wie z.B.
Weißgrad und Opazität) verbessert werden. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausfü hru ngsform des erfindungsgemäßen Compounds u mfasst der anorganische Füllstoff wenigstens ein Calciumsalz.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Calciumsalz ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus Calciumcarbonaten, Calciumsulfaten und Mischungen derselben.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausfü hru ngsform sind die Calciumcarbonate, vorzugsweise präzipitiertes Calciumcarbonat, und die Calciumsu lfate, vorzugsweise
Calciumsulfat-Dihydrat, wie beispielsweise Rauchgasgips.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausfü hru ngsform des erfindungsgemäßen Compounds sind Mischungen aus Calciumcarbonaten, vorzugsweise präzipitiertes Calciumcarbonat, und Calciumsulfaten, vorzugsweise Calciu msulfat-Dihydrat, wie beispielsweise Rauchgasgips vorgesehen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausfü hru ngsform des erfindungsgemäßen Compounds ist das Verhältnis der Calciumcarbonate zu den Calciumsulfaten in Bezug auf die Summe der Calciumcarbonate u nd der Calciumsu lfate des Compou nds 10 zu 95 Gew. % bis zu 95 zu 10 Gew. %, weiterhin von 30 zu 80 Gew. % bis zu 80 zu 30 Gew. % und weiterhin von 40 zu 70 Gew. % bis zu 70 zu 40 Gew. %.
Alternativ kön nen statt der präzipitierten Calciu mcarbonate und Calciumsulfate im Sinne der vorliegenden Erfindung auch andere präzipitierte Carbonate und präzipitierte Sulfate liegen, die statt dem Calciumion andere divalente Metallionen besitzen, bspw. präzipitierte
Magnesiu mcarbonate und präzipitierte Magnesiumsulfate.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Compounds weist das Compound zusätzlich wenigstens einen Hilfsstoff auf, insbesondere ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus anionischen Makromolekülen, vorzugsweise Carboxymethylcellulose, Polyacrylsäure, Polyacrylamid und Polyvinylalkohol und/oder deren Derivaten.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung beträgt die Menge an Hilfsstoffen im Compound 0,1 bis 10 %, weiterhin 0,1 bis 8% und weiterhin 0,1 bis 5% bezogen auf den Anteil an
mikrofibrillierter Cellulose.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausfü hru ngsform des erfindungsgemäßen Compounds weist das Compound weitere Hilfsstoffe auf, insbesondere ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus organischen Additiven wie Nassfestmittel, Retentionsmittel, Bindemittel, Dispergiermittel, Gleitmittel, Phasenvermittler, Formentnahmehilfsmittel,
Mischungsverbesserer, UV-Stabilisatoren und Katalysatoren sowie Antioxidantien.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausfü hru ngsform des erfindungsgemäßen Compounds ist das Compound dadurch charakterisiert, dass die mikrofibrillierte Cellu lose eine anionische relative Ladungsmenge aufweist.
Die anionische relative Ladungsmenge bestimmt sich hierbei nach der Faserstoff- Gesamtladung/Carboxylgru ppen nach TAPPI T 237 om-88 (Carboxylgruppengehalt von Zellstoff (Corboxyl Content ofPulp)). Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausfü hru ngsform des erfindungsgemäßen Compounds ist die anionische relative Ladungsmenge zwischen 15 bis 40 μec^/g, weiterhin zwischen 40 bis 90 με /^ u nd weiterhin zwischen 100 bis 1.500 μec^/g mikrofibrillierter Cellu lose. Des Weiteren liegt es im Sinne der vorliegenden Erfindung, die verschiedenen beschriebenen erfindungsgemäßen Compounds jeweils als Vormischungen („Masterbatches") in Stand der Technik Verfahren, bspw. bei Compoundier- und Extrusionsprozessen, insbesondere der Papier-, Kunststoff- u nd Baustoffindustrie, zum Herstellen eines Erzeugnis einzusetzen. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist gleichsam ein Verfahren zu m Herstellen eines
Compou nds mit einer Trockenmasse umfassend eine mikrofibrillierte Cellulose, wenigstens einen anorganischen Füllstoff und Wasser in einem Extruder, wobei der anorganische Füllstoff im Wesentlichen an oder in den Fasern oder Fibrillen der mikrofibrillierten Cellu lose gebunden ist, umfassend die Schritte: (a) Bereitstellen einer Suspension aus Faserstoff enthaltend Cellulose und Wasser im
Extruder,
(b) Bereitstellen eines Calcium-Donors zu der Suspension aus Faserstoff und Wasser, wobei die Bereitstellung vor, während oder u nmittelbar nach Schritt (a) erfolgen kann,
(c) Mikrofibrillieren des Faserstoffs durch mechanische, chemische und/oder enzymatische Behand lung zum Generieren mikrofibri liierter Cellulose,
(d) In Kontakt bringen des mikrofibrillierten Faserstoffs aus Schritt (c) mit wenigstens einem Additiv, wobei das Additiv ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus einer Carbonat-Quelle und einer Sulfat-Quelle und Mischungen derselben, (e) Bilden eines suspendierten Compounds, wobei das Compou nd die mikrofibrillierte
Cellulose u nd wenigstens einen anorganischen Füllstoff aufweist, wobei der
anorganische Füllstoff an oder in den Fasern oder Fibrillen der mikrofibrillierten Cellulose gebildet wird u nd ausfällt, und optional
(f) Trocknen des Compounds.
U nter Faserstoff im Sinne der vorliegenden Erfindung werden alle im Stand der Technik bekannten Arten von cellulosehaltigen Faserzellstoffen, insbesondere Holzstoffe und/oder Zellstoffe von beispielsweise Laub- und/oder Nadelbäumen aber auch von anderen holzigen und/oder krautigen Pflanzen mit unterschied lichen Anteilen von Lang- und/oder Kurzfasern verstanden. Es kommen reine u nbehandelte und/oder behandelte u nd/oder modifizierte Cellulosefasern,
Altpapiercellu losefasern, Holzschliff, Linterszellstoffe und dergleichen in Betracht. Auch thermisch, enzymatisch oder mechanisch vorbehandelte cellu losehaltige Stoffe oder thermisch, enzymatisch und mechanisch variabel kombinierte vorbehandelte, cellu losehaltige Stoffe, und fibrillierend und/oder schneidend gemahlenes cellulosehaltiges Material mit unterschiedlichen Mahlgraden, sowie verschiedenster Dicke und Länge sind vom Begriff miterfasst. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, weist in Schritt (a) in der Suspension aus Faserstoff enthaltend Cellulose und Wasser der Faserstoff eine Trockenmasse von wenigstens 10 %, weiterhin von wenigstens 20 %, weiterhin von wenigstens 40 %, weiterhin von wenigstens 60 % bis zu etwa 75 % auf.
Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung ermöglicht vorteilhaft einen kontinuierlichen Herstellungsprozess des Compounds.
Es hat sich ü berraschenderweise herausgestellt, dass mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens eine höhere Trockenmasse und damit auch eine höhere Stoffdichte an Faserstoff eingesetzt werden kann, als dies im Stand der Technik bislang möglich ist. Dies bewirkt, dass auch die Trocken masse des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten späteren Compounds entsprechend vorteilhaft über die bislang im Stand der Technik möglichen Gehalte gesteigert werden kann.
Durch die höheren einsetzbaren Trockenmassen und Stoffdichten löst sich der Faserstoff besser im Suspensionsmedium, so dass man Energieaufwand fü r die Compoundherstellung u nd räumlichen Platz im Herstellungssystem sparen kann. Insbesondere kann der Energieaufwand vorteilhaft auf Werte kleiner 1.000 kWh/t Faserstoff gesenkt werden, also auf kleinere Werte als sie im Stand der Technik generell üblich sind. Der Energieaufwand nach dem erfinderischen Verfahren liegt in einem Bereich von 450 bis 950 kWh/t Faserstoff und weniger, weiterhin von 450 bis 800 kWh/t Faserstoff und weniger, weiterhin von 450 bis 650 kWh/t Faserstoff und weniger. Dies liegt darin begründet, dass aufgrund der höheren Stoffdichte und des geringeren Wasseranteils des Faserstoffs bei der Extrusion die Scherkräfte beim Verarbeiten des Faserstoffs im Extruder zwischen den Fasern des Faserstoffs wesentlich höher sind. Dies begünstigt die Herstellung von mikrofibrillierter Cellulose unter geringem Energieaufwand.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausfü hrungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Schritt (b) der Calcium-Donor wässrige Ca(OH)2 Lösu ng oder wässrige CaCl2 Lösung. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausfü hrungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weist die wässrige Ca(OH)2 Lösu ng oder die wässrige CaCl2 Lösung verschiedene Sättigungsgrade auf, bspw. einen ungesättigten, einen gesättigten oder einen übersättigten Sättigungsgrad. Die
Morphologiesteuerung von ausgefallen anorganischen Füllstoffen durch Feineinstellung des Sättigungsgrad eines Calcium-Donors ist im Stand der Technik bekannt, bspw. von Calcit- Skalenoeder im Falle von übersättigter Ca(OH)2 Lösung. Gleichsam ist die Einstellung des pH- Wertes, der Leitfähigkeit und deren Einfluss auf das Präzipitationsverhalten und/oder die
Morphologiesteuerung von ausgefallen anorganischen Füllstoffen im Stand der Technik bekannt, ebenso wie insbesondere der Einfluss von einem stöchiometrischen Verhältnis von Calcium-Donor zu Carbonat- und Su lfat-Quelle auf diese Parameter. Im Sinne der vorliegenden Erfindung werden insbesondere stöchiometrische Verhältnisse von Calciu m-Donor zur eingesetzten Carbonat- und/oder Sulfat-Quelle bevorzugt, obgleich auch die Zugabe von Carbonat- und/oder Sulfat-Quelle im Überschuss möglich und bevorzugt sein können, solange die Löslichkeit des Calcium-Donors u nd der Carbonat- und Sulfat-Quelle gewährleistet sind. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausfü hrungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in
Schritt (d) die Carbonat-Quelle ausgewählt aus einer Gru ppe bestehend aus C02; Rauchgas; MC03, wobei M unabhängig ausgewählt ist aus Mg, Na2, K2, (NH4)2 und NaH; und Mischungen von XC03 mit 2NH4Cl, wobei X unabhängig ausgewählt ist aus Mg, Na2, K2 und NaH; sowie Mischungen derselben.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindu ngsgemäßen Verfahrens ist der Calciu m-Donor wässrige CaCl2 Lösung und die Carbonat-Quelle ist ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus MC03, wobei M unabhängig ausgewählt ist aus Mg, Na2, K2, (N H4)2 und NaH; und Mischungen von XC03 mit 2NH4Cl, wobei X unabhängig ausgewählt ist aus Mg, Na2, K2 und NaH.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausfü hrungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Schritt (d) die Sulfat-Quelle ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus S02, YS04, wobei Y unabhängig ausgewählt ist aus Mg, Na2, K2, (NH und H2.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausfü hrungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst in Schritt (e) der anorganische Fü llstoff wenigstens ein Calciumsalz. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausfü hrungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Calciu msalz ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus Calciu mcarbonaten, Calciumsulfaten u nd Mischungen derselben.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausfü hrungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die Calciu mcarbonate, vorzugsweise präzipitiertes Calciumcarbonat, u nd die Calciu msulfate, vorzugsweise Calciumsu lfat-Dihyd rat, wie beispielsweise Rauchgasgips.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausfü hrungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt zusätzlich eine Bereitstellung von wenigstens einem Hilfsstoff, insbesondere ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus anionischen Makromolekülen, vorzugsweise Carboxymethylcellulose, Polyacrylsäu re, Polyacrylamid und Polyvinylalkohol und/oder deren Derivaten zu dem
suspendierten Faserstoff vor Schritt (d).
Im Sinne der vorliegenden Erfindung beträgt die Menge an eingesetzten Hilfsstoffen 0,1 bis 10 %, weiterhin 0,1 bis 8% und weiterhin 0,1 bis 5% bezogen auf den Anteil an Faserstoff.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausfü hrungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die zusätzliche Bereitstellung des wenigstens einen Hilfsstoffs, insbesondere ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus anionischen Makromolekülen, vorzugsweise Carboxymethylcellulose, Polyacrylsäu re, Polyacrylamid und/oder Polyvinylalkohol und/oder deren Derivaten zu dem suspendierten Faserstoff in Schritt (a), in Schritt (b) und/ oder in Schritt (c).
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausfü hrungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens können weitere Hilfsstoffe, insbesondere ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus organischen Additiven wie Nassfestmittel, Retentionsmittel, Bindemittel, Dispergiermittel, Gleitmittel, Phasenvermittler, Formentnahmehilfsmittel, Mischungsverbesserer, UV-Stabilisatoren und Katalysatoren sowie Antioxidantien, entsprechend, wie die bereits beschriebenen Hilfsstoffe, zugeführt werden. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausfü hrungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Faserstoff vor Bereitstellung im Extruder im Schritt (a), gemahlen, insbesondere schneidend und/oder fibrillierend gemahlen. Im Sinne einer Vorbehandlung ist es bei einer fibrillierenden Mahlu ng des Faserstoffs insbesondere im Sinne der Erfindu ng der simultanen Herstellung von mikrofibrillierter Cellulose aus einem Faserstoff bei gleichzeitiger Ausfällung eines anorganischen Füllstoffs in Anwesenheit eines Calcium-Donors und einer Carbonat- und/ oder Sulfat-Quelle vom Vorteil, wenn der Faserstoff nu r anteilig fibrillierend gemahlen wird u nd der Großteil der mikrofibrillierten Cellulose im Extruder gemäß dem vorliegenden Verfahren gebildet wird.
Durch das simultane Herstellen von mikrofibrillierter Cellulose und dem Fällen von Fü llstoff benötigt das erfindungsgemäße Verfahren keine Entwässerung, um einen ausgewählten
Trockengehalt zu erreichen, wodurch sich die Anzahl der erfindungsgemäßen Verfahrensschritte im Gegensatz zu den im Stand der Technik bekannten Verfahren verringert. Dieser 1-stufige Prozess kann bei deutlich höherem Feststoffgehalt erfolgen, wodurch eine deutlich bessere
Füllstoffanbindung und Retention erreicht wird. Durch die erhöhte Retention kann in vorteilhafter Weise weniger Retentionshilfsmittel eingesetzt und insbesondere auf weitere Additive verzichtet werden. Des Weiteren ist auch ein nied rigerer Energiebedarf notwendig. Ferner liegt das End produkt der vorliegenden Anmeldung, durch die nicht erforderliche Entwässerung des Produkts, als Krümmelstoff vor. Dieses kann gravimetrisch für andere Compoundverfahren oder Sofflöseverfahren benutzt werden. Durch die im Stand der Technik bekannten Verfahren erhält man dagegen ü blicherweise nur ein Vlies, wodurch eine Anwendung in anderen Verarbeitungsformen erschwert wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausfü hrungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Herstellung des Compounds in einem ein-, zwei- oder mehrwelligen Extruder und die Drehzahl der Welle(n) ist zwischen 150 bis 1.500 U/min, vorzugsweise zwischen 200 bis 1.250 U/min und stärker bevorzugt zwischen 300 bis 1.000 U/min.
Im Sinne der Erfindung können im Prinzip alle ü blichen im Stand der Technik bekan nten einwelligen, sowie zwei- und mehrwelligen Extruder zur Herstellung des Compounds verwendet werden. Zwei- und mehrwellige Extruder eignen sich besonders gut für das erfinderische Verfahren, da sie die Scherkräfte erhöhen, die auf den zu prozessierenden Faserstoffs einwirken. Das Mikrofibrillieren des Faserstoffs in Schritt (c) des erfindungsgemäßen Verfahrens kann durch die in zwei- oder mehrwelligen Extrudern auftretenden Scherkräfte besser erzielt und/oder wesentlich verstärkt werden. Die Wellen können als Schneckenwellen ausgebildet sein, bspw. als
Doppelschneckenwellen. Weiterhin können die Gänge der Schneckenwellen miteinander im Eingriff stehen und weiterhin kann deren innerer Wellendurchmesser vorzugsweise über die gesamte Länge der Wellen konstant sein. Vorteilhaft für die Benutzung von Schneckenwellen ist, dass sich die Reaktion bei den Mischvorgängen auf 1-2 Minuten beschränken lässt. Bei herkömmlichen Verfahren ist ü blicherweise mit bis zu 30 Minuten langen Reaktionen zu rechnen.
Die Temperatur im Extruder muss ausreichend sein, um die Präzipitation des anorganischen Füllstoffs an oder in den Fasern oder Fibrillen der mikrofibrillierten Cellulose zuzulassen und eine gute Löslichkeit und Du rchmischung von im Verfahren eingesetzter Stoffe, Chemikalien und dergleichen zu gewährleisten. Im Sinne der Erfindung erfolgt das erfinderische Verfahren bei einer Temperatur von 10 bis 90°C oder weniger, weiterhin von 60 bis 75°C oder weniger, weiterhin von 19 bis 60°C oder weniger, weiterhin von 19 bis 40°C oder weniger und weiterhin von 19 bis 26°C oder weniger.
Eine Temperatur im Bereich von 19 bis 40°C oder weniger und weiterhin von 19 bis 26°C oder weniger kann insbesondere vorteilhaft sein, wenn als Carbonat-Quelle C02 genutzt wird, da hierbei eine gute Löslichkeit des eingeleiteten C02 in der Faserstoffsuspension gegeben ist.
Die im Extruder auftretenden Scherkräfte durch die mechanische Bewegung der Wellen können allerdings auch eine unerwünschte Zunahme der Betriebstemperatur im Extruder verursachen oder lokalisierte Temperaturpeaks im Extruder bedingen. Zur Einstellung oder Aufrechterhalten der Temperaturen im erfindungsgemäßen Verfahren kann daher auch eine passive oder aktive Kühlu ng des Extruders oder von Teilabschnitten des Extruders innerhalb oder außerhalb des Extruders vorgesehen sein. Dies insbesondere um eine u nerwünschte Zunahme der Temperatur im Extruder entgegenzuwirken, bei der eine gute Löslichkeit und Du rchmischung von im Verfahren eingesetzter Stoffe, Chemikalien und dergleichen herabgesetzt werden kann und/oder eine signifikante
Zersetzung von im Verfahren eingesetzten Stoffe, Chemikalien und dergleichen hervorgerufen werden kann. Beispielsweise gilt es einer verminderten Löslich keit und/oder signifikanten
Zersetzung des Faserstoffs, der mikrofibrillierten Cellulose, des Calcium-Donors, der Carbonat- und Su lfatquelle, des anorganischen Fü llstoffs sowie von Hilfsstoffen im System entgegenzuwirken, u nd lokalisierte Temperaturpeaks zu verhindern oder zu minimieren, welche eine verminderte
Löslichkeit und/oder eine signifikante Zersetzung besagter Stoffe, Chemikalien und dergleichen an diesen Stellen hervorrufen kön nen.
Im Sinne der Erfindung erfolgt das erfinderische Verfahren bei einem Druck von 1 bis 12 bar oder weniger, weiterhin von 1 bis 9 bar oder weniger, weiterhin von 1 bis 7 bar oder weiniger, weiterhin von 1 bis 5 bar oder weniger, weiterhin von 1 bis 3 bar oder weniger.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Compounds in einem Extruder.
Die vorliegende Erfindung umfasst ferner auch die Verwendung des erfindungsgemäßen
Compounds zur Herstellu ng von Papieren, insbesondere von graphischen Papieren,
Verpackungspapieren und Spezialpapieren, bspw. Zigarettenpapieren, Pappen, Schaumstoffen, Formkörpern u nd Kunststoffen.
Graphische Papiere im Sinne der Erfindung, wie bspw. gestrichene und ungestrichene holzfreie Papiere (wood free cooted und wood free uncooted, WFC- und WFU-Papiere), gestrichene und ungestrichene holzhaltige Papiere [medium weight cooted und light weight cooted, MWC- u nd LWC- Papiere), superkalandrierte Papiere (super-colendered, SC-Papiere) und Zeitungspapiere sind im Stand der Technik bekannt.
Im Allgemeinen kann das erfindungsgemäße Compound in allen Papierarten eingesetzt werden in denen der im Wesentlichen an oder in den Fasern oder Fibrillen der mikrofibrillierten Cellulose gebundene anorganische Füllstoff zu einer Verbesserung der optischen Eigenschaften oder zu einer Reduzierung der anfallenden Rohstoffkosten führt.
Formkörper im Sinne der Erfindung, wie bspw. Platten, Tafeln, Profile u nd Hohlkörper sind im Stand der Technik bekannt.
Kunststoffe im Sinne der Erfindung, wie bspw. Hart- Polyvinylchlorid (PVC-U), Polypropylen (PP) und Polyethylen (PE) sind im Stand der Technik bekannt.
Die mittels des erfinderischen Verfahrens hergestellten Papiere, insbesondere graphische Papiere, Verpackungspapiere und Spezialpapiere, bspw. Zigarettenpapiere, Pappen, Schau mstoffe, Formkörper und Ku nststoffe sind ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
Compounds bei denen der anorganische Füllstoff Calciu msulfat-Dihydrat ist, sind bspw. zur Verwendung in der Baustoffindustrie interessant. Bei Einsatz eines derartigen erfindungsgemäßen Compounds ist der Verlust an Festigkeit bedeutend geringer als bei einer herkömmlichen Dosierung von anorganischem Füllstoff. Mit dem Einsatz in der Baustoffindustrie lassen sich z.B. Formkörper, insbesondere Plattenwerkstoffe mit hoher Festigkeit u nd Steifigkeit bei geringem Gewicht herstellen.
Die Erfindu ng wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele erläutert, wobei darauf hingewiesen wird, dass durch diese Beispiele Abwandlungen bzw. Ergänzungen wie sie sich für den Fachmann unmittelbar ergeben mit umfasst sind. Darü ber hinaus stellen diese
Ausführungsbeispiele keine Beschränkung der Erfindung in der Art dar, dass Abwandlungen u nd Ergänzungen im U mfang der vorliegenden Erfindung liegen.
Dabei zeigen:
Fig. 1 ein Fließdiagramm gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Compounds, wobei der Calcium-Donor Ca(OH)2 (Kalkmilch) und die Carbonat- Quelle C02 ist und der gebildete anorganische Füllstoff, der im Wesentlichen an oder in den Fasern oder Fibrillen der mikrofibrillierten Cellulose gebunden hat, PCC ist.
Fig. 2 u nd Fig. 3 REM-Aufnahmen einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Compounds, wobei der anorganische Füllstoff, der im Wesentlichen an oder in den Fasern oder Fibrillen der mikrofibrillierten Cellu lose gebunden hat, PCC ist nach Herstellung im Extruder vor
Waschung gemäß dem Degussa Waschverfahren (Fig. 2) oder nach Waschung gemäß dem Degussa Waschverfahren (Fig. 3). Der jeweils rechts unten auf den REM-Aufnahmen eingezeichnete weiße Messbalken dient als Bezugsgröße und ist 1 μιη lang. Die Vergrößeru ng beträgt 10,000. Der Arbeitsabstand (WD, working distonce) ist 10 mm und die Primärstrahlspannung ist 15 kV. Ausführungsbeispiele:
Herstellung eines Compounds nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, wobei der
anorganische Füllstoff PCC ist
Das in Fig. 1 dargestellte Fließdiagramm, zeigt die Verfahrensabläufe zur Herstellung des erfindungsgemäßen Compounds, wobei der anorganische Füllstoff, der im Wesentlichen an oder in den Fasern oder Fibrillen der mikrofibrillierten Cellulose gebunden ist, PCC ist.
Wie zu sehen ist, wird unbehandelter Zellstoff (Zellstoff) aus einer gravimetrischen
Dosiereinrichtung (B-l & W-l) mit beigeordneter Gewichtsregelu ng (WIC 1) über eine Dosier- (ZS-1) und Zusatzschnecke (ZS-2), die über einen Zulauf (S-l) miteinander in Verbindung stehen, in den Extruder (E-l) eingebracht. Ca(OH)2 -Suspension (Kalkmilch) wird über ein Vorlagebehälter (B-2) mit Hilfe einer Schlauchquetschpumpe (P-l), die eine Kalibrieru ngsregelung (FIS 3) beigeord net hat, über einen Einfüllstutzen an der Gehäuseoberseite in den Extruder gefördert. Außerdem sind über die gesamte Schneckenlänge zwei Entlüftu ngen, welche Überd ruckbildung verhindern, sowie d rei Düsen für den Gas-Eintrag bei der Fällung angeordnet. Die C02-Einspeisung erfolgt aus einer Druckgasflasche (B-3) mit Druckminderventil (V-l & V-2) über zwei parallel angeordnete
Durchflussmesser (Messstelle 5 & 6) mit entsprechenden Regelventil (V-3 & V-4) in die jeweilige Düse. Eine Druckmessein richtung (PI 1-4) ist beigeordnet.
Bei der PCC-Fällu ng im Extruder wird parallel zur Extrusion von Zellstoff, Kalkmilch
(Partikeldurchmesser von 0,5 bis 1,5 μιη) und C02 oder ein N2/C02-Gasgemisch in den Extruder eingeleitet. Die Dosierung der Kalkmilch findet wiederrum über die Schlauchquetschen pu mpe (PI) in Kammer 2 (nicht dargestellt) des Extruders statt. Das Gas wird aus der Druckgasflasche (B-3) mit einem Druckminderungsventil (V-l & V-2) via eines Durchflussmessers (Messstelle 5 & 6) und Durchflussventils (V-3 & V-4) in Kammer 6 (nicht dargestellt) des Extruders eingeleitet. Der Extruder ist mit einer Temperaturmesseinrichtung (Tl 2) ausgestattet. Dabei findet die Fällung an den im Extruder geschaffenen mikrofibri Hären Cellulosen statt. Waschversuche zur Prüfung der Immobilisierung von PCC an mikrofibrillärer Cellulose
Mit dieser Prüfmethode wurde der Anteil des anorganischen Füllstoffs PCC bestimmt, der während der Reaktion im Extruder fest, insbesondere waschfest mittels Degussa Waschverfahren an oder in den Fasern oder Fibrillen der mikrofibrillierten Cellulose gebunden hat. Als Ausgangsfaserstoff für die Herstellung des Compounds im Extruder wurde Zellstoff verwendet, der nach dem Sulfatverfahren gewonnen wurde. Für die Herstellung des Compounds wurde als Calcium-Donor Ca(OH)2 und als Carbonat-Quelle C02 verwendet. Für die Waschversuche wurde das im Extruder generierte mikrofibrillierte Cellulose/PCC-Compound in einer Degussa Laborwaschzelle entsprechend dem Degussa Waschverfahren, wie beschrieben, gewaschen. Zur Waschung wurden 15-30 g mikrofibrillierte Cellulose/PCC-Compound suspendiert und in der Waschzelle unter ständigen Frischwasserzulauf (7 l/min) bei einer konstant hohen Beanspruchung durch einen Plattrührer (ca. 1370 U/min) gewaschen. Eine entsprechende Probe des gleichen unbehandelten Zellstoffs diente als Referenzwert für die Bestimmung des gebundenen Füllstoffs. Diese wurde entsprechend des mikrofibrillierte Cellulose/PCC-Compounds prozessiert und analysiert. In regelmäßigem Abstand wurden Proben aus der mikrofibrillierte Cellulose/PCC-Compound-Suspension entnommen und nach DIN EN ISO 5269-2:2005-03 über einem aschefreien Filterblatt abgesaugt und getrocknet. Von den getrockneten Blättern wurde der Glührückstand in einer thermogravimetrischen Analyse (TGA) bei 525 °C bestimmt, um den Verlust an Füllstoff durch den Waschvorgang zu ermitteln. Die Waschung wurde bis zur Konstanz der Aschewerte durchgeführt und betrug 10 min. Der Massenanteil des PCCs im Compound angegeben als ω% PCC wurde, wie bereits allgemein im Degussa-Waschverfahren beschrieben, bestimmt. Es gilt:
Of mGR, 525 °C nn0f
iu re PCC = :— τψΓ^ * 100%
mTGA " 1 ^
mit mGR,525°c = Masse der Probe bei 525°C; = Masse der Probe nach TGA bis zur Massenkonstanz und TG = Trockengehalt der Probe, d.h. Masse der bei 105°C bis zur Massenkonstanz getrockneten Probe.
Die Berechnung des prozentual fest, insbesondere waschfest mittels Degussa Waschverfahren an oder in den Fasern oder Fibrillen der mikrofibrillierten Cellulose gebunden PCC ergibt sich aus folgender Formel: Anteil des PCC nach Waschung [%]/ Anteil des PCC vor Waschung [%]. Die Ergebnisse der Waschversuche mit zugehörigen Extrudereinstellungen von zugeführtem Ca(OH)2 und C02 sind in Tabelle 1 dargestellt. Zu sehen ist, dass je nach Versuchsparametern im Extruder der Anteil des fest, insbesondere waschfest mittels Degussa Wasch verfahren an oder in den Fasern oder Fibrillen der mikrofibrillierten Cellulose gebundenen PCC vorteilhaft zwischen 37,5 und 40,3 % liegt. Dabei bezeichnet„vorher", den Anteil des im Wesentlichen an oder in den Fasern oder Fibrillen der mikrofibrillierten Cellulose des Compounds gebundenen PCC vor Waschung gemäß dem Degussa Waschverfahren und„nachher" den Anteil des im Wesentlichen an oder in den Fasern oder Fibrillen der mikrofibrillierten Cellulose des Compounds fest, insbesondere waschfest mittels Degussa Waschverfahren gebundenen PCC nach Waschung gemäß dem Degussa Waschverfahren.
Tabelle 1
Extrudereinstellungen Degussa Waschverfahren
bei 450 U / min
C02 Dosierung PCC Gehalt des Compounds nach Gehalt an fest, insbesondere
Herstellung im Extruder waschfest nach Degussa
Waschverfahren an oder in den Fasern oder Fibrillen der mikrofibrillierten Cellulose des Compounds gebundenen
PCC
Ca(OH)2 Düse l Düse 2 Anteil des im Anteil des im (nachher / vorher)
Wesentlichen an Wesentlichen an
oder in den Fasern oder in den
oder Fibrillen der Fasern oder
mikrofibrillierten Fibrillen der
Cellutose des mikrofibrillierten
Compounds Cellulose des
gebundenen PCC Compounds fest,
vor Waschung insbesondere
gemäß dem waschfest mittels
Degussa Degussa
Waschverfahren Waschverfahren
{kurz; vorher) gebundenen PCC
nach Waschung
gemäß dem
Degussa
Waschverfahren
{kurz: nachher)
[t / min] [l / min] [l / min] [%] [%] [%]
13 0 130 45 17 37,5
17 0 150 37 15 40,3
1? 0 150 26 10 38,3
13 30 100 42 17 40,2
13 60 70 41 16 38,6
13 95 35 44 17 38,5
Fig. 2 zeigt eine exemplarische REM-Aufnahme des mikrofibrillierten Cellulose/PCC-Compounds vor der Waschung. Zu sehen sind zahlreiche PCC-Kristalle, die an oder in den Fasern oder Fibrillen der mikrofibrillierten Cellu lose gebunden sind. Fig.3 zeigt eine exemplarische REM-Aufnahme des mikrofibrillierten Cellulose/PCC-Compounds nach der Waschung entsprechend des beschriebenen Degussa Waschverfahrens. Zu sehen ist, dass nach dem Waschverfahren immer noch zahlreiche PCC-Kristalle, an oder in den Fasern oder Fibrillen der mikrofibrillierten Cellu lose fest, insbesondere waschfest mittels Degussa Waschverfahren gebunden sind.

Claims

Ansprüche
1. Compound mit einer Trockenmasse, insbesondere für den Einsatz in der Papier-, Kunststoff- und Baustoffindustrie, umfassend:
(a) eine mikrofibrillierte Cellu lose,
(b) wenigstens einen anorganischen Füllstoff, und
(c) Wasser, wobei der anorganische Füllstoff, im Wesentlichen an oder in den Fasern oder Fibrillen der mikrofibrillierten Cellu lose gebunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die mikrofibrillierte Cellulose einen Anteil von 5 bis 80% und der anorganische Füllstoff einen Anteil von 95% bis 20 jeweils in Bezug auf die Trockenmasse des Compounds haben.
2. Compound gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Compound eine Trocken masse von wenigstens 10%, weiterhin von wenigstens 20%, weiterhin von wenigstens 40%, weiterhin von wenigstens 60% bis zu etwa 75% aufweist.
3. Compound gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens 60%, weiterhin wenigstens 70%, weiterhin wenigstens 80%, weiterhin wenigstens 90% bis zu 100% des anorganischen Füllstoffs an oder in den Fasern oder Fibrillen der mikrofibrillierten Cellu lose gebunden ist.
4. Compound gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens 20%, weiterhin wenigstens 30%, weiterhin wenigstens 40%, weiterhin wenigstens 50% bis etwa 65% des anorganischen Füllstoffs fest, insbesondere waschfest mittels Degussa Waschverfahren an oder in den Fasern oder Fibrillen der mikrofibrillierten Cellulose gebunden ist.
5. Compound gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der anorganische Füllstoff wenigstens ein Calciumsalz umfasst.
6. Compound gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Calciumsalz ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus Calciumcarbonaten, Calciumsulfaten u nd Mischungen derselben.
7. Compound gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Calciu mcarbonate, vorzugsweise präzipitiertes Calciumcarbonat, u nd die Calciu msulfate, vorzugsweise Calciumsulfat-Dihyd rat, wie beispielsweise Rauchgasgips sind.
8. Compound gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Com pound zusätzlich wenigstens einen Hilfsstoff aufweist, insbesondere ausgewählt aus einer Gru ppe bestehend aus anionischen Makromolekülen, vorzugsweise
Carboxymethylcellulose, Polyacrylsäure, Polyacrylamid und Polyvinylalkohol u nd/oder deren Derivaten.
9. Compound gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mikrofibrillierte Cellulose eine anionische relative Ladungsmenge aufweist.
10. Compound gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die anionische relative Ladungsmenge zwischen 15 bis 40 μec^/g, weiterhin zwischen 40 bis 90 με /^ und weiterhin zwischen 100 bis 1.500 μec^/g mikrofibrillierter Cellulose ist.
11. Verfahren zum Herstellen eines Compounds mit einerTrockenmasse umfassend eine mikrofibrillierte Cellulose, wenigstens einen anorganischen Füllstoff und Wasser in einem Extruder, wobei der anorganische Füllstoff im Wesentlichen an oder in den Fasern oder Fibrillen der mikrofibrillierten Cellulose gebunden ist, umfassend die Schritte:
(a) Bereitstellen einer Suspension aus Faserstoff enthaltend Cellulose und Wasser im Extruder,
(b) Bereitstellen eines Calcium-Donors zu der Suspension aus Faserstoff und Wasser, wobei die Bereitstellung vor, während oder unmittelbar nach Schritt (a) erfolgen kann,
(c) Mikrofibrillieren des Faserstoffs durch mechanische, chemische und/oder enzymatische Behandlung zum Generieren mikrofibrillierter Cellulose,
(d) In Kontakt bringen des mikrofibrillierten Faserstoffs aus Schritt (c) mit wenigstens einem Additiv, wobei dasAdditivausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus
• einer Carbonat-Quelle und
• einer Sulfat-Quelle und Mischungen derselben,
(e) Bilden eines suspendierten Compounds, wobei das Compound die mikrofibrillierte Cellulose und wenigstens einen anorganischen Füllstoff aufweist, wobei der
anorganische Füllstoff an oder in den Fasern oder Fibrillen der mikrofibrillierten Cellulose gebildet wird u nd ausfällt, und optional (f) Trocknen des Compounds.
12. Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (a) in der Suspension aus Faserstoff enthaltend Cellulose und Wasser der Faserstoff eine Trockenmasse von wenigstens 10%, weiterhin von wenigstens 20%, weiterhin von wenigstens 40%, weiterhin von wenigstens 60% bis zu etwa 75% aufweist.
13. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (b) der Calcium-Donor wässrige Ca(OH)2 Lösung oder wässrige CaCl2 Lösung ist.
14. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (d) die Carbonat-Quelle ausgewählt ist aus einer Gru ppe bestehend aus C02;
Rauchgas; MC03, wobei M unabhängig ausgewählt ist aus Mg, Na2, K2, (N H4)2 und NaH; und
Mischungen von XC03 mit 2NH4Cl, wobei X unabhängig ausgewählt ist aus Mg, Na2, K2 und NaH; sowie Mischungen derselben.
15. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Calcium-Donor wässrige CaCl2 Lösu ng ist und die Carbonat-Quelle ausgewählt ist aus einer Gru ppe bestehend aus MC03, wobei M unabhängig ausgewählt ist aus Mg, Na2, K2, (NH4)2 u nd NaH; u nd Mischungen von XC03 mit 2NH4Cl, wobei X unabhängig ausgewählt ist aus Mg, Na2, K2 u nd NaH.
16. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (d) die Sulfat-Quelle ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus S02, YS04, wobei Y unabhängig ausgewählt ist aus Mg, Na2, K2, (N H u nd H2.
17. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (e) der anorganische Füllstoff wenigstens ein Calciumsalz umfasst.
18. Verfahren gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Calciumsalz ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus Calciumcarbonaten, Calciumsulfaten u nd Mischungen derselben.
19. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 17 u nd 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Calciu mcarbonate, vorzugsweise präzipitiertes Calciumcarbonat, u nd die Calciu msulfate, vorzugsweise Calciumsulfat-Dihyd rat, wie beispielsweise Rauchgasgips sind.
20. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine Bereitstellung von wenigstens einem Hilfsstoff, insbesondere ausgewählt aus einer Gru ppe bestehend aus anionischen Makromolekülen, vorzugsweise
Carboxymethylcellulose, Polyacrylsäure, Polyacrylamid und Polyvinylalkohol u nd/oder deren Derivaten zu dem suspendierten Faserstoff vor Schritt (d) erfolgt.
21. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserstoff vor Bereitstellu ng im Extruder im Schritt (a), gemahlen, insbesondere schneidend und/oder fibrillierend gemahlen wird.
22. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Herstellu ng in einem ein-, zwei- oder mehrwelligen Extruder erfolgt und die Drehzahl der Welle(n) zwischen 150 bis 1.500 U/min, vorzugsweise zwischen 200 bis 1.250 U/min und stärker bevorzugt zwischen 300 bis 1.000 U/min ist.
23. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche zum Herstellen eines Compounds gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 10 in einem Extruder.
24. Verwendung eines Compounds gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 zur Herstellu ng von Papieren, insbesondere von graphischen Papieren, Verpacku ngspapieren und
Spezialpapieren, bspw. Zigarettenpapieren, Pappen, Schaumstoffen, Formkörpern und Kunststoffen.
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