AT319741B

AT319741B - Verfahren zur Herstellung eines Papieres bzw. Kartons mit verbesserter Naßfestigkeit, Steifigkeit bzw. Voluminösität

Info

Publication number: AT319741B
Application number: AT427672A
Authority: AT
Inventors: Felix Wehrmann Dr
Original assignee: Isovolta
Priority date: 1972-05-17
Filing date: 1972-05-17
Publication date: 1975-01-10
Also published as: BE799466A

Description

Üblicherweise wird Papier auf einer Langsiebmaschine hergestellt, während Karton auf einer Rundsiebmaschine erzeugt wird. Grammaturen bis zu 200 g/m bezeichnet man als Papier, während Grammaturen über 200 g/m als Karton gelten. Es ist leicht einzusehen, dass auf Grund der Entwässerungsprobleme es nicht möglich ist, auf einer Langsiebmaschine höhere Grammaturen als 200 g/m2 herzustellen. Aus diesem Grund wird Karton auf Rundsiebmaschinen erzeugt, bei denen mehrere Lagen von Papier im nassen Zustand aufeinandergegautscht werden, um zu stärkeren Kartonprodukten zu kommen.

Prinzipiell besteht Karton daher aus mehreren Lagen dünnerer Papierschichten, wodurch sich eine Vielfalt von Kartonqualitäten erzielen lässt, beispielsweise indem man für Decke bzw. Rückseite eine andere Stoffzusammensetzung wählt als für die Einlage. Häufig wird als Rohstoff für die Decke bzw. Rückseite Natronzellstoff verwendet, während für die Einlage Altpapier dient.

Für viele Zwecke werden für bestimmte Papier- bzw Kartonqualitäten gewisse Eigenschaften, wie Feuchtigkeitsunempfindlichkeit, Steifigkeit, Vergilbungsfreiheit und hohes Volumen gefordert. So muss z. B. Xeroxpapier eine erhöhte Steifigkeit und geringe Vergilbung aufweisen, während z. B. für bestimmte Kartonsorten oft erhöhtes Volumen, grosse Steifigkeit und gegebenenfalls Feuchtigkeitsunempfindlichkeit gefordert werden.

Nach heute üblichen Verfahren wird die Feuchtigkeitsunempfindlichkeit durch Zusatz von Leimstoffen bzw. Kunstharzen, wie beispielsweise Harnstoff- oder Melaminharzen erreicht. Hiebei ist zu beachten, dass die Wirkung dieser Zusätze erst nach einer bestimmten Zeit der Lagerung voll zur Geltung kommt.

Die Erhöhung der Steifigkeit wird sowohl durch Kunstharze als auch durch Bestreichen mit Stärkelösung und gegebenenfalls Kunstharzen erzielt. Sehr häufig werden auch Paraffinemulsionen als Streichmasse zur Herstellung von wasserfesten Papier- bzw wasserabweisenden Kartonqualitäten verwendet.

All diesen Verfahren haftet der Nachteil an, dass die so hergestellten Produkte relativ teuer sind.

Unsere Versuche haben ergeben, dass durch Zusatz von Kieselsäure bzw. ihren Verbindungen und Thixotropierungsmitteln, gegebenenfalls Stärkeprodukten, Papiere bzw. Karton hergestellt werden können, die bei wesentlich niedrigerer Grammatur die gleiche Steifigkeit und ausserdem höhere Nassfestigkeit aufweisen als die bekannten.

Es hat sich gezeigt, dass man Papier bzw. einen Karton mit verbesserter Nassfestigkeit und/oder Steifigkeit erzielen kann, wenn man dem Papierrohstoff vor dem Mahlen ein Gemisch von Thixotropierungsmitteln und Wasserglas zusetzt und nach dem Mahlen eine Säure und/oder ein Metallsalz, insbesondere ein saures Salz zufügt, gut durchmischt und die Pulpe zu Papier bzw. Karton in üblicher Weise verarbeitet. Als Säuren kann man sowohl anorganische als auch organische Säuren einsetzen, wie Salzsäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure, Essigsäure, Ameisensäure, Maleinsäure, Sulfonsäure einzeln oder zu mehreren, wobei man im allgemeinen der Schwefelsäure den Vorzug geben wird. Als Thixotropierungsmittel haben sich stärkehaltige Produkte wie Mais-, Reis-, Kartoffelstärke, Carboxymethylzellulose, Algesine, Algenmehl, Pflanzengummi, wie z. B.

Traganth oder Manogalactane, weiters Vulkanschlacke einzeln oder in Mischung bewährt. Natürlich wird man sowohl die Säuren als auch die Thixotropierungsmittel vor der jeweiligen Zugabe mit Wasser auf eine gut zu handhabende Konzentration verdünnen bzw. solche Lösungen herstellen. An Stelle der Säuren oder zusätzlich zu diesen kann man auch Metallsalze, insbesondere saure Salze, wie Metallverbindungen des Aluminiums mit Schwefelsäure, beispielsweise Alaun, ferner Zinkchlorid, Kupfersulfat einzeln oder zu mehreren in die Pulpe einbringen. Der
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einzeln oder in Mischung eingebracht. Der Vermahlungsgrad kann niedrig gehalten werden und liegt zwischen 20 und 50, vorzugsweise zwischen 20 und 40 SR.

In der Herstellung von Karton hat sich die Zugabe von Holzschliff, Holzpulver oder Holzmehl zum Papierbrei als vorteilhaft erwiesen, da dadurch die Voluminösität wesentlich verbessert werden kann. Auch bei Papieren, die nicht frei von Vergilbung sein müssen, d. h. bei holzhältigen Papieren ist der Zusatz von Holzpulver oder Holzmehl als teilweiser Ersatz von Holzschliff möglich. Dabei erzielt man Papiere, deren Reissfestigkeit zwar etwas hinter den üblichen Reissfestigkeiten zurückbleibt, für viele Zwecke jedoch vollkommen ausreichend ist, und den grossen Vorteil besitzt, wesentlich billiger zu sein.

Das erfindungsgemässe Verfahren ist demnach dadurch gekennzeichnet, dass man dem Papierrohstoff vor dem Mahlen ein Gemisch von Thixotropierungsmittel und Wasserglas beispielsweise Natronwasserglas und/oder Kaliumwasserglas zusetzt, worauf die Mischung gemahlen, mit einer Säure vorzugsweise einer Mineralsäure und/oder einer Metallverbindung insbesonders einem sauren Salz versetzt, gut durchmischt und die Pulpe in an sich bekannter Weise zu Papier oder Karton verarbeitet wird. Dies so erhaltene Papier bzw. der Karton enthält somit neben den üblichen Zelluloseanteilen und gegebenenfalls in der Papiertechnologie üblichen Kunstharzen bzw.

Leimstoffen sowie Füllstoffen im Faserverband Thixotropierungsmittel und Kieselsäureverbindungen sowie gegebenenfalls Metallverbindungen, insbesondere von Kupfer, Zink, Aluminium, Titan, Barium, Calzium, Magnesium, Eisen, Kobalt und gegebenenfalls Holzspäne bzw. Holzmehl. Vorzugsweise verwendet man als Thixotropierungsmittel Pflanzengummi wie Manogalactane bzw. Traganth. Es haben sich jedoch auch stärkeartige Produkte wie Kartoffelstärke, Maisstärke, bewährt. Besonders vorteilhaft zeigte sich die Verwendung von Pflanzengummi und stärkehaltigen Produkten im Verhältnis 1 : 1.

Als Kieselsäureverbindungen haben sich insbesondere Natronwasserglas, Kaliwasserglas bzw. Mischungen davon, bewährt.

Wesentlich für das erfindungsgemässe Verfahren ist, dass der Papierrohstoff innig mit den
Thixotropierungsmitteln und den Kieselsäureverbindungen gemischt wird, worauf mit einer Säure vorzugsweise einer Mineralsäure und/oder einer Metallverbindung, insbesondere einem sauren Salz wie z. B. Alaun,
Aluminiumsulfat, koaguliert bzw. angesäuert wird und damit der Papierrohstoff auf einem PH-Wert von etwa 3, 5 bis 5, 5 gebracht wird.

Für die Herstellung von voluminösem Karton haben sich weiters Holzspäne bzw. Holzmehl als Füllstoff besonders bewährt. Selbstverständlich müssen die Holzspäne vor dem Mahlen dem Papierrohstoff zugeführt werden, um einen homogenen Stoff zu gewährleisten.

Das erfmdungsgemässe Papier eignet sich besonders gut für Xeroxpapier, wobei es auf erhöhte Steifigkeit und Vergilbungsfreiheit ankommt. In diesem Fall wird man daher keine holzhältigen Rohstoffe verwenden, sondern gebleichten Natron-bzw. Halbzellstoff. Das nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellte
Xeroxpapier zeigte bei einer Reduzierung der Grammatur von 80 auf 50 g/m2 die gleiche Steifigkeit, und konnte mit Vorteil verwendet werden. Ebenso zeigte der nach diesem Verfahren hergestellte Karton besonders gute
Verwendbarkeit im Verpackungssektor. So konnten Schachteln hergestellt werden, die bei halbem Gewicht die gleiche Stapelfestigkeit hatten. Beispielsweise wurde für eine bestimmte Type von Schachteln ein 1400 g-Karton eingesetzt.

Dieser schwere Karton könnte durch einen 900 g-Karton, der nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellt wurde, ersetzt werden, ohne dass die Festigkeit der Schachteln geringer war.

Das erfindungsgemässe Verfahren lässt sich mit Vorteil für holzhältige Papiere einsetzen. Der Zusatz von
Holzmehl zum Papierrohstoff an Stelle von Holzschliff führt zwar, wie bereits erwähnt, zu einer Verringerung der Festigkeit und mechanischen Eigenschaften, doch lässt sich dieser Nachteil zum grössten Teil durch den
Zusatz von Thixotropierungsmitteln und Kieselsäureverbindungen nach dem erfindungsgemässen Verfahren kompensieren, so dass man sehr billige Papiere herstellen kann, die trotzdem den geforderten Ansprüchen gerecht werden. Dies kann man daraus ersehen, dass beispielsweise der Papierrohstoff, Holzschliff etwa das fünffache kostet, als Holzpulver, welches beispielsweise als Abfallprodukt beim Schleifen von Spanplatten anfällt.

Das erfindungsgemässe Verfahren bringt jedoch nicht nur wirtschaftliche Vorteile durch
Kostenverringerung, sondern verwertet auch mit Erfolg einen bisher als Abfall anfallenden Stoff in technisch vorteilhafter Weise, was im Hinblick auf die steigende Umweltverschmutzung durch Industrieabfälle sehr erwünscht ist. Ausserdem bewährt sich das Holzmehl ausgezeichnet als Retentionsmittel, wodurch man
Zusatzstoffe, die ansonsten in das Abwasser gehen im Papier bindet und auf diese Weise auch an Zusatzstoffen sparen kann.

Das erfindungsgemässe Verfahren soll durch nachstehende Beispiele näher erläutert werden, ohne es darauf zu beschränken.

Beispiel l : 1000 g gebleichter Sulfitzellstoff wurden in einem Holländer unter gleichzeitiger Zugabe von 20 g Maisstärke, 20 g Pflanzengummi (Manogalactane) und 50 g Natronwasserglas auf 40 Schopper-Riegler gemahlen. Anschliessend wurde der Papierbrei in ein Vorratsgefäss gepumpt und mit Schwefelsäure ein PH-Wert von 5, 2 eingestellt. Der so hergestellte Papierbrei wurde anschliessend 1/2 h gerührt, wobei gleichzeitig mit Wasser auf einen Feststoffgehalt von 1, 5% verdünnt und sodann auf einer Versuchspapiermaschine zu einer Papierbahn verarbeitet wurde. Die Papierbahn hat eine Grammatur von 50 g/m und zeigte eine Steifigkeit, die etwa mit einem 80-grammigen Papier ohne derartige Zusätze verglichen werden kann. Die Feuchtigkeitsbeständigkeit wurde mittels Cobb-Test ermittelt.

Es zeigte sich, dass eine wesentliche Verbesserung auf Grund der Zusätze erzielt wurde. So betrug der Cobb-Test hiefür 40, d. h. 100 cm2 des Papiers nahmen 40 g Wasser von 200C in
40 sec auf. Demgegenüber beträgt vergleichsweise der Cobb-Test bei einem Papier ohne derartige Zusätze mehr als 200.

Beispiel 2 : In einem Pulper wurden 660 kg gebleichter Sulfitzellstoff aufgeschlagen und in eine
Stoffbütte gepumpt. Die Stoffkonzentration betrug 4%. Weiters wurden in die gleiche Stoffbütte 360 kg gebleichter Holzschliff und 180 kg gebleichtes Holzpulver zugegeben und gut durchgemischt. Der Holzschliff wurde im gleichen Betrieb durch Zerschleifen von Holz hergestellt, anschliessend über Reinigungsaggregate gereinigt und mit einer Konsistenz von etwa 4% in die Bütte gepumpt. Das Holzpulver wurde in die Stoffbütte direkt eingestreut. Zu diesem Papierrohstoff in der Stoffbütte wurden 2% Hydrosulfit zur Bleichung zugegeben, noch 1 h bei 400C gerührt.

Dann wurden 24 kg Maisstärke in Form einer 1 %gen Lösung, 75 kg Natronwasserglas (34%oig) und 15 kg Mannogalactane in Form einer 10, 5%igen Lösung zugegeben und 1 h gut durchgemischt.

Anschliessend wurde der Papierrohstoff auf 45 Schopper-Riegler gemahlen und mit Schwefelsäure auf
PH-Wert 3, 5 angesäuert. Der so hergestellte Papierrohstoff wurde dann in an sich bekannter Weise auf einer
Papiermaschine zu Papierbahnen verarbeitet. Das so hergestellte Papier hatte eine Grammatur von 67 g/m2 und wurde in der Maschine gestrichen. Hiefür wurde ein Kunstharzstrich verwendet, wobei 20 g/m2 aufgetragen wurde, um eine einwandfreie Deckung und Bedruckbarkeit zu erreichen. Das nach dem erfindungsgemässen
Verfahren hergestellte Papier war von sehr guter Qualität. Der Weissgrad betrug 74-75, die Reisslänge betrug längs 4, 340 und quer 2, 090 m, was einer Verbesserung von etwa 10% gegenüber der konventionellen Qualität entspricht.

Beispiel 3 : Es wurde ein Karton mit einer Grammatur von 550 g/m auf einer Kartonmaschine mit 7 Rundsieben hergestellt. Zu diesem Zweck wurde in Bütte I ein Papierrohstoff aus gebleichtem Sulfitzellstoff mit 4% Feststoffgehalt in an sich bekannter Weise hergestellt. Der Inhalt der Bütte I betrug 100 t. Aus Bütte I wurde das letzte Rundsieb, welches die Deckschicht aufbringt, gespeist. Die weiteren 5 Rundsiebe wurden aus Bütte II gespeist, in der ein Papierrohstoff aus Altpapier und Holzpulver hergestellt wurde. Der Feststoffgehalt in Bütte II betrug ebenfalls etwa 4% und die Gesamtmenge betrug etwa 300 t. Das Altpapier wurde in einem Pulper aufgeschlagen und über eine Reinigungsanlage in Bütte II gepumpt. Das Holzmehl wurde direkt in die Bütte II eingebracht und mit dem Altpapierrohstoff gut durchgemischt.

Das Gewichtsverhältnis von Altpapier zu Holzpulver betrug 1 : 1. Diesem Papierrohstoff in Bütte II wurden 240 kg Maisstärke in gelöster Form, 144 kg Mannogalactane in 0, 5%piger Lösung und 900 kg Wasserglas (34% zig) zugesetzt und nach guter Durchmischung auf 30 Schopper-Riegler gemahlen. Zu diesem Zweck wurde die Bütte II über die Mahlaggregate im Kreislauf geschaltet. Nach dem Mahlen wurde mit Schwefelsäure auf PH-Wert 5, 8 angesäuert und danach der Papierrohstoff mit Alaun auf PH-Wert 4, 7 eingestellt. Das erste Rundsieb, welches die Rückseite des Kartons erzeugt, wurde aus Bütte III mit einem Inhalt von 100 t gespeist. In dieser Bütte befand sich ein Papierrohstoff des durch Aufschlagen und Mahlen von ungebleichtem Natronzellstoff hergestellt wurde. Die Feststoffkonzentration betrug etwa 4%.

In Bütte I und Bütte Il wurde mit Alaun ein PH-Wert von 5, 5 eingestellt.

Nachdem der gesamte Papierrohstoff fertiggestellt war, wurde in an sich bekannter Weise auf einer Kartonmaschine mit 7 Rundsieben ein Karton mit einer Grammatur von 550 g/m2 hergestellt. Der so hergestellte Karton zeigte eine um 20% höhere Steifigkeit und das Volumen stieg vom 1, 5 auf das 1, 7fache an, was einer wesentlichen Qualitätsverbesserung entspricht. Die mechanischen Eigenschaften blieben hiebei unverändert, jedoch zeigte sich in der Nassfestigkeit eine Verbesserung von etwa 25%.

PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung eines Papiers bzw. Kartons mit verbesserter Nassfestigkeit und/oder Steifigkeit und/oder Voluminösität, das neben den üblichen Zelluloseanteilen gegebenenfalls in der Papierindustrie übliche
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Papierrohstoff, der neben dem Zellstoffanteil gegebenenfalls Holzschliff, Holzspäne, Holzpulver oder Holzmehl enthält, vor dem Mahlen ein Gemisch von Thixotropierungsmitteln und Wasserglas zusetzt, worauf die Mischung gemahlen, mit einer Säure und/oder einer Metallverbindung, insbesondere einem sauren Salz, zur Einstellung des PH-Wertes gut durchgemischt und die Pulpe in an sich bekannter Weise zu Papier verarbeitet wird.
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Claims

Natronzellstoff, gebleicht oder ungebleicht, Halbzellstoff, Sulfitzellstoff, Aststoff, Altpapier, einzeln oder in Mischung einsetzt. EMI3.3 Thixotropierungsmittel stärkehaltige Produkte wie Mais-, Reis-, Kartoffelstärke, Carboxymethylzellulose, Pflanzengummi, wie beispielsweise Tranganth oder Mannogalactane, Algesine, Algenmehl, Vulkanschlacke, einzeln oder in Mischung eingesetzt werden. EMI3.4 Salzsäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure, Essigsäure, Ameisensäure, Sulfonsäuren, einzeln oder zu mehreren einsetzt.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Metallverbindungen Alaun, Aluminiumsulfat, Zinkchlorid, Kupfersulfat, einzeln oder zu mehreren eingesetzt werden. EMI3.5