DE3000367A1 - Verfahren zur herstellung von papier mit verbesserter trockenfestigkeit - Google Patents
Verfahren zur herstellung von papier mit verbesserter trockenfestigkeitInfo
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Description
-
- 'Verfahren zur Herstellung von Papier mit verbesserter
- Trockenfestigkeit Bei der Herstellung von Papier wird in steigendem Maße aus wirtschaftlichen und ökologischen Gründen Altpapier eingesetzt. Die Wiederverwendung von Altpapier ("recycling") hat vor allem bei der Herstellung von Verpackungspapieren, z.B. Wellpappe, die fast ausschließlich aus Altpapier besteht, Bedeutung erlangt. In jüngster Zeit gewinnt die Verwendung von deinktem Altpapier, d.h. von bedrucktem grafischen Papier nach vorausgegangener chemisch-mechanischen Druckfarbenentfernung verstärkt an Bedeutung. Um die Abwasserbelastung bei der Papierherstellung zu verringern, wird in zunehmendem Maße versucht, die Wasserkreisläufe der Papiermaschine immer stärker zu schließen. Dadurch reichern sich aber eine Reihe von Stoffen, die aus dem eingesetzten Altpapier stammen, im Wasserkreislauf der Papiermaschine stark an. Es handelt sich hierbei beispielsweise um Ligninsulfonate, Cellulose- und Stärkeabbauprodukte sowie um Füllstoffe und Elektrolyte.
- Durch das wiederholte "recycling" von Altpapier werden die wiederverwendeten Cellulosefasern immer stärker geschädigt, so daß sich die Festigkeitseigenschaften, z.B. Reißlänge, Gefüge- und Rupffestigkeit, Berstdruck und GMT--Wert, der so hergestellten Papiere ständig verschlechtern.
- Daher werden bei der Papierfabrikation immer häufiger Produkte eingesetzt, die die Trockenfestigkeit von Papier erhöhen. Bekannte Stoffe dieser Art sind beispielsweise Stärke, CMC (Carboxymethylcellulose), Mannogalactane, Harnstoff- und Melamin-Formaldehyd-Produkte und Acrylamid enthaltende Polymerisate. Diese Produkte verbessern die Trockenfestigkeit von Papier nur in den Fällen, in denen der Wasserkreislauf der Papiermaschine offen ist, d.h.
- wenn mit Frischwassermengen von mindestens 20 m³ pro Tonne Papier gearbeitet wird. Bei stark eingeengtem oder völlig geschlossenem Wasserkreislauf der Papiermaschine sind die bekannten Mittel zur:-Erliöhung der Trockenfestigkeit nur wenig wirksam bzw. völlig unwirksam.
- Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von Papier mit verbesserter Trockenfestigkeit auf Papiermaschinen, diemit geschlossenembzw. nahezu geschlossenem Wasserkreislauf arbeiten, zur Verfügung zu stellen.
- Die Aufgabe wird erfindungsgemä dadurch gelöst, daß mindestens 25 % der Fasern des Papierstoffs aus Altpapier -stammen, der pH-Wert des Papierstoffs auf 6,5 bis 8,5 eingestellt und dem Papierstoff 0,05 bis 5 Gew.%, bezogen auf das Gewicht'der trockenen Fasern, eines Trockenverfestigungsmittels zugesetzt wird.
- Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Reihe von unterschiedlichen Papiersorten hergestellt, z.B. Schreib-und Druckpapier sowie Verpackungs- und Hygienepapiere.
- Verpackungspapiere sind beispielsweise Liner, Wellpappe, Testliner, Wellenrohpapier, Schrenz und Karton. Zu den Hygienepapieren zählen beispielsweise Handtuchkrepp und Toilettenpapier. Grafische Papiere umfassen Zeitungsdruckpapier, Tiefdruck- und Offsetdruckpapier sowie Streichrohpapiere.
- Der Papierstoff, der für die Herstellung der Verpackungs-, Schreib- und Druck- sowie Hygienepapiere verwendet wird, besteht entweder zu 100 % aus zerfasertem Altpapier oder aus Mischungen von zqrfastem Altpapier und Frischfaser- stoff, wobei der Altpapieranteil in der Mischung mindestens 25 % beträgt. Der eingesetzte Frischfaserstoff kann aus gebleichtem oder ungebleichtem Sulfit- oder'Sulfatzellstoff oder auch aus gebleichtem und ungebleichtem Holzschliff bestehen. Die Altpapierfasern werden speziell vor der Wiederverwendung zur Herstellung von Hygienepapieren und grafischem Papier entfärbt bzw. deinkt (chemisch-mechanische Druckfarbenentfernung). Als Altpapier kommt sowohl sortiertes Altpapier, wie Wellpappen-Abfälle von KauChäusern, Tageszeitungen, Illustrierte oder gemischtes Altpapier von den verschiedensten Anfallstellen in Betracht.
- Die Menge an zugesetztem frischem Zellstoff bzw. Holzschliff zum Altpapier richtet sich nach der Qualität des zur Verfügung stehenden Altpapiers und nach dem Qualitätsstandard des Fertigerzeugnisses. Bei guten Altpapierqualitäten kann man sogar auf dem Zusatz von Zellstoff oder Holzschliff ganz verzichten.
- Die Konzentration an Fasern der Papierstoffsuspension liegt meist zwischen 0,1 und 4 Gew.%. Der Papierstoff enthält außerdem 0,05 bis 5, vorzugsweise 0,1 bis 1 Gew.%, bezogen auf das Gewicht der trockenen Fasern, eines Trockenverfestigungsmittels für Papier. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können die bekannten Trockenverfestigungsmittel für Papier verwendet werden, z.B. native Stärken, oxidativ oder enzymatisch abgebaute Stärke, kationisierte Stärke, Mannogalactane, CMC, Harnstoff-Formaldehyd- oder Melamin-Formaldehyd-Harze und Acrylamid enthaltende Polymerisate. Bei den Stärken kann es sich um Reis-, Weizen-, Kartoffel-, Tapioka- oder Sagostärke handeln. Die Viskosität der Stärken beträgt in 5%iger wäßriger Lösung bei einer Temperatur von 50 0C enger als 200 m.Pas und liegt vorzugsweise in dem Bereich von 3 bis 100 m.Pas.
- Die Stärken werden im allgemeinen dadurch modifiziert, daß man sie in Gegenwart von Wasser mit wasserlöslichen kationischen Polymerisaten oder Kondensaten auf Temperaturen oberhalb der Verkleisterungstemperatur der Stärke erhitzt.
- Die Verkleisterungstemperatur ist für jede Stärkesorte verschieden. Man versteht darunter diejenige Temperatur, bei der noch einige Stärkekörner Doppelbrechung besitzen, vgl. Ullmanns Enzyclopädie der technischen Chemie, Urban und Schwarzenberg, München-Berlin, 1965, 16. Band, Seite 322. Für eine kationische Modifizierung von Stärke verwendet man beispielsweise Copolymerisate aus Acrylamid und Dialkylaminoalkyl (meth)acrylsäureester, wasserlösliche Polymerisate von Alkyleniminen, insbesondere Polyäthylenimine oder wasserlösliche kationische Kondensationsprodukte aus Alkylendihalogeniden und Polyalkylenpolyaminen oder von Halogenhydrinen mit Polyalkylenpolyaminen. Bezogen auf Stärke setzt man 0,01 bis 1,0 Gew.70 eines wasserlöslichen kationischen Polymerisates oder Kondensates ein. Weitere Modifizierungsmöglichkeiten zur Herstellung von kationischer Stärke werden im Wochenblatt für Papierfabrikation 18, 690 - 693 (1978) beschrieben. Kationisch und anionisch modifizierte Stärken sind im Handel erhältlich.
- Eine weitere Gruppe von Trockenverfestigungsmitteln für Papier sind Acrylamid enthaltende Polymerisate. Man kann sowohl Homopolymerisate des Acrylamids verwenden als auch Copolymerisate. Die Homopolymerisate des Acrylamids sind nicht ionisch, sie können durch Copolymerisieren mit anderen nicht ionischen Monomeren, wie Styrol, Isobuten, Alkyl acrylaten, Alkylmethacrylaten und Acrylnitril modifiziert sein.
- Die Acrylamidpolymerisate können jedoch auch kationisch modifiziert werden, z.B. indem man Acrylamid mit Dialkylamino-C1- bis C4-acrylaten oder den entsprechenden Methacrylaten copolymerisiert oder indem man Polyacrylamid mit Formaldehyd und pialkylaminen zu den entsprechenden Mannich-Produkten (Dialkylaminomethylacrylamiden) umsetzt.
- Die kationischen Produkte können auch dahingehend modifiziert werden, daß sie außer Acrylamid-Einheiten und den kationischen Monomeren-Einheiten Styrol oder Isobuten einpolymerisiert enthalten.
- Anionische Polyacrylamide werden hauptsächlich durch Copolymerisation von Acrylamid mit äthylenisch ungesättigten Carbonsäuren, wie Acrylsäure, Methacrylsäure, Maleinsäure oder Halbestern der Maleinsäure hergestellt. Auch amphotere Polyacrylamide, die sowohl kationische und anionische Monomeren einpolymerisiert enthalten, wie Copolymerisate aus Acrylamid, Diäthylaminoäthylacrylat und Acrylsäure, können als Trockenverfestigungsmittel verwendet werden. Trockenverfestigungsmittel für Papier auf Basis von Acrylamid-Polymerisaten sind beispielsweise aus der US-PS 2 884 058, der US-PS 3 084 093, der US-PS 3 840 489 und der US-PS 3 875 097 bekannt.
- Die Acrylamid enthaltenden Polymerisate haben als 0,1%ige Polymerlösung in 5%iger wäßriger Kochsalzlösung bei einer Temperatur von 200C einen K-Wert von 50 bis 250, vorzugsweise 100 bis 150.
- Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden vorzugsweise als Trockenverfestigungsmittel nicht ionische und kationische Polyacrylamide verwendet. Die Trockenverfestigungsmittel werden dem Papierstoff zugesetzt. Der Zusatz erfolgt in der Regel in die Maschinenbütte. Er kann prinzipiell aber auch vor der mechanischen Mahlung der Faserstoffe oder bereits im Dünnstoffbereich zwischen Maschinenbütte und Stoffauflauf der Papiermaschine erfolgen. Um eine wirksame Trockenverfestigung des Papiers bei ge- schlossenem Wasserkreislauf der Papiermaschine zu erhalten, ist eine Kontrolle des pH-Wertes des Papierstoffs unerläßlich. Der pH-Wert des Papierstoffs soll zwischen 6,5 und 8,5, vorzugsweise zwischen 7,0 und 7,5 betragen.
- Zur Einstellung des pH-Werts ist es erforderlich, dem Papierstoff eine Base zuzusetzen, um die offensichtlich im Kreislaufwasser enthaltenen Säuren vollständig oder teilweise zu neutralisieren. Als Base verwendet man vorzugsweise Natronlauge, Ammoniak oder Soda, kann jedoch auch Kalilauge, Natriumaluminat, Kalkmilch und Amine, wie Triäthylamin, Triäthanolamin oder Morpholin u.a. Amine verwenden. Die Einstellung des pH-Wertes erfolgt am günstigsten bereits bei der Zerfaserung der Rohstoffe und wird an der Papiermaschine im Siebwasser nochmals nachkontrolliert und gegebenenfalls durch Nachdosierung reguliert. Der pH-Wert der Faserstöffaufschlämmung wird mit Hilfe einer Glaselektrode laufend bei der Papierherstellung verfolgt.
- Die in den Beispielen angegebenen Teile sind Gewichtsteile.
- Der CMT-Wert wurde nach DIN 53143, die Trockenreißlänge nach DIN 43112, Blatt 1, nach einer Klimatisierung der auf einem Laborblattbildner hergestellten Blätter von 24 Stunden bei einer Temperatur von 23 0C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 50 % ermittelt. Der K-Wert der Polymerisate wurde nach H. Fikentscher, Cellulosechemie 13, 58-64 und 71-74 (1932), bei einer Temperatur von 200C in 5%igen wäßrigen Kochsalzlösungen bestimmt; dabei bedeutet K = k . 103.
- Beispiel 1 Für die Herstellung von Pappe wird zunächst eine Faserstoffsuspension hergestellt, indem man eine Mischung aus c70 % Wellpappenabfällen und 30 % gemischtem Altpapier in Wasser suspendiert, das aus dem geschlossenen Kreislauf einer Papiermaschine stammt. Die Stoffdichte der Faserstoffaufschlämmung wird auf 0,5 % eingestellt. Der Mahlgrad der Fasern betrug 500SR. Die Faseraufschlämmung hatte einen pH-Wert von 5,0. Die Stoffsuspension wurde in vier gleiche Teile geteilt und unter folgenden Bedingungen zu Blättern eines Flächengewichts von 120 g/m2 verarbeitet: a) Stoffsuspension pH 5,0, kein Zusatz b) Stoffsuspension wie a) + 0,3 %, bezogen auf trockenen Faserstoff, eines Copolymerisates aus 75 % Acrylamid und 25 % Diäthylaminoäthylacrylat vom K-Wert 150 c) Stoffsuspension gemäß a) jedoch durch Zusatz von Natronlauge auf pH 7,0 eingestellt d) Beispiel gemäß Erfindung, Stoffsuspension wie c) + 0,3 %, bezogen auf trockenen Faserstoff, des Copolymerisats aus 75 % Acrylamid und 25 % Diäthylamnoäthylacrylat vom K-Wert 150 In der Tabelle 1 ist der CMT-Wert und die Trockenreißlänge für die Blätter angegeben, die bei den Versuchen a) bis d) erhalten wurden. Der Versuch d) ist ein Beispiel gemäß Erfindung.
- Tabelle 1 Versuch CMT-Wert Trockenreiß- As % lange (m) a) 156 3100 4,5 b) 170 3200 7,5 c) 160 3100 5,0 191 3500 7,9 Beispiel 2 Aus 100 % gemischtem Altpapier wird eine 0,5ige wäßrige Stoffsuspension unter Verwendung von Wasser hergestellt, das dem geschlossenen Wasserkreislauf einer Papiermaschine entnommen wurde. Der pH-Wert der Stoffsuspension betrug 6,0. Als Trockenverfestigungsmittel wurde ein Copolymerisat aus Acrylamid und Styrol verwendet, dessen Herstellung im Beispiel 1 der US-PS 3 840 489 angegeben ist. Die Faserstoffsuspension wurde in vier gleiche Teile geteilt und jeweils zur Herstellung von Papierblättern eines Flächengewichts von 120 g/m2 verwendet. Die Versuche a) bis c) sind Vergleichsbeispiele. Folgende Faserstoffsuspensionen wurden bei den einzelnen Versuchen verwendet: a) Stoffsuspension pH 6,0, kein weiterer Zusatz b) wie a), jedoch 0,3 % des oben beschriebenen Copolymerisates aus Acrylamid und Styrol, bezogen auf das Gewicht der trockenen Fasern e) Stoffsuspension wie a), jedoch pH-Wert durch Zusatz von Natronlauge auf 7,5 eingestellt d) Beispiel gemäß Erfindung, Stoffsuspension wie c), jedoch zusätzlich noch 0,3 %, bezogen auf trockenen Faserstoff, des Copolymerisates aus Acrylamid und Styrol.
- Für die bei den Versuchen a) bis d) erhaltenen Blätter wurde der CMT-Wert, der Berstdruck und der Aschegehalt bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 angegeben.
- Tabelle 2 Versuch OMT 30 Berstdruck (kpa) Asche (%) a) 117 160 7,2 b) 124 162 7,0 c) 120 158 8,5 d) 154 184 1:0,5 Beispiel 3 Eine 0,7%ige wäßrige Faserstoffsuspension, die aus 50 % deinktem Altpapier (Zeitungen, Illustrierte), und 50 % Holzschliff und Wasser hergestellt wurde, das aus dem geschlossenen Wasserkreislauf einer Papiermaschine stammte, wurde in vier gleiche Teile geteilt. Als Mittel zur Erhöhung der Trockenfestigkeit von diesem Druck-Papier wurde im Fall der Versuche b) und d) eine kationische Stärke verwendet, die durch Umsetzung von Stärke mit ß-Diäthylaminoäthylchlorldhydrochlorid gemäß Beispiel 1 der US-PS 2 813 093 erhalten wurde. Die Versuche a) bis c) sind Vergleichsversuche, Versuch d) ist ein Beispiel gemäß Erfindung. Es wurden jeweils Blätter mit einem Flächengewicht von 60 g/m2 hergestellt. Folgende Stoffsuspensionen wurden verwendet: Versuch a) Stoffsuspension aus dem Kreislaufwasser einer Papiermaschine mit einem pH-Wert von 5,0 Versuch b) Stoffsuspension wie bei Versuch a), jedoch zusätzlich noch 0,3 %, bezogen auf festen Faserstoff, der kationischen Stärke Versuch c) Stoffsuspension gemäß Versuch a), jedoch durch Zusatz von Natronlauge auf einen pH-Wert von 7,5 eingestellt Versuch d) Stoffsuspension wie bei Versuch c), jedoch noch zusätzlich 0,3 Gew.%, bezogen auf trockenen Faserstoff, der obengenannten kationischen Stärke.
- Trockenreißlänge> Rupffestigkeit (ermittelt nach dem Dennison-Wachs-Test und Aschegehalt der erhaltenen Papierblätter sind in Tabelle 3 angegeben.
- Tabelle 3 Versuch Trockenreißlänge (m) Rupffestigkeit Asche (%) (Dennison-Punkte) a) 2.600 6 8,1 b) 2.800 8 8,5 c) 2.700 7 8,0 d) 3.000 10 9,2
Claims (3)
- Watentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung von Papier mit verbesserter y Trockenfestigkeit auf Papiermaschinen, die mit stark eingeengtem oder völlig geschlossenem Wasserkreislauf arbeiten, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens 25 % der Fasern des Papierstoffes aus Altpapier stammen, der pH-Wert des Papierstoffs auf 6,5 bis 8,5 eingestellt und dem Papierstoff 0,05 bis 5 Ges., bezogen auf das Gewicht der trockenen Fasern, eines Trockenverfestigungsmittels zugesetzt werden.
- 2.. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Papierstoff aus zerfasertem und entfärbtem bzw. deinktem Altpapier besteht.
- 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Acrylamidpolymerisate als Trockenverfestigungsmittel verwendet werden.
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1984002936A1 (fr) * | 1983-01-31 | 1984-08-02 | Gascogne Papeteries | Preparation d'un papier pour emballage |
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1980
- 1980-01-07 DE DE19803000367 patent/DE3000367A1/de not_active Withdrawn
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