DE3879190T2

DE3879190T2 - Ein pflanzenfuellstoff enthaltendes material herabgesetzter dichte.

Info

Publication number: DE3879190T2
Application number: DE8989900276T
Authority: DE
Inventors: Daniel Gomez
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-12-14
Filing date: 1988-12-14
Publication date: 1993-09-09
Anticipated expiration: 2008-12-15
Also published as: JPH02502659A; FR2624531A1; CA1327679C; WO1989005884A1; DE3879190D1; NO893057L; FR2624531B1; FI92851B; FI893799A0; NO176525C; NO176525B; BR8807353A; FI92851C; ATE86692T1; EP0344265A1; NO893057D0; EP0344265B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung eines pflanzlichen Füllstoffs von geringer Dichte und geregelter Kornverteilung. Insbesondere betrifft sie die Herstellung eines faserhaltigen blattförmigen Schichtstoffes, der verstärkt porös ist und dank dieses pflanzlichen Füllstoffs in verbesserter Weise eine verminderte Dichte aufweist. Sie ist von besonderem Interesse auf dem Gebiet der Herstellung von faserhaltigen Blättern, wie Papieren, Kartons und anderen Vliesstoffen.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch gemäß einem der Gesichtspunkte die Herstellung eines Blattmaterials auf papiertechnischem Weg unter Einsatz eines pflanzlichen Füllstoffs von geringer Dichte und geregelter Kornverteilung, um eine Verminderung der Dichte sowie eine Erhöhung von Dicke, Stärke und Porosität zu erzielen.
Auch sind gemäß der Erfindung die Verminderung der Dichte und Erhöhung der Stärke des Materials, besonders bei den faserhaltigen Blattmaterialien, von anderen spezifischen und günstigen Eigenschaften, wie Opazität, akustische, thermische und elektrische Isolierung begleitet.
Hinzu kommt dann noch, daß die erfindungsgemaße Verwendung des pflanzlichen, ins Auge gefaßten Füllstoffs günstig ist für die Geschwindigkeit der Entwässerung im Verlauf der Herstellung des blattartigen Materials, also für die Produktivität. Die erfindungsgemäße Arbeitsweise bietet zugleich den Vorteil der Verminderung der Selbstkosten.
Die Verwendung von Füllstoffen und Pigmenten mineralischer, organischer oder synthetischer Art ist bei der Papierherstellung üblich. Von den mineralischen Füllstoffen und Pigmenten werden am meisten verwendet Talkum, Kaolin, Calciumcarbonat aus natürlichen Vorkommen, gefällter Art oder aus der Aufarbeitung von schwarzen Extrakten des Kochens von Kraftpapierpasten stammend, Magnesiumcarbonat, Alumiumhydrate, Calciumsulfat, kolloidale Kieselsäure, Bariumsulfat, Titandioxid, Magnesiumhydroxid und Mischungen davon.
Die bei der Papierherstellung üblichen Füllstoffe haben kugeläquivalente Durchmesser, die mittels einer als SEDIGRAPH bezeichneten Apparatur gemessen werden und variabel sind; in aller Regel haben derartige Füllstoffe jedoch eine Teilchengröße unterhalb von 100 um, besonders unterhalb von 50 um und insbesondere unterhalb von 30 um.
So weist z.B. ein in die Masse einzubringender Kaolin folgende Kornverteilung auf: 50% der Teilchen liegen zwischen 6 und 8 um (d&sub5;&sub0; = 6-8 um) und 95% der Teilchen sind feiner als 50 um (d&sub9;&sub5; < 50 um). Bei Talkum ist der d&sub5;&sub0;-Wert zwischen 8 und 10 um und der d&sub9;&sub5;-Wert unterhalb von 50 um; im Falle des Calciumcarbonats liegt der d&sub5;&sub0;-Wert zwischen 7 und 9 um sowie der d&sub9;&sub5;-Wert unterhalb 25 um.
Was die Streichpigmente anbetrifft, so liegt dort der d&sub5;&sub0;-Wert zwischen 1 und 3 um und der d&sub9;&sub5;-Wert unterhalb von 10 um. Die organischen Pigmente sind wesentlich feiner und weisen d&sub5;&sub0;-Werte zwischen 0,1 und 1 um auf.
Es ist insbesondere aus der EP-B-0 006 390, der EP-B-0 050 316 und der FR-A-2 578 870 bekannt, daß die mineralischen Füllstoffe die Herabsetzung der Materialkosten und auch naturgemäß die Opazität auf dem Gebiet der Druck-Schreib- Unterlagen sowie gewisser Spezialpapiere begünstigen. Wenn der Gehalt an mineralischen Füllstoffen in dem Material gegenüber dem der Cellulosefasern erhöht wird, können sie die Inertanz, die Dimensionsstabilität begünstigen, was insbesondere gewünscht wird bei Überzugshüllen für Erd- und Mauermaterialien; indessen hat der Einsatz dieser mineralischen Füllstoffe einerseits einen unerwünschten Einfluß auf die Dicke des Materials und andererseits führt die Erhöhung des Anteils an der verbleibenden Asche zu einer beträchtlichen Erhöhung der für die Quadratmeterkosten keine Rolle spielenden Materialkosten.
Die Papierindustrie verwendet für die Erhöhung der Dicke eines Blattes bestimmte Füllstoffe oder spezielle Pigmente, wie Diatomit oder natürliche, calcinierte oder aktivierte Diatomeenerde, Kohlenstoff- oder Glas-Mikrokügelchen, Calciumsilikate und kolloidale Kieselsäuren: indessen sind derartige Füllstoffe und Pigmente im allgemeinen recht teuer.
Die Einbringung der sogenannten mechanischen Cellulosebreie, wie der thermomechanischen oder chemisch-mechanischen Breie und in geringerem Umfang der mercerisierten Breie, der Synthesefasern, besonders aus Polyestern, Polyethylen oder Polypropylen trägt auch zur Verbesserung der Papierstärke bei, indessen fordert die Verwendung dieser Fasern erhebliche industrielle Mittel und kommt daher nur im Falle besonderer Anwendungen in Betracht.
Die vorliegende Erfindung schlägt eine neue technische Lösung zur Überwindung der vorgenannten Schweirigkeiten vor. Diese Lösung macht Gebrauch von einem ersten pflanzlichen Material, das reichlich vorhanden ist und nachwächst, nämlich von Holz und besonders Holzabfällen sowie anderen pflanzlichen Abfällen, wie den Abfällen aus der Gewinnung von Getreide, insbesondere Maisstielen. Ausgehend von diesen ersten pflanzlichen Materialien werden die pflanzlichen Füllstoffe von geringer Dichte mit der gewünschten Kornverteilung hergestellt und können dann in die Masse entweder wie jeder andere Füllstoff in der Papierindustrie direkt eingebracht werden oder aber in der Form einer vorher gewonnenen Mischung aus Füllstoff und Bindemittel.
Man hat schon früher auf die Möglichkeit hingewiesen, Holzpulver oder Holzmehl als Füllstoff in die Masse einzubringen oder auf der Oberfläche aufzugautschen im Zuge der Herstellung von Papieren oder Kartons.
Hierzu sind insbesondere bekannt das Referat Nr. 8739 aus dem "Abstract bulletin of the Institute of Paper Chemistry", 48, (No. 8); Seite 938 (Febr. 1978), das sich auf das russ. Patent SU-A-571538 bezieht, das Patent US-A-3 184 373 und das deutsche Patent DE-C-415 675, die das Einbringen von Holzpulver in die faserige Masse vorsehen.
Im vorgenannten Referat 8739 wird vorgeschlagen, bei der Herstellung von elektrisch isolierenden Platten eine Mischung aus 70 bis 95 Gew. - % Cellulosebrei (Kraftfasern) und 30 bis 5 Gew.- % an Holzmehl zu verwenden; diese Platten sollen stärker aufsaugend für Öle und widerstandsfähiger gegen Oberflächenentladungen sein. Weder beschreibt dieses Dokument noch gibt es einen Hinweis auf die Verwendung eines pflanzlichen Füllstoffs mit der spezifischen Kornverteilung gemäß der vorliegenden Erfindung. Insbesondere ist im Patent SU-A 571 538, das den Gegenstand des Referats 8739 bildet, ausgeführt (vgl. Spalte 2, Zeilen 17/18), daß die Dimension der Teilchen der Sägespäne oder des Holzmehls 200 um nicht unterschreiten darf.
Die US-A-3 184 373 betrifft die Verbesserung der Füllstoff-Retention in Papieren und Kartons mittels eines Retentionsmittels wie Polyethylenimin, Melamin- Formaldehyhharzen und Harnstoff-Formaldehydharzen, wobei die "Füllstoffe" als feste oder flüssige Substanzen definiert sind (vgl. Spalte 2, Zeilen 3-34) und insbesondere mineralische, für die Papiertechnik geeignete Füllstoffe, metallische Pulver, Pulver von wärmehärtenden Harzen, thermoplastische Harze, Bindemittel, Flockungsmittel und Holzmehl umfassen (vgl. Spalte 2, Zeile 27). Die Kornverteilung dieser "Füllstoffe" wird als zwischen etwa 250 um (60 mesh) und etwa 7 um (2000 mesh) liegend angegeben (vgl. Spalte 1, Zeilen 70/71). Indessen enthält das Dokument US-A-3 184 373 kein Beispiel, das die Verwendung des Holzmehls als Zusatzkomponente zur Masse erläutert; erst recht beschreibt es nicht und gibt auch keinen Hinweis auf die spezifische Kornverteilung des pflanzlichen Füllstoffs gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die Literaturstelle DE-C-415 675 schlägt ein Verfahren zur Leimung vor, bei dem man (i) in eine wässerige Suspension von Fasern eine kolloidale Dispersion von einer Substanz im Submikronbereich (also mit einer Korngröße unterhalb von 1 um), die Cellulose enthält und aus der Zermahlung von Holz oder Stroh stammt, einbringt und dann (ii) ein Flockungsmittel zugibt. Die Substanz im Submikronbereich, also mit einer wesentlich kleineren Korngröße als erfindungsgemäß, erfüllt eine völlig andere Aufgabe als der besagte pflanzliche Füllstoff; in der DE-C-415 675 wird die Substanz im Submikronbereich als zur Herabsetzung der Papierporosität dienend angeführt, und zwar durch Verschließen und/oder Auffüllen der Poren im Faservlies. Im Falle der Erfindung wird dagegen eine Erhöhung der Porosität angestrebt.
Man kennt außerdem noch Überzugstechniken (auf nichtfaserartige Träger) oder Oberflächenbeschichtungen (auf faserartige Träger in Form von Blättern wie Papiere und Kartons) besonders aus der BE-A-425 432, der veröffentlichten PCT-Anmeldung WO 86/05 195 und der GB-A-1 164 381, wonach man einen Träger mit einer Mischung überzieht, die Holzpulver enthält. Indessen ergibt sich, daß diese Arbeitsweisen die Einbringung eines pflanzlichen Füllstoffs mit der erfindungsgemäßen spezifischen Kornverteilung weder beschreiben noch nahelegen.
Man kennt weiterhin noch besonders aus dem Referat 1523 aus Abstract Bulletin of the Institute of Paper Chemistry, 58 (Nr.2), Seite 184 (August 1987), dem Referat 7191, aaO., 55 (Nr. 6), Seite 754 (Dezember 1984) und der veröffentlichten Patentanmeldung FR-A-2 612 828 (die am 30.9.1988, also nach dem Prioritätstag der vorliegenden Erfindung der Öffentlichkeit zugänglich wurde) Cellulose enthaltende Produkte, die für den Einsatz in Papiere und Kartons geeignet sind und durch eine physikalischchemische Behandlung von Holzspänen oder Cellulosefasern erhalten wurden. Die vorgenannten celiulosehaltigen Produkte haben eine andere Zusammensetzung als die pflanzliche oder faserige Quelle, aus der sie stammen. Die physikalischen und chemischen Behandlungen, denen diese Quellen unterworfen wurden, bewahren nicht die Unversehrtheit der Ausgangsbestandteile.
Genauer gesagt, beschreibt das vorgenannte Referat 1523 die Gewinnung von Cellulose in der Form von mikronisierten Teilchen (mit einer Korngröße zwischen 5 und 75 um und einem Kristallinitätsgrad von mehr als 65%) durch eine hydrolytische Behandlung von Cellulosebreien. Die so erhaltene Cellulose unterscheidet sich in dem Aufbau vom pflanzlichen Füllstoff gemäß der Erfindung hinsichtlich der Art der Bestandteile im letzteren.
Das vorgenannte Referat 7191 beschreibt die Verwendung von mikrofibrillierter Cellulose für das Aufbringen von Schutzüberzügen. Auch diese Mikrofibrillen der Cellulose unterscheiden sich durch ihre Struktur und ihren Aufbau vom pflanzlichen Füllstoff gemäß der Erfindung.
Das Dokument FR-A-2 612 828 ist in dem Sinne enttäuschend, als der veröffentlichte Anspruch die Verwendung von Holzteilchen für die Herstellung von faserigen Blättern angibt, in Wirklichkeit es sich jedoch um die Verwendung eines in Pulverform gebrachten Extraktes handelt, der durch Behandlung von Holzpulver erhalten wurde. Die Behandlung umfaßt (vgl. in diesem Dokument Seite 1, Zeile 28, bis Seite 2, Zeile 12) insbesondere (i) die Behandlung des Holzpulvers mit einem geeigneten chemischen flüssigen Mittel, (ii) eine rasche Autolyse (oder Autohydrolyse) des imprägnierten Holzpulvers unter einem Druck von höher oder gleich 30 bar bei einer Temperatur höher oder gleich 230ºC während 90 Sekunden mit schneller (brutaler) Druckabsetzung, (iii) Waschen des erhaltenen Produkts mit Wasser oder einer Mischung von Wasser/Dioxan zur Entfernung der Hemicellulosen und des Hauptanteils vom Lignin, der Fettsäuren und Harzsäuren, gefolgt vom (iv) Trocknen des Extrakts zu einem Pulver, das die in Wasser unlöslichen Materialien enthält und von wasserlöslichen Materialien befreit ist.
Die vorliegende Erfindung unterscheidet sich vom Inhalt der Referate 1523 und 7191 sowie der FR-A-2 612 828 dadurch, daß der nun für die Verwendung in der Masse vorgesehene pflanzliche Füllstoff im wesentlichen die Gesamtheit der Bestandteile von der pflanzlichen Quelle beibehält; in dem erfindungsgemäßen pflanzlichen Füllstoff kann allein der Anteil an Wasser und flüchtigen Substanzen (wie den Essenzen mit niederigem Siedepunkt) in Abhängigkeit von der pflanzlichen Ausgangsquelle beeinflußt sein. So wird man, falls die pflanzliche Quelle Holz ist, in dem pflanzlichen Füllstoff praktisch alle Bestandteile wiederfinden, wie sie in dem Werk von Fengel et al, Wood Chemistry Ultrastructure Reactions, Seite 26-33, Verlag D. Gruyter (1984), auf das hier Bezug genommen wird, beschrieben sind.
In Würdigung des nächstkommenden Standes der Technik, der gebildet wird vom russischen Patent SU-A-571 538 und dessen Referat 8739 in Abstract Bulletin of the Institute of Paper Chemistry, 48, (Nr. 8), Seite 938, (Februar 1978), dem amerikanischen Patent US-A-3 184 373 und dem deutschen Patent DE-C-415 675, ist anzumerken, daß die Verwendung von Holzmehl oder Holzpulver niemals in industriellem Umfang erfolgt ist (i) gemäß den genauen Bedingungen der Kornverteilung und Feuchtigkeit für den pflanzlichen Füllstoff und (ii) um wirtschaftlicher Blätter mit niedrigerer Dichte sowie verbesserter Porosität und Machart (Bogenzahl entsprechend spezifischem Volumen; main) aus faserhaltigem Material auf papiertechnischem Weg herzustellen.
Gemäß der Erfindung wird die Verwendung eines pflanzlichen Füllstoffs mit einer spezifischen Kornverteilung bei der Herstellung eines ein faserartiges Material enthaltenden Blattes auf papiertechnischen Weg vorgeschlagen und dabei eine technische Lösung angewendet, die sich vom Stand der Technik durch die Wahl eben dieses pflanzlichen Füllstoffs mit der spezifischen Kornverteilung unterscheidet.
Bei dieser technischen Lösung wird der pflanzliche Füllstoff mit der spezifischen Kornverteilung in die Masse eingebracht.
Außerdem wird vorgeschlagen, einen Teil der (teuren) Fasern des faserartigen Materials im Blatt durch den (weniger teuren) pflanzlichen Füllstoff mit der spezifischen Kornverteilung zu ersetzen.
Gemäß der Erfindung wird eine neue technische Lösung vorgeschlagen, die es gestattet, die Dichte herabzusetzen, die Porosität zu erhöhen, das spezifische Volumen zu verbessern und die Herstellungskosten für Papier und Kartons zu vermindern.
Diese neue technische Lösung gestattet zugleich (i) die Stärke des faserartigen Materials in Blattform trotz der Herabsetzung der Dichte zu erhöhen, (ii) die Bauschigkeit des Materials zu verbessern und (iii) die Entwässerung auf der Papiermaschine im Verlauf der Herstellung des Materials zu erhöhen.
Eine der grundsätzlichen Charakteristiken des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Verwendung eines pulverförmigen pflanzlichen Füllstoffs mit einer Dichte unterhalb 500 kg/m³, vorzugsweise unterhalb von 300 kg/m3, und einem d&sub9;&sub5; unterhalb 150 um und einem d&sub8;&sub0; oberhalb 10 um, d.h., daß mindestens 95 Gew.-% der Teilchen des pflanzlichen Füllstoffs ein Sieb mit rechteckigen Maschen (besonders aus nichtrostendem Stahl) mit einer Öffnung von 150 x 150 um passieren und daß mehr als 80 Gew.-% der Teilchen ein Sieb mit rechteckigen Maschen (besonders aus nichtrostendem Stahl) mit einer Öffnung von 10 x 10 izm nicht passieren.
Gemäß einem ersten Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines ein faserhaltiges Material enthaltenden Blattes auf papiertechnischem Weg angegeben, das das Einbringen eines pulverförmigen pflanzlichen Füllstoffes in eine wässerige, die Fasern enthaltende Dispersion umfaßt und dadurch gekennzeichnet ist, daß der pflanzliche Füllstoff eine solche Kornverteilung hat, daß (i) mindestens 95 Gew. - % der Teilchen des pflanzlichen Füllstoffs eine Größenordnung unterhalb von 150 um haben und (ii) mindestens 80 Gew.- % der Teilchen des pflanzlichen Füllstoffs eine Größenordnung oberhalb von 10 um aufweisen, daß der pflanzliche Füllstoff erhalten worden ist durch eine Mikrozerkleinerung von einem pflanzlichen Zufluß mit einer zurückbleibenden Feuchtigkeit von unter 20 % und daß der Füllstoff von solcher Herkunft ist, daß die granulometrische Aufteilung und die Bedingungen der Mikrozerkleinerung zu einer Dichte des Füllstoffes unterhalb von 500 kg/m³, vorzugsweise unterhalb von 300 kg/m³ führen, wobei auf diese Weise eine Herabsetzung der Dichte, eine Erhöhung der Stärke und eine Verbesserung der Entwässerung des faserhaltigen Materials in Blattform erhalten wird.
Gemäß einem zweiten Gesichtspunkt der Erfindung wird vorgeschlagen, das Verfahren unter Verwendung des bestimmten pflanzlichen Füllstoffs durchzuführen, um einerseits die Stärke, das spezifische Volumen und die Porosität zu verbessern und andererseits die Dichte des faserartigen Materials in Blattform herabzusetzen. Der Einsatz dieses pflanzlichen Füllstoffs hat eine vorteilhafte Wirkung auf die Höhe der Entwässerung und bietet den Vorteil der Herabsetzung der Produktionskosten.
Zur Herstellung des Füllstoffs gemäß der Erfindung, können zumindest zum Hauptteil Holzöle verwendet werden, z.B. die harzhaltigen Hölzer, wie Tanne, Kiefer, Fichte oder die blätterreichen Hölzer, wie Birke, Buche, Weißbuche, Kastanie. Diese Hölzer können aus Aushellungsschlägen oder Kahlschlägen im Wald stammen und werden zu Spänen oder kleinen Plättchen nach den in der Papierindustrie bei der Fabrikation von chemischen oder chemisch-mechanischen Breien wohlbekannten Methoden verarbeitet. Aus im wesentlichen wirtschaftlichen Gründen stammen diese pflanzlichen Füllstoffe aus Abfällen in Sägereien oder vom Hobeln und sind z.B. frische oder getrocknete Sägespäne, Hobelspäne, Rinden, Abfälle aus der Parketterie, Tischlerei und Möbelschreinerei.
Der pflanzliche Füllstoff kann auch erhalten werden aus Abfällen von pflanzlichem Material aus der Forstwirtschaft, wie Stümpfen, nicht verwertbaren Ästen mit kleinen Durchmessern, Überbleibseln, Baumspitzen, oder aus Abfällen der Getreideernte, wie Maisstengeln.
Die vorgenannten verschiedenen pflanzlichen Quellen haben unterschiedliche physikalische, chemische und morphologische Eigenschaften und verleihen dem faserhaltigen Endmaterial in Blattform variable Eigenschaften in Bezug auf Dichte, spezifische Volumen und Porosität entsprechend der verwendeten Herkunft. In jedem Fall erhält man nichtsdestoweniger eine wesentliche Herabsetzung der Dichte und Verbesserung des spezifischen Volumens und der Porosität.
Es ist wichtig, daß der mikrozerkleinerte pflanzliche Füllstoff in der Form von Teilchen mit einer mittleren Größenordnung unterhalb von 150 um (d&sub9;&sub5; < 150 um) und oberhalb von 10 um (d80 > 10 um) vorliegt. Sofern die mikrozerkleinerten pflanzlichen Füllstoffteilchen eine mittlere Größenordnung gleich oder oberhalb 150 um haben, weist das resultierende faserhaltige Produkt in Blattform Fehler in Bezug auf die Gleichförmigkeit auf, besonders Fehler in der Durchsicht. Wenn die mikrozerkleinerten pflanzlichen Füllstoffteilchen eine mittlere Größe unterhalb oder gleich 10 um haben, ist das erhaltene faserhaltige Material in Blattform weniger porös, so wie im Falle der vorerwähnten DE-C-415 575. Wie weiter oben ausgeführt, soll die Kornverteilung des mikrozerkleinerten pflanzlichen Füllstoffs so sein, daß d&sub9;&sub5; < 150 um (vorzugsweise d&sub9;&sub5; < 100 um) und d&sub8;&sub0; > 10 um.
Gemäß dieser Herstellungsart aus der pflanzlichen Quelle ist die Dichte (oder Volumenmasse) des mikrozerkleinerten pflanzlichen Füllstoffs niedriger als 500 kg/m³ und noch besser unterhalb von 300 kg/m³.
Zur Herstellung des pflanzlichen Fülistoffs gemäß der Erfindung ist es in gleicher Weise wichtig, daß die pflanzliche Quelle, die man der Mikrozerkleinerungs- Behandlung unterwirft, eine Rest-Feuchtigkeit unterhalb 20 % vor der Mikrozerkleinerung hat.
Vorzugsweise hat die der Mikrozerkleinerung zu unterwerfende pflanzliche Quelle eine Kornverteilung unter oder gleich 5 mm.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die pflanzlichen Abfälle zwecks Herstellung der pflanzlichen Füllstoffe mit der den Gegenstand der Erfindung bildenden Kornverteilung einer Mikrozerkleinerungs-Behandlung unterworfen. Dies wird erreicht durch eine Mikrozerkleinerungs-Technik, insbesondere mittels einer Scheibenwählermühle mit einem Schlagklopfer, die es durch intensives Aufeinanderprallen mit hoher Geschwindigkeit und mit Veränderungen des Drucks erlaubt, eine fortschreitende Auflockerung der pflanzlichen Quelle bis zur gewünschten Feinheit und Dichte zu erreichen. Vorteilhafterweise ist die Rest-Feuchtigkeit vor dem Beginn der Mikrozerkleinerungs-Behandlung weniger oder gleich 15 %.
Sofern die pflanzliche Quelle (oder das erste Material) in der Form von Plättchen, Hobelspänen, Bearbeitungsabfällen, Ästen usw. vorliegt, ist es vorteilhaft diese zu zerkleinern und ggfs. zu trocknen, um zu erreichen, daß sie eine Feinheit unterhalb oder gleich 5 mm und eine Rest-Feuchtigkeit unterhalb 20 % vor dem Beginn der Mikrozerkleinerung haben.
Für papiertechnische Anwendungen sollen also die pflanzlichen Füllstoffe gemäß der Erfindung einen d&sub9;&sub5; unterhalb von 150 um (d.h. mindestens 95 % der Teilchen des pflanzlichen Füllstoffs passieren ein Sieb mit rechteckigen Maschen von 150 um x 150 um), vorzugsweise einen d&sub9;&sub5; unterhalb von 100 um aufweisen. Diese pflanzlichen Füllstoffe werden mit einem natürlichen oder sonst üblichen Bindemittel, mit den Fasern und den an sich für die Herstellung von faserhaltigen Blättern gebräuchlichen diversen Zusätzen zusammengebracht.
Vorzugsweise liegt gemäß der Erfindung das Gewichtsverhältnis vom pulverförmigen pflanzlichen Füllstoff zu den Fasern im Bereich von 1 : 100 bis 6 :1. Vorteilhafterweise verwendet man bei der Herstellung von Verpackungspapieren ein Gewichtsverhältnis von pflanzlichem Fülistoff: Fasern im Bereich von 1 : 100 bis 2 : 10 (besonders 1 : 100 bis 1 : 10), für Druck- und Schreib-Blätter ein Gewichtsverhältnis im Bereich von 2 : 10 bis 5 : 10 (besonders 2,5 : 10 bis 3,5 : 10), für Kartons ein Gewichtsverhältnis im Bereich von 1 : 10 bis 5 : 10, für Imprägnierpapiere ein Gewichtsverhältnis von 1,5 :10 bis 5 : 10 (besonders von 2 :10 bis 3 : 10) und für Spezialpapiere ein Gewichtsverhältnis im Bereich von 6 : 10 bis 6 : 1 (besonders 3 : 10 bis 8 : 10).
Die für diese verschiedenen Einsatzzwecke verwendbaren Fasern sind insbesondere organische Natur- und Synthesefasern, wie Cellulosefasern, Polyamidfasern, Polyesterfasern, Polyalkylen fasern, Polyacrylatfasern, mineralische Fasern, wie Glasfasern, Keramikfasern, nadelförmige Gipsfasern, Kohlenstoffasern und Gesteinswolle, Fasern aus regenerierter Cellulose. Diese Fasern können allein oder in Mischung verwendet werden. Die am häufigsten verwendeten Fasern sind Cellulosefasern aus den chemischen Kraft- und Bisulfitbreien, den mechanischen, thermomechanischen und chemisch-thermomechanischen Breien. Die ausgehend von harzhaltigen Ursprüngen hergestellten Breie können roh, halbgebleicht oder gebleicht sein.
Es ist auch möglich, Cellulosebreie, die aus der sogenannten Rückgewinnung von Altpapieren (wie Druck/Schreibträgern, Zeitungen, Kartonagen, Verpackungspapieren, Illustrierten und dgl.) stammen, allein oder zusammen mit ungebrauchten Cellulosefasern zu verwenden.
Gemäß der Erfindung können die pflanzlichen Füllstoffe mit der geregelten Kornverteilung auch in Verbindung mit anderen mineralischen, organischen oder synthetischen Füllstoffen oder deren Mischungen eingesetzt werden; diese üblichen oder speziellen Füllstoffe der Papierindustrie sind weiter oben beschrieben worden.
In der Praxis kann gemäß der Erfindung der pflanzliche Füllstoff einerseits einen Teil der wesentlichen Materialbestandteile, nämlich der Fasern auf dem Papiergebiet, ersetzen, andererseits aber auch völlig oder aber zu einem Teil an die Stelle der üblichen Füllstoffe besonders mineralischer Art treten.
Bei der Fabrikation von Papier kann es vorteilhaft sein, in die faserhaltige Masse mit dem Gehalt an den pflanzlichen Füllstoffen eines oder mehrere der auf dem Papiergebiet üblichen Mittel zur Verstärkung der Festigkeit im trockenen Zustand des Blattes zuzusetzen, wie Naturstärke, auf chemischem, enzymatischem oder thermischem Wege modifizierte Stärke, Dextrine, Polyvinylalkohole, Casein, tierischen Leim, pflanzliche Proteine, Celluloseester, wie Carboxymethylcellulose, Alginate, Dispersionen von synthetischen Polyaminen, carboxylierte Styrol-Butadien-Latices, Acryllatices, Styrol-Acryl-Latices, Vinylacetat-Latices, Neopren-Latices, Acrylnitril- Latices, Vinylchlorid-Latices und Mischungen davon.
Die Menge dieser natürlichen oder synthetischen organischen Polymeren, die eine Rolle als Bindemittel in der Masse oder Oberfläche spielen, kann gemäß den Anwendungen sehr schwanken, indessen beträgt der Anteil in der Regel zwischen 0,1 und 10 Gewichtsteilen (trocken) auf 100 Gewichtsteile der Fasern im Falle der üblichen Anwendung und besonders für Verpackungspapier und Kartons, Druck- und Schreibpapiere; sie kann jedoch stark erhöht werden auf etwa 10 bis 50 Gewichtsteile, besonders zwischen 10 bis 30 Gewichtsteile (trocken) je 100 Gewichtsteile bei faserartigen Blättern für besondere Anwendungen, wie Komplexträger, beschichtete Papiere, Verkleidungspapiere.
Außer den Fasern, den pflanzlichen Füllstoffen kombiniert oder nicht kombiniert mit anderen Füllstoffen oder Pigmenten in Gegenwart oder Abwesenheit von natürlichen oder synthetischen organischen Polymeren kann man zur Verbesserung der Trockenoder Nass-Eigenschaften auch noch verwenden:
Leimungsmittel aus der Papierindustrie zur Herabsetzung der Empfindlichkeit des Papiers gegen Wasser, wie modifiziertes Kolophonium, Paraffinemulsionen, Akylcetendimere;
Mittel zur Einstellung des pH-Werts, wie Aluminiumsulfat und Schwefelsäure;
Retentionsmittel anionischer und/oder kationischer Art zur Herabsetzung von Materialverlusten im Zuge der Bildung des Blattes.
Besonders kann am anführen die Polyethyleniminharze, Polyamidamine, insbesondere vernetzte Polyalkylamine, insbesondere modifizierte Polyacrylamide, quaternäre Ammoniumverbindungen.
Weiterhin kann man sonst noch übliche Papierzusätze anwenden:
Antischaummittel,
optischer Aufheller,
Farb- und Nuanciermittel,
Fungizide und/oder Bakterizide.
Nach einem anderen Gesichtspunkt der Erfindung können diese pflanzlichen Füllstoffe einer chemischen Vorbehandlung unterworfen werden, um ihnen chemische oder physikalische Eigenschaften zu verleihen, die sie im natürlichen Zustand und vor dem Einbringen in die Masse nicht haben. Beispielsweise sind dafür genannt, Behandlungen mit einen Einfluß auf die Modifizierung der Holzfarbe sowie fungizide, bakterizide, flammhemmende oder für die Verminderung der Wasserempfindlichkeit der pflanzlichen Füllstoffe vorteilhafte Behandlungen.
Ein Blatt mit einem Gehalt an den erfindungsgemäßen pflanzlichen Füllstoffen kann hergestellt werden auf einer üblichen Papier- oder Karton-Maschine mit einer oder mehreren schräggestellten oder vertikalen Tischflächen, mit oder ohne Mono- oder Doppeltüchern ausgerüsteter und rundförmiger Art. Diese Blätter können einlagig oder mehrlagig mit Lagen von übereinstimmendem oder verschiedenem Aufbau, wie es besonders bei Kartons der Fall ist, sein.
Die faserhaltigen Blätter mit den pflanzlichen Füllstoffen gemäß der Erfindung können auch verschiedenen, in der Papierindustrie üblichen Oberflächenbehandlungen auf oder außerhalb der Papiermaschine und mit den Herstellern und Verarbeitern von Papier bekannten Mitteln zur Oberflächenverbesserung, Impägnierung, Beschichtung und Überziehung unterworfen werden.
Der pflanzliche Füllstoff gemäß der Erfindung ist verwendbar in der Masse und an der Oberfläche anläßlich der Herstellung des faserhaltigen Blattes. Er wird in die Masse eingebracht, einerseits direkt wie jeder andere übliche Papiertüllstoff oder andererseits in bevonugter Weise in einer Mischung des pflanzlichen Füllstoffs und dem organischen Bindemittel, die vor dem Einbringen in die wässerige Fasersuspension oberhalb vom Stoffauflaufkasten vorrangig homogenisiert und dann, besonders in einer mehrstufigen Flockungsvorrichtung, ausgeflockt wurde. Er wird, sofern dies notwendig ist, auf die Oberfläche des faserhaltigen Blattes nach den bekannten Methoden für die Behandlung von Papier und Karton aufgebracht, insbesondere durch Beschichten, Überziehen und/oder Imprägnieren gemäß dem Stand der Technik (vgl. besonders BE-A-425 432, WO 86/05 195 und GB-A-1 464 381).
Der pflanzliche Füllstoff gemäß der Erfindung ist unmittelbar verwendbar auf dem Gebiet der Herstellung von Überzügen und Anstrichen. Der wesentliche Punkt ist die Verminderung der Materialdichte. Weitere Punkte, die ebenfalls von Interesse sind, sind die Erhöhung der Stärke des Materials, die Verbesserung der Bauschigkeit vom Material sowie die vorteilhaften Eigenschaften in Bezug auf die Verbesserung der Opazität sowie der akustischen, thermischen und elektrischen Isolierung.
Für papiertechnische Anwendungen wird die beste Arbeitsweise nachstehend beschrieben.

Stufe 1

Die in Form einer wässrigen Suspension vorliegenden Cellulosefasern werden in der üblichen Weise auf einen Schoepper-Riegler-Grad zwischen 15 und 70 gebracht, im Falle der Anwendung in einer variablen Konzentration zwischen 20 und 350 g/l, insbesondere zwischen 20 und 60 g/l mittels konischer oder Zweischeiben-Refinern oder zwischen 250 und 350 g/l besonders mittels Spezialrefinern bei der sogenannten hochkonzentrierten, bei der Herstellung von Emballageblättern angewendeten Refinermahlung. In dieser Stufe kann man, sofern dies notwendig ist, andere Typen von synthetischen oder mineralischen Fasern allein oder gemeinsam einbringen. Besonderes Glasfasern werden verwendet zur Verbesserung der Dimensionsstabilität des Blattes. In dieser Stufe kann die faserartige Zusammensetzung für sich allein vorliegen, wenn man ein einlagiges Blatt herstellen will, oder aber variabel, sofern es sich um die Herstellung eines mehrlagigen Blattes wie im Falle für Kartons handelt.

Stufe 2

Die pflanzlichen Füllstoffe werden hergestellt aus pflanzlichen Abfällen und besonders aus Abfällen der Holzindustrie sowie Forstwirtschaft. Vorzugsweise werden diese Abfälle, sofern sie in größeren Stücken vorliegen, einer Anfangsbehandlung zum Zerkleinern/Zerreiben unterworfen, um so ein pflanzliches Ausgangsmaterial zu erhalten mit einer Kornverteilung d&sub9;&sub5; < 5mm vor der abschließenden Mikrozerkleinerungs-Behandlung. Dies ist im allgemeinen der Fall bei Bearbeitungsabfällen, Klötzen, Stümpfen, Rinden, Maisstengeln. Die Anfangsbehandlung zum Zerkleinern/Zerreiben ist nicht notwendig, wenn die pflanzlichen Abfälle aus Sägewerken stammen. Sofern das pflanzliche Material feucht ist (im allgemeinen beträgt der mittlere Feuchtigkeitsgehalt um 30%), ist es notwendig, dieses auf eine Rest-Feuchtigkeit unter oder gleich 15% zu trocknen, bevor die Mikrozerkleinerungs-Behandlung zur Herstellung der pflanzlichen Füllstoffe mit der für die erfindungsgemäßen Anwendungen benötigten Kornverteilung und Dichte erfolgt.
Die pflanzlichen Füllstoffe haben einen d&sub9;&sub5; unterhalb von 150 um und besonders unterhalb von 100 um, d.h. daß mindestens 95% der Holzteilchen ein Sieb mit rechteckigen Maschen von 150 um x 150 um bzw. ein Sieb mit rechteckigen Maschen von 100 um x 100 um passieren. Diese pflanzlichen Füllstoffe können entweder aus einer Mikrozerkleinerungsanlage neben der Papier- oder Karton-Produktion oder aus einer externen Anlage stammen.
Die pflanzlichen Füllstoffe lassen sich vor ihrer Anwendung auf bequeme Art transportieren mittels mechanischer Bänder oder Transportanlagen oder auf pneumatischem Wege zu den Lagereinrichtungen am Produktionsstandort einer integrierten Fabrik oder Anlieferung in Säcken, offen oder halboffen von externer Seite.

Stufe 3

Die pflanzlichen Füllstoffe mit der gewünschten Kornverteilung können wie ein jeder anderer in der Papierindustrie üblicher Füllstoff direkt in die Masse eingebracht werden. Die Menge der pflanzlichen Füllstoffe kann von 1 bis 50 Gewichtsteilen und besonders 1 bis 30 Gewichtsteilen je 100 Gewichtsteilen der Fasern im Falle von Emballage-Papieren und Kartons sowie Druck/Schreibpapieren variieren; sie kann aber auch zwischen 60 bis 600 Gewichtsteilen der pflanzlichen Füllstoffe je 100 Gewichtsteilen der Fasern im Falle von speziellen Anwendungen vom Typ der Träger für Umhüllungen, Imprägnierung von Konstruktionsmaterialien, Abdeckungen von Mauern und Erde liegen.
Die pflanzlichen Füllstoffe können ebenfalls in die Masse in Abmischung, Homogenisierung und ggfs. vorangehender Flockung mit einem organischen Bindemittel eingebracht werden.
Dieser Arbeitsvorgang wird kontinuierlich in einem mehrstufigen Flockungsgerät durchgeführt zur Kontrollierung der Bedingungen für die Homogenisierung, der Konzentration und Verdünnung zum Erhalt des erforderlichen Durchmesser der Füllstoff-Bindemittel-Flockungen vor ihrer Zugabe in den Kreislauf am Einlauf der Papier-oder Kartonmaschine.

Stufe 4

Nach der Mischung der Fasern und pflanzlichen Füllstoffe kann man noch die anderen üblichen Zusätze in die Masse einbringen, wobei diese in Abhängigkeit der gewünschten Ziele erfolgen. Das Papier- oder Karton-Blatt kann ein variables Quadratmetergewicht zwischen 20 und 500 g/m² haben; im Falle von Spezialanwendungen kann dieses Quadratmetergewicht wesentlich höher sein, z.B. 600 bis 1000 g/m² bei bestimmten "Cellodermen" und Umhüllungen.
Diese Technologie kann vorteilhafterweise für die Herstellung von Papier und Karton angewendet werden, insbesondere Emballagepapier, Wellpapier, Papier und Kartons für graphische Zwecke, Kraft-Umhüllungen, Kompaktkarton, Karton für Verpackung von Flüssigkeiten, Kraftpapiere für Behälterabdeckungen, Zeitungspapier, Druck/Schreibträger, Träger für die Harzimprägnierung, Papiere und Kartons für industrielle und spezielle Zwecke, Papier für Haushaltszwecke, Träger für Umhüllungen und Abdeckungen.
Die Einbringung des mikronisierten pflanzlichen Füllstoffs gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren begünstigt das Abtropfen auf der Papier- oder Karton- Maschine und verbessert demzufolge die Produktivität. Die Verbesserung der Entwässerung ist sehr wichtig für die blattartigen Materialien mit erhöhtem Quadratmetergewicht.
Andere Vorteile und Charakteristiken gemäß der Erfindung ergeben sich aus dem Studium der Beispiele; diese dienen der Erläuterung der Anwendung der pflanzlichen Füllstoffe besonders auf dem Papiergebiet und sollen keineswegs einschränken.

Beispiele 1 bis 3

Herstellung von Kraft-Papier

Zur Veranschaulichung der durch die erfindungsgemäßen pflanzlichen Füllstoffe bedingten Eigenschaften wurden zu Vergleichszwecken Gebilde mit einer Flächenmasse um 200 g/m² hergestellt. Das Beispiel 1 betrifft ein Papier mit einem dem Stand der Technik entsprechenden Aufbau; die Beispiele 2 und 3 wurden gemäß der Erfindung durchgeführt. Die verschiedenen Komponenten (ausgedrückt in Gewichtsteilen) und die Arbeitsbedingungen sind in der nachfolgenden Tabelle I wiedergegeben. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle II angeführt.
Die Tabelle II zeigt, daß die Verwendung eines erfindungsgemäßen pflanzlichen Füllstoffs den faserhaltigen Blättern insgesamt gute mechanische Festigkeiten verleiht, dies insbesondere wenn der pflanzliche Füllstoff vorab mit dem Bindemittel ausgeflockt wurde. Die Produkte der erfindungsgemäßen Beispiele 2 und 3 zeigen eine Verbesserung in der Stärke um 16% und eine Verminderung der Dichte von 12 bis 15% gegenüber dem Produkt gemäß Beispiel 1, das gemäß einem üblichen Aufbau gemäß Stand der Technik erhalten worden war, Man kann ebenfalls eine Verbesserung der Leimung im Falle der Produkte nach den Beispielen 2 und 3 gegenüber dem Produkt vom Beispiel 1 feststellen. Die nach den Beispielen 2 und 3 erhaltenen Blätter mit dem pflanzlichen Füllstoff sind stärker porös und tropfen auf der Trägerbahn leichter ab. TABELLE I Aufbau Beispiel harzhaltiger Kraftbrei (Refinermahlung ºSR) Talkum (b) pflanzlicher Füllstoff Leimungsmittel Alaun kation. Stärke 25-30 (bei einem Gehalt von 15-18% für die übrigen Füllstoffe) Anmerkungen: * üblicher Aufbau gemäß Stand der Technik; ** Beispiel gemäß der Erfindung; (a) Herkunft: Harzfichte; (b) Kornverteilung: d&sub5;&sub0; = 8 - 10 um; (c) Kornverteilung: d&sub9;&sub5; < 70 um und d80 > 10 um; Dichte < 300 kg/m³, Herkunft: Harzfichte (d) Einbringung in die Masse; (e) Einbringung in die Masse nach einer Vormischung mit Naturstärke (0,3 Teile) und Flockung mit Polyethylenimin (0,4 Teile); (f) Kolophoniumemulsion; (g) in einer Menge, die ausreicht für pH 4,5.-4,7. TABELLE II Eigenschaften Beispiel Flächenmasse (g/m²) Stärke (a) Dichte (kg/m³) Luftdurchlässigkeit nach Bendtsen (ml/mn) mittlere Zugfestigkeit SM/ST(kN/m) mittlere Dehnung (%) SM/ST Bruchenergie (J/m²) Druckfestigkeit (kPa) Leimung (Cobb) 60 s (g/m²) übrige Füllstoffe (%) Bemerkungen: * üblicher Aufbau gemäß Stand der Technik; ** Beispiel gemäß der Erfindung; (a) in um.

Beipiele 4 und 5

Herstellung von Kraft-Papier für Postversandtaschen

Zu Vergleichszwecken wurden zwei Proben von Kraft-Papier mit einer Flächenmasse von 120 g/m² hergestellt zum Einsatz bei der Fabrikation von Postversandtaschen; die Mengen (ausgedrückt in Gewichtsteilen) und Arbeitsbedingungen sind in der nachfolgenden Tabelle III angeführt. Das Produkt vom Beispiel 4 ist ein Papier mit einem üblichen Aufbau gemäß dem Stand der Technik. Das Produkt gemäß Beispiel 5 ist ein solches, das einen der Erfindung entsprechenden pflanzlichen, mit Naturstärke umhüllten Füllstoff enthält. Die erhaltenen Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle IV zusammengestellt und zeigen, daß die Einbringung des pflanzlichen Füllstoffs für die Stärke sehr günstig ist (Gewinn von 8% im Falle des Beispiels 5 gegenüber dem Vergleichsprodukt gemäß Beispiel 4). TABELLE III Aufbau Beispiel Grundmischung (a) 1) Geklärter harzhaltiger Kraftbrei 2) Ungebleichtes Kraft-Altpapier 3) Halbgebleichter chemischer Brei 4) Pflanzlicher Füllstoff (aus Harzfichte (b) Zusätze (c) - Naturstärke (d) - kation. Flockungsmittel (e) - Talkum - Leimungsmittel (f) - kation. Stärke - Nuancierungsfarbstoff - Alaun Bemerkungen * üblicher Aufbau gemäß Stand der Technik; ** erfindungsgemaßes Beispiel; (a): zugesetzte Mengen in Gewichtsteilen; (b): Kornverteilung: d&sub9;&sub5; < 150 um, d&sub8;&sub0; > 10 um, Feuchtigkeit < 15% vor dem Zusatz in die wässerige Suspension der Fasergrundmischung; Dichte < 300 kg/m³; (c): in die Masse eingebrachte Zusätze [Mengen in Gewichtsteilen je 100 Teilen der Grundmischung (1+2+3+4 = 100)]; (d): zum Umhüllen des pflanzlichen Füllstoffs; (e): Polyethylenimin; (f): Koloplioniumemulsion; (g): in einer Menge, die ausreicht für pH 4,5-5,0. TABELLE IV Eigenschaften Beispiel Flächenmasse (g/m²) Stärke (a) spez. Volumen (cm³/g) Porosität Bendtsen (ml/mn) Bruchlänge (m) Druckindex (kPa.m²/g) Zerreißindex (mN.m²/g) Leimung Cobb 60s (g/m²) - Vorderseite - Rückseite Weißgrad (Photovolt) Retention (%) - Fasern - pflanzl. Füllstoff - Talk Bemerkungen: * üblicherAufbau gemäß Stand der Technik; ** Beispiel gemäß der Erfindung; (a) in um.

Vorhaben

Eine der wesentlichen Eigenschaften des Kraft-Papiers für Post-Versandtaschen ist neben den üblichen mechanischen Festigkeiten und des Aussehens eines einseitig glatten Kraft-Papiers für diese Verwendungsart (in Bezug auf Zerreißen, Druck, Traktion, Gleichmäßigkeit und Glanzgrad) die Bauschigkeit, die eine Rolle spielt für die maschinelle Verarbeitbarkeit des Papiers bei der modernen Produktion von Umschlägen/Versandtaschen und auch für die Marktgewinnung.

Ergebnisse

Das Einbringen des von der Naturstärke umhüllten pflanzlichen Füllstoffs ist günstig für die Stärke des Blattes und führt zu einem Gewinn von etwa 8 % ohne Veränderung der mechanischen Eigenschaften des Papiers. Es ist auch noch die gute Retention des erfindungsgemäßen pflanzlichen Füllstoffs anzumerken.
Gleichfalls sind anzumerken das gute Leimungsverhalten sowie die fühlbare Verbesserung der Stärke, die umgekehrt zum spezifischen Volumen ist und einen günstigen Einfluß auf die sich proportional zum Kubus der Stärke verändernde Steifigkeit hat.

Wirtschaftliche Vorteile

Die Verminderung der Selbstkosten des Produkts gemäß Beispiel 5 im Vergleich zu denen des Vergleichsbeispiels 4 liegt in der Größenordnung von 6%, ohne den Produktivitätsgewinn aufgrund der besseren Abtropfung anzurechnen.

Beispiele 6 bis 8

Herstellung von Papier für Plastikbeschichtungen

Es werden Papierblätter hergestellt mit einer Flächenmasse von etwa 210 g/m² mit den Mengen der Bestandteile (ausgedrückt in Gewichtsteilen) und gemäß den Herstellungsbedingungen in der nachfolgenden Tabelle V. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle VI zusammengestellt.
Die Ergebnisse zeigen, daß die Produkte gemäß den Beispielen 7 und 8 mit dem Gehalt an dem erfindungsgemäßen Füllstoff eine um etwa 30 bis 40% geringere Dichte haben als das Produkt gemäß Beispiel 6, das erhalten wurde gemäß bekannten Stand der Technik.
Die Zusammensetzungen bei den Beispielen 7 und 8 sind sehr wirtschaftlich (Abfälle aus Sägewerken und Baumstümpfen) mit weniger synthetischen Bindemittel; dadurch sind zwar die mechanischen Eigenschaften etwas schwächer, aber deren physikalische Eigenschaften liegen weit oberhalb von den üblichen Anforderungen an die Grundträger für Beschichtungen mit plastischen Materialien, wie sie vorgesehen sind bei der Herstellung von für das Bauwesen bestimmten Materialien.
Es ist ebenfalls ein gutes thermisches Verhalten der Blätter mit den pflanzlichen Füllstoffen entsprechend den Beispielen 7 und 8 festzuhalten. Die wesentliche Verbesserung der Stärke und die Verminderung der Dichte sind von Bedeutung für die akustische Dämpfung durch das Material oder Überzug. TABELLE V Aufbau Beispiel geklärter harzhalti-Kraftbrei (a) (Refinermahlung ºSR) Glasfasern Talk pflanzlicher Füllstoff (c) acryl. Bindemittel stärkehaltiges Bindemittel kationisches Polyamid kationische Stärke Leimungsmittel (f) Alaun 45 bis 55 (bei einem Gehalt von 30-35% für die übrigen Füllstoffe Anmerkungen: * üblicher Aufbau gemäß Stand der Technik; ** Beispiel gemäß der Erfindung; (a) Herkunft: Harzfichte; (b)Kornverteilung: d&sub5;&sub0; = 8 - 10 um; (c) Kornverteilung: d&sub9;&sub5; < 100 um und d80 > 10 um, Feuchtigkeit vor der Einbringung in die wässerige Fasersuspension 15% (für eine Mischung aus Sägewerksabfällen und Stümpfen von Harzfichten im Gew. -Verhältnis 80/20, Dichte < 300 kg/m³; (d) Einbringung in die Masse; (e) Einbringung in die Masse nach einer Vormischung mit Naturstärke (0,3 Teile) und Flockung mit Polyethylenimin; (f) Kolophoniumemulsion; (g) in einer Menge, die ausreicht für pH 6,0 - 6,5. TABELLE VI Eigenschaften Beispiel Flächenmasse(g/m²) Stärke (a) Dichte (kg/m³) Lichtdurchlässigkeit Bendtsen (ml/mn) mittlere Zufestigkeit SM/ST (kN/m) Bruchenergie (J/m²) Druckfestigkeit (kPa) Leimung (Cobb) 60 s (g/m²) übrige Füllstoffe (%) Dimensionsstabilität - Trocknung (105ºC, 1h) - Wässerung (1 h) Anmerkungen: * üblicher Aufbau gemäß Stand der Technik; ** erfindungsgemäßes Beispiel; (a) in um (b) Schrumpfung

Beispiele 9 und 10

Herstellung von Kraft-Bauschkarton

Die nachfolgenden Beispiele 9 und 10 erläutern die Vorteile des erflndungsgemäßen pflanzlichen Füllstoffs bei der Verwendung in einer faserhaltigen Zusammensetzung mit einem geklärten Kraft-Brei und einem chemisch-mechanischen Brei im Zuge der Herstellung von mehrlagigen Kartons (besonders von sogenannten Innenholzkartons und Innengrau); das erfindungsgemäße Beispiel 10 steht dabei gegen das Beispiel 9 als Vergleich.
Es ist festzustellen, daß der Ersatz von etwa 10% des chemisch-mechanischen Breis (abgekürzt "CIMP"-Brei) durch den mikronisierten und mit Naturstärke umhüllten pflanzlichen Füllstoff bei entsprechendem oder leicht verbessertem spezifischen Volumen die mechanischen Eigenschaften des Endprodukts in Blattform, besonders die Steifigkeit nicht beeinflußt. Das entsprechend dem erfindungsgemäßen Beispiel 10 erhaltene Material zeigt eine bessere Porosität als das des Vergleichsbeispiels 9 und tropft auch besser ab. Die Verbesserung der Entwässerung ist ein wichtiger Vorteil für die Produktivität; insgesamt gesehen, ist der Aufbau gemäß Beispiel 10 um 5% wirtschaftlicher als der im Falle des Vergleichsbeispiels 9.
Die Arbeitsbedingungen für die Herstellung der Kartons nach den Beispielen 9 und 10 ergeben sich aus der nachfolgenden Tabelle VII; die Eigenschaften dieser Kartons sind in der nachfolgenden Tabelle VIII zusammengestellt. TABELLE VII Aufbau Beispiel Grundmischung 1) Geklärter harzhaltiger Kraft-Brei raffiniert auf 20ºSR 2) CIMP-Brei 3) Pflanzlicher Füllstoff (aus Harzfichte) (b) Zusätze (c) Naturstärke (d) kationisches Flockungsmittel (e) Talk Leimungsmittel (f) Alaun Anmerkungen: * üblicher Aufbau gemäß Stand der Technik; ** Beispiel gemäß der Erfindung; (a): zugesetzte Mengen sind in Gewichtsteilen ausgedrückt; (b): Kornverteilung: d&sub9;&sub5; < 100 um und d80 > 10 um, Feuchtigkeit vor der Einbringung in die wässerige Fasersuspension < 15%, Dichte < 300 kg/m³, der pflanzliche Füllstoff ist eine Mischung, die erhalten wurde aus Sägeabfällen und Hobelspänen von Harzfichte; (c): in die Masse eingebrachte Zusätze [die Mengen sind Gewichtsteile je 100 Gewichtsteil der Grundmischung (1+2+3 = 100)]; (d): zum Umhüllen des pflanzlichen Füllstoffs; (e): Polyethylenimin; (f): Kolophoniumemulsion; (g): in einer Menge, die ausreicht für pH 6,0 - 6,5. TABELLE VIII Eigenschaften Beispiel Flächenmaße (g/m²) Stärke (a) spez. Volumen (cm³/g) Porositat Bendtsen (ml/mn) Bruchlänge (m) Druckindex (kPa.m²/g) Zerreißindex (mN.m²/g) Leimung Cobb 60s (g/m²) - Vorderseite - Rückseite Weißgrad (photovolt) Buchel-Steifheit (mN) Retention (%) - Fasern - pflanzlicher Füllstoff - Talk Anmerkungen: * üblicher Aufbau gemäß Stand der Technik; ** erfindungsgemäßes Beispiel; (a) in um.

Beispiele 11 und 12

Herstellting von zu imprägnierenden Trägern

Es wurden für die Imprägnierung mit einem Phenolharz und für die Fabrikation von Schichtstoff-Wandplatten bestimmte Träger hergestellt. Das Produkt gemäß dem Beispiel 11 wurde entsprechend einer Zuummensetzung gemäß dem Stand der Technik erhalten, das Produkt gemäß Beispiel 12 unter Verwendung eines erfindungsgemäßen pflanzlichen Füllstoffs. Die Mengen der Bestandteile (ausgedrückt in Gewichtsteilen) und die Arbeitsbedingungen sind in der nachfolgenden Tabelle IX zusammengestellt; die Versuchsergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle X angegeben.
Die Tabelle X zeigt, daß das Produkt nach dem erfindungsgemäßen Beispiel 12 eine Erhöhung der Starke um 30% und eine Verminderung der Dichte um 21% im Vergleich mit denen des Beispiels 11 aufweist. Dieser Sachverhalt ist besonders vorteilhaft für eine Herabsetzung der Anzahl der Blätter, die den Innenkern der Schichtstoff- Wandplatten bilden. TABELLE IX Aufbau Beispiel harzhaltiger Kraftbrei (Harzfichte) Kraftbrei (Eukalyptus) Rafinermahlung (ºSR) pflanzliche Füllstoffe d&sub9;&sub8; < 70 um Antischaummittel Anmerkungen * üblicher Aufbau gemäß Stand der Technik; ** erfindungsgemäßes Beispiel. TABELLE X Eigenschaften Beispie Flächenmasse (g/m²) Stärke (um) spez. Volumen (cm³/g) Dichte (kg/m³) Porosität(s) Kapillaraszension in 10 min (mm) mittlere Zugfestigkeit, trockener Zustand SM/ST (kN/m) Zugfestigkeit, feuchter Zustand (SM) Anmerkungen * üblicher Aufbau gemäß Stand der Technik; ** erfindungsgemäßes Beispiel.

Beispiel 13

Mit einer Zusammensetzung, die 100 Gew.-Teile (trocken) vom Produkt "Hot-Melt Mobil EF 78 BE" und 20 Gewichtsteile (trocken) des pflanzlichen Füllstoffs (Kornverteilung d&sub9;&sub5; < 50 um, d&sub8;&sub0; < 10 um Feuchtigkeit vor der Einbringung in die wässerige Fasersuspension unterhalb 15 %) enthielt, der nach dem Schmelzen des Hot- Melt-Produkts eingebracht wurde, wurde ein Überzug auf einen Träger aufgebracht, der als Grundstoff für ein industrielles Zwischenprodukt bestimmt war. Das erhaltene Produkt hatte eine verbesserte Opazität.

Beispiel 14 und 15

Herstellung eines imprägnierten Trägers für Schichtstoff-Wandplatten

Die Beispiele 14 (durchgeführt gemäß einer üblichen Technik gemäß Stand der Technik) und 15 (hergestellt gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem mikronisierten pflanzlichen Füllstoff) wurden vorgenommen zur Gewinnung eines Kraft-Trägers zur späteren Imprägnierung mit einem Phenolharz für die Herstellung von Schichtstoff-Wandplatten.
Die gewünschten Grundeigenschaften für einen solchen Träger sind: Die gleichmäßige Anordnung des Fasermaterials im Blatt, die Porosität und die möglichst gleichmäßige Kapillaraszension für die Aufnahme des Harzes auf das gewünschte Niveau und im Hinblick auf die für die Schichtstoff-Wandplatten erforderlichen Eigenschaften.
Die Zusammensetzung der Bestandteile und die Arbeitsbedingungen für die Herstellung der Blätter gemäß Beispiel 14 (Vergleich) und 15 (nach der Erfindung) sind in der nachfolgenden Tabelle XI zusammengestellt. Die Eigenschaften der jeweils erhaltenen Blätter erscheinen in der nachfolgenden Tabelle XII.
Die numerischen Werte in den Tabellen XI und XII zeigen eindeutig die durch die Verwendung der mikronisierten pflanzlichen Füllstoffe gemäß der Erfindung erzielbaren Vorteile, nämlich:
- die deutliche Verbesserung vom spez. Volumen (+ 18% beim Vergleich des Produkts nach Beispiel 15 gegenüber Beispiel 14),
- einerseits den Ersatz der kostspieligen absorbierenden Fasern (Junkers-Fasern) durch übliche harzhaltige Fasern und andererseits durch die pflanzlichen Füllstoffe, die billiger sind als die vorgenannten absorbierenden Fasern,
- die Möglichkeit der Verwendung von weniger stark raffinierten Fasern (Refinermahlung 30ºSR im Falle der Fasern des Beispiels 15 anstelle von 26ºSR bei den Fasern des Beispiels 14).
Die Vorteile für das Produkt gemäß Beispiel 15 gegenüber dem Blatt gemäß Vergleichsbeispiel 14 bringen einen beträchtlichen Produktionsgewinn in Bezug auf (i) der Herstellung des zu imprägnierenden Trägers auf der Papiermaschine (wegen der besseren Entwässerung) und (ii) die Imprägnieranlage wegen der Aufnahme des Phenolharzes.
In Kürze bedeutet dies, daß gemäß der Erfindung die Kosten für die Herstellung des Blattes 15 um mindestens 15 % niedriger sind als im Falle des Blattes 14. TABELLE XI Aufbau Beispiel Grundmischung (a) a) geklärter harzhaltiger Kraftbrei 2) Junkers-Blattbrei (absorb. Qualität) Refinermahlung (ºSR) bei (1 + 2) 3) pflanzl. Füllstoff (auf Basis Harzfichte) (b) Zusätze (c) - Naturstärke (d) - Kation. Flockungsmittel (e) Anmerkungen: * üblicher Aufbau gemäß Stand der Technik; ** erfindungsgemäßes Beispiel; (a): eingebrachte Mengen in Gewichtsteilen; (b): Kornverteilung: d&sub9;&sub5; < 100 um, d&sub8;&sub0; > 10 um, Feuchtigkeit vor der Einbringung in die wässrige Fasersuspension unter 15%; (c): in die Masse eingebrachte Zusätze [Mengen in Gewichtsteilen auf 100 Teile der Grundmischung (1+2+3=100)]; (d): zum Umhöllen des pflanzlichen Füllstoffs; (e): Polyethylenimin. TABELLE XII Eigenschaften Beispiel Flächenmasse (g/m²) Stärke (a) spez. Volumen (cm³/g) Porosität Bendtsen (ml/mn) Bruchlänge (m) Drucklndex (kPa.m²/g) Zerreißindex (mN.m²/g) Kapillaraszension 5mm (Minuten) Wassertropfen (s) - Vorderseite - Rückseite Retention (%) - pflanzl. Füllstoff) Anmerkungen: * üblicher Aufbau gemäß Stand der Technik ** erfindungsgemäßers Beispiel (a) in um

Beispiele 16 und 17

Herstellung von Kraft-Liner

Die Beispiele 16 (gemäß einer Technik entsprechend dem Stand der Technik) und 17 (gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren mit einem mikronisierten pflanzlichen Füllstoff) wurden durchgeführt zur Gewinnung eines Kraft-Linerblattes. Das angestrebte Ziel war die Erhöhung vom spezifischen Volumen unter Aufrechterhaltung der physikalischen Eigenschaften des Vergleichsblattes nach Beispiel 16.
Die Zusammensetzung der Bestandteile und die Arbeitsbedingungen im Falle der Blätter nach Beispiel 16 (Vergleich) und 17 (nach der Erfindung) sind in der nachfolgenden Tabelle XIII zusammengestellt. Die erhaltenen Ergebnisse ergeben sich aus der nachstehenden Tabelle XIV.
Die numerischen Werte in den Tabellen XIII und XIV zeigen, daß das Blatt gemäß Beispiel 17 eine Verbesserung vom spezifischen Volumen um 12% aufweist bei einer Verminderung vom Druckindex um 5%. Diese Verminderung der Festigkeit kann man (im Hinblick auf die wichtige Spanne der Porosität des faserhaltigen Produkts in Blattform) ausgleichen durch eine geringe Erhöhung vom SR-Grad. TABELLE XIII Aufbau Beispiel Grundmischung (a) 1) geklärter harzhaltiger Kraft-Brei, raffiniert auf 20ºSR 2) Altpapierbrei (OCC) 3) pflanzlicher Füllstoff aus Harzfichte (b) Zusätze (c) - Stärke - kation. Flockungsmittel (e) - Leimmittel (f) - Alaun Anmerkungen: * üblicher Aufbau gemäß Stand der Technik; ** erfindungsgemäßes Beispiel; (a): eingebrachte Mengen in Gewichtsteilen; (b) Kornverteilung: d&sub9;&sub5; < d100 um, d&sub8;&sub0; > 10 um, Feuchtigkeit vor dem Einbringen in die wässrige Fasersuspension der Grundmischung, Dichte = 195 kg/m³; (c): in die Masse eingebrachte Zusätze [Mengen in Gewichtsteilen je 100 Teilen der Grundmischung (1+2+3=100)], Dichte 195 kg/m³ d&sub9;&sub5; < 100 um; (e): Polyethylenimin; (f): Kolophoniumemulsion; (g) in eine Menge, die ausreicht für pH 4,5 - 5,0. TABELLE XIV Eigenschaften Beispiel Flächenmasse (g/m²) Stärke (a) spez. Volumen (cm³/g) Porosität Bendtsen (ml/mn) Bruchlänge (m) Druckindex (kPa.m²/g) Zerreißindex (mN.m²/g) Leimung Cobb 60s (g/m²) - Vorderseite - Rückseite Retention (%) - Fasern - pflanz. Füllstoff Anmerkungen: *üblicher Aufbau gemäß Stand der Technik; ** erfindungsgemäß Beispiel; (a) in um.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines ein faserhaltiges Material enthaltenden Blattes auf papiertechnischem Weg, umfassend das Einbringen eines pulverförmigen pflanzlichen Füllstoffes in eine wässerige, die Fasern enthaltende Dispersion, dadurch gekennzeichnet, daß der pflanzliche Füllstoff eine solche Kornverteilung hat, daß (i) mindestens 95 Gewichtsprozent der Teilchen des pflanzlichen Füllstoffs eine Größenordnung unterhalb von 150 um haben und (ii) mindestens 80 Gewichtsprozent der Teilchen des pflanzlichen Füllstoffs eine Größenordnung oberhalb von 10 um aufweisen, daß der pflanzliche Füllstoff erhalten worden ist durch eine Mikrozerkleinerung von einem pflanzlichen Zufluß mit einer zurückbleibenden Feuchtigkeit von unter 20 % und daß der Füllstoff von solcher Herkunft ist, daß die granulometrische Aufteilung und die Bedingungen der Mikrozerkleinerung zu einer Dichte des Füllstoffes unterhalb von 50 kg/m³, vorzugsweise unterhalb von 300 kg/m³ führen, wobei auf diese Weise eine Herabsetzung der Dichte, eine Erhöhung der Stärke und eine Verbesserung der Entwässerung des faserhaltigen Materials in Blattform erhalten wird.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der pflanzliche Füllstoff erhalten worden ist durch eine Mikrozerkleinerung von pflanzlichen Abfallprodukten mit einer mittleren Kornverteilung unter 5 mm.

3. Verfahren gernäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der pflanzliche Füllstoff aus einem pflanzlichen Abfallprodukt mit einer zurückbleibenden Feuchtigkeit unterhalb von 15 % stammt.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der pflanzliche Füllstoff eine solche Kornverteilung aufweist, daß mindestens 95 % der pflanzlichen Füllstoff-Teilchen eine Größenordnung unterhalb von 100 um haben.

5. Faserhaltiges Material in Blattform, enthaltend einen pflanzlichen Füllstoff und erhältlich auf papiertechnischem Wege aus einer wässrigen Suspension mit einem Gehalt an den Fasern und dem pflanzlichen Füllstoff, da durch gekennzeichnet, daß gemäß einem der in den Ansprüche 1 bis 4 angeführten Verfahren hergestellt wurde und daß das Gewichtsverhältnis von pflanzlichem Füllstoff zu Fasern im Bereich von 1/100 bis 6/1 liegt.