DE102007011796A1

DE102007011796A1 - Verfahren zur Aufbereitung von beladenen Fasern

Info

Publication number: DE102007011796A1
Application number: DE200710011796
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr. Dölle; Reinhard Gather
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2007-03-12
Filing date: 2007-03-12
Publication date: 2008-09-18
Also published as: WO2008110191A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung von Faserstoff zur Herstellung von Papier-, Karton- oder einer anderen Faserstoffbahn, bei dem die in Form einer Suspension bereitgestellten Fasern mit einem Fällungsprodukt beladen und anschließend gemahlen werden. Dabei wird die Beladung der Fasern auf einfache Weise dadurch erhöht und der ph-Wert der Faserstoffsuspension dadurch vermindert, dass der Faserstoffsuspension nach der Mahlung Kohlendioxid oder Kohlensäure zugeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung von Faserstoff zur Herstellung von Papier-, Karton-, oder einer anderen Faserstoffbahn, bei dem die in Form einer Suspension bereitgestellten Fasern mit einem Fällungsprodukt beladen und anschließend gemahlen werden.
Das Beladen von Fasern mit einem Fällungsprodukt, beispielsweise einem Füllstoff ist u. a. in der US-A-5223090 beschrieben. Bei diesem Prozess wird an die benetzte Faseroberfläche des Fasermaterials wenigstens ein Zusatzstoff, insbesondere ein Füllstoff wie Calciumcarbonat, eingelagert. Hierzu wird dem feuchten Faserstoff Calciumoxid oder Calciumhydroxid so zugesetzt, dass zumindest ein Teil davon sich mit dem im Faserstoff vorhandenen Wasser assoziiert. Das so behandelte Fasermaterial wird anschließend mit Kohlendioxid beaufschlagt.
Die mechanischen Eigenschaften (Festigkeitseigenschaften) der Fasern und damit auch der Faserstoffbahn werden vom Mahlgrad der Faserstoffsuspension beeinflusst. Dieser Mahlgrad ist ein Maß dafür, wie leicht sich die Faserstoffsuspension entwässern lässt. Ein bestimmter Mahlgrad lässt sich durch mehr oder weniger starkes Mahlen der Fasern in Mahlmaschinen, sogenannten Refinern, erreichen. Dabei werden die Fasern gekürzt, fibrilliert und gequetscht. Durch diesen Vorgang werden die Fasern flexibilisiert und deren spezifische Oberfläche wird erhöht, so dass sich auch die Anzahl der möglichen Bindungspunkte zwischen den Fasern bei der Blattbildung erhöht.
Dies führt zu einer Erhöhung der mechanischen Festigkeit, der aus diesen Fasern hergestellten Faserstoffbahn.
Bei der Mahlung des beladenen Faserstoffs wird ein Teil der Anlagerungen zerstört, was den Grad der Beladung mindert. Des Weiteren ist der ph-Wert der Faserstoffsuspension nach der Malung des beladenen Faserstoffs oft zu basisch, was sich in folgenden Verarbeitungsstufen negativ auswirkt.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher mit einfachen Mitteln einen möglichst großen Grad der Beladung der Fasern zu erhalten und den ph-Wert der Faserstoffsuspension nach der Mahlung zu mindern.
Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe dadurch gelöst, dass der Faserstoffsuspension nach der Mahlung Kohlendioxid oder Kohlensäure zugeführt wird. Hierbei wurde erkannt, dass es bei der gemeinsamen Mahlung von Faserstoff und Calciumcarbonat zur Zerschlagung der Calciumcarbonat-Kristalle, insbesondere von Kristallanhäufungen, kommt. Dabei werden Calciumoxid- und Calciumhydroxid-Kerne freigesetzt.
Dies kann bis zu einem ph-Wert von 11 führen.
Eine basische Faserstoffsuspension ist zwar während der Mahlung von Vorteil, jedoch in den folgenden Verfahrensstufen oft unerwünscht.
Durch die Zugabe von Kohlendioxid oder Kohlensäure werden die Calciumoxid- und Calciumhydroxid-Kerne in Calciumcarbonat umgewandelt. Dies kann nicht nur den Grad der Beladung mit Füllstoff verbessern, sondern senkt auch gleichzeitig den ph-Wert der Faserstoffsuspension.
Im Interesse einer möglichst umfassenden Reaktion sollte sich die Faserstoffsuspension während der Zugabe in einem Reaktor, insbesondere einem Mischer mit Rührwerk oder einem statischen Mischer befinden.
Der nach dem Reaktor gemessene ph-Wert der Faserstoffsuspension kann als Maß für den Umfang der chemischen Reaktion im Reaktor benutzt werden. Daher sollte die Menge des zugeführten Kohlendioxids bzw. der Kohlensäure in Abhängigkeit vom ph-Wert der Faserstoffsuspension nach dieser Zugabe eingestellt, insbesondere geregelt werden.
Je mehr Kohlendioxid bzw. Kohlensäure zugeführt wird, um so stärker senkt sich auch der ph-Wert ab.
Da in folgenden Verfahrensabschnitten eine eher neutrale Faserstoffsuspension von Vorteil ist, sollte die Menge des zugeführten Kohlendioxids bzw. der Kohlensäure so eingestellt, insbesondere geregelt werden, dass der ph-Wert nach dieser Zugabe zwischen 6,5 und 9 liegt.
Gegenüber herkömmlichen Prozessen zur Herstellung einer Faserstoffsuspension können durch das Beladen (in Lumen, Faserwandungen und/oder Faseroberflächen) in einer daraus hergestellten Faserstoffbahn die gleichen Festigkeiten bei geringerer Mahlung, d. h. auch verminderter Mahlenergie und somit energetisch günstiger hergestellt werden.
Außerdem lässt sich eine mit beladenen Fasern hergestellte Faserstoffbahn leichter entwässern, was Energie spart und höre Maschinengeschwindigkeiten erlaubt.
Bei der Glättung von aus beladenen Fasern hergestellten Faserstoffbahnen kann die Schwarzsatinage zumindest wesentlich reduziert werden.
Kern des Beladens ist es, gezielt Kalkmilch und/oder Füllstoff in das Faserinnere einzulagern, was den Füllstoffgehalt, die Festigkeit, die Porosität sowie das Volumen erhöht und Opazität sowie Bedruckbarkeit verbessert.
Zum Beladen der Fasern mit einem Fällungsprodukt, insbesondere Calciumcarbonat, wird vorzugsweise Calciumoxid oder Calciumhydroxid in flüssiger oder trockener Form in einen wässrig benetzten Faserstoff eingebracht und der Faserstoff in einem Beladungs-Reaktor mit gasförmigem Kohlendioxid vermischt.
Bei der Beladung der Fasern kann es die Effizienz erhöhen, wenn zumindest ein Teil des Calciumoxids oder des Calciumhydroxids direkt in den Beladungs-Reaktor zugegeben wird. Sowohl das Kohlendioxid als auch das Calciumoxid bzw. das Calciumhydroxid treffen in diesem Fall auf bereits gebildetes Calciumcarbonat auf, so dass es zu einer weiteren Kristallisation kommt.
Die Bildung von Calciumcarbonat kann auch durch das Eindicken der Faserstoffsuspension vor dem Beladungs-Reaktor unterstützt werden.
Dem Prozess ist es des Weiteren förderlich, wenn dem vorzugsweise eingedickten Faserstoff im Beladungs-Reaktor eine calciumhydroxidhaltige Flüssigkeit, vorzugsweise Kalkmilch, zugeführt wird.
In Abhängigkeit von der Art der Fasern und der Gestaltung der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sowie der Anforderungen an die behandelte Faser kann es vorteilhaft sein, wenn zwischen 20 und 50% des Calciumoxids oder Calciumhydroxids der Faserstoffsuspension bereits vor dem Beladungs-Reaktor zugegeben oder zwischen 90 und 100% des Calciumoxids oder Calciumhydroxids in den Beladungs-Reaktor gegeben werden.
Im Beladungs-Reaktor sollte vorzugsweise ein Druck zwischen 1 und 6 bar, vorzugsweise zwischen 1 und 4 bar herrschen.
Außerdem sollte die Faserstoffsuspension mit einer Konsistenz zwischen 0,1 und 40%, vorzugsweise zwischen 0,5 und 30% in den Beladungs-Reaktor eingeführt werden.
Dabei liegt die mittlere Verweilzeit der Faserstoffsuspension im Beladungs-Reaktor zwischen 1 und 15 min, vorzugsweise zwischen 5 und 10 min. Die Temperatur im Beladungs-Reaktor sollte mit Vorteil zwischen 15 und 130°C, vorzugsweise zwischen 20 und 60°C liegen.
Zur Gewährleistung der allgemein geforderten Fasereigenschaften sollte der beladene Faserstoff maximal 50% Fällungsprodukt, insbesondere Calciumcarbonat enthalten.
Dabei ist es außerdem vorteilhaft, wenn die wässrige Faserstoffsuspension aus Frischzellstoff gebildet wird.
Durch die Beladung können Kristalle von einer rhomboedrischen oder einer skalenoedrischen Form oder Agglomerate mit einer Länge zwischen 0,02 und 5 Mikrometer entstehen.
Nachfolgend soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der beigefügten Zeichnung zeigt die Figur ein schematisches Anlagenschema.
Die in einer Presse auf eine Konsistenz von bis zu 30% eingedickte Faserstoffsuspension wird zur Beladung der Fasern mit Calciumcarbonat als Füllstoff einem Beladungs-Reaktor 2 zugeführt, welcher vorzugsweise als Heizschnecke, Fluffer oder Kristallisator ausgeführt ist.
In diesem Beladungs-Reaktor 2 wird dem Fasermaterial Calciumoxid und/oder Calciumhydroxid(Kalkmilch) so zugesetzt, dass zumindest ein Teil davon sich mit dem im Fasermaterial, d. h. zwischen den Fasern, in den Hohlfasern und in deren Wänden, vorhandenen Wasser assoziieren kann, wobei sich die folgende chemische Reaktion einstellt: CaO + H₂O = Ca(OH)₂ Dem Beladungs-Reaktor 2 wird über ein Ventil 4 gesteuert CO₂ zugeführt, wobei sich Calciumcarbonat an den benetzten Faseroberflächen anlagert. Dabei stellt sich folgende chemische Reaktion ein: Ca(OH)₂ + CO₂ = CaCO₃ + H₂O
Dabei herrscht im Beladungs-Reaktor 2 etwa Umgebungsdruck und eine Temperatur zwischen 20 und 60°C.
Nach einer Verweilzeit zwischen 5 und 10 min wird der beladene Faserstoff einem Mahlwerk in Form eines Refiners 1 zugeführt.
In diesem Mahlwerk werden die Fasern zusammen mit dem Calciumcarbonat bis zum Erreichen des erforderlichen Mahlgrades behandelt.
Dabei kommt es zum Zerschlagen von Kristallanhäufungen und zum Freisetzen von Calciumhydroxid-Kernen, was den ph-Wert der Faserstoffsuspension wesentlich erhöht.
Nach dem Refiner 1 gelangt der gemahlene Stoff daher in einen Reaktor 3 in Form eines Mischers mit Rührwerk oder eines statischen Mischers. Auch diesem Reaktor 3 wird Kohlendioxid über ein steuerbares Ventil 5 zugeführt. Dieses Kohlendioxid reagiert mit dem durch die Mahlung freigelegten Calciumhydroxid unter Bildung von Calciumcarbonat.
Im Ergebnis wird die Menge des an den Fasern angelagerten Calciumcarbonats erhöht und der ph-Wert der Faserstoffsuspension vermindert.
Für die folgenden Verfahrensstufen der Faserbehandlung wird ein ph-Wert zwischen 6,5 und 9 angestrebt. Daher erfolgt nach dem Reaktor 3 eine ph-Wert-Messung 6. Der gemessene ph-Wert wird einer Steuereinheit 7 gemeldet und dort ausgewertet. Diese Steuereinheit 7 steuert dann die, den Reaktoren 2, 3 zugeführte CO₂-Menge entsprechend dem gemessenen ph-Wert.
Ist der ph-Wert zu hoch, so wird insbesondere die dem Reaktor 3 zugeführte CO₂-Menge erhöht und bei zu niedrigem ph-Wert entsprechend vermindert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 5223090 A [0002]

Claims

Verfahren zur Aufbereitung von Faserstoff zur Herstellung von Papier-, Karton-, oder einer anderen Faserstoffbahn, bei dem die in Form einer Suspension bereitgestellten Fasern mit einem Fällungsprodukt beladen und anschließend gemahlen werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserstoffsuspension nach der Mahlung Kohlendioxid oder Kohlensäure zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Faserstoffsuspension während der Zugabe in einem Reaktor (3), insbesondere einem Mischer mit Rührwerk oder einem statischen Mischer befindet.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des zugeführten Kohlendioxids bzw. der Kohlensäure in Abhängigkeit vom ph-Wert der Faserstoffsuspension nach dieser Zugabe eingestellt, insbesondere geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des zugeführten Kohlendioxids bzw. der Kohlensäure so eingestellt, insbesondere geregelt wird, dass der ph-Wert nach dieser Zugabe zwischen 6,5 und 9 liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Beladen der Fasern mit einem Fällungsprodukt, insbesondere Calciumcarbonat, Calciumoxid oder Calciumhydroxid in flüssiger oder trockener Form in einen wässrig benetzten Faserstoff eingebracht und der Faserstoff in einem Beladungs-Reaktor (2) mit gasförmigem Kohlendioxid vermischt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des Calciumoxids oder des Calciumhydroxids direkt in den Beladungs-Reaktor (2) zugegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserstoffsuspension vor dem Beladungs-Reaktor (2) eingedickt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass dem vorzugsweise eingedickten Faserstoff im Beladungs-Reaktor (2) eine calciumhydroxidhaltige Flüssigkeit, vorzugsweise Kalkmilch, zugeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen 20 und 50% des Calciumoxids oder Calciumhydroxids der Faserstoffsuspension bereits vor dem Beladungs-Reaktor (2) zugegeben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen 90 und 100% des Calciumoxids oder Calciumhydroxids in den Beladungs-Reaktor (2) gegeben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck im Beladungs-Reaktor (2) zwischen 1 und 6 bar, vorzugsweise zwischen 1 und 4 bar liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserstoffsuspension mit einer Konsistenz zwischen 0,1 und 40%, vorzugsweise zwischen 0,5 und 30% in den Beladungs-Reaktor (2) eingeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Verweilzeit der Faserstoffsuspension im Beladungs-Reaktor (2) zwischen 1 und 15 min, vorzugsweise zwischen 5 und 10 min liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur im Beladungs-Reaktor (2) zwischen 15 und 130°C, vorzugsweise zwischen 20 und 60°C liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der beladene Faserstoff maximal 50% Fällungsprodukt, insbesondere Calciumcarbonat enthält.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wässrige Faserstoffsuspension aus Frischzellstoff gebildet wird.