DE1287428B - Verfahren zur Herstellung von Papier und Papiererzeugnissen mit grosser Absorptionsgeschwindigkeit fuer Fluessigkeiten und/oder hoher Opazitaet - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Papier und Papiererzeugnissen mit grosser Absorptionsgeschwindigkeit fuer Fluessigkeiten und/oder hoher OpazitaetInfo
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Description
Von vielen Papierqualitäten wird verlangt, daß sie eine große Absorptionsgeschwindigkeit für Flüssigkeit
oder hohe Opazität oder beides aufweisen. Als Beispiele derartiger Papiererzeügnisse kommen Zellstoffwatte,
Papierservietten und Papiertaschentücher nebst, was die Opazität betrifft, den meisten Schreibund
Druckpapierqualitäten in Frage.
Zum Erzielen einer hohen Absorptionsgeschwindigkeit für Flüssigkeit und hoher Opazität werden im
allgemeinen Papierzellstoffe verwendet, die während des Kochens und Bleichens im wesentlichen von
Hemizellulose befreit werden. Das bedeutet jedoch eine Verringerung der Ausbeute und eine entsprechende
Erhöhung der Zellstoffkosten.
Zweck der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung
von Papierzellstoff zu entwickeln, wodurch Papier und Papiererzeugnisse mit großer Absorptionsgeschwindigkeit für Flüssigkeit und/oder hoher Opazität
ohne entsprechende Verringerung der Zellstoffausbeute hergestellt werden können. Weiter richtet *°
sich die Erfindung auf eine Behandlung derartiger Papierzellstoffe nach der Bildung einer Papierbahn
entweder vor oder nach der Trocknung.
Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zeichnet sich aus durch eine kurze Behandlung von »5
bis zu 90% getrocknetem Papierzellstoff oder bereits hergestellten Papierbahnen oder -blättern mit einer
Flüssigkeit, bestehend aus flüssigem, wasserfreiem Ammoniak oder primären Aminen mit bis zu 4 Kohlenstoffatomen
im Molekül oder Gemischen zweier oder mehrerer dieser genannten chemischen Verbindungen
oder Gemischen von einer oder mehreren der genannten Verbindungen mit Wasser, wobei die Wassermenge
einschließlich des in dem zu behandelnden Zellstoff bzw. Papier vorliegenden Wassers 75Gewichtsprozent
nicht übersteigt, worauf in an sich bekannter Weise das flüssige Behandlungsmittel durch
Waschen mit üblichen Lösungsmitteln für die chemischen Verbindungen im Behandlungsmittel, vorzugsweise
Wasser, oder durch Verdampfen aus dem Zeilstoff bzw. Papier entfernt wird, gegebenenfalls unter
vorheriger Druckbehandlung zum Entfernen von von dem Zellstoff bzw. Papier absorbiertem überschüssigem
Behandlungsmittel.
Das flüssige Behandlungsmittel wird beispielsweise durch Besprühen des Zellstoffs auf diesen aufgebracht
oder die Flüssigkeit aus ihrer Gasphase unter erhöhtem Druck und/oder herabgesetzter Temperatur
auf den Zellstoff bzw. das Papier kondensiert. Diese können ebenso in das Behandlungsmittel getaucht
werden. Nach dieser Behandlung kann das Behandlungsmittel durch Waschen mit einem an sich bekannten
geeigneten Lösungsmittel für die in dem Behandlungsmittel enthaltenen chemischen Verbindungen,
vorzugsweise Wasser, oder durch Verdampfen aus dem Zellstoff bzw. Papier entfernt werden.
In beiden Fällen kann gegebenenfalls ein vorhergehendes Auspressen zum Entfernen eines eventuellen
Überschusses an flüssigem Behandlungsmittel erfolgen.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird die Behandlungsdauer zur Anpassung derselben an
die Dicke und Dichtigkeit des Zellstoffs oder Papiers geregelt, wobei die erforderliche Behandlungsdauer
zwischen Bruchteilen einer Sekunde und etwa 60 Sekünden liegt.
Das Verfahren kann man ein oder mehrere Male •wiederholen, wodurch die erzielte Wirkung verstärkt
wird. Ein derartig behandelter Papierzellstoff ergibt nach eventueller mechanischer Behandlung, Blattbildung,
Auspressung und Trocknung in üblicher Weise ein Papier, dessen Absorptionsgeschwindigkeit
für Flüssigkeit und/oder Opazität besser ist — in vielen Fällen wesentlich besser — als bei einem in der
gleichen Weise, aber aus unbehandeltem Zellstoff hergestellten Papier. Eine bereits gebildete Papierbahn
erhält nach der erfindungsgemäßen Behandlung gegenüber einem entsprechenden unbehandelten Papier
ebenfalls eine höhere Absorptionsgeschwindigkeit für Flüssigkeit und/oder eine höhere Opazität.
Die Einwirkung von Ammoniak und Aminen auf Zellulose wird zwar in der Literatur erwähnt, jedoch
darauf verwiesen, daß bei Entfernen des Ammoniaks eine völlige Entquellung der Zellulose eintritt. Dieses
Verhalten entspricht dem der meisten alkalischen Lösungen, wie ja Zellulosefasern bekanntlich auch in
Wasser quellen. Während des Flüssigkeitsentzuges und des damit verbundenen Entquellens verliert das
Papier die vorübergehend angenommenen Eigenschaften und wird in seinen ursprünglichen Zustand
zurückversetzt. Es läge der Schluß nahe, daß die gleiche Wirkung bei Entfernen des Ammoniaks und
der Amine gegeben sei.
Demgegenüber weisen die folgenden Beispiele nach, daß gemäß der Erfindung sowohl die hohe
Opazität als auch das ausgezeichnete Absorptionsverhalten des mit Ammoniak oder primären Aminen
behandelten Papiers od. dgl. erhalten bleiben.
Zwei auf 90% getrocknete, gebleichte Nadelholzsulfitzellstoffe, ein Papierzellstoff (A) und ein Kunstseidenzellstoff
(B) wurden 1 Minute bei —33° C in flüssiges, annähernd wasserfreies Ammoniak getaucht
und danach die absorbierte Flüssigkeit durch Verdampfung entfernt. Prüfblätter mit einem Gewicht
von 140 g/m2 wurden gemäß dem Verfahren des Norwegischen Papierforschungsinstituts (PFI-Methode)
aus unbehandeltem und behandeltem Zellstoff hergestellt. Aus den Prüfblättern wurden 15 mm
breite Streifen geschnitten, die vertikal mit ihren unteren Enden in Wasser angebracht wurden. Die
Luft- und Wassertemperatur betrug 20° C und die relative Feuchtigkeit der Luft 65%. Die Absorptionshöhe in den Streifen wurde als Funktion der Zeit
beobachtet. Die Beobachtungen ergeben sich aus der nachstehenden Tabelle:
Absorptionshöhe | behandelt | in cm | Stoff | B | |
nach | Stoff A | 5,1 | unbehandelt | behandelt | |
Minuten | unbehandelt | 6,6 | 3,2 | 6,9 | |
2 | 2,5 | 7,8 | 4,3 | 9,1 | |
4 | 3,5 | 8,7 | 5,1 | 10,8 | |
6 | 4,2 | 9,6 | 5,8 | 12,1 | |
8 | 4,8 | 6,3 | 13,2 | ||
10 | 5,3 |
Wie aus der Tabelle hervorgeht, wird Wasser etwa doppelt so schnell in dem aus mit Ammoniak behandeltem
Zellstoff hergestellten Papier absorbiert. Da der Zellstoff in diesem Fall vor der Blattbildung nur
zerfasert, nicht aber gemahlen wurde, handelt es sich hier um Zellstoffwattenqualitäten, wo eine hohe Absorptionsgeschwindigkeit
von größter Bedeutung und die Festigkeit des Blattes weniger wichtig ist.
Die Verdoppelung der Absorptionsgeschwindigkeit nach der Behandlung des Zellstoffs mit flüssigem
Ammoniak gilt nicht nur Wasser und wäßrigen Auflösungen, sondern auch organischen Flüssigkeiten,
wie das nachstehende Beispiel zeigt.
Ein auf 90% getrockneter, gebleichter, weicher, harzfreier Sulfatzellstoff wurde mit flüssigem Ammoniak
behandelt. Prüfblätter wurden in der oben beschriebenen Weise aus behandeltem und unbehandeltem
Zellstoff hergestellt. Die Absorptionsgeschwindigkeit von Wasser und Benzol der 15 mm breiten
Papierstreifen ist in der nachstehenden Tabelle veranschaulicht:
Absorptionshöhe in cm
nach | Wasser | behandelt | Benzol | behandelt |
Minuten | unbehandelt | 10,5 | unbehandelt | 9,7 |
2 | 4,6 | 14,2 | 5,2 | 12,2 |
4 | 6,4 | 16,8 | 6,4 | 13,8 |
6 | 7,7 | 18,6 | 7,1 | 14,9 |
8 | 8,9 | 19,8 | 7,6 | 15,5 |
10 | 9,8 | 8,0 |
Die Erhöhung der Absorptionsgeschwindigkeit ist as
nach der Behandlung des Zellstoffs mit Ammoniak somit annähernd dieselbe für Benzol wie für Wasser.
Ein auf 90% getrockneter, gebleichter Sulfatzellstoff
wurde 1 Minute bei —33° C in flüssiges Ammoniak getaucht und danach das Ammoniak durch Verdampfen
entfernt. Unbehandelter und behandelter Zellstoff wurden in einer PFI-Mühle bei 4000 Umdrehungen
und bei einem Mahldruck von 3,4 kg/cm gemahlen. Ein Naßfestigkeitsmittel der Harnstoffart
wurde dem behandelten Zellstoff zugesetzt, und es wurden gemäß der PFI-Methode Prüfblätter hergestellt.
Die nachstehende Tabelle zeigt Trocken- und Naßfestigkeit nebst der Absorptionsgeschwindigkeit:
45
Naßfestigkeitsmittel | 6% Harnstoff |
6 »/0 Harnstoff und Alaun |
|
keines | 5 700 9 900 |
7 200 10 400 |
|
Reißlänge, trocken (m) NHj-behandelt Unbehandelt |
4 000 8 700 |
1200 2500 |
2 300 3 000 |
Reißlänge, naß (m) NH3-behandelt Unbehandelt |
150 400 |
7,0 2,3 |
5,5 1,5 |
Absorptions geschwindigkeit (cm/10 Min.) NH3-behandelt Unbehandelt |
7,5 2,4 |
50
55
Aus der vorstehenden Tabelle geht hervor, daß ammoniakbehandelte Papierzellstoffe nach Mahlen
und Zusatz eines Naßfestigkeitsmittels ein Papier mit befriedigender Festigkeit sowohl in trockenem als
auch in nassem Zustand ergeben, welches gleichzeitig eine Wasserabsorptionsgeschwindigkeit aufweist,
die bedeutend höher ist als bei Papier aus unbehandeltem Zellstoff. Papierqualitäten dieser Art eignen
sich insbesondere zur Herstellung von Papierservietten, Papiertaschentüchern od. dgl.
Ein auf 90% getrockneter, gebleichter Nadelholzsulfitzellstoff mit hohem Hemizellulosegehalt (Gammazellulosegehalt
etwa 19%) wurde 1 Minute in flüssigen Ammoniak getaucht, darauf die absorbierte Flüssigkeit
mittels Verdampfen entfernt. Unbehandelter Zellstoff, behandelter Zellstoff und ein 1:1-Gemisch
aus beiden wurden unter 2000 Umdrehungen in einer PFI-Mühle bei einem Mahldruck von 3,4 kg/cm gemahlen.
Prüfblätter mit einem Gewicht von 70 g/m2 wurden gemäß der PFI-Methode hergestellt. Die
nachstehende Tabelle gibt einige Eigenschaften dieser Blätter an:
Mahlgrad (° SR)
Dicke des Prüfblattes
(mm)
Reißlänge (m)
Opazität (%)
Unbehandelt
0,09
8970
56,7
8970
56,7
Behandelt
19
0,11
4710
69,5
4710
69,5
Gemisch 1:1
46
0,10 7110
67,5
67,5
Wie die obenstehende Tabelle zeigt, verleiht die Behandlung der Papiermasse mit flüssigem Ammoniak
dem aus der Masse hergestellten Papier eine bedeutend erhöhte Opazität. Gleichzeitig wird sowohl
der Mahlgrad des gemahlenen Zellstoffs als auch die Reißlänge des Papiers merkbar reduziert. In
diesem Zusammenhang ist es bemerkenswert, daß die Festigkeit des Papiers bedeutend verbessert und die
Opazität nicht sehr verringert wird, wenn unbehandelter Zellstoff mit NH3-behandeltem Zellstoff gemischt
wird.
Der im Beispiel 3 beschriebene Zellstoff, jedoch mit einem Trockengehalt von 25,2%, wurde 1 Minute in
flüssigen, wasserfreien Ammoniak getaucht und an der Luft getrocknet. Nach Mahlen und Blattbildung
in der oben beschriebenen Weise wurde eine Opazität von 67,3% erzielt.
In einem weiteren Versuch wurde derselbe Zellstoff mit einem Trockengehalt von 27,0% 1 Minute in
flüssigen Ammoniak getaucht und darauf das Ammoniak ohne zwischenliegende Trocknung mit Wasser
ausgewaschen. Nach Mahlen und Blattbildung in oben beschriebener Weise wurde eine Opazität von
65,1% erzielt.
Derselbe Zellstoff, auf 90% getrocknet, wurde 1 Minute in konzentriertes Ammoniakwasser (25- bis
30%iges NH3) getaucht und danach an der Luft getrocknet.
Der Zellstoff wurde gemahlen und daraus Prüfblätter hergestellt, wobei folgende Opazität erzielt
wurde:
60 AmmoniakwasserundTrocknung
Destilliertes Wasser und Trocknung
Destilliertes Wasser und Trocknung
Keine Behandlung
1SR
42
43
48
Opazität »/0
56,9
59,2
59,8
59,8
Die Tabelle zeigt, daß eine Behandlung mit reinem Wasser und darauffolgender Trocknung, wie bereits
bekannt, eine gewisse Opazitätserhöhung verursacht. Eine Behandlung mit konzentriertem Ammoniakwasser
ergibt eine Wirkung, die nur wenig höher ist als die durch Behandlung mit reinem Wasser erzielte.
Die im Beispiel 4 beschriebenen Versuche zeigen, daß die erwünschte Erhöhung der Opazität durch Behandlung
des Zellstoffs mit flüssigem Ammoniak auch dann erzielt werden kann, wenn Wasser anwesend
ist. Das Wasser kann im Ammoniak oder im Papierzellstoff oder in beiden vorhanden sein, aber
die Gesamtwassermenge darf einen bestimmten Wert nicht überschreiten. Einer der Versuche zeigt, daß
eine Opazitätserhöhung auch dann erzielt werden kann, wenn das Ammoniak durch Waschen anstatt
durch Trocknen entfernt wird.
Wie bereits erwähnt, kann eine Erhöhung der Ab- ao Sorptionsgeschwindigkeit und/oder der Opazität nicht
nur durch Behandlung des Zellstoffs vor der Blattbildung, sondern auch durch Behandlung einer bereits
hergestellten, trockenen oder nassen Papierbahn od. dgl. erzielt werden. Diese Tatsache wird durch
den folgenden Versuch veranschaulicht.
Der in den Beispielen 5 und 4 beschriebene Zellstoff wurde bei 2000 bzw. 4000 Umdrehungen pro
Minute in der PFI-Mühle gemahlen und daraus Prüfblätter
hergestellt. Einige Blätter aus jedem Mahlgrad wurden 1 Minute in flüssigen Ammoniak getaucht,
wonach sie ohne Möglichkeit zum Schrumpfen getrocknet wurden. Die nachstehende Tabelle zeigt die
Ergebnisse dieses Versuchs.
Einige Blätter wurden in eine Flüssigkeit, bestehend aus 90% Methylamin und 10% Wasser getaucht und
danach an der Luft getrocknet. Andere Blätter wurden in reines Methylamin getaucht und an der Luft
getrocknet. Die Tabelle zeigt die erzielten Ergebnisse.
Behandlungsmittel | Opazität Vo |
Unbehandelt | 57,0 66,7 73,3 |
90% CH3NH2 + 10% H2O Reines CH3NH2 |
In einem weiteren Versuch wurde derselbe Zellstoff unter 4000 Umdrehungen pro Minute in der
PFI-Mühle gemahlen und dann Prüfblätter hergestellt. Diese Blätter wurden dann mit flüssigem Ammoniak
behandelt und an der Luft getrocknet. Während der Behandlung und Trocknung waren die Blätter
zur Vermeidung einer Einschrumpfung ausgespannt. Die nachstehende Tabelle zeigt die Opazität
unbehandelter und mit verschiedenen Mitteln behandelter Blätter.
Behandlungsmittel
Unbehandelt
Blätter behandelt mit
NH,
NH,
,NH,
-"2"S-
Dicke (mm) ..
Reißlänge (m)
Opazität (%)
Reißlänge (m)
Opazität (%)
Unbehandelt
Umdrehungen
pro Minute
2000 I 4000
2000 I 4000
0,09
8660
56,7
8660
56,7
0,09 9330
47,0
47,0
Behandelt
Umdrehungen
pro Minute 2000 I 4000
35 n-C4H9NH2
Opazität
55,0
76,8 76,5 80,8 77,7 78,8
0,13 3260 79,6
0,13 5550 74,1
40
Die Tabelle zeigt, daß die durch die Behandlung von Papier erzielte Opazitätserhöhung größer ist, als
wenn der Zellstoff vor der Blattbildung behandelt wird. Erhöhung der Dicke ist auch größer. Der Abfall
der Reißlauge ist bei niedrigem Mahlgrad sehr groß. Bei stärkerer Mahlung dagegen ist der Abfall
nicht so beträchtlich.
Auch die Absorptionsgeschwindigkeit für Flüssigkeiten kann erhöht werden, wenn fertiges Papier gemäß
der Erfindung behandelt wird. Fabrikhergestellte Säuglingswindeln (34 Schichten je 20 g/m2 Kreppzellstoff)
zeigten nach Eintauchen in flüssigen Ammoniak undAmmoniakverdampfung einen Wasserdurchschlag
nach 4,2 Sekunden gegenüber 7,6 Sekunden bei unbehandelten Windeln.
In einem weiteren Versuch wurden PFI-Blätter
mit doppeltem Gewicht (140 g/m2) aus einem gebleichten Kiefernsulfatzellstoff hergestellt. 20 mm
breite Streifen dieser Blätter wurden in verschiedene Amine getaucht und getrocknet. Die Geschwindigkeit
der Wasserabsorption dieser Streifen ist in der nachstehenden Tabelle gezeigt:
Behandlungsmittel
Unbehandelt
Streifen behandelt mit
NH3
CH3NH2
C2H5NH2
cysyr-
Absorptionshöhe
in cm nach 10 Minuten
4,9
7,2
12,0
13,5
9,5
9,7
Wie oben erwähnt, kann eine Erhöhung der Absorptionsgeschwindigkeit
und/oder Opazität auch durch Behandlung von Papierzellstoff oder Papier mit
Alkylaminen, die bis zu 4 Kohlenstoff atome im Molekül enthalten, erzielt werden.
Der im Beispiel 3 beschriebene Zellstoff wurde unter 2000 Umdrehungen pro Minute in der PFI-Mühle
gemahlen und dann Prüfblätter hergestellt.
In den vorstehenden Beispielen wurden hauptsächlieh weiche Nadelholzzellstoffe für die Absorptionsversuche und Sulfitzellstoffe mit hoher Ausbeute für
die Opazitätsversuche verwendet. Die erfindungsgemäß erzielten Verbesserungen bezüglich Absorptionsgeschwindigkeit
und Opazität nach der Behandlung von Papier oder Papierzellstoffe beschränken sich keineswegs auf die obenerwähnten Arten. Ähnliche
Wirkungen wurden auch bei anderen Zellstoffqualitäten erzielt, obwohl die Größe der Wirkung
gewissermaßen von einer Zellstoffqualität zur anderen variiert.
Claims (2)
1. Verfahren zur Herstellung von Papier und Papiererzeugnissen mit großer Absorptionsgeschwindigkeit für Flüssigkeiten und/oder hoher
Opazität, gekennzeichnet durch eine kurze Behandlung von bis zu 90% getrocknetem
Papierzellstoff oder bereits hergestellten Papierbahnen oder -blättern mit einer Flüssigkeit, bestehend
aus flüssigem, wasserfreiem Ammoniak oder primären Aminen mit bis zu 4 C-Atomen im
Molekül oder Gemischen zweier oder mehrerer dieser genannten chemischen Verbindungen oder
Gemischen von einer oder mehreren der genannten Verbindungen mit Wasser, wobei die Wasser-
menge einschließlich des in dem zu behandelnden Zellstoff bzw. Papier vorliegenden Wassers
75 Gewichtsprozent nicht übersteigt, worauf in an sich bekannter Weise das flüssige Behandlungsmittel
durch Waschen mit üblichen Lösungsmitteln für die chemischen Verbindungen im Behandlungsmittel,
vorzugsweise Wasser, oder durch Verdampfen aus dem Zellstoff bzw. Papier entfernt
wird, gegebenenfalls unter vorheriger Druckbehandlung zum Entfernen von von dem Zellstoff
bzw. Papier absorbiertem überschüssigem Behandlungsmittel.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Regelung der Behandlungsdauer zur
Anpassung derselben an die Dicke und Dichtigkeit des Zellstoffs oder Papiers, wobei die erforderliche
Behandlungsdauer zwischen Bruchteilen einer Sekunde und 60 Sekunden liegt.
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