DE3345623A1

DE3345623A1 - Verfahren zur entfernung von druckfarbe aus sekundaerfaserquellen, sekundaerfasern und verfahren zur herstellung von papier unter deren verwendung

Info

Publication number: DE3345623A1
Application number: DE19833345623
Authority: DE
Inventors: Byron R. Neenah Wisc. Terry
Original assignee: Kimberly Clark Corp
Current assignee: Kimberly Clark Corp
Priority date: 1982-12-20
Filing date: 1983-12-16
Publication date: 1984-06-20
Also published as: GB8333769D0; DD223745A5; DK586983D0; KR840007041A; FI73268B; FI834675A0; FI73268C; GR79451B; NO834694L; PT77851A; LU85147A1; KR880001122B1; BR8306973A; IT1169396B; PH21639A; DK586983A; NL8304349A; GB2133817A; ES528218A0; CH665233A5

Description

P 18 453

Beschreibung

Die gewerbliche Erzeugung verschiedener Papiertypen erfordert die Verwendung von Papierrecyclisat als eine Quelle für Fasern zur Herstellung von Paoier, aufgrund der Unkosten frischer Fasern. Vor der Verwendung derartiger sekundärer Faserquellen zur Herstellung eines gewerblichen Produkts ist es notwendig, die Faserquelle so zu behandeln, daß unerwünschte chemische Bestandteile, die die Qualität des endgültigen Papierprodukts nachteilig beeinflussen, entfernt werden. Die vorwiegenden

2Q Verunreinigungen, die entfernt werden nüssen, sind Druckfarben bzw. Tinten oder Farbstoffe, die sich nachteilig auf die Farbe und den Glanz der als BeSchickungsmaterial verwendeten Sekundärfasern auswirken. Druckfarbenablagerungen auf Papier sind äu.ßerst dünn und weisen etwa eine Dicke von nur etwa 0,000254 cm (0,0001 inch) auf. Chemisch sind die Druckfarben im allgemeinen ein Gemisch von Pigment oder organischem Farbstoff, Bindemittel und Lösungsmittel. Einige Druckfarben enthalten auch metallische Trockner, Weichmacher und Wachse, um

QQ erwünschte Eigenschaften zu verleihen. Ihre chemische Aufbereitung kann daher sehr kompliziert sein. Jedoch sind Druckfarben nicht mit anderen Zusätzen oder Verunreinigungen gleichzusetzen, wie Lacke, Leine und Weichmacher, die, wie dem Fachmann auf dem Gebiet der Entfernung von Druckfarben geläufig, chemisch und physikalisch unterschiedlicher Natur sind.

Bisher wurde die Reinigung von Sekundärfasern allgemein

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dadurch erzielt, daß die Quellen für Sekundärfasern verschiedenen Behandlungen unterworfen wurden. Die allgemeinste Behandlungsform ist das chemische nasse De-inking. Beispielsweise beschreibt die US-PS 3 098 784 (Gorman) ein De-inking~Verfahren für bedrucktes Papier, bei dem das bedruckte Papier in Wasser aufgeschlämmt wird, das 0,2-5,0 Prozent (basierend auf dem Gewicht des Paniers) eines wasserlöslichen, nicht-ionischen oberflächenaktiven Mittels enthält, bei einer Temperatur von etwa 32-82°C (90-180°F). Die Behandlung erfolgt in einer Standard-Papierstoff-Zerfaservorrichtung, in der die Papiermasse zu im wesentlichen Einzelfasern zerkleinert wird. Die US-PS 3 179 555 (Krodel et al) beschreibt ein wässriges Verfahren unter Verwendung bestimmter Salze, um eine Änderung des Zeta-Potentials zwischen den Druckfarbenteilchen und den Materialteilchen zu bewirken. Ein Detergens wird zum Emulgieren der abgetrennten Druckfarbenteilchen verwendet, wodurch sie von der Pulpe durch Waschen entfernt werden können. Die US-PS 3 377 234 (Illingworth) beschreibt ein De-inking-Mittel zur Verwendung in einer wässrigen Lösung, das ein Gemisch von Alkylsulfaten, Alkylarylsulfonaten und Natriumpolyphosphat umfaßt. Die US-PS 1 422 251 (1922) (Billingham) beschreibt die Desintegration von Sekundärfaserquellen als eine Vorbereitung für das Naß-De-inking. Die US-PS 2 018 938

(1935) (Wells) beschreibt eine Naß-De-inking-Verfahrens— weise, bei der Abfallpapier in einer seifigen Lösung mit einer Stabmühle desintegriert wird. Die US-PS 2 916 412 (1959) (Altmann et al.) beschreibt ein Naß-De-inking-Verfahren, bei dem aufgeschlämmtes Abfallpapier (3,25 % Konsistenz) grob zu einem Papierbrei verarbeitet wird und anschließend bei einer Temperatur unter 44,4°C verfeinert wird, um die Druckfarbe von den Fasern zu schlagen. Die DE-PS 2 836 805 (1979) beschreibt das Aufschlämmen von Abfallpapier in einem Pulper mit einer Konsistenz von 3-5 % in Anwesenheit von Elektrolyten, um das Quellen der Fasern zu bewirken, wodurch die Druckfarbe abbröckelt. Jedoch können diese und andere De-inking-

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Verfahren kostspielig sein und zu großen Schlairanengen führen, wodurch sieh Abfallbeseitigungsprobleme ergeben. Außerdem gibt es bestimmte Papiertyoen, die nach üblichen Naßmethoden überhaupt nicht erfolgreich zu De-inken sind, da sie mit den De-inking-Mitteln chemisch nicht reagieren.

Andere Behandlungen von Sekundärfasern richteten sich auf die Abtrennung anderer Verunreinigungen neben Druckfarben von den Sekundärfasern, wie Kunststoffüberzüge und ver~ schiedene teilchenförmige Materialien. Beispielsweise beschreibt die FR-PS 1 295 608 (1961) die Gewinnung von Abfallpapier, das mit synthetischen Materialien oder Kunststoffolien überzogen ist, durch Benetzen des Abfallpapiers und Abriebbehandlung der Aufschlämmung in einem Holländer. Die hydrophoben Kunststoffteilchen können von dem hydrophilen Fasermaterial abgetrennt werden, das durch die Reibungsmühle zu Teilchen (Fasern) desintegriert wurde, die kleiner sind als die Kunststoffteilchen. Die GB-PS 940 250 (1963) beschreibt ein Verfahren zur Gewinnung von Fasermaterialien aus Abfallpapierprodukten, die mit synthetischen Harzen in der Form eines starren Films überzogen wurden. Dieses Abfallmaterial wird einer kräftigen mechanischen Behandlung in Anwesenheit von weniger als 70 Gew.-% Wasser unterzogen, um das Material zu zerfasern, wobei der synthetische Harzfilm in relativ großen Stücken zurückbleibt. Die GB-PS 1 228 276 (1971) beschreibt ein Verfahren zur Gewinnung von Fasermaterial aus Abfallpapier, das mit Kunststoff überzogen ist oder Kunststoff enthält. Das Abfallpapier wird in Wasser zerfasert, wodurch sich der Kunststoff von den Fasern in kleinen Teilchen ablöst. Die Kunststoffteilchen werden anschließend von den Fasern abgetrennt. Eine russische Veröffentlichung "Dry Comminution of Waste Paper", von M. V. Vanchakov, V. N. Erokin, M. N. Anurov (14. Januar

1981) beschreibt das trockene Vermählen von Abfallpapier in einer Hammermühle als Vorbehandlung vor einem Hydropulper, um große Verunreinigungen, wie Befestigungsmaterialien, Tuch, Polyethylenfolie und andere zu ent-

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fernen. Das gemahlene Material wird durch Trennsiebe mit Öffnungen von 4 ram und 8 mm Durchmesser geleitet und die Fraktionen, die durch die Siebe hindurchtreten, werden in einem Hydropulper entfasert· Wie jedoch vorstehend ausgeführt, richtet sich keine dieser Verfahrensweisen auf das De-inking. Alle betreffen die Entfernung von Kunststofffolien und Überzügen, die sich als relativ große Teilchen abtrennen. Außerdem verwenden alle Methoden außer der russischen Veröffentlichung Wasser und sind daher für ein Trockenverfahren nicht empfehlenswert. Andererseits betrifft die russische Veröffentlichung kein De-inking, sondern richtet sich auf die Entfernung großer Verunreinigungen anstelle von Feinstoffen.

Andere bekannte Verfahren zur Behandlung von Abfallpapieren verwenden unterschiedliche Methoden. Beispielsweise lehrt die US-PS 3 736 221 (1973) (Evers et al.) ein Verfahren zur Herstellung von Formkörper!* aus Abfallpapier durch Zerfasern des Abfallpapiers in einer Hammermühle, Überziehen der Fasern mit einem wässrigen Bindemittel, Druckbehandlung und Verbacken. Es wird kein Versuch unternommen, die Druckfarbe von dem Abfallpapier zu entfernen. Die US-PS 4 124 168 (1978) (Bialski et al) lehrt ein Verfahren zur Gewinnung unterschiedlicher Arten von Abfallpapier aus einer gemischten Quelle durch Fragmentbildung der Ausgangsmaterialien und Abtrennen der verschiedenen Komponenten durch ihre Fragmentbildungsfähigkeit. Diese Methode dient nur dazu, verschiede Arten von Abfallpapier, die in einem gemischten Material vorhanden sind, zu klassifizieren, und es ist nicht möglich, die Druckfarbe von dem Abfallpapier zu entfernen. Die DE-ps 1 097 802 (1961) beschreibt ein Verfahren zur Wiedergewinnung von Abfallpapier durch Reißen und Reinigen des Papiers, Zerknittern und Walzen des zerissenen Papiers in praktisch trockenem Zustand und Zerfasern im trockenen Zustand, gegebenenfalls in Anwesenheit von trockenem Dampf. Diese Methode versucht die Schwierigkeiten zu überwinden, die sich bei der Zerfaserung von Abfall-

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papieren ergeben, die mit hydrophoben Materialien überzogen sind, die nicht gut auf wässrige Methoden ansprechen. Es wird jedoch keine Lehre angegeben, wie Druckfarbe durch eine derartige Trockenbehandlung entfernt werden kann.

Dementsprechend verbleibt ein Bedürfnis nach einem Deinking-Verfahren, das die Schlammbildung und die chemischen Kosten vermeidet oder auf ein Minimum herabsetzt. Zahlreiche verschiedene bekannte Behandlungsverfahren für Abfallpapier versuchten diesem Bedürfnis zu entsprechen, keine der Verfahrensweisen war jedoch erfolgreich.

Es wurde nunmehr ein De-inking-Verfahren bzw. ein Verfahren zur Entfernung von Druckfarben bzw. Drucktinten gefunden, das einfacher durchzuführen und wirtschaftlicher ist, als die üblicherweise verwendeten De-inking-Naßverfahren. Allgemein besteht das Verfahren darin,

a) eine Druckfarbe aufweisende Quelle für Sekundärfasern oder ein Beschickungsmaterxal in im wesentlichen trockenem Zustand, vorzugsweise lufttrocken, mechanisch zu zerfasern und so im wesentlichen einzelne Fasern und Feinstoffe zu bilden; und

b) die Feinstoffe vonden Fasern abzutrennen.

Das Zerfasern erfolgt, wenn die Quelle für die Sekundärfasern lufttrocken oder ausreichend trocken ist, um eine Adhäsion bzw. ein Zusammenkleben der resultierenden Fasern und Feinstoffe zu verhindern. Die Feinstoffe, die die Druckfasern enthaltenden Feinstoffe umfassen, können von den Fasern entfernt oder abgetrennt werden, beispielsweise durch Sieben durch ein Sieb mit Maschenweiten, die ausreichend gering sind, um die Fasern zurückzuhalten, jedoch ausreichend groß sind, um den Durchtritt der Feinstoffe zu gestatten. Die Feinstoffe können Druckfarbenteilchen, Faserfragmente, die Druckfarben aufweisen,

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anderes Teilchenmaterial, das Druckfarbe trägt, wie Beschwerungs- oder Füllmaterialien, Faserfragraente, die während der Zerfaserung gebildet wurden, Faserfragmente, die ursprünglich in der Quelle für die Sekundärfasern vorhanden waren und teilchenförmige Beschwerungs- und Füllmaterialien umfassen, die in der Sekundärfaserquelle vorhanden sind. Es versteht sich jedoch, daß in allen Fällen zumindest ein Teil der Feinstoffe Druckfarben enthaltende Feinstoffe oder Druckfarbenteilchen umfaßt. 10

Die hier und in den Patentansprüchen verwendeten Ausdrücke weisen folgende Bedeutungen auf:
"Sekundärfaserquelle" bzw. "Ausgangsmaterial für Sekundärfasern" bedeutet cellulosehaltige Produkte die Druckfarbe tragen oder enthalten, wie bedrucktes Abfallpapier, das zur Verwendung als Ausgangsmaterial bzw. Quelle für die Herstellung von Fasern zur Papierherstellung eingesetzt werden soll.

" Lufttrocken " bedeutet, daß sich der Feuchtigkeitsgehalt der Quelle für Sekundärfasern im Gleichgewicht mit den atmosphärischen Bedingungen befindet, denen sie ausgesetzt ist.

"Im wesentlichen Einzelfasern bzw. diskrete Fasern" bedeutet im wesentlichen einzelne Fasern, wobei es möglich ist, daß einige Faseraggregate vorhanden sind, die mehrfach länger sind als ihr Durchmesser..

Typischerweise enthalten Sekundärfaserquellen etwa 3-9 Gew.-% Feuchtigkeit, was für die erfindungsgemäßen Zwecke etwa dem Bereich für lufttrockenes Papier entspricht. Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es daher bevorzugt, wenn kein zusätzliches Wasser vorhanden ist oder zu der zu zerfasernden Sekundärfaserquelle gefügt wird. Es wurde gefunden, daß _Λ wenn der Wassergehalt des Papiers zunimmt, die Energiebedürfnisse für die Zerfaserungsvorrichtung rasch ansteigen. Diese Ener-

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giezunahme kann zur Zerstörung der Fasern führen, was zu einem unbrauchbaren Abbau der Fasern führt. Auch neigen, wenn der Wassergehalt zunimmt, die während der Zerfaserung gebildeten Fasern und Feinstoffe zur Agglomeratbildung oder dazu, aneinander zu haften, wodurch die Vorrichtung verstopft, die Abtrennung verhindert und die Ausbeute an brauchbaren Fasern verringert werden können. Die Quelle für Sekundärfasern befindet sich daher in im wesentlichen trockenem Zustand, wenn die Zerfaserung durchgeführt wird/Und es sollte, obwohl Wcisser vorhanden sein oder zugesetzt werden kann, nicht soviel sein, daß ein unbrauchbares oder unwirtschaftliches Ausmaß der Faserzersetzung oder des Energieverbrauchs bewirkt werden oder die Zerfaservorrichtung verstopft wird. Die spezielle zahlenmäßige Begrenzung des Wassergehalts hängt hauptsächlich von den Charakteristika der Quelle für die Sekundärfasern und dem Betrieb und der Wirtschaftlichkeit der bei dem Verfahren verwendeten Zerfaserungsvorrichtung ab. Diese Grenzen können vom Fachmann durch Versuche bestimmt werden. Im allgemeinen kann jedoch davon ausgegangen werden, daß ein Feuchtigkeitsgehalt von etwa 20 Gew.-%, basierend auf den Feststoffen, eine praktische Grenze für die meisten Situationen darstellt.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders brauchbar zur Entfernung von Druckfarben von Sekundärfaserquellen, die mit einem Oberflächenleim oder einem Sperrschichtmaterial überzogen wurden. Der Leim dient zur Abhaltung der Druckfarbe derart, daß ein Widerstand gegen den

3Q Durchtritt der Druckfarbe nach deren Auftrag auf die Quelle für die Sekundärfasern geschaffen wird. In derartigen Fällen wird mindestens ein Teil des Leims oder Überzugs mit den Druckfarbenfeinstoffen während des Zerfaserns entfernt und von den Fasern abgetrennt. Beispiele für Sperrschichtüberzügeoder Oberflächenleime umfassen Stärken, Casein, tierischen Leim, Carboxymethylcellulose, Polyvinylalkohol, Methyl cellulose, Wachsemulsionen und verschiedene Harzpolymere.

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Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Einzelfasern bzw. diskreten Fasern, die keine Hydratbildung aufweisen (die für Fasern, die nach Naß-De-inking-Verfahren erhalten wurden charakteristisch ist), sind als Sekundärfasern geeignet und können zur Herstellung von Celluloseprodukten, wie Stoff, bzw. Gewebe, Papier, Polster, Watte, Bögen bzw. Blätter, Zeitungsdrucke und dgl. recyclisiert werden.

Im folgenden werden die beigefügten Figuren kurz erläutert. Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Beispiels für eine Zerfaserungsvorrichtung, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet wird.

Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht der Zerfaserungsvorrichtung des Typs der Fig. 1, wobei der Vorderdeckel geöffnet ist, um die Rührflügelblätter und die schartenförmige Arbeitsoberfläche freizulegen.

Fig. 3 ist ein perspektivischer Schnitt der geöffneten Zerfaserungseinrichtung, aus der der Rührflügel entfernt ist, um die öffnung freizulegen, durch die die verarbeiteten Fasern aus der Arbeitskammer abgezogen werden.

Fig. 4 ist ein Seitenaufriß der Zerfaserungsvorrichtung, teilweise im Schnitt, der seinen Betrieb zeigt.

Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht einer Zerfaserungsvorrichtung, die modifiziert wurde, um in kontinuierlicher Weise betrieben werden zu können.

Fig. 6 ist ein schematisches Fließdiagramia, das ein erfindungsgemäßes Verfahren veranschaulicht.

Fig. 7 ist ein Blockdiagramm, das die Verwendung der Erfindung im Zusammenhang mit der Papierherstellung veranschaulicht.

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Im

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folgenden werden die Figuren genauer erläutert.

Der in der Fig. 1 dargestellten Zerfaserungsvorrichtung liegt eine Turbinenmühle (Turbomühle) zugrunde. Für den Fachmann ist jedoch ersichtlich, daß zahlreiche Zerfaserungsvorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet sind, wie Hainmermühlen, Scheibenbzw. Tellermühlen, Stiftmühlen, Schlagkreuzmühlen usw. Im allgemeinen umfaßt die Zerfaserungsvorrichtung 1 ein Gehäuse, das rotierende Rotorblätter(vgl. Fig. 2) einschließt, die durch eine geeignete Antriebsvorrichtung 2 angetrieben werden. Die Quelle für Sekundärfasern, z. B. bedrucketes Papier, das zerschnitzelt werden kann, wird in die Zerfaserungsvorrichtung durch den Beschickungs einlaß 3 eingespeist, und das Abfallpapier wird im wesentlichen zu Fasern und Feinstoffen zerkleinert oder zerfasert. Ein im Inneren angeordneter Ventilator zieht Luft durch den Beschickungseinlaß 3 zusammen mit dem Abfallpapier ein und führt die Luft durch die Austrittsöffnung ab, wobei die Fasern und Feinstoffe mit der Luft mitgetragen werden. Die Fasern werden in einem schlauchförmigen Netz-Sack 5 gesammelt, der die Feinstoffe durch die Maschenöffnungen hindurchtreten läßt, während die Fasern zurückgehalten werden. Ein spezielles Material für den Netzsatz 5, das sich als zufriedenstellend erwies, wies eine Maschengröße von 50 χ 60 öffnungen pro 2,54 cm (pro inch) auf. Der Drahtdurchmesser betrug 0,0229 cm (0,009 inch), und die öffnungen betrugen 0,0152 cm χ 0,0304 cm (0,006 χ 0,012 inch). Die Öffnungsfläche des Siebes betrug 23 % der Oberfläche. In der Fig. 1 sind auch Kühleinrichtungen vorgesehen, die einen Wasserzufuhreinlaß 6 und Austrittsöffnungen 7 zur Abfuhr von Wärme aufweisen, die durch die Reibung bei der Scherbehandlung des Faserbeschickungsmaterials erzeugt wird. Abgesehen von dem schlauchförmigen Netzsack sind Zerfaserungsvorrichtungen, wie in der Fig. 1 dargestellt, eine handelsübliche Ausrüstung. Eine derartige Zerfaserungsvorrichtung wird in der US-PS 3 069 103 beschrieben. Die vor-

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liegend veranschaulichte und verwendete spezielle Vorrichtung war eine Pallman Ref. 4-Zerfaserungsvorrichtung.

Fig. 2 stellt die innere Arbeitskammer der Zerfaserungsvorrichtung dar, und veranschaulicht primär die Lage der Rotorblätter. Es wird eine schartenförmige, gerillte Arbeitsoberfläche 8 dargestellt, an der das Beschickungsmaterial durch Einwirkung der sich bewegenden Rotorblätter 9 gerieben wird. In der Fig. ist dies nicht deutlich dargestellt, jedoch liegt ein Zwischenraum zwischen der schartenförmigen Arbeitsoberfläche und den Blätter vor, in dem die Cellulosematerialien herumgestoßen werden. Die Blattstellung in bezug auf die Arbeitsoberfläche 8 ist einstellbar, so daß eine gewisse Steuerung des Zerfaserungsausmaßes möglich ist, das auch durch die Rotorgeschwindigkeit, die Verweilzeit und die Natur der Arbeitsoberfläche gesteuert wird. Die Arbeitsoberfläche 8 besteht aus sechs entfernbaren Segmenten. Diese können durch eine größere oder geringere Anzahl von Segmenten ersetzt werden, die eine unterschiedliche Bauweise oder Konfiguration bezüglich der Oberfläche aufweisen. Diese Flexibilität führt zu zahlreichen Möglichkeiten zur Änderung und Optimierung der Zerfaserung. Jedoch arbeitet die hier veranschaulichte Bauweise sehr zufriedenstellend.

Insbesondere sind die Rillen jedes Segments, wie dargestellt, parallel zueinander und befinden sich in einem Abstand vonetwa 2 mm, gemessen von Scheitelpunkt zu Scheitelpunkt, voneinander. Jede Rille ist etwa 1,5 nun tief. Die radiale Breite jedes Segments beträgt etwa 10 cm. Diese Abmessungen dienen lediglich als Beispiel ohne eine Einschränkung darzustellen. Wie speziell dargestellt, liegt die Arbeitsoberfläche im Inneren der schwenkbaren Abdeckung 10, die im wesentlichen identisch mit der anderen Arbeitsfläche 8 ist, die bereits beschrieben wurde. Wenn die Abdeckung geschlossen wird, so bilden die beiden Arbeitsoberflächen eine Innenkammer, in der das Beschickungsmaterial zerfasert wird.

Die Fig. 3 stellt einen perspektivischen Schnitt der Zerfaserungsvorrxchtung dar, wobei der Rotor entfernt wurde, um die Öffnung 11 freizulegen, durch die das zerfaserte Material gelangt, bevor es durch die Austrittsöffnung 4 austritt. Die Größe der Öffnung stellt eine Variable dar, die das Zerfaserungsausmaß durch Vergrößerung oder Verringerung der Luftströmungsgeschwindigkeit und somit die Verweilzeit innerhalb der Zerfaserungsvorrichtung steuert. Die Öffnung .ist, in einer entfernbaren Platte 12 enthalten_ä um eine zweckmäßige Änderung der Öffnungsgröße zu ermöglichen. Ein Öffnungsdurchmesser von 160 mm hat sich als geeignet in Verbindung mit einer Luftströmungsgeschwindigkeit von etwa 10 m pro min erwiesen. In der Fig. 3 sind auch die Rührflügelblätter 13 des Ventilators gezeigt, der die Luftströmung durch die Zerfaserungsvorrichtung bewirkt.

Fig. 4 ist eine Querschnitt-Ansicht der Zerfaserungsvorrxchtung, die schematisch ihren Betrieb darstellt. Die Pfeile zeigen die Strömungsrichtung der Luft und der Fasern an. Speziell wird eine Sekundärfaserquelle 15 in den Beschickungseinlaß 3 eingeführt, wo sie mit den rotierenden Blättern 9 in Kontakt kommt. Der Luftstrom führt die Sekundärfaserquelle zwischen die Rotorblätter und die Arbeitsoberfläche 8, derart, daß die Sekundärfaserquelle zu immer kleineren Teilchen zerkleinert wird und schließlich zu im wesentlichen Einzelfasern und Feinstoffen zerkleinert oder zerfasert wird. Die Zentrifugalkräfte, die durch die Rotorblätter erzeugt werden, zwingen die Teilchen, vorzugsweise die größeren Teilchen, zu der Spitze bzw. dem Scheitel 16 zwischen den winkelförmig arbeitenden Oberflächen. Diese Kräfte können die größeren Teilchen daran hindern zu entweichen, bevor sie völlig zerfasert wurden. Nach im wesentlichen vollständiger Zerfaserung werden die zerkleinerten festen Materialien durch die Öffnung 11 der entfernbaren Platte 12 getragen. Die Ventilator-Flügel 13 zwingen dann die durch die Luft getragenen Fasern durch die Austrittsöffnung 4.

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Fig. 5 veranschaulicht den Betrieb der vorstehend beschriebenen Zerfaserungsvorrichtung, jedoch in leicht modifizierter Weise für den kontinuierlichen Betrieb, der für den gewerblichen Betrieb günstig ist. Bei dieser Ausführungsform ist der Beschickungseinlaß 3 als rohrförmiger Einlaß anstelle des Trichters, wie in der Fig. 1 gezeigt, dargestellt. Das Beschickungsrohr führt zu einer kontinuierlichen Zufuhr von zerkleinertem Sekundärfasern-Quellenmaterial geeigneter Größe und Qualität. Allgemein gesprochen kann ein derartiges Material in der Form von Blättern von etwa 5,8 bis etwa 10,15 cm im Quadrat (etwa 2 bis etwa 4 inches square) oder weniger vorliegen, und es sollte frei von Trümmern bzw. Schutt sein, um die Zerfaserungsvorrichtung zu schützen. Jedoch hängt die Teilchengröße und die Form der Beschickung von den Fähigkeiten der speziellen zu verwendenden Zerfaserungsvorrichtung ab und ist erfindungsgemäß nicht beschränkt. Beispielsweise können Reißscheren zum Zerreißen der Sekundärfaserquellen verwendet werden, um die in den Tabellen I-III dargestellten Daten zu sammeln. Eine weitere veranschaulichichte Modifikation ist das kontinuierlich bewegte Sieb 18, das die Fasern in der Form einer Matte oder einer Watte 19 sammelt. Die Maschen des Siebes sind so gewählt, daß die Feinstoffe hindurch können, vorzugsweise unterstützt durch einen Vakuumbehälter 20, der die Feinstoffe aufsammelt und sie zu einem geeigneten Sammelort kanalisiert. Ein Drahtgewebe der W. S. Tyler Incorporated von 150 mesh (150 öffnungen pro 2,54 lineare cm bzw. pro lineares inch) ,. einem Drahtdurchmesser von 0,0066 cm (0,0026 inch), einer Öffnungsbreite von 0,01041 cm (0,0041 inch) und einer offenen Fläche von 37,4 % hat sich als am besten arbeitend erwiesen, bei Erzielung einer Matte mit einem Basisgewicht von etwa 5,44 kg/1,8 m² (12 Ib./2800 square feet) oder weniger.

Dickere Matten neigen dazu, die Feinstoffe in der Matte selbst einzuschließen, unabhängig von der Größe der Drahtöffnungen. In Schattenlinien ist eine modifizierte Austrittsöffnung 4 dargestellt, die verbreitert wurde,

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um sich der Breite des bewegten Siebes anzupassen. In der Praxis wurde beispielsweise bei kontinuierlicher Durchführung zerrissenes Abfallpapier in die Pallman-Zerfaservorrichtung in einer Menge von 0,68 kg (1,L> Ib) pro min eingespeist. Die Zerfaserungsvorrichtung wurde auf eine lichte Weite von 3 mm zwischen der schartenförmigen Arbeitsoberfläche und den Rotorblättern eingestellt. Eine entfernbare Platte mit einer öffnung von 140 mm wurde hinter dem Rührflügel angebracht, der sich mit 4830 Umdrehungen pro min ohne Belastung bewegte. Die Luftströmung durch die Zerfaserungsvorrichtung betrug etwa 10,34 m (etwa 365 cubic feet)pro min . Kühlwasser wurde in den Kühlmantel in einer Menge von 2 1 pro min beschickt. Die ursprüngliche Wassertemperatur betrug 15 - 15,6°C (59-60⁰F) und erhöhte sich auf 18,8-2O°C (66-68 F) nach längerem Betrieb. Die Geschwindigkeit des das zerfaserte Material aus der Zerfaserungsvorrichtung aufnehmenden Netzes wurde auf 106,7 m (350 feet) pro min eingestellt. Das Vakuum unter dem Netz betrug 0,00i5 bar (0,6 inch) Wasser. Etwa 18,85 % der Sekundärfaserquelle traten durch das Netz als Feinstoffe hindurch, wohingegen der Rest auf dem Netz als trockenes von Druckfarbe befreites Produkt gesammelt wurde. Der Feinstoffanteil enthielt etwa 75 Gew.-% Faserteilchen und etwa 25 Gew.-% Ton (Füllsoff).

Fig. 6 veranschaulicht schematisch eine Gesamtansicht eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Insbesondere zeigt sie eine Quelle für Sekundärfasern 15, die in eine Zerfaservorrichtung 21 mit identischer oder ähnlicher Funktion wie bei dem in den vorstehenden Figuren beschriebenen Typ, eingespeist wird. Wie vorstehend erläutert, ist es für die meisten Zerfaserungsvorrichtungen wahrscheinlich bevorzugt, zuerst die Sekundärfaserquelle zu zerreißen. In der Zerfaserungsvorrichtung wird die zerrissene oder nichtzerrissene Sekundärfaserquelle im wesentlichen zu einzelnen oder diskreten Fasern und Feinstoffe zerkleinert, die auf einem bewegten

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Sieb 18 abgelagert werden. Die Ablagerung der Fasern auf dem Sieb wird durch einen Vakuumbehälter 20 unterstützt, der die Entfernung der Feinstoffe erleichtert. Die Feinstoffe umfassen einen grofen Teil der in der Rohbeschickung vorhandenen Druckfarbe, und sie werden in einem geeigneten Aufnahmegefäß 22 zur Entfernung gesammelt. Das Vakuum für den Vakuumbehälter wird durch einen Ventilator 23 geschaffen, der die Feinstoffe durch das Sieb anzieht und sie in den Aufnahmebehälter 22 bläst. Die faserförmige Masse oder die Watte aus Fasern, die auf dem bewegten Sieb abgelagert ist, wird anschließend durch Bemessen auf eine gleichmäßige Dicke oder in einer geeigneten Meßvorrichtung 24 gesammelt und anschließend zu Zellstoffballen in einer Vorrichtung zur Bildung von Ballen 25 umgewandelt oder alternativ direkt in einen Pulper beschickt, unter Bildung einer Papierbreiauf schlämmung zur Herstellung von Papier in üblicher Weise. Außerdem können die gewonnenen Fasern direkt in eine Luft-Formungsvorrichtung zur Erzielung von durchLuft gelegte Matten oder Watte beschickt werden. Für den Fachmann ist ersichtlich, daß verschiedene Vorrichtungen oder Ausrüstungen verwendet werden können, um die hier veranschaulichten Funktionen durchzuführen. .

Fig. 7 veranschaulicht darüber hinaus das erfindungsgemäße Verfahren in einem Blockdiagramm, welches das Gesamtverfahren zur Herstellung von Papier zeigt, unter Verwendung von Fasern, die aus einer trocken-de-inkten Sekundärfaserquelle gewonnen wurden.Wie dargestellt, wird eineDruckfarbe aufweisende Sekundärfaserquelle (wie bedrucktes Abfallpapier) lufttrocken zerfasert, unter Bildung von im wesentlichen Einzelfasern und Feinstoffen. Die Feinstoffe werden von den Fasern in jeglicher geeigneten Weise abgestrennt, wobei die gewonnenen Fasern zur gewünschten Verwendung verbleiben.

Es bestehen verschiedene Möglichkeiten. Wie dargestellt, können die Fasern zu Ballen verarbeitet werden, zur anschließenden Papierbreibereitung, wie durch die Schatten-

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linien gezeigt. Sie können auch direkt zu einem Luftformer beschickt werden, um durch Luft gelegte Matten zu erzeugen. Alternativ können die Fasern gereinigt werden, wie durch eine wässrige Zentrifugen- bzw. Zer.tri-Reinigung wie in den Tabellen IV und V veranschaulicht, oder durch Naß-De-inking-Methoden, die in der Industrie geläufig sind und für die als Beispiele die vorstehend beschriebenen Naß-De-inking-Patente genannt werden. In jedem Falle können die resultierenden Fasern durch Aufschlämmen mit Wasser zu Papierbrei verarbeitet und zu einer Papierherstellungsmasse mit geeigneter Konsistenz verdünnt werden. Die Masse zur Papierherstellung wird anschließend naßgelegt, unter Bildung einer Faseriaatte und unter Bildung eines Papierbogens getrocknet. Die speziellen Stufen der Papierherstellung können variieren, und sind dem Fachmann geläufig. Die in trockener Weise von Druckfarbe befreite Faser gemäß der Erfindung ist als Sekundärfaser für Stoff- bzw. Gewebematerial, Feinpapier, Druckpapier und andere Papiere geeignet.

Beispiele

Zur Veranschaulichung der Wirkung des erfindungsgemäßen Verfahrens wurden sechs verschiedene Sekundärfaserquellen erfindungsgemäß mechanisch zerfasern, wie vorstehend beschrieben, unter Verwendung der Zerfaserungsvorrichtung, dargestellt in den Fig. 1-4. Die sechs verschiedenen Proben waren Computerausdrucke, Xerocopie-Bond (auf trockenes Eastman Kodak-Fotokopierpapier), mit Druckfarbe überschichtete Pappe, gehärtet durch Ultraviolett-Licht (UV-beschichtete Pappe), lackierte Pappe, Zeitungspapier und Magazine. Die zweiten, dritten und vierten vorstehend erwähnten Proben waren nach üblichen De-inking-Naßverfahren praktisch nicht zu behandeln. Sämtliche Sekundärfaserquellen waren lufttrocken und wurden bei Raumtemperatur verarbeitet. Es versteht sich

jedoch, daß bestimmte Druckfarben und Leime besser bei höheren Temperaturen verarbeitet werden können, wo sie leichter bröselig sind und daher leichter feinere Teilchen bilden. Außerdem können einige Druckfarben oder Leime thermoplastisch sein, und sie können daher besser bei niedrigeren Temperaturen verarbietet v/erden. Die optimale Verarbeitungstemperatur hängt daher von den Eigenschaften der speziellen vorwiegenden Sekundärfaserqueile und der Wirtschaftlichkeit der Bereitstellung einer geeigneten Temperatur ab.·

Von Druckfarbe befreite Fasern, die dadurch gewonnen wurden, daß jede Probe den» erfindungsgemäßen Verfahren unterzogen wurde (Test) und nicht von Druckfarben befreite Fasern (Kontrolle), die erhalten wurden durch Zerreißen jeder Probe zu kleinen Stückchen und Aufschlämmen in warmem Wasser (34°C bzw. 110 F) unter leichtem Vermischen, um die Bindungen von Faser zu Faser der Probe zu brechen, wurden in einer wässrigen Aufschlämmung als Papierbrei zur Herstellung von Papierhandbögen in üblicher Weise verwendet. Die so gebildeten Handbögen wurden anschließend auf den Glanz unter Verwendung eines photoelektrischenRef lexionsphotometers Elrepho ISO 3688 und auf den Aschegehalt (Messung der Entfernung von überzug und/oder Füllmaterial, TAPPI T211M-58) untersucht. Außerdem wurde der Test- und der Kontrollpapierbrei auch auf die Entwässerungseigenschaften untersucht (Canadian Standard Freeness TAPPI T227m-58) . Die Ergebnisse sind in den nachstehenden Tabellen I, II und III aufgeführt.

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Tabelle

(Canadian Standard Freeness nl)

Probe

Kontrolle

Test

Computerausdruck	380	590
Xerocopi-e	500	700+
UV-beschichtete Pappe	500	700+
Lackierte Pappe	500	700+
Zeitungspapier	100	270
Magazin	130	280

Tabelle

I I

(Aschegehalt Gew.-%)

20 Probe

Kontrolle

Test

Computerausdruck	10,3	6,2
Xerocopie	9,3	4,6
UV-beschichtete Pappe	4,6	2,4
Lackierte Pappe	5,1	3,2
Z eitungspapier
Magazin	23	15

Tabelle

(Glanz)

III

Probe	Kontrolle	Test
Computerausdruck	72	77
Xerocopie	81	85
UV-beschichtete Pappe	75	78
Lackierte Pappe	79	82
Zeitungspapier	35	44
Magazin	51	58

Wie aus den resultierenden Daten ersichtlich, wurden der Glanz und der Aschegehalt des endgültigen Bogens verbessert, wenn die aus dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Fasern zur Bildung des Bogens verwendet wurden. Außerdem wurden auch die Drainage-Eigenschaften (Freiheitsgrad) des Papierbreis durch das erfindungsgemäBe Trocken-De-inking-Verfahren verbessert. Die trocken von Druckfarbe befreiten Proben zeigten auch eine starke Verringerung der Anzahl sichtbarer Druckfarbensteilen im Vergleich mit den nicht-behandelten Proben. Zwar wurde dies nicht speziell gemessen, doch drückt sich diese Verbesserung zumindest teilweise in den Messungen des Glanzes aus.

Außer als einzige Behandlung einer als Beschickung für die Papierherstellung zu verwendenden Sekundärfaserquelle kann das erfindungsgemäße De-inking-Verfahren auch zur Vorbehandlung verwendet werden, der eine weitere Reinigung der Fasern oder ein übliches nasses De-inking-Verahren folgen soll. Als Vorbehandlung verringert dieses Verfahren die Bildung von nassem Schlamm während des. nassen De-inking-Verfahrens (wodurch das Beseitigungsproblem, das durch die Schlammbildung erzeugt wird, auf ein Minimum herabgesetzt wird), und die chemischen Kosten werden verringert, da ein Teil der Drückfarben bereits vor der anschließenden nassen De-inking-Behandlung entfernt wurde. Die Tabellen IV und V enthalten Vergleichsdaten für von Druckfarben befreite Zigarettenschachteln, wodurch die Verbesserung einiger der physikalischen Eigenschaften von zwei Sekundärfaserquellen (Zigarettenschachteln) gezeigt wird, wenn trocken von Druckfarbe befreit und anschließend in einem Hydroclon (Centrireinigung) gereinigt wird.

-X- 43

Tabelle

IV

(Winston-Z igarettenschachteln)

10

Freiheitsgrad Elrepho-Glanz Asche, %

Nasses
De-inking

616
76,5

Trockenes
De-inking

619
75,3
3,3

Trockenes De-inking plus Centrirelnigun«

700 77,6 1/8

15

Tabelle

(Salem-Zigarettenschachteln)

20

Preiheitsgrad Elrepho-Glanz Asche, %

Nasses
De-inking

636
81,2

Tockenes
De-inking

658
79,5
3,0

Trockenes De-inking plus Centr ire inigur

699 79,9 2,1

25

30

35

In jeder Tabelle enthielt die erste Spalte physikalische Eigenschaftsdaten des erhaltenen Produkts, wenn man die spezielle Probe einem Üblichen nassen De-inking-Verfahren unterwirft. Das spezielle Verfahren ist hinsichtlich des erfindungsgemäßen Verfahrens bedeutungslos, sondern es dient lediglich für Vergleichszwecke. Speziell enthielt die De-inking-Lösung 3,0 g Natriumhydroxid, 0,2 g Tetranatriumpyrophosphat, 0,2 g Armak Ethofat 242/25 oberflächenaktives Mittel und 1667 ml Wasser. Die De-inking-Lösung wurde auf 82°C (180°C) erwärmt und 50 g im Ofen getrocknetes Abfallpapier, das zu Stücken von 1,27 cm (1/2 inch) zerschnitten oder zerrissen war, wurden unter Ver mischen zugesetzt. Nach der Zerfaserung der jeweiligen Probe wurde diese dreimal durch Verdünnen mit Wasser auf

eine Konsistenz von 1 % gewaschen. Das gewaschene Produkt wurde dann auf den Canadian Standard Freiheitsgrad untersucht und zu Handbögen geformt, um die Glanztests durchzuführen.

Die zweite Spalte enthält entsprechende Daten für die Produkte des trockenen De-inking-Verfahrens der Erfindung, wie vorstehend beschrieben.

Die dritte Spalte enthält entsprechende Daten für die durch Centrireinigung der Faser, erhalten durch die trockene De-inking-Stufe der zweiten Spalte, erhaltenen Produkte. Insbesondere wurden die trocken von Druckfarbe befreiten Fasern mit Wasser aufgeschlämmt auf eine Beschickungskonsistenz von etwa 0,5 Trockengewichts-%.

Die aufgeschlämmten Fasern wurden unter einem überdruck von 2,9 bar (42 psig) in einem Bauer "600N" Centrireiniger in einer Menge von etwa 0,15 m (40 gallons) pro min eingespeist. Die spezielle Vorrichtung ist ein Hydroclon (Flüssigkeitscyclon) mit einer Nylonkonstruktion mit im allgemeinen konischer Form von 7,62 cm (3 inch) nominellem Innendurchmesser an der Spitze und einer Höhe von etwa 91,4 cm {36 inch). Der Centrireiniger dient zur Abtrennung der Fasern von kleineren und dichteren Teilchen in dem Fachmann für mechanische Abtrennungen bekannter Weise.

Diese Ergebnisse veranschaulichen die Wirksamkeit des trockenen De-inking-Verfahrens der Erfindung als Vorbehandlung, gefolgt von einer Reinigung, insbesondere im Hinblick auf die Verringerung von Feinstoffen, gemessen durch den verstärkten Freiheitsgrad in beiden Proben. Zusätzlich war der Glanz beider gewaschenen Proben leicht verbessert im Vergleich mit dem trocken von Druckfarbe befreiten Produkt.

Zwar ist dies nicht dargestellt, jedoch können die trocken von Druckfarbe befreiten Fasern auch anschließend

in üblicher Weise, wie dem De-inking-Fachmann bekannt, naß von Druckfarbe befreit werden. Beispielsweise können die trocken von Druckfarbe befreiten Fasern in der Deinking-Lösung, die vorstehend beschrieben vrurde, während eines Zeitraums zur Entfernung zusätzlicher Druckfarbe aufgeschlämmt, gewaschen und/oder centrigereinigt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann somit entweder als De-inking-Verfahren als solches oder als Verfahren in Kombination mit anderen Papier-Herstellungsverfahren angewendet werden. Das Verfahren weist zahlreiche Vorteile auf, die bisher nicht erzielt werden konnten.

- Leerseite -

Claims

Verfahren zur Entfernung von Druckfarbe aus Sekundärfaserquellen, Sekundärfasern and Verfahren zur Herstellung von Papier unter deren

Verwendung

Patentansprüche

Verfahren zur Entfernung von Druckfarbe aus einem Druckfarbe enthaltenden Sekundärfaser-Ausgangsmaterial, dadurch gekennzeichnet, daß man das Sekundärfaser-Ausgangsmaterial mechanisch zerfasert, unter Bildung von im wesentlichen einzelnen Fasern und von Feinstoffen, wobei das Zerfasern an dem Ausgangsmaterial für Sekundärfasern durchgeführt wird, das im wesentlichen lufttrocken ist oder ausreichend trocken ist, um ein Zusammenkleben der resultierenden Fasern und Feinstoffe zu verhindern, und daß die Feinstoffe von den Fasern abgetrennt werden, wodurch die

3345323

-2-' Fasern als Sekundärfasern geeignet sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsmaterial für Sekundärfasern nicht mehr als etwa 20 Gew.-% Feuchtigkeit aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsmaterial für die Sekundärfasern lufttrocken ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Feinstoffe von den Fasern abgetrennt werden durch Zerfasern der Feinstoffe durch ein Sieb mit einer ausreichend geringen Maschenweite, um den Durchtritt der Fasern zu verhindern.
5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die abgetrennten Fasern direkt in Wasser zur Herstellung eines Celluloseprodukts aufgeschlämmt werden.
;6. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der übrigen vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die abgetrennten Fasern direkt in einen Luft-Former eingespeist werden.
7. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der übrigen vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die abgetrennten Fasern zu einer im wesentlichen gleichmäßigen Watte und zu Ballen geformt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der übrigen vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die abgetrennten Fasern in einer wässrigen Lösung gereinigt werden.
9. Verfahren nach Anspruch 6 oder einem der übrigen vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

. die abgetrennten Fasern in einem Hydroclon bzw. Flüssigkeitscyclon gereinigt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 6 bzw. einem der übrigen vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet. „ daß die abgetrennten Fasern durch eine nasse De-inking-Verfahrensweise gereinigt werden.
11. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der übrigen

vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsmaterial für die Sekundärfasern ausgewählt wird aus der Gruppe von Computerausdruckpapier bzw, Rechnerausdruckpapier, Fotokopierpapier, mit Druckfarbe überzogener Pappe, die durch Ultraviolettlicht gehärtet wurde, lackierter Pappe, Zeitungspapier, Zigarettenschachteln und Magazinen.
12. Verfahren zur Entfernung von Druckfarbe aus einem Druckfarbe enthaltenden Ausgangsmaterial für Sekundärfasern, mit einer Oberflächenleimung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsmaterial für Sekundärfasern mechanisch zerfasert wird, unter Bildung von im wesentlichen einzelnen Fasern und Feinstoffen, die Druckfarbe und Leim enthalten, wobei die Zerfaserung an dem Ausgangsmaterial für Sekundärfasern durchgeführt wird, das im wesentlichen lufttrocken oder ausreichend trocken ist, um ein Zusammenkleben der resultierenden Fasern und der Feinstoffe zu verhindern, und daß die Feinstoffe von den Fasern abgetrennt werden, wodurch die Fasern als Sekundärfasern geeignet sind.
13. Verfahren zur Herstellung von Papier aus Druckfarbe enthaltendem Ausgangsmaterial für Sekundärfasern,

gg dadurch gekennzeichnet, daß man

a) das Ausgangsmaterial für die Sekundärfasern zerfasert unter Bildung von im wesentlichen einzelnen Fasern und Feinstoffen, wobei das Zerfasern an dem BAD ORIGINAL

· Ausgangmaterial für Sekundärfasern durchgeführt wird, das im wesentlichen lufttrocken oder ausreichend trocken ist, um ein Zusammenkleben der resultierenden Fasern und Feststoffe zu vermeiden,

b) die Feststoffe von den Fasern abtrennt,

c) die Fasern mit Wasser unter Bildung eines Breis zur Papierherstellung aufschlämmt,

d) den Brei zur Papierherstellung unter Bildung einer Fasermatte naßlegt, und

e) die Matte trocknet.
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14. Sekundärfaser, geeignet zur Recyclisierung für die Herstellung von Celluloseprodukten, hergestellt aus einem Druckfarbe enthaltenden Ausgangsmaterial für Sekundärfasern, die einzelne Fasern enthält, erhalten durch mechanisches Zerfasern des Ausgangsmaterials für die Fasern im trockenen oder ausreichend trockenen Zustand, um das Zusammenkleben bzw. die Adhäsion der resultierenden Fasern und Feinstoffe zu verhindern, die außerdem getrennt von den resultierenden Feinstoffen erhalten wurden, wobei diese einzelnen Fasern keine Hydratisierung aufweisen, die für aus nassem Recyclisat erhaltene Fasern charakteristisch ist..