DE10142200A1

DE10142200A1 - Verfahren zur Bildung einer Faserstoffbahn

Info

Publication number: DE10142200A1
Application number: DE2001142200
Authority: DE
Inventors: Klaus Doelle; Joerg Rheims; Oliver Heise; Ronald Sigl
Original assignee: Voith Paper Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2001-08-29
Filing date: 2001-08-29
Publication date: 2003-03-20
Also published as: WO2003021038A1

Abstract

Bei einem Verfahren zur Bildung einer Faserstoffbahn, insbesondere Papier- oder Kartonbahn, aus einer Verunreinigungen wie insbesondere Druckfarben, Stickies, Flexo-Ink und/oder dergleichen enthaltenden Faserstoffsuspension werden die in der Faserstoffsuspension enthaltenen Verunreinigungen zumindest teilweise dadurch maskiert, daß sie durch eine chemische Fällungsreaktion mit einem Hilfsstoff beladen bzw. umhüllt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildung einer Faserstoffbahn, insbesondere Papier- oder Kartonbahn, aus einer Verunreinigungen wie insbesondere Druckfarben, Stickies, Flexo-Ink- und/oder dergleichen enthaltenden Faserstoffsuspension.
Der zur Papierherstellung verwendete Stoff (Pulp), der insbesondere aus wiedergewonnenem Pulp bestehen kann, wird beim Erzeugungsprozeß bekanntlich verschiedenen Verfahren wie z. B. einer Flotation und Dispergierung zugeführt, um unerwünschte Bestandteile, wie Druckfarben und Stickies möglichst zu eliminieren bzw. zu zerkleinern, so daß diese optisch nicht mehr wahrnehmbar sind und entsprechend bessere optische Werte erreicht werden. Tatsächlich ist ein Entfernen der Druckfarben und Stickies, insbesondere der kleinen Fraktionen, praktisch nicht möglich.
Zudem ist allgemein bekannt, daß durch die Zugabe von Füllstoffen oder Fillern wie insbesondere Calciumcarbonat (CaCO₃) beim Endprodukt Papier höhere optische Werte erreicht werden können.
Das Beladen mit einem Zusatzstoff, z. B. Füllstoff, kann beispielsweise durch eine chemische Fällungsreaktion, d. h. insbesondere durch einen sogenannten "Fiber Loading™"-Prozess erfolgen, wie er u. a. in der US-A-5 223 090 beschrieben ist. Bei einem solchen "Fiber-Loading™"-Prozess wird an die benetzten Faseroberflächen des Fasermaterials wenigstens ein Zusatzstoff, insbesondere Füllstoff, eingelagert. Dabei können die Fasern beispielsweise mit Calciumcarbonat beladen werden. Hierzu wird dem feuchten, desintegriertem Fasermaterial Calciumoxid und/oder Calciumhydroxid so zugesetzt, daß zumindest ein Teil davon sich mit dem im Fasermaterial vorhandenen Wasser assoziiert. Das so behandelte Fasermaterial wird anschließend mit Kohlendioxid beaufschlagt.

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem auf möglichst einfache und zuverlässige Weise sichergestellt ist, daß unerwünschte Bestandteile, wie insbesondere Druckfarben und Stickies im Fertigstoff bzw. Fertigprodukt optisch nicht mehr wahrnehmbar sind und entsprechend bessere optische Werte erreicht werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Bildung einer Faserstoffbahn, insbesondere Papier- oder Kartonbahn, aus einer Verunreinigungen wie insbesondere Druckfarben, Stickies, Flexo-Ink und/oder dergleichen enthaltenden Faserstoffsuspension, bei dem die in der Faserstoffsuspension enthaltenen Verunreinigungen zumindest teilweise dadurch maskiert werden, daß sie durch eine chemische Trennungsreaktion mit einem Hilfsstoff beladen bzw. umhüllt werden.

Die betreffenden Verunreinigungen werden somit mittels des so genannten "Fiber-Loading™"-Prozesses maskiert oder eingehüllt, wobei die im Pulp verbleibenden Verunreinigungen, d. h. insbesondere Druckfarben- und Stickypartikel, als Reaktionskeime genutzt werden. Das betreffende Fällungsprodukt kristallisiert an der Druckfarbe oder dem Sticky und hüllt die betreffenden Verunreinigungen ein. Bei diesem Maskierungsprozeß spielt es keine Rolle, ob der jeweilige Verunreinigungspartikel im Lumen, an der Faseroberfläche oder als sogenannte freie Verunreinigung zwischen den Fasern zu finden ist.

Dadurch, daß die optische Wahrnehmbarkeit vor allem kleinerer Verunreinigungen wie Druckfarben, Stickies, Flexo-Ink und/oder dergleichen durch den "Fiber-Loading™"-Prozess entsprechend verringert wird, ergeben sich Vorteile in dem Papierherstellungsprozeß. So kann ein höherwertiges Papier mit dem gleichen Ausgangsmaterial hergestellt werden. Die Papierfabrik kann also ausgehend vom gleichen Ausgangsmaterial ein höherwertiges Produkt schaffen und anbieten und damit ein besseres Ergebnis erwirtschaften. Es können entsprechend weniger saubere Vorprodukte, z. B. im Anwendungsbereich Altpapier, gewachstem Papier, Papier mit Adhesiv, bedrucktem Papier, usw., verwendet werden. Angesichts der geringeren Anforderungen können Prozeßmaschinen eingespart bzw. in ihrer Komplexität reduziert werden. Da weniger Maschinen weniger Energie konsumieren, wird entsprechend Energie eingespart. Da weniger Stickies die Papiermaschinen verunreinigen, wird auch die Runability der Papiermaschine entsprechend erhöht. Zudem wird auch der Wasserkreislauf weniger belastet.

Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die die Verunreinigungen enthaltene Faserstoffsuspension einem Reaktor zugeführt und die chemische Fällungsreaktion in diesem Reaktor ausgelöst.

Dabei kann die die Verunreinigungen enthaltende Faserstoffsuspension insbesondere einem Fluffer oder Pumpdisperger zugeführt und dieser Fluffer gleichzeitig als Reaktor für die Fällungsreaktion verwendet werden. Als Hilfsstoff wird vorzugsweise gefälltes Calciumcarbonat verwendet. Grundsätzlich sind jedoch auch beliebige andere Fällungsprodukte denkbar.

Wird als Hilfsstoff gefälltes Calciumcarbonat verwendet, so kann der die Verunreinigungen enthaltenden Faserstoffsuspension insbesondere Calciumoxid und/oder Calciumhydroxid zugesetzt und in die so behandelte Faserstoffsuspension Kohlendioxid eingeleitet werden, um eine Fällungsreaktion auszulösen, bei der die genannten Ausgangsstoffe Calciumoxid bzw. Calciumhydroxid und Kohlendioxid in die Reaktionsprodukte Calciumcarbonat und Wasser umgesetzt werden.

Bei Beladen der Fasern z. B. mit Füllstoff kann also beispielsweise Calciumcarbonat (CaCO₃) an die benetzten Faseroberflächen bzw. Verunreinigungen eingelagert werden, indem dem feuchten Fasermaterial Calciumoxid (CaO) und/oder Calciumhydroxid (Ca(OH)₂) zugesetzt wird, wobei zumindest ein Teil davon sich mit dem Wasser der Wasserstoffmenge assoziieren kann. Das so behandelte Fasermaterial kann dann mit Kohlendioxid (CO₂) beaufschlagt werden.

Der Begriff "benetzte Faseroberflächen" kann alle benetzten Oberflächen der einzelnen Fasern einschließlich der Verunreinigungen umfassen. Damit ist insbesondere auch der Fall mit erfaßt, bei dem die Fasern sowohl an ihrer Außenfläche als auch in ihrem Innern (Lumen) als auch dazwischen mit Calciumcarbonat bzw. einem beliebigen anderen Fällungsprodukt beladen werden.

Demnach können die Fasern bzw. Verunreinigungen z. B. mit dem Füllstoff Calciumcarbonat beladen werden, wobei die Anlagerung an die benetzten Oberflächen durch einen so genannten "Fiber Loading™"-Prozeß erfolgt, wie er als solcher in der US-A-5 223 090 beschrieben ist. In diesem "Fiber Loading™"-Prozeß reagiert z. B. das Kohlendioxid mit dem Calciumhydroxid zu Wasser und Calciumcarbonat.

Die die Verunreinigungen enthaltende, mit Calciumoxid und/oder Calciumhydroxid versetzte Faserstoffsuspension kann in einem Mischbehälter durchmischt werden, bevor sie einem Reaktor zugeführt wird, in dem die Fällungsreaktion durch Einleiten von Kohlendioxid ausgelöst wird. Dabei können die Faserstoffsuspensionen und das Calciumoxid bzw. Calciumhydroxid dem Mischbehälter zugeführt werden.

Die Faserstoffsuspension kann insbesondere durch Auflösen von Zellstoff oder Altpapier mit Zuschlagstoffen in einen Stoffauflöser erzeugt oder als nicht getrockneter Faserstoff dem Beladungsprozeß zugeführt werden, z. B. aus einer weiteren Zellstofffabrik oder DIP-Anlage.

Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Beladungsprozeß so durchgeführt, daß sich im Vergleich zum Ausgangspulp eine Helligkeit (Brightness) ergibt, die etwa 0,5 bis etwa 30 Punkte und vorzugsweise etwa 2 bis etwa 8 Punkte höher liegt, wobei eine Steigerung um insbesondere 4 Punkte einer doppelten Helligkeit entspricht.

Der Beladungsprozeß kann insbesondere auch so durchgeführt werden, daß sich im Vergleich zum Ausgangspulp eine Reflektivität (opacity) ergibt, die etwa 0,5 bis etwa 30 Punkte und vorzugsweise etwa 2 bis etwa 8 Punkte höher liegt, wobei eine Steigerung um insbesondere 4 Punkte einer doppelten Reflektivität entspricht.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Beladungsprozeß so durchgeführt, daß sich im Vergleich zum Ausgangspulp etwa 1 bis etwa 30% und vorzugsweise etwa 5 bis etwa 25% weniger nachweisbare Schmutzpunkte ergeben. Eine entsprechende Nachweis-Methode ist die Tappi-Testmethode T 277 pm- 99.

Der Beladungsprozeß kann beispielsweise auch so durchgeführt werden, daß sich bezüglich skalenoider Kristalle (skalenohedral crystals) im Vergleich zum Ausgangspulp eine Stickies-Absorbtion ergibt, die für den Bereich > 100 µm, insbesondere > 300 µm, zweckmäßigerweise > 600 µm und vorzugsweise > 5000 µm etwa 1 bis etwa 60% und vorzugsweise etwa 5 bis etwa 45% höher liegt.

Von Vorteil ist auch, wenn der Beladungsprozeß so durchgeführt wird, daß sich bezüglich rhomboider Kristalle (rhombohedral crystals) im Vergleich zum Ausgangspulp eine Sticky-Absorbtion ergibt, die für den Bereich > 100 µm, insbesondere > 300 µm, zweckmäßigerweise > 600 µm und vorzugsweise > 5000 µm etwa 1 bis etwa 60% und vorzugsweise etwa 5 bis etwa 45% höher liegt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt ein vereinfachtes Prozeßdiagramm für eine beispielhafte Vorbehandlung einer insbesondere der Papier- und/oder Kartonherstellung dienenden, Verunreinigungen wie insbesondere Druckfarben, Stickies, Flexo-Ink und/oder dergleichen enthaltenden Faserstoffsuspension, bei der die in der Faserstoffsuspension enthaltenen Verunreinigungen zumindest teilweise dadurch maskiert werden, daß sie durch eine chemische Fällungsreaktion mit Calciumcarbonat (CaCO₃) beladen werden.

Die Faserstoffsuspension wird beispielsweise durch Auflösen von Zellstoff oder Altpapier mit Zuschlagstoffen in einem Stofflöser 10 erzeugt und/oder aus nicht getrocknetem Faserstoff, der auch als "never dried pulp" bezeichnet wird, dem Beladungsprozeß zugeführt, z. B. direkt aus einer angeschlossenen Zellstofffabrik oder DIP-Anlage kommend.

Die Faserstoffsuspension kann z. B. im Bereich 12 durch Entwässern mittels einer Presse eingedickt werden, da für den "Fiber Loading™"- Prozeß eine höhere Faserstoffmassenkonzentration vorteilhaft ist.

Der Verunreinigungen wie insbesondere Druckfarben, Stickies, Flexo-Ink und/oder dergleichen enthaltenen Faserstoffsuspensionen wird in einem Mischbehälter 14 Calciumhydroxid und gegebenenfalls Calciumoxid zugegeben, in dem das betreffende Gemisch dann durchmischt wird.

Zur Auslösung der Fällungsreaktion wird in einem Reaktor 16 Kohlendioxid bzw. ein Kohlendioxid enthaltendes Medium in die Verunreinigungen enthaltende Faserstoffsuspension eingeleitet, um für eine Umsetzung der Ausgangsstoffe Calciumhydroxid bzw. Calciumoxid in die Reaktionsprodukte Calciumcarbonat und Wasser zu sorgen, um damit die Verunreinigungen zu maskieren bzw. einzuhüllen.

Dem Fasermaterial wird also Calciumoxid und/oder Calciumhydroxid (gelöschter Kalk) so zugesetzt, daß zumindest ein Teil dieses Fasermaterials bzw. der betreffenden Verunreinigungen sich mit dem im Fasermaterial, d. h. zwischen den Fasern, in den Hohlfasern und in ihren Wänden, vorhandenen Wasser assoziieren kann, wobei sich die folgende chemische Reaktion einstellt:
CaO + H₂O → Ca(OH)₂
Löschen von gebranntem Kalk Löschkalk

Überdies wird, wie bereits erwähnt, Calciumhydroxid (Ca(OH)₂, Löschkalk) und/oder Calciumoxid (gebrannter Kalk) zugesetzt.

In dem Reaktor 16 wird das Fasermaterial dann derart mit Kohlendioxid (CO₂) bzw. einem Kohlendioxid enthaltenden Medium beaufschlagt, daß Calciumcarbonat (CaCO₃) an die benetzten Oberflächen weitestgehend eingelagert wird. Dabei stellt sich folgende chemische Reaktion ein:
Fiber Loading:
Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃ + H₂O (Calciumcarbonat + Wasser).

Demnach werden die optischen Ausgangswerte des Ausgangsrohstoffes dadurch verbessert, daß mittels eines "Fiber Loading™"-Prozesses die Verunreinigungen, d. h. insbesondere die in der Faserstoffsuspension verbleibenden Druckfarben- und Stickypartikel, maskiert oder eingehüllt werden. Die betreffenden Druckfarben- und Stickypartikel werden als Reaktionskeime benutzt, was bedeutet, daß das Calciumcarbonat an der Druckfarbe bzw. dem Sticky kristallisiert, wodurch diese Verunreinigungen eingehüllt werden. Diesen Prozeß kann man als Maskierungsprozeß bezeichnen. Dabei spielt es keine Rolle, ob der jeweilige Verunreinigungspartikel im Lumen, an der Faseroberfläche oder als sogenannte freie Verunreinigung zwischen den Faser vorzufinden ist. BEZUGSZEICHENLISTE 10 Stofflöser
12 Eindickung, Presse
14 Mischbehälter
16 Reaktor

Claims

1. Verfahren zur Bildung einer Faserstoffbahn, insbesondere Papier- oder Kartonbahn, aus einer Verunreinigungen wie insbesondere Druckfarben, Stickies, Flexo-Ink und/oder dergleichen enthaltenden Faserstoffsuspension, bei dem die in der Faserstoffsuspension enthaltenen Verunreinigungen zumindest teilweise dadurch maskiert werden, daß sie durch eine chemische Fällungsreaktion mit einem Hilfsstoff beladen bzw. umhüllt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Verunreinigungen enthaltende Faserstoffsuspension einem Reaktor (16) zugeführt und die chemische Fällungsreaktion in diesem Reaktor (16) ausgelöst wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Verunreinigungen enthaltende Faserstoffsuspension einem Fluffer oder Pumpdisperger zugeführt wird und daß dieser Fluffer gleichzeitig als Reaktor (16) für die Fällungsreaktion verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Hilfsstoff gefälltes Calciumcarbonat verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der die Verunreinigungen enthaltenden Faserstoffsuspension Calciumoxid und/oder Calciumhydroxid zugesetzt und in die so behandelte Faserstoffsuspension Kohlendioxid eingeleitet wird, um eine Fällungsreaktion auszulösen, bei der die genannten Ausgangsstoffe Calciumoxid bzw. Calciumhydroxid und Kohlendioxid in die Reaktionsprodukte Calciumcarbonat und Wasser umgesetzt werden.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die die Verunreinigungen enthaltende, mit Calciumoxid und/oder Calciumhydroxid versetzte Faserstoffsuspension in einem Mischbehälter (14) durchmischt wird, bevor sie einem Reaktor (16) zugeführt wird, in dem die Fällungsreaktion durch Einleiten von Kohlendioxid ausgelöst wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserstoffsuspension und das Calciumoxid bzw. Calciumhydroxid dem Mischbehälter zugeführt werden.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserstoffsuspension durch Auflösen von Zellstoff oder Altpapier mit Zuschlagstoffen in einem Stoffauflöser (10) erzeugt oder als nicht getrockneter Faserstoff dem Beladungsprozeß zugeführt wird, z. B. aus einer weiteren Zellstofffabrik oder DIP-Anlagen.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Beladungsprozeß so durchgeführt wird, daß sich im Vergleich zum Ausgangspulp eine Helligkeit (Brightness) ergibt, die etwa 0,5 bis etwa 30 Punkte und vorzugsweise etwa 2 bis etwa 8 Punkte höher liegt, wobei eine Steigerung um insbesondere 4 Punkte einer doppelten Helligkeit entspricht.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Beladungsprozeß so durchgeführt wird, daß sich im Vergleich zum Ausgangspulp eine Reflektivität (opacity) ergibt, die etwa 0,5 bis etwa 30 Punkte und vorzugsweise etwa 2 bis etwa 8 Punkte höher liegt, wobei eine Steigerung um insbesondere 4 Punkte einer doppelten Reflektivität entspricht.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Beladungsprozeß so durchgeführt wird, daß sich im Vergleich zum Ausgangspulp etwa 1 bis etwa 30% und vorzugsweise etwa 5 bis etwa 25% weniger Schmutzpunkte ergeben.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Beladungsprozeß so durchgeführt wird, daß sich bezüglich skalenoider Kristalle (skalenohedral crystals) im Vergleich zum Ausgangspulp eine Stickies-Absorption ergibt, die für den Bereich > 100 µm, insbesondere > 300 µm, zweckmäßigerweise > 600 µm und vorzugsweise > 5000 µm etwa 1 bis etwa 60% und vorzugsweise etwa 5 bis etwa 45% höher liegt.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Beladungsprozeß so durchgeführt wird, daß sich bezüglich rhomboider Kristalle (rhombohedral crystals) im Vergleich zum Ausgangspulp eine Stickies-Absorption ergibt, die für den Bereich > 100 µm, insbesondere > 300 µm, zweckmäßigerweise > 600 µm und vorzugsweise > 5000 µm etwa 1 bis etwa 60% und vorzugsweise etwa 5 bis etwa 45% höher liegt.