DE1964531A1

DE1964531A1 - Verfahren zur Verbessung der Eigenschaften von Faserstoffvliesen,insbesondere von Papier

Info

Publication number: DE1964531A1
Application number: DE19691964531
Authority: DE
Inventors: Heinz Eggers; Hermann Dipl-Chem Feeser; Gerd Dipl-Chem Dr Graefe; Johannes Harborth
Original assignee: CPC Maizena GmbH
Current assignee: CPC Maizena GmbH
Priority date: 1969-12-23
Filing date: 1969-12-23
Publication date: 1971-07-15
Also published as: DE1964531C3; DE1964531B2

Description

Verfahren zur Verbesserung der Eigenschaften von Faserstoffvliesen, insbesondere von Papier Die vorliegende erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verbesserung der Eigenschaften v'on Fasserstoffvliesen, insbesondere von Papier, durch Imprägnieren mit Stärke nach dem Sprühverfahren.
Die Verwendung von Stärke bei der Herstellung von Papier ist seit.langem bekannt. Durch ihre gute Bindekraft ist Stärke in der Lage, die Fasern im Papier zu binden und dadurch die Papi er festigkeit zu erhöhen. Die Faserbindung ist die wichtigst.
Funktion bei der Masseleimung. Dabei erfolgt das Vermischen v Faserstoffen mit Stärke in der Masse vor der Konsolidierung des Vlieses auf-dem Sieb. Die Stärke wird an einer beliebigen Stelle auf dem Wege vom Stofflöser zum Stoffauflauf in trockener gelatinierteroder nicht gelatinierter Form oder in Form einer wäßrigen Dispersion bzw. einer kolloiden Lösung zugeführt. Da die meisten Stärken eine schlechte Retention aufweisen. lassen sie sich auf diese,Weise nur unter großen-Verlusten in das Papierblatt bringen.
Eine Verbesserung der Stärkeretention läßt sich-durch ein oder doppelseitige Oberflächebehandlung eines an sich fertige Papiers mit wäßrigen Dispersionen von nativer oder modifizier Stärke in der Leimpresse oder auf dem Kalander erreichen. Dabei wird die Stärke in der Trockenpartie von Papier- oder Kartonmaschinen in oder auf das Papier gebracht.
Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, die Leimung von Papier mit wäßrigen Suspensionen durchzuführen, die gleichzeitig gelatinierte und nicht gelatinierte Stärke enthalten.
Neuerdings sind durch die canadischen Patente 704.036 und 733.296 Verfahren zur Herstellung von Zeitungspapier und Offset-Naturpapier bekannt' geworden, wonach eine wäßrige Suspension von nicht gelatinierter nativer oder modifizierter Stärke, gegebenenfalls zusammen mit einem Trägermaterial, während der Entwässerung auf einem Papiermaschinensieb vor der Trocknung dem Faserstoffvlies durch Aufsprühen zugeführt wird. Diese Arbeitsweise hat den Vorteil, daß sich die Stärkekörner bevorzugt im Bereich der Oberfläche des Vlieses verteilen und nach dem Durchlauf durch die Trockenpartie der Papiermaschine eine feste Faser-Stärke-Faser-Bindung bilden. Auch werden an.der Oberfläche des Papiers lose gebundene Fasern sowie Staub und Pigmentteilchen an den Körper des Papierblattes gebunden. Beim Bedrucken mit zäher Offsetfarbe werden keine Teilchen abgelöst, an die'beim Papier zu unbedruckten Stellen undeden Druckplatten zu Ablagerungen führen können.
Wie nunmehr gefunden wurde, läßt sich nicht nur der Anwendungsbereich des Sprühverfahrens wesentlich erweitern und auch anstelle der Masseleimung benutzen, sondern es lassen sich auch die Eigenschaften von Faserstoffoliesen, insbesondere von Papier, weiter verbessern, wenn die Faserstoffbahn während der Siebentwässerung mit einer wäßrigen Dispersion von teilweise~gelatinierster bzw. teilweise in'kaltem Wasser quellbar gemachter Stärke besprüht wird, die durch thermische und/oder chemische oder mechanische Behandlung von nativer und/oder modifizierter nicht gelatinierter Stärke erhalten wird, Die teilweise gelatinierte Stärke kann durch thermische und/oder alkalische Behandlung von nicht gelatinierter Stärke in wäßriger Suspension bei einem Stärkefeststoffgehalt von etwa 10 0 bis etwa 40 Gew.% und bei Temperaturen unterhalb etwa 700C bis zu einer Stein-Hall-Viskosität von etwa 15 bis etwa 50 Sekunden bei pH-Werten zwischen etwa 8 und etwa 13 erhalten werden. Es kann aber auch so verfahren werden, daß die teilweise gelatinierte Stärke durch mechanische Behandlung von nicht gelatinierter Trockenstärke bis zu einer Stein-Hall-Viskosität von etwa 15 bis etwa 50 Sekunden, gemessen in wäßriger Dispersion bei einem Stärkefeststoffgehalt von etwa 10 bis etwa 40 Gew.% und bei pH-Werten zwischen etwa 8 und etwa 13, erhalten wird.
Die angegebenen Viskositäten sind vorzugsweise so mit dem Stärkefeststoffgehalt in Beziehung zu setzen, daß eine Stein-Hall-Viskosität von etwa 15 einem Stärkefeststoffgehalt von etwa 10 Gew.% und eine solche von etwa 50 Sekunden einem Stärkefeststoffgehalt von etwa 40 Gew.% entspricht.
Geeignete Ausgangsstärken iiir die Herstellung der teilweise gelatinierten Stärke sind nicht gelatinierte native Stärken, wie Mais-, Tapicka-, Milo-, Wachsmais-, Weizen- und Kartoffelstärke, nicht gelatinierte chemisch oder enzymatisch modifizierte Stärken, wie säuremodifizierte und oxydierte Stärken, sowie nicht gelatinierte Stärkederivate, wi Stärkeester und Stärkeäther auch in vernetzt er port.
Das Besprühen der Faserstoffbahn während der Siebentwässerung erfolgt erfindungsgemäß vorzugsweise mit einer wäßrigen Stärkedispersion, welche zwischen etwa 2 und etwa 20 Gew.% Stärkefeststoff enthält. Zweckmäßig werden 0,5 - 3%, insbesondere 1 - 2% Stärke, bezogen auf atro Faserstoff, aufgebracht. Gegegebenenfalls kann ei auch vorteilhaft sein, daß die wäßrige Stärkedispersion außer der teilweise gelatinierten Stärke auch native und /oder modifizierte nicht gelatinierte oder vollständig gelatinierte Stärke enthält. Zusätzlich können der wäßrigen Stärkedispersion außerdem nicht stärkehaltige Stoffe, wie Borax, Aluminiumsulfat tierischer Leim, Polyvinylalkohol Wachs-Paraffin- und/oder Kunstharsdispersionen, wasserlöschliche Vorpolymerisate, Carboxymethylcellulose, pflanzliche Bindemittel, Seifen, optische Aufheller, Weißpigmente und Füllstoffe zugesetzt werden.
Die Messung der Viskosität wird mit einem Standard-Stein-Hall-Becher vorgenommen. Das Viskosimeter wird mit der erfindungsgemäß erhaltenen wäßrigen Dispersion oder teilweise gelatinierten Stärke gefüllt, und die Auslauf zeit in Sekunden von 100 ml Dispersion (Menge zwischen den beiden Stäben) wird gemessen. Die Angabe der Viskosität erfolgt in den ermittelten Sekunden, Während es bei der üblichen Masseleimung keine g-sielte Einsatzmöglichkeit für den Zusatz von Stärke gibt, kann bei der Sprüchleimung durch die fakultative Wahl des Einsatzortes für den Sprühauftrag innerhalb des Bereiches der Si.bentwässerung die Wirksamkeit wahlweise entsprechend der Masseleimung oder der Oberflächenleimung eingestallt werden. Der Einsatzbereich für das erfindungsgeiäße a-Imprägnieren mit teilweise gelatinierter Stärke nach dem Sprühverfahren liegt zwischen dem Stoffauflauf und der Siebsaqwalze (Gautsche). Er beginnt dort, wo das Vlies einen Feststoffgehalt Voa Mindestens etwa 2 erreicht hat.
Der jeweils günstigste Einsatzort hängt von der Stoffzusammensetzung und von dem Grand der Entwässerung der Siebpartie ab. Er kann ii ersten Drittel der Siebpartie oder auch am Ende der Registerpartie liegen, wie es beispielsweise für Zeitungspapier typisch ist. Begrenzt wird der Einsatzbereich durch einen maximalen Feststoffgehalt des Vlieses von etwa 7%.
Gegenüber dem bisher üblichen Verfahren der Masseleimung von Papier werden beim Arbeiten nach dem Sprühverfahren verschiedene Vorteile erzielt. So können Qualitätsschwankungen bei der Papierherstellung sofort ausgeglichen werden, weil die lange Totzeit zwischen dem Zeitpunkt des Zusatzes der Stärke und der erzielten Wirkung entfällt. Auch wird die Gefahr des Auftretens bakterieller Infektionen sowie von Verschmutzung und Ablagerungen vermieden, weil die Stoffaufbereitung ohne Zusatz von Stärke erfolgt. Während das Abwasser beim Einsatz von Stärke in der Masse nach dem üblichen Verfahren durch nicht retendierte Stärke einer hohen Belastung ausgesetzt ist (BSB5) treten derartige Probleme beim Sprühverfahren infolge nahezu vollständiger Tetention der Stärke nicht auf. Außerdem sind gegenüber der Oberflächenleimung von Paier mit der Leimpresse für das Sprühverfahren die Investitionskosten wesentlich geringer.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird nicht nur die Anwendungsbreite des Sprühverfahrens wesentlich erweitert, sondern es werden auch verschiedene Vorteile erzielt, die mit dem bisherigen Sprühverfahren nicht zu erreichen sind: 1. Die teilweise Gelatinierung der stärkekörner bewirkt eine Vergrößerung ihren Volumens. Inforlgedessen wird die vollständigs GElatinierung der Stärkekörner beim Durchlauf durch die Trockenpartie der Papiermaschine leichter und vollständiger erreicht, als beim Einsatz von nativer und/oder modifizierter nicht gelatinierter Stärke. Die Vorteilung der Stärke im Vlies, die Faster-Stärke-Faser-Bindung und die Festigkeit des Blattes werden verbessert.
2. Gegenüber der Verwendung von vollständig gelatinierter Stärke ergibt sich der Vorteil, daß höhere Stärkekonzentrationen eingesetzt werden können.
3. Durch die erfindungsgemäße Überführung der Stärke in teilweise gelatinierte Stärke wird die Gefahr beseitigt, daß die Stärke bei niedrigen Xrocknungstemperaturen, wie sie bei schonender Papiertrocknung erforderlich sind, oder bei kurzen Trocknungsseiten, beispielsweise 30 Sekunden, nicht vollständig gelatiniert, weil die Temperatur, bei der die Stärke gelatiniert, herabgesetzt ist. Diese Gefahr besteht auch bei der Verwendung von Mischungen aus vollständig gelatinierter Stärke und nicht gelatinierter Stärke für den nicht gelatinierten Anteil.
4. Die gleichzeitige Verwendung von Trägersubtanzen, um die nicht gelatinierte Stärke in Suspension zu halten, die nach dem bekannten Sprühverfahren obligatorisch ist, kann entfallen.
Die nachstehenden Beispiele-sollen das Verfahren näher erläutern.
Beispiel l 100 kg native ungelatinierte Maisstärke werden in 415 l Wasser suspendiert. Durch Einleiten von Sattdampf oder indirekte Wärmezufuhr wird die Stärkesuspension unter Rühren auf 650C gebracht und bei dieser Temperatur etwa 21 min behandelt. Der ert für die Stein-Hall-Viskosität hat sich dann von etwa 15 auf etwa 25 s erhöht Der Gelatinierungsgrad wird durch Hinzufügen von l kg Aluminiumsulfat in 9 1 Wasser auf einer Stein-Hall-Viskosität von etwa 25 s konstant gehalten. Die Ansatzkonzentration der Stärkedispersion von 16 %Stärkefeststoff wird durch Verdünnen mit 300 1 Wasser auf etwa 10 % Stärkefeststoff eingestellt. Die Viskosität beträgt nach dem Verdünnen 15 s, gemessen mit dem Stein-Hall-Viskosimeter, bzw.
35 cp, gemessen mit dem Brookfield-Viskosimeter (bei 100 rpm Sp 1 und 20°).
Eine so zubereitete Stärkedispersion wurde bei der Herstellung von Bankpostpapier 10 g/m2 auf einer Langsiebpapiermaschine eingesetzt. Durch Aufsprühen von 1,0 % Stärke, bezogen auf atro Faserstoff, auf das Vlies während der Siebentwässerung wurden im Vergleich zum unbehandelten Papier der Dennison-Rupfwert um 3 Punkte und die Offset-Bedruckbarkeit deutlich verbessert.
Beispiel 2 In 415 1 Wasser werden 100 kg native ungelatinierte Maisstärke suspendiert, und durch Ilinzuf-ügen von 1,17 kg Ätznatron (in 12 l Wasser gelöst) wird das pH der Stärkedispersion auf 11,3 eingestellt. Nach dem Erwärmen auf 55 °C des Ansatzes mit direktem Dampf oder durch indirekte Wärmezufuhr steigt die Stein-IIall-Vislcosität innerhalb von 26 min vori 15 auf 25 s. Durch Hinzufügen von 4,5 kg Aluminiumsulfat (in 16 1 Wasser gelöst) wird das pH auf 6,7 eingestellt und gleichzeitig die weitere Gelatinierung gestoppt. Die so bereitete Stärkedispersion zeigt bei 16 % Stärkefeststoffgehalt eine Brookfield-Viskosität von 250 cp bei 50°C, bzw. 335 cp bei 20°C (100 rpm, Sp. 3). Nach Verdünnen mit 330 l Wasser ist der Ansatz mit einem Stärkefeststoffgehalt von 9,8 % gebrauchsfähig.
Bei der Herstellung von schwachsatiniertem Natur-Offset-Papier 60 g/m2 wurden 1,5 % der Stärke, bezogen auf atro Fasserstoff, während der Siebentwässerung auf einer Langsiebpapiermaschine durch Aufsprühen auf das Vlies gleichmäßig verteilt. Im Vergleich zum unbehandelten Papier stieg der Dennison-Rupfwert um 2 Punkte, auch nahm die Staubneigung deutlich ab.
Beispiel 3 In 414 1 Wasser wird ein Gemisch folgender Zusammensetzung eingetragen 100 kg native, ungelatinierte Maisstärke, 0,25kg Ca(OH)2, 9,375 kg Na2C03.
Die Mischung, welche ein pH von 9,4 hat, wird auf 65°C erwärmt und 20 min lang bei dieser Temperatur belassen.
Danach hat sich eine Stein-Hall-Viskosität von etwa 25 s eingestellt. Die Teilgelatinierung wird durch Hinzufügen von 1 kg Aluminiumsulfat (gelöst in 9 1 Wasser) unterbrochen und das pit auf 7?1 eingestellt. Dem Ansatz werden weiterhin 2,5 kg Calciumstearatdispersion (40 Gew.%) und 300 1 Wasser hinzugefügt. Die Gebrauchsfertige Mischung ergibt folgende Werte Stärkefeststoff : lQ,4 ; Stein-Hall-Viskosität : 16 s Durch Aufsprühen dieser Mischung auf das Vlies während der Siebentwässerung in einer Langsiebpapiermaschine wurden im Vergleich zum unbehandelten Vlies folgende Eigenschaften bei Bibeldruckpapier 40 g/m² verbessert: Dennison-Rupfwert : um 3 Punkte; Reißlänge : um 15 %.
Außerdem wurden' Stauben, Offsetbedruckbarkeit, Glätte, Klang und Steifigkeit verbessert.
Beispiel 4 Native ungelatinierte trockene Maisstärke wird bei Raumtemperatur solange in einer Kugel-Schwingmühle behandelt, bis bei einem Ansatz von 180 kg der Stärke in 715 1 Wasser nach Zusatz von 3,4 kg Ätznatron in 85 1 Wasser eine Stein-Hall-Viskosität von 50 s gemessen wird. Die so erhaltene Stärkedispersion wird mit Aluminiumsulfat auf pH 7 und anschließend mit 800 1 Wasser auf einen Stärkefeststoffgehalt von 9,2 % eingestellt.
Durch Aufsprühen einer so erhaltenen Stärkedispersion wurden 2 % Stärke, bezogen auf atro Faserstoff-, auf dem Vlies von Wellenpapier 125 g/m2 während der Siebentwässerung in einer Langsiebpapiermaschine gleichmäßig verteilt. Durch das Besprühen erhöhte sich im Vergleich zum unbehandelt'en Papier der Berstdruck (nach Nullen) um 21 % und die Steifigkeit (CMT-Wert) um 16 %.
Beispiel 5 180 kg native ungelatinierte trockene Maisstärke werden in einer Kugel-Schwingmühle solange behandelt, bis nach dem Dispergieren in 715 1 Wasser und nach Zusatz von 3,4 kg Xtznatron (gelöst in 40 1 Wasser) eine Stein-Hall-Viskositat von 32 s gemessen wird. Anschließend wird mit Aluminiumsulfatlösung neutralisiert und es werden 3,6 kg Polyvinylalkohol hinzugefügt. Die Mischung wird durch direkte oder indirekte Wärmezufuhr auf 400C erwärmt und anschließend mit 710 1 Wasser auf einen Feststoffgehalt von 9,5 % eingestellt.
Zeitungspapier 52 g/m², welches bei der Herstellung auf einer Langsiebpapiermaschine während der Siebentwässerung des Vlieses - mit 1,0 % Stärke, bezogen auf atro Faserstoff' durch Aufsprühen behandelt wurde war für den Vierfarben-Rotations-Offset-Druck hervorragend geeignet.
Beispiel 6 90 kg mit Natriumhypochlorit in wäßriger Suspension oxydativ behandelte nicht gelatinierte Maisstärke werden in 415 1 Wasser suspendiert. Durch direkte oder indirekte Wärmezufuhr wird die Stärkesuspension unter Rühren auf 650C gebracht und bei dieser Temperatur 20 ltinuten behandelt. Die Stein-Hall-Viskosität hat dann von etwa 15 auf etwa 20 s zugenommen. Nach dem Hinzufügen von 10 kg Quellstärke wird die Stärkedispersion durch Verdünnen mit Wasser auf etwa 10 % StSrkefeststoff eingestellt. Die Viskosität gemessen mit dem Stein-Hall-Viskösimeter, beträgt dann etwa 18 s.
Diese Stärkedispersion wurde für die Herstellung von holzfreiem Beschichtungsrohpapier 70 g/m2 eingesetzt. Das-Vlies wurde während der Entwässerung auf einer Langsiebpapiermaschine mit 1,5 % Stärke, bezogen auf atro Faserstoff, besprüht. Die Papieranalyse ergab, daß im Vergleich zum unbehandelten Papier die mittlere Reißlänge um 13 %, die Bruchdehnung (längs) um 15 % und der Berstdruck (nach Mullen) um 33 % angestiegen waren.

Claims

A N S P R Ü C H E :

) Verfahren zur Verbesserung der Eigenschaften von-Faserstoffvliesen, insbesondere von Papier, durch Imprägnieren mit Stärke nach dem Sprühverfahren, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß die Faserstoffbahn während der Siebentwässerung mit einer wäßrigen Dispersion von teilweise gelatinierter bzw. teilweise in kaltem Wasser quellbar gemachter Stärke-besprüht wird, die durch thermsche und/oder chemische oder mechanische Behandlung von nativer und/oder modifizierter nicht gelatinierter Stärke erhalten wird.
2. Verfahren nach Anspruch l, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß die teilweise gelatinierte Stärke durch thermische und/oder alkalische Behandlung von nicht gelatinierter Stärke in wäßriger Suspension bei einem Stärkefeststoffgehalt von etwa 10 bis etwa 40 Gew.% und bei Temperaturen unterhalb etwa 700C bis zu einer Stein-Hall-Viskosität von-etwa 15 bis etwa 50 Sekunden bei pH-Werten zwischen etwa 8 und etwa 13 erhalten wird.
3. Verfahren nach Anspruch l, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß die teilweise gelatinierte Stärke durch mechanische Behandlung von nicht gelatinierter Trockenstärke bis zu einer Stein-hall-Viskosität von etwa 15 bis etwa 50 Sekunden gemessen in wäßriger Dispersion bei einem Stärkefeststoffgehalt von etwa 10 bis etwa 40 Gew.% und bei pH-lVerten zwischen etwa 8 und etwa 13/ erhalten wird.
4. Verfahren nach den vorhergehenden Ansprüchen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Faserstoffbahn während der Siebentwässerung mit einer wäßrigen Stärkedispersion bespriiht wird, welche zwischen etwa 2 und etwa 20 Gew. % Stärkestoff enthält.
5. Verfahren nach den vorhergehenden Ansprüchen, d a -d u r c h g e k e n n z e i ch n e t, daß eine Stärkemenge von 1 - 2%, bezogen auf atro Faserstoff, aufgebracht wird.
6. Verfahren nach den vorhergehenden Ansprüchen, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die wäßrige Stärkedispersion außer der teilweise gelatinierten Stärke auch native und/oder iodifizierte nicht gelatinierte ßtärke enthält,
7. Verfahren nach den vorhergehenden Ansprüchen, d a d u r c h g. k e n n z e i c h n e t , daß die wäßrige Stärkedispersion außer der teilweise gelatinierten Stärke auch native und/oder modifizierte vollständig gelatinierte Stärke enthält.
8. Verfahren nach den vorhergehenden Ansprüchen, d d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der wäßrigen Stärkedispersion zusätzlich nich stärkehaltige Stoffe, insbesondere Borax, Aluminiumsulfat, Carboxymethylcellulose, pflanzliche Bindemittel, tierischer Leim, Polyvinylalkohol. Wechs-Paraffin- und/oder Kunstharzdispersionen, wasserlösliche Vorpolymerisate, Seifen, optische Aufheller, Weißpigmente und Füllstoffe zugesetzt werden.