DE19802383A1

DE19802383A1 - Körper mit geringer Dichte

Info

Publication number: DE19802383A1
Application number: DE1998102383
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Suenaga; Yukihiro Yoshimura; Hisao Ishikawa
Original assignee: Oji Paper Co Ltd
Current assignee: New Oji Paper Co Ltd
Priority date: 1997-01-23
Filing date: 1998-01-22
Publication date: 1998-07-30
Also published as: US6133170A; JPH10212690A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Körper mit ge ringer Dichte, wie beispielsweise ein Papierblatt oder Blatt, einen Karton und ein Formteil, der hauptsächlich Zellstoffasern aufweist, auf dem sich im wesentlichen kein Randstaub bildet und der eine hohe innere Haft- oder Ver bundfestigkeit aufweist.

Körper mit geringer Dichte werden in verschiedenen An wendungsgebieten verwendet, wobei ihr leichtes Gewicht, ihre Dämpfungs- oder Dämmeigenschaften, ihre wärmeisolierenden Eigenschaften, ihre schallabsorbierenden Eigenschaften usw. vorteilhaft ausgenutzt werden. Die allgemein am häufigsten verwendeten Körper mit geringer Dichte sind Schaumstoffe aus Kunstharz, z. B. Polystyrol, Polyurethan und Polyethylen. Ob wohl diese Körper eine ausgezeichnete Festigkeit aufweisen und sehr gut verarbeitbar sind, besteht bei ihnen das Pro blem, daß sie, wenn sie in einer natürlichen Umgebung gelas sen werden, ihre Form beibehalten, weil sie nicht biologisch abbaubar sind, so daß sie das Erscheinungsbild des Ortes für eine lange Zeitdauer beeinträchtigen und Umweltverschmutzung verursachen. Außerdem wird, wenn sie auf dem Gebiet einer einer Müllhalde oder Halde gelagert werden, das Gebiet in nerhalb einer kurzen Zeitdauer gefüllt, weil sie nicht bio logisch abbaubar und großvolumig bzw. sperrig sind.

Außerdem ist, weil diese Körper eine hohe Verbrennungs wärme erzeugen, die Verbrennungstemperatur hoch, wenn sie in einem Veraschungs- oder Abfallverbrennungsofen verbrannt werden, wodurch der Abfallverbrennungsofen belastet oder be schädigt wird und seine Lebensdauer abnimmt.

Hinsichtlich dieser Umstände wurden verschiedenartige biologisch abbaubare Cellulosefaserkörper mit geringer Dich te und mit einem geringen Heizwert vorgeschlagen. Beispiels weise wurde ein Verfahren vorgeschlagen, gemäß dem ein syn thetisches oder Kunstharz mit Cellulosefasern vermischt wird und das Gemisch geschäumt wird [ungeprüfte Japanische Patent veröffentlichung (nachstehend als "J.P. KOKAI" bezeichnet) Nr. Sho 55-23109 und Hei 3-269025 und Japanische Patentver öffentlichung (nachstehend als "J.P. KOKOK U") Nr. Sho 52-019152 bezeichnet]; ein Verfahren zum Erzeugen eines geschäum ten Produkts, gemäß dem ein Schaumbildner mit einer Zer falls- oder Zersetzungstemperatur von nicht mehr als 100°C einer Zusammensetzung beigemischt wird, die Cellulosefasern aufweist, die vermischt sind mit einer vorgegebenen Menge eines aus einer tierischen oder pflanzlichen Quelle herge stellten Verfestigungs- oder Haftmittels und einem aus Kunstharzemulsionen und gummiartigem Harz ausgewählten Kleb stoffs, wobei die Zusammensetzung geschäumt wird (J.P. KOKAI Nr. Hei 7-41588); ein Verfahren zum Herstellen eines Papier blatts mit einer geringen Dichte und einem großen Volumen durch Beimischen eines granulatförmigen Schaumbildners in Cellulosefasern, Herstellen eines Basispapiers aus dem er haltenen Gemisch und Schäumen des Papiers durch Erwärmen (J.P. KOKAI Nr. Hei 5-339898); großvolumige Papierblätter mit Cellulosefasern und Calciumcarbonat in der Form von hohlkugelförmigem Vaterit (J.P. KOKAI Nr. Hei 3-124895); und großvolumige Blätter, die durch Formen eines Gemischs aus durch Wärme verschmelzbaren Fasern und vernetzten Zellstoff asern erhalten werden, die durch veranlassen einer Reaktion von Zellstoffasern mit einem Vernetzungsmittel bei Anwesen heit eines Faseraufweichungsmittels erhalten werden (J.P. KOKAI Nr. Hei 4-202895).

Obwohl die durch Kombinieren von Cellulosefasern mit in Wärme schmelzenden Fasern erhaltenen Körper mit geringer Dichte ein großes Volumen besitzen, weisen sie den Nachteil auf, daß die Anzahl von Verbindungspunkten der Fasern unzu reichend ist, um eine hohe Haftkraft zu erhalten, so daß Zwischenschichten sich leicht abschälen oder absplittern, und daß sich während des Herstellungsprozesses, der Handha bung und des Formungsprozesses der Körper Papierstaub bildet und die Arbeitsumgebung verschmutzt. Das vorstehend be schriebene Verfahren zum Herstellen eines Körpers mit gerin ger Dichte durch Schäumen mit Hilfe eines Schaumbildners weist Nachteile dadurch auf, daß der Schäumungsprozeß nicht leicht gesteuert werden kann und der Schäumungszustand lokal ungleichmäßig ist, wodurch eine heterogene Struktur erhalten wird, und daß, wenn ein übermäßiger Schäumungsvorgang auf tritt, innere Schichten sich abschalen oder absplittern, so daß sich an den abgeschälten oder abgesplitterten Abschnit ten Randstaub bildet. Beim Verfahren, bei dem ein nicht bio logisch abbaubares Harz oder nicht biologisch abbaubare Fa sern verwendet werden, tritt das vorstehend beschriebene Entsorgungsproblem auf.

Nach intensiven Untersuchungen bezüglich Körpern mit geringer Dichte und mit sehr guten Eigenschaften, die bei spielsweise aus biologisch abbaubaren Cellulosefasern als Hauptausgangsmaterial hergestellt werden, und auch bezüglich eines Verfahrens zum Herstellen der Körper bei diesen Ver hältnissen, haben die Erfinder festgestellt, daß ein Körper mit geringer Dichte, der durch Entfernen einer Flüssigkeit (Entwässern) aus einem wässerigen Schlamm oder Brei, der be stimmte feine Fasern und gekräuselte Fasern als Ausgangsma terialien enthält, und Trocknen des erhaltenen Produktes hergestellt wird, sehr gute Eigenschaften aufweist. Die vor liegende Erfindung basiert auf diesen Ergebnissen. Die vor liegende Erfindung führte durch folgende Gründe zum Erfolg: die Erfinder stellten fest, daß, obwohl die gekräuselten Fa sern, die einen Naßkräuselungsfaktor im Bereich von 0,4 bis 1,0 besitzen, nur eine sehr geringe Haftfestigkeit für eine Haftung der Fasern aneinander aufweisen, ihre Dichte sehr leicht sehr gering gemacht werden kann, weil ein großes Vo lumen von Hohlräumen darin ausgebildet werden kann, und daß die feinen Fasern, die einen Haftverstärkungsfaktor von min destens 0,15 aufweisen, in hohem Maße dazu beitragen, daß eine feste oder starke Bindung zwischen den Fasern herge stellt wird. Daher kombinierten die Erfinder diese beiden Materialarten, die jeweils charakteristische Merkmale auf weisen. Wenn die erfindungsgemäß verwendeten feinen Fasern durch eine wasserlösliche, hochmolekulare Substanz, z. B. Stärke, CMC, PVA oder PAM, oder durch Styrol/Butadien oder Vinylacetatlatex ersetzt wird, ist die Ausbeute oder Ergie bigkeit gering, und es ist auch mit einer großen Menge einer solchen Substanz schwierig, eine zufriedenstellende innere Haftfestigkeit zu erhalten.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Körper mit geringer Dichte und mit einer hohen inneren Haftfestig keit bereitzustellen, durch den nahezu kein Randstaub gebil det wird, während seine Dichte gering gehalten wird.

Der erfindungsgemäße Körper mit geringer Dichte wird hergestellt durch Entwässern eines Breis, der feine Fasern mit einem Haftverstärkungsfaktor von mindestens 0,15 und ge kräuselte Fasern mit einem Naßkräuselungsfaktor im Bereich von 0,4 bis 1,0 als Ausgangsmaterialien enthält, und durch Trocknen des erhaltenen Produkts, wobei der Körper eine Dichte von 0,05 bis 0,45 g/cm³ aufweist.

Im erfindungsgemäßen Körper mit geringer Dichte sind die feinen Fasern vorzugsweise Zellstoffasern.

Im erfindungsgemäßen Körper mit geringer Dichte weisen die feinen Fasern vorzugsweise eine mittlere Faserlänge (arithmetisches Mittel) im Bereich von 0,01 bis 0,80 mm und noch bevorzugter in Bereich von 0,05 bis 0,60 mm auf.

Das Wasserrückhaltevermögen der erfindungsgemäßen fei nen Fasern beträgt vorzugsweise 150 bis 500%.

Der erfindungsgemäße Körper mit geringer Dichte weist vorzugsweise feine Fasern in einer Menge von 3 bis 65 Gew.-%, vorzugsweise 3 bis 50 Gew.-%, basierend auf dem Ge samtgewicht der feinen Fasern und der gekräuselten Fasern auf. Daher weist der Körper gekräuselte Fasern in einer Men ge von 35 bis 97 Gew.-%, vorzugsweise 50 bis 97 Gew.-%, ba sierend auf dem Gesamtgewicht der feinen Fasern und der ge kräuselten Fasern auf.

Der erfindungsgemäße Körper mit geringer Dichte hat vorzugsweise die Form eines Blatts, einer Pappe bzw. eines Kartons oder eines Formteils.

Die in der vorliegenden Erfindung verwendeten feinen Fasern sind normalerweise natürliche oder Naturfasern, hochmolekulare Synthese- oder Chemiefasern oder hochmoleku lare halbsynthetische Fasern oder Fasern, die durch ein me chanisches oder ein chemisches Verfahren geeignet behandelt wurden. Es ist wichtig, daß diese feinen Fasern einen Haft verstärkungsfaktor von mindestens 0,15 aufweisen.

Naturfasern sind beispielsweise ungebleichte oder ge bleichte chemische Zellstoffasern, die aus Weich- oder Hartholz durch Kraftzellstofferzeugungs-, Sulfit- oder Alka liverfahren erhalten werden, mechanisch hergestellte Zell stoffasern, z. B. GP (Bodenzellstoffasern), TMP (thermo mechanisch hergestellte Zellstoffasern), RMP (refiner mechanisch hergestellte Zellstoffasern) und CTMP (chemisch thermomechanisch hergestellte Zellstoffasern); Zellstoffa sern, wie beispielsweise Baumwollzellstoffasern, Linters zellstoffasern und Sekundärpapierzellstoffasern; Cellulo sefasern, wie beispielsweise bakteriologische Cellulose; proteinfasern, wie beispielsweise Woll-, Seiden- und Kolla genfasern, und Verbund-Polysaccharidkettenfasern, wie bei spielsweise Chitin/Chitosanfasern und Alginsäurefasern. Die hochmolekularen Synthese- oder Chemiefasern sind z. B. von Monomeren synthetisierte Fasern, wie beispielsweise alipha tische Polyesterfasern, Polyethylenfasern, Polypropylenfa sern und Aramidfasern. Hochmolekulare halbsynthetische Fa sern sind z. B. durch chemisches Modifizieren natürlicher Produkte hergestellte Fasern, z. B. Acetylcellulosefasern.

Unter diesen feinen Fasern sind biologisch abbaubare Fasern, z. B. Cellulosefasern, aliphatische Polyesterfasern und Acetylcellulosefasern bevorzugt. Aus dem Gesichtspunkt der stabilen Zufuhr der Ausgangsmaterialien und der Kosten, sind bevorzugte Cellulosefasern ungebleichte oder gebleichte chemische Zellstoffasern, die aus Weich- oder Hartholz durch ein Kraftzellstofferzeugungs-, ein Sulfit- oder ein Alkaliverfahren erhalten werden, mechanisch hergestellte Zellstoffasern, wie beispielsweise GP, RMP, CTMP und TMP, Zellstoffasern, wie beispielsweise Baumwollzellstoffasern, Linterszellstoffasern und Altpapierzellstoffasern, und Fa sern, die durch Weiterbehandlung der Fasern erhalten werden.

In der vorliegenden Beschreibung bezeichnet der Aus druck "feine Fasern", daß die Fasern eine mittlere Breite von 0,1 bis 100 µm, vorzugsweise 0,1 bis 50 µm aufweisen.

Die in der vorliegenden Erfindung bevorzugt verwendeten feinen Fasern werden durch mechanische Behandlung erhalten. Die in verschiedenen Formen vorliegenden Fasern haben eine wesentliche Wirkung zum Verbessern der inneren Haftfestig keit, und werden ohne Schwierigkeiten durch mechanische Be handlung erhalten. Aus dem Gesichtspunkt der Erhöhung der inneren Haftfestigkeit und der einfachen Herstellung, sind besonders bevorzugte feine Fasern feine Zellstoffasern, die durch mechanische Behandlung von Zellstoffasern unter be stimmten Bedingungen erhalten werden.

Die vorstehend beschrieben feinen Fasern können alleine oder in Kombination von zwei oder mehr Faserarten verwendet werden.

Der Haftverstärkungsfaktor (BF) wird hierin gemäß der Formel

(E2-E1)/E1

berechnet, wobei E1 einen Ultraschall-Elastizitätsmodul dar stellt, der bestimmt wird nach Mischen von 50 Gew.-% ge bleichter Hartholz-Kraftzellstoffasern mit 50 Gew.-% ge bleichten Weichholz-Kraftzellstoffasern, um einen wässeri gen Brei zu erhalten, Schlagen des Breis, um einen Mahlgrad von 500 ml nach Kanadischem Standard (CSF) zu erhalten, Ent wässern des Breis durch eine Handblattmaschine für einen Zellstofftest, Lufttrocknen des erhaltenen Produktes, Wärme behandeln des Produktes bei 130°C für 1 Minute, um ein Blatt mit einem Basisgewicht von 60 g/m² zu erhalten, und Einstellen des Feuchtigkeitsgehalts auf 65% relative Feuch tigkeit bei 20°C; und E2 einen Ultraschall-Elastizitäts modul darstellt, der auf die gleiche Weise bestimmt wird wie E1, außer daß bei der Herstellung des wässerigen Breis 50 Gew.-% der vermischten, geschlagenen Zellstoffasern durch feine Fasern ersetzt wurden.

Die mechanischen Behandlungen sind beispielsweise eine Behandlung mit einer normalen Rührmühle (J.P. KOKAI Nr. Hei 4-18186), eine Behandlung mit einer Schwingmühle (J.P. KOKAI Nr. Hei 6-10286), eine Behandlung mit einem Hochdruck- Homogenisierapparat, eine Behandlung mit einer Kolloidmühle und eine Behandlung mit Schlagmaschinen, die in der Zell stoff- und Papierindustrie weit verbreitet verwendet werden. Die für die Behandlung verwendete Vorrichtung ist bei der vorliegenden Erfindung nicht besonders eingeschränkt.

Durch Verwendung der normalen Rührmühle oder der Schwingmühle unter den vorstehend beschriebenen Maschinen werden leicht Fasern erhalten, die weicher sind als durch andere Vorrichtungen erhaltene Fasern, und die Fasern werden nicht nur in Längsrichtung- sondern dreidimensional feiner. Die so erhaltenen feinen Fasern sind besonders bevorzugt, weil durch sie die in der vorliegenden Erfindung verwendeten gekräuselten Fasern effizient und fest verbunden werden kön nen.

In der normalen Rührmühle wird ein Rührer in einen mit Glasperlen, Aluminiumperlen oder ähnlichen Elementen gefüll ten Pulverisierungsbehälter eingesetzt und mit einer hohen Geschwindigkeit gedreht, um die Fasern im Brei durch Scher beanspruchung fein zu zerteilen. Normale Rührmühlen sind beispielsweise säulen-, behälter-, röhren- und ringförmige Vorrichtungen. In der Schwingmühle wird der Behälter mit ei ner hohen Geschwindigkeit in Schwingung versetzt, um durch Perlen, Kugeln, Stangen oder ähnliche Elemente im Behälter Stoßkräfte, Scherkräfte oder ähnliche Kräfte auf die im Brei dispergierten Fasern auszuüben. Im Hochdruck-Homogenisier apparat wird der Brei unter Hochdruck durch eine Öffnung oder Düse mit kleinem Durchmesser geleitet, um die Fasern im Brei fein zu zerteilen.

Die vorliegende Erfindung ist gekennzeichnet durch die Verwendung feiner Fasern mit einem Haftverstärkungsfaktor von mindestens 0,15. Durch Verwendung feiner Fasern mit ei nem Haftverstärkungsfaktor von mindestens 0,15 können das Abschälen oder Absplittern der Innenschichten und die Bil dung von Randstaub erheblich reduziert werden, und kann der gewünschte Körper mit geringer Dichte erhalten werden. Wenn Fasern mit einem Haftverstärkungsfaktor von weniger als 0,15 verwendet werden, haften die gekräuselten Fasern nicht aus reichend aneinander an, und im erhaltenen Körper mit gerin ger Dichte kann nicht verhindert werden, daß innere Schich ten sich abschälen oder absplittern, und daß sich Randstaub bildet.

Feine Fasern mit einem Haftverstärkungsfaktor im Be reich von 0,15 bis 1,5 sind bevorzugt, und solche mit einem Haftverstärkungsfaktor im Bereich von 0,20 bis 1,5 sind be sonders bevorzugt. Obwohl feine Fasern mit einem Haftver stärkungsfaktor von mehr als 1,5 aus Qualitätsgesichtspunk ten geeignet sind, können die Herstellungskosten der feinen Fasern in diesem Fall erhöht sein.

Obwohl die Größe der durch die mechanische Behandlung hergestellten Zellstoffasern und der erfindungsgemäß ver wendeten feinen Fasern nicht besonders eingeschränkt ist, sind solche mit einer mittleren Faserlänge im Bereich von 0,01 bis 0,80 mm bevorzugt. Aus dem Gesichtspunkt der Aus beute und das Dispersionsvermögens sind mittlere Faserlängen im Bereich von 0, 05 bis 0,60 mm besonders bevorzugt.

Die Fasern können verschiedene Formen besitzen. Die Fa sern sind beispielsweise Fasern, von denen ein Hauptteil aus dünnen Fasern besteht, und Fasern, die teilweise fibrilliert sind, um darin dispergierte, teilweise dünne Fasern zu bil den.

Daher beträgt die Faserbreite, die in Abhängigkeit von der Faserart und dem Behandlungsverfahren variiert, norma lerweise vorzugsweise 0,1 bis 30 µm. Die Faserbreite ist in der vorliegenden Erfindung jedoch nicht besonders einge schränkt.

Die bei der vorliegenden Erfindung verwendeten feinen Fasern sind Fasern mit einem Wasserrückhaltevermögen, das vorzugsweise 150 bis 500%, bevorzugter 165 bis 500% und noch bevorzugter 210 bis 450% beträgt. Wenn das Wasserrückhalte vermögen weniger als 150% beträgt, ist die Haftfestigkeit oder -kraft möglicherweise unzureichend, um die gekräuselten Fasern miteinander zu verbinden. Bei einem durch Kombinieren von feinen Fasern mit einem solchen niedrigen Wasserrückhal tevermögen und den gekräuselten Fasern hergestellten Körper mit geringer Dichte besteht die Tendenz, daß die innere Haftfestigkeit unzureichend ist und sich Randstaub bildet. Insbesondere wenn der Körper mit geringer Dichte ein Blatt ist, ist die Papierfestigkeit unzureichend, und das Blatt ist in einigen Fällen sogar unbrauchbar. Wenn dagegen das Wasserrückhaltevermögen größer ist als 500%, können die Her stellungskosten der feinen Fasern zunehmen.

Das Wasserrückhaltevermögen (WRV) ist definiert als Prozentanteil (%) von Wasser, das auf den Fasern zurückge halten wird, basierend auf dem Trockengewicht (im knochen trocknen Zustand) der Fasern nach einem Zentrifugenentwässe rungsprozeß unter den Bedingungen einer für 15 Minuten aus geübten Zentrifugalkraft von 3000 g, gemäß JAPAN TAPPI-Norm Nr. 26-78. Das Wasserrückhaltevermögen steht in Zusammenhang mit der relativen Menge der Hydroxylgruppen (-OH) in den Cellulosefasern, d. h. auf die Wasserstoffbindungsfähigkeit in den Fasern.

Die gekräuselten Fasern sind durch Kräuseln oder Ver drillen verformte Fasern, deren Verformung durch eine durch eine Vernetzungsreaktion gebildete chemische Bindung fixiert ist. Die scheinbare Länge der gekräuselten Fasern ist kürzer als die ursprüngliche oder Ausgangslänge. In der vorliegen den Erfindung werden gekräuselte Fasern mit einem Naßkräuse lungsfaktor im Bereich von 0,4 bis 1,0, vorzugsweise 0,5 bis 1,0, verwendet.

Wenn der Naßkräuselungsfaktor der gekräuselten Fasern kleiner ist als 0,4, ist das Volumen gering, und die Dichte des durch Kombinieren der gekräuselten Fasern mit feinen Fa sern erhaltenen Materials mit geringer Dichte wird hoch. Wenn dagegen der Naßkräuselungsfaktor der gekräuselten Fa sern größer ist als 1,0, wird die Bildung von Randstaub sehr nachteilig, weil die Faserfestigkeit durch die Beschädigung oder Zerstörung der Zellstoffasern reduziert wird, die durch Erhöhen der zum Verformen der Zellstoffasern erfor derlichen mechanischen Kraft verursacht wird, obwohl das Vo lumen vergrößert wird.

Der Naßkräuselungsfaktor ist eine Vergleichs- oder Richtzahl zum Darstellen des Grads der Verformung der nassen Fasern. Er wird bestimmt durch Eintauchen der gekräuselten Fasern für 24 Stunden bei Raumtemperatur in Reinwasser und anschließendes Messen der linearen Länge (LA) der Fasern und der maximalen Vorsprung- oder Projektionslänge der Fasern (die Länge der längsten Seite des die Faser umgebenden Rechtecks; LB) durch ein Mikroskop und Berechnen des Wertes gemäß der folgenden Formel:

(LA/LB)-1.

Dieser numerische Wert stellt den Kräuselungsgrad im Vergleich zur ursprünglichen oder Ausgangslänge der geraden Faser dar.

Ein Grund, warum der den Kräuselungszustand im nassen Zustand darstellende Naßkräuselungsfaktor wichtig ist, ist, daß, wenn der Naßkräuselungsfaktor klein ist, die gekräusel te Faser im nassen Zustand auch dann ungekräuselt ist, wenn der Kräuselungsfaktor der trockenen Faser sehr hoch ist, so daß es schwierig ist, eine geringe Dichte zu erhalten. Die gekräuselten Fasern mit einem Naßkräuselungsfaktor im Be reich von 0,4 bis 1,0 werden durch starkes Verformen der Zellstoffasern gebogen und in sich selbst vernetzt. Daher sind die Fasern steif oder stabil, so daß ein durch Herstel len eines nur diese Fasern enthaltenden Breis, Entwässern des Breis und Trocknen des erhaltenen Materials hergestell tes Produkt eine geringe Dichte aufweist. In einem nur aus gekräuselten Fasern hergestellten Körper mit geringer Dichte ist jedoch das Maß, in dem die Fasern ineinander verflochten sind, gering. Außerdem wird in diesem Fall, weil die Anzahl der Hydroxylgruppen (-OH) im Cellulosemolekül durch die Ver netzungsbehandlung reduziert ist, die Bildung der Wasser stoffbindungen durch die Hydroxylgruppen schwierig. Dadurch stellt das Abschälen oder Absplittern innerer Schichten des erhaltenen Produkts ein ernsthaftes Problem dar, so daß das Produkt ungeeignet ist. Die gekräuselten Fasern werden daher in der vorliegenden Erfindung mit den spezifizierten zu feinen Fasern kombiniert.

Die gekräuselten Fasern sind vorzugsweise Fasern mit ei nem Wasserrückhaltevermögen, d. h. einer Fähigkeit zum Rück halten von Wasser, im Bereich von 10 bis 80% und vorzugswei se im Bereich von 25 bis 60%. Wenn das Wasserrückhaltevermö gen kleiner ist als 10%, ist die Anzahl der Hydroxylgruppen (-OH) im Cellulosemolekül zu gering, um eine starke Faser- Faser-Verbindung zu erhalten, so daß der erhaltene Körper mit geringer Dichte möglicherweise ein minderwertiges Form haltevermögen aufweist. Wenn die gekräuselten Fasern mit ei nem Wasserrückhaltevermögen von mehr als 80% verwendet wer den, werden die gekräuselten Fasern innerhalb einer kurzen Zeitdauer im nassen Zustand gerade, wodurch eine stabile Herstellung des Körpers mit niedriger Dichte unmöglich wird. Der Wert des Wasserrückhaltevermögens der erfindungsgemäß verwendeten gekräuselten Fasern ist jedoch nicht auf den an gegebenen Bereich beschränkt, weil für einige Zwecke geeig nete Produkte hergestellt werden können, auch wenn ihr Was serrückhaltevermögen nicht innerhalb das angegebenen Be reichs liegt.

Die Erfinder entwickelten die vorliegende Erfindung auf der Basis des Ergebnisses, daß die Materialien mit ausgegli chener niedriger Dichte und geeigneter Festigkeit, die durch Kombinieren der gekräuselten Fasern mit einem anderen Binde mittel nicht erhalten werden können, durch Kombinieren der gekräuselten Fasern mit den spezifizierten feinen Fasern hergestellt werden können.

Als gekräuselte Fasern sind in der vorliegenden Erfin dung bekannte herkömmliche gekräuselte Fasern verwendbar. Die Fasern sind beispielsweise vernetzte Fasern mit einem mittleren Wasserrückhaltevermögen von 28 bis 50%, die durch inneres Vernetzen von Cellulosefasern mit einem C₂- bis C₈- Dialdehyd oder einem säurefunktionsgruppenhaltigen C₂- bis C₈-Monoaldehyd erhalten werden (J.P. KOKOKU Nr. Hei 5-71702); vernetzte Fasern mit einem Wasserrückhaltevermögen von 25 bis 60%, die durch inneres Vernetzen der Cellulosefa sern mit einer C₂- bis C₉-Polycarboxylsäure erhalten werden (J.P. KOKAI Nr. Hei 3-206174, 3-206175 und 3-206176); und vernetzte Fasern die auf dem Markt erhältlich sind unter der Handelsbezeichnung HBA-FF, NHB 405 und NHB 416 (von Weyerhaeuser Co., USA). Die vernetzten Fasern werden daher geeignet ausgewählt.

Nach Hinzufügen eines Vernetzungsmittels zu den Zell stoffasern, wird das erhaltene Gemisch mechanisch gerührt, flaumig oder flockig gemacht, erwärmt und gehalten, während die Fasern im verformten Zustand gehalten werden, um gekräu selte Fasern mit einem hohen Naßkräuselungsfaktor zu erhal ten.

Das Mischungsverhältnis der gekräuselten Fasern zu den feinen Fasern kann in Abhängigkeit vom Verwendungszweck ge eignet ausgewählt werden, um in der vorliegenden Erfindung das Gleichgewicht zwischen der Dichte und der inneren Haft festigkeit zu steuern. D.h., wenn der inneren Haftfestigkeit eine größere Bedeutung beigemessen wird als der geringen Dichte, wird die relative Menge der feinen Fasern erhöht, wenn dagegen der geringen Dichte eine größere Bedeutung bei gemessen wird als der inneren Haftfestigkeit, wird die rela tive Menge der gekräuselten Fasern erhöht. Das Gleichgewicht zwischen der Dichte und der inneren Haftfestigkeit ist ins besondere sehr gut und geeignet, wenn 3 bis 65 Gew.-%, vor zugsweise 3 bis 50 Gew.-% der feinen Fasern basierend auf dem Trockengewicht (knochentrockener Zustand) des Gesamtge wichts der feinen Fasern und der gekräuselten Fasern mit 35 bis 97 Gew.-%, vorzugsweise 50 bis 97 Gew.-% der gekräusel ten Fasern basierend auf dem gleichen Trockengewicht des Ge samtgewichts vermischt werden. Obwohl ein anderes Mischungs verhältnis des Fasergemischs für einige begrenzte Zwecke ge eignet sein kann, ist die innere Haftfestigkeit des Körpers mit geringer Dichte möglicherweise unzulänglich, und kann sich leicht Papierstaub bilden, wenn die Menge der feinen Fasern weniger als 3 Gew.-% beträgt. Wenn dagegen der Anteil der feinen Fasern 65 Gew.-% überschreitet, wird die Dichte leicht übermäßig hoch.

Der erfindungsgemäße Körper mit geringer Dichte kann außer die vorstehend beschriebenen spezifizierten gekräusel ten Fasern und feinen Fasern Additive oder Zusatzstoffe auf weisen, die geeignet ausgewählt sind aus natürlichen Zell stoffasern, organischen Synthese- oder Chemiefasern, anor ganischen Fasern, Papierverfestigungsadditiven, Hydropho biermittel, Wasserabweisungsmittel, schaumbildende Mikrokap seln, Schlichtmittel, Farbstoffe, Pigmente, ausbeuteverbes sernde Mittel, Füllstoffe, PH-Wert-steuernde Mittel, brei steuernde Mittel, fließfähigkeitssteuernde Mittel, Antisep tika, schimmelhemmende Mittel, Flammenhemmstoffe, antimikro bielle Mittel, Rodentizide, Mottenschutzmittel, Feuchthalte mittel, Frischhaltemittel, Sauerstoffentziehungsmittel, Mi krokapseln, Schaumbildner, grenzflächenaktive Stoffe, elek tromagnetisch abschirmende Mittel, Antistatikmittel, Korro sionshemmstoffe, Duftstoffe und Desodorierungsmittel. Diese Additive sind entweder alleine oder in Kombination von zwei oder mehr Additiven verwendbar.

Natürliche Zellstoffasern sind beispielsweise chemi sche Zellstoffasern, die aus Weichholz oder Hartholz erhal ten werden, mechanische Zellstoffasern, z. B. GP, RMP, TMP und CTMP, sekundäre Zellstoffasern, Baumwollzellstoffasern und Linterszellstoffasern. Diese Zellstoffasern können entweder gebleicht oder ungebleicht sein und entweder ge schlagen oder nicht geschlagen sein. Die Steifigkeit dieser Zellstoffasern kann durch eine chemische Behandlung erhöht werden. Es können merzerisierte Zellstoffe und andere ge quollene oder geschwollene Zellstoffe, z. B. mit Flüssigammo niak behandelte Zellstoffe, verwendet werden. Die Wirkung chemisch behandelter Fasern zum Reduzieren der Dichte ist besser als bei nicht chemisch behandelten Fasern. Sie werden entweder alleine oder in Form einer Kombination aus zwei oder mehr geeignet ausgewählten Zellstoffen verwendet. Die Menge der Zellstoffasern, die in Abhängigkeit vom Verwen dungszweck des Körpers mit geringer Dichte variiert, beträgt vorzugsweise 0 bis 60 Gew.-% basierend auf der Gesamtmenge fester Komponenten.

Organische Synthese- oder Chemiefasern sind beispiels weise Polyethylenfasern, Polypropylenfasern, Polyacrylni trilfasern, Acrylfasern, Reyonfasern, Polyesterfasern und Polyamidfasern. Darunter sind biologisch abbaubare Fasern, z. B. aliphatische Polyesterfasern und Acetylcellulosefasern besonders bevorzugt. Hinsichtlich der Form der Fasern sind gekräuselte Fasern geraden Fasern vorzuziehen, weil erwartet werden kann, daß die Wirkung gekräuselter Fasern zum Redu zieren der Dichte größer ist als bei geraden Fasern. Sie sind entweder einzeln oder in Kombination aus zwei oder mehr geeignet ausgewählten Faserarten verwendbar. Die Menge der organischen Synthese- oder Chemiefasern, die in Abhängigkeit vom Verwendungszweck des Körpers mit geringer Dichte vari iert, beträgt normalerweise 0 bis 30 Gew.-% basierend auf der Gesamtmenge der besten Komponenten. Die so hinzugefügten organischen Synthese- oder Chemiefasern sind geeignet zum Verbessern der Festigkeit des mit Wasser befeuchteten Mate rials mit geringer Dichte.

Anorganische Fasern sind beispielsweise Glasfasern, Kohlenstoffasern, Aktivkohlefasern, Aluminiumoxidfasern, Siliziumkarbidfasern, Silika/Aluminiumoxidsilikatfasern und Steinwollefasern. Sie sind entweder einzeln oder in Kombina tion aus zwei oder mehr davon geeignet ausgewählten Faserar ten verwendbar. Die Menge der anorganischen Fasern, die in Abhängigkeit vom Verwendungszweck des Materials mit geringer Dichte variiert, beträgt normalerweise 0 bis 30 Gew.-% ba sierend auf dem Gesamtgewicht der besten Komponenten. Die derart hinzugefügten anorganischen Synthese- oder Chemiefa sern sind wirksam, um dem Körper mit geringer Dichte eine bestimmte Wärmebeständigkeit aufzuprägen und verschiedene Funktionen zu verleihen, wie beispielsweise eine desodori sierende Wirkung und eine gewisse Leitfähigkeit.

Papierverfestigungsadditive sind beispielsweise Stärke, CMC, PVA, Urea/Formaldehydharz, Melamin/Formaldehydharz, Po lyamid/Urea/Formaldehydharz, Ketoharz, Polyamid/Epichlorhy drinharz, Polyamid/Polyamin/Epichlorhydrinharz, Glyzerin/Po lyglyzidylätherharz und Polyethyleniminharz. Sie werden ent weder einzeln oder in Kombination aus zwei oder mehr davon geeignet ausgewählten Additiven verwendet. Die Beimischungs menge des Papierverfestigungsmittels, die vom Verwendungs zweck des Körpers mit geringer Dichte abhängt, beträgt nor malerweise 0 bis 10 Gew.-% basierend auf dem Gesamtgewicht der festen Komponenten. Durch das derart hinzugefügte Pa pierverfestigungsmittel wird normalerweise die Festigkeit verbessert. Insbesondere ist eine Mittel zum Verbessern der Papier-Naßfestigkeit sehr wirksam, um die Naßfestigkeit des Körpers mit geringer Dichte zu verbessern.

Hydrophobiermittel sind beispielsweise die vorstehend beschriebenen Papierverfestigungsmittel, die auch als Hydro phobiermittel verwendbar sind, sowie aldehydgruppenhaltiges Formaldehyd, Glyoxal und Dialdehydstärke und Zirkoniumammo niumcarbonat, das eine mehrwertige Metallverbindung ist. Die wasserabeisenden oder Imprägniermittel schließen verschiede ne Wachse ein (z. B. natürliches Wachs, Mineralölparaffin, chloriniertes Paraffin und Wachsemulsion), höherwertigere Fettsäurederivate, Kunstharze, Chromkomplexsalze, Zirkonium salze und Silikonharze. Die Wasserabweisungsmittel sind nicht auf diese Beispiele beschränkt. Sie sind entweder ein zeln oder in Kombination von zwei oder mehr davon geeignet ausgewählten Substanzen verwendbar. Das Hydrophobiermittel und das Wasserabweisungsmittel dienen zum Verbessern der Wasserbeständigkeit des Körpers mit geringer Dichte. Ihre Menge variiert in Abhängigkeit vom Verwendungszweck des Kör pers mit geringer Dichte und beträgt normalerweise 0 bis 10 Gew.-% basierend auf der Gesamtmenge fester Komponenten.

Die in der vorliegenden Erfindung verwendeten schaum bildenden Mikrokapseln sind beispielsweise feine Harzparti kel mit einem darin vorgesehenen Lösungsmittel mit niedrigem Siedepunkt und mit einem mittleren Partikeldurchmesser von 5 bis 30 µm. Wenn die Partikel auf 70 bis 150°C erwärmt wer den, schwellen sie auf ihren 3- bis 5-fachen Durchmesser und ihr 30 bis 120-faches Volumen an. Die Harze sind normaler weise thermoplastische Harze mit Copolymeren aus Vinyliden chlorid, Acrylnitril, einem Acrylester oder einem Methacryl säureester bzw. Methacrylat. Das Lösungsmittel mit niedrigem Siedepunkt weist normalerweise Isobutan, Pentan, Pe troläther, Hexan und Halogenkohlenwasserstoffe mit niedrigem Siedepunkt auf. Sie sind entweder einzeln oder in Kombinati on aus zwei oder mehr davon geeignet ausgewählten Lösungs mitteln verwendbar. Die Menge der schaumbildenden Mikrokap seln, die in Abhängigkeit vom Verwendungszweck des Körpers mit geringer Dichte variiert, beträgt normalerweise 0 bis 30 Gew.-% basierend auf der Gesamtmenge der festen Komponenten. Die schaumbildenden Mikrokapseln werden im Trocknungsschritt durch Wärme geschäumt, um die Dichte weiter zu reduzieren.

Der zum Herstellen des erfindungsgemäßen Körpers mit geringer Dichte verwendete Brei wird entweder diskontinuier lich oder kontinuierlich mit Hilfe einer Vorrichtung mit ei nem Rührer hergestellt. Vorzugsweise wird veranlaßt, daß die gekräuselten Fasern nicht für eine lange Zeitdauer im nassen oder feuchten Zustand gehalten werden. Sie werden aus den folgenden Gründen vorzugsweise unmittelbar vor der Herstel lung des Körpers mit geringer Dichte merzerisiert und mit feinen Fasern vermischt: Obwohl die hydrophilen Eigenschaf ten der gekräuselten Fasern schwächer sind als diejenigen gewöhnlicher Zellstoffasern, absorbieren die gekräuselten Fasern Wasser, so daß die Fasern selbst weich werden, wenn sie für eine lange Zeitdauer in Wasser eingetaucht werden, so daß die Dichte des Körpers mit geringer Dichte zunimmt und es schwierig ist, ein großes Volumen des Körpers zu er halten. Daher wird der Brei vorzugsweise nicht diskontinu ierlich hergestellt, sondern durch ein kontinuierliches Ver fahren, in dem die Breiherstellung für die Herstellung des Körpers mit geringer Dichte geeignet gesteuert werden kann. Das Medium zum Herstellen des Breis ist normalerweise Was ser. Andere Medien, z. B. ein Gemisch aus Wasser und Alkohol (z. B. Methanol oder Ethanol) und organische Lösungsmittel, z. B. Alkohole, Aceton, Ethylacetat und Glycerol, sind eben falls verwendbar. Die Konzentration des Breis, die in Abhäng gigkeit von der Vorrichtung zum Herstellen des Körpers mit geringer Dichte variiert, wird normalerweise so eingestellt, daß sein Trockenfeststoffanteil 0,05 bis 10 Gew.-% beträgt. Allgemein wird, wenn beispielsweise eine Papiermaschine ver wendet wird, die Konzentration des Breis so eingestellt, daß sein Trockenfeststoffanteil 0,05 bis 2 Gew.-% beträgt. Eine übermäßig hohe Konzentration ist für das homogene Vermischen der gekräuselten Fasern und der feinen Fasern mit anderen Additiven ungeeignet.

Der erfindungsgemäße Körper mit geringer Dichte hat den Vorteil, daß, anders als im Trockenverfahren, die Fasern ho mogen vermischt werden können und die Faser-Faser- Haftfestigkeit durch die Wasserstoffbindungen erhöht ist, so daß die Menge des gebildeten Randstaubs extrem gering ist, weil der Körper mit geringer Dichte durch das Schlämmungs verfahren oder, mit anderen Worten, durch das sogenannte Naßverfahren erhalten wird, in dem das Medium verwendet wird.

Der erfindungsgemäße Körper mit geringer Dichte hat beispielsweise die Form eines Blatts, eines Karton bzw. ei ner Pappe oder eines Formteils. Das Blatt kann durch eine gewöhnliche Papiermaschine, z. B. eine Zylinderpapiermaschi ne, eine Langsiebmaschine, eine Schrägrahmenformungsmaschine oder eine Doppelsiebmaschine hergestellt werden. Die Dicke eines durch eine solche Papiermaschine hergestellten Blatts beträgt normalerweise 30 µm bis 5 mm. Die Dichte des derart erhaltenen Blatts variiert in Abhängigkeit von den Arten und den relativen Mengen der gekräuselten Fasern und der feinen Fasern und außerdem von den Arten und den relativen Mengen der Additive. Ein anderer Faktor ist der auf das Blatt im Verlauf seiner Herstellung ausgeübte Druck. Um eine mög lichst geringe Dichte zu erhalten, sind verschiedene Techni ken geeignet. Beispielsweise wird ein möglichst geringer Va kuumgrad in der Absaugwalze hergestellt, um den Entwässe rungsdruck im Siebteil zu reduzieren, der Druck der Abtropf- oder Siebwalze so niedrig wie möglich eingestellt, der An preßdruck im Pressenteil vermindert, die Spannung einer Trocknungsleinwand und der Anpreßdruck der Leimpresse redu ziert und ein innerhalb der Maschine angeordneter Kalander bzw. eine Satiniermaschine nicht verwendet. Bei der vorlie genden Erfindung kann der Körper, der eine Dichte im Bereich von 0,05 bis 0,45 g/cm³, vorzugsweise 0,05 bis 0,25 g/cm³ aufweist, durch geeignetes Steuern der Zusammensetzung des Breis und Auswählen der während des Herstellungsprozesses verwendeten Verfahren gebildet werden.

Der derart hergestellte Körper mit geringer Dichte ist so wie er ist, oder nach einer Nachbehandlung, wie bei spielsweise einer Oberflächenbeschichtung oder einem Imprä gnierprozeß, als holzfreies Papier, leichtgewichtige Be schichtung, Kunstpapier, beschichtetes Papier, Basispapier für ein thermosensitives Aufzeichnungspapier, Basispapier für ein Wärmeübertragungsempfangspapier, Basispapier für ein Sublimationswärmeübertragungsempfangspapier, Basispapier für ein druckempfindliches Kopierpapier, Basispapier für einen Papierbecher, Basispapier für ein Laminatpapier, Basispapier zur Metallaufdampfung, elektrophotographisches Kopierpapier, Pack- oder Einwickelpapier oder Dekorationspapier geeignet.

Wenn die Oberfläche des Basispapiers glatt sein muß, wird im Trocknungsteil vorzugsweise ein Glättzylinder verwendet. Wenn das beschichtete Papier eine geringe Dichte aufweisen muß, wird das Papier vorzugsweise mit einer Farbbeschichtung mit geringer Dichte beschichtet, z. B. einem Kunststoffpig ment oder einer geschäumten Farbe mit feinen Schäumen. Eine Nachbehandlung (einschließlich der innerhalb der Maschine ausgeführten Behandlung) mit einer klebstoffhaltigen Farbbe schichtung ist ebenfalls wirksam, um die Festigkeit des Pa piers zu erhöhen.

Die erfindungsgemäßen Kartons oder Pappen mit geringer Dichte weisen normalerweise eine Dicke von 5 mm bis mehrere Zentimeter auf. Dieser Karton kann durch die vorstehend un ter Bezug auf das Blatt mit geringer Dichte beschriebene Pa piermaschine hergestellt werden. Durch Verwendung einer aus gewählten Vorrichtung können nasse, dünne Papierlagen auf einandergelegt werden, um ein dickes Laminat zu bilden. Die Dichte des Kartons kann, wie die Dichte des Blatts, 0,05 bis 0,45 g/cm³ betragen, indem die Zusammensetzung des Breis spezifisch gesteuert und das Herstellungsverfahren spezi fisch ausgewählt wird. Bei einen anderen besonderen Herstel lungsverfahren, z. B. bei einem sogenannten Einspritz- oder Injektionsverfahren, wird der Brei mit einer hohen Tempera tur und einem hohen Druck in einen aus einem Gitter oder Sieb hergestellten, kastenähnlichen Behälter extrudiert, um eine Karton herzustellen. Wenn dem Brei Stärke mit einem ho hen Amylose- oder Stärkecelluloseanteil hinzugefügt wird, weist das Produkt eine weiter reduzierte Dichte auf.

Das derart hergestellte Kartonmaterial mit geringer Dichte ist in verschiedenen Anwendungsgebieten verwendbar, in denen geschäumtes Styrol, geschäumtes Urethan oder ähnli che Materialien verwendet wurden, z. B. als Baumaterial, Ver packungsmaterial und Material für die Decke eines motorbe triebenen Fahrzeugs, wobei vorteilhaft sein leichtes Ge wicht, seine Wärmeisolationseigenschaften, seine Dämpfungs wirkung, seine schallabsorbierenden Eigenschaften, seine Aufnahmefähigkeit für Feuchtigkeit, seine biologische Abbau barkeit usw. ausgenutzt werden können.

Zwei oder mehr der gemäß dem vorstehenden Verfahren her gestellte Lagen oder Kartons können aufeinander angeordnet werden, um ein dickeres Blatt bzw. einen dickeren Karton herzustellen.

Das erfindungsgemäße Formteil mit geringer Dichte kann eine geeignete Form aufweisen und durch ein Zellstoffor mungsverfahren oder ein Einspritz- oder Injektionsverfahren hergestellt werden. Formteile mit geringer Dichte, die eine Dichte im Bereich von 0,05 bis 0,45 g/cm³ aufweisen, können durch geeignetes Auswählen der Zusammensetzung des Breis, des Saugdrucks, des Extrudierdrucks usw. hergestellt werden. Die Formteile gönnen auch durch Schneiden der Blätter oder Kartons in eine geeignete Größe und Verleimen der Blätter oder Kartons oder durch Schneiden eines Blocks hergestellt werden, der durch Verleimen der Blätter oder Kartons mitein ander hergestellt wird.

Die Verfahren zum Beimischen der Papierverfestigungsad ditive, der Hydrophobiermittel, der Wasserabweisungsmittel, der Antiseptika, der schimmelhemmenden Mittel, der Flammen hemmstoffe, der antimikrobiellen Mittel, der Rodentizide, der Mottenschutzmittel, der Feuchthaltemittel, der Frisch haltemittel, der Sauerstoffentziehungsmittel, der elektroma gnetisch abschirmenden Mittel, der Antistatikmittel, der Korrosionshemmstoffe, der Duftstoffe, der Desodorierungsmit tel usw. in den Körper mit geringer Dichte sind z. B. ein in neres Beimischungsverfahren, bei dem sie, wie vorstehend be schriebenen, mit dem Brei vermischt werden, und ein äußeres Verfahren, gemäß dem die Oberfläche des Blatts, des Kartons oder des Formteils damit beschichtet wird. Das äußere Ver fahren kann durch Beschichten, Anstreichen, Aufsprühen oder auf ähnliche Weise ausgeführt werden. Außerdem können das innere Beimischungsverfahren und das äußere Verfahren kombi niert werden.

Der derart hergestellte Körper mit geringer Dichte ist in verschiedenen Anwendungsgebieten verwendbar, in denen ge schäumtes Styrol, geschämtes Urethan oder ähnliche Materia lien verwendet werden, z. B. als Verpackungsmaterial, stoßab sorbierendes Material für Helme, Schallschutzmaterial und Wärmeisolationsmaterial, wobei vorteilhaft sein leichtes Ge wicht, seine wärmeisolierenden Eigenschaften, seine Dämp fungswirkung, seine schalldämmenden Eigenschaften, seine Aufnahmefähigkeit für Feuchtigkeit, seine biologische Abbau barkeit usw. ausgenutzt werden können. Der erfindungsgemäße Körper mit geringer Dichte kann auch in Kombination mit ei nem anderen Material verwendet werden, das zwischen oder auf einer Wellpappe oder einem Karton angeordnet werden kann.

Der erfindungsgemäße Körper mit geringer Dichte, der hochgradig gas- und flüssigkeitsdurchlässig ist, ist außer dem als Filter verwendbar. Beispielsweise kann ein aus die sem Körper hergestelltes Blatt bzw. eine Karton als Filter für Automobile, Filter für Staubsauger, Luftfilter, Filter für Klimaanlagen, Filter für Ventilatoren oder Papier für Papierschiebetüren verwendet werden. Ein aus diesem Körper hergestelltes Formteil ist geeignet als Zigarettenfilter. Wenn den Fasern ein Funktionsmaterial, z. B. ein Katalysator, Aktivkohle oder Aktivkohlefasern beigemischt wird, kann ein Filter mit einer besonderen Funktion, z. B. einer deodorisie renden Wirkung, erhalten werden.

Die zum Entwässern des Breis in einer Papiermaschine oder einer Zellstofformungsmaschine verwendeten Siebe kön nen gewöhnliche Siebe mit einer Siebgröße von 60 oder 80 Mesh sein. Wenn die feinen Fasern sehr fein sind, oder wenn die Breikonzentration gering ist, kann geeignet auch ein Feinsieb mit einer Siebgröße von 150 Mesh oder mehr verwen det werden.

Die in der vorliegenden Erfindung verwendbaren Herstel lungsmaschinen sind nicht auf die vorstehend beschriebenen Maschinen beschränkt, und die Verwendungsmöglichkeiten der hergestellten Körper mit geringer Dichte sind ebenfalls nicht eingeschränkt.

Durch die nachstehenden Beispiele, durch die der Umfang der vorliegenden Erfindung nicht eingeschränkt werden soll, wird die vorliegende Erfindung näher erläutert. Die Anteile und Prozentangaben in den folgenden Beispielen und Ver gleichsbeispielen sind, falls nicht anders angeführt, in Gew.-% angegeben (Gewichtsanteil des Feststoffs bzw. Gew.-%).

Beispiel 1

Eine Lösung aus 2 g Epichlorhydrin (ein Produkt von Wa ko Pure Chemical Industries, Ltd.) in 20 ml Isopropanol und 20 ml einer 5%-igen Natriumhydroxidlösung und Wasser wurden 50 g (absolutes Trockengewicht) gebleichter Nadelbaum- Kraftzellstoff beigemischt. Außerdem wurde dem erhaltenen Gemisch Wasser beigemischt, um eine Gesamtmenge von 250 g zu erhalten. Nach sorgfältigem Rühren wurde das Gemisch in ei nen 1 Liter-Doppelarmkneter eingefüllt (Typ: S1-1, ein Pro dukt von Moriyarna Seisakusho) und durch die Doppelarme für 20 Minuten bei einer Drehzahl von 60 Umin^-1 bzw. 100 Umin^-1 bei Raumtemperatur gerührt. Daraufhin wurde das Gemisch in einen wärmebeständigen Kunststoffbeutel eingefüllt, worauf hin der Beutel dicht verschlossen wurde und das Gemisch für 2 Stunden bei 80°C wärmebehandelt wurde, um eine Vernetzung zu erreichen. Dann wurden die im Zellstoff verbleibenden Al kalien sorgfältig mit Wasser ausgewaschen. Nachdem eine Kon zentration auf einen Feststoffgehalt von 20% durch einen Büchnertrichter erreicht war, wurden die Fasern sorgfältig entwirrt und in einem Lufttrockner für 2 Stunden bei 150°C getrocknet. Der getrocknete Zellstoff wurde aus dem Trockner entnommen und abgekühlt. Die Zellstoffmassen wurden merzeri siert und durch eine experimentelle Warburg-Mischpumpe floc kig gemacht. Die so erhaltenen gekräuselten Fasern wiesen einen Naßkräuselungsfaktor von 0,75 und ein Wasserrückhalte vermögen von 30% auf.

350 ml/min eines wässerigen Breis eines gebleichten Kraftzellstoffs eines Laubbaums mit einer Feststoffkonzen tration von 1% wurden durch eine 1,5 Liter-DYNO-MÜHLE (Typ KDL-PILOT, ein Produkt von Willy A. Bachofen) geleitet, die 80 Vol.-% Glasperlen mit einem mittleren Durchmesser von 2 mm enthielt, um feine Fasern mit einer mittleren Faserlänge von 0,28 mm und einem Haftverstärkungsfaktor von 0,52 zu er halten. Das Wasserrückhaltevermögen der feinen Fasern wurde bestimmt und betrug 280%.

90 Teile der gekräuselten Fasern und 10 Teile der fei nen Fasern, die wie vorstehend beschrieben hergestellt wur den, wurden miteinander vermischt. Dem Gemisch wurde Wasser beigemischt, um eine Feststoffkonzentration von 2% einzu stellen. Nach sorgfältigen Rühren wurde ein Faserbrei erhal ten. Der Brei wurde als Grund- oder Ausgangsmaterial verwen det. Ein nasses Blatt mit einem Basisgewicht von 60 g/m² wurde durch eine (250 mm × 250 mm)-Handblattmaschine mit ei nem Bronzesieb mit der Siebgröße 80 Mesh auf einem Sieb her gestellt. Nach dem Gautschvorgang wurde kein Naßpreßvorgang ausgeführt, und das Blatt wurde in einem Rahmen fixiert und in eine Heißlufttrockner bei 105°C getrocknet, um ein ge trocknetes Blatt zu erhalten. Die Eigenschaften des Blattes wurden bestimmt, und die Bildung von Randstaub wurde unter sucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.

Nachstehend werden Verfahren zum Auswerten der charak teristischen Eigenschaften der verwendeten feinen Fasern, der gekräuselten Fasern und der hergestellten Blätter be schrieben.

Auswertungsverfahren Verfahren zum Bestimmen des Haftverstärkungsfaktors

50 Teile des gebleichten Hartholz-Kraftzellstoffs wur den mit 50 Teilen des gebleichten Weichholz-Kraftzellstoffs vermischt. Die Konzentration des Gemischs wurde auf 2% ein gestellt, und das Gemisch wurde durch eine experimentelle Niagara-Schlagmaschine bzw. einen Mahlholländer (Kapazität: 23 l) geschlagen, bis ein Mahlgrad von 500 ml nach Kanadi schem Standard (CSF) erreicht wurde. 3,7 g (absolutes Troc kengewicht) des hergestellten Grund- oder Ausgangsmaterials wurden entnommen und zum Herstellen eines Blatts durch eine quadratische (250 mm × 250 mm)-Handblattmaschine mit einem Sieb mit der Siebgröße 150 Mesh verwendet, ohne Chemikalien hinzuzufügen. Nach dem Gautschen und einem anschließenden Naßpreßvorgang (erster Preßvorgang), der durch ein herkömm liches Verfahren für 5 Minuten mit einem Preßdruck von 3,5 kg/cm² ausgeführt wurde, und einem anschließenden Preßvor gang (zweiter Preßvorgang), der für 2 Minuten ausgeführt wurde, wurde das Blatt in einem Rahmen fixiert und durch ei nen Lufttrockner bei Umgebungstemperatur getrocknet. Nach einer Wärmebehandlung für 2 Minuten bei 130°C wurde ein Blatt 1 mit einem Basisgewicht von 60 g/m² erhalten. Die re lative Feuchtigkeit des Blatts wurde auf 65% bei 20°C ein gestellt.

Andererseits wurden 3,7 g (absolutes Trockengewicht) des Grund- oder Ausgangsmaterials, das durch sorgfältiges Mischen von 50 Teilen des geschlagenen Hartholz-Weichholz zellstoffgemischs mit 50 Teilen der feinen Fasern herge stellt wurde, entnommen, und es wurde ein Blatt 2 auf die gleiche Weise wie vorstehend beschrieben hergestellt, und die relative Feuchtigkeit des Blatts wurde auf 65% bei 20°C eingestellt.

Die Dichte jedes der Blätter 1 und 2 wurde bestimmt, und anschließend wurde der Elastizitätsmodul (GPa) jedes der Blätter 1 und 2 durch Bestimmen der Ultraschall-Ausbrei tungsgeschwindigkeit durch ein dynamisches Elastizitätsmo dulmeßgerät bestimmt (SST-210 A, ein Produkt von Nomura Sho ji Co., Ltd.). Der Elastizitätsmoduk (E) wurde gemäß folgen der Formel berechnet:

E(Gpa) = ρ(g/cm³) × [S(km/s)]²

wobei ρ die Dichte (g/cm³) des Blattes mit der eingestellten Feuchtigkeit und S die Ultraschall-Ausbreitungsgeschwindig keit (km/s) darstellt.

Der Haftverstärkungsfaktor wird dargestellt durch [(E2/E1)-1], wobei E1 (GPa) den Elastizitätsmodul des Blattes 1 und E2 (GPa) den Elastizitätsmodul des Blatts 2 darstellt.

Verfahren zum Bestimmen der mittleren Faserlinge

Die mittlere Faserlänge (arithmetisches Mittel) wurde durch ein KAJAANI-Faserlängenmeßgerät (Typ FS-200) bestimmt.

Verfahren zum Bestimmen des Wasserrückhaltevermögens

Das Wasserrückhaltevermögen wurde gemäß JAPAN TAPPI-Norm Nr. 26-78 bestimmt.

Als die gekräuselten Fasern sich in einem trockenen Zu stand befanden, wurde das Wasserrückhaltevermögen folgender maßen bestimmt: 0,5 g (absolutes Trockengewicht) des Grund- oder Ausgangsmaterials wurden vollständig in 100 ml destil liertem Wasser dispergiert. Die Dispersion wurde bei Raum temperatur für 24 Stunden stehengelassen, um die Fasern sorgfältig mit Wasser zu durchfeuchten. Das Grund- oder Aus gangsmaterial wurde auf einem Filter gesammelt und dann in einen Behälter einer Zentrifuge (Typ H-103N, ein Produkt von Kokusan Enshinki Co.) mit einem G2-Glasfilter eingefüllt und für 15 Minuten zentrifugiert. Die Zentrifugalkraft betrug 3000 g.

Die zentrifugierte Probe wurde aus dem Behälter entnom men, und die so erhaltene nasse Probe wurde gewogen. Darauf hin wurde die Probe in einem Trockner bei 105°C getrocknet, bis ihr Gewicht einen konstanten Wert annahm. Es wurde das Trockengewicht bestimmt, und das Wasserrückhaltevermögen wurde gemäß der folgenden Formel berechnet:

Wasserrückhaltevermögen (%) = [(W-D)/D]×100

wobei W das Gewicht (g) der nassen Probe nach dem Entwässern durch Zentrifugieren und D das Gewicht (g) der knochentrock nen Probe darstellt.

Das Wasserrückhaltevermögen der feinen Fasern wurde be stimmt durch Einstellen ihrer Konzentration auf einen Be reich von 6 bis 9%, Entnehmen von 0,7 g (absolutes Trocken gewicht) der Probe, Einfüllen der Probe in einen Behälter mit einem G3-Glasfilter, Entwässern der Probe durch Zentri fugieren auf die gleiche Weise wie vorstehend beschrieben, und Berechnen des Wasserrückhaltevermögens aus dem Naßge wicht und dem Trockengewicht gemäß vorstehender Formel.

Verfahren zum Bestimmen des Naßkräuselungsfaktors

100 gekräuselte Fasern, die bei Raumtemperatur für 24 Stunden in destilliertes Wasser eingetaucht wurden, wurden auf einem Objektträger eines Mikroskops angeordnet. Die tat sächliche (lineare) Länge LA (µm) und die maximale Vor sprunglänge LB (µm) (die der Länge der längsten Seite des die Faser umgebenden Rechtecks gleich ist) jeder Faser wur den durch einen Bildanalysator bestimmt, und der Naßkräuse lungsfaktor wurde gemäß folgender Formel bestimmt und sein Mittelwert berechnet.

Naßkräuselungsfaktor = (LA/LB)-1.

Eigenschaften des Blatts

Das Basisgewicht des erhaltenen Blatts wurde gemäß der Norm JIS P 8142 bestimmt; die Dicke und die Dichte des Blatts wurden gemäß der Norm JIS P 8118 bestimmt, und die Zug- oder Zerreißfestigkeit (Bruch- oder Zerreißlänge) des Blatts wurde gemäß der Norm JIS P 8113 bestimmt.

Verfahren zum Bestimmen der inneren Haftfestigkeit

Die innere Haftfestigkeit wurde gemäß der TAPPI-Norm Nr. 541 bestimmt.

Bildung von Randstaub beim Schneiden des Blatts oder Formteils

Das Blatt bzw. das Formteil wurde durch ein kommerziell erhältliches Schneidmesser (Handelsbezeichnung NT Cutter L-500) geschnitten, und der Grad der Ausbildung von Randstaub wurde makroskopisch gemäß folgenden Kriterien bestimmt:
: Es bildete sich kaum Randstaub.
○: Es bildete sich Randstaub nur in geringer Menge, der in der Praxis keine Probleme verursacht.
Δ: Es bildete sich Randstaub in erheblicher Menge, wodurch in der Praxis Probleme entstehen.
X: Es bildete sich eine große Menge Randstaub, und das Blatt bzw. das Formteil war zur Verwendung ungeeignet.

In Fällen, in denen keine Bestimmung möglich war, sind die Ergebnisse durch "-" gekennzeichnet.

Beispiel 2

Ein wässeriger Brei aus gebleichtem Kraftzellstoff ei nes Laubbaums mit einer Feststoffkonzentration von 1% wurde durch eine 6-Zylinder-Sandmühle (Kapazität 300 ml, ein Pro dukt von Aimex Co.), gefällt mit Glasperlen mit einem mitt leren Durchmesser von 2 mm, behandelt, um feine Fasern mit einer mittleren Faserlänge von 0,18 mm und einem Haftver stärkungsfaktor von 1,15 zu erhalten. Die feinen Fasern wie sen ein Wasserrückhaltevermögen von 400% auf.

10 Teile der feinen Fasern wurden mit 90 Teilen der auf die gleiche Weise wie bei Beispiel 1 erhaltenen gekräuselten Fasern vermischt, und das Gemisch wurde mit Wasser verdünnt, um eine Feststoffkonzentration von 2% zu erhalten, und an schließend gerührt, um einen vollständig dispergierten Fa serbrei zu erhalten. Das gleiche Verfahren wie bei Beispiel 1 wurde wiederholt, außer daß der erhaltene Brei als Grund- oder Ausgangsmaterial zum Herstellen eines Blatts mit einem Basisgewicht von 60 g/m² verwendet wurde. Die Ergebnisse der Auswertung sind in Tabelle 1 dargestellt.

Beispiel 3

Ein wässeriger Brei aus gebleichtem Kraftzellstoff aus Hartholz mit einer Feststoffkonzentration von 3% wurde wie derholt mit einem 12-Zoll-Einscheibenrefiner (ein Produkt von Kumagai Riki Kogyo Co.) behandelt, um feine Fasern mit einem CSF-Wert von 200 ml zu erhalten. Die feinen Fasern hatten eine mittlere Faserlänge von 0,35 mm, einen Haftver stärkungsfaktor von 0,17 und ein Wasserrückhaltevermögen von 160%.

10 Teile der feinen Fasern wurden mit 90 Teilen der auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellten gekräusel ten Fasern vermischt, und das Gemisch wurde mit Wasser ver dünnt, um eine Feststoffkonzentration von 2% zu erhalten, und anschließend gerührt, um einen vollständig dispergierten Faserbrei zu erhalten. Das gleiche Verfahren wie in Beispiel 1 wurde wiederholt, außer daß der erhaltene Brei als Grund- oder Ausgangsmaterial zum Herstellen eines Blatts mit einem Basisgewicht von 60 g/m² verwendet wurde. Die Ergebnisse der Auswertung sind in Tabelle 1 dargestellt.

Beispiel 4

Ein Blatt mit einem Basisgewicht von 60 g/m² wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, außer daß ein durch Mischen von 75 Teilen der gekräuselten Fasern mit 25 Teilen der feinen Fasern erhaltenes Grund- oder Ausgangs material verwendet wurde. Die Ergebnisse der Auswertung sind in Tabelle 1 dargestellt.

Beispiel 5

Ein Blatt wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, außer daß die durch die Behandlung durch die DYNO-Mühle erhaltenen feinen Fasern durch 10 Teile kommerzi ell erhältliche feine Fasern (Handelsbezeichnung KY-400M, ein Produkt von Daicel Chemical Industries, Ltd.) mit einer mittleren Faserlänge von 0,15 mm und einem Haftverstärkungs faktor von 0,25 ersetzt wurden. Die feinen Fasern wiesen ein Wasserrückhaltevermögen von 288% auf. Die Ergebnisse der Auswertung sind in Tabelle 1 dargestellt.

Beispiel 6

Ein Blatt mit einem Basisgewicht von 60 g/m² wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, außer daß das durch die Handblattmaschine hergestellte nasse Blatt durch ein herkömmliches Verfahren mit 3,5 kg/cm² naßgepreßt wurde. Die Ergebnisse der Auswertung sind in Tabelle 1 dar gestellt.

Beispiel 7

450 ml/min eines wässerigen Breis aus Hartholz- Kraftzellstoff mit einer Feststoffkonzentration von 1% wurde durch einen 1,5 Liter-Behälter einer DYNO-Mühle mit 80 Vol.-% Glasperlen mit einem mittleren Durchmesser von 2 mm geleitet, um feine Fasern mit einer mittleren Faserlänge von 0,31 mm, einem Haftverstärkungsfaktor von 0,43 und einem Wasserrückhaltevermögen von 220% zu erhalten.

25 Teile der feinen Fasern wurden mit 75 Teilen kom merziell erhältlichen gekräuselten Fasern (Handelsbezeich nung NHB 416, ein Produkt von Weyerhaeuser Co., USA) ver mischt. Das Gemisch wurde mit Wasser verdünnt, um eine Fest stoffkonzentration von 2% zu erhalten, und sorgfältig ge rührt, um einen vollständig dispergierten Faserbrei zu er halten. Ein Blatt mit einem Basisgewicht von 60 g/m² wurde auf die gleiche Weise hergestellt wie in Beispiel 6, außer daß der derart hergestellte Brei als Grund- oder Ausgangsma terial verwendet wurde. Die Ergebnisse der Auswertung sind in Tabelle 1 dargestellt.

Beispiel 8

Ein Blatt mit einem Basisgewicht von 60 g/m² wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 7 hergestellt, außer daß 0,5% (absolutes Trockengewicht basierend auf den Fasern) Po lyacrylamidharz (Handelsbezeichnung AF-100, ein Produkt von Arakawa Kagaku Kogyo) als Papierverfestigungsmittel dem gleichen Grund- oder Ausgangsmaterial beigemischt wurde, das in Beispiel 7 verwendet wurde. Die Ergebnisse der Auswertung sind in Tabelle 1 dargestellt.

Beispiel 9

60 Teile kommerziell erhältliche gekräuselte Fasern (Handelsbezeichnung NHB 416, ein Produkt von Weyerhaeuser Co., USA) wurden mit 20 Teilen feinen Fasern mit einer mitt leren Faserlänge von 0,28 mm, einem Haftverstärkungsfaktor von 0,52 und einem Wasserrückhaltevermögen von 280%, die ge mäß Beispiel 1 hergestellt wurden, und 20 Teilen gebleichtem Weichholz-Kraftzellstoff vermischt, der durch eine experi mentelle Niagara-Schlagmaschine (Kapazität 23 l) geschlagen wurde, bis der CSF-Wert 650 ml erreichte. Das Gemisch wurde mit Wasser verdünnt, bis eine Feststoffkonzentration von 2% erreicht war, und sorgfältig gerührt, um einen vollständig dispergierten Faserbrei zu erhalten. Ein Blatt mit einem Ba sisgewicht von 60 g/m² wurde auf die gleiche Weise herge stellt wie in Beispiel 6, außer daß dieser Brei als Grund- oder Ausgangsmaterial verwendet wurde. Die Ergebnisse der Auswertung sind in Tabelle 1 dargestellt.

Vergleichsbeispiel 1

Es wurde versucht, ein Blatt auf die gleiche Weise her zustellen wie bei Beispiel 1, außer daß zum Herstellen des Brei-Ausgangsmaterials ausschließlich gekräuselte Fasern und keine feinen Fasern verwendet wurden. Das nasse Papierblatt konnte jedoch nicht vom Sieb entfernt werden, so daß kein Blatt hergestellt werden konnte.

Vergleichsbeispiel 2

90 Teile gekräuselte Fasern, die auf die gleiche Weise hergestellt wurden wie in Beispiel 1, außer daß die Bearbei tungszeit der Behandlung durch den Kneter auf 60 Minuten ge ändert wurde, und einen Naßkräuselungsfaktor von 1,1 und ein Wasserrückhaltevermögen von 30% aufweisen, wurden mit 10 Teilen der durch den in Beispiel 3 verwendeten Refiner ge schlagenen feinen Fasern vermischt. Das Gemisch wurde mit Wasser verdünnt, um eine Feststoffkonzentration von 2% zu erhalten, und gerührt, um einen vollständig dispergierten Faserbrei zu erhalten. Ein Blatt mit einem Basisgewicht von 60 g/m² wurde auf die gleiche Weise hergestellt wie in Bei spiel 1, außer daß dieser Brei als Grund- oder Ausgangsmate rial verwendet wurde. Die Ergebnisse der Auswertung sind in Tabelle 1 dargestellt.

Vergleichsbeispiel 3

Ein Blatt mit einem Basisgewicht von 60 g/m² wurde auf die gleiche Weise hergestellt wie in Beispiel 6, außer daß das verwendete Grund- oder Ausgangsmaterial ein Gemisch aus 75 Teilen gebleichten Weichholz-Kraftzellstoffasern, die nicht behandelt oder verformt wurden und einen Naßkräuse lungsfaktor von 0,33 und ein Wasserrückhaltevermögen von 135% aufwiesen, und 25 Teilen der gleichen feinen Fasern war, die in Beispiel 1 verwendet wurden und die eine mittle re Faserlänge von 0,28 mm, einen Haftverstärkungsfaktor von 0,52 und ein Wasserrückhaltevermögen von 280% aufwiesen. Die Ergebnisse der Auswertung sind in Tabelle 1 dargestellt.

Vergleichsbeispiel 4

Feine Fasern mit einer mittleren Länge von 0,45 mm, ei nem Haftverstärkungsfaktor von 0,13 und einem Wasserrückhal tevermögen von 130% wurden auf die gleiche Weise hergestellt wie in Beispiel 3, außer daß gebleichte Hartholz- Kraftzellstoffasern durch einen Einscheiben-Refiner wieder holt geschlagen wurden, um einen CSF-Wert von 350 ml zu er halten.

Ein Blatt mit einem Basisgewicht von 60 g/m² wurde auf die gleiche Weise hergestellt wie in Beispiel 1, außer daß an Stelle der durch die Behandlung mit einer DYNO-Mühle er haltenen feinen Fasern 10 Teile der vorstehend beschriebenen Fasern verwendet wurden. Die Ergebnisse der Auswertung sind in Tabelle 1 dargestellt.

Beispiel 10

Ein vollständig dispergiertes Brei-Ausgangsmaterial wurde hergestellt durch Mischen von 90 Teilen kommerziell erhältlichen gekräuselten Fasern (Handelsbezeichnung NHB 416, ein Produkt von Weyerhaeuser Co., USA) mit einem Naß kräuselungsfaktor von 0,65 und einem Wasserrückhaltevermögen von 60% mit 10 Teilen der gleichen feinen Fasern, die in Beispiel 1 verwendet werden und die eine mittlere Faserlänge von 0,28 mm, einen Haftverstärkungsfaktor von 0,52 und ein Wasserrückhaltevermögen von 280% aufweisen, und durch Ver dünnen des erhaltenen Gemischs mit Wasser, um eine Fest stoffkonzentration von 2% zu erhalten. 300 g (absolutes Trockengewicht) des Ausgangsmaterials wurden aus dem Brei entnommen und durch die gleiche quadratische Handblattma schine gegautscht, die in Beispiel 1 verwendet wurde, um ei ne nasse Pappe auf dem Sieb herzustellen. Die nasse Pappe wurde vom Sieb auf ein Filterpapier übertragen, das auf ei ner rostfreien Stahlplatte mit zahlreichen Poren mit einem Durchmesser von 3 mm angeordnet war, und in einem Lufttrock ner bei 105°C direkt getrocknet. Nach Abschluß des Trock nungsvorgangs und anschließendem Einstellen der relativen Feuchtigkeit auf 65% bei 20°C, hatte die Pappe bzw. der Karton ein Gewicht von 310 g und eine Dicke von 55 mm.

Eine Lage mit einer Größe von 25 mm × 25 mm und einer Dicke von 5 mm wurde durch ein Schneidmesser aus der Siebseite des Kartons ausgeschnitten, und die Randstaubbil dung und die innere Haftfestigkeit wurden untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt.

Die Verdichtungs- oder Kompressionskenngrößen des er haltenen Kartons wurden aus dem Elastizitätsmodul, der Druckbeanspruchung und der Durchbiegung bzw. der bleibenden Verformung ausgewertet. Die Ergebnisse sind ebenfalls in Ta belle 2 dargestellt. Die Bestimmungsverfahren sind nachste hend dargestellt.

Kompressionskenngrößen

Würfel mit einer Größe von 20 mm × 20 mm × 20 mm wurden aus dem erhaltenen Formteil, d. h. dem Karton, durch ein Schneidmesser ausgeschnitten. Die Kompressionskenngrößen der Würfel wurden durch ein Zerreiß- oder Zugfestigkeitsprüfge rät (Typ M2, ein Produkt von Tokyo Seiki Seisakusho) be stimmt. Bei dem Test wurde eine Meßdose mit einer Kapazität von 100 kg verwendet, und die Kompressionsgeschwindigkeit oder -rate betrug 20 mm/min.

Der Elastizitätsmodul wurde durch Erzeugen eines Dia gramms, in dem die Verformung (%) als Abszisse und die Druckbeanspruchung (kgf/cm²) als Ordinate dargestellt ist, und durch Berechnen des Elastizitätsmoduls aus der Steigung des geraden Abschnitts am Anfang der Kurve bestimmt.

Die bleibende Verformung wurde folgendermaßen berech net: die durch eine Verformung von 60% (12 mm) verursachte Druckbeanspruchung (kgf/cm²) wurde gemessen. Die bleibende Verformung (%) wurde als Wert definiert, der erhalten wird durch Verformen der Probe um 75% (15 mm), Stehenlassen der Probe für 24 Stunden und Berechnen des Verhältnisses der Verformung zur ursprünglichen oder Ausgangshöhe (20 mm). Die bleibende Verformung wurde gemäß folgender Formel berechnet:

Permanente Verformung (%) = [Verformung (mm)/Ausgangs höhe (mm)] × 100.

Beispiel 11

Ein Karton wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 10 hergestellt, außer daß der Brei durch einen Brei ersetzt wurde, der durch Vermischen von 40 Teilen feinen Fasern mit einer mittleren Faserlänge von 0,33 mm, einem Haftverstär kungsfaktor von 0,23 und einem Wasserrückhaltevermögen von 170%, die auf die gleiche Weise wie in Beispiel 3 herge stellt wurden, außer daß die gebleichten Hartholz- Kraftzellstoffasern durch den Refiner wiederholt geschlagen wurden, bis der CSF-Wert 120 ml betrug, mit 60 Teilen der kommerziell erhältlichen gekräuselten feinen Fasern herge stellt wurde, die die gleichen waren wie die in Beispiel 10 verwendeten feinen Fasern. Nach dem Einstellen des Feuchtig keitsgehalts hatte der Karton ein Gewicht von 315 g und eine Dicke von 27 mm. Die Ergebnisse der Auswertung sind in Ta belle 2 dargestellt.

Beispiel 12

Ein Karton wurde auf die gleiche Weise hergestellt wie in Beispiel 10, außer daß das Brei-Ausgangsmaterial durch einen Brei ersetzt wurde, der durch vermischen von 50 Teilen der kommerziell erhältlichen, gekräuselten Fasern, die die gleichen waren wie die in Beispiel 11 verwendeten gekräusel ten Fasern, mit 25 Teilen feinen Fasern, die die gleichen waren wie die in Beispiel 11 durch den Refiner geschlagenen Fasern, und 25 Teilen der gebleichten Weichholz-Kraftzell stoffasern hergestellt wurde, die geschlagen wurden, um ei nen CSF-Wert von 650 ml zu erhalten und die gleichen waren, wie die in Beispiel 9 verwendeten Fasern. Nach Einstellen des Feuchtigkeitsgehalts hatte der Karton ein Gewicht von 318 g und eine Dicke von 20 mm. Die Ergebnisse der Auswer tung sind in Tabelle 2 dargestellt.

Vergleichsbeispiel 5

Es wurde versucht Beispiel 10 zu wiederholen, außer daß 100% gekräuselte Fasern verwendet wurden, um das Brei- Ausgangsmaterial herzustellen, ohne feine Fasern zu verwen den. Ein Teil der Fasern blieb jedoch auf dem Sieb, als der nasse Karton vom Sieb abgetrennt wurde.

Der nasse Karton wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 10 getrocknet, um den Feuchtigkeitsgehalt einzu stellen. Als die Fasern zusammengedrückt bzw. gequetscht wurden, schälten oder trennten sie sich jedoch ab, so daß durch ein Schneidmesser keine 5 mm dicke Lage ausgeschnitten werden konnte.

Vergleichsbeispiel 6

Ein Karton wurde auf die gleiche Weise hergestellt wie in Beispiel 10, außer daß das Brei-Ausgangsmaterial durch einen Brei ersetzt wurde, der hergestellt wurde durch Vermi schen von 60 Teilen gebleichten Weichholz-Kraftzellstof fasern mit einem Naßkräuselungsfaktor von 0,33 und einem Wasserrückhaltevermögen von 135%, die die gleichen waren wie die in Vergleichsbeispiel 3 verwendeten Zellstoffasern, mit 40 Teilen Fasern, die die gleichen waren wie die in Beispiel 11 durch den Refiner geschlagenen Fasern mit einer mittleren Faserlänge von 0,33 mm, einem Haftverstärkungsfaktor von 0,23 und einem Wasserrückhaltevermögen von 170%, und außer daß 700 g (absolutes Trockengewicht) des Grund- oder Aus gangsmaterials aus dem Brei entnommen wurden.

Nach Einstellen des Feuchtigkeitsgehalts hatte der Kar ton ein Gewicht von 738 g und eine Dicke von 22 mm. Die Er gebnisse der Auswertung sind in Tabelle 2 dargestellt.

Vergleichsbeispiel 7

Ein Karton wurde auf die gleiche Weise hergestellt wie in Beispiel 10, außer daß das Brei-Ausgangsmaterial durch einen Brei ersetzt wurde, der durch Mischen von 10 Teilen der gleichen feinen Fasern, die in Vergleichsbeispiel 4 ver wendet werden, und die durch Schlagen durch einen Refiner erhalten wurden und eine mittlere Faserlänge von 0,45 mm, einen Haftverstärkungsfaktor von 0,13 und ein Wasserrückhal tevermögen von 130% aufweisen, mit 90 Teilen der gleichen kommerziell erhältlichen gekräuselten Fasern hergestellt wurde, die in Beispiel 10 verwendet werden. Nach Einstellen des Feuchtigkeitsgehalts hatte der Karton ein Gewicht von 324 g und eine Dicke von 58 mm. Die Ergebnisse der Auswer tung sind in Tabelle 2 dargestellt.

Beispiel 13

Es wurde das gleiche Brei-Ausgangsmaterial wie in Bei spiel 10 hergestellt. Das Brei-Ausgangsmaterial wurde sorg fältig gerührt und dann konzentriert und entwässert, um eine Feststoffkonzentration von etwa 5 Gew.-% durch einen Büchnertrichter mit einem Durchmesser von 12 cm zu erhalten. Das Konzentrat wurde dann von Hand weich und gleichmäßig in einen offenen Würfelbehälter gepreßt, der die Maße 50 mm × 50 mm × 50 mm aufwies und aus rostfreiem Siebmaterial mit einer Siebgröße von 80 Mesh hergestellt war. Der Behälter wurde in einem Trockner mit einem Warmluftumlaufsystem bei einer Temperatur von 105°C angeordnet und für 3 Stunden ge trocknet, um ein Formteil zu erhalten. Nach Einstellen des Feuchtigkeitsgehalts auf 65% relativer Feuchtigkeit bei 20°C, wurde ein Stück mit einer Dicke von 5 mm aus der Siebseite des Formteils ausgeschnitten. Es wurden die innere Haftfestigkeit und die Bildung von Randstaub des Stücks un tersucht. Außerdem wurde durch ein Schneidmesser ein Würfel der Größe 20 mm × 20 mm × 20 mm aus dem Formteil ausge schnitten, und die Kompressionskenngrößen des Würfels wurden auf die gleiche Weise ausgewertet wie bei der Auswertung des Kartons. Die Ergebnisse der Auswertung sind in Tabelle 2 dargestellt.

Beispiel 14

Ein Formteil wurde auf die gleiche Weise hergestellt wie in Beispiel 13, außer daß das gleiche Brei-Ausgangs material wie in Beispiel 11 verwendet wurde. Die Ergebnisse der Auswertung sind in Tabelle 2 dargestellt.

Beispiel 15

Ein Formteil wurde auf die gleiche Weise hergestellt wie in Beispiel 13, außer daß das gleiche Brei-Ausgangs material wie in Beispiel 12 verwendet wurde. Die Ergebnisse der Auswertung sind in Tabelle 2 dargestellt.

Vergleichsbeispiel 8

Beispiel 13 wurde wiederholt, außer daß das gleiche Brei-Ausgangsmaterial verwendet wurde wie in Vergleichsbei spiel 5. Das erhaltene Formteil verlor leicht seine Form, und es konnte durch Schneiden des Formteils durch ein Schneidmesser keine Lage mit einer Dicke von 5 mm erhalten werden.

Vergleichsbeispiel 9

Ein Formteil wurde auf die gleiche Weise hergestellt wie in Beispiel 13, außer daß das gleiche Brei-Ausgangs material wie in Vergleichsbeispiel 6 verwendet wurde. Die Ergebnisse der Auswertung sind in Tabelle 2 dargestellt.

Vergleichsbeispiel 10

Ein Formteil wurde auf die gleiche Weise hergestellt wie in Beispiel 13, außer daß das gleiche Brei-Ausgangs material wie in Vergleichsbeispiel 7 verwendet wurde. Die Ergebnisse der Auswertung sind in Tabelle 2 dargestellt.

Vergleichsbeispiel 11

Herkömmliches geschäumtes Polystyrolmaterial (Dichte 0,02 g/cm³) wurde durch ein Schneidmesser in 20 mm × 20 mm × 20 mm große Würfel geschnitten, und die Kompressionskenngrö ßen der Würfel wurde ausgewertet. Die Ergebnisse sind in Ta belle 2 dargestellt.

Die Ergebnisse der Auswertung der in den Beispielen 1 bis 9 und in den Vergleichsbeispielen 1 bis 4 erhaltenen Blätter oder Lagen sind in Tabelle 1 dargestellt.

Tabelle 1

Die Ergebnisse der Auswertung der in den Beispielen 10 bis 15 und in dem Vergleichsbeispielen 5 bis 11 erhaltenen Kartons und Formteile sind in Tabelle 2 dargestellt.

Tabelle 2

Gemäß Tabelle 1 wird deutlich, daß die in den Beispie len 1 bis 9 erhaltenen Lagen oder Blätter mit geringer Dich te eine sehr geringe, zufriedenstellende Dichte aufwiesen, und daß sich bei ihnen kaum Randstaub bildete oder, auch wenn sich Randstaub bildete, war seine Menge nur gering, und die Lagen oder Blätter waren zur praktischen Verwendung ge eignet. Im Vergleich zu Beispiel 1 kann die Dichte und die innere Haftfestigkeit gesteuert werden durch Ändern des Haftverstärkungsfaktors der feinen Fasern (Beispiele 2 und 3), durch Ändern der relativen Mengen der Komponenten (Beispiel 4) oder durch Ändern des Naßpreßdrucks (Beispiel 6). Synthese- oder Chemiefasern, z. B. feine Aramidfasern, sind ebenfalls als feine Fasern geeignet, und kommerziell erhältliche gekräuselte Fasern sind ebenfalls verwendbar (Beispiele 5 und 7). Der erfindungsgemäße Körper mit gerin ger Dichte kann außerdem verschiedene Chemikalien aufweisen. Durch Beimischen eines Papierverfestigungsmittels kann die Festigkeit weiter verbessert werden, während die Dichte un verändert bleibt (Beispiel 8). Das erfindungsgemäße Blatt mit geringer Dichte kann eine vorgegebene Menge gewöhnlicher Zellstoffasern aufweisen (Beispiel 9). Gemäß einem Ver gleich der Beispiele 3 und 7 wird deutlich, daß, wenn feine Fasern mit einem Wasserrückhaltevermögen von mindestens 210% verwendet werden, sich kaum Randstaub bildet und vorteilhaft eine große Reißlänge erhalten wird.

Wenn versucht wird, ein Blatt, einen Karton oder ein Formteil unter Verwendung ausschließlich der erfindungsgemäß verwendeten gekräuselten Fasern herzustellen, kann das ge wünschte Blatt nicht erhalten werden, oder kann der Karton seine Form nicht beibehalten und seine Form sehr leicht ver lieren, weil die Faser-Faser-Haftkraft zu schwach ist (Vergleichsbeispiel 1). Wenn die gekräuselten Fasern durch gebleichte Weichholz-Zellstoffasern ersetzt werden, kann der gewünschte Körper mit geringer Dichte nicht erhalten werden (Vergleichsbeispiel 3). Gemäß einem Vergleich zwi schen Vergleichsbeispiel 2 und Beispiel 3 wird außerdem deutlich, daß, wenn gekräuselte Fasern mit einem übermäßig hohen Naßkräuselungsfaktor verwendet werden, leicht Rand staub gebildet wird, und daß die innere Haftfestigkeit ge ring und die Reißlänge gering ist, weil die Fasern spröde werden, obwohl die Dichte weiter reduziert werden kann. Au ßerdem weist, wenn feine Fasern mit einem Haftverstärkungs faktor von weniger als 0,15 verwendet werden, das erhaltene Produkt eine geringe innere Haftfestigkeit auf, und bildet sich aufgrund der unzureichenden Faser-Faser-Haftkraft leicht Randstaub (Vergleichsbeispiel 4).

Außerdem wird gemäß Tabelle 2 deutlich, daß die erfin dungsgemäßen Kartons und Formteile, die eine ausreichend ge ringe Dichte aufweisen, und bei denen sich kaum Randstaub bildet, erhalten werden können, weil die innere Haftfestig keit hoch ist (Beispiele 10 bis 15). Gemäß den charakteri stischen Eigenschaften, z. B. dem Elastizitätsmodul, der Druckbeanspruchung und der bleibenden Verformung, kann fest gestellt werden, daß diese Körper mit geringer Dicke als Dämpfungsmaterialien geeignet verwendbar sind. Insbesondere in den Beispielen 10 und 13 waren die Werte des Elastizi tätsmoduls, der Druckbeanspruchung und der bleibenden Ver formung der Produkte im wesentlichen die gleichen wie bei geschäumtem Polystyrol (Vergleichsbeispiel 11), so daß sie die für Dämpfungsmaterialien erforderlichen Bedingungen er füllen. Außerdem können die Dichte und die Festigkeit durch Verändern der Verhältnisse der gekräuselten Fasern zu den feinen Fasern (Beispiele 11 und 14) oder durch Beimischen gewöhnlicher Zellstoffasern (NBKP) (Beispiele 12 und 13) gesteuert werden.

Wenn versucht wird, ein Blatt, Pappe bzw. Karton oder ein Formteil unter Verwendung ausschließlich der erfindungs gemäß verwendeten gekräuselten Fasern herzustellen, ist die Faser-Faser-Haftkraft der Fasern wie im Fall des Blatts ge ring, und das Formteil kann seine Form nicht beibehalten und seine Form sehr leicht verlieren (Vergleichsbeispiele 5 und 8). Wenn die gekräuselten Fasern durch Weichholz- Zellstoffasern ersetzt werden, kann der gewünschte Körper mit geringer Dichte nicht erhalten werden, bildet sich leicht Randstaub und tritt eine wesentliche bleibende Ver formung auf, so daß der Körper in der Praxis nicht als Dämp fungsmaterial verwendet werden kann (Vergleichsbeispiele 6 und 9). Außerdem weist, wenn feine Fasern mit einem Haftver stärkungsfaktor von weniger als 0,15 verwendet werden, das erhaltene Produkt eine geringe interlaminare oder Zwischen schicht-Festigkeit auf, und bildet sich aufgrund des unzu reichenden Faser-Faser-Haftvermögens leicht Randstaub (Vergleichsbeispiele 7 und 10).

Wie vorstehend beschrieben wird durch die vorliegende Erfindung ein Körper mit geringer Dichte und mit einer hohen inneren Haftfestigkeit bereitgestellt, so daß sich kaum Randstaub bildet, wobei der Körper als Dämpfungsmaterial, Wärmeisolationsmaterial, schallabsorbierendes Material, Fil ter, Basispapier mit geringer Dichte oder für ähnliche Zwec ke verwendet werden kann. Außerdem werden als Fasern des Körpers mit geringer Dichte biologisch abbaubare Fasern ver wendet, so daß der Körper hinsichtlich Umweltschutzbetrach tungen geeignet ist.

Claims

1. Körper mit geringer Dichte mit einer Dichte von 0,05 bis 0,45 g/cm³ und mit feinen Fasern mit einem Bin dungsverstärkungsfaktor von mindestens 0,15 und mit ge kräuselten Fasern mit einem Naßkräuselungsfaktor von 0,4 bis 1,0.

2. Körper nach Anspruch 1, wobei die feinen Fasern einen Bindungsverstärkungsfaktor von 0,15 bis 1,5 aufweisen.

3. Körper nach Anspruch 1, wobei die feinen Fasern einen Bindungsverstärkungsfaktor von 0,20 bis 1,5 aufweisen.

4 Körper nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die gekräuselten Fasern einen Naßkräuselungsfaktor von 0,5 bis 1,0 aufweisen.

5. Körper nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, wobei die feinen Fasern eine Breite von 0,1 bis 100 µm aufweisen.

6. Körper nach Anspruch 5, wobei die feinen Fasern eine Breite von 0,1 bis 50 µm aufweisen.

7. Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die feinen Fasern und die gekräuselten Fasern biologisch abbaubare Fasern sind.

8. Körper nach Anspruch 7, wobei die biologisch abbaubaren Fasern aus der Gruppe aus Cellulosefasern, aliphati schen Polyesterfasern und Acetylcellulosefasern ausge wählt sind.

9. Körper nach Anspruch 8, wobei die feinen Fasern Zell stoffasern sind.

10. Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Körper mit geringer Dichte durch Entwässern eines Breis, der die feinen Fa sern und die gekräuselten Fasern enthält, und durch Trocknen des erhaltenen Produkts hergestellt wird.

11. Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 10, mit einer Dichte von 0,05 bis 0,25 g/cm³.

12. Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die feinen Fasern in ei ner Menge von 3 bis 65 Gew.-% basierend auf dem Ge samtgewicht der feinen Fasern und der gekräuselten Fa sern enthalten sind.

13. Körper nach Anspruch 12, wobei die feinen Fasern in ei ner Menge von 3 bis 50 Gew.-% basierend auf dem Ge samtgewicht der feinen Fasern und der gekräuselten Fa sern enthalten sind.

14. Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die feinen Fasern eine mittlere Faserlänge von 0,01 bis 0,80 mm aufweisen.

15. Körper nach Anspruch 14, wobei die feinen Fasern eine mittlere Faserlänge von 0,05 bis 0,60 mm aufweisen.

16. Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die feinen Fasern ein Wasserrückhaltevermögen von 150 bis 500% aufweisen.

17. Körper nach Anspruch 16, wobei die feinen Fasern ein Wasserrückhaltevermögen von 165 bis 500% aufweisen.

18. Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 17 in der Form eines Blatts, eines Kartons oder eines Formteils.

19. Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 18, ferner mit Fasern, die aus der Gruppe aus natürlichen Zellstoffasern, organischen Synthese- oder Chemiefasern und anorganischen Fasern ausgewählt sind, wobei die Fasern von den feinen Fasern und den gekräuselten Fasern verschiedene Fasern sind.