DE2941675A1 - Verfahren zur verbesserung der eigenschaften eines mechanisch aus holz hergestellten papierfaserstoffes - Google Patents

Description

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Verfahren zur Verbesserung der Eigenschaften eine.'; mechanisch aus Holz hergestellten Papierfaserstoffes

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Eigenschaften eines durch mechanische Holzzerkleinerung hergestellten Papierfaserstoffes und zur Erhöhung des Retentionsgrades seines Füllstoffes zum Zwecke der Verbesserung der optischen und drucktechnischen Eigenschaften von Papier, das aus Papierfaserstoff hergestellt wird, der durch Schleifen von Holz, zweckmäßig von Rundholz, ohne chemische Reaktion erzeugt wird.

Die Herstellung von Papierfaserstoff aus Holz bzw. die Zersetzung des Holzrohstoffes zu einem für die Papierherstellung geeigneten Faserstoff kann als Zellstoffkochprozeß auf chemischem oder durch zerfasernde Behandlung des Holzrohstoffes auf mechanischem Wege erfolgen.

Von mechanischen Verfahren zur Holzfaserstoffherstellung gibt es zwei Haupttypen, wie in der früheren FI-Anmeldung Nr. 771244 beschrieben. Von diesen Verfahren ist das älteste der Schleifprozeß, bei dem nasse Rundhölzer von geeigneter Länge gegen die grobe Mantelfläche eines rotierenden zylinderförmigen Schleifsteines gepreßt wird. Zur Schleiffläche wird außerdem eine geeignete Wassermenge geführt, deren Anwesenheit nötig ist, denn ein trockenes Holzschleifen würde zur Entstehung von wertlosem Holzmehl führen. Als Produkt des Prozesses wandelt sich praktisch der ganze verwendete Holzstoff bis auf Splitter und Späne in Faser-Wasserganzstoff um. Faserstoffe dieser Art werden z. B. als Rohstoff für Zeitungspapier verwendet.

Ein neueres mechanisches Verfahren zur Holfaserstoffherstellung verwendet Holzrohstoff in Form von nassen Spänen oder als Hackschnitzel, die z. B. zwischen zwei scheibenförmigen gegeneinander rotierenden Mühlelementen mit geeignetem

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Oberflächenaufbau zerfasert werden. Auch als Ergebnis dieses Verfahrens entsteht ein Ganzstoff, der als solcher nach Sortierung für die Papierherstellung geeignet ist.

Wie bekannt, enthält Holzstoff 20-30 % Lignin, das ein großmolekularer aromatischer Stoff ist. Lignin ist ein leimähnlicher Stoff, der Holzfasern untereinander bindet. Beim Zellstoffkochen löst sich das Lignin zum größten Teil, bleibt jedoch bei mechanischer Faserstoffherstellung in den entstehenden Fasern gebunden.

Für beide genannten bereits bekannten mechanischen Verfahren zur Herstellung von Faserstoff ist charakteristisch, daß

- alle im Holz enthaltenen Stoffe, d. h. Zellstofffasern und diese bindendes Lignin in dem erzeugten Faserstoff enthalten sind und, daß - während des Faserungsprozesses eine beachtliche Wärmemenge bei der Umwandlung von mechanischer Energie in Wärme entsteht, so daß die Temperatur

des Faserstoffes auf einen Wert steigt, der das Lignin weich und klebrig machen kann.

Diese beiden Tatsachen sind wichtig für die Verbesserung der Eigenschaften eines mechanisch aus Holz hergestellten Papierfaserstoffes gemäß vorliegender Erfindung. In Frage kommen zunächst die optischen Eigenschaften, die, wie an sich bekannt, dadurch beeinflußt werden, daß dem Halbstoff ein geeigneter gewöhnlich mineralischer chemisch inerter Füllstoff, z. B. Talk, China Clay oder dergleichen, beigemischt wird.

Mineralische Füllstoffe werden in Papieren vor allem deshalb verwendet, weil sie die drucktechnischen Eigenschaften des Papiers verbessern. Die Zugabe von Füllstoffen er-

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folgt auf zwei verschiedene Arten, durch Füllen des Halbstoffs oder durch Streichen, wobei sich die vorliegende Erfindung ihrerseits auf die erstgenannte Füllart bezieht. Bei der Halbstoffüllung wird der Füllstoff dem Ganzstoff als Masse zugegeben, bevor der Ganzstoff zur Papiermaschine gelangt. Dies erfolgt durch Zugabe des Füllstoffs als 30-40-%-ige Wassermasse in einem Mischbehälter, der vor dem Behälter für den verdickten Halbstoff angeordnet ist. Zum Beispiel kann Talk als Wasserschlamm auf der Saugseite der sog.

Endpumpe zugegeben werden.

Die bei der Halbstoffüllung angewendeten Stoffmengen bewegen sich in Abhängigkeit von der Papierart zwischen 2-40 Prozent vom Gewicht des fertigen Papiers. Die gewöhnlichsten Füllstoffanteile betragen 5-20 %. Die gewöhnlichsten Füllstoffe sind Talk, Ton (Kaolin), Kreide und entsprechend andere. In letzter Zeit hat die Verwendung von hochqualifizierten insbesondere die Opazität erheblich . steigernden Füllstoffen, wie Titanoxid und Zinksulfid zugenommen. Kurz aufgezählt werden mit der Verwendung von Füllstoffen Opazität und Helligkeit des Papiers verbessert und die Absorption der Druckerschwärze gesteigert, sowie die Glätte und Glättfähigkeit der Papieroberfläche verbessert.

Bei der Verwendung von Füllstoffen lag das Problem immer in deren im allgemeinen schlechter Zurückhaltung (Retention) in den Fasern. Es ist auch möglich, Füllstoff in den Ganzstoff so zu mischen, daß Fasern und Füllstoffpartikeln eine gleichmäßige Wassersuspension bilden. Wenn diese Suspension jedoch auf das Sieb der Papiermaschine geführt wird, wo die Entv/ässerung erfolgt und aus dem Faserstoff eine ununterbrochene Bahn bilden, entweicht ein beträchtlicher Teil des Füllstoffes zusammen mit dem Wasser und der Teil, der in der Bahn bleibt, ist bestrebt, sog. Zweiseitigkeit verursachend, sich an einer der Oberflächen der Bahn zu kon-

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zentrieren. Die Retention kann verbessert und die genannten Nachteile wenigstens teilweise durch Verwendung gewisser Zusatzstoffe beseitigt werden. Diese sind jedoch im allgemeinen relativ teuer und ihre Verwendung kann mit anderen Nachteilen verbunden sein.

Die vorliegende Erfindung soll ein Verfahren zur Verbesserung der Füllstoffretention ohne besondere Retentionshilfsmittel schaffen. Dieses Verfahren kommt insbesondere bei mechanisch aus Holz hergestelltem Papierfaserstoff in Frage, in dem die Fasern ihren natürlichen Ligningehalt haben. Wie beschrieben, ist Lignin bei genügend hoher Temperatur weich und klebrig und die teilweise vom Lignin abgedeckten Fasern können dabei an ihrer Oberfläche leicht eine größere Menge Füllstoffpartikeln als gewöhnlich binden.

Die Temperatur, bei welcher Lignin diese für die Füllstoffretention wichtige Eigenschaft besitzt, herrscht jedoch nur in der Faserstoffbildungsphase oder unmittelbar danach. Damit das gewünschte Ergebnis erreicht wird, ist der Füllstoff also in dieser Phase den Fasern zuzuführen.

Obwohl im folgenden Lignin als Bestandteil von Holz oder dergleichen, der aufgrund eines Temperaturanstiegs z. B.

auf ca. 100...170⁰C plastisch wird, besonders hervorgehoben behandelt wird, ist jedoch zu beachten, daß sich in einigen Papierstoffen veschiedene andere Bestandteile wie Hemizellulose befinden, die in bezug auf die vorliegende Erfindung in gleicher Weise wie Lignin plastisch werden, weshalb auch diese Bestandteile in den Bereich der Erfindung fallen. Zum Beispiel enthalten Laubbaumhalbstoffe und aus Bagasse hergestellter Papierstoff erhebliche Mengen von Hemizellulose, die sich bezüglich der Erfindung im wesentlichen genauso wie Lignin verhält.

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Zu den bisher bekannten Verfahren zur Verbesserung der Füllstoffretention in Papierfaserstoff gehört z. B. das in der Patentanmeldung 749/67 beschriebene, in dem die Verbesserung der Retention auf der Zunahme der Fibrillierung der Zellstoffasern beruht, wobei die Füllstoffpartikeln mechanisch an den zahlreichen Härchen der Fasern haften bleiben.

Im Zusammenhang mit mechanischen Faserstoffherstellungsprozessen ist ein im US-Patent 3.388.037 beschriebenes Verfahren bekannt, in dem Zusatzstoffe im Mahlgerät zugegeben werden, um einen bleichenden Effekt zu erzielen. Dabei handelt es sich jedoch um eine chemische Reaktion zwischen dem Fasermaterial und den Zusatzstoffen.

Es ist besonders hervorzuheben, daß die vorliegende Erfindung die Retention physikalisch verbessern soll, also durch Nutzung der Fähigkeit des in den Fasern befindlichen Lignins, bei einer bestimmten Temperatur Füllstoffpartikeln klebstoffartig an der Oberfläche der Fasern zu binden.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist für die Erfindung im wesentlichen charakteristisch, daß die Füllstoffe, die im herzustellenden Papier verwendet werden, mit den Fasern in einer Phase zusammengeführt werden, in der das an die Fasern gebundene Lignin oder dergleichen aufgrund des bei der Faserstoff bildung entstehenden hohen Temperaturanstiegs weich, plastisch und klebrig und dazu in der Lage ist, die Füllstoff partikeln verstärkt an die Faseroberfläche zu binden.

Im folgenden wird die Erfindung unter Hinweis auf das in den Figuren der beigefügten Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel, auf das die Erfindung jedoch in keiner Weise beschränkt ist, ausführlich beschrieben.

Die Figur zeigt ein genaueres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Prozesses.

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Die in der Figur dargestellte Mahlmaschine besteht aus einer Kammer 1 für das zu schleifende Holz oder Rundholz 2, einem Schleifstein 3, der sich in Pfeilrichtung dreht, und einem unter dem Stein befindlichen Faserstoffbecken 4. Die Rundhölzer 4 werden mit an sich bekannten Vorrichtungen, z.B. mit einem hydraulisch belasteten Kolben (nicht dargestellt) gegen die Schleifsteinoberfläche gepreßt. Das beim Schleifprozeß nötige Wasser wird durch ein Düsenrohr 5 an den Schleifstein geführt. Der im Prozeß erzeugte Faserstoff sammelt sich als Faser-Wassersuspension 9 in dem Becken 4 unter dem Stein und fließt über die überlaufschwelle 8 in eine Rinne 10, von wo die Pumpe 11 den Faserstoff in eine Sortiervorrichtung (nicht dargestellt) zur Aussortierung von Splittern und dergleichen weiter in den Papierherstellungsprozeß speist. Schleifstein und Faserstoffbecken sind in einer druckdichten Kammer 12 eingeschlossen, in der bei Bedarf z. B. mit Preßluft,die durch eine mit Ventil 13 versehene Leitung 14 eingespeist wird, überdruck aufrechterhalten werden kann. Das Faserstoffbecken 4 hat einen mit Mischer 15 versehenen Erweiterungsteil 16, der mit einer stück-" weisen Zwischenwand 17 ausgerüstet ist, die den ständig zulaufenden Faserstoff so führt, daß er durch den Erweiterungsteil hindurch zur überlaufschwelle fließt. Zur Vorrichtung gehört außerdem ein Düsenrohr 6, durch das der Füllstoffschlamm als 30-40-%-ige Suspension auf den Schleifstein geführt wird. Ein zweites Düsenrohr 7 ist zur Einspeisung von Füllstoff in den an der Oberfläche des Steines befindlichen Halbstoff angebracht. Die Füllstoffeinspeisung kann nur durch eines der beiden oder den Umständen entsprechend durch beide gleichzeitig erfolgen. An das Becken 4 ist ein mit Ventil 18 versehenes Dampfrohr 19 zur Heizung des Faserstoffes 9 für den Fall ausgerüstet, daß Zusatzwärme im Prozeß erforderlich ist. Die Aufgabe des Mischers 15 besteht einerseits in der Aufrechterhaltung der Faserstoffströmung durch den Erweiterungsteil 16 hindurch und andererseits in der Er-

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zielung einer starken Vermischung des Füllstoffs mit dem Faserstoff.

Die auf die Welle des Schleifsteins 3 gebrachte Leistung wandelt sich im Schleifprozeß in Wärme um und die Temperatur des entstehenden Faserhalbstoffs kann in der Schleifzone erheblich ansteigen (100 -130°) ebenso wie in einem Prozeß mit Scheibenmahlgerät. Dabei wird das in den Fasern befindliche Lignin oder dergleichen weich und klebrig. 10

Durch Schleifen erzeugter Faserhalbstoff muß jedoch auf eine Dichte verdünnt werden, bei der er pumpfähig ist. Das Zuführen von Verdünnungswasser, das durch ein Düsenrohr (5a) erfolgen kann, senkt die Temperatur der Halbstoffsuspension schnell ve it. unter 100°.

Wenn die Fähigkeit der ligninhaltigen Fasern, bei hoher Temperatur an der Oberfläche Füllstoff zu binden, genutzt werden soll, ist die Zugabe des Füllstoffes beim Schleifen oder unmittelbar danach durchzuführen. Der Füllstoffschlamm kann an die freie Fläche des Schleifsteins vor der Schleifzone geführt werden. Wenn dies jedoch das Schleifen stört, ist es möglich, die Füllstoffzugabe unmittelbar nach der Schleifzone an der vom Halbstoff abgedeckten Fläche des Schleifsteins durchzuführen.

Zur Sicherung der Haftung der Füllstoffpartikeln muß angestrebt werden, die Aufenthaltszeit des Halbstoffs im Schleifsteinbecken zu verlängern, was durch Vergrößerung des Beckenvolumens mit Hilfe eines Erweiterungsteils erfolgt. Zu demselben Zweck, also zur Sicherung der Füllstoffbefestigung, dient der im Erweiterungsteil angeordnete Mischer sowie die Möglichkeit, den Halbstoff mit Dampf zu heizen.

Wie bekannt, setzt die Erzielung eines hochqualifizierten Holzschliffes voraus, daß das zu schleifende Holz naß

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und daß beim Schleifen selbst ausreichend Wasser vorhanden
ist. Die im Prozeß entwickelte große Wärmemenge und der Temperaturanstieg über 100 C kann zur schnellen Wasserverdampfung und Trocknung des Holzmaterials in der Schleifzone führen. Damit dies verhindert wird, kann der Schleifprozeß in einer druckdichten Kammer durchgeführt werden, wo überdruck z. B. mit Hilfe von Preßluft aufrechterhalten wird. überdruck kann auch durch den Dampf erzielt werden, der zum
Heizen des Halbstoffs im Becken unter dem Schleifstein verwendet wird.

In die Anwendungsbereiche der Erfindung fallen auch solche HalbstoffSorten, in denen Füllstoffe früher nicht verwendet wurden, wegen der Vorteile, die diese Erfindung mitbringt, können sie aber von nun an verwendet werden. Hierzu gehören z. B. Zeitungspapiere insbesondere dann, wenn angestrebt wird, das Flächengewicht des Zeitungspapiers zu erleichtern, wohin die Tendenz heute im allgemeinen geht.
Dies wird besonders wegen der Verbesserung der Opazität des Papiers möglich.

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Claims (6)

Patentansprüche

1. Verfahren zur Verbesserung der Eigenschaften eines durch mechanische Holzzerkleinerung hergestellten Papierfaserstoffes und zur Erhöhung des Retentionsgrades seines Füllstoffes zum Zwecke der Verbesserung der optischen und drucktechnischen Eigenschaften von Papier, das aus Papierfaserstoff hergestellt ist, der durch Schleifen von Holz, zweckmäßig von Rundholz, ohne chemische Reaktion erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllstoffe, die im herzustellenden Papier verwendet werden, mit den Fasern in einer Phase zusammengeführt werden, in der das an die Fasern gebundene Lignin oder dergleichen aufgrund des bei der Faserstoffbildung entstehenden Temperaturanstiegs weich, plastisch und klebrig und dazu in der Lage ist, die Füllstoffpartikel verstärkt an die Faseroberfläche zu binden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoffzusatz vor der Faserstoffbildung erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoffzusatz unmittelbar nach der Faserstoffbildung erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserstoffbildung unter Druck erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der überdruck durch Zuführung von Dampf in den Faserstoff erzeugt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bindung des Füllstoffes in einem mit der Faserstofferzeugungsmaschine verbundenen Faserstoffbehälter erfolgt.

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