DE2659407A1 - Weiche, absorbierende und voluminoese (papier)-bahn und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

Description

MÜLLER-BORE · DEUFEL · SCHÖ.« · HERTEL

PATE NTAN VlLTK

DR. WOLFGANG MÜLLER-BORE (PATENTANWAUT VON 1927- 197S) DR. PAUL DEUFEL. DIPL.-CHEM. DR. ALFRED SCHÖN. DlPU-CHEM. WERNER HERTEL. DIPL.-PHYS.

S/C 20-44

Crown Zellerbach Corporation San Francisco, Calif. 94119, USA

Weiche, absorbierende und voluminöse (Papier)-Bahn und Verfahren zu ihrer Herstellung

Die Erfindung betrifft ganz allgemein ein Verfahren, bei dessen Durchführung ein Zellulose-(Papier)-stoff mit geringem Feuchtigkeitsgehalt einer mechanischen Behandlung unterzogen wird, wodurch eine strukturelle Deformation der Fasern erzielt wird, was bewirkt, dass sie sich wickeln, d.h. im wesentlichen permanent verdreht und gebogen werden, ohne dass dabei merklich die Faserlänge vermindert wird und ohne eine wesentliche Abnahme der Entwässerungsneigung des Papierstoffs. Gleichzeitig wird bei der Durchführung dieses Verfahrens der Papierstoff zerfasert und flaumig gemacht, so dass die Zwischenfaserbindungen zwischen einzelnen Fasern, beispielsweise Faserbündeln, die in typischer Weise beim Trocknen des Papierstoffes erzeugt werden, in einem erheblichen Ausmaße brechen, so dass eine erhebliche Entflechtung der Fasern erfolgt.

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Es ist eine Anzahl von Methoden zur mechanischen Behandlung eines Zellulose-(Papier!-Stoffs bekannt, um die Struktur und die Konfiguration der Fasern zu modifizieren, wobei bei der Durchführung dieser Methoden eine Fasermasse in einem begrenzten Raum zwischen Bearbeitungselementen bearbeitet wird. Die Bedingungen, unter denen derartige Methoden durchgeführt werden, unterscheiden sich beträchtlich, im allgemeinen befindet sich jedoch der zu bearbeitende Papierstoff in einem im wesentlichen feuchten Zustand. Wegen des Feuchtigkeitsgehaltes des auf diese Weise behandelten Papierstoffs sowie anderer Verfahrensbedingungen, die bei der Durchführung der bekannten Methoden eingehalten werden, sind das Ausmaß sowie der Charakter der strukturellen Deformation der Fasern begrenzt. Darüber hinaus vermögen diese bekannten Methoden nicht gleichzeitig den Papierstoff in einem merklichen Ausmaße zu zerfasern und flaumig zu machen. Diese Methoden neigen vielmehr häufig dazu, die einzelnen Fasern weiter untereinander zu verflechten, so dass eine getrennte Zerfaserungsstufe erforderlich ist.

Bei der Durchführung einer bekannten Methode dieses Typs wird die sogenannte "Curlatorvorrichtung" verwendet (vgl. die US-PS 2 516 384). Andere spezifische Ausführungsformen zur Durchführung dieser Methode werden in den US-PS 2 561 013 und 3 028 632 beschrieben. Bei der Durchführung des in der US-PS 2 516 384 beschriebenen Verfahrens werden Zellulosefasern zur Erzielung einer gewissen Knickung, Biegung und Verdrehung der einzelnen Fasern "gekräuselt"; Im Gegensatz zu den herkömmlichen Mahlmethoden ändert diese Kräuselungsbehandlung nicht merklich den Entwässerungsgrad des Papierstoffes, allerdings nehmen die Zug- und Berstfestigkeit ab, während die Streck- und Reissfestigkeit, Porosität und Weichheit zunehmen. Bei der Durchführung dieses Verfahrens wird ein Zellulose-(Papier)-stoff mit einer Konsistenz zwischen 2 und 60 % unter mechanischem Druck zwischen zwei Elemente gebracht, die in einer kreisenden Bewegung zueinander oder in einer

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Hin- und Herbewegung zueinander stehen, wodurch Knoten oder Kügelchen des Stoffes zwischen den sich gegenüberstehenden Bearbeitungselementen gebildet werden. Diese kreisende Wirkung der Elemente auf die komprimierten Knoten, welche sich völlig bezüglich der Natur von beispielsweise einem herkömmlichen Mahlen unterscheidet und im allgemeinen eine weniger drastische Einwirkung von Kräften vorsieht, bewirkt die vorstehend erwähnten Knickungen, Verbiegungen und Verdrehungen der Papierstoff-Fasern. Infolge der erforderlichen kreisenden Bewegung oder Hin- und Herbewegung sowie des relativ hohen Feuchtigkeitsgehaltes des Papierstoffs ist dieses Verfahren bezüglich des Durchsatzes begrenzt. Darüber hinaus ist bei der Durchführung des in der US-PS 2 516 384 beschriebenen Verfahrens das Ausmaß der Faserdeformation relativ gering. Es ist derartig, dass der Verknäulungsgrad der Fasern begrenzt ist. Daher ist die gemäss der US-PS 2 516 384 erzielbare Fasermodifizierung nicht lange andauernd, da sich ein merkliches Ausmaß an Verdrehungen, Knickungen und Verbiegungen der Fasern beim Stehen während einer Zeitspanne von ungefähr 24 bis 48 Stunden verliert. Die Deformation der Fasern gemäss der US-PS 2 516 ist daher hauptsächlich plastischer. Natur. Die Fasern neigen dazu, mit der Zeit wieder ihre ursprüngliche Konfiguration anzunehmen. Man nimmt an, dass dies wenigstens teilweise auf die erhebliche Wassermenge zurückzuführen ist, welche die Fasern umgibt und in diesen enthalten ist. Dieses Wasser neigt zu einer Herabsetzung des Ausmaßes der permanenten strukturellen Verdrehung, die sonst auftreten würde. Darüber hinaus sind die Fasern des auf diese Weise behandelten Papierstoffes miteinander verhakt und verschlungen, so dass eine getrennte Verfahrensstufe erforderlich ist, um den Faserstoff zu zerfasern, so wie sie beispielsweise in der US-PS 3 809 604 beschrieben wird.

Ein anderes derartiges Verfahren, das als Vermahlungsverfahren bei hoher Konsistenz bezeichnet wird, wird in der US-PS 3 382

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beschrieben. Dieses Verfahren verfolgt den Zweck, Fasern durch eine Zwischenfaserreibung zu zermahlen, um die Zug- und Berstfestigkeit ohne Herabsetzung der Reissfestigkeit zu erhöhen. Bei der Durchführung dieses Verfahrens wird ein Papierstoff mit einer Konsistenz zwischen 1Q und 60 Gewichts-% in einen Arbeitsraum eingeleitet, der sich zwischen zwei gegenüberstehenden sich relativ zueinander drehenden Scheiben befindet. Auf diesen Raum ist der Papierstoff unter einem Druck von 0,35 bis 1,4 kg/cm^a (5 bis 20 psi) begrenzt. Die relative Bewegung der Scheibenoberflächen erzeugt eine Zwischenfaserreibung in der auf diesen Raum begrenzten Fasermasse. Die auf die Fasern einwirkende Arbeit ist erheblich, wie sich durch die Energiezufuhr zu dem Refiner messen lässt. Sie kann bis zu 60 PS.Tage pro Tonne betragen. Diese Zwischenfaserreibungsbehandlung vermahlt die Fasern, d.h. ihre Oberflächen werden fibrilliert, wobei die Zug- und Berstfestigkeit wesentlich, erhöht werden, während die Entwässerungsneigung des Papierstoffs entsprechend abnimmt. Diese Behandlung bedingt auch ein Knicken und Verdrehen der Fasern, eine derartige Deformation ist jedoch in notwendiger Weise von einer Fibrillation der Fasern, einer verminderten Entwässerungsneigung etc., wie vorstehend erwähnt worden ist, begleitet. Darüber hinaus werden die Fasern der behandelten Pulpe durch das Verfahren derart miteinander verhakt und verschlungen, dass eine anschliessende Stufe notwendig ist, um den Stoff zu zerfasern.

Wie bereits erwähnt, gibt es verschiedene bekannte Verfahren zum Zerfasern und Bauschigmachen eines im wesentlichen trockenen Papierstoffs, dessen Fasern miteinander verschlungen und verbunden sind. Unter Einsatz von Hammermühlen, Stiftmühlen oder Scheibenrefinern arbeitende Verfahren können zum Zwecke der Trennung einer miteinander verschlungenen trockenen Papierstoffmasse in einzelne flauschige Fasern mit kaum verkürzter Faserlänge und kaum verminderter Entwässerungsneigung angewendet werden. Im allgemeinen bedingen diese Verfahren nur in einem geringen Aus-

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maße eine Faserdeformierung. Daher wird in typischer Weise nur wenig effektive Arbeit auf die Pulpe bei der Durchführung dieser Verfahren ausgeübt.

Verfahren, bei deren Durchführung ein Scheibenrefiner dazu verwendet wird, eine Zerfaserung des Papierstoffs zu bewirken, werden in den US-PS 3 596 843 und 3 802 630 beschrieben. Zur Durchführung dieser Verfahren wird ein trockener Papierstoff (im Falle des zuerst genannten Verfahrens mit einer Konsistenz von mehr als 85 % und im Falle des letzteren Verfahrens mit einer Konsistenz von wenigstens 90 %) in einen Scheibenrefiner eingeführt, der unter solchen Bedingungen betrieben wird, dass der Papierstoff zerfasert und flauschig gemacht wird. Im Falle des in der US-PS 3 596 843 beschriebenen Verfahrens wird zwischen den Refinerplatten ein fester Abstand von 0,1 bis 5 mm eingehalten. Der Papierstoff wird durch den gebildeten Raum in einem Trägergasstrom durchgeführt. Die Fasern werden durch eine Reibe- oder Scherwirkung der Platten auf den Faserstoff getrennt. Bezüglich der Menge an Arbeit, die auf die Fasern einwirkt, sind keine Angaben zu finden. Es ist jedoch offensichtlich, dass nur eine geringe Arbeit ausgeübt und in geringem Ausmaße eine Faserdeformation durchgeführt wird, da die Fasern schnell den Raum in einem Gasstrom passieren, so dass der Arbeitsraum nicht in einem solchen Ausmaße gefüllt wird, dass ein ausreichender Druck und die diesen begleitenden Kräfte auf den Faserstoff durch die Refinerplatten zur Erzeugung einer Faserdeformation einwirken. In ähnlicher Weise werden bei der Durchführung des in der US-PS 3 802 630 beschriebenen Verfahrens Verfahrensbedingungen zwischen den Platten eingehalten, die nicht dazu ausreichen, den Raum zwischen den Platten unter der erforderlichen Kompression zu füllen. Daher kann zwar eine Wechselwirkung des Papierstoffs mit den Refinerplatten dazu ausreichen, den Stoff zu zerfasern, Kräfte einer solchen Art und einem solchen Ausmaß, dass die Fasern im

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JfA.

wesentlichen permanent verdreht und gebogen werden, werden jedoch nicht erzeugt.

In den US-PS 3 301 746, 3 432 936 und 3 821 068 werden Methoden zur Herstellung von weichen, absorbierenden und voluminösen Bögen beschrieben, wobei Methoden angewendet werden, bei deren Durchführung eine feuchte Bahn vor dem Trocknen weggelassen wird, da sie sich als absolut schädlich für die eigentliche Bahnbildung erwiesen hat.

Im Gegensatz zu dem bekannten Verfahren sieht das erfindungsgemässe Verfahren eine Behandlung von Zellulosepapierstoff zur Erzeugung von Fasern vor, die in einer wirksamen, effizienten und im wesentlichen permanenten Weise in der gleichen Verfahrensstufe verdreht und gebogen, d.h. zerknäuelt, werden, wobei ein Papierstoff erhalten wird, der im wesentlichen .,zerfasert und flaumig ist. Zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens wird ein Papierstoff mit einer geringen Feuchtigkeit kontinuierlich mit einer hohen Durchsatzgeschwindigkeit in und durch einen Arbeitsraum geführt, der zwischen entgegengesetzt angeordneten Bearbeitungselementen gebildet wird. Der Zellstoff tritt dann an einer Austrittsstelle aus dem Arbeitsraum wieder aus. Die Elemente weisen sich gegenüberstehende Oberflächen auf, welche dazu in der Lage sind, auf den Papierstoff durch Erfassen der Fasern unter gesteuerten Arbeitsbedingungen Verdrehungskräfte auszuüben. Was die gesteuerten Arbeitsbedingungen dieses Verfahrens betrifft, so steht die Geschwindigkeit der Zufuhr des Papierstoffs in einer Beziehung zu der Geschwindigkeit der relativen Bewegung der Bearbeitungselemente und zu dem Abstand zwischen den Oberflächen der Bearbeitungselemente in einer solchen Weise, dass der Arbeitsraum unter ausreichender Kompression mit einer Fasermasse gefüllt ist, wodurch der Papierstoff von den Bearbeitungsoberflächen erfasst wird und Verdrehungskräfte auf die Fasern einwirken _t wodurch verknäuelte Fasern erzeugt werden. Die auf diese Weise behandelten

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Fasern sind nachgiebig und zeigen eine relativ permanente strukturelle Deformation. Daher sind die den Fasern verliehenen Drehungen und Biegungen permanent. Daraus hergestellte Bögen weisen eine wesentlich grössere Herabsetzung des durchschnittlichen Young'sehen Moduls auf als entsprechende nichtbehandelte Vergleichsbögen. Aus den erfindungsgemäss hergestellten Fasern lassen sich Bögen herstellen, die weicher, voluminöser und absorbierender sind. Infolge der verknäuelten und zerfaserten Pulpe lassen sich sogar Bögen in einem wässrigen System herstellen, ohne dass dabei diese erwünschten Eigenschaften verloren gehen, und zwar auch dann, wenn die feuchte Bahn während des Herstellungsverfahrens kompaktiert wird.

Die Erfindung wird durch die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen;

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Verfahrens zur Herstellung des ringeiförmigen zerfaserten Papierstoffs nach dem erfindungsgemässen Verfahren,

Fig. 2 das Verfahren zur Herstellung von weichen, absorbierenden und voluminösen Bahnprodukten aus dem ringeiförmigen zerfaserten Papierstoff gemäss dem erfindungsgemässen Verfahren.

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer bevorzugt durchgeführten Folge einer nichtthermischen Entwässerung und thermischen Trocknung gemäss dem erfindungsgemässen Verfahren.

Fig. 4 eine im wesentlichen schematische Ansicht, welche das Ineinandereingreifen der reliefierten Walzen sowie der glatten Walzen sowie die Bewegung einer Bahn durch diese Walzen wiedergibt.

Fig. 5 eine Mikrophotographie in 200-facher Vergrösserung, welche

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nichtbehandelte Zellulosefasern in ihrem flachen und bandähnlichen Entstehungszustand zeigt, und

Fig. 6 eine Mikrophotographie in 200-facher Vergrösserung der in Fig. 5 gezeigten Fasern, die eine im wesentlichen permanente gebogene und verdrehte Konfiguration infolge der Ringelungswirkung aufweisen, die durch das Ringelungs-Zerfaserungsverfahren gemäss vorliegender Erfindung erzeugt wird.

Wie die Fig. 1 zeigt, wird ein System 2 verwendet/ um einen Papierstoff mit geringer Feuchtigkeit herzustellen, der unter Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens geringelt und zerfasert werden kann. Geeignete Materialien, aus denen der Papierstoff mit geringem Feuchtigkeitsgehalt hergestellt werden kann, sind die üblichen Spezies von Nadelhölzern, wie Kiefer, Schierling, Tanne, Föhre und dergleichen. Ferner kommen Papierstoffe aus Bäumen mit jährlich abfallenden Blättern in Frage, wie Pappel, Birke, Erle etc. sowie Papierstoffe aus Baumwolle. Ferner kann man beispielsweise Zellulosefasern verwenden, die in einem gewissen Ausmaße einer Ligninmodifizierung unterzogen worden sind, beispielsweise durch Einsatz eines thermomechanischen Papierstoffes oder eines wenigstens teilweise chemisch behandelten Papierstoffs, wie beispielsweise eines modifizierten thermomechanischen Papierstoffs, der auf wenigstens die Glasübergangstemperatur erhitzt worden ist, eines chemimechanischen Papierstoffs, eines halbchemischen Papierstoffs, eines chemischen Papierstoffs oder dergleichen.

Im allgemeinen wird ein Papierstoff mit einem geringen Feuchtigkeitsgehalt, der keine wesentliche Faserlängenvermxnderung erfahren hat, als Beschickungssystem 2 verwendet. Vorzugsweise wird daher das Beschickungssystem 2 auf einer minimalen durchschnittlichen Faserlänge gehalten, die zur Erzeugung von ringel-

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förmigen zerfaserten Fasern 6 ausreicht. Dementsprechend weist das Papierstoffsystem 2 vorzugsweise eine gewogene durchschnittliche Faserlänge von mehr als ungefähr 1,0 mm und insbesondere von mehr als ungefähr 1,5 mm auf. In dem TAPPI-rStandard-233-Su64 ist die Grundlage für die Berechnung des Wertes der gewogenen durchschnittlichen Faserlänge in mm angegeben. In Band 55, Nr. 2 der Ausgabe Januar 1972 von TAPPJ wird eine vereinfachte Methode der Berechnung der durchschnittlichen Faserlänge angegeben. Der Artikel, der "The Fiber Length of Bauer-McNett Screen Fractions" betitelt ist, stammt von J,E. Tasman und wird auf Seite 136 der vorstehend erwähnten TAPPI-Publikation veröffentlicht. Die vereinfachte Methode sollte zur Berechnung der vorstehend angegebenen durch Wiegen erhaltenen durchschnittlichen Faserlängenwerte verwendet werden.

Zur Herstellung von ringeiförmigen zerfaserten Fasern wird der Zellulosepapierstoff 2 den Verdrehungskräften bei einem Feuchtigkeitsgehalt ausgesetzt, der derartig niedrig ist, dass gleichzeitig eine wesentliche Fibrinierung, eine damit in Zusammenhang stehende Festigkeit und eine Entwicklung von Bindungen unterbleiben, wobei ferner eine erhebliche Faserzerstörung und ein Versengen verhindert wird. Die Konsistenz _r d.h. der Gewichtsprozentsatz, bezogen auf Trockenbasis, von Zellulosefasern in dem Beschickungssystem 2_f wird vorzugsweise auf wenigstens ungefähr 60 %, dem ungefähren Punkt, oberhalb dessen keine Fibrillation bis zu einem merklichen Ausmaße erfolgt, gehalten. Um jedoch die Fibrillation weiter auf einem Minimum zu halten, wird vorzugsweise eine Konsistenz von ungefähr 70 und sogar von ungefähr 75 % eingehalten. In ähnlicher Weise wird eine Konsistenz von bis zu ungefähr 90 % in zweckmässiger Weise eingehalten, damit im wesentlichen ein Versengen und/oder eine merkliche Faserzefstörung der Papierstoff beschickung unterbleibt. Um ein Versengen und eine Faserzerstörung auf einem Minimum zu halten, wird wiederum eine Konsistenz von bis zu ungefähr 85 % aufrecht erhalten.

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Ein Papierstoff 2 mit einem niedrigen Feuchtigkeitsgehalt kann in verschiedenen Formen wie die vorstehend beschriebenen Fasern verwendet werden. Oft erfolgt ein Einsatz in Form einer verfestigten Masse, wie in Form von Ballen, Folien oder dergleichen. Im allgemeinen verschlingen sich die Zellulosefasern untereinander, wenn sie auf mechanische Weise entwässert und anschliessend zur Erhöhung der Konsistenz des Papierstoffes auf den erforderlichen niedrigen Feuchtigkeitsgehalt getrocknet werden. Daher kann der Papierstoff zu Beginn durch die Maßnahmen "3" zur Fragmentierung der vorstehend beschriebenen Papierstoffballen oder -folien oder des verschlungenen Stoffes getrennt werden, wobei die Gesamtmenge der Papierstofffasern auf einen Gehalt herabgesetzt wird, bei welchem eine wirksame Zuführung durchgeführt werden kann. Zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens liegt jedoch im allgemeinen nur eine minimale Menge an freien Fasern in dem fragmentierten Beschickungsmaterial vor in typischer Weise kann man eine Hammermühle, eine Stiftmühle oder eine andere bekannte Vorrichtung für diese anfängliche Fragmentierungsstufe verwenden. Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform weist der anfänglich fragmentierte Papierstoff eine Papierstoffdichte von weniger als ungefähr 0,2403 g/ccm (15 pounds per cubic foot)' und insbesondere von weniger als ungefähr 0,1602 g/ccm (10 pounds per cubic foot) auf,

Eine Hochenergieeinrichtung 5 zum Aufringeln und zur Zerfaserung von Zellulosefasern ist vorgesehen, um den Papierstoff 2 zur kontinuierlichen Herstellung eines Produktes mit einer relativ hohen Durchsatzgeschwindigkeit zu behandeln, das verdreht und gebogen ist. Die Aufringelungs- und Zerfaserungseinrichtung 5 besteht aus einem Arbeitsraum zwischen gegenüberliegend angeordneten Bearbeitungselementen, wobei die sich gegenüber stehenden Oberflächen der Bearbeitungselemente dazu in der Lage sind, die erforderlichen Verdrehkräfte auf den Papierstoff in der Weise auszuüben, dass sie an den Fasern unter gesteuerten Arbeitsbedingungen angreifen. Eine Hilfseinrichtung zur Beförderung des Papierstoffs in den Arbeitsraum, wie beispielsweise ein Schneckenförderer oder dergleichen, ist vorgesehen. In zweckmässiger Weise sind die Bearbeitungselemente

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mit sich gegenüberstehenden koaxial angeordneten Bearbeitungsoberflächen, die sich im allgemeinen Seite an Seite über die ganze Ausdehnung des Bearbeitungsraumes hinweg gegenüberstehen, ausgestattet, wobei wenigstens eine der Bearbeitungsoberflächen in einer im wesentlichen fixierten Ebene bezüglich der anderen Fläche rotiert. Vorzugsweise wird ein Refiner, wie beispielsweise ein Scheibenrefiner, als Einrichtung verwendet, um die erforderlichen hochenergetischen Kräfte an den Papierstoff zu übertragen. Beispielsweise kann man einen Einfach- oder Doppelscheibenrefiner in wirksamer Weise verwenden, wobei die allgemeine Bauweise dieser Einrichtungen sowie ihre Betriebsweise in der US-PS 3 382 140 beschrieben werden.

Um Verdrehungskräfte, welche die Fasern permanent zu biegen und zu verdrehen vermögen, auszuüben, muss der Bearbeitungsraum mit einer Masse des Papierstoffs unter ausreichender Kompression gefüllt sein. Beispielsweise lassen sich im Falle des in der vorstehend angegebenen US'-PS 3 382 140 beschriebenen Scheibenrefiners die Kompressionskräfte, welche die Scheiben auf den Papierstoff ausüben, dadurch berechnen, dass der nach innen gerichtete hydraulische Druck an der Scheibe 21, der durch den hydraulischen Kolben 28 ausgeübt wird, bestimmt wird. Dann kann man durch Multiplizieren des hydraulischen Drucks mit der Querschnittsfläche des Kolbens sowie durch Dividieren der Gesamtfläche des mahlenden Plattenabschnitts 23 den Druck berechnen, der auf den Papierstoff ausgeübt wird. Um zu gewährleisten, dass die Druckkräfte, die auf den Papierstoff ausgeübt werden, tatsächlich da.zu ausreichen, ein Auf ringeln und eine Zerfaserung zu bewirken, wird ein Druck mittels der sich gegenüberstehenden Oberflächen angewendet, der vorzugsweise wenigstens 0,7 kg/cm² (10 psil beträgt. Obwohl man hohe positive Drucke an den Papierstoff anlegen kann, so ist es dennoch im Hinblick auf eine optimale Verarbeitung vorzuziehen, einen Druck biszu ungefähr 1,75 kg/cm² (25 psi) und insbesondere von bis zu ungefähr 1,4 kg/cm² (20 psi) anzuwenden.

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Die auf die Fasern einwirkenden Verdrehungskräfte müssen eine solche Grosse besitzen, die dazu ausreicht, geringelte Fasern zu erzeugen. Eine Methode zur Beschreibung der Grosse dieser Verdrehungskräfte ist die Angabe der "spezifischen Nettoenergie", d.h. der tatsächlichen Energiemenge, die bei der Behandlung eines gegebenen Papierstoffgewichtes angewendet wird. Insbesondere ist die spezifische Nettoenergie für einen Scheibenrefiner die Bruttoenergie, gemessen in Brems-ps,Tag pro luftgetrocknete Tonne (HPD/ADT), d.h. die tägliche PS-Energie, die erforderlich ist, eine Tonne Papierstoff zu erzeugen, angewendet auf einen Papierstoff mit niedrigem Feuchtigkeitsgehalt, minus die Energie, die bei den Leerlaufbedingungen abgegeben wird. Daher ergibt sich die spezifische Nettoenergie aufgrund folgender Gleichung:

Netto-Refiner- RefinerHyfotor- 2000 φ£

e™™·.= -- ho Leistungsmesser- Wirkungs- Papierstoff 0,9 ADT-Papier-

KS«**»«* 9³^ pro Tonne stoff

KtoSroie■«**»«* 9³^ pro Tonne stoff

wettxienergie ^.,j. _,., „ „ _v nr

- (kw-Stunde) χ χ χ ODT-Papierstofj

- _0y746 j^ 24 Stunden

Brems-PS χ Tag x Gesamtpounds O.D.-Papierstoff

Daher beträgt die minimale spezifische Nettoenergie, die in zweckmässiger Weise angewendet wird, wenigstens ungefähr 0,75 HPD/ADT. Je nach der verwendeten Hochenergieeinrichtung 5 sowie den jeweils eingehaltenen spezifischen Arbeitsbedingungen wird jedoch vorzugsweise eine spezifische Nettoenergie von wenigstens ungefähr 1,0 HPD/ ADT und insbesondere von wenigstens ungefähr 1,5 HPD/ADT angewendet.

Es ist bekannt, dass niedrig-Konsistenz-Refiner- und Hochkonsistenz-Refinersysteme des Standes der Technik wechselnde Ausmaße der Entwässerungsneigung des fertigen Papierstoffes bedingen. Daher ist es äusserst unerwartet, insbesondere bei den angewendeten hohen Energien, dass der Entwässerungsneigungsgrad nicht merklich vermindert wird, sondern in typischer Weise aufrecht erhalten und in den meisten Fällen tatsächlich erhöht wird. Unter bevorzugten Ar-

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beitsbedingungen wird insbesondere eine Erhöhung der Entwässerungsneigung um ungefähr 10 % und manchmal um ungefähr 15 % erzielt.

Der Abstand zwischen den sich gegenüberstehenden Oberflächen muss auf einem solchen Wert gehalten werden, der gewährleistet, dass eine wesentliche Faserzerstörung ausgeschlossen ist. Im allgemeinen muss er weiter als die Fasern sein, die durch den gebildeten Raum hindurchgehen. Vorzugsweise wird ein Abstand von ungefähr 1,0 bis ungefähr 3,0 mm (0,04 bis Q,12 inch) zwischen den Bearbeitungsoberflächen aufrecht erhalten. Der genaue Abstand steht in einer Beziehung zu den anderen beschriebenen Arbeitsbedingungen, um eine erhebliche Fibrillierung oder ein Versengen der Fasern auszuschliessen.

Die Beschickungsgeschwindigkeit des Papierstoffs in den Arbeitsraum der Hochenergieeinrichtung 5 muss ebenfalls gesteuert werden und wird auf einem solchen Wert gehalten, dass der Arbeitsraum mit den Fasern unter einem Druck gefüllt wird, der dazu ausreicht, Verdrehung skräf te zu erzielen, wobei der absolute Wert wiederum von der verwendeten Vorrichtung und den anderen Arbeitsbedingungen abhängt. Im Falle einer Hochenergieeinrichtung mit koaxial angeordneten Bearbeitungsoberflächen ist beispielsweise eine Beschickungsmenge von ungefähr 9 kg (20 pounds) pro Minute und vorzugsweise von ungefähr 13,5 kg (30 pounds) pro Minute bis zu ungefähr 36 kg (80 pounds) pro Minute und vorzugsweise bis zu ungefähr 27 kg (60 pounds) pro Minute unter den vorstehend beschriebenen bevorzugten Arbeitsbedingungen zweckmässig.

Unter allen Bedingungen, unter denen die Bearbeitungselemente eine Drehbewegung ausüben, sollte die relative Tangentialgeschwindigkeit der Bearbeitungsoberflächen für gegebene Arbeitsbedingungen derartig gross sein, dass Drehkräfte auf den Papierstoff innerhalb des Arbeit sraums ausgeübt werden. Die relative Bewegung zwischen den sich gegenüberstehenden Oberflächen schwankt in Abhängigkeit von dem

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Typ der verwendeten Hochenergieeinrichtung 5. Im allgemeinen sollten die Bearbeitungselemente mit einer relativen Tangentialgeschwindigkeit von nicht weniger als ungefähr 300 m pro Minute (1000 feet) pro Minute rotieren. Vorzugsweise wird jedoch eine relative Tangentialgeschwindigkeit von nicht mehr als ungefähr 1500 m (5000 feet) pro Minute eingehalten, um zu gewährleisten, dass die Verdrehungskräfte tatsächlich auf den Papierstoff einwirken.

Zur Beschreibung der Wechselwirkung, in denen die verschiedenen Arbeitsbedingungen stehen, die im Zusammenspiel das Verdrehungs-Zerfaserungsverfahren in beispielsweise einem Scheibenrefiner steuern, kann eine allgemeine Beziehung angegeben werden,die sich in der Weise ausdrücken lässt, dass die Arbeitsbedingungen direkt proportional der Geschwindigkeit bzw. Menge sind, mit welcher der Zellstoff kontinuierlich in und durch den Arbeitsraum geführt wird, wobei die Verdrehungskräfte mit einer Zunahme der Beschickungsgeschwindigkeit und/oder dem Druck in dem Arbeitsraum zunehmen. Ferner ist bei gegebenen Arbeitsbedingungen das Ausmaß der Verdrehung umgekehrt proportional (a) dem Abstand zwischen den jeweiligen Bearbeitungsoberflächen, (b) der wirksamen Querschnittsfläche des Bearbeitungsraumeinganges und (c) der relativen Rotationsgeschwindigkeit der Bearbeitungselemente. Ferner lässt sich der relative Wert der Verfahrensvariablen in einer indirekten Weise einstellen. So kann man die Geschwindigkeit bei einem gegebenen Abstand in der Weise einstellen, dass die spezifische Nettoenergie erhöht oder abgesenkt wird, wodurch zufriedenstellende Verdrehungskräfte erzielt werden. Fällt dieser spezifische Nettoenergiewert unter einen vorherbestimmten Wert, dann können die Arbeitsbedingungen in der Weise eingestellt werden, dass die Beschickungsgeschwindigkeit und/oder der Abstand in der Weise verändert werden, dass wenigstens der vorstehend beschriebene vorherbestimmte Wert erzielt wird.

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In der Praxis existiert bezüglich, der Arbeitsbedingungen ein Grenzwert, wobei bei einem Unterschreiten der Beschickungsgeschwindigkeit und/oder des Druckes unter diesen Grenzwert bei einem gegebenen Abstand das Ausmaß der Verdrehungskräfte, die auf den Papierstoff einwirken, abnimmt und die einzige Wirkung, die auf die Fasern einwirkt, eine Zerfaserung bei nur geringer oder überhaupt keiner Verdrehung ist. Es ist daher zweckmässig. Bedingungen oberhalb dieses Grenzwertes zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens auszuwählen. Eine bequeme Methode, um die Beziehung zwischen den verschiedenen Arbeitsbedingungen zur Durchführung sowohl einer Verdrehung als auch Zerfaserung im Falle eines Scheibenrefiners auszudrücken, der mit einer relativen Umdrehungsgeschwindigkeit von 750 bis 2000 Upm arbeitet, ist folgende:

F χ 10
Arbeitsbedingungen (0,C) = -■■ ■

GTrD. Upm

F = Beschickungsgeschwindigkeit, #/Min. G = Abstand, mm

D. = Durchmesser der Refinerplatten an dem Eintrittspunkt in den Arbeitsraum in mm

Upm = relative Rotationsgeschwindigkeit in Upm eines gegebenen Scheibenrefiners

Wird die vorstehende Beziehung als Maß für die Arbeitsbedingungen angewendet, oberhalb welcher Verdrehungskräfte aufrecht erhalten werden, dann werden in zweckmässiger Weise minimal wenigstens ungefähr 0,21 kg trockener Pulpe pro cm² wirksamer Querschnittsfläche des Arbeitsraums pro Upm eingestellt.

Da die sich gegenüberstehenden Oberflächen der Bearbeitungselemente, welche den Arbeitsraum bilden, dazu in der Lage sein müssen,

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den Papierstoff zu erfassen,ist es zweckmassig, dass die Arbeitsoberflächen aufgerauht sind. Das Aufrauhen lasst sich im allgemeinen dadurch bewerkstelligen, dass die Oberflachen in verschiedenen Konfigurationen bei der Herstellung ausgearbeitet werden, beispielsweise in Form von Kanälen, Vertiefungen, Eindrücken oder Hervorhebungen« In einer Vorrichtung mit sich koaxial gegenüberstehenden Arbeitsoberflächen, wie sie vorstehend beschrieben worden sind, sind Stangen die bevorzugte Form der aufgerauhten Oberflächen, wobei es sich herausgestellt hat, dass sie ein hohes Ausmaß an Verdrehungskräften an den Papierstoff ausüben. Werden Stangen verwendet, dann ist ein wertvolles Ma0 für die Wirkung der Stangen bezüglich der Ausübung von Verdrehungskräften auf den Papierstoff der ICPM-Wert, d.h. die Gesamtinch-Kontakte pro Minute, mit welchen die Stäbe eines gegebenen Scheibenrefiners den Papierstoff kontaktieren. Diese Berechnung findet sich in der Arbeit von J.E. McDonald "Post Refing Standard New Groundwood for Rotogravure and Directory Pulps", Pulp and Paper Magazine of Canada, 75C: Tl 05, März 1975. Vorzugsweise weisen die koaxial angeordneten drehbaren Arbeitsoberflächen Stäbe auf, die sich nach innen erstrecken, wobei die Oberflächen sich mit einer relativen Geschwindigkeit drehen, durch welche ein ICPM-Wert von wenigstens ungefähr 300 χ und vorzugsweise von wenigstens ungefähr 750 χ 10 erzielt wird.

Um eine Faserzerstörung auf einem Minimum zu halten und die Zwischenfaserbindung zwischen einzelnen Fasern herabzusetzen, kann ein Bindungslösungsmittel 4 der Papierstoffbeschickung 2 und/oder der Fragmentiereinrichtung 3 und/oder der Hochenergieeinrichtung zugesetzt werden. In typischer Weise wird ein kationisches Bindungslösungsmittel, wie ein kationisches grenzflächenaktives Mittel, für diesen Zweck eingesetzt« Vorzugsweise werden ungefähr 0,2 und insbesondere ungefähr 1,Q % des Bindungslösungsmittel3_fbezogen auf das Gewicht des ofengetrockneten (O.D.) Papierstoffs, mit welchem es vermischt wird_f verwendet, im allgemeinen beträgt aus wirtschaftlichen Gründen die maximale Menge des Bindungslösungsmittels, das zugesetzt wird, ungefähr 5,0 und vorzugsweise bis zu

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ungefähr 2,0 %. . 9X'

Der Papierstoff 6 wird für eine anschliessende Erzeugung einer Bahn nach einem Biegen und Verdrehen der Fasern in einer im wesentlichen permanenten Weise gewonnen. Diese im wesentlichen permanente Verdrehung, die den Fasern verliehen wird, ist für die Nachgiebigkeit der Fasern und für eine geringe Bindungsintensität verantwortlich, wobei ferner eine Nassverarbextbarkeit erzielt wird, ohne dass dabei im wesentlichen eine Beeinflussung durch mechanische Pressmaßnahmen auftritt. Im Gegensatz zu dem in der US-PS 2 516 384 beschriebenen Verfahren, bei dessen Durchführung die Kräuselungswirkung merklich nach ungefähr 24 bis 48 Stunden nach der Bildung verschwindet, sind die Verdrehungskräfte, die auf die Fasern in der Hocfienergieeinrichtung 5 ausgeübt werden, derartig, dass der strukturell modifizierte Papierstoff in trockenem Zustand im wesentlichen seinen aufgeringelten Charakter während einer Zeitspanne beibehält, die erheblich oberhalb 48 Stunden liegt. Wird das nachstehend beschriebene Nassbahnherstellungsverfahren angewendet, dann wird zuerst eine wässrige Aufschlämmung der behandelten Fasern hergestellt, da die Aufschlämmung im allgemeinen zur Herstellung der Bahnen in einer relativ kurzen Zeitspanne verwendet wird. Wird jedoch der aufgeringelte und zerfaserte Papierstoff während einer Zeitspanne von mehr als 24 Stunden gelagert, dann sollte der Papierstoff in zweckmässiger Weise in einem im wesentlichen trockenen Zustand gehalten werden, um eine Umkehr des behandelten Papierstoffs aus seinem aufgeringelten und zerfaserten Zustand in einen relativ nichtbehandelten Zustand zu vermeiden.

Die den Fasern durch die Aufringelung verliehene Wirkung lässt sich experimentell durch Bestimmung der durchschnittlichen Faserbreite vor und nach der Aufringelüngsstufe zeigen. Die Breite der einzelnen Fasern wird "durch Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens vermindert, welches bewirkt, dass fleiche bandähnliche

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Fasern sich aufringeln, so dass in gesteuerter Weise eine aufgerollte Faserkonfiguration erzielt wird, die wesentlich nachgiebiger ist. Die Fig. 5 und 6 zeigen Mikrophotographien der behandelten bzw. nichtbehandelten Fasern. Die Unterschiede zwischen Fasern, die unter Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens aufgeringelt und zerfasert worden sind, zu den nichtbehandelten Gegenproben gehen deutlich aus den vorstehend erwähnten Mikrophotographien hervor«

Die Messung der Faserbreite erfolgt experimentell durch willkürliche Entnahme einer Probe aus einer dünnen Aufschlämmung des Papierstoffs sowie durch gleichmässige Verteilung desselben auf einem Objektträger. Mikrophotographien (200-fache Vergrösserung) werden dann an repräsentativen Stellen aufgenommen, wobei jeweils ungefähr 20 Fasern in jedem Abschnitt vorliegen. Dann werden diese Mikrophotographien in der Weise weitervergrössert, dass die Faserabmessungen das 8Q-fache der Ursprungsgrösse betragen. In jeweils einem Abstand von Π cm werden Breitemessungen durchgeführt, wobei die ganze Länge einer jeden Faser verwendet wird. Ein Vergrösserungsglas mit einem 1Q mm-Fadenkreuz wird für die Messungen verwendet. Die Bedingungen, unter denen die Aufringelung durchgeführt wird, stehen in einer Wechselbeziehung. Verdrehungskräfte, die auf den Papierstoff einwirken, haben eine Herabsetzung der durchschnittlichen Faserbreite von vorzugsweise bis zu ungefähr 20 % und insbesondere von bis zu ungefähr 25 % der aufgeringelten Fasern 6 zur Folge.

Die durch das erfindungsgemässe Verfahren erzielten Veränderungen bezüglich Nachgiebigkeit und Konfiguration der Fasern werden in überraschender Weise während eines herkömmlichen Nassverarbeitens aufrecht erhalten, wobei eine Bahn mit einer ausgezeichneten, vom Verbraucher wahrnehmbaren Weichheit, einem hervorragenden Wasserabsorptionsvermögen und einer guten Bauschigkeit erhalten

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wird. Die entwickelte Weichheit gibt sich in einem erheblichen Ausmaß durch eine Herabsetzung des Young'sehen Moduls der Bahn zu erkennen, d.h. durch das Verhältnis der Spannung pro Flächeneinheit zu der entsprechenden Dehnung pro Längeneinheit, wobei die Dehnungsfehlergrenze sich innerhalb elastischer Grenzen bewegt. Insbesondere kann die Herabsetzung des Young'sehen Moduls einer Bahn, die aus aufgeringelten Fasern 6 erzeugt worden ist,sich dadurch nachweisen lassen, dass der Young'sche Modul einer Bahn bestimmt wird, die aus zu 100 % aufgeringelten Fasern gebildet wird, wobei dieser Modul mit dem Young'sehen Modul einer Bahn verglichen wird, die aus ähnlichen Fasern erzeugt wird, die nicht behandelt worden sind. Werden die Zellulosefasern 2 nach dem erfxndungsgemässen Verfahren behandelt, dann wird im allgemeinen eine Verminderung des Young'sehen Moduls daraus hergestellter Bahnen bis zu dem minimal annehmbaren Grad festgestellt, der notwendig ist, um die vorstehend geschilderten gewünschten Bahneigenschaften zu erzielen. Insbesondere lassen'sich Bahnen mit einem Verminderungsgrad des Young'sehen Moduls beispielsweise in der Weise herstellen, dass nichtbehandelte Fasern mit aufgeringelten zerfaserten Fasern 6 vermischt werden. Ferner kann man in der Weise verfahren, dass die nichtbehandelten Fasern Verdrehungskräften in einem solchen Ausmaße ausgesetzt werden, die notwendig sind, die gewünschten Bahneigenschaften zu erzielen, worauf eine Bahn hergestellt wird. Vorzugsweise beträgt der angestrebte Verminderungsgrad des Young'sehen Moduls zur Herstellung bestimmter Produkte, wie von Seidenpapier, Handtüchern etc., wenigstens ungefähr 50 % und vorzugsweise ungefähr 75 %.

Zur Herstellung eines gegebenen Bahnproduktes können wechselnde Mengen geringelter und zerfaserter Fasern € verwendet werden. Insbesondere können die herzustellenden Bahnen bis zu 100 % der Fasern 6 enthalten. Vorzugsweise werden jedoch die Fasern 6 mit zellulosehaltigen Papiererzeugungsfasern vermischt, wobei sich, die Gesamtmengen im allgemeinen nach der Art der Endeigen-

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schäften der Bahn richten, da die technischen Anforderungen an die verschiedenen Produkte verschiedene Weichheitsgrade bzw. Festigkeitsgrade erfordern. Zur Aufrechterhaltung eines bestimmten Ausgleiches zwischen Festigkeit und Weichheit, beispielsweise zur Herstellung von Seidenpapier oder Handtüchern, Filtermedien sowie für Durchtränkungen bestimmtes Rohpapier, werden bestimmte bevorzugte Zusammensetzungsbereiche bezüglich der Fasern 6 bzw. der Zellulosepapierherstellungsfasern eingehalten. In zweckmässiger Weise macht die Menge der geringelten zerfaserten Fasern in der Bahn ungefähr 10 bis ungefähr 70 Gewichts-% aus. Für viele Pro-, dukte, in denen die Fasern 6 verwendet werden, ist es jedoch vorzuziehen, ungefähr 20 und bis zu ungefähr 60 Gewichts-% und insbesondere bis zu ungefähr 40 Gewichts-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Fasern, vorzusehen.

Die Fasern 6 lassen sich zu neuen weichen, absorbierend wirkenden und voluminösen Bahnen 15 nach verschiedenen Methoden herstelen. Insbesondere werden die Fasern vorzugsweise unter Anwendung von Nasserzeugungsverfahren verarbeitet, wobei man sich vorzugsweise herkömmlicher Papierherstellungsmethoden bedient, beispielsweise der herkömmlichen Standardnassverpressung der Bahn zur Entwässerung, da auf diese Weise die Kapitalkosten auf einem Minimum gehalten werden. Man kann jedoch aus den Fasern 6 auch nach Trockenmethöden Bahnen herstellen, wobei man beispielsweise auf Luftablegemethoden und andere herkömmliche bekannte Trockenformungsmethoden zurückgreifen kann.

Beispielsweise wird eine typische Methode zur Nassverarbeitung von geringelten und zerfaserten Fasern 6 durch die Fig. 2 erläutert. Gegebenenfalls können die Fasern 6 einer herkömmlichen Entflockungseinrichtung 7 zugesetzt werden, um etwa vorhandenes flockenähnliches Material zu entfernen, das ±n den Fasern enthalten sein kann.

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Eine wässrige Aufschlämmung der vorstehend beschriebenen Fasern kann zu einer nassen Bahn 2Q auf einer Bahnherstellungseinrichtung, die im allgemeinen mit der Bezugszahl 9 bezeichnet wird, verformt werden, wobei es sich vorzugsweise um eine durchlöcherte Oberfläche handelt, beispielsweise eine Fourdrinier-Vorrichtung, eine Stevens-Blattbildungsvorrichtung oder dergleichen. Man kann partielle oder totale Wärmetrocknungsmethoden anwenden, die Produktbahnen werden jedoch vorzugsweise in der Weise hergestellt, dass zuerst eine erhebliche Menge Wasser aus der Bahn 20 durch eine nichtthermische Entwässerungseinrichtung 10 vor der überführung in die nachstehend näher beschriebene Wärmetrocknungseinrichtung 11 entfernt wird. Eine nichtthermische Entwässerung ist aufgrund des einzigartigen aufgeringelten zerfaserten Papierstoffs 6 gemäss vorliegender Erfindung möglich. Diese Entwässerungsstufe wird in typischer Weise nach verschiedenen Methoden durchgeführt, die eine mechanische Kompression der Bahn verursachen, beispielsweise unter Anwendung herkömmlicher Nasskompressionsmethoden, wie sie aus der Fig. 3 hervorgehen. Diese mechanische Kompressionsstufe erhöht normalerweise die Kompaktie— rung der Bahn bis zu einem solchen Ausmaß _F das im allgemeinen für ein Durchtrocknen schädlich ist, da die Porosität der Bahn vermindert wird, was wiederum die Trocknungswirkung vermindert, so dass die gewünschte Kombination der Bahneigenschaften verloren geht, wie sie für Seidenpapier, Handtücher oder ähnliche sanitäre Produkte erwünscht ist. Die nassverformte Bahn tritt aus der Nassformungsvorrichtung 9 aus und wird vorzugsweise einer nichtthermischen Entwässerungseinrichtung 10 zugeführt. In der Entwässerungseinrichtung IQ (vgl. die Fig. 3) wird die Bahn 20 in typischer Weise zunächst von einer zweiten durchlöcherten Transporteinrichtung 10a "aufgenommen", wobei diese Einrichtung vorzugsweise eine obere und untere Oberfläche 10b bzw. 10c aufweist. Dann wird die Bahn vorzugsweise in eine nichtthermische Entwässerungseinrichtung eingeführt, ±n welcher sie den Kompressionskräften ausgesetzt wird, die durch wenigstens eine

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Entwässerungseinrichtung 3Od ausgeübt werden, beispielsweise Walzen 10e und 10f und/oder Walzen 10g, die mit dem Trocknungszylinder 11 zusammenarbeiten. Die Walzen 1Of und 10g sind in zweckmässiger Weise Vakuumentwässerungswalzen, wobei sie jedoch auch ohne Vakuum betrieben werden können. Die Walze 1Oe ist in typischer Weise eine federnde Presswalze, die aus Hartkautschuk, Metall oder dergleichen besteht. Die feuchte Bahn wird durch eine durchlöcherte Transporteinrichtung 10a durch die Walzen 10d und 1Oe sowie zwischen der Walze 1Og und dem Trocknungszylinder 11 geführt, wo sie vorzugsweise bis zu einer Konsistenz von wenigstens ungefähr 20 % und insbesondere von bis zu ungefähr 40 % und in ganzbevorzugter Weise von ungefähr 50 % entwässert wird. Die entwässerte Bahn wird dann auf einen Trocknungszylinder 11 aufgegeben, bei dem es sich vorzugsweise um einen Yankee-Trocknungszylinder handelt, wodurch das Aufbringen durch die Druckwirkung der Walze 10g erfolgt, welche die Bahn in Kontakt mit dem Zylinder bringt.

Infolge der einzigartigen Eigenschaften der aufgeringelten und zerfaserten Pulpe 6 werden die Nachgiebigkeit, die Weichheit, die Voluminosität sowie das Wasserabsorptionsvermögen der Bahn aufrecht erhalten, obwohl Kompressionskräfte auf sie durch die nichtthermische Entwässerungseinrichtung 10 ausgeübt werden. Wie insbesondere in Beispiel 2 gezeigt werden wird, beeinflusst in äusserst überraschender Weise diese Kompressionswirkung nicht in nachteiliger Weise die Weichheit, das Absorptionsvermögen sowie die Bauschigkeit der Bahnen 15, in denen die Fasern 6 enthalten sind. Die Bahnen 15 sind bezüglich dieser Eigenschaften wesentlich besser als Bahnen, die aus den gleichen Beschickungsfasern hergestellt worden sind, die jedoch nicht der Einwirkung der erforderlichen Verdrehungskräfte ausgesetzt worden sind. Daher können Bahnen unter Einsatz von Fasern 6 in wechselnden Mengen hergestellt werden, die in verschiedenen Ausmaßen einer nichtthermischen Entwässerung unterzogen werden können, wobei die Eigen-

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. SUP-

schäften, wie die Bauschigkeit, die Weichheit, das Wasserabsorptionsvermögen etc., in einem Grad aufrecht erhalten werden, der mit dem Grad ihrer durchgetrockneten Gegenstücke vergleichbar ist.

Eine Bahn mit einer relativ niedrigen Dichte kann mit verschiedenen Graden einer nichtthermischen Entwässerung erhalten werden, wenn die Fasern 6 verwendet werden. Die relative Bahndichte lässt sich durch Berechnen des Unterschiedes zwischen einer Bahn, die die Fasern 6 enthält, und einer Bahn, die aus ähnlichen Zellulosefasern hergestellt worden ist, welche nicht der erfindungsgemässen Behandlung unterzogen worden ist, bei einem gegebenen Grad an nichtthermischer Entwässerung bestimmen. Daher ist die Dichte einer Bahn, welche Fasern 6 enthält und nach einem herkömmlichen Entwässerungsverfahren erzeugt worden ist, mit einer durchgetrockneten nichtkompaktierten Bahn vergleichbar. Vorzugsweise wird eine relative Bahndichte von wenigstens Q,02 g pro ecm und insbesondere von wenigstens 0,03 g pro ecm bei einem gegebenen nichtthermischen Entwässerungsgrad hergestellt.

Die Bahn 20 wird in typischer Weise aufeinanderfolgenden Trocknungs- und Kreppstufen unterzogen, die mit den Bezugszahlen 11 bzw. 12 bezeichnet werden. Im allgemeinen wird die entwässerte Bahn zuerst der thermischen Trocknungseinrichtung 11, beispielsweise einem Yankee-Zylinder, wie er vorstehend beschrieben worden ist, zugeführt, in welcher die Wärmetrocknung durchgeführt wird. Eine Kreppeinrichtung 12 ist dann in typischer Weise vorgesehen, die im allgemeinen aus einer Rakel besteht, die gleichzeitig die Bahn von dem Wärmetrockner abnimmt und ihn kreppt. Gemäss einer anderen Ausführungsform kann eine partielle oder vollständige Druchtrocknung einer im wesentlichen nichtkompaktierten Bahn aus aufgeringelten zerfaserten Zellulosefasern 6 vor der Zuführung zu dem Yankee-Zylinder durchgeführt werden. Gegebenenfalls kann die gekreppte Bahn durch Kalandrierungseinrichtungen 14 in der Weise geglättet werden, dass die gekreppte Bahn zwischen einem Paar Glättungs-

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walzen hindurchgeführt wird.

Nachdem die gekreppte Bahn 12a gebildet worden ist, wird in vorteilhafter Weise eine Prägestufe 13 durchgeführt. Man kann bekannte Standardprägemethoden in wirksamer Weise durchführen, eine weitere Verbesserung der Bauschigkeit sowie der Weichheit der Folie lässt sich jedoch unter Einsatz einer pneumatischen Prägemethode erzielen. Wie aus Fig. 4 hervorgeht, lässt sich diese Verbesserung insbesondere dadurch erzielen, dass eine Prägeeinrichtung 13a verwendet wird, die eine federnde Walze 13b, welche mit einer gasförmigen Substanz 13e aufgeblasen ist, gefüllt ist. Diese bildet einen Spalt zusammen mit einer relativ steifen Prägewalze 13c. Vorzugsweise weist die Walze 13c nichtgezeigte Erhebungen an dem Walzenumfang zur Erzeugung einer geprägten Bahn 13d auf, die dann erzeugt wird, wenn die gekreppte Bahn 12a durch den Spalt geführt wird. Die Walze 13b liegt an den Walzen 13f bzw. 13g sowie an der federnden Walze 13c an.

Die Weichheit der Bahn 15 wird unter Anwendung eines "Handle-ometer-Tests (HOM) gemessen. Der Handle-o-meter-Test wird in TAPPt T-498 beschrieben. Um diese Messung für eine gegebene Bahn in vergleichbare Werte zu überführen, wird der HOM-Wert durch das Quadrat der Dicke einer gegebenen getesteten Einfachschichtbahn dividiert. Der Quotient wird mit 10 multipliziert. Beispielsweise beträgt im Falle von Seidenpapier je nach der Art des verwendeten Eintrages die Weichheit (bulk softness)

(die Umkehrung der Steifigkeit), ausgedrückt als HOM/(Dicke), χ 10 in zweckmässiger Weise wenigstens 0,25. Im Falle ähnlicher Seidenpapiere wird dann, wenn eine Bahn mit einer ¹StWaS grösseren Dauerhaftigkeit gewünscht wird, eine Weichheit von vorzugsweise wenigstens 0,4 und insbesondere von wenigstens 0,5 erzeugt.

Als obere Grenze kann eine Weichheit von bis zu vorzugsweise un-

2 5

gefähr 1,25 HOM/(.Dicke). . χ 10 und insbesondere von bis zu ungefähr 1,00 und in ganz besonders bevorzugter Weise bis zu unge-

. 36.

fähr Q,75 für ein gegebenes Bahnprodukt, je nach dem in Frage kommenden Endverwendungszweck, eingehalten werden.

Unabhängig von dem beabsichtigten Verwendungszweck einer gegebenen Bahn dient das Vorliegen der erfindungsgemässen Fasern 6 in einem Eintrag zu einer erheblichen Herabsetzung ihrer Steifigkeit im Vergleich zu Bahnen, die aus vergleichbaren nichtbehandelten Fasern hergestellt worden sind. Daher wird der Prozentsatz der Steifigkeitsverminderung der Bahnen 15 dadurch ermittelt, dass die Steifigkeit von Bahnen, welche behandelte Fasern enthalten, mit der Steifigkeit von Bahnen verglichen wird, die nichtbehandelte Fasern enthalten. Vorzugsweise beträgt der Prozentsatz der Herabsetzung der Bannsteifigkeit wenigstens 50 % und insbesondere wenigstens 100 % und in ganz bevorzugter Weise wenigstens 200 %.

Die weiter oben erwähnten bekannten Wärmetrocknungsverfahren sind an bestimmte obere Grenzen des Flächengewichtes gebunden, da dann, wenn das Flächengewicht der Bahn oberhalb ungefähr 11,2 bis 13,5 kg pro 279 m² C30Q0 square feet) liegt, das Trocknen auf den erforderlichen Feuchtigkeitsgehalt ein ernsthaftes Problem darstellt. Wird demgegenüber das erfindungsgemässe Verfahren angewendet, dann lassen sich Bahnen mit einem extrem hohen Flächengewicht, wie es beispielsweise zur Herstellung von bauschi^ gen Handtüchern oder ähnlichen Produkten in Frage kommt, herstellen. Daher können weiche, absorbierend wirkende und bauschige Bahnen nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellt werden, die Flächengewichte von bis zu ungefähr 45 kg pro 279 m² (IQO pounds pro 3000 square feet), aufweisen.In kommerzieller Hinsicht sind jedoch Bahnen 15 mit einem Flächengewicht von bis zu ungefähr 27,0 kg/279 m^a und vorzugsweise von bis zu ungefähr 22,5 kg/279 m² am zweckmässigsten.

Eine andere Eigenschaft der Bahn 15, die von Bedeutung ist, ist ihr Wasserabsorptionsvermögen. Der Parameter der Wasserabsorption

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- H

wird als Anzahl der Sekunden ausgedrückt, die nötig sind, bis eine einfache Bahn mit einer Abmessung von 114 χ 114 mm 0,1 ecm Wasser absorbiert hat. Der Test wird in TAPPI T-432 beschrieben. Im allgemeinen ist ein Wasserabsorptionsvermögen von weniger als ungefähr 10,0 Sekunden ein ausreichendes Ausmaß zur Herstellung von Seidenpapier. Vorzugsweise wird jedoch ein Wasserabsorptionsvermögen für Seidenpapier von weniger als ungefähr 8,0 Sekunden eingestellt, während eine augenblickliche Wasseraufnahme am meisten bevorzugt wird«

Beispiel 1

Die folgende Versuchsreihe erläutert das erfindungsgemässe Verfahren und bezieht sich auf das System der Fig. 1 bis 3. Durch Vergleich der physikalischen Eigenschaften von Bahnen, die nichtbehandelte Zellulosefasern enthalten (Versuch A) mit Bahnen, die 100 % der gleichen Fasern enthalten, die nach dem erfindungsgemässen Verfahren behandelt worden sind (Versuche B bis E), wird die Wirkung der Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens deutlich gezeigt.

Eine Mischung aus 75 % Schierlingstannen- und 25 % Edeltannenkraftpapierstoff in Form von Papierstoffballen mit einem Gewicht von 180 bis 270 kg wird mechanisch zerkleinert. Die verwendete Zerkleinerungseinrichtung besteht aus sich in entgegengesetztem Sinne drehenden Trommeln, von denen jede mit herausragenden Zähnen versehen ist. Diese Behandlung dient dazu, die Ballen in kleinere Teilchen mit einer Dichte von weniger als ungefähr 0,2403 g/ccm zu zerkleinern. Weniger als 50 % des zerkleinerten Papierstoffs liegen in Form von freien Fasern sowie Faserbündeln vor. Der Papierstoff wird durch ein Dosierungssystem geschickt, welches .die PapierStoffbeschickungsgeschwindigkeit steuert, und einem Schneckenförderer zum Einführen der Fasern in einen Bauer 411-Scheibenrefiner zugeführt. In jedem Falle werden der Abstand zwischen den Refinerplatten, die Zuführungsgeschwindigkeit, der

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auf den Papierstoff durch die Platten einwirkende Druck und die Vermahlungsenergie derart eingestellt, dass der Arbeitsraum im wesentlichen mit einer Fasermasse gefüllt bleibt, so dass die Verdrehungskräfte zur Bewirkung einer Aufringelung und Zerfaserung des Papierstoffs ausgeübt werden. Insbesondere wird die Papierstoffzuführungsgeschwindigkeit im Falle der Versuche B bis E gemäss Tabelle I bei ungefähr 15 kg gehalten, während der Abstand in. •jedem Fall verkleinert wird und bei ungefähr 30,0 bis 2,0 mm beginnt. Dies bedingt einen Anstieg der spezifischen Nettoenergie von 1,43 HPD/ADT auf 2,21 HPD/ADT. In jedem Falle der Versuche B bis E beträgt die relative Tangentialgeschwindigkeit der Refinerplatten 7367 m pro Minute.

Mittelflache Refinerplatten mit einem Durchmesser von 1016 mm werden in dem Bauer 411-Scheibenrefiner verwendet. Die Platten weisen vier radiale Stäbe auf, die in einem Abstand von 15° zu parallelen Stäben auf beiden Seiten in einem 15"-Segment angeordnet sind. Die Stäbe besitzen eine Tiefe von 7,9 mm, wobei die äussere Reihe der Sperren mit der Oberfläche der Platte fluchtet. Sie besitzen eine Breite von 4,4 mm mit 6,3 mm breiten Vertiefungen. Gestaffelte Sperren sind in einem Abstand von 30,8 mm in den Vertiefungen sowie 0,8 mm unterhalb der Oberfläche der Platte angeordnet .

Der aufgeringelte und zerfaserte Papierstoff, welcher den Refiner verlässt, wird mit soviel Wasser versetzt, um eine wässrige Aufschlämmung mit einer Konsistenz von ungefähr 4 %, die relativ einfach zu pumpen ist, herzustellen.Nach einem Entflocken der Aufschlämmung in einer Sprout Waldron-Entflockungseinrichtung wird die Papierstoffaufschlämmung in einen Stoffauflaufkasten gepumpt.Dann wird eine feuchte faserige Bahn in der Weise gebildet, dass die wässrige Aufschlämmung auf die durchlöcherte Oberfläche (Sieb) eines Standard'-Fourdrinier-Papiermaschinensystems aufgebracht wird. Die feuchte Bahn wird dann von der durchlöcherten

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Oberfläche des Fourdriniers einem nichtthermischen Entwässerungssystem zugeführt, insbesondere einem System, welches mechanisch die Bahn komprimiert. Die feuchte Bahn wird zu einem durchlöcherten Gewebepaar transportiert, welches die Bahn in einen Walzenspalt befördert, der durch ein Paar Nasspresswalzen, welche eine anfängliche Entwässerung bewirken, gebildet wird. Die verwendeten Walzen bestehen aus einer oberen nachgiebigen Kautschukwalze und einer unteren, mit Kautschuk bedeckten Vakuumwalze. Die Bahn wird zuerst zwischen den vorstehend beschriebenen Walzen durch mechanische Kompression auf eine Konsistenz von ungefähr 28 bis 30 % entwässert. Die anfänglich entwässerte Bahn wird dann über die Transportgewebe einer zweiten nichtthermischen Entwässerungseinrichtung zugeführt, die aus einer zweiten Vakuumwalze besteht, welche mit einem Standard-Yankee-Trocknungszylinder zusammenarbeitet. Die Bahn verlässt die zweite Entwässerungseinrichtung mit einer Konsistenz von ungefähr 35 bis 40 %. Die Wirkung der Vakuumwalze, die gegen den Yankee-Zylinder arbeitet, auf die Bahn hat zur Folge, dass diese an dem Yankee-Zylinder anhaftet, an dem sie anschliessend getrocknet wird. Die an dem Yankee-Zylinder getrocknete Bahn wird dann bei ihrer Abnahme von dem Yankee-Zylinder mit einer Rakel gekreppt, zwischen einem Paar harter zylindrischer Walzen kalandriert und anschliessend für eine weitere Verwendung aufgerollt. In diesem Falle besteht die weitere Verarbeitung darin, die aufgerollte trockene Bahn durch ein pneumatisches Prägesystem zu schicken, welches eine mit einem Gas aufgeblähte federnde Walze aufweist, die mit einer relativ steifen Prägungswalze zusammenarbeitet, die an ihrem Umfang Erhebungen aufweist. Dabei wird ein Prägemuster auf der durchgeschickten Bahn erzeugt. Die Bahnen werden dann mittels einer mit Zähnen versehenen Klinge perforiert, auf die erforderliche Breite zugeschnitten und dann zu Standard-Seidenpapierrollen verarbeitet. Die zur Bildung des aufgeringelten und zerfaserten Zellulosepapierstoffs eingehaltenen Bedingungen sowie die Eigenschaften der nach dem erfxndungsgemässen Verfahren gebildeten Bahn gehen aus der Tabelle I hervor:

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Tabelle I

Versuch Nr, ABC D E

(Ver-.
gleich)

Konsistenz* - 87% 86% 73% 85%

Beschxckungsgeschwindig- - 34 #/'Min. iy

keit ^

Spezifische Nettoenergie - 1,43 1,56 1,95 2,21 (HPD/ADT)

Plattenabstand (mm) - 3,0 2,5 2,8 2,0 ICPM - 9,85 χ 10⁶ >

Auf den Papierstoff ein- - 0,7 kg/cm² ^.

wirkender Druck

Zug, g/25 mm 773 402 266

Dicke (Einzelbahn in μ)** 130 150 153 170 170

Zunahme der Bahndicke, %- 15% 17% 30% 30%

Dichte (g/ccm) 0,242 0,197 0,193 0,196 0,162

Relative Bahndichte - 0,045 0,049 0,046 0,080 (g/ccm)

Weichheit (HOM/(CaI)² χ 2,30 1,30 1,12 1,06 0,47 10°

Verminderung der Steifig- - 77% 105% 115% 390% keit, %

* Die Konsistenz der Fasern, die in den Refiner gelangen, wird in der Weise ermittelt, dass die Konsistenz des aufgeringelten zerfaserten Papierstoffs gemessen wird und eine Korrektur im Hinblick auf den Feuchtigkextsverlust vorgenommen wird, der während des Vermahlens auftritt.

** Die Dickemessungen erfolgen in der Weise, dass fünf Testbahnen einer kg/cm²-Kraft ausgesetzt werden, die durch eine* Zylinder mit einem Durchmesser von 100 mm ausgeübt wird, worauf die Ablesungen in μ durch 5 geteilt werden. Eine Gesamtkraft von 0,094 kg/cm² wird an die Bahnen durch den Zylinder übertragen .

Man stellt erhebliche Unterschiede bezüglich der physikalischen

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Eigenschaften von Bahnen, die aus aufgeringeltem und zerfasertem Papierstoff hergestellt worden sind, im Vergleich zu den physikalischen Eigenschaften von Bahnen fest, die nur nichtbehandelte Fasern enthalten. Die Dicke einer einfachen Bahn, die aus den behandelten Fasern hergestellt wird, ist um das 15- bis 30-fache bauschiger als die Dicke einer vergleichbaren Bahn aus einem nichtbehandelten Papierstoff. In ähnlicher Weise bewegen sich die relativen Dichten von Bahnen, die nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellt worden sind, in dem Bereich zwischen 0,045 und 0,080. Schliesslich sind die Weichheit und „dementsprechend die Steifigkeit der jeweiligen Bahnen erheblich verschieden. Die Verminderung der Steifigkeit beträgt 77 bis zu 390 %.

Beispiel 2

Die folgenden Versuche werden in ähnlicher Weise wie in Beispiel 1 durchgeführt, mit der Ausnahme, dass im Labormaßstab eine ähnliche Papierstoffbeschickung (75 % Schierlingstanne und 25 % Edeltanne) mit einer Konsistenz von ungefähr 89,2 % verwendet wird, die zuvor mechanisch in einer Hammermühle zur Erzeugung des notwendigen zerkleinerten Papierstoffs zerkleinert worden ist. Die Papierstoffteilchen werden einem Bauer 411-Scheibenrefiner mit einer Beschickungsgeschwindigkeit von ungefähr 18 kg/min sowie einer relativen Tangentialgeschwindigkeit von ungefähr 7376 in. pro Minute zugeführt, wobei der Plattenabstand 2,7 mm beträgt. Die verwendeten Refinerplatten ähneln den in Beispiel 1 beschriebenen. Die spezifische Nettoenergie beträgt 2,4 HPD/ADT,

Eine Probe aus den nichtbehandelten Beschickungsfasern wird mit dem in der vorstehend beschriebenen Weise erzeugten aufgeringelten und zerfaserten Material in der Weise verglichen, dass nass ein handbogen bis zu einer Konsistenz zwischen 40 und 50 %, der bevorzugten oberen Grenze der nichtthermischen Entwässerung, verpresst wird, worauf der mechanisch entwässerte Papierstoff zu einem Hand-

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bogen mit einem Flächengewicht von 7,6 kg verformt wird. Ferner werden Handbögen aus einer ähnlichen Fasermenge, die keiner Behandlung unterzogen worden sind, hergestellt, wobei beide Bögen in der gleichen Weise verarbeitet werden« Jede Fasermasse wird in 700 ml Wasser während einer Zeitspanne von 30 Sekunden bei einer hohen Geschwindigkeit in einem Waring-Mischer eingemischt. Die jeweiligen Handbögen werden dann in der Weise hergestellt, dass das gewünschte Gewicht der Fasern in eine Bahnform eingegossen und nach herkömmlichen Methoden gegautscht wird. Dann wird mechanisch ein Druck von 0,7 bzw. 2,1 kg/cm² angelegt, um jede Bahn zu entwässern und eine Konsistenz zwischen 40 und 50 % (ofengetrocknet) zu erhalten. Die Handbögen werden auf einem mit Dampf beheizten Rotatxonstrockner während einer Zeitspanne von 2 Minuten getrocknet. Die Bögen werden dann vor dem Testen bei einer relativen Feuchtigkeit von 50 % und bei einer Temperatur von 22⁰C konditioniert. Es werden folgende Eigenschaften der Bögen ermittelt:

Tabelle II

% aufgeringelter und zerfaserter Papierstoff 0% 100% 0% 100%

Mechanischer Druck, der an den

Bogen während der Entwässerung 0,7 0,7 2,1 2,1

angelegt wird (kg/cm²) Konsistenz Dicke (μ pro Einfachbogen) Flächengewicht Dichte (g/ccm) Relative Bogendichte

Wasserabsprptionsvermögen (Sek./0,1 ecm)

Zug (g/25 mm)

Weichheit (HOI'/Cal)² χ 10⁵) Herabsetzung der Steifigkeit, %

43,5	49,0	46,4	50,0
132	167	117	147
16,8	17,6	16,9	18,1
0,207	0,171	0,235	0,200
-	0,036	-	0,035
147	3,6	210	4,1
436	141	520	277
1,47	0,55	1,65	0,96
—	168 %		72 %

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• η-

Die Wirkung, die bei Verwendung von Fasern erzielt wird, die nach dem erfindungsgemässen Verfahren bei einem Nassverpressen unter hoher Belastung erzeugt werden, ist vorstehend ersichtlich. Die Bögen, die 100 % des aufgeringelten und zerfaserten Papierstoffs enthalten, sind bezüglich der Dicke (26 %),_yder Dichte (0,035 g/ccm), des Wasserabsorptionsvermögens (mehr als 300 bis 400 %) sowie des Prozentsatzes der Herabsetzung der Steifigkeit (72 bis 168 %) wesentlich verbessert.

Beispiel 3

Es werden folgende Versuche durchgeführt, um zu zeigen, dass die Modifizierung der Faserstruktur des nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Papierstoffs, die permanent ist, eine erhebliche Verminderung des Young'sehen Modul von daraus hergestellten Bögen bedingt.

Zunächst werden Handbögen nach der in Beispiel 2 beschriebenen Methode hergestellt. Streifen mit einer Breite von 25 mm und einer Länge von ungefähr 150 mm werden daraus ausgeschnitten. Die Streifen werden in die Backen einer Instron-Testvorrichtung (Modell Nr. 1115} eingelegt und befestigt. Dann wird ein Test ähnlich dem Zugfestigkeitstest, wie er in TAPPI T-220 beschrieben wird, durchgeführt, wobei der Streifen durch die Maschinenbelastung ausgedehnt wird, die auf ihn bis zum Bruchpunkt einwirkt. Der Young'sehe Modul des Bogens wird dann unter Verwendung folgender Gleichung berechnet;

E_c (kg/cm' > = (700,0) (F) (LO)

(d) (Dicke des Bogens)

wobei F die maximale Belastungsablesung darstellt,

Lo = der Abstand, bis zu welchem die jeweiligen Maschinenbacken getrennt werden,

V« = Papiergeschwindigkeit des Aufzeichnungsgerätes, V^ = Querkopfgeschwindigkeit der Vorrichtung,

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w = Breite des Probestreifens,

d · wird durch Ziehen einer geraden Linie, welche die Belastungsdehnungskurve tangiert, an der Stelle der steilsten Neigung, dem horizontalen Abstand von (a) dem Punkt, an welchem die Tangente die x-Achse kreuzt und (b) dem Punkt, an welchem eine zweite Linie die x-Achse kreuzt, bestimmt, wobei die zweite Linie senkrecht zu dem Punkt gezogen wird, an welchem die Tangentenlinie die horizontale Achse durch einen gegebenen F-Wert kreuzt.

Proben aus sowohl 100 % Hartholz (Erle) sowie 100 % Weichholz (75 % Schierlingstanne und 25 % Edeltanne) werden dem erfindungsgemässen Aufringelungs- und Zerfaserungsverfahren ausgesetzt und mit den nichtbehandelten Gegenproben verglichen. Insbesondere werden die jeweiligen Hartholz- und Weichholzfasern unter Einsatz eines Bauer 411-Scheibenrefiners mit ähnlichen Platten, wie sie in den Beispielen 1 und 2 verwendet worden sind, sowie bei einer relativen Tangentialgeschwindigkeit von 7376 m pro Minute unter folgenden Bedingungen verarbeitet:

	Hartholz	Weichholz
Konsistenz	84 ;%	75 %
Beschickungsgeschwindigkeit (f/Min.)	40,0	41,7
Spezifische Nettoenergie (HPD/ADT)	2,57	2,57.
Plattenabstand (mm)	2,0	1,9

An den Papierstoff angelegter

Druck (kg/cm²) 1,4 1,4

Der Young¹sehe Modul der Hartholz- und Weichholz-Vergleichsproben (nichtbehandelt) beträgt 1895 bzw. 4665 kg/cm^a, während Bögen, die aus dem behandelten Papierstoff unter Einsatz der gleichen

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803	285
178	85
0,023	0,035
1,6 0,28	1,5 0,92

Fasern hergestellt worden sind, Young'sehe Moduli von 394 bzw. 781 kg/cm² aufweisen. Bei Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens beträgt daher die Herabsetzung des Prozentsatzes des Young'sehen Moduls durch die eingesetzten aufgeringelten und zerfaserten Hartholz— und Weichholzfasern 380 bzw. 500 %.

Andere physikalische Eigenschaften der vorstehend beschriebenen Bögen sind folgende;

Hartholz Weichholz

Zugfestigkeit, g/25 mm nichtbehandelte Fasern

behandelte Fasern Relative Bogendichte (g/ccm) Absorptionsvermögen (Sek./0,1 ccml Weichheit (HOM/(Call² χ 10⁵)

Beispiel 4

Es werden Versuche bei einer Konsistenz von 70 bzw, 82 % nach einer Methode durchgeführt, die im wesentlichen der in Beispiel 1 beschriebenen ähnlich ist, mit der Ausnahme, dass die Bahn auf einer herkömmlichen Papiermaschine im Pilot-Maßstab hergestellt wird. Bahnen, die aus Einträgen erhalten werden, welche 10, 19 und 36 Gewichts-% der erfindungsgemässen aufgeringelten und zerfaserten Zellulosefasern, hergestellt aus einer Mischung aus 75 % Schierlingstannen- und 25 % Edeltannen-Kraftfasern, enthalten, werden mit Bahnen verglichen, die aus einem ähnlichen Eintrag hergestellt worden sind, welcher keine der behandelten Fasern enthält. Der nichtbehandelte Teil des Eintrags besteht aus 65 % einer Papierstoffmischung aus 60 % Kiefern- und 40 % Fichtenkraftfasern und 35 % einer Weichholzkraftmischung aus Schierlingstannen- und Edeltannenfasern, Die vorstehend beschriebenen Faser-

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-to ·

eintrage werden einem Bauer 411-Refiner mit einer Geschwindigkeit von 13,5 kg pro Minute zugeführt. Der Plattenabstand beträgt 2,8 mm. Die Weichheit einer jeden aus dem vorstehend beschriebenen Eintrag hergestellten Bahn ist wie folgt:

Konsistenz Faserzusammen- Weichheit _

Setzung, Gew.-% (HOM/(CaI)² χ 10 )

70 % 0 1,25

70 % 10 1,04

70 % 19 0,86

70 % 36 0,86

82 % 0 1,25

82 % 10 0,95

82 % 19 - 0,83

82 % 36 0,75

Die Testergebnisse, die anhand von Bahnen ermittelt werden, die nach dem erfindungsgemässen Verfahren bei verschiedenen Konsistenzen und verschiedenen Zusammensetzungen erhalten werden, zeigen, dass bei Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens eine Bahn mit einer höheren Weichheit erhalten wird.

Beispiel 5

Die in Beispiel 4 beschriebene Arbeitsweise wird erneut wiederholt, um teilweise die Wirkung des erfindungsgemässen Aufringelungs- und Zerfaserungsverfahrens auf die Entwässerungsneigung der gebildeten Produktfasern zu untersuchen. Die Vermahlungsbedingungen, unter denen zu 75 % aus Schierlingstannen · und zu 25 % aus Edeltannen bestehende Kraftfasern in einem Bauer 411-Refiner unterzogen werden, sind wie folgt;

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Spezifische Nettoenergie (HPD/ADT)

Konsistenz

Beschickungsgeschwindigkeit (#/i)

Ä (Ver gleich)	B	C	D
	0,9	1,9	2,8
■-.	86 %	87 %	87

Relative Tangentialgeschwindigkeit (m pro Min.)

Plattenabstand (mm)

Auf den Papierstoff einwirkender Druck (kg/cm²)

Entwässerungsneigung

725

28,3

7367
2,5

0,7
737

2,0

1,3

765

755

B	C	D
7,8	*	7,9
132	140	137
608	294	122
*	1,06	0,59

Die Eigenschaften der aus den vorstehend beschriebenen Fasetn erhaltenen Bahnen sind folgendes

Flächengewicht fkg/27 9 m² \ 7,6

Dicke, μ {Sinfachbahn). 127

2ug (g/25 mm) 784

Weichheit (HOM/(CaI)²X 10⁵) 2,13

*Die Ergebnisse fallen nicht in einen breiten Bereich, der bei Experimenten ermittelt wird, die über einen breiten Bedingungsbereich hinweg ausgeführt worden sind.

Erneut werden wiederum merkliche Unterschiede bezüglich der physikalischen Eigenschaften von Bahnen festgestellt, die aus aufgeringeltem und zerfasertem Papierstoff erhalten werden, und zwar im Vergleich zu Bahnen, die nur aus nichtbehandelten Fasern bestehen.

Beispiel 6

Um zu zeigen, dass bei der Durchführung des erfindungsgemässen Ver-

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fahrens eine Herabsetzung der durchschnittlichen Faserbreite erfolgt, wird eine repräsentative Probe der gemäss Beispiel 1, Versuch E, erzeugten Fasern mit den Vergleichsfasern von Beispiel 1, Versuch A, verglichen. Insgesamt werden 674 Messungen mit 30 verschiedenen Beschickungsfaserproben des Beispiels 1, Versuch A, durchgeführt. Die ausgewählten Fasern werden gleichmässig auf einem Objektträger verteilt. Dann werden Mikrophotographien (Vergrösserung: 200-fach) der repräsentativen Flächen aufgenommen, wobei jede ungefähr 20 Fasern in der Probe aufweist. Dann werden die Mikrophotographien weiter vergrössert, um die Faserabmessungen auf das 80-fache der ursprünglichen Grosse zu bringen, unter Verwendung eines Vergrösserungsglases mit einem 10 mm-Fadenkreuz erfolgen Breitenmessungen über jeweils einen Abstand von 1 cm hinweg, wobei die ganze Länge einer jeden Faser abgetastet wird. Dabei stellt man fest, dass die durchschnittliche Faserbreite der Vergleichsfasern ungefähr 31 ₁ 5 πιμ beträgt. In ähnlicher Weise werden 601 Messungen unter Verwendung von 30 Faserproben des aufgeringelten und zerfaserten Papierstoffs, der gemäss Beispiel 1, Versuch E₄. hergestellt worden ist, durchgeführt. Im letzteren Falle weist der aufgeringelte und zerfaserte Papierstoff eine durchschnittliche Breite von nur 23,3 ΐημ auf, was einer ungefähr 25 %igen Herabsetzung der durchschnittlichen Faserbreite entspricht. Darüber hinaus zeigen statistische Werte, dass die Aufringelung die Breite der jeweils entnommen Fasern variiert.

Die vorstehend verwendeten Begriffe dienen nur Erläuterungszwecken und sollen die Erfindung nicht beschränken. In den Rahmen der Erfindung fallen auch die Äquivalente dieser Begriffe.

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Claims (22)

Patentansprüche

1.) Verfahren zur Herstellung aufgeringelten und zerfaserter ZeI-liilosefasern, die im wesentlichen permanent verdreht und gebogen sind, ohne merkliche Herabsetzung der Faserlänge oder der Entwässerungsneigung, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zellulosepapierstoff mit geringem Feuchtigkeitsgehalt bei einer Konsistenz von ungefähr 60 bis ungefähr 90 Gewichts-%, bezogen auf das Trockengewicht des Papierstoffs, wobei ein derartiger Feuchtigkeitsgehalt dazu ausreicht, eine wesentliche Fibrillierung und eine damit verbundene Erhöhung der Festigkeit und der Bindungen zu verhindern, während gleichzeitig eine Faserzerstörung und ein Versengen unterbunden wird, einer mechanischen Behandlung unterzogen wird, welche eine strukturelle Deformation der Fasern bedingt, die zur Folge hat, dass sie sich aufringeln, wobei gleichzeitig der Papierstoff zerfasert und bauschig gemacht wird, wobei die mechanische Behandlung darin besteht, dass kontinuierlich der Papierstoff mit einer relativ hohen Durchsatzgeschwindigkeit in einen Arbeitsraum und durch diesen hindurch geführt wird, der zwischen sich in einem Abstand gegenüberstehenden Bearbeitungselementen gebildet wird, wobeidie Durchführung bis zu einem Austrittspunkt an dem Arbeitsraum erfolgt, und wobei die Elemente mit den sich gegenüberstehenden Oberflächen dazu in der Lage sind, an die Pulpe anzugreifen, wobei ferner die Zuführungsstufe unter Einhaltung einer Geschwindigkeit durchgeführt wird, die zu der relativen Bewegung der Arbeitselemente und dem Abstand zwischen den Arbeitsoberflächen in einer solchen Beziehung steht, dass der Arbeitsraum mit einer Fasermasse unter einem solchen Druck gefüllt bleibt, dass der Papierstoff von den Arbeitsoberflächen erfasst wird und Verdrehungskräfte auf die Fasern ausgeübt werden, die dazu ausreichen, aufgeringelte und zerfaserte Fasern zu erzeugen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur weiteren Herabsetzung sowie zur Verhinderung einer Faserzerstörung und eines Versengens der Fasern der Zellulosepapierstoff mit ge-

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ringer Feuchtigkeit auf einer Konsistenz von bis zu ungefähr 85 Gewichts-% gehalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Grosse der Verdrehungskräfte, die auf den Papierstoff innerhalb des Arbeitsraums durch die Arbeitsoberflächen einwirkt, wenigstens ungefähr 0,75 HPD/ADT beträgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausmaß des Drucks, der auf die Fasermasse, die den Arbeitsraum ausfüllt, durch die sich gegenüberstehenden Arbeitselemente ausgeübt wird, so dass der Papierstoff durch die Arbeitsoberflächen erfasst wird und Verdrehungskräfte auf die Fasern ausgeübt werden, wenigstens 0,35 kg/cm² J5 psi) beträgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrehungskräfte, die auf die Fasern einwirken, die den Arbeitsraum ausfüllen, derartig sind, dass die erzeugten aufgeringelten und zerfaserten Zellulosefasern in trockenem Zustand im wesentlichen ihre Aufringelungen während einer Zeitspanne von wesentlich mehr als 48 Stunden beibehalten.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrehungskräfte, die auf die Fasern einwirken, dazu ausreichen, den Young¹sehen Modul aus Bahnen, die aus den dabei erhaltenen aufgeringelten und zerfaserten Zellulosefasern gebildet werden, um wenigstens ungefähr 50 % herabzusetzen.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitselemente mit sich gegenüberstehenden koaxial angeordneten Arbeitsoberflächen, die sich im allgemeinen über das ganze Ausmaß des Arbeitsraums hinweg gegenüberstehen, ausgestattet sind, wobei wenigstens eine der Arbeitsoberflächen in einer festen

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Ebene bezüglich zu der anderen rotiert.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die drehbaren Arbeitsoberflächen Stangen aufweisen, die sich nach innen erstrecken, und mit einer relativen Geschwindigkeit rotieren, die einen ICPM-Wert von wenigstens ungefähr 300 χ 10 erzeugt.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass solche Arbeitsbedingungen aufrecht erhalten werden, dass wenigstens ungefähr 1,35 kg (3 pounds) des Papierstoffs pro 6,5 cm² (square inch) der wirksamen Querschnittsfläche des Arbeitsraums pro Upm aufrecht erhalten werden.

10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschickungsgeschwindigkeit in einer Beziehung zu dem Abstand zwischen den Arbeitsoberflächen und dem Ausmaß "der relativen Bewegung der Arbeitselemente in der Weise steht, dass der Arbeitsraum mit einer Papierstoffmasse unter einem ausreichenden Druck steht, wobei Verdrehungskräfte auf die Fasern ausgeübt werden, und wobei die Beschickungsgeschwindigkext wenigstens ungefähr 9 kg (20 pounds) pro Minute bis zu ungefähr 36 kg (80 pounds pro Minute) beträgt und der Abstand zwischen den Arbeitsoberflächen wenigstens 1,0 bis ungefähr 3,0 mm (0,04 bis 0,12 inch) beträgt.

11.Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Tangentialgeschwindigkeit der Arbeitsoberflachen, die dazu ausreicht, Verdrehungskräfte auf den Papierstoff in den Arbeitsraum auszuüben, derartig ist, dass die Arbeitselemente mit einer relativen Tangentialgeschwindigkeit von nicht weniger als ungefähr 300 m pro Minute (1000 feet pro Minute) rotieren.

12. Verfahren zur Herstellung einer weichen, absorbierenden und

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bauschigen Papierbahn, dadurch gekennzeichnet, dass (a) ein wässriger Eintrag gebildet wird, der aufgeringelte und zerfaserte Zellulosefasern enthält, die im wesentlichen permanent verdreht und gebogen sind, die jedoch gleichzeitig zerfasert und flauschig gemacht worden sind, (b) eine nasse Bahn aus dem wässrigen Fasereintrag gebildet wird und (c) thermisch die nasse Bahn unter Bildung der weichen, absorbierenden und bauschigen Papierbahn getrocknet wird, wobei die Bahn ein Flächengewicht von ungefähr 2,25 kg (5 pounds) pro 279 m² (3000 square feet) bis zu ungefähr 45 kg (100 pounds) pro 279 m² (3000 square feet)

2 5 und eine Weichheit von ungefähr 0,25 HOM/(Dicke) χ 10 bis zu

ungefähr 1,25 HOM/(Dicke)² χ 10⁵ besitzt.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine erhebliche Menge Wasser auf der Bahn vor der Wärmetrocknungsstufe durch eine nichtthermische Entwässerungseinrichtung entfernt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die eingesetzte nichtthermische Entwässerungseinrichtung eine Einrichtung zum Anlegen eines mechanischen Drucks an die Bahn aufweist.

15. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der verwendete wässrige Eintrag aufgeringelte und zerfaserte Zellulosefasern bzw. Zellulosepapierherstellungsfasern enthält.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass* die Bahn aus bis zu ungefähr 70 Gewichts-% der verdrehten und zerfaserten Zellulosefasern, bezogen auf das Gesamtgewicht der Fasern in der Bahn, besteht,

17. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass . die Konsistenz der Bahn nach der nichtthermischen Entwässerungs-

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stufe ungefähr 20 bis ungefähr 60 Gewichts-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Pasern in der Bahn, bezogen auf Trockenbasis, beträgt.

18. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Herabsetzung des Young'sehen Moduls der erzeugten weichen, absorbierenden und bauschigen Bahn wenigstens ungefähr 50 % beträgt.

19. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Bedingungen, unter denen die Verdrehung durchgeführt wird, derartig miteinander in Beziehung stehen, dass Verdrehungskräfte auf den Papierstoff ausgeübt werden, wodurch eine durchschnittliche Herabsetzung der Faserbreite von bis zu ungefähr 20 % aus ihrem ursprünglich flachen und bandähnlichen Zustand erfolgt.

20. Weiche, absorbierende und bauschige Bahn aus aufgeringelten und zerfaserten Zellulosefasern, die im wesentlichen permanent verdreht und gebogen sind, wobei sie jedoch gleichzeitig bauschig und zerfasert sind, und das Flächengewicht der Bahn ungefähr 2,25 kg (5 pounds) pro 279 m² (3000 square feet) bis zu ungefähr 45 kg (100 pounds) pro 279 m² (3000 square feet) und die Bauschig-

2 5 "

keit der Bahn ungefähr 0,25 HOM/fbicke) χ 10 bis zu ungefähr

1,25 HOM/(Dicke)² χ 10⁵ beträgt.

21. Bahn nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, d^ss bis zu ungefähr 70 % der Bahn aus aufgeringelten und zerfaserten Zellulosefasern, bezogen auf das Gesamtgewicht der Fasern in der Bahn, bestehen.

22. Bahn nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Herabsetzung des Young'sehen Moduls der Bahn wenigstens ungefähr 50 % beträgt.

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