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DE2731934A1 - Verfahren zum herstellen von papier oder dergleichen - Google Patents

Verfahren zum herstellen von papier oder dergleichen

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Publication number
DE2731934A1
DE2731934A1 DE19772731934 DE2731934A DE2731934A1 DE 2731934 A1 DE2731934 A1 DE 2731934A1 DE 19772731934 DE19772731934 DE 19772731934 DE 2731934 A DE2731934 A DE 2731934A DE 2731934 A1 DE2731934 A1 DE 2731934A1
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DE
Germany
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kaolin
paper
cationic starch
filler
weight
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE19772731934
Other languages
English (en)
Inventor
John Hovington Taylor
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Imerys Minerals Ltd
Original Assignee
English Clays Lovering Pochin Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from GB2940876A external-priority patent/GB1581548A/en
Application filed by English Clays Lovering Pochin Co Ltd filed Critical English Clays Lovering Pochin Co Ltd
Publication of DE2731934A1 publication Critical patent/DE2731934A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
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    • D21H17/00—Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its constitution; Paper-impregnating material characterised by its constitution
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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Paper (AREA)

Description

Dipl.-Ing. H. MITSCHERLICH Dipl.-In9. K. GUNSCHMANN
Dr. r. r. η ot. W. KÖRBER Dipl.-Ing. J. SCHMIDT-EVERS PATENTANWÄLTE
D-8000 MÜNCHEN 22 Steinsdorfstraße 10
2 / 3 1 Π 3 4 ^ (089) ' " "M 14· Juli 1977
ENGLISH CLAYS LOVERING POCHIN & COMPANY LIMITED
John Keay House
St. Austeil, Cornwall PL25 4 DJ, England
Patentanmeldung Verfahren zum Herstellen von Papier oder dergl.
7 0 9883/1081
BESCHREIBUNG
Die Erfindung bezieht sich auf unter Verwendung von Füllstoffen durchzuführende Verfahren zum Herstellen von Papier und Karton bzw. Pappe·
Papier und Karton bzw· Pappe werden gewöhnlich hergestellt, indem man eine wässrige Suspension von Cellulosefasera in Form von Papierstoff auf ein Drahtgewebesieb aus Netall oder Kunststoff gießt und das Wasser ablaufen läßt und/oder es auf andere Weise, z.B. durch Absaugen, Auspressen und thermisches Verdampfen entfernt· Die Cellulosefaser!! werden gewöhnlich aus Holz gewonnen, das einer mechanischen und chemischen Behandlung unterzogen wurde, um einen Stoff aus voneinander getrennten Fasern zu erzeugen, die sich aneinander verankern und eine zusammenhängende Bahn bilden, wenn man sie zur Erzeugung von Pappe oder Karton auf einem Drahtgewebesieb ablagert. Weitere Quellen für Cellulosefasern sind Sisal, Esparto, Hanf, Jute, Stroh, Bagasse, Baumwoll-Linters sowie Lumpen·
Die Beigabe von weißen Füllstoffen zu den Cellulosefasern führt zu einer Verbesserung der Unduehsichtigkeit, des Weißheitsgrades und der Aufnahmefähigkeit für Druckfarbe bei dem Papier oder Karton, zu deren Herstellung die Fasern verwendet werden« Der Füllstoff ist außerdem billiger als die Cellulosefasern, und daher läßt sich ein billigeres Erzeugnis herstellen, wenn man einen Teil der Cellulosefasern durch einen Füllstoff ersetzt« Bei dem weißen Füllstoff kann es sich ζ·Β« um Kaolin, Kalziumsulphat, Kalziumkarbonat, Talkum, Kieselsäure oder ein synthetisches Silikat handeln« Jedoch führt die Verwendung eines Füllstoffs zu den im folgenden genannten Nachteilen,, Wenn der Füllstoff relativ grobe Teil-
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chen enthält, d.h. solche mit einem äquivalenten Kugeldurchmesser von über etwa 10 Mikrometer, die aus einem harten Mineral bestehen, übt das hergestellte Papier bzw· Kartonmaterial eine abschleifende Wirkung aus, die zu einer Abnutzung von Drucktypen und Druckereimaschinen führt, und wenn der Füllstoff einen hohen Anteil von relativ feinen Teilchen enthält, d.h. solchen mit einem äquivalenten Kugeldurchmesser von weniger als etwa 2 Mikrometer, verringert sich die Festigkeit des Erzeugnisses, und wenn man keine teuren Fixiermittel verwendet, besteht die Gefahr, daß der Füllstoff innerhalb der Bahn licht von den Cellulosefaser!! festgehalten wird, sondern mit dem Abwasser verloren geht, d.h. dem durch die Bahn und das Sieb ablaufenden Wasser, so daß es erforderlich wird, die mineralischen Teilchen zurückzugewinnen, bevor das Abwasser abgeführt werden kann.
Bis jetzt werden zahlreiche Stoffe, z.B. Aluminiumsulfat, Stärke und Stärkeabkömmlinge, dem aus Cellulosefaser!! und dem Füllstoff bestehenden Papierstoff zugesetzt, um den Füllstoff an die Cellulosefaser^ zu binden.
Durch die Erfindung 1st nunmehr ein Verfahren zum Herstellen von Papier oder Karton geschaffen worden, bei dem ein Papierstoff» der einen kaolin!tischen Tonfüllstoff, Cellulosefaser^ und eine kationische Stärke enthält, zu einer Bahn geformt wird, und das erfindungsgemäß Maßnahmen umfaßt, um eine wässrige Lösung oder Dispersion der kationischen Stärke mit einer wässrigen Suspension des kaolin!tischen Tonfüllstoffs zu mischen und danach dieses Gemisch einer wässrigen Suspension von Cellulosefaser^ zuzusetzen, um einen Stoff zu erhalten, der den kaolin!tischen Tonfüllstoff, die kationische Stärke und die Cellulosefaser^ enthält und sich dann zu Papier oder Karton verarbeiten läßt·
Die kationisch· Stärke trägt positive Ladungen, durch welche die Bindung an die Cellulosefaser^ verbessert wird.
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Die kationische Stärke weist vorzugsweise primäre, sekundäre oder tertiäre Aminogruppen oder quarternäre Ammoniumgruppen auf. Dem Ausmaß, in dem die Stärke kationisch ist, und das gewöhnlich durch den Stickstoffgehalt der Stärke ausgedrückt wird, kommt eine erhebliche Bedeutung zu; Stärke arten mit einem Stickstoffgehalt zwischen 0,1 und 0,25 Gew.-96 erweisen sich als besonders wirksam. Wird das Molekulargewicht der Stärke erhöht, verbessert sich ferner offenbar die Wirkung auf die Festigkeit des Papiers, obwohl die Viskosität der Stärkesuspension zunimmt·
Die Menge der verwendeten kationischen Stärke liegt gewöhnlich im Bereich von etwa 1 bis etwa 20 Gew.-# und vorzugsweise zwischen 2 und 10 Gew.-96 bezogen auf das Gewicht des trockenen kaolinitischen Tonfüllstoffs; in dem Papier oder Karton wird gewöhnlich kationische Stärke in einer Menge von etwa 0,5 bis etwa 5,0 g und vorzugsweise zwischen 1 und 3,5 g je 100 g des trockenen Stoffs, d.h. der Cellulosefasern und des Tonfüllstoffs, vorhanden sein.
Eine weitere Verbesserung der Festigkeit läßt sich auch erreichen, wenn sowohl die wässrige Suspension der Cellulosefasern als auch die wässrige Suspension des kaolinitischen Tonfüllstoffs mit der kationischen Stärke behandelt werden, bevor die Suspensionen gemischt werden. Die Gesamtmenge an kationischer Stärke liegt wiederum allgemein im Bereich von 0,5 bis 5,0 g Stärke je 100 g des trockenen Stoffs.
Die Festigkeit des aus dem Gemisch aus kaolinitisehern Tonfüllstoff, kationischer Stärke und Cellulosefasern hergestellten Papiers oder Kartons erhöht sich, wenn der Füllstoff im wesentlichen frei von Teilchen ist, die einen äquivalenten Kugeldurchmesser von weniger als 1 Mikrometer haben. Allgemein gesprochen soll der Füllstoff nicht mehr als 18 Gew.-96 und vorzugsweise nicht mehr als 15 Gew.-94 an Teilchen enthalten, deren
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äquivalenter Kugeldurchmesser kleiner 1st als 2 Mikrometer, und nicht mehr als 10 Gew.-# an Teilchen mit einem äquivalenten Kugeldurchmesser von weniger als 1 Mikrometer.
Soll bei dem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Papier eine maximale Festigkeit erdeIt werden, ist es wichtig, daß das Ausmaß der Abscherung, der das Gemisch aus dem kaolin!tischen Tonfüllstoff und der kationischen stärke ausgesetzt wird, weder zu gering noch zu groß ist. Beim Mischen einer wässrigen Lösung oder Dispersion einer kationischen Stärke mit einer wässrigen Suspension eines kaolinitischen Tonfüllstoffs werden die Füllstoffteilchen zu Flocken vereinigt und so aneinander gebunden, daß die Flocken selbst danach an die Cellulosefasern gebunden werden· Das Ausmaß der Abscherung, dem das Gemisch aus dem kaolinitischen Tonfüllstoff und der kationischen Stärke ausgesetzt wird, muß mindestens ausreichen, um die Flocken zum Zerfallen zu bringen, bis im wesentlichen das gesamte Gemisch aus Stärke und Füllstoff durch ein Sieb mit einer Nennmaschenweite von 76 Mikrometer geleitet werden kann, doch sollen die Flocken nicht so weit zerkleinert werden, daß die Teilchengröße des Gemisches aus Stärke und Füllstoff im wesentlichen gleich der Teilchengröße des unbehandelten Füllstoffs ist und alle Teilchen ein Sieb mit einer Nennmaschenweite von 53 Mikrometer passieren· Wird die Flockengröße nicht in dem soeben genannten Ausmaß verringert, wird das den Füllstoff enthaltende Papier unbrauchbar, da nicht dispergierte Klumpen von Füllstoff vorhanden sind; werden die Flocken dagegen zu weitgehend zerkleinert, führt ein erheblicher Teil des behandelten Füllstoffs nicht zu einer Verbesserung der Festigkeit des Papiers im Vergleich zu Papier mit unbehandeltem Füllstoff. Das Ausmaß der Abscherung, der das Gemisch aus kaolin!tischem Tonfüllstoff und kationischer Stärke ausgesetzt wird, ist nicht nur beim Mischen der Stärke mit dem Füllstoff, sondern auch bei nachfolgenden Arbeitsschritten von Bedeutung, Z0B. beim Mischen des Gemisches
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aus Stärke und Füllstoff mit den Cellulosefasern.
Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden näher erläutert.
Beispiel 1 Zur Durchführung der nachstehend beschriebenen Versuche wurde
die in der Zeichnung schematisch dargestellte Anlage benutzt.
A. Eine wässrige Suspension, die 2 Gew.-96 Cellulosefasern enthielt, welche durch Mahlen und Raffinieren einer gebleichten Sulfitpulpe gewonnen worden waren, in einem mit einer Rühreinrichtung versehenen Behälter 1 mit 1,5 Gew.-Ji verstärkter Kolophoniumschlichte bezogen auf das Trockengewicht der Cellulosefasern und 3,0 Gew.-# pulverisiertes Aluminiumsulfat gemischt. Die so hergestellte Suspension von mit Schlichte behandelten Fasern wurde mittels einer Pumpe 2 über eine Leitung 3 einem Behälter 4 mit konstanter Standhöhe zugeführt, von dem aus die überlaufende Suspension dem Behälter 1 über eine Leitung 5 wieder zugeführt wurde. Reines Wasser wurde über eine Leitung 16 einem zweiten Behälter 6 mit konstanter Standhöhe zugeführt, aus dem das überlaufende Wasser über eine Leitung 7 einem nicht dargestellten Behälter zugeführt wurde·
Die Suspension der mit Schlichte behandelten Fasern floß aus dem Behälter 4 über eine Leitung 8 zu einem Behälter 10, dem Wasser aus dem Behälter 6 über eine Leitung 9 zugeführt wurde; in dem Behälter 10 wurden die Flüssigkeiten im Verhältnis von 3 Gewichtsteilen Wasser auf 1 Gewichtsteil der Suspension gemischt, um die Suspension auf einen Cellulosefasergehalt von 0,5 Gew.-Ji zu verdünnen.
In einem Behälter 11 mit einer Rühreinrichtung wurden Wasser, ein Kaolinfüllstoff im ausgeflockten Zustand und tertiäre Amingruppen enthaltende kationische Stärke gemischt. Das
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-JSr-
Kaolin hatte eine solche Korngrößenverteilung, daß 25 Gew#-# aus Teilchen mit einem äquivalenten Kugeldurchmesser von über 10 Mikrometer und 20 Gew.-# aus Teilchen mit einem Iquivalenten Kugeldurchmesser von unter 2 Mikrometer bestanden· Die Stärke wurde in einer Menge von 5 Gew.-96 bezogen auf das Trockengewicht des Kaolins zugesetzt. Das ausgeflockte Gemisch aus Kaolin und Stärke wurde durch eine Leitung 12 dem Behälter 10 zugeführt und mit der Suspension aus geschlichteten Fasern in unterschiedlichen Mengen gemischt, so daß sich bei dem fertigen trockenen Papier vier verschiedene Kaolingehalte ergaben. Die betreffenden Gemische wurden über eine Leitung 13 dem Zulaufkasten 14 einer Langsiebpapiermaschine 15 zugeführt, und aus diesem Gemisch wurde eine Papierbahn erzeugt, entwässert und thermisch getrocknet.
Proben der Papierbahnen wurden für Jeden Kaolingehalt im trockenen Zustand gewogen und dann verascht; unter Berücksichtigung des Abbrandverlustes bei dem Kaolin wurde dann der Kaolingehalt des trockenen Papiers in Gewichtsprozent aus dem Gewicht der Asche berechnet.
Weitere Proben jeder Papierbahn wurden hinsichtlich ihrer Reißfestigkeit nach der Vorschrift TAPPI Standard T403-os-74 geprüft; hierbei ist die Reiß- oder Berstfestigkeit definiert als der in kN/m gemessene hydrostatische Druck, der erforderlich ist, um das Papier zum Aufreißen zu bringen, wenn der Druck mit einer geregelten konstanten Geschwindigkeit erhöht wird und mittels einer Gummimembran auf eine Kreisfläche von 30,5 mm Durchmesser aufgebracht wird, wobei das zu prüfende Material anfänglich in einer Ebene liegt und aa Umfang starr festgehalten wird, sich jedoch während der Prüfung ausbeulen kann.
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/to
B. Ein zweiter Satz von Papierproben wurde ähnlich wie unter
A beschrieben hergestellt, abgesehen davon, daß die kationische Stärke mit der Suspension aus Fasern, Schlichte und Aluminiumsulfat in dem Behälter 1 gemischt und gerührt wurde, statt zusammen mit dem Füllstoff in dem Behälter 11 gerührt zu werden. Hierbei wurde eine Stärkemenge von 2 Gewo-# bezogen auf das Gewicht der trockenen Cellulosefaser^ verwendet. Die Suspension wurde wie unter A in dem Behälter 10 mit Wasser verdünnt, und es wurden unterschiedliche Mengen einer wässrigen Suspension des gleichen Kaolinfüllstoffs zugesetzt, so daß sich vier verschiedene Werte des Kaolingehalts ergaben. Aus jedem der vier Gemische wurde eine Papierbahn erzeugt, und es wurden Messungen bezüglich des Kaolingehalts des trockenen Papiers in Gewichtsprozent sowie der Reißfestigkeit durchgeführt.
C. Ähnlich wie unter A beschrieben, wurde ein dritter Satz von Papierproben hergestellt, abgesehen davon, daß der Kaolinfüllstoff mit der Suspension aus Fasern, Schlichte und Aluminiumsulfat in dem Behälter 1 gemischt und gerührt wurde· Die Menge des Kaolinfüllstoffs wurde erneut so variiert, daß sich vier verschiedene Werte des Kaolingehalts bei dem fertigen Papier ergaben. Die Suspension wurde in der unter A beschriebenen Weise in dem Behälter 10 mit Wasser verdünnt, und diesem Behälter wurde von dem mit einer Rühreinrichtung versehenen Behälter 11 aus eine Lösung der kationischen Stärke in einer solchen Menge zugeführt, daß sich ein Stärkegehalt von 5 Gew.-96 bezogen auf das Kaolingewicht ergab. In jedem der vier Fälle wurde eine Papierbahn erzeugt, und es wurden Messungen bezüglich des Kaolingehalts des trockenen Papiers in Gewichtsprozent sowie der Reißfestigkeit durchgeführt.
D. Ähnlich wie unter A beschrieben wurde ein vierter Satz von Papierproben hergestellt, abgesehen davon, daß keine tertiäre
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kationische Stärke zugesetzt wurde. Die Suspension aus Fasern, Schlichte und Aluminumsulfat wurde In dem Behälter 1 gemischt und gerührt» und das Gemisch wurde In der beschriebenen Welse In dem Behälter 10 mit Wasser verdünnt; dem Behälter 10 wurden wiederum unterschiedliche Mengen von Kaolinfülletoff zugeführt, so daß sich vier verschiedene Werte des Kaolingehalts bei dem fertigen Papier ergaben· Wiederum wurden vier Papierbahnen mit unterschiedlichem Kaolingehalt hergestellt, und es wurden Messungen bezüglich des Kaolingehalts des trockenen Papiers in Gewichtsprozent sowie der Reißfestigkeit durchgeführt.
Die Ergebnisse der unter A, B, C und D beschriebenen Versuche sind in der folgenden Tabelle I zusammengestellt. Die Werte der Reißfestigkeit wurden als Prozentsatz der Reißfestigkeit eines geschlichteten Papiers ausgedrückt, das keinen Füllstoff und keine Stärke enthielt, und die sich hieraus ergebenden Werte der relativen Reißfestigkeit wurden graphisch über dem in Gewichtsprozent ausgedrückten Kaolingehalts der Papierbahn aufgetragen. Aus den so erhaltenen graphischen Darstellungen wurden die Werte der relativen Reißfestigkeit entsprechend einem Kaolinfüllstoffgehalt von 10 bzw. 17,5 bzw. 25 Gew.-# für jede Papiersorte ermittelt. In der Tabelle I ist auch die Menge der kationischen Stärke in Gewichtsprozent bezogen auf das Trockengewicht des Papierstoffs (Gesamtgewicht von Kaolin und Fasern) für jede Papierbahn angegeben.
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Tabelle I
Versuch A Stärke im
Eintrag,
Gew.-Ji		 B Stärke im
Eintrag,
Gew.-%		 C Stärke im
Eintrag,
Gew.-Ji		 D Stärke a
Eintrag,
Gew.-#
Kaolin,
Gew.-#		 Relative
Reißfe
stigkeit		 0,50 Relative
Reißfe
stigkeit		 1,80 Relative
Reißfe
stigkeit		 0,50 Relative
Reißfe
stigkeit		 0
10 88 0,88 111 1,65 85 0,88 75 0
17,5 79 1,25 89 1,50 74 1,25 56 0
25 70 66 63 41
Diese Ergebnisse zeigen, daß insbesondere bei hohem Füllstoffgehalt das Mischen der kationischen Stärke mit dem Kaolinfüllstoff und das darauf folgende Zusetzen des Stärke-Kaolin-Gemisches zu der Suspension der geschlichteten Cellulosefasern bei dem fertigen Papier und einem gegebenen Gewicht an kationischer Stärke auf 100 g des trockenen Eintrags zu einem unerwartet hohen Festigkeitswert führt.
Beispiel 2
Nach dem im Beispiel 1A beschriebenen Verfahren wurden unter Benutzung der gleichen Anlage weitere Sätas von Papierproben hergestellt, abgesehen davon, daß die Menge der kationischen Stärke, die in dem Behalter 11 mit dem Kaolin verrührt wurde, bei jedem Satz variiert wurde, so daß der Stärkeanteil bezogen auf das Trockengewicht des Kaolins 5 bzw. 7,5 bzw. 10 bzw· 15 bzw. 20 Gew.-96 betrug. Bei jedem gegebenen Verhältnis zwischen Stärke und Kaolin wurden Papierbahnen mit drei verschiedenen Werten des Gehalts an mit Stärke behandeltem Kaolinfüllstoff hergestellt. Proben jeder Bahn wurden bezüglich der Reißfestigkeit und des Kaolingehalts des trockenen Papiers untersucht· Die Ergebnisse wurden graphisch aufgetragen, und die relative Reißfestigkeit bei einem Gehalt an trockenem Kaolin von 20 Gew.-# bezogen auf das Trockengewicht der Fasern wurde für jede Papiersorte ermittelt· Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle II zusammengestellt.
Tabelle II Relative Reiß-
Stärkegehalt des Stärkegehalt des Ein- festigkeit bei Kaolins, Gew.-96 trage, Gew.-% 20 Gew.-%
Kaolinfüllstoff
5 1,0 74
7,5 1,5 77
10 2,0 79
15 3,0 82
20 4,0 84
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Diese Ergebnisse zeigen, daß sich weitere Verbesserungen bezüglich der Festigkeit des Papiers erzielen lassen, wenn man den Anteil der Stärke erhöht, daß sich diese Verbesserungen Jedoch bei zunehmender Vergrößerung des Stärkegehalts verringern. Wenn der Stärkegehalt 20 Gew.-96 bezogen auf das Trockengewicht des Kaolins betrug, fand sich ferner etwas Stärke im Abwasser wieder, das durch das Sieb der Papiermaschine ablief.
Beispiel 3
Zur Herstellung eines weiteren Papiers wurden 2,5 Gew.-96 (bezogen auf das Trockengewicht der Fasern) der kationischen Stärke, die tertiäre Amingruppen enthielt, der Suspension aus Cellulosefasern, Schlichte und Aluminiumsulfat in dem Behälter 1 beigefügt und verrührt. In dem Behälter 10 wurde mit der Suspension der behandelten Fasern eine wässrige Suspension des Kaolinfüllstoffs gemischt, der mit weiteren 5 Gew.-96 Stärke bezogen auf das Kaolingewicht behandelt worden war. Das so gewonnene Gemisch wurde auf der Langsiebpapiermaschine 15 zu Papier verarbeitet, und der Kaolingehalt des trockenen Papiers In Gewichtsprozent sowie die relative Reißfestigkeit wurden ermittelt· Der Kaolingehalt des Papiers betrug 27 Gewo-# und bei Je 100 g des trockenen Eintrags (Kaolin und Cellulosefasern) waren den Fasern 1,36 g Stärke und dem Kaolinfüllstoff 1,35 g Stärke zugeordnet, so daß insgesamt 2,71 g Stärke vorhanden waren. Die relative Reißfestigkeit des Papiers betrug 8896.
Ein Vergleich zeigt folgendes: Erstens hat ein Papier, das in Gewichtsprozent die gleiche Kaolinmenge enthält, Jedoch nach dem Verfahren gemäß dem Beispiel 1A hergestellt ist (1,35 g Stärke auf 100 g des trockenen Eintrags) eine relative Reißfestigkeit von 6396; zweitens hat ein Papier, das in Gewichtsprozent die gleiche Kaolinmenge enthält, Jedoch nach dem Verfahren des Beispiels 1B hergestellt ist (1,46 g Stärke auf 100 g des trockenen Eintrage) eine relative Reiß-
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festigkeit von 61 Ji; drittens hat ein Papier, das in Gewichtsprozent die gleiche Kaolinmenge enthält, jedoch gemäß dem Beispiel 1D, d.h. ohne Stärke, hergestellt ist, eine relative ReIBfestigkeit von 3856; schließlich hat ein Papier, das in Gewichtsprozent die gleiche Kaolinmenge enthält und gemäß dem Beispiel 1A hergestellt ist, jedoch mit einem höheren Stärkeanteil von 2,80 g Stärke auf 100 g des trockenen Eintrags eine relative Reißfestigkeit von 68%.
Beispiel 4
Eine wässrige Suspension, die 2 Gew.-96 Cellulosefaser!! enthielt und durch Erhitzen und Raffinieren einer gebleichten Sulfitpulpe hergestellt worden war, wurde in einem Behälter mit 1,5 Gew.-96 (bezogen auf das Trockengewicht der Fasern) einer verstärkten Kolophiniumschlichte und 3,0 Gew.-96 pulverisiertes Aluminiumsulfat verrührt. Die Suspension aus geschlichteten Fasern wurde dann in einen zweiten Behälter überführt, wo sie mit dem Dreifachen ihres Gewichts mit Wasser gemischt wurde, um sie auf einen Fasergehalt von 0,5 Gew.-96 zu verdünnen·
In einem dritten Behälter mit Rühreinrichtung wurden Wasser, ein Kaolinfüllstoff A im ausgeflockten Zustand und eine kationische Stärke gemischt. Der Kaolinfüllstoff A hatte eine solche Korngrößenverteilung, daß 31 Gew.-96 aus Teilchen mit einem äquivalenten Kugeldurchmesser von über 10 Mikrometer und 13 Gew.-96 aus Teilchen mit einem äquivalenten Kugeldurchmesser von unter 3 Mikrometer bestanden; 7 Gew.-96 bestanden aus Teilchen mit einem äquivalenten Kugeldurchmesser von unter 1 Mikrometer. Dem Gemisch wurde Stärke in einer Menge von 5 Gew.-96 bezogen auf das Trockengewicht des Kaolins zugesetzt.
Das ausgeflockte Gemisch aus dem KaolinfUllstoff A und Stärke wurde einem weiteren Behälter zugeführt, wo es mit der Suspension aus geschlichteten Cellulosefasern so gemischt wurde,
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><fC
daß sich bei dem fertigen trockenen Papier ein bestimmter Gehalt an Kaolinfüllstoff ergab. Das so erhaltene Gemisch wurde dann dem Zulaufkasten einer Langsiebpapiermaschine zugeführt, um eine Papierbahn zu erzeugen, die entwässert und thermisch getrocknet wurde. Weitere Gemische aus Kaolin, Stärke und geschlichteten Fasern in verschiedenen anteiligen Mengen wurden auf ähnliche Weise hergestellt und zu Papierbahnen verarbeitet, entwässert und getrocknet. Proben der Papierbahnen mit unterschiedlichem Kaolingehalt wurden im trockenen Zustand gewogen und dann verascht, woraufhin unter Berücksichtigung des Abbrandverlustes der Kaolingehalt des trockenen Papiers in Gewichtsprozent auf der Basis des Gewichts der Asche berechnet wurde. Weitere Proben jeder Papiersorte wurden bezüglich ihrer Reißfestigkeit nach der Vorschrift TAPPI Standard T403-0s-74 geprüft.
Eine weitere Reihe von ähnlichen Versuchen wurde unter Verwendung eines anderen Kaolinfüllstoffs B durchgeführt, der eine solche Korngrößenverteilung hatte, daß 25 Gew.-96 aus Teilchen mit einem äquivalenten Kugeldurchmesser von über 10 Mikrometer, 23 Gew.-96 aus Teilchen mit einem äquivalenten Kugeldurchmesser von unter 2 Mikrometer und 18 Gew.-J6 aus Teilchen mit einem äquivalenten Kugeldurchmesser von weniger als 1 Mikrometer bestanden. Der Füllstoff B wurde mit 5 Gew.-96 (bezogen auf das Gewicht des trockenen Kaolins) der gleichen kationischen Stärke in der vorstehend beschriebenen Weise gemischt.
Weitere Versuchsreihen wurden unter Verwendung der Kaolinfüllstoffe A und B, jedoch ohne Verwendung von tertiärer kationischer Stärke durchgeführt. Wässrige Suspensionen der beiden Füllstoffe wurden unmittelbar mit einer Suspension aus Fasern, Kolophoniumschlichte und Aluminiumsulfat gemischt, und es wurden Papierbahnen hergestellt, die in der beschriebenen Weise geprüft wurdeno
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In jedem Fall wurde der Füllstoffgehalt des Papiers in Gewichtsprozent über dem Reißfestigkeitsverhältnis des Papiers aufgetragen, das als Prozentsatz der Reißfestigkeit eines Papierblatts ausgedrückt war, welches aus dem gleichen Fasermaterial, jedoch ohne Verwendung eines Füllstoffs hergestellt worden war. Man erhält das Reißfestigkeitsverhältnis, indem man die Reißfestigkeit durch das Flächeneinheitsgewicht des Papiers teilt. Die den Füllstoffgehalten von 10, 15, 20, und 30 Gew.-tf entsprechenden prozentualen Reißfestigkeitsverhältnisse wurden für jede Versuchsreihe aus der graphischen Darstellung abgelesen.
Die Ergebnisse dieser Versuche sind in der folgenden Tabelle III zusammengestellt.
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Tabelle III
OD CD CO
Füllstoff
trockenen
Gew.-% 		im gesamten
Eintrag,		 Stärke im
trag, Gew		 Ein-
.-#		 Reißfestigkeitsverhältnii 91 J, % 74
Behandlung mit kationi
scher Stärke		 82 ohne Behandlung 63
Füllstoff A Füllstoff B 74 53
10 0,5 95 65 45
15 0,75 88 57 Füllstoff A Füllstoff B 37
20 1,0 81 76
25 1,25 74 66
30 1,5 67 57
50
43
y -
Diese Ergebnisse zeigen, daß nicht nur die Füllstoffe, die vor dem Mischen mit den Cellulosefasern mit kationischer Stärke behandelt wurden, Papiere liefern, die eine erheblich höhere Reißfestigkeit haben, wenn man sie mit Papieren vergleicht, die gleichwertige Mengen an unbehandelten Füllstoffen enthalten, sondern daß auch ein behandelter Kaolinfüllstoff, der einen kleinen Anteil an feinen Teilchen enthält, im Vergleich zu einem behandelten Kaolinfüllstoff bekannter Art zu einer erheblichen und unerwarteten Verbessrung der Festigkeit führt.
Beispiel 5
Entsprechend der Beschreibung des Beispiels 1 wurde eine wässrige Suspension hergestellt, die 0,5 Gew.-96 geschlichteter Cellulosefasern enthielt, welche aus gebleichtem Sulfitzellstoff gewonnen worden waren. Wasser, Kaolinfüllstoff im ausgeflockten Zustand und eine tertiäre Amingruppen enthaltende kationische Stärke wurden in einem Behälter mit einem Innendurchmesser von etwa 250 mm gemischt, der mit einer Propellerturbine mit einem größten Durchmesser von etwa 125 mm versehen war. Es wurde das gleiche Kaolin und die gleiche kationische Stärke verwendet wie bei dem Beispiel 1, und die Stärke wurde in einer Menge von 5 Gew.-Ji bezogen auf das Trockengewicht des Kaolins zugesetzt. Die Propellerturbine wurde 5 min lang mit einer Drehzahl von 1500 U/min betrieben, und es zeigte sich, daß die hierdurch herbeigeführte Abscherung ausreichte, um zu gewährleisten, daß im wesentlichen das gesamte Gemisch ein Sieb mit einer Nennmaschenweite von 76 Mikrometer passierte. Das ausgeflockte Gemisch wurde dann mit der Suspension aus geschlichteten Fasern in unterschiedlichen Mengen so gemischt, daß sich fünf verschiedene Werte des Kaolinfüllstoffgehalts bei dem fertigen trockenen Papier ergaben, wobei darauf geachtet wurde, zu gewährleisten, daß das Gemisch keiner stärkeren Abscherung ausgesetzt wurde als während der Herstellung des Kaolin-Stärke-Gemisches. Für Jeden Kaolingehalt wurde mit Hilfe der Langsiebpc* p.et mu^chintfine Papierbahn gebildet,
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entwässert und thermisch getrocknet. Hierauf wurden Proben Jeder Bahn für Jeden Wert des FUllstoffgehalts bezüglich des Kaolingehalts des trockenen Papiers in Gewichtsprozent sowie bezüglich der Reißfestigkeit entsprechend dem Beispiel 1 untersucht.
Hierauf wurde der Versuch wiederholt, abgesehen davon» daß das Kaolin und die kationische Stärke durch Rühren mit der Hand gemischt wurden, so daß nur eine minimale Abscherung auftrat, und daß die Suspension der geschlichteten Fasern auf ähnliche Weise mit dem Kaolin-Stärke-Gemisch gemischt wurde. Wenn versucht wurde, das wässrige Kaolin-Stärke-Gemisch durch ein Sieb mit einer Nennmaschenweite von 76 Mikrometer zu leiten, zeigte es sich, daß ein erheblicher Teil durch das Sieb zurückgehalten wurde. Eine Besichtigung der aus dem Gemisch hergestellten Papierbahnen zeigte, daß das Papier unbrauchbar war, da es wegen des Vorhandenseins von Klumpen aus undispergiertem Füllstoff ungleichmäßig war.
Nunmehr wurde der Versuch erneut wiederholt, abgesehen davon, daß das Kaolin und die tationische Stärke mit Hilfe der Propellerturbine 5 min lang, jedoch bei einer Drehzahl von 7000 U/min gemischt wurden. Das so erhaltene Gemisch passierte nicht nur ein Sieb mit einer Nennmaschenweite von 76 Mikrometer, sondern im wesentlichen vollständig auch ein Sieb mit einer Nennmaschenweite von 53 Mikrometer, und es wurde festgestellt, daß das Kaolin-Stärke-Gemisch, wenn überhaupt, nur wenig grober war als der unbehandelte Kaolinfüllstoff. Für Jeden Wert des Kaolingehalts wurde auf der Langsiebpapiermaschine eine Papierbahn gebildet, entwässert und thermisch getrocknet. Hierauf wurden Proben jeder Bahn, für jeden Kaolingehalt bezüglich des Kaolingehalts des trockenen Papiers in Gewichtsprozent undcbr Reißfestigkeit untersacht·
Schließlich wurde zu Vergleichszwecken der Versuch unter Fortlassung der kationischen Stärke wiederholt« EUr Jeden
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Kaolingehalt wurde auf der Langsiebpapiermaschine eine Papierbahn erzeugt, entwässert und thermisch getrocknet· FUr jeden Kaolingehalt wurden dann Proben jeder Bahn bezüglich des Kaolingehalts des trockenen Papiers in Gewichtsprozent sowie der Reißfestigkeit untersucht.
Die Ergebnisse sind IA der folgenden Tabelle IV zusammengestellt. In jedem Fall wurde die Reißfestigkeit als Prozentsatz der Reißfestigkeit einer geschlichteten Papierbahn ausgedruckt, die keinen Füllstoff und keine Stärke enthielt, und die so gewonnenen relativen Reißfestigkeitswerte wurden graphisch über dem in Gewichtsprozent angegebenen Kaolingehalt der Bahn aufgetragen« Aus den so erhaltenen graphischen Darstellungen wurden die relativen Reißfestigkeitswerte für jede Papiersorte ermittelt, die einem Kaolingehalt von 5 bzw. 10 bzw. 15 bzw. 20 bzw. 25 Gew.-96 entsprachen.
Kaolingehalt, Gew.-tf
geringe Abscherung mäßige Abscherung hohe Abscherung ohne Stärke
Tabelle IV
5 10 15 20 25
relative
Reißfestigkeitswerte
Papier unbrauchbar
95 89 83 77 70
94 87 80 71 62
84 71 61 51 42
Der Patentanwalt:
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-22-Leerseite

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE
    )
    vjy Verfahren zum Herstellen von Papier oder Karton bzw«, Pappe durch Formen eines kaolin!tischen Ton, Cellulosefaser™ und eine kationische Stärke enthaltenden Papierstoffs zu einer Bahn, dadurch gekennzeichnet , daß eine wässrige Lösung oder Dispersion der kationischen Stärke mit einer wässrigen Suspension des kaolinitischen Tonfüllstoffs gemischt wird, und daß danach das so erhaltene Gemisch einer wässrigen Suspension von Cellulosefasern zugefügt wird, um eine Pulpe zu bilden, die den kaolinitischen Tonfüllstoff, die kationische Stärke und die Cellulosefasern enthält und dann zu Papier oder Karton bzw. Pappe verarbeitbar ist.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kationische Stärke primäre, sekundäre oder tertiäre Amingruppen oder quarternäre Ammoniumgruppen enthält·
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die kationische Stärke einen Stickstoffgehalt im Bereich von 0,1 - 0,25 Gew,-# hat.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß der kaolinitische Tonfüllstoff nicht mehr als 18 Gew.-% an Teilchen mit einem äquivalenten Kugeldurchmesser von unter 2 Mikrometer und nicht mehr als 10 Gew.-96 an Teilchen mit einem äquivalenten Kugeldurchmesser von unter 1 Mikrometer enthält·
  5. 5· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die kationische Stärke mit der wässrigen Cellulosefasersuspension gemischt wird, bevor der wässrigen Cellulosefasersuspension das Gemisch aus der wässrigen Suspension von kaolinitischem Tonfüllstoff und kationischer Stärke zugesetzt wird.
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    ORIGINAL INSPECTED
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der in der Pulpe vorhandenen kationischen Stärke im Bereich von 0,5 g - 5»0 g auf je 100 g des kaolin!tischen Tonfüllstoffs und der Cellulosefasern liegt.
  7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausmaß der Abscherung, der das Gemisch aus dem kaolinitischen Tonfüllstoff und der kationischen Stärke ausgesetzt wird, derart ist, daß das Gemisch hinreichend zerkleinert wird, um zu ermöglichen, daß im wesentlichen das gesamte Gemisch ein Sieb mit einer Nennmaschenweite von 76 Mikrometer passiert, daß jedoch die Zerkleinerung nicht in einem solchen Ausmaß erfolgt, daß im wesentlichen das gesamte Gemisch ein Sieb mit einer Nennmaschenweite von 53 Mikrometer passiert.
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