DE19828952B4

DE19828952B4 - Verfahren zur Erzeugung von satiniertem Papier

Info

Publication number: DE19828952B4
Application number: DE19828952A
Authority: DE
Inventors: Michael Neumann; Stefan Niederer; Andreas Sauer
Original assignee: Voith Paper Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 1998-06-29
Filing date: 1998-06-29
Publication date: 2005-04-14
Anticipated expiration: 2018-06-30
Also published as: DE59906335D1; US6264794B1; EP0969141A1; ATE245723T1; EP0969141B1; DE19828952A1

Abstract

Verfahren zur Verhinderung von Schwarzsatinage bei der Erzeugung von satiniertem Papier mit
a) einer Stoffaufbereitung (1) zur Bereitstellung einer für die Verarbeitung auf einer Papiermaschine geeigneten Faserstoffsuspension (S),
b) einer Papierbildung (2), in welcher aus der Faserstoffsuspension eine getrocknete Papierbahn erzeugt wird sowie
c) einem Satinageprozeß (3), in dem zwischen aufeinandergedrückten Glättflächen die Papierbahn geglättet wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß in der Stoffaufbereitung (1) eine Faserbeladung durchgeführt wird, bei der solche Stoffe (5) in die Papierfasern (7) hineintransportiert werden, die geeignet sind, das Volumen der Fasern in ihrer Quererstreckung zu vergrößern, indem sie sich ausdehnende Feststoffschichten aufbauen und daß im Satinageprozeß (3) ein Druck von mindestens 30 N/mm² angewendet wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 2.
Verfahren dieser Art werden verwendet, um hochwertige und glatte Papiere zu erzeugen. Bekanntlich ist bei der Papierherstellung eine Vielzahl von Parametern zu beachten, um in allen Anforderungen ein Papier mit der geforderten Qualität zu erhalten. Bei dem hier betrachteten Verfahren steht die Erzeugung einer glatten Oberfläche bei gleichzeitig guten opischen Eigenschaften im Vordergrund. Eine glatte Oberfläche wird in der Regel dadurch erzeugt, daß die Papierbahn bei einer definierten Restfeuchte und bei bestimmten Temperaturen zwischen mindestens zwei, in der Regel einer Vielzahl von Glättwalzen hindurchgeleitet wird, welche gegeneinander gedrückt werden. Dieses Verfahren ist an sich seit langem bekannt und bewährt. Es stößt allerdings dann an die Grenzen, wenn infolge des Preßdruckes, der in den Glättwerken erforderlich ist, eine optische Beeinträchtigung in Form von Stellen mit zu geringer Opazität eintritt. Diese Erscheinung ist auch als Schwarzsatinage bekannt und schränkt in vielen Fällen die Möglichkeit zur optimalen Glätteerzeugung ein. Durch einen höheren Glättwerkdruck wird zwar die Glätte erhöht, gleichzeitig aber die optische Qualität des Papieres so weit reduziert, daß besonders bei dünnen Papieren beträchtliche Nachteile in der Verwendung dieser Sorten entstehen.

Es ist seit langem bekannt, daß durch Zugabe von mineralischen Füllstoffen zur Faserstoffsuspension die optische Qualität, insbesondere Opazität des daraus hergestellten Papiers verbessert werden kann. Wie z.B. in der DE 69222190 T2 ausgeführt ist, kann der Faserstoffsuspension eine Kalziumoxid und Kalziumhydroxid enthaltene Chemikalie zugeführt werden, was dazu führt, dass Kalziumkarbonat durch Ausfällen in die Hohlräume und die Faserwand der Zellulosefasern eingelagert wird. Dazu wird ein spezieller Mischer zum Einmischen der Kalzium-Chemikalien in den Faserstoff und ein Refiner zum Ausfällen von Kalziumkarbonat und Einlagern desselben innerhalb der Fasern vorgeschlagen. Durch diese Maßnahmen wird bei dem daraus hergestellten Papier sowohl die Undurchsichtigkeit als auch der Weißgehalt vergrößert. In einer anderen Publikation, der US 4,692, 212 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem das auf einer Papiermaschine hergestellte Papier bei hohem Druck und hoher Temperatur geglättet und gleichzeitig getrocknet wird. Durch diese Maßnahmen kann die Falzfestigkeit ("folding endurance") von Kraftzellstoff-Papieren ("Kraft pulp") gesteigert werden.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, mit dem es gelingt, ein Papier zu erzeugen, welches sowohl eine hohe Glätte als auch gute optische Eigenschaften aufweist.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 2 genannten Merkmale gelöst.

Durch die Abfolge der im Anspruch beschriebenen Verfahrensabschnitte gelingt es, die Fasern widerstandsfähiger gegen den im Glättwerk einsetzenden Druck zu machen. Es ist weiterhin möglich, das Faservolumen durch diese Maßnahmen zu vergrößern, da die Stoffe in die Zwischenräume der Papierfasern eindringen und sie aufweiten können.

Auch an den Faseraußenflächen können Schichten gebildet werden, welche die vom Satinageprozeß herrührenden Druckkräfte besser verteilen.

Um die Fasern zu beladen, kann man z.B. gelöste Salze in die Faserstoffsuspension einbringen. Da bekanntlich Papierfasern hydrophil und quellfähig sind, können die gelösten Salze durch die Faserwände in das Innere der Fasern gelangen. Durch entsprechende chemische Behandlung wird dann innerhalb der Fasern ein Kristallwachstum angeregt, welches die Fasern aufweiten kann. Vorhandene Faserhohlräume (Lumen) werden durch eine relativ harte Schicht von innen ausgekleidet oder zumindest stellenweise ausgefüllt. Auch wenn die Schicht beim Satinageprozeß zerbricht, verhindert sie dennoch, daß sich die Faserwände berühren, wodurch bereits die gestellte Aufgabe gelöst ist. Ein preiswertes, geeignetes Mittel ist das Kalziumkarbonat, das z.B, durch Zugabe von CO₂ in eine wässrige Ca(OH)₂-Lösung zum Kristallwachstum angeregt wird.

Die EP 0 690 938 B1 (= DE 692 22 190 T2 ) beschreibt ein spezielles Verfahren, mit dem mit Hilfe von Kalziumkarbonat ein Füllen der Faserlumen erreichbar ist. Es zielt darauf, möglichst viele Füllstoffe (fillers) in das Papier einzubauen. Füllstoffe sind weiß und opak. Dabei sollen Festigkeitsverluste durch Überfüllen des Papierblattes vermieden und außerdem das Blattgewicht durch einen relativpreiswerten Stoff gesteigert werden. Hierzu ist angegeben, daß der Preis von Karbonat ca. 20 bis 30 % des Preises von Faserstoff ist. Dieser Prozeß wird auch Fiber Loading genannt.

Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt eine spezielle Eigenschaft, die Papierfasern durch das Beladen ihrer Innenräume erlangen können. Ihnen liegt also die Erkenntnis zugrunde, daß Probleme, die am Ende des Papiererzeugungsprozesses, nämlich bei der Satinage, auftreten, bereits in der Stoffaufbereitung durch eine spezielle Faserbehandlung gelöst werden können.

Die Erfindung wird erläutert anhand von Zeichnungen. Dabei zeigen:
1 den grundsätzlichen Ablauf des Verfahrens;
2 Skizze einer beladenen Papierfaser, stark vergrößert;
3 Belastungssituation beim Satinieren;
4 exemplarisch: Möglichkeit zur Beladung der Faser.
In der 1 sind zur Hauptsache die drei Verfahrensabschnitte, nämlich Stoffaufbereitung 1, Papierbildung 2 und Satinageprozeß 3, dargestellt. Es versteht sich, daß sich zumindest die ersten beiden Verfahrensabschnitte aus einer Vielzahl von Verfahrensschritten zusammensetzen. So ist z.B. zur Papierbildung in der Regel mindestens ein Stoffauflauf mit Naßpartie, einer sich anschließenden Pressenpartie und einer Trockenpartie erforderlich. Dieser Prozeßabschnitt zwei schließt normalerweise die gesamte Papiermaschine ein. Der sich anschließende Satinageprozeß 3 kann Teil der Papiermaschine sein, kann aber auch in einer separaten Vorrichtung ausgeführt werden. Bekanntlich sind hierzu Kalander oder Superkalander geeignet. Die zeichnerische Darstellung ist nicht erforderlich, da solche Papier-Glättvorrichtungen seit langem bekannt sind. Das fertig bearbeitete und geglättete Papier wird dann zu einer Rolle 4 aufgewickelt.
Auch in der Stoffaufbereitung 1 finden in der Regel eine Anzahl verschiedener Verfahrensschritte statt, z.B. muß angelieferter Papierstoff P suspendiert, entstippt und gereinigt werden. Diese Prozesse sind aber allgemein bekannt. Wichtig für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, daß diesem Verfahrensabschnitt u.a. die Stoffe 5 zugegeben und so verarbeitet werden, daß sie die bereits beschriebene Wirkung entfalten. Der so erzeugte Papierfaserstoff gelangt z.B. als pumpfähige Faserstoffsuspension S in die Papierbildung 2.
In 2 ist eine Papierfaser 7 in stark vergrößerter Ansicht skizziert, und zwar sowohl längs geschnitten (links) als auch quer geschnitten (rechts). Man erkennt, daß diese Papierfasern Innenhohlräume 6 aufweisen, die sogenannten Lumen, und daß sich bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens innerhalb dieser Lumen eine Feststoffschicht 8 gebildet hat. Diese Feststoffschicht 8 kleidet den Innenhohlraum 6 aus und erhöht dadurch den Verformungswiderstand der Papierfaser 7 derart, daß ein schädliches Zusammendrücken der Fasern beim Satinageprozeß nicht eintritt. Dabei kann entweder der Hohlraum erhalten bleiben, was zu einem größeren Volumen des geglätteten Papieres führt oder die Faser kann so zusammengedrückt werden, daß sich aus der Feststoffschicht 8 eine Trennschicht 8' bildet. Es können sich auch an anderen Stellen der Fasern – hier nicht gezeichnete – Feststoffschichten ausbilden.
Die Darstellung in 3 zeigt in stark vereinfachter Form die Situation, die sich beim Satinageprozeß ergeben kann. Die drei hier dargestellten Papierfasern 7, 7', 7'', von denen zwei geschnitten gezeichnet sind, werden infolge der im Glättwerk wirkenden Kraft aufeinander gedrückt. Dabei ist hier exemplarisch bei der im Längsschnitt gezeichneten Papierfaser 7 das Zusammendrücken so weit fortgeschritten, daß der vorher vorhandene Hohlraum verschwunden ist. Da sich jedoch aus der Feststoffschicht eine Trennschicht 8' gebildet hat, wird das Zusammendrücken der Faserwandungen 9 verhindert. Eine störende Verringerung der Opazität tritt dadurch nicht ein. Bei der quer geschnitten gezeichneten Papierfaser 7' ist noch ein Faser-Innenhohlraum 6 erhalten geblieben, da sich die Feststoffschicht 8 als resistent gegen das Zusammendrücken erwiesen hat. In vielen Fällen werden beide Verformungsfälle im selben Papierblatt vorhanden sein.
Mit der in 4 grob schematisch dargestellten Anlage zur Stoffaufbereitung 1 kann eine Faserstoffsuspension S erzeugt werden, die sich für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignet. In üblicher Weise wird Papierstoff P mit Wasser W in einem Stofflöser 11 miteinander vermischt und suspendiert, so daß eine pumpfähige Suspension 12 abgezogen werden kann. Die Stoffe 5, die in die Faserinnenhohlräume hineintransportiert werden sollen, setzen sich in dem hier gezeigten Fall aus zwei Komponenten zusammen, einem Grundstoff 5'' und einem Reaktionsstoff 5'', wobei die Komponenten an verschiedenen Stellen nacheinander zugegeben werden.
Wurde der Papierstoff P aus Altapier gewonnen, ist in fast allen Fällen eine ausgiebige Reinigung des Altapiers von störenden Bestandteilen erforderlich. Dies ist hier allerdings nicht gezeigt. Wenn die Suspension 12 z.B. für die Reinigungsvorgänge zu sehr verdünnt wurde, stellt eine Eindickvorrichtung 13 den erforderlichen Feststoffgehalt ein. Der aus der Eindickvorrichtung 13 abgeleitete Dickstoff 14 gelangt in eine Reaktionskammer 15, um mit dem Reaktionsstoff 5'' vermischt zu werden. In einem anschließenden Disperger 16 wird unter Anwendung hoher Scherkräfte die Faserbeladung abgeschlossen. Der so hergestellte Stoff wird mit Wasser W' verdünnt und gelangt als Faserstoffsuspension S in den nachfolgenden Verfahrensabschnitt, die Papierbildung 2.
Die in 4 beschriebene Anlage ist lediglich eine der denkbaren Möglichkeiten, um bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Stoffaufbereitung 1 auszugestalten.

Claims

Verfahren zur Verhinderung von Schwarzsatinage bei der Erzeugung von satiniertem Papier mit a) einer Stoffaufbereitung (1) zur Bereitstellung einer für die Verarbeitung auf einer Papiermaschine geeigneten Faserstoffsuspension (S), b) einer Papierbildung (2), in welcher aus der Faserstoffsuspension eine getrocknete Papierbahn erzeugt wird sowie c) einem Satinageprozeß (3), in dem zwischen aufeinandergedrückten Glättflächen die Papierbahn geglättet wird, dadurch gekennzeichnet, daß in der Stoffaufbereitung (1) eine Faserbeladung durchgeführt wird, bei der solche Stoffe (5) in die Papierfasern (7) hineintransportiert werden, die geeignet sind, das Volumen der Fasern in ihrer Quererstreckung zu vergrößern, indem sie sich ausdehnende Feststoffschichten aufbauen und daß im Satinageprozeß (3) ein Druck von mindestens 30 N/mm² angewendet wird.
Verfahren zur Verhinderung von Schwarzsatinage bei der Erzeugung von satiniertem Papier mit a) einer Stoffaufbereitung (1) zur Bereitstellung einer für die Verarbeitung auf einer Papiermaschine geeigneten Faserstoffsuspension (S), b) einer Papierbildung (2), in welcher aus der Faserstoffsuspension eine getrocknete Papierbahn erzeugt wird sowie c) einem Satinageprozeß (3), in dem zwischen aufeinandergedrückten Glättflächen die Papierbahn geglättet wird, dadurch gekennzeichnet, daß in der Stoffaufbereitung (1) eine Faserbeladung durchgeführt wird, bei der solche Stoffe (5) in das Innere der Papierfasern (7) hineintransportiert werden, die geeignet sind, deren Widerstand gegen Zusammendrücken zu erhöhen und daß im Satinageprozeß (3) ein Druck von mindestens 30 N/mm² angewendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoffe (5) bei der Faserbeladung in die Innenhohlräume (6) der Papierfasern (7) gelangen und dort eine Feststoffschicht (8) bilden, die die Innenhohlräume (6) auskleidet oder zumindest stellenweise füllt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststoffschicht (8) beim Satinageprozeß (3) zerbricht und sich daraus eine Trennschicht (8') zwischen den Faserwänden (9) bildet.
Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoffe (5), welche in der Stoffaubereitung (1) in die Papierfasern (7) eindringen, Kalziumkarbonat enthalten und daß das Kalziumkarbonat innerhalb der Papierfasern (7) zum Auskristallisieren gebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoffe (5) aus mindestens zwei Komponenten (5', 5'') gebildet werden, die zu unterschiedlichen Zeiten der Faserstoffsuspension (S) zugesetzt werden.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserstoffsuspension (S) aus Altapier erzeugt wird, welches durch ein Deinking-Verfahren von Druckfarben befreit wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Satinageprozeß (3) ein Druck von mindestens 60 N/mm² angewendet wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Satinageprozeß (3) ein Superkalander verwendet wird.