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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum
Herstellen eines Papierprodukts, das anionische
Laminierungs-, Beschichtungs- oder Leimungsmittel enthält,
wobei das Papierprodukt von Übertragsfleckdefekten bei
einer Wiederverwendung frei ist. Dies bedeutet, daß die
wieder zu Pulpe verarbeiteten Fasern des Papierprodukts
bei der erneuten Verwendung der Pulpe frei von
klebrigen Bestandteilen sind, z. B. Klebstoffen,
Heißschmelzen, Überzügen, Pech usw., die normalerweise Flecke in
der Papiermaschine bilden.
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Die meisten Papiersorten und umgewandelten
Papierprodukte enthalten viele anionische Bestandteile, die
teilweise aus den eigenen Extrakten des Pulpenholzes
und teilweise aus Chemikalien stammen, die bei der
Papierherstellung verwendet werden. Wenn das
Fasermaterial von Papier beim Recyclen von Papierausschuß oder der
Wiederumwandlung von Recyclingpapier in Pulpe erneut
verwendet wird, neigen die anionischen Komponenten
dazu, sich in dem umlaufenden Wasser in der Fabrik
aufzulösen oder dispergiert zu werden. Infolgedessen neigt
das dispergierte anionische Abfallmaterial dazu, an der
Papierherstellungseinrichtung, Sieben, Trocknungsfilzen
und Zylindern usw. anzukleben, so daß Probleme in Form
einer verringerten Produktionskapazität, Abschaltungen
und einer Verschlechterung der Produktqualität
entstehen. Das Ausmaß des Abfallmaterialproblems ist direkt
proportional zum Anteil der anionischen Bestandteile in
den recycleten Papierprodukten. Ein besonders
schwieriges Problem in dieser Hinsicht entsteht zum Beispiel
durch beschichtete Druckpapiersorten, bei denen die
Beschichtung übermäßige Mengen an anionischen
Bindemitteln enthalten, z. B. carboxidhaltige Latex. Noch
größe
re Abfallmaterialproblemen entstehen durch umgewandelte
Papiersorten, die mit anionischen Verbindungen
beschichtet sind, z. B. Durchlaßsperren für Dämpfe oder
Gase. Auch verschiedene Dispersions-, selbstklebende
und warmschmelzende Klebstoffe verursachen Probleme
durch Ansammlung derartige Abfallmaterialien beim
Recyclen von Papier.
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Bei einem in zunehmendem Maße angewandten Verfahren zur
Lösung der Probleme, die durch Abfallmaterialien
verursacht werden, werden solche kationischen, üblicherweise
polymeren, Abfallsteuerungsmittel dem
Papierherstellungsprozeß zugesetzt, die in der Lage sind, anionische
Abfallmaterialien an den Pulpefasern zu fixieren. Das
kationische Mittel wird dabei der in Wasser
suspendierten Pulpe an einer geeigneten Stelle längs der
Papierfertigungsstraße zugesetzt. Ein derartiges Verfahren
ist aus der WO-A-9310305 vorbekannt.
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Diese Maßnahmen zur Lösung der Abfallmaterialprobleme,
die am Bildungsende, d. h. am nassen Ende, des
Papierherstellungsprozesses angewandt werden, sind die
brauchbarste Lösung zur örtlichen Überwindung der
Problemfälle, die beispielsweise durch die
Wiederumwandlung von Papierabfall verursacht werden, der in der
Fabrik entsteht. Bei den ständig strenger werdenden
Forderungen nach einem zunehmenden Maß an Papier-Recycling
ist diese Lösung jedoch weder universell anwendbar noch
ausreichend; denn Entfaserungs-(Repulpierungs)-
Einrichtungen müssen unabhängig davon für recyclebares
Fasermaterial zur Verfügung stehen, ob die die
Repulpierung der Recyclefaser durchführende Fabrik die
Möglichkeit der Anwendung eines anionischen
Abfallsteuerungsmittels in einer früheren Phase des
Papierherstellungsprozesses aufweist oder nicht.
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Die EP-A-0 350 668 offenbart die Verwendung einer
Stärkemischung, die ASA-behandelte und kationische Stärken
enthält, als äußeren Leim für Papier- und
Pappeprodukte. Dieses bekannte Verfahren soll jedoch nicht das
Problem der Neutralisierung der anionischen Restladung
eines Papierprodukts lösen, sondern die hydrophoben
Eigenschaften des Papierprodukts, z. B. der
Aufnahmegeschwindigkeit, der HST- und Gurley-Dichte, verbessern.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine universelle Lösung
des geschilderten Problems anzugeben. Das
erfindungsgemäße Verfahren basiert auf der Neutralisierung der
anionischen Restladung mittels einer kationischen
Zusammensetzung, so daß die kationische Zusammensetzung
der fertig geformten Bahn nach der Bildung der Bahn
zugesetzt wird. Wenn dann das Produkt auf den Markt
kommt, enthält es eine interne
Abfallsteuerungsbehandlung, so daß die Entfaserungsfabrik von
Abfallmaterialsteuerungsproblemen, die durch das Produkt entstehen,
entlastet wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt mithin die im
kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 definierten
Schritte. Die Anwendung der kationischen
Zusammensetzung kann an einer Vielzahl alternativer Stellen längs
der Fertigungsstraße erfolgen: Durch Sprühen der
Zusammensetzung auf die geformte Bahn, während sie auf dem
Langsieb oder Trocknungsfilzen läuft, Auftragen der
Zusammensetzung auf der Bahn nach dem Trocknungsabschnitt
der Papiermaschine vor dem Aufbringen der
Beschichtungs- und Leimungsmittel, die die anionische Ladung
erhöhen (z. B. u. a. eine Pigmentbeschichtung oder
Sperrschicht mit einem anionischen Dispersionsmittel), oder
nach der Beschichtung und Oberflächenbehandlung.
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Hinsichtlich des beabsichtigten Zwecks der Erfindung
(d. h. Recyclebarkeit des Papierprodukts) besteht kein
größerer Unterschied darin, ob die kationische
Zusammensetzung auf die eine oder andere Seite oder
symmetrisch auf beide Seiten der Bahn aufgebracht wird; das
günstigste Verfahren und die günstigste Stelle der
Anwendung werden durch den Aufbau der vorhandenen
Maschine und andere hinsichtlich der Papierqualität
erwünschte Eigenschaften bestimmt. Wenn beispielsweise ein
umgewandeltes Papierprodukt mit einer einseitig
beschichteten Basisbahn hergestellt werden soll, kann das
bevorzugte Verfahren die Anwendung der kationischen
Zusammensetzung auf der unbeschichteten Seite der
Basisbahn sein. Gleichzeitig kann die Wellung des
Papierprodukts verhindert werden. Wenn eine Druckpapiersorte
hergestellt werden soll, kann die kationische
Behandlung in geeigneter Weise auf beiden Seiten der Bahn
angewandt werden, um eine gleichmäßige Bedruckbarkeit
beider Seiten sicherzustellen. (Aus veröffentlichten
Untersuchungen mit kationischen Beschichtungspasten ist
zu schließen, daß kationische Bestandteile einen
vorteilhaften Einfluß auf, u. a. die Opazität,
Bedruckbarkeit und Festigkeit von beschichtetem Druckpapier
haben).
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Die vorteilhafterweise zugesetzte Menge der
kationischen Zusammensetzung muß so bemessen sein, daß die
Restladung des fertiggestellten Produkts weitgehend
Null ist. Je größer der Anteil der anionischen
Komponenten in der Basisbahn ist, um so größer ist die Menge
der zuzusetzenden kationischen Zusammensetzung. Die
optimale Zusatzmenge kann beispielsweise durch kolloidale
Titration bestimmt werden, indem zunächst eine
Bahnprobe in einem Labor-Pulper desintegriert und dann die
Titration der gefilterten wäßrigen Phase entweder mit
einem anionischen oder einem kationischen Reagenz in
Abhängigkeit von der anfänglichen Restladung der
Bahnprobe durchgeführt wird. In der Praxis variiert bei
Verwendung kommerziell erhältlicher kationischer
poly
merer Zusammensetzungen der vorteilhafte Zusatzbetrag
der kationischen Zusammensetzung im Bereich von 0,01
bis 1,0 Gew.-% der trocknen kationischen
Zusammensetzung relativ zum Gewicht der Papierbahn, und zwar in
Abhängigkeit vom Restanionengehalt des Papierprodukts.
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Das Aufbringen der kationischen Zusammensetzung auf der
Papierbahn kann nach den verschiedensten Verfahren
erfolgen, einschließlich u. a. durch Aufsprühen auf der
Bahn, Beschichten mittels einer Rakel, eine
Spritzpistole, eine Filmübertragung von einer Auftragwalze oder
Leimauftragwalze.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist die verwendete
kationische Zusammensetzung vorzugsweise ein
kationisches Polymer. Besonders geeignet sind solche
kationischen Polymere, bei denen die kationische Gruppe durch
funktionelle Gruppen gebildet wird, die aus einer
quartären Ammoniumgruppe stammen. Ein Vorteil dieser
kationischen Polymere besteht darin, daß ihre
kationische Funktion unabhängig vom pH-Bereich des
Auftragsziels nahezu konstant bleibt. (An dieser Stelle sei
darauf hingewiesen, daß bei der Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens u. a. auch folgende Materialien
angewandt werden können: Kationische Polymere des
Polyamids, Polyimids, Polyimins und andere Arten, z. B.
solcher, die auf tertiären Ammoniumverbindungen
basieren, vorausgesetzt, daß der pH-Wert auf einen für die
Anwendung dieser Polymere während der Recyclephase der
Fasern geeigneten Wert eingestellt wird). Im Handel
erhältliche kationische Polymere, die eine quartäre
Ammoniumgruppe enthalten, sind u. a.
Polydiallyldimethylammoniumchlorid (Poly-DADMAC) und Polymere, bei denen die
kationische Eigenschaft durch ein
Epoxypropyltrialkylammoniumsalz oder sein Derivat erzielt, wird, das bei
der Reaktion von Epichlorohydrin mit
Trialkylammoniumchlorid gebildet wird. Beispiele solcher kationischen
Polymere sind kationische Dispersionen, in denen eine
der polymerisierenden Komponenten ein Ester aus
Methacrylsäure und Epoxypropyltrimethylammoniumchlorid
oder ein Karbonhydratderivat mit einem hohen
Substitutionsgrad an Epoxypropyltrimethylammoniumchlorid ist.
Um eine geringe Zusatzmenge zu erzielen, muß die
kationische Restladung in dem verwendeten Polymer so hoch
wie möglich sein.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachstehend anhand
von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Beispiel 1
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Eine Papierbahn (Basisgewicht 80 g/m²) aus
ungebleichter Pulpe wurde zunächst vorbeschichtet mit einer
Beschichtungspaste mit einem Gehalt an 100 Teilen Kaolin,
5 Teilen anionischer oxidierter Kartoffelstärke und 7
Teilen aus Styrolbutadienlatex. Das Gewicht dieser
Pigmentschicht betrug 13 g/m². Als Wasserdampfsperre wurde
auf der Pigmentschicht eine 10 g/m² schwere
Sperrdispersionsschicht aufgebracht, die karboxiliertes
Styrolbutadien und Stärkepolymere sowie anionische
dispergierte Wachshydrokarbonate (zu deren Herstellung auf
die Patentanmeldung FI 915 541 verwiesen sei) enthielt.
Als nächstes wurde eine Reihe von Papiertestproben
vorbereitet, deren unbeschichtete Seite mit verschiedenen
Mengen eines aufgebrachten stark kationischen
Stärkederivats (oxidierte Stärke, kationisiert mit 2,3-
Epoxytrimethylammoniumchlorid bis zu einem
Substitutionsgrad von 0,7, Stickstoffgehalt 3,7%) behandelt war.
Bezüglich der Prüfdaten siehe Tabelle 1. Die Auftragung
erfolgte durch Aufsprühen einer wäßrigen Lösung des
kationischen Polymers auf die unbeschichtete Seite der
Papierbahn. Danach wurde die Papierbahn getrocknet.
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45 g des behandelten Papiers wurden zu kleinen Teilchen
zerkleinert und mit 955 g Wasser vermischt. Das Gemisch
wurde auf 45ºC erwärmt und danach in einem Labor-
Vollrath-Pulper 30 Minuten lang bei einer
Klingengeschwindigkeit von 3000 UPM desintegriert. Die Pulpe
wurde auf einem Langsieb mit einer Maschenweite von 150
um gefiltert, und dann wurden die Opazität (Trübe), der
chemische Sauerstoffgehalt und die Restladung des
Filtratwassers gemessen.
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Das Filtrat des Beispiels 1 war milchig weiß, opak und
dispersionsartig. Bei zunehmender Zusatzmenge des
kationischen Polymers wurde das Filtrat transparent, in
Probe 2 opaleszent und schließlich farblos, völlig klar
bei der Probe 4. Die Änderung des Aussehens des
Filtratwassers und die Ergebnisse der Probenmessungen
zeigen, daß das kationische Polymer in der Lage war, die
dispergierten Abfallmaterialien mit der wieder zu Pulpe
verarbeiteten Fasern zu verbinden. Aus der entfaserten
Pulpe wurden Labor-Hand-Blätter mittels einem Hand-
Formwerkzeug hergestellt. Ein Vergleich der Hand-
Blätter aus Pulpe, die aus Fasern aus recycletem
beschichtetem Papier-Rohmaterial gewonnen wurden, ergab
keine wesentlichen sichtbaren Unterschiede.
Tabelle 1
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Vergleich der Abfallmaterialladungskennzeichnungswerte
hinsichtlich unterschiedlicher Zusatzmengen des
kationischen Polymers, gemessen an dem weißen Wasser aus dem
Sieb nach der Repulpisierung. Probe 1 ist eine nicht
mit einem kationischen Polymer behandelte
Vergleichsprobe; Probe 5 ist eine reine Basisbahn ohne
Beschichtung mit einer die anionische Ladung erhöhenden
Pigmentschicht.
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Kationischer Polymerzusatz: Menge des kationischen
Polymerzusatzes in Prozent des Bahnbasis-Gewichts,
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Trübung: gemessen in NTE (nephelometrische Trübungs-
Einheiten) an dem weißen Wasser aus dem Langsieb nach
dem Cuvetten-Verfahren von Dr. Lange,
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CSB: chemischer Sauerstoffbedarf in mg/l, gemessen nach
dem Cuvetten-Verfahren von Dr. Lange,
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Restladung: gemessen an dem weißen Wasser aus dem
Langsieb durch Titration mittels einer
Kaliumpolyvinylsulfonatlösung (unter Verwendung einer
Mytek-Einrichtung). Ein negatives Vorzeichen bedeutet eine
anionische Restladung der Probe.
Beispiel 2
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Eine ungebleichte Basisbahn (Basisgewicht 80 g/m²)
wurde mit einer wäßrigen Lösung aus Poly-DADMAC besprüht,
und die Papier-Handblätter wurden getrocknet. Die mit
dem kationischen Polymer besprühte Seite der
Handblätter wurde mit einer 10 g/m² schweren
Sperrdispersionsschicht gemäß Beispiel 1 mittels eines Labor-Endupapp-
Auftraggeräts beschichtet. Die Handblätter wurden in
der im Beispiel 1 beschriebenen Weise repulpiert. Die
am weißen Wasser aus dem Sieb ermittelten Meßergebnisse
sind in Tabelle 2 angegeben. Das weiße Wasser aus dem
Langsieb, das bei den Proben 3 und 4 gewonnen wurde,
war bei visueller Betrachtung völlig klar.
Tabelle 2
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Beschichtungsgewicht: Gewicht der aufgetragenen
anionischen Dispersionsschicht (g/m²).
Beispiel 3
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Eine holzschliffhaltige gebleichte Basis-Bahn (40 g/m²)
wurde mit einer Paste in folgender Zusammensetzung
beschichtet: 100 Teile Kaolin, 11 Teile
Styrolbutadienlatex und 0,6 Teile Carboxymethylzellulose. Die
Beschichtung erfolgte auf beiden Seiten der Basis-Bahn mit
einem Flächengewicht von 9 g/m². Auf beiden Seiten des
beschichteten Handblatts wurde eine wäßrige Lösung des
im Beispiel 1 beschriebenen kationischen Polymers auf
Stärkebasis aufgebracht, so daß die Menge des
aufgebrachten kationischen Polymers schließlich 0,1% des
Blatt-Basisgewichts betrug. Das Handblatt wurde
getrocknet, wonach es auf die gleiche Weise wie im
Beispiel 1 repulpiert (wieder zu Pulpe verarbeitet) wurde.
In der nachstehenden Tabelle sind die Ergebnisse der an
der Probe und einer nicht mit der kationischen
Zusammensetzung behandelten Vergleichsprobe durchgeführten
Messungen angeführt.
Tabelle 3
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Das aus dem Langsieb ausgetretene weiße Wasser be i der
mit dem kationischen Polymer behandelten Probe war bei
visuelle Betrachtung völlig klar.