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EP2365130A1 - Imprägnierter Faserverbund, dessen Herstellung und Verwendung - Google Patents

Imprägnierter Faserverbund, dessen Herstellung und Verwendung Download PDF

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Publication number
EP2365130A1
EP2365130A1 EP20110155082 EP11155082A EP2365130A1 EP 2365130 A1 EP2365130 A1 EP 2365130A1 EP 20110155082 EP20110155082 EP 20110155082 EP 11155082 A EP11155082 A EP 11155082A EP 2365130 A1 EP2365130 A1 EP 2365130A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fiber composite
additive
composite fiber
reactive component
paper
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Withdrawn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
EP20110155082
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Reinhard Kräuter
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.)
Bene_fit Systems & Co KG GmbH
Original Assignee
Bene_fit Systems & Co KG GmbH
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
Application filed by Bene_fit Systems & Co KG GmbH filed Critical Bene_fit Systems & Co KG GmbH
Publication of EP2365130A1 publication Critical patent/EP2365130A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H21/00—Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its function, form or properties; Paper-impregnating or coating material, characterised by its function, form or properties
    • D21H21/14—Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its function, form or properties; Paper-impregnating or coating material, characterised by its function, form or properties characterised by function or properties in or on the paper
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H17/00—Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its constitution; Paper-impregnating material characterised by its constitution
    • D21H17/03—Non-macromolecular organic compounds
    • D21H17/05—Non-macromolecular organic compounds containing elements other than carbon and hydrogen only
    • D21H17/07—Nitrogen-containing compounds
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H17/00—Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its constitution; Paper-impregnating material characterised by its constitution
    • D21H17/63—Inorganic compounds
    • D21H17/66—Salts, e.g. alums
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H17/00—Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its constitution; Paper-impregnating material characterised by its constitution
    • D21H17/63—Inorganic compounds
    • D21H17/67—Water-insoluble compounds, e.g. fillers, pigments
    • D21H17/68—Water-insoluble compounds, e.g. fillers, pigments siliceous, e.g. clays
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • D21H17/63—Inorganic compounds
    • D21H17/70—Inorganic compounds forming new compounds in situ, e.g. within the pulp or paper, by chemical reaction with other substances added separately

Definitions

  • the invention relates to a fiber composite which comprises at least one additive integrated into the fiber composite which is suitable for improving at least one property of the fiber composite selected from the group consisting of opacity, whiteness, cellulose content, strength, flame retardancy, air permeability, porosity Gloss, smoothness, haptic, printability, hapticity, coatability, dyeability, color rendering, wet strength, tear propagation resistance, bondability, sheet-forming properties, dewaterability, volume index, roughness, drying, coatability, chemical resistance, pick resistance, mottling and others.
  • the additive can be prepared from at least two liquid and / or solid reactive components which can be supplied separately to the fiber composite and which can be reacted with one another during or after the production of the fiber composite by chemical reaction to the additive.
  • the invention relates to a method for producing a fiber composite, which comprises at least one integrated in the fiber composite additive, which is suitable for improving at least one property of the fiber composite, which is selected from a group, which opacity, whiteness, cellulose content, strength, flame retardancy , Air permeability, porosity, gloss, smoothness, haptics, printability, hapticity, coatability, dyeability, color rendering, wet strength, tear propagation resistance, bondability, sheet forming properties, dewaterability, volume index, roughness, drying, coatability, chemical resistance, pick resistance, mottling and others.
  • the additive is prepared from at least two liquid and / or solid reactive components, which are fed to the fiber composite separately and which be reacted with each other during or after the production of the fiber composite to the additive.
  • Paper is a material that is mainly used for writing and printing and consists largely of vegetable fibers.
  • fillers, pigments and additives are used in papermaking.
  • Important applications for such fiber composites are in addition to the use as information carrier packaging (cardboard, cardboard), hygiene papers such as toilet paper and specialty papers such as wallpaper.
  • the main component of paper is usually pulp or mechanical pulp (eg made of groundwood).
  • fillers and / or pigments are added to the stock. Through this one is able to adapt the properties of the paper to a certain extent to the respective requirements.
  • Possible fillers are z. Kaolin, talc, titanium dioxide, ground calcium carbonate (GCC) and precipitated calcium carbonate (PCC).
  • GCC ground calcium carbonate
  • PCC precipitated calcium carbonate
  • Kaolin is mainly used as a pigment in papermaking. Kaolin remains chemically inert over a wide pH range and can therefore be used not only in acidic but also in alkaline production processes.
  • Talc reduces the porosity of paper and is therefore used to improve the printability of uncoated papers.
  • Titanium dioxide With titanium dioxide high opacity, good light scattering and excellent gloss can be achieved. TiO 2 is many times more expensive than calcium carbonate and is therefore not used in standard filling or coating applications. Titanium dioxide is one of the most expensive components compared to the mentioned fillers and pigments for paper.
  • GCC ground
  • PCC precipitated calcium carbonate
  • GCC contains 40-75% particles with a size (particle diameter d 50 ) of less than 2 ⁇ m.
  • PCC is a synthetic industrial mineral made from quicklime or its raw material, limestone. The paper industry is the largest buyer of PCC and uses the material as a filler and as a coating pigment. PCC reduces fiber strength and therefore can not be used in bulk as a filler. The same applies to other fillers used according to the prior art.
  • Further properties of papers can be influenced by further additives.
  • high opacity and high whiteness are crucial goals z. B. in the production of specialty papers.
  • pigments especially TiO 2 can Both the whiteness, but especially the opacity be increased significantly.
  • TiO 2 causes high opacity and a high whiteness, but has no beneficial self-extinguishing properties, or no flame retardant effect, which are in some applications of great interest.
  • the very expensive TiO 2 does not contribute to the reinforcement of the paper.
  • a high tensile strength is z. B. desired in the manufacture of kraft paper or decorative paper. The strength of the tensile strength is usually measured as breaking load in. The force necessary to tear a paper sample is given in Newton.
  • the tensile strength mainly depends on the basis weight
  • the tensile strength is often referred back to the basis weight and given as the tensile index with the unit of measure Nm / g (or kNm / g).
  • the strength is reduced.
  • the paper industry has an interest in having innovative processes and formulations which make it possible to provide a paper product with high opacity and high filler content at a favorable price. These should have the properties and functionalities known or improved from the state of the art, in particular with regard to strength and self-extinguishing properties.
  • Possibilities for this purpose include, for example, the fibers by physical, chemical or mechanical methods or a combination of these methods z. B. in combination with other methods or materials, eg. As fillers or pigments to change so that they give the paper higher strength at the same time lesser amount of fiber. A positive side effect here is that the optical properties and processing properties of papers thus produced could also be improved due to the higher filler content.
  • the above-mentioned fillers and pigments in the indicated mineralogical or chemical or morphological form are added to the process of papermaking or, as in DE 10 2006 029 642 B3 described, precipitated in the pulp suspension.
  • a method for loading a pulp suspension with fillers, in particular calcium carbonate wherein calcium hydroxide is introduced in liquid or dry form into the fiber suspension and precipitated by a chemical reaction of the fillers in the pulp suspension.
  • the PCC precipitates rhombohedral, scalenohedral or spherical and the crystals have dimensions of 0.05 - 5 ⁇ m.
  • DE 10 2005 015 196 A1 describes a process for flame retardant finishing of fiber products using polyethyleneimine and a phosphoric acid.
  • EP 112 903 3 B1 discloses a process in which a particularly highly concentrated slurry with up to 70% solids of satin white is obtained. This is z. B. used for high quality art papers with a high gloss and a high degree of whiteness as an additive. These papers receive their excellent print appearance and exceptional feel, as requested and expected by customers for high quality art paper, through a special satin-lay process.
  • the object of the invention is therefore to provide a fiber composite which comprises at least one additive integrated in the fiber composite, which is suitable for improving at least one property of the fiber composite, wherein the additive of at least two reactive components can be produced, which the fiber composite fed separately are and which during or after the production of the fiber composite with each other by chemical reaction to the additive can be implemented.
  • Another aim is that a high opacity and a high degree of whiteness in the fiber composite can be achieved with a reduced proportion of TiO 2 or without the addition of TiO 2 .
  • the relative proportion of fibers in the production or coating of a fiber composite should be reduced to reduce the manufacturing costs and at the same time the strength of the fiber composite should be kept almost constant or increased.
  • An essential aspect of the invention is a fiber composite which comprises at least one additive integrated in the fiber composite, which is suitable for improving at least one property of the fiber composite which is selected from a group which opacity, whiteness, cellulose content, strength, flame retardancy, air permeability , Porosity, gloss, smoothness, feel, printability, hapticity, flatability, dyeability, color rendering, wet strength, tear propagation resistance, bondability, sheet forming properties, dewaterability, bulk index, roughness, drying, coatability, chemical resistance, pick resistance, mottling and others, the additive consisting of at least two reactive components can be produced, which can be supplied to the fiber composite separately and which can be reacted with each other during or after the production of the fiber composite by chemical reaction to the additive.
  • the additive consisting of at least two reactive components can be produced, which can be supplied to the fiber composite separately and which can be reacted with each other during or after the production of the fiber composite by chemical reaction to the additive.
  • the chemical reaction of the at least two liquid and / or solid reactive components to form an additive during or after the production of the fiber composite offers the possibility of being able to use cavities in the fiber composite particularly efficiently.
  • at least one of the reactive components preferably all reactive components, are liquid and / or solid and / or gaseous components.
  • a fiber composite in which at least one of the reactive components is selected from a group which comprises Ca compounds, Mg compounds, Ba compounds, Sr compounds, Al compounds, ammonium compounds, borates, silicates, phosphates, sulfates , Salts of organic acids, silica and others, which components may be present as a solid, suspension, emulsion and / or solution in aqueous and / or organic solvent.
  • the reactive components is selected from a group which comprises Ca compounds, Mg compounds, Ba compounds, Sr compounds, Al compounds, ammonium compounds, borates, silicates, phosphates, sulfates , Salts of organic acids, silica and others, which components may be present as a solid, suspension, emulsion and / or solution in aqueous and / or organic solvent.
  • the described components offer by reaction with other substances, which may also be selected from the group of these components, the ability to produce a variety of additives directly in the fiber composite can.
  • the positive effect of some of the additives that can be produced thereby is already known, but this is often significantly enhanced by the chemical reaction directly in the fiber composite. It is thus possible, for example, to produce fiber composites with a very high degree of whiteness or L * value in the L * a * b * color space even without the use of TiO 2 .
  • a fiber composite for. As a paper to equip flame retardant in a simple and cost-effective manner. Other chemical and / or physical properties of the fiber composite (eg paper, cardboard, cardboard), such.
  • the additive is present in the fiber composite as a solid.
  • it is also possible that it is present as a gel, liquid film, sol or other forms in the fiber composite.
  • a possible additive in high-grade paper grades with a high gloss and a high degree of whiteness is satin white of the empirical formula Ca 6 Al 2 (SO 4 ) 3 (OH) 12 ⁇ 26H 2 O, which occasionally also contains Ca 6 Al 2 [(OH) 12
  • particularly highly concentrated suspensions are used for coating papers Additive containing up to 70% solids used. Thanks to a special calendering process, these paper grades receive their excellent print appearance and an extraordinary feel.
  • the suspensions are characterized by a disadvantageously high viscosity, which makes handling very difficult. Both the materials used for the preparation of this suspension and the difficult handling make paper containing satin-white more expensive.
  • the additive in the fiber composite is satin white and / or has the empirical formula Ca 6 Al 2 [ (OH) 12
  • a Ca component may first be added as filler to a fiber composite before, during or after its production. Subsequently, the fiber composite is coated by a customary in the paper industry application unit according to the prior art (eg, film press, size press, blade) with an Al-containing component, for example Al 2 (SO 4 ) 3 . This penetrates the paper and forms with the contained Ca-component in the fiber composite satin white.
  • the reaction conditions such as a possibly necessary pH adjustment or others are adapted to the respective requirements.
  • the fiber composite initially contains an Al-containing component and is then coated in a subsequent step with a Ca-containing component.
  • the use of highly viscous suspensions can be dispensed with.
  • the additive comprises a carbonate group and / or a silicate group and / or a sulfate group and an alkaline earth metal, preferably Ca and / or Mg, this additive having a structure by which the fiber composite is additionally crosslinkable.
  • Such additives are particularly preferred in order to be able to maintain or even increase the strength of the fiber composite even in the case of possibly reduced cellulose content.
  • Such carbonates or silicates or sulfates form net-like structures which reinforce the fiber composite in addition to the net-like composite of the cellulose fibers. This can be done, for example, in that in the reaction of the reactive components used, these crystallize in the form of fine needles or rods and are present in this form in the fiber composite. The individual needles and / or rods interlock and thus form an additional network.
  • the additive crystals can be firmly bonded to the individual cellulose fibers, which not only two separate networks, namely one made of cellulose fibers and another of additive crystals, which penetrate each other, but a single network, which includes both cellulose fibers and additive crystals and so has a special strength. Also other crystal forms, e.g. Tufts are suitable for such network structure enhancing crosslinks.
  • the invention is therefore not limited to additives which crystallize in needle and / or rod form.
  • other additives with similar crosslinking properties is possible, even if they have no carbonate group and / or silicate group.
  • these are phosphates.
  • the fiber composite is particularly preferably a cardboard and / or a paper or a paperboard and / or paper precursor. Since particular requirements are placed on the material properties in the case of boards and / or papers, particular demands are placed on the additives for these applications.
  • the formation of the additives during or after the production of the fiber composite makes it possible to influence a wide range of properties of a paper or a cardboard. In some cases it is possible to increase the proportion of additives and / or to improve the effectiveness of the additives in the fiber composite.
  • Such a fiber composite preferably takes place as a storage medium for information, as hygiene articles and / or for applications in the construction industry, packaging industry and / or as a decorative element. Especially in these applications, high demands are made in particular with regard to strength, feel, opacity, gloss, smoothness, printability, color rendering, volume index, roughness, chemical resistance, mottling and others.
  • Another essential aspect of the invention is a method for producing a fiber composite which comprises at least one additive integrated in the fiber composite, which is suitable for improving at least one property of the fiber composite which is selected from a group which opacity, whiteness, cellulose content, strength , flame retardancy, air permeability, porosity, gloss, smoothness, haptics, printability, creasability, coatability, dyeability, color rendering, wet strength, tear propagation resistance, bondability, sheet forming properties, dewaterability, volume index, roughness, drying, coatability, chemical resistance, pick resistance, mottling and others wherein the additive is prepared from at least two reactive components which are supplied separately to the fiber composite and which are reacted with each other during or after the production of the fiber composite to the additive.
  • the additive is prepared from at least two reactive components which are supplied separately to the fiber composite and which are reacted with each other during or after the production of the fiber composite to the additive.
  • the handling can be facilitated, since many times soluble reactive components are used and not a suspension of the additive must be handled.
  • the distribution of the additive in the fiber composite can also be improved, since - especially in the case of homogeneous solutions of the reactive components - the reaction to the additive can be very homogeneously distributed over the entire fiber composite. This leads to improved properties, in particular with regard to mottling.
  • the formation of the additive in terms of the strength of the fiber composite is advantageous because in the formation of the additive this can also get into the finest gaps in the fiber composite. As a result, for example, an additional crosslinking of cellulose fibers via the additive in these areas is possible.
  • liquid and / or solid reactive components are used.
  • the reaction of the reactive components to the additive is possible during various process steps.
  • at least one first reactive component is added to a fiber before and / or during formation of a fiber composite
  • at least one further second reactive component is added to the fiber composite in a second step during and / or after its formation this second reactive component, preferably brought about by an adjustment of defined reaction conditions and optionally by addition of further reactants, with the first reactive component for the reaction to the additive.
  • the addition of the second reactive component may be independent of the reaction to the additive. It is likewise possible for the addition of the second additive and / or the reaction to take place in a time- and / or place-offset manner. Optionally, this can also be done before or after the production of the paper or the (possibly partial) drying.
  • At least one first reactive component is introduced onto the fiber composite and / or into the fiber composite, and in a second subsequent step at least one further, second reactive component is applied to the fiber composite and / or introduced into the fiber composite and this second reactive component, preferably by an adjustment of defined reaction conditions and optionally by adding further reactants, with the first reactive component for the reaction to the additive brought.
  • the production of the fiber composite takes place, for example. of the paper sheet and only in a subsequent step, the first reactive component is applied to the fiber composite. It is e.g. by diffusion possible that the first reactive component also penetrates into the interior of the fiber composite. The penetration depth can be controlled via a selection of process parameters.
  • a plurality of additives are formed by such a method.
  • at least one third reactive component is introduced onto the fiber composite and / or into the fiber composite
  • at least one further, fourth reactive component is applied to the fiber composite and / or introduced into the fiber composite and this fourth reactive component, preferably by setting defined reaction conditions and optionally by adding further reactants, brought to the reaction with the third reactive component to the additive.
  • the example of papermaking can therefore be any material.
  • the reactive components are applied at the same time to a fiber composite or introduced into this.
  • a first and a second reactive component is introduced onto the fiber composite and / or fiber composite and this second reactive component, preferably by setting defined reaction conditions and optionally by adding further reactants, with the first reactive Component brought to the reaction for the additive.
  • the time and place of addition of the respective reactive components to one another and, in particular, the time and place of initiation of the reaction of these components with one another are independent.
  • Particularly preferred is a method in which the first and second reactive components are added to the fiber composite, which react to satin white with the empirical formula Ca 6 Al 2 (SO 4 ) 3 (OH) 12 ⁇ 26H 2 O.
  • the highly viscous suspension of satin white must be handled procedurally in order to introduce the satin white into the fiber composite.
  • the fiber composite is admixed with first and second reactive components which react to form an additive comprising a carbonate group and / or a silicate group and / or a sulfate group and an alkaline earth metal, preferably Ca and Mg, and preferably has a structure , which additionally crosslinks the fiber composite.
  • Example (natural or synthetic) prefers Shape, example Ca sources Ca (OH) 2 , CaO, CaSO 4 , CaCl 2 , Ca (NO 3 ) 2 , Ca 2+ CaO, Ca (OH) 2 , Ca 2+ Powder / suspension, solution Mg sources Mg (OH) 2, MgO, MgSO4, MgCl2, Mg (NO 3).
  • the ion form is optional for all NH 4 (OH), NH 4 H 2 PO 4 , (NH 4 ) 2 HPO 4 , (NH 4 ) 3 PO 4 , polyammonium phosphate
  • the ion form is also optional for all Solution, gaseous, powder, suspension Ca sources Ca (OH) 2, CaO, C 3 SO 4, CaCl 2, Ca (NO 3) 2, Ca 2+ CaO, Ca (OH) 2 , Ca 2+ Powder 1 suspension, solution Mg sources Mg (OH) 2, MgO, MgSO4, MgCl2, Mg (NO 3) 2, Mg 2+ MgO, Mg (OH) 2 , Mg 2+ Powder 1 suspension Combined Ca and Mg sources Dolomit
  • the following table shows an overview of chemical-physical parameters for further description of the first or further components.
  • the degree of purity of the reactive components used can be comparatively low, since an additional purification can take place by the reaction to the additive. For example, this is possible if the contaminant can not react with the second or another reactive component and therefore, for. B. remains in solution and can be washed out with remaining solvent from the fiber composite.
  • Table 2 parameter unit Area P refers Mostly preferred Purity****) ma% 1-100 5-100 10-100 Heavy metals ***) ma% ⁇ 10 ⁇ 5 ⁇ 1 ***) Sum of: Cu, Pb, Hg, Zn, Ni, Cd, Cr ****) purity as a single substance or as a mixture of these individual substances analogous to Table 1 or similar
  • Table 3 parameter unit Area P refers Mostly preferred Purity****) ma% 1-100 5-100 10-100 Heavy metals ***) ma% ⁇ 10 ⁇ 5 ⁇ 1 ***) Sum of: Cu, Pb, Hg, Zn, Ni, Cd, Cr ****) purity as a single substance or as a mixture of these individual substances analogous to Table 1 or similar
  • a paper according to the prior art is first used and this coated by means of a laboratory film press with a second component.
  • the fiber composite used as base paper was a office paper, 80 g / m 2 , DIN A4, CaCO 3 30% by mass, to which an H 2 SO 4 solution, 10% by mass, was applied.
  • the conditions of the laboratory film press in producing the fiber composite according to Example 1 are shown in Table 4.
  • the subsequent drying took place over 30 s with 100% IR and hot air capacity (1000 watts total device output).
  • Table 4 doctor squeegee pressure rolling pressure speed Wet application [g] [bar] [bar] [M / min] - - 600 11 0.36 0.24 0.27
  • Table 5 A selection of chemical and physical data of a so produced fiber composite according to Example 1 are shown in Table 5.
  • Table 5 parameter blank Pattern with reactive components 2 Whiteness, R 457, Elrepho 90 92 Inorganic paper components, X-ray diffraction CaCO 3 CaCO 3 and CaSO 4 To clarify this is For clarity, this graphic is enlarged after the description as Fig. 1 shown. Graphic following the description enlarged as Fig. 2 shown. REM irregular particle structure For clarity, this illustration is enlarged as follows Fig. 3 shown. Fiber and Stem Particle Structure For clarity, this illustration is enlarged as follows Fig. 4 shown.
  • Table 7 The results of investigations into the fire behavior of such treated fiber composites are shown in Table 7. It can be seen that a reaction has taken place which makes the paper self-extinguishing. The coating impregnated the paper in such a way that a flame-retardant property was achieved. The other paper parameters could be kept the same, improved or only insignificantly deteriorated.
  • Table 7 Blank office paper Blank sample of printing paper Office paper with order c Printing paper with order c Office paper with order d Printing paper with order d fire behavior Not self-extinguishing Not self-extinguishing self-extinguishing self-extinguishing self-extinguishing self-extinguishing self-extinguishing self-extinguishing self-extinguishing.
  • a paper with a reactive component 1 was prepared and then coated with a second reactive component 2 by means of a laboratory film press.
  • a Rapid Köthen sheet former was used to prepare a paper having a first reactive component.
  • the conditions for making paper analogous to Example 3 are shown in Table 8.
  • Table 8 raw materials unit concentration Pulp suspension ma% 4.0 1.
  • reactive component comprising CaCO 3 and MgO as suspension ma% 20 Paper, Targets value sheet weight G 2.3 Fibrous material in the leaf ma% 70 Salary, 1st reactive component, should ma% 30 *)
  • d 90 10 ⁇ m
  • d 50 3 ⁇ m and high purity of CaCO 3 and MgO.
  • Part 2 Coating of a fiber composite obtained by the method described in Part 1 with a second reactive component
  • Table 11 parameter base paper Base paper after order opacity 85 90 fire behavior Not self-extinguishing self-extinguishing REM irregular Contains mineral fiber approaches X-ray diffraction CaCO 3 , MgO, Mg (OH) 2 CaCO 3 , MgO, Mg (OH) 2 , MgNH 4 PO 4 .H 2 O
  • a reactive material is added to the pulp prior to paper sheet formation and, after sheet formation, is located in the sheet and thereafter reacted with a second component.
  • pulp used in this example is pulp.
  • the first reactive component used in this example is an aqueous suspension of a mixture of Ca (OH) 2 and Mg (OH) 2 prepared by hydration of fully calcined dolomite.
  • a laboratory sheet former Rost-Köthen
  • a fiber composite is produced from an aqueous suspension of the pulp with the addition of the first reactive component, which is then fumigated in the moist state with CO 2 as an example of the second component.
  • the conditions are varied.
  • the reaction takes place a) at low temperature and b) at elevated temperature.
  • Table 12 shows the chemical and physical data of a fiber composite that can be produced according to Example 4. As the table shows, both whiteness and opacity could be increased over the control.
  • a fiber composite according to the prior art is prepared and applied near the surface of a first reactive material by brushing and this immediately reacted with a second component to the reaction.
  • a fiber composite according to the prior art filter paper is used as a fiber composite according to the prior art filter paper.
  • This is coated by means of semiautomatic film applicator with a suspension of the reactive component 1 (6 microns squeegee, 140 mm / sec squeegee speed).
  • Reactive component 1 used here is an aqueous suspension of a mixture of Ca (OH) 2 and Mg (OH) 2 , for example prepared by hydration of fully calcined dolomite.
  • the coated fiber composite is then gassed in the wet state with CO 2 as an example of the second component. The conditions are varied here.
  • a base paper according to the prior art is coated with a suitable and known application method, eg Curtaincoating in parallel with a Ca-containing aqueous component and an Al-containing aqueous component, wherein the reaction product forms directly on the paper surface.
  • the Ca component is a suspension of Ca (OH) 2 (10% by mass) and the Al component is an Al 2 (SO 4 ) 3 solution (5% by mass). With water, these components react after the reaction Ca 3 Al 2 (OH) 12 + 3 CaSO 4 .2H 2 O ⁇ Ca 6 Al 2 (SO 4 ) 3 (OH) 12 .226H 2 O to satin white. It comes directly to the surface of the base paper to form a layer of satin white, associated with an increase in whiteness, opacity and smoothness.
  • the fiber composites thus obtained may e.g. used as paper and are brought there in the known and due to the technical, economic and environmental benefits in new applications used.
  • inventive storage and / or application of a first or further and / or second or further component in the paper or on the paper surface leads to the chemical formation of new mineral modifications and / or a physical phase change of materials.
  • new paper properties are also formed, eg. Example, caused by structural change of materials increase the strength, opacity, whiteness or self-extinguishing properties.
  • the products of the invention are suitable for use z.
  • FIG. 1 shows a spectrum of the X-ray diffraction analysis of the blank of Example 1.
  • especially calcite CaCO 3 provides a clear signal.
  • a signal for gypsum CaSO 4 -2H 2 O can not be recognized, or does not stand out from the background noise.
  • FIG. 3 shows a scanning electron micrograph of the particle structure of the blank of Example 1. It can be seen predominantly platelet-shaped particles, which have largely attached to agglomerates together. However, a large number of individual particles can also be recognized.
  • FIG. 4 shows a scanning electron micrograph of the particle structure of the coated paper of Example 1. Here it can be seen that predominantly rod-shaped particles have formed. Partly they are stacked to clumps. Some of the rod-shaped crystals have also attached to the cellulose fiber, which extends from the right edge of the image obliquely to the left to the upper edge of the picture.
  • FIG. 5 shows a scanning electron micrograph of the particle structure of the resulting additives of Example 4 at low temperature reaction control. It can be seen a variety of rod-shaped crystals, which are distributed seemingly disordered over the entire image section. They do not seem to have a preference orientation. Many of the rod-shaped crystals have lateral extensions, which allow the individual crystals to interlock with one another and thus form a composite in the form of a chaotically appearing network.
  • FIG. 6 a scanning electron micrograph of the particle structure of the resulting additives of Example 4 is shown, but in reaction at elevated temperature.
  • the rod-shaped crystals obtained also in this experimental procedure appear slightly larger than those in Fig. 5 and to be slightly more irregular. This results in a variety of interaction options through which the individual crystals can interact with each other.
  • the network structure seems out compared to that Fig. 5 however, to be less dense.
  • FIG. 7 shows a scanning electron micrograph of the particle structure of the resulting additives from Example 5 at low temperature reaction control.
  • rod-shaped crystals can be clearly seen. Some of these are covered with the smaller crystals, so that forms a rough surface, through which the individual rods can get caught with each other. It seems to have formed a comparatively wide-meshed network structure, since almost every rod-shaped particles is in contact with at least two other of these particles.
  • FIG. 8 shows a scanning electron micrograph of the particle structure of the resulting additives from Example 5 in reaction at elevated temperature. Again, a variety of rod-shaped crystals can be seen, on which have accumulated smaller, particles of undetermined geometry. The network-like compound forming by interaction of the rods seems to be opposite to the one in FIG Fig. 7 shown to be denser.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Faserverbund, der mindestens ein in den Faserverbund integriertes Additiv umfasst, welches zur Verbesserung mindestens einer Eigenschaft des Faserverbundes geeignet ist, die ausgewählt ist aus einer Gruppe, welche Opazität, Weißgrad, Celluloseanteil, Festigkeit, flammhemmende Wirkung, Luftdurchlässigkeit, Porosität, Glanz, Glätte, Haptik, Bedruckbarkeit, Falzbarkeit, Kaschierbarkeit, Färbbarkeit, Farbwiedergabe, Nassfestigkeit, Weiterreißfestigkeit, Verbindbarkeit, Blattbildungseigenschaften, Entwässerbarkeit, Volumenindex, Rauigkeit, Trocknung, Beschichtungsfähigkeit, Chemikalienbeständigkeit, Rupffestigkeit, Mottling und andere umfasst, das Additiv aus mindestens zwei flüssigen und/oder festen reaktiven Komponenten herstellbar ist, die dem Faserverbund separat zuführbar sind und die während oder nach der Herstellung des Faserverbundes miteinander durch chemische Reaktion zu dem Additiv umsetzbar sind. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Faserverbundes.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf Faserverbund, welcher mindestens ein in den Faserverbund integriertes Additiv umfasst, welches zur Verbesserung mindestens einer Eigenschaft des Faserverbundes geeignet ist, welche ausgewählt ist aus einer Gruppe, welche Opazität, Weißgrad, Celluloseanteil, Festigkeit, flammhemmende Wirkung, Luftdurchlässigkeit, Porosität, Glanz, Glätte, Haptik, Bedruckbarkeit, Falzbarkeit, Kaschierbarkeit, Färbbarkeit, Farbwiedergabe, Nassfestigkeit, Weiterreißfestigkeit, Verbindbarkeit, Blattbildungseigenschaften, Entwässerbarkeit, Volumenindex, Rauigkeit, Trocknung, Beschichtungsfähigkeit, Chemikalienbeständigkeit, Rupffestigkeit, Mottling und andere umfasst. Das Additiv ist aus mindestens zwei flüssigen und/oder festen reaktiven Komponenten herstellbar, welche dem Faserverbund separat zuführbar sind und welche während oder nach der Herstellung des Faserverbundes miteinander durch chemische Reaktion zu dem Additiv umsetzbar sind.
  • Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundes, welcher mindestens ein in den Faserverbund integriertes Additiv umfasst, das zur Verbesserung mindestens einer Eigenschaft des Faserverbundes geeignet ist, welche ausgewählt ist aus einer Gruppe, welche Opazität, Weißgrad, Celluloseanteil, Festigkeit, flammhemmende Wirkung, Luftdurchlässigkeit, Porosität, Glanz, Glätte, Haptik, Bedruckbarkeit, Falzbarkeit, Kaschierbarkeit, Färbbarkeit, Farbwiedergabe, Nassfestigkeit, Weiterreißfestigkeit, Verbindbarkeit, Blattbildungseigenschaften, Entwässerbarkeit, Volumenindex, Rauigkeit, Trocknung, Beschichtungsfähigkeit, Chemikalienbeständigkeit, Rupffestigkeit, Mottling und andere umfasst. Das Additiv wird aus mindestens zwei flüssigen und/oder festen reaktiven Komponenten hergestellt, welche dem Faserverbund separat zugeführt werden und welche während oder nach der Herstellung des Faserverbundes miteinander zu dem Additiv umgesetzt werden.
  • Papier ist ein Material, das vorwiegend zum Beschreiben und Bedrucken verwendet wird und größtenteils aus pflanzlichen Fasern besteht. Daneben kommen Füllstoffe, Pigmente und Additive in der Papierherstellung zum Einsatz. Wichtige Einsatzgebiete für derartige Faserverbünde sind neben der Verwendung als Informationsträger Verpackungen (Pappe, Karton), Hygienepapiere wie Toilettenpapier und Spezialpapiere wie Tapeten. Hauptbestandteil von Papier ist in der Regel Zellstoff oder Holzstoff (z. B. aus Holzschliff).
  • Die für das Papier notwendigen Ausgangsstoffe sind in vier Gruppen einteilbar. Diese sind:
    • Faserstoffe (z.B. Holzschliff, Halbzellstoffe, Zellstoffe, andere Fasern),
    • Leimung und Imprägnierung (z.B. tierische Leime, Harze, Paraffine, Wachse),
    • Füllstoffe (z. B. Kaolin, Talkum, Gips, Bariumsulfat, Kreide, Titanweiß),
    • Hilfsstoffe (z. B. Wasser, Farbstoffe, Entschäumer, Dispergiermittel, Retentionsmittel, Flockungsmittel, Netzmittel).
  • Zu 95 % wird Papier heute aus Holz in Form von Holzstoff, Halbzellstoff oder Zellstoff hergestellt. Häufig werden Nadelhölzer wie Fichte, Tanne, Kiefer und Lärche verwendet. Aufgrund der üblicherweise längeren Fasern von Holzstoff aus Nadelhölzern gegenüber dem aus Laubhölzern verfilzen Nadelholz-Fasern leichter und es ergibt sich eine höhere Festigkeit des Papiers. Der im Papier eingesetzte Faserstoff ist im Vergleich zu anderen benötigten Rohstoffen und den weiteren eingesetzten Füllstoffen einer der größten Kostenfaktoren bei den Papierrohstoffen. Es wird global ein zunehmender Papierbedarf erwartet, was wiederum zu steigenden Preise für Faserstoffe führen wird. Zusätzlich wird aufgrund des zukünftig erwarteten verschärften Wettbewerbs verschiedener Nutzungsarten für nachwachsende Rohstoffe (z. B. für energetische Nutzung, biobasierte Polymere) eine erhebliche weitergehende Verknappung erwartet, die ebenfalls mit entsprechenden Preissteigerungen verbunden ist und die sich bereits jetzt abzeichnet.
  • Neben den Faserstoffen werden dem Ganzstoff bis zu 30% und mehr an Füllstoffen und/oder Pigmenten hinzugefügt. Durch diese ist man in der Lage, die Eigenschaften des Papiers in einem gewissen Rahmen auf die jeweiligen Anforderungen anpassen zu können. Mögliche Füllstoffe (Additive) sind z. B. Kaolin, Talkum, Titandioxid, gemahlenes Calciumcarbonat (GCC) und gefälltes Calciumcarbonat (PCC). Durch das Ausfüllen der Zwischenräume zwischen den Fasern machen die Füllstoffe das Papier weicher und geschmeidiger und geben ihm eine glatte Oberfläche. Der Anteil der Füllstoffe am Flächengewicht drückt sich in der sogenannten Aschezahl aus. Die Zusammensetzung und Kristallstruktur der Füllstoffe bestimmt Transparenz und Opazität eines Papiers sowie die Farbannahme beim Druck mit wegschlagenden Farben.
  • Kaolin wird bei der Papierherstellung hauptsächlich als Pigment eingesetzt. Kaolin bleibt über ein weites pH-Spektrum chemisch inert und kann deshalb nicht nur in sauren, sondern auch in alkalischen Produktionsverfahren verwendet werden.
  • Talkum verringert die Porosität von Papier und wird daher zur Verbesserung der Bedruckbarkeit ungestrichener Papiere eingesetzt.
  • Mit Titandioxid kann eine hohe Opazität, eine gute Lichtstreuung und ausgezeichneter Glanz erzielt werden. TiO2 ist um ein Vielfaches teurer als Calciumcarbonat und wird daher nicht in standardmäßigen Füll- oder Streichanwendungen eingesetzt. Im Vergleich der erwähnten Füllstoffe und Pigmente für Papier ist Titandioxid eine der kostenintensivsten Komponenten.
  • Ein weiterer wichtiger Zusatzstoff in der Papierherstellung ist Calciumcarbonat, welches als gemahlenes (GCC) oder gefälltes (PCC) Calciumcarbonat eingesetzt wird. Als Füllstoff enthält GCC zu 40 - 75 % Partikel mit einer Größe (Partikeldurchmesser d50) von weniger als 2 µm. PCC ist ein synthetisches Industriemineral, das aus gebranntem Kalk oder dessen Rohstoff, Kalkstein, hergestellt wird. Die Papierindustrie ist der größte Abnehmer von PCC und verwendet das Material als Füllstoff und als Streichpigment. PCC reduziert die Faserfestigkeit, weshalb es nicht in großem Mengen als Füllstoff verwendet werden kann. Ähnliches gilt auch für andere eingesetzte Füllstoffe nach dem Stand der Technik.
  • Neben diesen Füllstoffen welche teilweise in großen Mengen eingesetzt werden kommen zahlreiche weitere Mineralien in verschiedenen Anwendungen mit geringen Auftrags- oder Füllmengen zum Einsatz. Dazu gehören u. a. Gips, Bentonit, Aluminiumhydroxid und Silicate.
  • Weitere Eigenschaften von Papieren lassen sich durch weitere Additive beeinflussen. Beispielsweise sind eine hohe Opazität und ein hoher Weißgrad entscheidende Ziele z. B. bei der Herstellung von Spezialpapieren. Durch Zugabe von Pigmenten, insbesondere TiO2 kann sowohl der Weißgrad, vor allem aber auch die Opazität deutlich gesteigert werden. TiO2 bewirkt zwar eine hohe Opazität und einen hohen Weißgrad, hat aber keine vorteilhaften selbstverlöschenden Eigenschaften, bzw. keine flammschützende Wirkung, die in einigen Anwendungen von großem Interesse sind. Außerdem liefert das sehr teure TiO2 keinen Beitrag zur Verstärkung des Papiers. Eine hohe Zugfestigkeit ist jedoch z. B. bei der Herstellung von Kraftpapier oder Dekorpapier gewünscht. Die Stärke der Zugfestigkeit wird üblicherweise als Bruchlast in gemessen. Die Kraft, die notwendig ist, um eine Papierprobe zu zerreißen wird in Newton angegeben. Da die Zugfestigkeit vorwiegend von der Flächenmasse abhängt, wird die Zugfestigkeit oft auf die Flächenmasse rückbezogen und als Zugfestigkeitsindex mit der Maßeinheit Nm/g (oder kNm/g) angegeben. Durch Zugabe von Füllstoffen nach dem Stand der Technik wird die Festigkeit reduziert.
  • Aus diesen sowohl ökonomischen als auch technischen Gründen besteht seitens der Papierindustrie ein Interesse, innovative Verfahren und Rezepturen zur Verfügung zu haben, welche es ermöglichen, ein Papierprodukt mit hoher Opazität und hohem Füllstoffgehalt günstig bereitstellen zu können. Diese sollten die aus dem Stand der Technik bekannten oder verbesserte Eigenschaften und Funktionalitäten, insbesondere in Bezug auf Festigkeit und selbstverlöschende Eigenschaften aufweisen.
  • Möglichkeiten hierzu bestehen beispielsweise darin, die Fasern mittels physikalischer, chemischer oder mechanischer Verfahren oder einer Kombinationen dieser Verfahren z. B. in Kombination mit anderen Verfahren oder Materialien, z. B. Füllstoffen oder Pigmenten, so zu verändern, dass diese dem Papier höhere Festigkeit bei gleichzeitig geringerer Fasermenge verleihen. Ein positiver Nebeneffekt hierbei ist, dass die optischen Eigenschaften und Verarbeitungseigenschaften so hergestellter Papiere aufgrund des höheren Füllstoffgehaltes ebenfalls verbessert werden könnten. Nach dem Stand der Technik werden die u. a. oben genannten Füllstoffe und Pigmente in der angegebenen mineralogischen bzw. chemischen bzw. morphologischen Form dem Prozess der Papierherstellung zugegeben oder, wie in DE 10 2006 029 642 B3 beschrieben, in der Faserstoffsuspension ausgefällt. In dieser Druckschrift ist ein Verfahren zum Beladen einer Faserstoffsuspension mit Füllstoffen, insbesondere Calciumcarbonat beschrieben, wobei Calciumhydroxid in flüssiger oder trockener Form in die Fasersuspension eingebracht und durch eine chemische Reaktion der Füllstoffe in der Faserstoffsuspension ausgefällt wird. Das PCC fällt rhomboedrisch, skalenoedrisch oder kugelförmig aus und die Kristalle haben Abmessungen von 0,05 - 5 µm.
  • Weiterhin ist es möglich, die angegebene mineralogische bzw. chemische bzw. morphologische Form der Additive auf die Papieroberfläche aufzubringen. DE 10 2005 015 196 A1 beschreibt ein Verfahren zur flammhemmenden Ausrüstung von Faserprodukten unter Verwendung von Polyethylenimin und einer Phosphorsäure.
  • In EP 112 903 3 B1 wird ein Verfahren offenbart, bei dem ein besonders hochkonzentrierter Slurry mit bis zu 70% Feststoff von Satinweiß erhalten wird. Dies wird z. B. für qualitativ hochwertige Kunstdruckpapiere mit einem hohen Glanz und einem hohen Weißgrad als Additiv verwendet. Diese Papiere erhalten durch ein besonderes Satinage-Verfahren ihr exzellentes Druckbild und eine außergewöhnliche Haptik, wie es von den Kunden für qualitativ hochwertige Kunstdruckpapiere gewünscht und erwartet wird.
  • Diese Maßnahmen dienen einerseits dazu, den Faserstoffanteil im Papier zu reduzieren und andererseits eine möglichst gleiche oder sogar verbesserte Papierqualität bei langfristig gesicherter Rohstoffverfügbarkeit zu erreichen, beispielsweise eine stark verbesserte Papieroberfläche zu erzeugen Diese Ziele werden im Stand der Technik im Hinblick auf die beschriebenen Anforderungen jedoch nicht befriedigend gelöst. Insbesondere besteht in Bezug auf einen erhöhten Füllstoffanteil, die Festigkeit des Faserverbundes und weitere charakteristische Eigenschaften wie Opazität, Haptik, flammhemmender Wirkung, Porosität, Glanz, Glätte und viele andere Eigenschaften weiterer Bedarf an Verbesserten Additiven und/oder Verfahren.
  • Aufgabe der Erfindung ist daher, einen Faserverbund zur Verfügung zu stellen, welcher mindestens ein in den Faserverbund integriertes Additiv umfasst, welches zur Verbesserung mindestens einer Eigenschaft des Faserverbundes geeignet ist, wobei das Additiv aus mindestens zwei reaktiven Komponenten herstellbar ist, welche dem Faserverbund separat zuführbar sind und welche während oder nach der Herstellung des Faserverbundes miteinander durch chemische Reaktion zu dem Additiv umsetzbar sind. Dabei ist ein weiteres Ziel, dass eine hohe Opazität und ein hoher Weißgrad im Faserverbund bei einem reduziertem Anteil an TiO2 oder ohne Zusatz von TiO2 erreicht werden kann. Gleichzeitig sollte der relative Anteil an Fasern bei der Herstellung oder Beschichtung eines Faserverbundes zur Reduktion der Herstellungskosten reduziert und gleichzeitig die Festigkeit des Faserverbundes nahezu konstant gehalten oder gesteigert werden.
  • Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Faserverbundes bereitzustellen.
  • Gelöst werden diese Aufgaben durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche.
  • Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung ist ein Faserverbund, welcher mindestens ein in den Faserverbund integriertes Additiv umfasst, das zur Verbesserung mindestens einer Eigenschaft des Faserverbundes geeignet ist, welche ausgewählt ist aus einer Gruppe, welche Opazität, Weißgrad, Celluloseanteil, Festigkeit, flammhemmende Wirkung, Luftdurchlässigkeit, Porosität, Glanz, Glätte, Haptik, Bedruckbarkeit, Falzbarkeit, Kaschierbarkeit, Färbbarkeit, Farbwiedergabe, Nassfestigkeit, Weiterreißfestigkeit, Verbindbarkeit, Blattbildungseigenschaften, Entwässerbarkeit, Volumenindex, Rauigkeit, Trocknung, Beschichtungsfähigkeit, Chemikalienbeständigkeit, Rupffestigkeit, Mottling und andere umfasst, wobei das Additiv aus mindestens zwei reaktiven Komponenten herstellbar ist, die dem Faserverbund separat zuführbar sind und welche während oder nach der Herstellung des Faserverbundes miteinander durch chemische Reaktion zu dem Additiv umsetzbar sind.
  • Durch die chemische Umsetzung der mindestens zwei flüssigen und/oder festen reaktiven Komponenten zu einem Additiv während oder nach der Herstellung des Faserverbundes bietet die Möglichkeit, Hohlräume im Faserverbund besonders effizient nutzen zu können. Dabei ist es abhängig von dem gebildeten Additiv auch möglich, dass zusätzlich auch eine zusätzliche effiziente Vernetzung der einzelnen Fasern erfolgt und somit auch bei reduziertem Anteil an Cellulosefasern eine gleichbleibende oder sogar erhöhte Festigkeit des Faserverbundes im Vergleich zu nach dem Stand der Technik hergestellten Faserverbünden erreicht wird. Bevorzugt handelt es sich bei mindestens einer der reaktiven Komponenten, bevorzugt bei allen reaktiven Komponenten um flüssige und/oder feste und/oder gasförmige Komponenten.
  • Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform eines Faserverbunds in welchem mindestens eine der reaktiven Komponenten ausgewählt ist aus einer Gruppe, welche Ca-Verbindungen, Mg-Verbindungen, Ba-Verbindungen, Sr-Verbindungen, Al-Verbindungen, Ammoniumverbindungen, Borate, Silikate, Phosphate, Sulfate, Salze organischer Säuren, Siliciumdioxid und andere umfasst, wobei diese Komponenten als Feststoff, Suspension, Emulsion und/oder Lösung in wässrigem und/oder organischem Lösungsmittel vorliegen können.
  • Die beschriebenen Komponenten bieten durch Reaktion mit weiteren Substanzen, welche auch aus der Gruppe dieser Komponenten ausgewählt sein kann, die Möglichkeit, eine Vielzahl von Additiven direkt im Faserverbund herstellen zu können. Die positive Wirkung einiger der dadurch herstellbaren Additive ist bereits bekannt, jedoch wird diese durch die chemische Umsetzung direkt im Faserverbund oftmals deutlich verstärkt. So ist es beispielsweise möglich, auch ohne den Einsatz von TiO2, Faserverbünde mit einem sehr hohen Weißgrad bzw. L*-Wert im L*a*b*-Farbraum herzustellen. Weiterhin ist es in einer Ausführungsform möglich, einen Faserverbund, z. B. ein Papier, auf einfache und kostengünstige Weise flammhemmend auszurüsten. Weitere chemische und/oder physikalische Eigenschaften des Faserverbundes (z. B. Papier, Pappe, Karton), wie z. B. die Luftdurchlässigkeit, Porosität, Glanz, Glätte und andere, werden durch die Ausbildung von Additiven direkt im und/oder auf dem Faserverbund im Vergleich zu Verfahren, bei denen Additive vor der Herstellung des Faserverbundes zugesetzt werden, nur unwesentlich verschlechtert, beibehalten oder sogar verbessert.
  • Die Verarbeitungseigenschaften eines derartigen Faserverbundes z. B. beim Bedrucken, Schneiden, Falzen, Kaschieren, Färben, Verbinden und anderen Verfahrensschritten entsprechen ebenfalls weitgehend denjenigen, wie sie aus Verfahren bei denen Additive vor der Herstellung des Faserverbundes zugesetzt werden bekannt sind, oder sind im Vergleich sogar verbessert. Ebenso ist es bei der Herstellung eines derartigen Faserverbundes weitgehend möglich, bereits aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren weiterhin zu verwenden. Insbesondere bei der Blattbildung, der Entwässerung und Trocknung oder der Papierveredelung sind lediglich unwesentliche Beeinträchtigungen oder sogar Verbesserungen bei der Verwendung bekannter Verarbeitungsbedingungen und Verarbeitungsvorrichtungen feststellbar. Insbesondere ist es bei einem derartigen Faserverbund möglich, Energie bei der Entwässerung und Trocknung einzusparen. Auch ist es in vielen Fällen möglich, die Abluftund Abwassermenge sowie die CO2-Bilanz beizubehalten oder sogar zu verbessern.
  • Bevorzugt liegt das Additiv im Faserverbund als Feststoff vor. Es ist jedoch auch möglich, dass es als Gel, Flüssigkeitsfilm, Sol oder anderen Formen im Faserverbund vorliegt.
  • Ein mögliches Additiv in hochwertigen Papiersorten mit einem hohen Glanz und einem hohen Weißgrad ist Satinweiß der Summenformel Ca6Al2(SO4)3(OH)12·26 H2O, welches gelegentlich auch mit Ca6Al2[(OH)12|(SO4)31·26 H2O angegeben wird. Nach dem Stand der Technik werden zum Beschichten von Papieren besonders hochkonzentrierte Suspensionen dieses Additivs mitdie bis zu 70% Feststoff enthalten verwendet. Durch ein besonderes Satinage-Verfahren erhalten diese Papiersorten ihr exzellentes Druckbild und eine außergewöhnliche Haptik. Die Suspensionen zeichnen sich durch eine nachteilig hohe Viskosität aus, was die Handhabung sehr erschwert. Sowohl die zur Herstellung dieser Suspension eingesetzten Materialien als auch die erschwerte Handhabung verteuern satinweiß enthaltende Papiere. In einer bevorzugten Ausführungsform des Faserverbunds ist das Additiv im Faserverbund Satinweiß und/oder weist die Summenformel Ca6Al2[(OH)12|(SO4)3]·26 H2O auf.
  • Dadurch ist es möglich, ein besonders hochwertiges Papier herzustellen, ohne die hochviskose Suspension des stark konzentrierten Satinweiß handhaben zu müssen. Nach der Reaktion

             Ca3Al2(OH)12 + 3 CaSO4·2 H2O → Ca6Al2(SO4)3(OH)12·26 H2O

    kann Satinweiß aus leicht zu handhabenden Lösungen bzw. Suspensionen direkt im Faserverbund hergestellt werden. Die Darstellung von Satinweiß im Faserverbund ist auch nach anderen Reaktionen möglich. Die verwendete Reaktion kann daher abhängig von verfügbaren Rohstoffen, deren Preise und den verfahrenstechnischen Möglichkeiten ausgewählt werden. Beispielsweise ist die Darstellung aus Alaun und Kalkmilch möglich:

             Al2(SO4)3 + 6 Ca(OH)2 + 26 H2O → Ca6Al2(SO4)3(OH)12·26 H2O

  • Beispielsweise kann einem Faserverbund vor, während oder nach dessen Herstellung zunächst eine Ca-Komponente als Füllstoff zugesetzt werden. Anschließend wird der Faserverbund durch ein in der Papierindustrie übliches Auftragsaggregat nach dem Stand der Technik (z.B. Filmpresse, Leimpresse, Blade) mit einer Al-haltigen Komponente, z.B. Al2(SO4)3 beschichtet. Diese dringt in das Papier ein und bildet mit der dort enthaltenen Ca-Komponente im Faserverbund Satinweiß aus. Die Reaktionsbedingungen wie beispielsweise eine evtl. notwendige pH-Einstellung oder andere werden den jeweiligen Anforderungen angepasst.
  • Es ist auch ein Verfahren denkbar, wonach der Faserverbund zunächst eine Al-haltige Komponente enthält und anschließend in einem nachfolgenden Schritt mit einer Ca-haltigen Komponente beschichtet wird. In beiden Fällen kann auf den Einsatz hochviskoser Suspensionen verzichtet werden.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Faserverbunds umfasst das Additiv eine Carbonatgruppe und/oder eine Silikatgruppe und/oder eine Sulfatgruppe und ein Erdalkalimetall, bevorzugt Ca und/oder Mg, wobei dieses Additiv eine Struktur aufweist, durch welche der Faserverbund zusätzlich vernetzbar ist.
  • Derartige Additive sind besonders bevorzugt, um die Festigkeit des Faserverbundes auch bei evtl. reduziertem Celluloseanteil zu erhalten oder sogar steigern zu können. Derartige Carbonate oder Silikate oder Sulfate bilden netzartige Strukturen aus, die zusätzlich zu dem netzartigen Verbund der Cellulosefasern den Faserverbund verstärken. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass bei der Reaktion der eingesetzten reaktiven Komponenten diese in Form feiner Nadeln oder Stäbchen kristallisieren und in dieser Form im Faserverbund vorliegen. Die einzelnen Nadeln und/oder Stäbchen verhaken sich ineinander und bilden so ein zusätzliches Netzwerk aus. Da die Kristallisation erst nach der Herstellung des Faserverbunds aus Cellulosefasern erfolgt, ist es möglich, dass die Kristallisation des Additivs direkt auf einzelnen Fasern, in Zwischenräumen zwischen einzelnen Fasern und auch in Spalten, Einschnitten und/oder anderen Oberflächenunebenheiten einzelner Fasern erfolgt. Dadurch können die Additivkristalle fest mit den einzelnen Cellulosefasern verbunden werden, wodurch nicht nur zwei separate Netzwerke, nämlich eines aus Cellulosefasern und ein weiteres aus Additivkristallen, entstehen, welche sich gegenseitig durchdringen, sondern ein einziges Netzwerk, welches sowohl Cellulosefasern als auch Additivkristalle umfasst und so eine besondere Festigkeit aufweist. Auch andere Kristallformen, wie z.B. Büschel, sind für derartige, die Netzstruktur verstärkende Vernetzungen geeignet. Die Erfindung ist demnach nicht auf Additive beschränkt, welche in Nadel und/oder Stäbchenform kristallisieren. Ebenso ist die Verwendung anderer Additive mit ähnlichen vernetzenden Eigenschaften möglich, auch wenn diese keine Carbonatgruppe und/oder Silikatgruppe aufweisen. Beispielsweise sind dies Phosphate.
  • Besonders bevorzug ist der Faserverbund eine Pappe und/oder ein Papier bzw. ein Papp-und/oder Papiervorprodukt. Da insbesondere bei Pappen und/oder Papieren besondere Anforderungen an die Materialeigenschaften gestellt werden, werden für diese Anwendungen besondere Anforderungen an die Additive gestellt. Die Ausbildung der Additive während oder nach der Herstellung des Faserverbundes ermöglicht es, eine große Bandbreite an Eigenschaften eines Papiers oder einer Pappe zu beeinflussen. In einigen Fällen ist es möglich, den Anteil an Additiven zu erhöhen und/oder die Effektivität der Additive im Faserverbund zu verbessern.
  • Bevorzugt erfolgt die Verwendung eines derartigen Faserverbundes als Speichermedium für Informationen, als Hygieneartikel und/oder für Anwendungen in der Bauindustrie, Verpackungsindustrie und/oder als Dekorationselement. Besonders bei diesen Anwendungen werden hohe Anforderungen insbesondere in Bezug auf Festigkeit, Haptik, Opazität, Glanz, Glätte, Bedruckbarkeit, Farbwiedergabe, Volumenindex, Rauigkeit, Chemikalienbeständigkeit, Mottling und andere gestellt.
  • Ein weiterer wesentlicher Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundes, welcher mindestens ein in den Faserverbund integriertes Additiv umfasst, welches zur Verbesserung mindestens einer Eigenschaft des Faserverbundes geeignet ist, welche ausgewählt ist aus einer Gruppe, welche Opazität, Weißgrad, Celluloseanteil, Festigkeit, flammhemmende Wirkung, Luftdurchlässigkeit, Porosität, Glanz, Glätte, Haptik, Bedruckbarkeit, Falzbarkeit, Kaschierbarkeit, Färbbarkeit, Farbwiedergabe, Nassfestigkeit, Weiterreißfestigkeit, Verbindbarkeit, Blattbildungseigenschaften, Entwässerbarkeit, Volumenindex, Rauigkeit, Trocknung, Beschichtungsfähigkeit, Chemikalienbeständigkeit, Rupffestigkeit, Mottling und andere umfasst, wobei das Additiv aus mindestens zwei reaktiven Komponenten hergestellt wird, welche dem Faserverbund separat zugeführt werden und welche während oder nach der Herstellung des Faserverbundes miteinander zu dem Additiv umgesetzt werden.
  • Durch dieses Verfahren ist es möglich, ein Additiv erst während oder nach der Herstellung des Faserverbundes direkt in diesem herzustellen. Dadurch kann einerseits die Handhabung erleichtert werden, da vielfach lösliche reaktive Komponenten verwendet werden und nicht eine Suspension des Additivs gehandhabt werden muss. Andererseits kann auch die Verteilung des Additivs im Faserverbund verbessert werden, da ― insbesondere bei homogenen Lösungen der reaktiven Komponenten - die Reaktion zum Additiv sehr homogen über den gesamten Faserverbund verteilt erfolgen kann. Dies führt insbesondere in Bezug auf Mottling zu verbesserten Eigenschaften. Weiterhin ist die Ausbildung des Additivs im Hinblick auf die Festigkeit des Faserverbunds vorteilhaft, da bei der Ausbildung des Additivs dieses auch in feinste Zwischenräume im Faserverbund gelangen kann. Dadurch ist beispielsweise auch eine zusätzliche Vernetzung von Cellulosefasern über das Additiv in diesen Bereichen möglich. Bevorzugt werden flüssige und/oder feste reaktive Komponenten eingesetzt.
  • Die Umsetzung der reaktiven Komponenten zu dem Additiv ist während verschiedener Prozessschritte möglich. In einer bevorzugten Variante des Verfahrens wird in einem ersten Schritt mindestens eine erste reaktive Komponente vor und/oder während einer Ausbildung eines Faserverbundes einem Faserstoff zugegeben und dem Faserverbund in einem zweiten Schritt während und/oder nach dessen Ausbildung mindestens eine weitere zweite reaktive Komponente zugesetzt und diese zweite reaktive Komponente, bevorzugt durch eine Einstellung definierter Reaktionsbedingungen und optional durch Zugabe weiterer Reaktionspartner, mit der ersten reaktiven Komponente zur Reaktion zu dem Additiv gebracht.
    • Beispielsweise kann bei der Papierherstellung
    1. a) in einem ersten Schritt ein erstes oder weiteres reaktives Material vor oder während der Papierblattbildung dem Faserstoff zugegeben werden und sich danach im Blatt befinden und dieses reaktive Material danach in einem zweiten oder weiteren Schritt mit einer zweiten oder weiteren Komponente zur Reaktion gebracht werden und anschließend die Weiterverarbeitung, z. B. die Trocknung, erfolgen, oder
    2. b) in einem ersten Schritt ein erstes oder weiteres reaktives Material vor oder während der Papierblattbildung dem Faserstoff zugegeben werden und sich danach im Blatt befinden und dieses reaktive Material nicht unmittelbar, sondern z. B. zeitlich und/oder örtlich oder anderweitig versetzt in einem zweiten oder weiteren Schritt mit einer zweiten oder weiteren Komponente zur Reaktion gebracht werden und vor und/oder nach der Reaktion mit der zweiten oder weiteren Komponente eine Trocknung erfolgen.
  • Wie durch diese Beispiele verdeutlich ist, kann der Zusatz der zweiten reaktiven Komponente von der Reaktion zum Additiv unabhängig sein. Ebenso ist es möglich, den Zusatz des zweiten Additivs und/oder die Reaktion zeit- und/oder ortsversetzt erfolgen zu lassen. Optional kann dies auch vor oder nach der Herstellung des Papiers bzw. der (evtl. teilweisen) Trocknung erfolgen.
  • In einer weiteren bevorzugten Variante des Verfahrens wird nach einer Ausbildung eines Faserverbundes in einem ersten Schritt mindestens eine erste reaktive Komponente auf den Faserverbund und/oder in den Faserverbund eingebracht und in einem zweiten darauf folgenden Schritt mindestens eine weitere, zweite reaktive Komponente auf den Faserverbund und/oder in den Faserverbund eingebracht und diese zweite reaktive Komponente, bevorzugt durch eine Einstellung definierter Reaktionsbedingungen und optional durch Zugabe weiterer Reaktionspartner, mit der ersten reaktiven Komponente zur Reaktion zu dem Additiv gebracht.
  • Im Gegensatz zu dem vorherigen Ausführungsbeispiel erfolgt bei dieser Verfahrensvariante zunächst die Herstellung des Faserverbundes z.B. des Papierblatts und erst in einem darauf folgenden Schritt wird die erste reaktive Komponente auf den Faserverbund aufgebracht. Dabei ist es z.B. durch Diffusion möglich, dass die erste reaktive Komponente auch in das Innere des Faserverbunds eindringt. Über eine Auswahl von Verfahrensparametern kann die Eindringtiefe gesteuert werden.
    • Es kann beispielsweise bei der Papierherstellung
    • c) in einem ersten Schritt ein Faserverbund nach dem Stand der Technik hergestellt werden und auf diesen oberflächennah ein erstes oder weiteres reaktives Material aufgebracht werden (z. B. durch Streichen, Sprühen oder andere geeignete Verfahren) und dieses reaktive Material unmittelbar danach in einem zweiten oder weiteren Schritt mit einer zweiten oder weiteren Komponente zur Reaktion gebracht werden und anschließend die Weiterverarbeitung z. B. die Trocknung erfolgen, oder
    • d) in einem ersten Schritt ein Faserverbund nach dem Stand der Technik hergestellt werden und auf diesen oberflächennah ein erstes oder weiteres reaktives Material aufgebracht werden (z. B. durch Streichen, Sprühen oder andere geeignete Verfahren) und dieses nicht unmittelbar, sondern z. B. zeitlich und/oder örtlich oder anderweitig versetzt in einem zweiten oder weiteren Schritt mit einer zweiten oder weiteren Komponenten zur Reaktion gebracht werden, wobei vor und/oder nach der Reaktion mit der zweiten oder weiteren Komponente eine Trocknung erfolgen kann.
  • Weiterhin ist es möglich, dass mehrere Additive nach einem derartigen Verfahren ausgebildet werden. In einer bevorzugten Variante wird nach einer Ausbildung eines Faserverbundes mit einem ersten Additiv in einem dritten Schritt mindestens eine dritte reaktive Komponente auf den Faserverbund und/oder in den Faserverbund eingebracht und in einem vierten darauf folgenden Schritt mindestens eine weitere, vierte reaktive Komponente auf den Faserverbund und/oder in den Faserverbund eingebracht und diese vierte reaktive Komponente, bevorzugt durch eine Einstellung definierter Reaktionsbedingungen und optional durch Zugabe weiterer Reaktionspartner, mit der dritten reaktiven Komponente zur Reaktion zu dem Additiv gebracht.
    • Am Beispiel der Papierherstellung kann daher
    • e) ein Faserverbund nach a) oder b) hergestellt werden und darauf in einem dritten Schritt oberflächennah ein drittes oder weiteres reaktives Material aufgebracht werden (z. B. durch Streichen, Sprühen oder andere geeignete Verfahren) und dieses unmittelbar danach in einem vierten oder weiteren Schritt mit einer vierten oder weiteren Komponente zur Reaktion gebracht werden und dann die Weiterverarbeitung z. B. die Trocknung erfolgen,
    • f) ein Faserverbund nach a) oder b) hergestellt werden und darauf in einem dritten Schritt oberflächennah ein drittes oder weiteres reaktives Material aufgebracht werden (z. B. durch Streichen, Sprühen oder andere geeignete Verfahren) und dieses nicht unmittelbar, sondern z. B. zeitlich und/oder örtlich oder anderweitig versetzt in einem vierten oder weiteren Schritt mit einer vierten oder weiteren Komponente zur Reaktion gebracht werden, wobei vor und/oder nach der Reaktion mit der vierten oder weiteren Komponente eine Trocknung erfolgen kann,
    • g) ein Faserverbund nach a) oder b) hergestellt werden, jedoch die erste reaktive Komponente noch nicht mit der zweiten oder weiteren Komponente zur Reaktion gebracht werden und auf den Faserverbund oberflächennah ein weiteres reaktives Material (z.B. erneut erstes reaktives Material oder drittes reaktives Material) aufgebracht werden (z. B. durch Streichen, Sprühen oder andere geeignete Verfahren) und dieses unmittelbar danach in einem weiteren Schritt der gesamte Verbund mit einer zweiten, vierten oder weiteren Komponente zur Reaktion gebracht werden, und anschließend die Weiterverarbeitung z. B. die Trocknung erfolgen, oder
    • h) ein Faserverbund nach a) oder b) hergestellt werden, jedoch die erste oder weitere reaktive Komponente noch nicht mit einer zweiten oder weiteren Komponente zur Reaktion gebracht werden und auf den Faserverbund oberflächennah ein weiteres erstes, drittes oder weiteres reaktives Material aufgebracht werden (z. B. durch Streichen, Sprühen oder andere geeignete Verfahren) und dieses nicht unmittelbar, sondern z. B. zeitlich oder örtlich oder anderweitig versetzt in einem weiteren Schritt mit einer zweiten, vierten oder weiteren Komponenten zur Reaktion gebracht werden und anschließend die Weiterverarbeitung z. B. die Trocknung erfolgen.
  • Weiterhin ist es möglich, dass die reaktiven Komponenten zeitgleich auf einen Faserverbund aufgebracht oder in diesen eingebracht werden. Bei dieser bevorzugten Variante wird nach einer Ausbildung eines Faserverbundes eine erste und eine zweite reaktive Komponente auf den Faserverbund und/oder in den Faserverbund eingebracht und diese zweite reaktive Komponente, bevorzugt durch eine Einstellung definierter Reaktionsbedingungen und optional durch Zugabe weiterer Reaktionspartner, mit der ersten reaktiven Komponente zur Reaktion zu dem Additiv gebracht.
    • Somit kann beispielsweise bei der Papierherstellung
    • i) ein Faserverbund nach dem Stand der Technik hergestellt werden und darauf oberflächennah ein erstes oder weiteres reaktives Material aufgebracht werden (z. B. durch Streichen, Sprühen oder andere geeignete Verfahren) und dieses reaktive Material während dieses Schrittes mit einer zweiten oder weiteren Komponente zur Reaktion gebracht werden und anschließend die Weiterverarbeitung des Faserverbunds z. B. die Trocknung erfolgen,
    • j) in einem ersten Schritt ein Faserverbund nach a) oder b) hergestellt werden und darauf oberflächennah ein erstes oder weiteres reaktives Material aufgebracht werden (z. B. durch Streichen, Sprühen oder andere geeignete Verfahren) und dieses reaktive Material während dieses Schrittes mit einer zweiten oder weiteren Komponente zur Reaktion gebracht werden und anschließend die Weiterverarbeitung des Faserverbunds z. B. die Trocknung erfolgen,
    • k) ein Faserverbund nach a) oder b) hergestellt aber die erste Komponente noch nicht mit der zweiten oder weiteren Komponente zur Reaktion gebracht werden und auf diesen Faserverbund oberflächennah ein weiteres erstes, drittes oder weiteres reaktives Material aufgebracht werden (z. B. durch Streichen, Sprühen oder andere geeignete Verfahren) und dieses unmittelbar während des Aufbringens mit einer zweiten oder weiteren Komponenten zur Reaktion gebracht werden und anschließend die Weiterverarbeitung des Faserverbunds z. B. die Trocknung erfolgen.
  • Auch bei diesem Verfahren sind somit Zeit und Ort der Zugabe der jeweiligen reaktiven Komponenten voneinander und insbesondere Zeit und Ort der Initiierung der Reaktion dieser Komponenten miteinander unabhängig.
  • Besonders bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem dem Faserverbund erste und zweite reaktive Komponenten zugesetzt werden, welche zu Satinweiß mit der Summenformel Ca6Al2(SO4)3(OH)12·26 H2O reagieren. Dadurch lässt sich vermeiden, dass zum Einbringen des Satinweiß in den Faserverbund die hochviskose Suspension des Satinweiß verfahrenstechnisch gehandhabt werden muss.
  • In einer weiteren bevorzugten Variante werden dem Faserverbund erste und zweite reaktive Komponenten zugesetzt, welche zu einem Additiv reagieren, welches eine Carbonatgruppe und/oder eine Silikatgruppe und/oder eine Sulfatgruppe und ein Erdalkalimetall, bevorzugt Ca und oder Mg, umfasst und bevorzugt eine Struktur aufweist, welche den Faserverbund zusätzlich vernetzt.
  • Es können selbstverständlich auch mehrere Schichten verschiedener oder gleicher Faserverbunde zu einem Faserverbund vereinigt werden. Weiterhin sind auch Kombinationen mindestens eines Faserverbundes mit anderen Materialien möglich, soweit sie weiteren technisch, ökonomisch umsetzbar sind, wobei jeweils der resultierende Faserverbund Papier, Pappe oder Karton oder vergleichbare Materialien und Folgeprodukte unterschiedlichster Formen dieser, z. B. in Kombination mit anderen Materialien, sein kann.
  • Eine Übersicht geeigneter reaktiver erster und weiterer als auch reaktiver zweiter und weiterer Komponenten zeigen die folgenden Tabellen 1a und 1b. Dies ist eine Auswahl geeigneter Materialien, wobei andere Materialien welche im Sinne dieser Erfindung einsetzbar sind dadurch nicht ausgeschlossen sind. Chemisch ähnliche synthetische oder natürliche Verbindungen, die auch ähnliche Reaktionen zeigen bzw. Reaktivität haben, mit vergleichbaren Eigenschaften und hier nicht beschrieben sind, können ebenfalls eingesetzt werden. Weiterhin sind auch alle Mischungen der genannten ersten oder weiteren Komponenten miteinander und/oder mit anderen Materialien und jeweilige Mischungen der zweiten und weiteren Komponenten miteinander und/oder mit anderen Materialien zur Herstellung eines oben beschrieben Faserverbundes möglich. Tabelle 1a
    Reaktive erste oder weitere Komponenten, Beispiele Beispiel (natürlich oder synthetlsch) bevorzugt Form, Beispiel
    Ca-Quellen Ca(OH)2, CaO, CaSO4, CaCl2, Ca(NO3)2, Ca2+ CaO, Ca(OH)2, Ca2+ Pulver/ Suspension, Lösung
    Mg-Quellen Mg(OH)2, MgO, MgSO4, MgCl2, Mg(NO3)2. Mg2+ MgO, Mg(OH)2, Mg2+ Pulver/ Suspension
    Kombinierte Ca und Mg-Quellen Dolomit, teilkalzinierter,, und/oder teilkalzinierter hydratisierter Dolomit, und/oder vollkalzinierter und/oder vollkalzinierter hydratisierter Dolomit, Huntit, teilkalzinierter und/oder hydratisierter Huntit, vollkalzinierter und/oder hydratisierter Huntit, alle Mischungen dieser CaCO3·MgO, CaO·MgO Pulver / Suspension
    CaCO3·Mg(OH)2
    Ca(OH)2+Mg(OH)2 Lösung
    Ca2+ und Mg2+
    Ba-Quelle BaCl2, Ba(NO3)2, Ba(OH)2, Ba2+ Ba(OH)2, BaCl2, Ba2+ Pulver / Suspension 1 Lösung
    Sr-Quelle SrCl2, Sr(NO3)2, Sr(OH)2, Sr2+ Sr(OH)2, SrCl2, Sr2+. Pulver 1 Suspension/ Lösung
    andere Silikate z. B. aus K-, Na-, Li, Wasserglas Na-Wasserglas Pulver / Suspension 1 Lösung
    K-Wasserglas
    Aluminiumverbindungen, Aluminate, z. B. Na, K, Ca Al(OH)3,Al2(SO4)3,
    Böhmit
    Borate, z. B. Na., K NH4H2PO4. (NH4)2HPO4, (NH4)3PO4, Polyammoniumphosphat Für alle gilt optional auch jeweils die lonenform
    Ammoniumverbindungen, z. B. NH4(OH), NH4Cl, (NH4)2SO4, NH4HSO4, NH4NO3, NH4H2PO4, (NH4)2HPO4, (NH4)3PO4. Polyammoniumphosphat SiO2, Sol, Gel,
    Weitere organische und/oder anorganische Komponenten Im Sinne der Erfindung geeignete
    Alle Mischungen der oben genannten Komponenten mit sich oder anderen
    Tabelle 1b
    Reaktive zwelte oder weitere Komponenten, Beispiele Beisplel (natürlich oder synthetisch) bevorzugt Form
    Gelöste Carbonate und / oder CO2 und / oder Sulfate, Schwefelsäure und /oder Oxalsäure, Oxalate und / oder Tartrate, Weinsäure / Phosphate, Phosphorsäure Citrate, Zitronensäure Na2CO3, Na2SO4, NaH2PO4, Na2HPO4, C4H6O6. C2H2O4 NaC4H4O6, (Na)2(COO)2, Für alle gilt optional auch jeweils die lonenform CO3 2-, CO2, SO4 2- Oxalate, Oxalsäure Citrate, Zitronensäure Lösung,gasförmig, Pulver, Suspension
    Für alle gilt optional auch jeweils die lonenform
    Ammoniumverbindungen z. B. NH4(OH), NH4Cl, (NH4)2SO4, NH4HSO4, NH4NO3, NH4H2PO4, (NH4)2HPO4, (NH4)3PO4, Polyammoniumphosphat Für alle gilt optional auch jeweils die lonenform NH4(OH), NH4H2PO4, (NH4)2HPO4, (NH4)3PO4, Polyammoniumphosphat Für alle gilt optional auch jeweils die lonenform Lösung, gasförmig, Pulver, Suspension
    Ca-Quellen Ca(OH)2, CaO, C3SO4, CaCl2, Ca(NO3)2, Ca2+ CaO, Ca(OH)2, Ca2+ Pulver 1 Suspension, Lösung
    Mg-Quellen Mg(OH)2, MgO, MgSO4, MgCl2, Mg(NO3)2, Mg2+ MgO, Mg(OH)2, Mg2+ Pulver 1 Suspension
    Kombinierte Ca und Mg-Quellen Dolomit, teilkalzinierter ,, und/oder teilkalzinierter hydratisierter Dolomit, und/oder vollkalzinierter und/oder vollkalzinierter hydratisierter Dolomit, Huntit, teilkalzinierter und/oder hydratisierter Huntit, vollkalzinierter und/oder hydratisierter Huntit, alle Mischungen dieser CaCO3·MgO, CaO·MgO Pulver / Lösung / Suspension
    CaCO3·Mg(OH)2
    Ca(OH)2+Mg(OH)2
    Ca2+ und Mg2+
    Ba-Quelle BaCl2, Ba(NO3)2, Ba(OH)2, Ba2+ Ba(OH)2, BaCl2, Ba2+ Pulver / Lösung 1 Suspension
    Sr-Quelle SrCl2, Sr(NO3)2, Sr(OH)2, Sr2+ Sr(OH)2, SrCl2, Sr2+ Pulver/Lösung / Suspension
    andere Silikate z. B. aus K-, Na-, Li, Na-Wasserglas Pulver / Lösung / Suspension
    Wasserglas Aluminiumverbindungen, Aluminate, z. B. Na, K, Ca K-Wasserglas
    Borate, z. B. Na., K Al(OH)3
    SiO2, Sol, Gel, Für alle gilt optional auch jeweils die lonenform Al2(SO4)3, Böhmit
    Weitere organische und/oder anorganische Komponenten Im Sinne der Erfindung geeignete
    Alle Mischungen der oben genannten Komponenten mit sich oder anderen
  • Die nachfolgende Tabelle zeigt eine Übersicht chemisch-physikalischer Parameter zur weiteren Beschreibung der ersten oder weiteren Komponenten. Wie der Tabelle zu entnehmen ist, kann der Reinheitsgrad der eingesetzten reaktiven Komponenten vergleichsweise gering sein, da durch die Reaktion zu dem Additiv eine zusätzliche Reinigung erfolgen kann. Beispielsweise ist dies möglich, wenn die Verunreinigung nicht mit der zweiten oder einer weiteren reaktiven Komponente reagieren kann und daher z. B. in Lösung bleibt und mit verbleibendem Lösemittel aus dem Faserverbund herausgewaschen werden kann. Tabelle 2
    Parameter Einheit Bereich Bevorzugt Meist bevorzugt
    Reinheit****) Ma-% 1-100 5-100 10-100
    Schwermetalle***) Ma-% <10 <5 <1
    ***) Summe aus: Cu, Pb, Hg, Zn, Ni, Cd, Cr
    ****) Reinheit als Einzelstoff oder als Mischung von diesen Einzelstoffen analog Tabelle 1 oder ähnlicher
  • Analog gilt das oben beschriebene auch für die chemisch-physikalischen Parameter der zweiten oder weiteren Komponenten. Auch diese können unter Umständen in vergleichsweise geringer Reinheit eingesetzt werden, wie der Übersicht in Tabelle 3 zu entnehmen ist. Tabelle 3
    Parameter Einheit Bereich Bevorzugt Meist bevorzugt
    Reinheit****) Ma-% 1-100 5-100 10-100
    Schwermetalle***) Ma-% <10 <5 <1
    ***) Summe aus: Cu, Pb, Hg, Zn, Ni, Cd, Cr
    ****) Reinheit als Einzelstoff oder als Mischung von diesen Einzelstoffen analog Tabelle 1 oder ähnlicher
  • Die reaktiven ersten und weiteren sowie zweiten und weiteren Komponenten können vor der Verwendung zusätzlich noch chemisch, physikalisch oder mechanisch oder durch Kombinationen dieser Verfahren zusätzlich - beispielsweise durch Verwendung von Kugelmühlen, Stiftmühlen, Strahlmühle oder Perlmühlen, Rührwerkskugelmühlen, Hochleistungsdispergierer oder Hochdruckhomogenisatoren ― aufbereitet werden. Verfahren zur Aufbereitung schließen z. B.
    • Trockenmahlung und/oder z. B. Sichtung, Magnetscheidung, Beschichtung, Homogenisierung oder Aktivierung mittels dafür geeigneter Aggregate und/oder
    • Nassmahlung und/oder z. B. Feinstofftrennung mittels Zyklon (Zentrifugalabscheider) oder Zentrifuge und/oder Kreislaufführung bei z. B. gleichzeitiger Additivierung, Homogenisierung, Beschichtung oder Abtrennung von Bestandteilen mittels dafür geeignete Aggregate ein.
    Beispiele
  • Die Herstellung von Faserverbunden wird im Folgenden an Beispielen, hier Papier, beschrieben, wodurch andere Anwendungen jedoch nicht ausgeschlossen sind.
    • Beispiel 1 (analog Punkt b) der obigen Aufzählung)
  • Zur Beschichtung eines Papiers wird zunächst ein Papier nach dem Stand der Technik verwendet und dieses mittels einer Laborfilmpresse mit einer zweiten Komponente beschichtet. Als Faserverbund wurde als Rohpapier ein Officepapier, 80 g/m2, DIN A4, CaCO3 30 Ma-% verwendet, auf welches eine H2SO4-Lösung, 10 Ma-% aufgebracht wurde. Die Bedingungen der Laborfilmpresse bei Herstellung des Faserverbundes nach Beispiel 1 sind in Tabelle 4 dargestellt. Die anschließende Trocknung erfolgte über 30 s mit 100% IR- und Heißluftkapazität (1000 Watt Gesamtgeräteleistung). Tabelle 4
    Rakel Rakeldruck Walzendruck Geschwindigkeit Naßauftrag [g]
    [bar] [bar] [m/min]
    - - 600 11 0,36
    0,24
    0,27
  • Eine Auswahl an chemischen und physikalischen Daten eines so herstellbaren Faserverbundes nach Beispiel 1 sind in Tabelle 5 dargestellt. Tabelle 5
    Parameter Blindprobe Muster mit reaktiven Kompo nenten 2
    Weißgrad, R 457, Elrepho 90 92
    Anorganische Papierbestandteile, Röntgendiffraktion CaCO3 CaCO3 und CaSO4
    Figure imgb0001
    Figure imgb0002
    Zur Verdeutlichung ist diese
    Zur Verdeutlichung ist diese Grafik im Anschluss an die Beschreibung vergrößert als Fig. 1 dargestellt. Grafik im Anschluss an die Beschreibung vergrößert als Fig. 2 dargestellt.
    REM
    Figure imgb0003
    Figure imgb0004
    irreguläre Partikelstruktur Zur Verdeutlichung ist diese Abbildung im Anschluss an die Beschreibung vergrößert als Fig. 3 dargestellt. faser- und stemförmige Partikelstruktur Zur Verdeutlichung ist diese Abbildung im Anschluss an die Beschreibung vergrößert als Fig. 4 dargestellt.
  • Durch die Beschichtung wurde im Papier eine chemische Reaktion herbeigeführt, welche durch die Bildung einer neuen Mineralphase im Papierverbund nachgewiesen werden kann. Im Ergebnis konnte in diesem Fall beispielsweise der Weißgrad verbessert werden. Die weiteren Papierparameter konnten ebenfalls gleich gehalten oder verbessert oder nur unerheblich reduziert werden.
    • Beispiel 2 (analog Punkt b) der obigen Aufzählung)
  • Bei diesem Beispiel werden verschiedene Rohpapiere verwendet. In Variante a) ein Officepapier, 80 g/m2, DIN A4 und in Variante b) ein Druckrohpapier, 80 g/m2. Diese Papiere wurden entweder mit c) gesättigter (NH4)2HPO4-Lösung oder d) gesättigter (NH4)H2PO4-Lösung versetzt. Die Bedingungen der Laborfilmpresse sind in Tabelle 6 dargestellt. Die Trocknung erfolgte über 30 s mit 100% IR- und Heißluftkapazität (1000 Watt Gesamtgeräteleistung). Tabelle 6
    Auftrag Rakel Rakeldruck Walzendruck Geschwindigkeit Naßauftrag, b) Druckrohpapier Naßauftrag a) Officepapier
    [bar] [bar] [m/min] [g] [g]
    c) - - 600 11 0,7 0,3
    d) - - 600 11 0,7 0,3
  • Die Ergebnisse bei Untersuchungen des Brandverhaltens derartig behandelter Faserverbünde sind in Tabelle 7 dargestellt. Es ist zu erkennen, dass eine Reaktion stattgefunden hat, welche das Papier selbstverlöschend macht. Durch die Beschichtung wurde das Papier derart imprägniert, dass eine flammhemmende Eigenschaft erzielt wurde. Die weiteren Papierparameter konnten gleich gehalten, verbessert oder nur unerheblich verschlechtert werden. Tabelle 7
    Parameter Blindprobe Officepapier Blindprobe Druckrohpapier Officepapier mit Auftrag c Druckrohpapier mit Auftrag c Officepapier mit Auftrag d Druckrohpapier mit Auftrag d
    Brandverhalten Nicht selbstverlöschend Nicht selbstverlöschend Selbstverlöschend Selbstverlöschend Selbstverlöschend Selbstverlöschend
    • Beispiel 3 (analog Punkt a) der obigen Aufzählung)
  • Bei diesem Beispiel wurde ein Papier mit einer reaktiven Komponente 1 hergestellt und danach mittels Laborfilmpresse mit einer zweiten reaktiven Komponente 2 beschichtet.
    • Teil 1: Herstellung Papier mit einer ersten reaktiven Komponente
  • Zur Herstellung eines Papiers mit einer ersten reaktiven Komponente wurde ein Rapid Köthen Blattbildner verwendet. Die Bedingungen zur Herstellung von Papier analog dem Beispiel 3 ist in Tabelle 8 dargestellt. Tabelle 8
    Rohstoffe Einheit Konzentration
    Zellstoffsuspension Ma-% 4,0
    1. reaktive Komponente, umfassend CaCO3 und MgO als Suspension Ma-% 20
    Papier, Zielwerte Wert
    Blattgewicht g 2,3
    Faserstoff im Blatt Ma-% 70
    Gehalt, 1. reaktive Komponente, soll Ma-% 30
    *) d90= 10 µm, d50= 3 µm und hohe Reinheit von CaCO3 und MgO.
  • Die Zusammensetzung der Rezeptur zur Herstellung eines Faserverbundes nach Bespiel 3 ist in Tabelle 9 dargestellt. Tabelle 9
    Rezepturtabelle Wert
    Zellstoffsuspension 9 201,25
    Zellstoff absolut g/5 Blätter 8,05
    Zusatzwasser, Ziel-TS = 1,5 Ma-%* g 684
    Füllstoffgehalt, soll Ma-% 30
    Polymin, 0,5 % ml/1 Blatt 0,5
    Wasser, gesamt ml, gesamt 891,1
    Feststoff, gesamt g, gesamt 13,57
    TS vor der Blattbildung* Ma-% 1,52
    *) TS ist Trockensubstanz der Suspension
    • Teil 2: Beschichtung eines nach dem in Teil 1 beschriebenen Verfahrens erhaltenen Faserverbundes mit einer zweiten reaktiven Komponente
  • Zum Versetzen des Faserverbundes mit einer zweiten reaktiven Komponente wurde als Blattauftrag eine wässrige Lösung aus NH4 + und PO4 3- verwendet. Die Bedingungen in der Laborfilmpresse zur Herstellung eines Faserverbundes nach Beispiel 3 ist in Tabelle 10 dargestellt. Die Anschließende Trocknung erfolge über 30 s mit 100% IR- und Heißluftkapazität (1000 Watt Gesamtgeräteleistung). Tab. 10:
    Rakel Rakeldruck Walzendruck Geschwindigkeit Naßauftrag
    [bar] [bar] [m/min] [g]
    - - 600 11 0,7
  • Die chemischen und physikalischen Daten eines so herstellbaren Faserverbundes nach Beispiel 3 sind in Tabelle 11 dargestellt. Tabelle 11
    Parameter Basispapier Basispapier nach Auftrag
    Opazität 85 90
    Brandverhalten Nicht selbstverlöschend selbstverlöschend
    REM unregelmäßig Enthält Mineralfaseransätze
    Röntgendiffraktion CaCO3, MgO, Mg(OH)2 CaCO3, MgO, Mg(OH)2, MgNH4PO4·H2O
    • Beispiel 4 (analog Punkt a) der obigen Aufzählung)
  • In diesem Beispiel wird ein reaktives Material vor der Papierblattbildung dem Faserstoff zugegeben und befindet sich nach der Blattbildung in dem Blatt und wird danach mit einer zweiten Komponenten zur Reaktion gebracht. Zur Ausbildung des Faserverbundes wird als Faserstoff in diesem Beispiel gemahlener Zellstoff verwendet. Als erste reaktive Komponente wird in diesem Beispiel eine wässrige Suspension einer Mischung aus Ca(OH)2 und Mg(OH)2, hergestellt durch Hydratisierung von vollkalziniertem Dolomit verwendet. in einem Laborblattbildner (Rapid-Köthen) wird aus einer wässrigen Suspension des Faserstoffes unter Zusatz der ersten reaktiven Komponente ein Faserverbund hergestellt, welcher danach in feuchtem Zustand mit CO2 als Beispiel für die zweite Komponente begast wird. Die Bedingungen werden dabei variiert. Die Reaktion erfolgt a) bei niedriger Temperatur und b) bei erhöhter Temperatur. Anschließend erfolgt eine Trocknung. Parallel dazu wurde eine Blindprobe mit der ersten reaktiven Komponente aber ohne zweite reaktive Komponente hergestellt. In der Tabelle 12 sind die chemischen und physikalischen Daten eines so herstellbaren Faserverbundes nach Beispiel 4 dargestellt. Wie der Tabelle zu entnehmen ist, konnten sowohl Weißgrad als auch Opazität gegenüber der Vergleichsprobe erhöht werden. Tabelle 12
    Parameter Blindprobe mit reaktiver Komponente Muster mit reaktiven Komponenten Tnledrig Muster mit reaktiven Komponenten Terhöht
    Weißgrad 85 88 88
    Opazität 90 92 93
    Anorganische Papierbestandteile, Röntgendiffraktion Ca(OH)2 Ca(OH)2 Ca(OH)2
    Mg(OH)2 Mg(OH)2 Mg(OH)2
    CaCO3 CaCO3
    MgCO3 MgCO3
    MgCO3·3H2O MgCO3 · 3H2O
    MgCO3 ·5H2O MgCO3 · 5H2O
    3MgCO3xMg(OH)2· 3H2O 3MgCO3xMg(OH)2 · 3 H2O
    Mg4(OH)2(CO3)3·3H2O Mg4(OH)2(CO3)3 · 3 H2O
    4MgCO3xMg(OH)2·5H2O 4MgCO3xMg(OH)2 · 5H2O
    4MgCO3xMg(OH)2 ·4H2O 4MgCO3xMg(OH)2 · 4H2O
    Anorganische Papierbestandteile, Röntgendiffraktion, bevorzugt Ca(OH)2 Ca(OH)2
    Mg(OH)2 Mg(OH)2
    CaCO3 CaCO3
    MgCO3 MgCO3
    MgCO3 · 3H2O 3 MgCO3 xMg(OH)2 ·3H2O
    MgCO3 · 5 H2O Mg4(OH)2(CO3)3·3H2O
    REM
    Figure imgb0005
    Figure imgb0006
    eher Faserstruktur, mit weniger Plättchenstruktur. Zur Verdeutlichung ist diese Abbildung im Anschluss an die Beschreibung vergrößert als Fig. 5 dargestellt. eher Plättchenstruktur, mit weniger Faserstruktur. Zur Verdeutlichung ist diese Abbildung im Anschluss an die Beschreibung vergrößert als Fig. 6 dargestellt.
    • Beispiel 5 (analog Punkt c) der obigen Aufzählung)
  • In diesem Beispiel wird in einem ersten Schritt ein Faserverbund nach dem Stand der Technik hergestellt und darauf oberflächennah ein erstes reaktives Material durch Streichen aufgebracht und dieses unmittelbar danach mit einer zweiten Komponente zur Reaktion gebracht. Als Faserverbund nach dem Stand der Technik wird Filterpapier verwendet. Dieses wird mittels halbautomatischen Filmziehgerät mit einer Suspension der reaktiven Komponente 1 beschichtet (6 µm Rakelstärke, 140 mm/sec Rakelgeschwindigkeit). Als reaktive Komponente 1 dient hier eine wässrige Suspension einer Mischung aus Ca(OH)2 und Mg(OH)2, beispielsweise hergestellt durch Hydratisierung von vollkalziniertem Dolomit. Der beschichtete Faserverbund wird danach in feuchtem Zustand mit CO2 als Beispiel für die zweite Komponente begast. Die Bedingungen werde hierbei variiert. Die Reaktion erfolgt a) bei niedriger Temperatur und b) bei erhöhter Temperatur. Anschließend erfolgt eine Trocknung. Parallel dazu wurde eine Blindprobe mit der ersten reaktiven Komponente aber ohne zweite reaktive Komponente hergestellt. In nachfolgender Tabelle 13 sind die chemischen und physikalischen Daten eines so herstellbaren Faserverbundes nach Beispiel 5 dargestellt. Wie der Tabelle zu entnehmen ist, konnten auch in diesem Beispiel sowohl Weißgrad als auch Opazität gegenüber der Vergleichsprobe erhöht werden. Tabelle 13
    Parameter Blindprobe mit reaktiver Komponente Muster mit reaktiven Komponenten Tniedng Muster mit reaktiven Komponenten Terhöht
    Weißgrad 85 88 88
    Opazität 90 92 93
    Anorganische Papierbestandteile, Röntgendiffraktion Ca(OH)2 Ca(OH)2 Ca(OH)2
    Mg(OH)2 Mg(OH)2 Mg(OH)2
    CaCO3 CaCO3
    MgCO3 MgCO3
    MgCO3x3H2O MgC03x3H2O
    MgCO3x5H2O MgCO3x5H2O
    3MgCO3xMg(OH)2·3H2O 3MgCO3xMg(OH)2·3H2O
    Mg4(OH)2(CO3)3·3H2O Mg4(OH)2(CO3)3·3 H2O
    4MgCO3xMg(OH)2·5H2O 4MgCO3xMg(OH)2·5H2O
    4MgCO3xMg(OH)2 ·4H2O 4MgCO3xMg(OH)2·4H2O
    Anorganische Papierbestandteile, Röntgendiffraktion, bevorzugt Ca(OH)2 Ca(OH)2
    Mg(OH)2 Mg(OH)2
    CaCO3 CaCO3
    MgCO3 MgCO3
    MgCO3·3H2O 3MgCO3xMg(OH)2·3H2O
    MgCO3·5H2O Mg4(OH)2(CO3)3·3H2O
    REM
    Figure imgb0007
    Figure imgb0008
    eher Faserstruktur, mit weniger Plättchenstruktur Zur Verdeutlichung ist diese Abbildung im Anschluss an die Beschreibung vergrößert als Fig. 7 dargestellt. eher Plättchenstruktur, mrt weniger Faserstruktur. Zur Verdeutlichung ist diese Abbildung im Anschluss an die Beschreibung vergrößert als Fig. 8 dargestellt.
    • Beispiel 6: (analog Punkt i) der obigen Aufzählung)
  • Ein Basispapier nach dem Stand der Technik wird mit einem geeigneten und bekannten Auftragsverfahren, z.B. Curtaincoating parallel mit einer Ca-haltigen wässrigen Komponente und einer Al-haltigen wässrigen Komponente beschichtet, wobei sich das Reaktionsprodukt unmittelbar auf der Papieroberfläche bildet. Bei der Ca-Komponente handelt es sich um eine Suspension von Ca(OH)2 (10 Ma-%) und bei der Al-Komponente um eine Al2(SO4)3-Lösung (5 Ma-%). Mit Wasser reagieren diese Komponenten nach der Reaktion

             Ca3Al2(OH)12 + 3 CaSO4·2 H2O → Ca6Al2(SO4)3(OH)12·26 H2O

    zu Satinweiß. Dabei kommt es unmittelbar an der Oberfläche des Basispapiers zur Ausbildung einer Schicht aus Satinweiß, verbunden mit einer Steigerung von Weißgrad, Opazität und Glätte.
  • Es kann gegebenenfalls vorteilhaft sein, den so beschichteten Faserverbund weiter zu behandeln, z.B. mittels thermischer oder mechanischer oder chemischer oder dekorativen Verfahren, z.B. trocknen, kalandrieren, beschichten usw. um z.B. den Glanz der Papieroberfläche zu erhöhen.
  • Die so erhaltenen Faserverbunde können z.B. als Papier verwendet und dort in den bekannten und aufgrund der technischen, ökonomischen und ökologischen Vorteile auch in neuen Anwendungen zum Einsatz gebracht werden.
  • Durch die erfindungsgemäße Einlagerung und/oder Auftragung einer ersten oder weiteren und/oder zweiten oder weiteren Komponente im Papier oder an der Papieroberfläche kommt es zur chemischen Ausbildung neuer Mineralmodifikationen und/oder einer physikalischen Phasenänderung von Materialien. Es bilden sich neben diesen physikalisch und/oder chemisch hervorgerufenen Änderungen auch neue Papiereigenschaften, z. B. eine durch Strukturänderung von Materialien hervorgerufenen Erhöhung der Festigkeit, Opazität, Weißgrad oder der selbstverlöschenden Eigenschaften.
  • Weitere vorteilhafte Verbesserungen sind die Dimensionsstabilisierung, Verbesserung der TiO2-Retention, TiO2-Einsparung, schwere Entflammbarkeit, Verbesserung der Farbaufnahme, der Farbwiedergabe, der Nassfestigkeit, der Weiterreißfestigkeit, des spezifischen Weiterreißwiderstandes, des Berstwiderstandes, des Spaltwiderstandes, gesteigerter Volumenindex, sowie verbesserte Kompressibilität, Porosität, Glätte, Glanzeigenschaften und Rauhigkeit. Weiterhin ergeben sich Vorteile in der Verarbeitbarkeit in Bezug auf Beschichtungsfähigkeit, Chemikalienfestigkeit, Rupffestigkeit, Mottling, Missing Dots, sowie Vorteile bei der Bedruckung mit Inkjet-, Thermo- und Laser-Verfahren sowie in der digitalen Drucktechnik.
  • Als zusätzliche Vorteile können Energieeinsparung, erhöhte Laufgeschwindigkeit, Abwasserentlastung, verbesserte Kreislaufführung von Prozesswasser und reduzierter Reststoffanfall realisiert werden.
  • Die erfindungsgemäßen Produkte eignen sich zur Verwendung z. B. als Informationsträger, zur Verpackung, als Baumaterial ohne dass dies eine Einschränkung für andere Anwendungen bedeutet.
  • Weitere Vorteile und Ausführungsformen ergeben sich aus den beigefügten Zeichnungen:
  • Darin zeigen:
    • Fig. 1 ein Spektrum der Röntgendiffraktionsanalyse der Blindprobe aus Beispiel 1,
    • Fig. 2 ein Spektrum der Röntgendiffraktionsanalyse des beschichteten Papiers aus Beispiel 1,
    • Fig. 3 eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme der Partikelstruktur der Blindprobe aus Beispiel 1,
    • Fig. 4 eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme der Partikelstruktur des beschichteten Papiers aus Beispiel 1,
    • Fig. 5 eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme der Partikelstruktur der erhaltenen Additive aus Beispiel 4 bei Reaktionsführung bei niedriger Temperatur,
    • Fig. 6 eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme der Partikelstruktur der erhaltenen Additive aus Beispiel 4 bei Reaktionsführung bei erhöhter Temperatur,
    • Fig. 7 eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme der Partikelstruktur der erhaltenen Additive aus Beispiel 5 bei Reaktionsführung bei niedriger Temperatur und
    • Fig. 8 eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme der Partikelstruktur der erhaltenen Additive aus Beispiel 5 bei Reaktionsführung bei erhöhter Temperatur.
  • Figur 1 zeigt ein Spektrum der Röntgendiffraktionsanalyse der Blindprobe aus Beispiel 1. Wie zu erkennen ist, liefert insbesondere Calcit CaCO3 ein deutliches Signal. Ein Signal für Gips CaSO4-2H2O ist nicht zu erkennen, bzw. hebt sich nicht vom Grundrauschen ab.
  • Im Gegensatz dazu ist bei dem in Figur 2 gezeigten Spektrum der Röntgendiffraktionsanalyse des beschichteten Papiers aus Beispiel 1 neben dem immer noch sehr starkem Signal, dass das Vorhandensein von Calcit CaCO3 belegt, ein messbares Signal für Gips CaSO4·2H2O zu erkennen. Auch wenn es nicht sonderlich stark erscheint, hebt es sich deutlich vom Grundrauschen ab.
  • Figur 3 zeigt eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme der Partikelstruktur der Blindprobe aus Beispiel 1. Es sind überwiegend plättchenförmige Partikel zu erkennen, die sich größtenteils zu Agglomeraten aneinander angelagert haben. Es sind jedoch auch eine Vielzahl von einzelnen Partikeln zu erkennen.
  • Figur 4 zeigt eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme der Partikelstruktur des beschichteten Papiers aus Beispiel 1. Hier ist zu erkennen, dass sich überwiegend stäbchenförmige Partikel gebildet haben. Teilweise sind sie zu Büscheln aneinandergelagert. Einige der stäbchenförmigen Kristalle haben sich auch auf der Cellulosefaser angelagert, die sich vom rechten Bildrand schräg nach links zum oberen Bildrand erstreckt.
  • Figur 5 zeigt eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme der Partikelstruktur der erhaltenen Additive aus Beispiel 4 bei Reaktionsführung bei niedriger Temperatur. Es ist eine Vielzahl von stäbchenförmigen Kristallen zu erkennen, welche sich scheinbar ungeordnet über den gesamten Bildausschnitt verteilen. Sie scheinen keine Vorzugsorientierung aufzuweisen. Viele der Stäbchenförmigen Kristalle weisen seitliche Verbreiterungen auf, welche er ermöglichen, dass die einzelnen Kristalle sin ineinander verhaken können und so einen Verbund in Form eines chaotisch erscheinenden Netzes ausbilden.
  • Auch in Figur 6 ist eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme der Partikelstruktur der erhaltenen Additive aus Beispiel 4 gezeigt, jedoch bei Reaktionsführung bei erhöhter Temperatur. Bei gleicher Vergrößerung erscheinen die auch bei dieser Versuchsführung erhaltenen stäbchenförmigen Kristalle etwas größer als diejenigen in Fig. 5 und etwas unregelmäßiger geformt zu sein. Dadurch ergibt sich eine Vielzahl von Interaktionsmöglichkeiten, über die die einzelnen Kristalle miteinander wechselwirken können. Die Netzstruktur scheint im Vergleich zu derjenigen aus Fig. 5 jedoch weniger dicht zu sein.
  • Figur 7 zeigt eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme der Partikelstruktur der erhaltenen Additive aus Beispiel 5 bei Reaktionsführung bei niedriger Temperatur. Neben einer Vielzahl von sehr kleinen Kristallen ohne eine deutlich erkennbare Vorzugsstruktur sind deutlich stäbchenförmige Kristalle zu erkennen. Teilweise sind diese mit den kleineren Kristallen bedeckt, so dass sich eine raue Oberfläche ausbildet, über welche sich die einzelnen Stäbchen miteinander verhaken können. Es scheint sich eine vergleichsweise weitmaschige Netzstruktur ausgebildet zu haben, da nahezu jeder stäbchenförmig Partikel mit mindestens zwei weiteren dieser Partikel in Kontakt steht.
  • Figur 8 zeigt eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme der Partikelstruktur der erhaltenen Additive aus Beispiel 5 bei Reaktionsführung bei erhöhter Temperatur. Auch hier ist eine Vielzahl von stäbchenförmigen Kristallen zu sehen, auf denen sich kleinere, Partikel unbestimmter Geometrie angelagert haben. Der sich durch Wechselwirkung der Stäbchen ausbildende netzartige Verbund scheint gegenüber dem in Fig. 7 gezeigten dichter zu sein.
  • Die Anmelderin behält sich vor, sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale als erfindungswesentlich zu beanspruchen, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.

Claims (14)

  1. Faserverbund, welcher mindestens ein in den Faserverbund integriertes Additiv umfasst, welches zur Verbesserung mindestens einer Eigenschaft des Faserverbundes geeignet ist, welche ausgewählt ist aus einer Gruppe, welche Opazität, Weißgrad, Celluloseanteil, Festigkeit, flammhemmende Wirkung, Luftdurchlässigkeit, Porosität, Glanz, Glätte, Haptik, Bedruckbarkeit, Falzbarkeit, Kaschierbarkeit, Färbbarkeit, Farbwiedergabe, Nassfestigkeit, Weiterreißfestigkeit, Verbindbarkeit, Blattbildungseigenschaften, Entwässerbarkeit, Volumenindex, Rauigkeit, Trocknung, Beschichtungsfähigkeit, Chemikalienbeständigkeit, Rupffestigkeit, Mottling und andere umfasst,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Additiv aus mindestens zwei flüssigen und/oder festen reaktiven Komponenten herstellbar ist, welche dem Faserverbund separat zuführbar sind und welche während oder nach der Herstellung des Faserverbundes miteinander durch chemische Reaktion zu dem Additiv umsetzbar sind.
  2. Faserverbund nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    mindestens eine der Komponenten ausgewählt ist aus einer Gruppe, welche Ca-Verbindungen, Mg-Verbindungen, Ba-Verbindungen, Sr-Verbindungen, Al-Verbindungen, Ammoniumverbindungen, Borate, Silikate, Phosphate, Sulfate, Carbonate, Salze organischer Säuren, Siliciumdioxid und andere umfasst, wobei diese Komponenten als Feststoff, Suspension, Emulsion und/oder Lösung in wässrigem und/oder organischem Lösungsmittel vorliegen können.
  3. Faserverbund nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Additiv im Faserverbund als Feststoff vorliegt.
  4. Faserverbund nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Additiv im Faserverbund Satinweiß ist und/oder die Summenformel Ca6Al2(SO4)3(OH)12·26 H2O aufweist.
  5. Faserverbund nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Additiv eine Carbonatgruppe und/oder eine Silikatgruppe und/oder eine Sulfatgruppe und ein Erdalkalimetall, bevorzugt Ca und/oder Mg, umfasst und dieses Additiv eine Struktur aufweist, durch welche der Faserverbund zusätzlich vernetzbar ist.
  6. Faserverbund nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Faserverbund eine Pappe und/oder ein Papier bzw. ein Papp- und/oder Papiervorprodukt ist.
  7. Verwendung eines Faserverbundes nach einem der vorangegangenen Ansprüche als Speichermedium für Informationen, als Hygieneartikel und/oder für Anwendungen in der Bauindustrie, Verpackungsindustrie und/oder als Dekorationselement.
  8. Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundes, welcher mindestens ein in den Faserverbund integriertes Additiv umfasst, welches zur Verbesserung mindestens einer Eigenschaft des Faserverbundes geeignet ist, welche ausgewählt ist aus einer Gruppe, welche Opazität, Weißgrad, Celluloseanteil, Festigkeit, flammhemmende Wirkung, Luftdurchlässigkeit, Porosität, Glanz, Glätte, Haptik, Bedruckbarkeit, Falzbarkeit, Kaschierbarkeit, Färbbarkeit, Farbwiedergabe, Nassfestigkeit, Weiterreißfestigkeit, Verbindbarkeit, Blattbildungseigenschaften, Entwässerbarkeit, Volumenindex, Rauigkeit, Trocknung, Beschichtungsfähigkeit, Chemikalienbeständigkeit, Rupffestigkeit, Mottling und andere umfasst,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Additiv aus mindestens zwei flüssigen und/oder festen reaktiven Komponenten hergestellt wird, welche dem Faserverbund separat zugeführt werden und welche während oder nach der Herstellung des Faserverbundes miteinander zu dem Additiv umgesetzt werden.
  9. Verfahren gemäß Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    in einem ersten Schritt mindestens eine erste reaktive Komponente vor und/oder während einer Ausbildung eines Faserverbundes einem Faserstoff zugegeben wird und dem Faserverbund in einem zweiten Schritt während und/oder nach dessen Ausbildung mindestens eine weitere zweite reaktive Komponente zugesetzt wird und diese zweite reaktive Komponente, bevorzugt durch eine Einstellung definierter Reaktionsbedingungen und optional durch Zugabe weiterer Reaktionspartner, mit der ersten reaktiven Komponente zu dem Additiv reagiert.
  10. Verfahren gemäß Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    nach einer Ausbildung eines Faserverbundes in einem ersten Schritt mindestens eine erste reaktive Komponente auf den Faserverbund und/oder in den Faserverbund eingebracht wird und in einem zweiten darauf folgenden Schritt mindestens eine weitere, zweite reaktive Komponente auf den Faserverbund und/oder in den Faserverbund eingebracht wird und diese zweite reaktive Komponente, bevorzugt durch eine Einstellung definierter Reaktionsbedingungen und optional durch Zugabe weiterer Reaktionspartner, mit der ersten reaktiven Komponente zu dem Additiv reagiert.
  11. Verfahren gemäß Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    nach einer Ausbildung eines Faserverbundes mit einem ersten Additiv in einem dritten Schritt mindestens eine dritte reaktive Komponente auf den Faserverbund und/oder in den Faserverbund eingebracht wird und in einem vierten darauf folgenden Schritt mindestens eine weitere, vierte reaktive Komponente auf den Faserverbund und/oder in den Faserverbund eingebracht wird und diese vierte reaktive Komponente, bevorzugt durch eine Einstellung definierter Reaktionsbedingungen und optional durch Zugabe weiterer Reaktionspartner, mit der dritten reaktiven Komponente zu dem Additiv reagiert.
  12. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 - 11,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    dem Faserverbund weitere Zusatzstoffe zugesetzt werden, welche ausgewählt sind aus einer Gruppe, welche Pigmente, Füllstoffe, Bindemittel, anorganische Fasern, organische Fasern und andere umfasst.
  13. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 - 12,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    dem Faserverbund erste und zweite reaktive Komponenten zugesetzt werden, welche zu Satinweiß mit der Summenformel Ca6Al2(SO4)3(OH)12·26 H2O reagieren.
  14. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 - 92,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    dem Faserverbund erste und zweite reaktive Komponenten zugesetzt werden, welche zu einem Additiv reagieren, welches eine Carbonatgruppe und/oder eine Silikatgruppe und/oder eine Sulfatgruppe und ein Erdalkalimetall, bevorzugt Ca und oder Mg, umfasst und bevorzugt eine Struktur aufweist, welche den Faserverbund zusätzlich vernetzt.
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