DE2221418A1

DE2221418A1 - Verfahren zur Herstellung von Papier

Info

Publication number: DE2221418A1
Application number: DE19722221418
Authority: DE
Inventors: Gouw Lam Hwat
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1971-05-03
Filing date: 1972-05-02
Publication date: 1972-11-23
Also published as: IT957679B; SE378628B; AU4178972A; AU471672B2; CA982307A; FR2135573B1; BE782596A; FR2135573A1; CH542319A; GB1371433A; US3795575A; NL7105985A

Description

PH. ING. F. WTTESTIiOS¹T? DR. E. Tt PECHM AiSTN DR. ING. I). BEHIiBNS DIPL. ING. H. GOETZ

PATENTANWÄLTE

8 MÜNCHEN ΘΟ

8CHWEIGEHSTH. »

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Beschreibung zu der Patentanmeldung

SHELL INTERNATIONALE RESEARCH MAATSCHAPPIJ N.V. Carel van Bylandtlaan 30, Den Haag / Niederlande

betreffend:

"Verfahren zur Herstellung von Papier"

Es ist-schon längere Zeit bekannt (s. USA-PS 2 185 789), daß man aus einem synthetisehen thermoplastischen Polymer Fasern herstellen kann, indem man das Polymer zunächst zu einem Film vergießt, diesen durch Verstrecken in der Kälte, d.h. bei einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes des Polymers, in einer Richtung verstreckt, und das verstreckte Produkt dann auf mechanische Weise auffasert (fibrilliert). Während des als Langsverstreekung bekannten Verstreckens werden die Polymermoleküle in dem Film in der Streckrichtung orientiert, was zur Folge hat, daß die Festigkeit des Films in Streckrichtung zunimmt und in der dazu senkrechten Richtung abnimmt. Hierdurch läßt sich der Film verhältnismäßig leicht in · der Streckrichtung auffasern, so daß das Fibrillieren des Films durch mechanische Behandlung ermöglicht wird.

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Das Verfahren fand in der. Praxis ursprünglich nicht viel •Anklang. Seit der Entdeckung von Polypropylen (insbesondere von isotaktischem Polypropylen) wurde das Verfahren jedoch in größerem-Umfang angewandt, da ein verstreckter Polypropylenfilm sich besonders gut zur mechanischen Fibrillierung eignet. Bei hochgradiger Verstreckung fasert der Propylenfilm manchmal sogar spontan auf, ohne daß er einer besonderen mechanischen Behandlung unterworfen werden muß.

Das zunehmende Interesse an der Filmfibrillierung hat zu vielen Verbesserungen und neuartigen Ausgestaltungen des Verfahrens geführt, z.B. zur Verwendung von besonderen Fibrillatoren und Fibrillierungsmethoden (ER-PS 1 556 und 2 020 718) und von profilierten Filmen als Ausgangsmaterial (DT-AS 1 917 822, 2 031 304 und 2 031 338), bei denen oft während des Verstreckens eine spontane Fibrillierung eintritt.

Das resultierende Fibrillat kann aus Einzelfasern bestehen, ist jedoch gewöhnlich ein Netzwerk von mehr oder weniger zusammenhängenden Fasern.

Das Fibrillat kann durch Zerschneiden oder Zerreißen zu Fasern der gewünschten Länge in Stapelfaser überführt werden. Stapelfaser kann auch so hergestellt werden, daß man zuerst den verstreckten Film in Stücke der gewünschten Länge zerschneidet und dann erst die Filmstücke fibrilliert.

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Gegebenenfalls kann das Fibrillat auch in ein Vlies überführt werden. So kann man "beispielsweise ein paar Schichten eines Netzwerkes übereinander legen und sie mit Nadeln oder Zähnen bearbeiten (s. z.B. GB-PS 1 202 829).

Ein Vlies kann auch dadurch erhalten werden, daß man Stapelfaser durch eine Kardiervorrichtung laufen

läßt. ' ■ ■

Neben einem einzelnen EiIm kann das verwendete Ausgangsmaterial auch ein Laminatfilm, d.h. ein EiIm aus zwei oder mehr Schichten von verschiedener -Polymerzusammensetzung, sein (s. z.B. die GB-PS 1 181 24-9 und DT-AS 2 019 -815)

Erfindungsgemäß wird ein von einem Laminatfilm erhaltenes Fibrillat zur Verstärkung von Papier verwendet, das auf übliche Weise aus Cellulosefasern gemacht ist. Zu diesem Zweck arbeitet man das Fibrillat in das Papier derart ein, daß die Fasern in völlig verschiedenen Richtungen zu liegen kommen, so daß sich zwischen ihnen eine große Anzahl von Kreuzungspunkten bildet. Erwärmt man dann das Ganze auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des niedrigst schmelzenden Polymers und unterhalb des Schmelzpunktes des am höchsten schmelzenden Polymers, so schmelzen die Fasern an den Kreuzungspunkten zusammen und bilden ein Netzwerk mit festgelegten Kreuzungspunkten.

In trockenem Papier entwickeln die Cellulosefasern eine gewisse Kohärenz, was dazu führt, daß das Papier eine gewisse Festigkeit hat. Wenn das Papier naß wird, geht die Kohärenz der Cellulosefasern zum großen Teil zurück, so daß die Festigkeit beträchtlich abnimmt. Es wurde bereits

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versucht, die Festigkeit von Papier dadurch zu verstärken, daß man in das Papier homogene Polymerfasern (Monokomponenten-.fasern) einarbeitete. Da jedoch kaum eine Kohärenz zwischen den Polymerfasern und den Cellulosefasern besteht, muß man in das Papier außerdem eine verhältnismäßig große Menge (20 Gew.-% oder mehr) eines Bindemittels, wie eines Acrylatharzes, einarbeiten. Diese Notwendigkeit entfällt, wenn man das erfindungsgemäße Verfahren anwendet, bei welchem nicht homogene Pasern, d.h. Fasern aus zwei oder mehr Schichten von verschiedener Polymerzusammensetzung (Bi- oder Multikomponentfasern) verwendet werden. Zwar ist die sich ergebende Kohärenz zwischen den Polymerfasern und den Cellulosefasern nicht sehr fest, dies ist jedoch auch nicht nötig, da das schließlich entstehende Fasernetzwerk mit festgelegten Kreuzungspunkten in sich selbst eine gewisse Festigkeit aufweist.

Bei der kontinuierlichen Herstellung von Papier wird eine wäßrige Suspension von Cellulosefasern (praktisch meist mit Füllstoff, Farbstoff, Leim, Harz u.dgl.) zunächst über ein Sieb geschickt, um den Hauptanteil an V/asser zu entfernen. Die feuchte Papierbahn läuft dann über mehrere Preßwalzen, die einen weiteren Anteil an Feuchtigkeit aus dem Papier auspreßen. Zu diesem Zeitpunkt ist der Feuchtigkeitsgehalt auf weniger als 100, gewöhnlich auf 65 Gew.-% oder etwas weniger, berechnet auf das Trockengewicht, abgesunken. Das Papier passiert dann eine Anzahl ^beheizter Trockentrommeln, wo es weiter getrocknet wird, normalerweise bis auf einen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 8 Gew.-%. Wenn das Papier nach Verlassen der letzten Trockenwalze einen zu geringen Feuchtigkeitsgehalt hat, kann man es mit

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einem feinen Wassernebel "besprühen. Nach dem Trocknen werden viele Papiertypen kalandert, wobei sie eine glatte Oberfläche annehmen.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auf verschiedenste Weise in das übliche Herstellungsverfahren für Papier eingebaut werden.

In erster Linie können den Cellulosefasern vor der Bildung der feuchten Papierbahn Stapelfasern zugesetzt werden. Während des oder nach dem Trocknen (und gegebenenfalls Kalandern), kann diß erfindungsgemäß vorgesehene Wärmebehandlung erfolgen. Eine geeignete Länge für die Polymerfasern liegt bei etwa 5 bis 15 mm; die Dicke (entsprechend der Dicke des verstreckten Films) liegt gewöhnlich zwischen 5 und 50/um; die Breite, die gewöhnlich bei einem Filmfibrillat weitgehend schwankt, beträgt gewöhnlich 20 bis 250yUm. Das spezifische Gewicht der Polymerfasern kann durch Zugabe von Füllstoffen beeinflußt werden, so daß es gegebenenfalls näher an demjenigen der -&» Cellulosefasern liegt, wodurch die Neigung zum Entmischen in wäßriger Suspension verringert wird.

Zweitens können die Polymerfasern zugesetzt werden, nachdem die nasse Papierbahn die Druckwalzen passiert und eine gewisse Festigkeit angenommen hat. In diesem Fall sollten zwei Papierbahnen verfügbar sein, zwischen die die Papierfasern eingebracht werden. Obgleich man auch in diesem Fall »Stapelfasern verwenden kann, ist es viel einfacher mit. einem kontinuierlichen Netzwerk oder Vlies zu

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arbeiten. Nach Einführung der Polymerfasern zwischen den feuchten Papierbahnen folgt wieder die Trockenstufe usw., wie oben beschrieben. Selbstverständlich kann man in diesem Fall auch mit drei Papierbahnen und zwei Zwischenschichten aus Polymerfasern usw. arbeiten. Ebenso kann jede einzelne Zwischenschicht aus Polymerfasern aus mehreren übereinander gelegten Netzwerken bestehen. Die Dicke der Fasern (entsprechend der Dicke des verstreckten Films) beträgt gewöhnlich 5 bis 100 /Um; die Breite 20 bis 150 /um.

In jedem Fall ist es von Vorteil, wenn die Cellulosefasern zwischen den Polymerfasern während der Überleitung über die Irockentrommeln (und möglichst während des Kalanderns) gepreßt werden. Man kann dann in dem Endprodukt kaum getrennte Schichten unterscheiden.

Die oben beschriebene zweite Methode kann gegebenenfalls auch auf trockene oder beinahe trockene Papierbahnen angewandt werden, jedoch ist es in diesem Fall schwieriger, zu erreichen, daß sich die Cellulose- und die Polymerfasern vermischen.

Während bisher nur vom Einbau des erfindungsgemäßen Verfahrens in die kontinuierliche Papierherstellung die Rede war, kann das Verfahren auch mutatis mutandis in die diskontinuierliche Papierherstellung (handgeschöpftes Papier) eingebaut werden. Im übrigen sind unter "Papier" auch die dickeren Papierarten zu verstehen, die gewöhnlich als "Karton" und "Pappe" bezeichnet werden.

Selbstverständlich sollte ein Fibrillat verwendet werden, dat

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aus einem Laminatfilm erhalten wurde, der aus Polymeren mit verschiedenen Schmelzpunkten "besteht, jedoch haben im allgemeinen verschiedene Polymere ohnehin verschiedene. Schmelzpunkte. Sehr geeignet ist ein Laminat aus Polypropylen und Polyäthylen, insbesondere Polyäthylen von niederer Dichte, ,wie es mit Hilfe des bekannten "Hochdruckverfahrens" erhalten wird. Die Schmelzpunkte dieser Stoffe liegen bei 120 bzw. 17O°G, also genügend weit auseinander, um die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens leicht zu machen. Die Wärmebehandlung kann bei etwa 130 bis 140 G erfolgen, wobei die Grenze nach beiden Seiten nicht scharf ist. Ein Vorteil ist auch, daß man weit genug unter dem Schmelzpunkt von Polypropylen bleiben kann, denn beim Erhitzen bis nahe an den Schmelzpunkt orientieren sich die Moleküle und damit geht die Festigkeit der Faser zum größten Teil verloren. Die Adhäsion zwischen den Schichten in dem Laminatfilm kann gegebenenfalls dadurch weiter verbessert werden, daß man in jede Schicht einen kleinen Anteil des anderen Polymers einarbeitet. So setzt sich beispielsweise die eine Schicht aus 95 "bis 60 Gew.-Teilen Propylen und 4- bis 50 Gew.-Teilen Polyäthylen.und die andere aus 95 ^is 60 Gew.-Teilen Polyäthylen und 5 "bis 40 Gew.-Teilen Polypropylen zusammen. Wählt man für die eine Schicht Polypropylen oder mindestens im wesentlichen Polypropylen, so wird auch die I'ibrillierung des verstrecken Polypropylenfilms erleichtert. Schließlich ist eine Erwärmungsteinperatur von 130 bis 140⁰C auch für das Papier nicht schädlich, zumindestens" nicht während der kurzen Zeit, die für die erfindungsgemäße Wärmebehandlung benötigt wird. Selbstverständlich kann iron in diesem Fall die Wärmebehandlung nicht während des üblichen Trocknens

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des Papiers vornehmen, jedoch kann das Erhitzen ohne weiteres auf einer späteren Stufe während des Kalanderns "bewirkt werden. In diesem Fall wird die Wärmebehandlung unter einem gewissen Druck durchgeführt, was ganz allgemein von Vorteil ist.

Im allgemeinen v/endet man, berechnet auf das Gesamtgewicht des Papiers, 5 bis 75 Gew.-/o Polymerfasern an, jedoch hängt in jedem Fall der Anteil an Polymerfasern von dem Grad ab, bis zu welchem die Naßfestigkeit des Papiers verbessert werden soll. Von Stapelfasern wird gewöhnlich eine größere Menge benötigt als bei Verwendung eines Netzwerkes oder eines Vlieses: normalerweise 20 bis 75 Gew.-% bei Stapelfasern und 5 bis 40 Gew.-?o für ein Netzwerk oder Vlies. Es sei darauf aufmerksam gemacht, daß das Schmelzen und Zerfließen des am niedrigsten schmelzenden Polymers ebenfalls die Wasserbeständigkeit des Papiers verbessert.

Die verschiedenen Schichten Laminatfilm müssen nicht von gleicher Dicke sein, sondern die eine Schicht kann die 10- oder mehrfache Dicke der anderen haben.

Der Laminatfilm kann die üblichen Zusätze, wie Stabilisatoren, lüllmittel und Farbstoffe, aufweisen.

Die Beispiele dienen zur näheren Erläuterung der Erfindung.

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Beispiel 1_

Zwecks Herstellung eines Laminatfilmes aus zwei Schichten verwendete man als Ausgangsmaterial Polypropylen mit einem Schmelzindex von 1,5 und Polyäthylen mit einem Schmelzindex von 2,0 und einer Dichte von 0,925· Der Film wurde mit HOfe der Blasextrusionsmethode gewonnen, wobei der eine Extruder mit einem Gemisch aus 90 Gew.-Teilen Polypropylen und 10 Gew.-Teilen Polyäthylen und der zweite Extruder mit einem Gemisch aus 90 Gew.-Teilen

PolyPolyäthylen und 10 Gew.-Teilen/Propylen beschickt wurde.

Beide Extruder waren an eine einzige Extrusionsdüse mit kreisförmiger Öffnung angeschlossen, worin die beiden Polymerschmelzen kurz vor ihrem Austritt aus der Düse zusammenflössen. Durch die Anordnung von zxvei Extrudern zur Polymerherstellung mit gleicher Geschwindigkeit wurde sichergestellt, daß die beiden Laminatschichten die gleiche Dicke, nämlich 30/um, erreichten. Die Extrusionsgeschwindigkeit betrug 9 m/min und nach dem Flachlegen und Aufschlitzen des zylindrischen Films wurde ein flachliegender Film mit einer Breite von 30 cm erhalten.

Der obige Film wurde in Längsrichtung bei einer Temperatur von 80°G und einem Streckverhältnis von 8:1 kalt verstreckt, wobei die Gesamtdicke des Films von 60 auf ¹^Λ/um zurückging.

Der verstreckte Lamintafilm wurde fibrilliert, indem man

Wal?e
ihn über eine/räit Sägezähnen (s. FR-PS 1 556 787) laufen ließ. Die Umlaufgeschwindigkeit der Walze war 4mal so groß

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wie die Lineargeschwindigkeit des Films. Das erhaltene Fibrillat hatte die Form eines kontinuierlichen Netzwerkes.

Vier Schichten aus diesem Netzwerk wurden übereinander gelegt und gemeinsam zwischen zwei Bahnen von naßem,

aus einer Sulfatholzpulpe gewonnenen Kraftpapier, die von den Preßwalzen kamen und einen Feuchtigkeitsgehalt von 60 % hatten, eingebracht. Die beiden Papierbahnen und das dazwischenliegende Fibrillat liefen gemeinsam über die Trockentrommeln, die von innen mit Dampf auf 110⁰G aufgeheizt waren. Dem Trockenvorgang schloß sich ein Kalandern

bei 130⁰G an. Das Produkt hatte ein Gewicht von 104 g/m² und enthielt 10 Gew.-% Polymerfaser.

Zum Vergleich wurde auf gleiche V/eise, jedoch ohne
Einlage von Polymerfasern, ein Kraftpapier hergestellt; die Vergleichswerte sprechen für sich:

mit Polymerfaser ohne Polymerfaser

Zugfestigkeit im nassen

Zustand (NEN 1760) 159 g 102 g

Reißfestigkeit im nassen _o

Zustand (NEN 1765) 0,4 kg/cnT 0,2 kg/cnr

(NEN = niederländ. Standardwerte)

Beispiel

Aus dem in Beispiel 1 verwendeten Fibrillat wurden Stapel-

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•fasern hergestellt, indem man das kontinuierliche Netzwerk in Stücke von 10 mm Länge zerschnitt.

lüun wurde eine wäßrige Suspension bereitet, die 2 Gew.-% JETasermaterial, das zur Hälfte .aus den erwähnten Stapelfasern und zur anderen Hälfte aus Cellulosefaser!! (Sulfatholzpulpe) bestand, enthielt. Aus dieser Suspension wurde auf übliche

ο
Weise ein Kraftpapier von 104 g/m gewonnen. Das Trocknen und Kalandern erfolgte wie in Beispiel 1.

Zum Vergleich wurde wie oben ein Kraft-Papier von gleichem Gewicht hergestellt, wobei jedoch die Polymerfasern weggelassen wurden und die Suspension nur 2 Gew.-% Cellulosefasern enthielt.

Vergleichswerte mit Polymerfaser ohne Polymer

faser

Zugfestigkeit im nassen

Zustand (ITEN 1760) 365 g 102 g

Reißfestigkeit im nassen ₉ ο

Zustand (KEH 1765) 1,5 kg/cm^ 0,2 kg/cm^

PATEiTTAKSPRÜCHE:

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Claims

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Patentansprüche

Verfahren zur Herstellung von Papier aus Cellulosefaser¹}! und Fasern aus einein synthetischen thermoplastischen Polymer, dadurch gekennzeichnet , daß

a) man als Polymerfasern Fasern verwendet, die erhalten wurden durch Fibrillieren eines kalt; verstreckten Laminatfilmes aus zwei oder mehr Schichten von verschiedener Polymerzusammensetzung und daß man

b) diese Fasern in das Papier in beliebiger Richtung einarbeitet, worauf man

c) das Papier einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des am niedrigsten schmelzenden Polymers und unterhalb des Schmelzpunktes des am höchsten schmelzenden Polymers unterwirft.
2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichn e t , daß man die Wärmebehandlung (c) unter Druck durchführt.
3) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß man die Polymerfasern in einer Menge von 5 his 75 %·> berechnet auf das Gesamtgewicht des Papiers, verwendet.
4) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3₅ dadurch gekennzeichnet , daß man die Polymerfasern als Stapelfaser den Cellulosefaser, zuführt, bevor die nasse Papierbahn gebildet wird.

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5) Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet ', daß man Stapelfasern mit einer Länge von 5 bis 15 *™ verwendet.
6) Verfahren nach Anspruch 4 oder 5_? dadurch gekennzeichnet , daß man die Polymerfasern in einer Menge von 20 bis 75 % des Gesamtgewichtes des Papiers verwendet.
7) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 "bis 3» dadurch gekennzeichnet , daß man die Polymerfasern in Form eines Netzwerkes oder Vlieses zwischen feuchte Papierbahnen aus Cellulosefasern einlegt.
8) Verfahren nach Anspruch 7j dadurch g e k e η η .zeichnet , daß man die Polymerfasern in einer Menge von 5 bis 40 % des Gesamtgewichtes des Papiers verwendet.
9) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß man Polymerfasern verwendet, die aus einem aus Polypropylen und Polyäthylen, insbesondere Polyäthylen von niedriger Dichte, gebildeten Laminatfilm gewonnen wurden.
10) Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß man Polymerfasern verwendet, die aus einem Laminatfilm gewonnen wurden, dessen eine

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Schicht gebildet ist aus einem Gemisch von 95 bis f60 Gew.-Teilen Polypropylen und 5 bis 40 Gew.-Teilen Polyäthylen und dessen andere Schicht gebildet ist aus einem Gemisch von 95 bis 60 Gew.-Teilen Polyäthylen und 5 bis 40 Gew.-Teilen Polypropylen.
11) Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet , daß man die Wärmebehandlung (c) bei einer Temperatur von etwa 130 bis 140⁰C durchführt.

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