VERFAHREN ZUM HERSTELLEN EINES STOFFES AUF CELLULOSEBASIS SOWIE HIERMIT HERGESTELLTER STOFF

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft das Gebiet von Stoffen, welche Cellulose oder umgewandelte Cellulose enthalten. Es betrifft ferner das Gebiet der natürlichen und künstlichen Faserstoffe sowie der hieraus gefertigten flächigen Produkte. Hierzu gehören in erster Linie Papier und Karton. Diese werden bekanntlich vorwiegend aus natürlichen Faserstoffen hergestellt, aber auch aus künstlichen Faserstoffen.

[0002] Qualitativ hochwertige Papiere werden mit einem Strich versehen. Zu diesem Zwecke wird auf die fertige Papierbahn sogenannte Streichfarbe aufgetragen. Die Streichfarbe besteht im allgemeinen aus einer Dispersion, beispielsweise auf Kaolin-Basis. Das Streichen soll verschiedene, unterschiedliche Anforderungen an das fertige Papier erfüllen. Hierzu gehören die Verbesserung der Bedruckbarkeit, der Durchsicht, der Oberfläche, des Flachliegens und anderes mehr.

[0003] Diese Anforderungen werden bisher nicht oder nur in ungenügendem Maße erfüllt.

[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit welchem sich ein Stoff erzeugen lässt, der geeignet ist als Zuschlagstoff für die genannten Produkte, somit für Papier, Karton und Streichfarben.

[0005] Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.

[0006] Das erfindungsgemäße Verfahren verwendet Cellulose als Ausgangsmaterial. Als Celluloselieferanten kommen Pflanzen aller Art in Betracht, vor allem Holz, aber auch Getreidestroh, Bambus, Gräser, Flachs oder Hanf, jegliche Art von nativer Cellulose. Die Techniken der Cellulosegewinnung sind bekannt. So werden zum Beispiel aus Holz Hackschnitzel erzeugt, die Hackschnitzel einem Kochprozess unterworfen (nach dem Sulfit- oder Sulfat-Verfahren), wobei Lignine und Hemicellulosen gelöst werden und die Cellulosefasern übrigbleiben. Grundsätzlich ist auch das Herstellen von Faserstoffen als Ausgangsmaterial für die Papier- und Kartonfabrikation durch Schleifen von Holz unter Zugabe von Wasser möglich. Hierbei findet kein Herauslösen des Lignins statt.

[0007] Gemäß der Erfindung kann die Behandlung des Ausgangsmateriales dessen Kochen unter Zugabe von Säure beinhalten. Es kann aber auch säurefrei gearbeitet werden. Arbeitet man säurefrei, so wird das cellulosehaltige Ausgangsprodukt mit Wasser vermischt und einem Scherprozess unterworfen.

[0008] Wird mit Säure gearbeitet, so werden die folgenden Verfahrensschritte angewandt:

• die Cellulosefasern werden mit einer Säure gemischt
• das Gemisch wird erhitzt, so dass die Cellulose hydrolisiert wird
• die derart entstandene hydrolisierte Cellulose wird durch Zugabe von Wasser bzw. mit/ohne Zerkleinerungshilfsmitteln in eine Dispersion überführt
• die Dispersion wird einem Scherprozess unterworfen, um die Cellulosepartikel zu zerkleinern.

[0009] Die Zerkleinerung wird bis zum Erreichen des Nano-Bereiches durchgeführt. Das hierbei entstandene Produkt, somit der genannte Basisstoff, liegt in Partikeln mit einer mittleren Partikelgröße von 0,1 bis 100 my vor, beispielsweise einer Partikelgröße von 1 bis 20 my. Der Basisstoff wird im Folgenden "Nano Disperse Cellulose" (NDC) genannt.

[0010] Arbeitet man ohne Säure, so entsteht ein Basisstoff mit Partikeln, die länglich sind. Sie können eine Länge von zwischen 10 und 200 my und ein Dicke von 0,5 bis 15 my haben. Vorzugsweise sind sie ca. 50 my lang und ca. 1 my dick.

[0011] Der derart gewonnene Basisstoff wird nunmehr dem eingangs genannten faserstoffhaltigen Material zugegeben. Dies kann in fester oder flüssiger Form geschehen. So kann der Basisstoff der Papierstoffsuspension zugesetzt werden, noch bevor diese zur Papiermaschine gelangt. Der Basisstoff kann aber auch der Streichfarbe zugesetzt werden, bevor diese als Strich auf die Faserstoffbahn aus Papier oder Karton aufgetragen wird.

[0012] Der genannte Scherprozess lässt sich in einer Vielzahl von Einrichtungen der Papierfabrikation behandeln, beispielsweise in Mahlaggregaten wie Refinern. Der Basisstoff kann teilweise kollodial beziehungsweise teilweise dispergiert vorliegen.

[0013] Der Basisstoff kann dem Faserstoff, welcher die Papier- oder Kartonbahn bildet, oder der Streichfarbe, in unterschiedlichen Mengen zugesetzt werden. So ist es denkbar, dass das fertige Papier zwischen 0,1 und 50 % NDC enthält. Im allgemeinen wird der Anteil von NDC am fertigen Papier 0,1 bis 5 Gew.-% betragen.

[0014] Das erfindungsgemäße NDC lässt sich auch in Kombination mit anderen Stoffen dem Faserstoff zuführen, welcher das flächige Produkt wie Papier oder Karton bildet, oder der Streichfarbe. So kommen Carboxymethylcellulose (CMC) in Betracht, ferner Kaolin, Bindemittel, Cobinder, Verdickungsmittel, Thixotropiermittel, Trägerstoffe und anderes in Betracht.

[0015] Versuche mit NDC haben gezeigt, dass sich die folgenden Eigenschaften von flächigen Produkten der genannten Art erzielen lassen:

• Erhöhung der Festigkeit
• Wirkt als organisches wasserunlösliches Pigment
• Bei Druckpapieren ist die Farbintensität sowie das Druckbild deutlich besser als mit anorganischen Pigmenten
• Hohe Farbabsorption
• Thixotrope Eigenschaften, gutes Fließverhalten
• Gute Verträglichkeit mit anderen Streichfarbpigmenten (nahezu inert)
• Trägerstoff für andere Feststoffe und/oder Flüssigkeiten (anorganische Pigmente, Kationisierungsmittel, Nassfestmittel etc.)
• Keine Migration während der Trocknung (wie bei Hydrokolloiden wie CMC)
• Oberfläche bleibt porös und glatt
• Schnelle Druckfarben Absorption beim Druck
• Sehr gutes Druckbild, scharf und klar, Offset und Tiefdruck
• Hat innere Oberfläche (Kapillaren)
• Gute Entwässerung und Trocknung möglich
• Teilersatz von Stärke und anorganischen Pigmenten
• Teilersatz von Bindern und Cobindern
• Glanzsteigernd
• Vermeidung von Blasenbildung (Blistern, Falzbrechen etc.)

[0016] Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht in der Anwendung des erzeugten Basisstoffes als Zuschlagstoff für Papier oder Karton. Wesentlich ist, dass der Basisstoff eine durchschnittliche Partikelgröße aufweist, die unter 25 my liegt, vorzugsweise zwischen 10 und 20 my oder zwischen 0,5 und 20 my.

[0017] Als Papier kommen in Betracht:

DRUCK- UND PRESSEPAPIERE

AP-Papiere

Bibeldruckpapier

Bilderdruckpapier

Buchdruckpapiere

Chlorfreies Papier

Druckpapier

Dünndruckpapier

Feinpapier

Gestrichenes Papier

Graphisches Recyclingpapier

Gussgestrichenes Papier

Holzfreies Papier

Holzhaltiges Papier

Illustrationsdruckpapier

Kunstdruckpapier

Kupferdruckpapier

LWC-Papier

Maschinengestrichenes Papier

Magazinpapier

Naturpapier

Oberflächengeleimtes Papier

Offsetpapier

Recyclingpapier

Satiniertes Papier

SC-Papier

Tiefdruckpapier

Werkdruckpapier

Zeitschriftenpapier

Zeitungsdruckpapier

BÜRO- UND ADMINISTRATIONSPAPIERE

AP-Papiere

Banknotenpapier

Bankpostpapier

Briefumschlagpapier

Büttenpapier

Chlorfreies Papier

Dokumentenpapier

Durchschlagpapier

Endlosdruckpapier

Feinpapier

Geleimtes Papier

Graphisches Recyclingpapier

Hadernpapier

Handgeschöpftes Papier

Hartpostpapier

Holzfreies Papier

Holzhaltiges Papier

Karton

Karteikarton

Kohlepapier

Kopierpapier

Löschpapier

Luftpostpapier

Naturpapier

NCR-Papier

Offsetpapier

Plakatpapier

Postkartenkarton

Recyclingpapier

Satiniertes Papier

Schreibpapier

Schreibmaschinenpapier

Selbstdurchschreibepapier

Synthesefaserpapiere

Telefaxpapier

Thermopapier

Velinpapier

Vergépapier

Wasserzeichenpapier

Wertzeichenpapier

PAPIER, KARTON UND PAPPE FÜR VERPACKUNGSZWECKE

AP-Papiere

Chromoersatzkarton

Chromopapier

Chromokarton

Duplexkarton

Echt Pergament

Etikettenpapier

Faltschachtelkarton

Feinpappe

Fettdichtes Papier

Gestrichenes Papier

Graukarton

Graupappe

Gussgestrichenes Papier

Holzkarton

Imprägniertes Papier

Karton

Kraftliner

Kraftpapier

Krepppapier

Maschinengestrichenes Papier

Maschinenkarton

Maschinenpappe

Nassfestes und laugenfestes Papier

Ölpapier

Packpapier

Pappe

Pergamentpapier

Pergamin

Sackpapier

Schrenzpapier

Seidenpapier

Silikonpapier

Testliner

Triplexkarton

Vollpappe

Wachspapier

Wellpappe

Wellenpapier

Wickelpappe

HYGIENEPAPIERE

AP-Papiere

Chlorfreies Papier

Hygienepapier

Krepppapier

Krepp-Hygienepapier

Küchentücher

Tissue-Hygienepapier

Toilettenpapier

PAPIER UND PAPPE FÜR TECHNISCHE UND SPEZIELLE VERWENDUNGSZWECKE

Aquarellpapier

Buntpapier

Dachpappe

Dekorpapier

Elektroisolierpapier

Filtrierpapier

Flammfestes Papier

Fotopapier

Glanzpapier

Imprägniertes Papier

Ingrespapier

Kabelpapier

Karosseriepapier

Kofferpappe

Kondensatorpapier

Korrosionsschutzpapier

Marmorpapier

Metallpapier

Papiermaché

Pappe

Sicherheitspapier

Schuhpappe

Spezialpapiere

Tapetenrohpapier

Teebeutelpapier

Transparentpapier

Vorsatzpapier

Weichpappen

Zeichenpapier

Zigarettenpapier

[0018] Die Papiere können sogenannte Rohpapiere sein, d. h. frei von irgendwelchen Strichen. Sie können aber auch jeweils einen Strich enthalten. Der erfindungsgemäße Basisstoff kann dem Rohpapier zugegeben sein, oder dem gestrichenen Papier. Im letztgenannten Falle kann der Basisstoff entweder dem Papier selbst, oder dem Strich, oder beiden zugegeben werden.

[0019] Das Papier kann in bekannter Weise anorganische Füllstoffe enthalten, ferner anorganische Pigmente wie Calciumcarbonat, Kaolin, Titandioxid, Talcum. Das Papier kann auch die üblichen chemischen Additive enthalten, wie Binder, CoBinder, Streichfarbadditive, Leimungsmittel, Nassverfestiger, Trockenverfestiger, Komplexbildner, Farbmittel, optische Aufheller, Biozide, Dispergiemittel, Entschäumer, Entlüfter, Reinigungsmittel, Retentionsmittel, Entwässerungsmittel, Fixiermittel, Flockungsmittel.

[0020] Besonders interessant ist die Anwendung der Erfindung bei Hygienepapieren. So kann einem Hygienepapier der erfindungsgemäße Basisstoff zugegeben werden, und zwar in geringen Mengen von wenigen Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht des Gesamtproduktes, wie auch in einem hohen Prozentsatz. Es ist denkbar, dass ein solches Hygienepapier nur 1, 2, ... 5 Gew.-% an Basisstoff enthält, aber auch über 20 %, beispielsweise 20, 30, 40, 50 und mehr %. Auch kann das Hygienepapier Stoffe zur Körper- und Schönheitspflege enthalten. Solche Stoffe könnten auch beispielsweise dem erfindungsgemäßen Basisstoff beigefügt werden.

Ansprüche

1. Verfahren zum Herstellen eines Basisstoffes auf Cellulose-Basis mit den folgenden Verfahrensschritten:

1.1 es wird als Ausgangsmaterial ein cellulosehaltiges Produkt mit Wasser vermischt;

1.2 das Gemisch wird einem Scherprozess unterworfen, um die CellulosePartikel bis zum Erreichen des Nano-Bereiches zu zerkleinern und hiermit den Basisstoff zu erlangen;

1.3 der Basisstoff wird einem anderen festen oder flüssigen faserstoffhaltigen Material zugegeben;

1.4 der Scherprozess erfolgt bis zum Erreichen einer Partikelgröße mit einer Länge von 10 bis 200 µ und einer Dicke von 0,5 bis 15 µ;

1.5 der Scherprozess wird zum Erreichen eines ganz oder teilweise kolloidalen Zustandes der Cellulose durchgeführt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

2.1 die Cellulosefasern werden mit einer Säure gemischt;

2.2 es wird Wasser zugegeben;

2.3 das Gemisch wird erhitzt, so dass die Cellulose hydrolisiert wird;

2.4 der Scherprozess wird bis zum Erreichen einer Partikelgröße von 0,1 bis 100 µ betrieben.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangsmaterial aus Holz oder anderen Pflanzen gewonnen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die hydrolisierte Cellulose in einem Pulper dispergiert.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als faserstoffhaltiges Material eines der folgenden Materialien verwendet wird:

- Papier

- Karton

- Streichfarbe für Papier oder Karton

- Zuschlagstoffe für Papier oder Karton

wobei die genannten Materialien als feste flächige Gebilde oder in Suspensions- oder Dispersionsform vorliegen.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Papier Etikettenpapier, Druckpapier, LWC-Papier, Kopierpapier, Hygienepapier verwendet wird.

7. Basisstoff in fester Form auf Cellulosebasis zum Zugeben zu einer Papierstoffsuspension oder zu einer Streichfarbe mit Partikeln, die eine Länge von 10 - 200 µm und eine Dicke von 0,5 - 15 µm, oder 0,1 - 100 µm aufweisen.

8. Papier oder Karton mit enthaltend 0,1 - 50 Gew.%, vorzugsweise 0,1 - 5 Gew.-% des Basisstoffes gemäß Anspruch 7.

Claims

1. A method for manufacturing a cellulose-based base material consisting of the following steps:

1.1 a product containing cellulose as a starting material is mixed with water;

1.2 the mixture is subjected to a shearing process, to comminute the cellulose particles into the nano size range and consequently to obtain the base material;

1.3 the base material is added to another solid or liquid material containing fibre substances;

1.4 the shearing process takes place until reaching a particle size with a length of 10 to 200 µm and a thickness of 0.5 to 15 µm

1.5 the shearing process unfolds until reaching a total or partial colloidal condition of the cellulose.

2. The method of claim 1, characterised by the following features:

2.1 the cellulose fibres are mixed with an acid;

2.2 water is added;

2.3 the mixture is heated, so that the cellulose is hydrolysed;

2.4 the shearing process is operated until reaching a particle size of 0.1 to 100 µm.

3. A method according to claim 1 or 2, characterised in that the starting material is obtained from wood or other plants.

4. The method according to one of the claims 1 to 3, characterised in that the hydrolysed cellulose disperses in a pulper.

5. The method according to one of the claims 1 to 4, characterised in that of one of the following materials is used as a material containing fibres:

paper

cardboard

coating colour for paper or cardboard

aggregates for paper or cardboard

wherein the aforementioned materials are available as solid flatly structures or in suspension or dispersion form.

6. The method of claim 5, characterised in that tag paper, printing paper, LWC paper, copier paper, hygienic paper is used as paper.

7. A cellulose-based base material in solid state for adding to a pulp suspension or to a coating colour having particles, with a length of 10 - 200 µm and a thickness of 0.5 - 15 µm or 0.1 - 100 µm.

8. A paper or cardboard containing 0.1 - 50 % in weight, preferably 0.1 - 5 % in weight of the base material according to claim 7.

Revendications

1. Procédé de fabrication d'une substance de base à base de cellulose comprenant les phases consistant à:

1.1 mélanger comme matériau de départ un produit contenant de la cellulose avec de l'eau;

1.2 soumettre le mélange à un processus de cisaillement, pour décomposer les particules de cellulose jusqu'à l'échelle nanométrique et ainsi obtenir la substance de base;

1.3 ajouter la substance de base à un autre matériau solide ou liquide contenant une substance fibreuse;

1.4 réaliser le processus de cisaillement jusqu'à ce que l'on atteigne une taille de particules d'une longueur de 10 à 200 µ et d'une épaisseur de 0,5 à 15 µ;

1.5 poursuivre le processus de cisaillement jusqu'à l'obtention d'un état complètement ou partiellement colloïdal de la cellulose.

2. Procédé selon la revendication 1, présentant les caractéristiques suivantes:

2.1 on mélange les fibres de cellulose à un acide;

2.2 on ajoute de l'eau;

2.3 on chauffe le mélange, pour hydroliser la cellulose;

2.4 on continue le processus de cisaillement jusqu'à ce que l'on atteigne une taille de particules de 0,1 à 100 µ.

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on obtient le matériau de départ à partir de bois ou d'autres plantes.

4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la cellulose hydrolisée se disperse dans un pulpeur.

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'on utilise comme matériau contenant une substance fibreuse l'un des matériaux suivants:

papiers

carton

couleur de revêtement pour papier ou carton

agrégats pour papier ou carton

dans lequel les matériaux cités sont des structures solides bien à plat ou sous forme de suspension ou de dispersion.

6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'on utilise comme papier du papier à étiquettes, du papier impression, du papier couché léger, du papier pour copieur, du papier hygiénique.

7. Substance de base sous forme solide à base de cellulose pour ajouter à une suspension de pulpe ou une couleur de revêtement avec des particules possédant une longueur de 10 - 200 µm et une épaisseur de 0,5 - 15 µm ou bien 0,1 - 100 µm.

8. Papier ou carton contenant 0,1 - 50 % en poids, de préférence 0,1 - 5 % en poids de la substance de base selon la revendication 7.