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.
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.
Diese Anforderungen werden bisher nicht oder nur in ungenügendem Maße erfüllt.
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.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
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.
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.
Wird mit Säure gearbeitet, so werden die folgenden Verfahrensschritte angewandt:
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Versuche mit NDC haben gezeigt, dass sich die folgenden Eigenschaften von flächigen Produkten der genannten Art erzielen lassen:
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.
Als Papier kommen in Betracht:
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.
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.
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.