DE2450825B2 - Verfahren zur herstellung eines steifen, kunststoffteilchen enthaltenden papiers - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines steifen, kunststoffteilchen enthaltenden papiers

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Description

45
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von steifem Papier, das Kunststoffteilchen enthält, wobei das Papier ein niedriges Basisgewicht in Kombination mit den Gebrauchseigenschaften von schwererem Papier, wie Steifigkeit, Mattheit bzw. Undurchsichtigkeit usw. besitzt. Der Ausdruck Papier umfaßt auch die dickeren Papiertypen, die im allgemeinen als Pappe oder Kartonpapier bezeichnet werden.
Es war bekannt, Papier herzustellen, das Kunststoffteilchen enthält, um ein Papierprodukt mit einem niedrigen Basisgewicht zu erhalten, jedoch unter Retention der Gebrauchseigenschaften von schwererem Papier. So beschreibt die schwedische Patentschrift 00 927 ein Verfahren, bei dem ausgedehnte Kunststoffkügelchen zu einer Faserpulpe zugefügt werden, bevor diese zu dem Siebteil zur Entwässerung gebracht wird, wonach das Papier in bekannter Weise gerormt wird. Dieses Verfahren ist nicht völlig zufriedenstellend, da Schwierigkeiten besteh eine ausreichende Retention zwischen den Cellulosefasern zu erhalten und eine gute Dispersion der Kunststoffkügelchen in der Pulpe zur Erzielung eines gleichmäßigen Papiers zu erreichea Das Papier zeigt dann eine deutliche Zweiseitigkeit, da sich die Polymerteilchen zu einem großen Teil auf der Seite des Papieres befinden, die von dem Sieb abgewandt ist Weiterhin enthält die Oberfläche des fertiggestellten Papieres Blasen oder Schaumteilchen von dem Kunststoff, die zu Störungen führen, wenn sie zu groß sind oder, wenn sie die Oberfläche verlassen bzw. aus ihr herausragen. Um nach diesem Verfahren ein annehmbares Papier zu erhalten, muß eine bestimmte Art der Oberflächenschlichtung durchgeführt werden, die den Preis des endbehandelten Papiers erhöht. Auch aus der US-PS 35 56 934 ist es bekannt, expandierbare thermoplastische Teilchen in einen Faserbrei einzubringen, aus dem anschließend das Papier hergestellt wird. Überraschenderweise hat sich jedoch gezeigt, daß mit der nachfolgend beschriebenen erfindungsgemäßen Arbeitsweise Papiere mit größerer Steifheit erhalten werden.
Es wurden verschiedene Verfahren für die Herstellung von laminiertem Papier empfohlen, bei denen eine Mittelschicht aus einem expandierten Kunststoff gebildet wird. Diese Verfahren gehen von zwei oder mehr geglätteten Papierbogen aus, zwischen die eine Schicht von expandierbarem oder expandiertem Kunststoff eingebracht wird. Gemäß einem Verfahren wird ein Film eines expandierbaren Kunststoffs zwischen die Papierbogen eingebracht und die Schicht dann durch Erhitzen und Kalandern gebunden. Es wurde auch empfohlen, eine Schicht durch Einbringen von expandierten Kunststoffkügelchen zwischen zwei Papierbogen, die einen klebenden Überzug besitzen, herzustellen derart, daß das fertiggestellte Laminat eine Schicht von expandiertem, an das Papier geklebten Kun:tstoff aufweist. Weiterhin ist es bekannt, eine Wasser- oder Lösungsmitteldispersion eines expandierbaren Kunststoffs zwischen zwei Papierbogen einzubringen und ein Papierlaminat durch Trocknen und Erhitzen zu erhalten. Diese Lamierungsmethoden gehen von vorgefertigten Papierbogen aus, die einer bestimmten Art der Nachbehandlung, wie einem Erhitzen oder Trocknen, zur Erzielung eines Kunststoffteilchen enthaltenden Papiers unterworfen werden. Diese Nachbehandlung erhöht natürlich den Herstellungspreis und das erhaltene Schichtmaterial weist zwei voneinander getrennte Papierschichten auf, die durch die Kunststoffschicht verbunden sind. Um eine zufriedenstellende z-Zugfestigkeit (z = strength), d. h. Bindung zwischen den drei Schichten, zu erhalten, sind die Anforderungen an die Verfahrensausrüstung und Verfahrenskontrolle sehr hoch.
Es wurde nun ein Verfahren gefunden, durch das die vorstehenden Nachteile vermieden werden und mit dem ein gleichmäßiges, steifes Papier mit einer guten z-Zugfestigk?it erhalten wird. Dabei kann man eine Verfahrensausrüstung verwenden, die in Papierfabriken zur Verfügung steht. Weiterhin scheint eine gewisse Freiheit in der Wahl des ausdehnungsfähigen Kunststoffes zu bestehen, da es keine Anforderungen an die Retention gegenüber den Cellulosefaser!; oder an die Dispergierbarkeit in der Pulpe gibt. Es wird keine anschließende Behandlung des Produktes, außer einer, die bei der Papierherstellung üblich ist, erforderlich und die Produktionskosten des Papieres können so relativ niedrig gehalten werden.
Die Erfindung betrifft daher ein Verfahren zur Herstellung eines steifen, Kunststoffteilchen enthaltenden Papiers, wobei expandierbare thermoplastische
Kügelchen eingebracht werden und das noch feuchte Faservlies bei einer Temperatur getrocknet wird, die ausreicht, um die Kunststoffkügelchen zur Expansion zu bringen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die expandierbaren Kunststoffkügelchen zwischen zwei auf Siebe aufgebrachte, teilweise entwässerte Bahnen aus Cellulosefasern eingebracht werden, die Bahnen hierauf aneinandergepreßt werden und beim nachfolgenden Trocknen zumindest ein Teil der Kunststoffkügelchen expandiert wird.
Die teilweise entwässerten Bahnen aus Cellulosefasern, zwischen denen die expandierbaren oder teilweise expandierten thermoplastischen Kügelchen eingebracht werden, besitzen einen Trockengehalt innerhalb des Bereiches von 8 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise 10 bis 15 Gew.-%, i. e. der Wassergehalt der feuchten Bahn auf dem Sieb einer üblichen Papiermaschine.
Die an dem Siebteil entwässerten Papierbahnen mit der dazwischenligenden Polymerschicht werden dann einer Gautschwalzung unterzogen gepreßt und getrock- zo net. Während des Trocknens dehnen sich die Polymerkügelchen aus, wenn die Temperatur des Materials über 75°C steigt, i. e. die Temperatur in dem Trocknungsabschnitt einer üblichen Papiermaschine. Diese Temperatur wird natürlich in Abhängigkeit von dem gewählten Polymertyp und der Dicke des Laminates etwas variieren. Bei der Expansion der Kunststoffkügelchen erweicht die Oberfläche dei selben und es wird auf diese Weise eine Bindung zwischen dem Kunststoff und den Cellulosefasern erhalten, die dem Laminat eine verbesserte z-Zugfestigkeit verleiht. Erwünschtenfalls kann das erhaltene Papier geglättet werden. Hierbei sollte darauf geachtet werden, daß das Papier keinen Drücken unterworfen wird, die hoch genug sind, um zu einer zu starken Deformierung der expandierten Kunststoffkügelchen zu führen.
Als Beispiele für expandierbare Polymerkügelchen, die für die Herstellung des Papiers gemäß dem vorliegenden Verfahren geeignet sind, können genannt werden Polymethylmethacrylat oder Copolymerisate von Methylmethacrylat und mit diesem copolymerisierbaren Monomeren, wobei die Menge an Methylmethacrylat 70 Gew.-%, bezogen auf das Copolymere, übersteigen sollte, Copolymerisate von Acrylnitril und Vinylidenchlorid, die 10 bis 90 Gew-% Acrylnitril, bezogen auf das Copolymere, enthalten und Polystyrol oder Copolymerisate von Styrol und mit diesem copolymerisierbaren Monomeren, wobei die Menge an Styrol 70 Gew.-°/o, bezogen auf das Copolymere, übersteigen sollte. Ein bevorzugtes Copolymerisat von so Styrol ist Styrol-Acrylnitrilcopolymerisat, bei dem die Menge an Styrol 70 Gew.-%, bezogen auf das Copolymere übersteigt.
Die Teilchengröße der verwendeten Polymerkörnchen in nicht expandierter Form wird sowohl von dem verwendeten Polymerisattyp als auch von der Dicke der feuchten Bahnen und der Rauhigkeit bzw. Körnung der Cellulosefasern bestimmt. \m allgemeinen sollten die nicht expandierten Polymerteüchen einen Durchmesser von 0,5 bis 200 μΐη besitzen. Bei der Herstellung von Papier sollten die Teilchen einen Durchmesser von 0,5 bis 100 μπι, vorzugsweise von 3 bis 60 μπη, besitzen. Bei der Herstellung von Pappe b?.w. Kartonpapier ist ein Teilchendurchmesser von 60 bis 200 pm bevorzugt. Eine Vorexpansion der Kügelchen vor der Einbringung zwischen die feuchten Bahnen kann geeignet sein.
Die ausdehnungsfähigen Kunststoffkügelchen wer-Λ»η .«»maß bekannten Methoden hergestellt derart, daß das fertiggestellte Polymerisat Kügelchen umfaßt, die ein Treibmittel enthalten, das beim Erhitzen unter gleichzeitiger Expansion der Kunststoffkügelchen verdampft wird.
Die expandierbaren Kunststoffkügelchen können zwischen die beiden nassen Bahnen entweder in trockner oder in nasser Form eingebracht werden. Wählt man eine trockene Aufbringung des Polymerisates, so muß die Verteilung der Kunststoffkügelchen zv/ischen die feuchten Bahnen sorgfältig reguliert werden, um eine Oberdosierung mit anschließender Klumpenbildung zu vermeiden. Als Beispiele für geeignete Aufbringungsformen können die pneumatische Ablagerung oder die Siebung genannt werden. Mit diesen Typen der trocknen Aufbringung wird gleichzeitig eine gewisse Aussortiemng von groben und feinen Fraktionen der Polymerkügelchen erhalten und so die Anforderung an eine gleichmäßige Partikelgröße des Polymerisats reduziert Bei der feuchten Aufbringung der Polymerkügelchen wird geeigneterweise eine Dispersion der Kügelchen in Wasser oder einem anderen inerten Dispersionsmedium verwendet Der Bereich der Partikelgröße des so dispergierten Polymerisats sollte ziemlich eng gehalten werden, um zu große Variationen in dem fertiggestellten Papier zu vermeiden. Der Trockengehalt der Dispersion hängt ab von der Menge der Kunststoffkügelchen, die in dem fertiggestellten Papier erwünscht ist und sollte normalerweise im Bereich von 0,05 bis 40 Gew.-%, bezogen auf die Dispersion, liegen.
Gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform kann die Kunststoffdispersion auch Cellulosefasern enthalten und bei der Papierherstellung übliche Zusatzstoff e, wie Retentionsmittel, Naßfestigkeitsmittel, Antischaumbildungsmittel, Füllstoffe usw. Das Gewichtsverhältnis von Kunststoffkügelchen zu Cellulosefasern in einer derartigen Dispersion sollte im Bereich vonl : 20 bis 20 :1 liegen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden aus wirtschaftlichen Gründen Kunststoffkügelchen aus Polystyrol oder Copolymerisaten, die zumindest 70 Gew.-% Styrol enthalten, insbesondere Styrol-Acrylnitrilcopolymerisat, ausgewählt. Es wurde gefunden, daß bei sehr geringer Teilchengröße eines derartigen Polystyrols das Treibmittal eine gewisse Neigung besitzt, durch die Kügelchenhülle zu diffundieren, v.'obei dieses Problem vermieden wird, wenn die Kunststoffkügelchen in Wasser dis pergiert gehalten werden und so naß aufgebracht werden.
Die Menge an Kunststoffkügelchen, die erfindungsgemäß in das Papier eingebracht wird, kann innerhalb weiter Bereiche variieren, wobei vorzugsweise 0,05 bis 60 Gew.-% der Kunststoffkügelchen, bezogen auf die Fasern, in das fertiggestellte Papier eingebracht werden. Bei der Herstellung von beispielsweise Schreibpapier mit einem niedrigen Basisgewichtsverlust sollte die Menge Kunststoffteilchen innerhalb des Bereiches von 5 bis 20 Gew.-% Polymerisat, bezogen auf die trockenen Fasern, betragen. Bei der Herstellung von Pappe bzw. Kartonpapier sollte die Menge an Kunststoffteilchen innerhalb des Bereiches von 2 bis 15 Gew.-Teile Polymerisat, bezogen auf die trockenen Fasern, liegen, wobei bei der Herstellung von Pappe bzw. Kartonpapier, bei denen wärmeisolierende Eigenschaften erwünscht sind, eine Menge an Polymerisat im Bereich von 25 bis 50 Gew.-% bezogen auf die trockenen Fasern, verwendet werden kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird geeigneter-
weise auf einer Papiermaschine mit einem zweifachen Siebteil oder jeder anderen Papiermaschine mit zumindest zwei Siebteilen durchgeführt. Hierbei werden die nicht expandierten oder teilweise expandierten Kunststoffteilchen auf die feuchte Bahn der Cellulosefasern in dem ersten Siebteil aufgebracht, und die zweite feuchte Bahn aus Cellulosefasern wird dann während der Entwässerung auf dieses Produkt aufgebracht. Wenn das Laminat den Siebteil verläßt, werden die Bahnen mit der Kunststoffzwischenschicht aneinandergelagert und das Produkt wird einer Presse und dem Trocknungsabschnitt der Papiermaschine zugeführt. Der Temperaturgradient in dem Trocknungsabschnitt wird wie für die übliche Papierherstellung gewählt und, wenn die Temperatur des Laminats ca. 75° C übersteigt, (3 expandieren die Kunststoffteilchen. Die endgültige Trocknung sollte bei einer Temperatur von ungefähr 100° C durchgeführt werden, wobei diese Temperatur etwas in Abhängigkeit von dem ausgewählten Polymerisat, der Teilchenmenge, der Teilchengröße und der Dickt des Materials variiert. Bei der Herstellung von beispielsweise Schreibpapier sollte das Papier kalandert werden, um die gewünschte Oberfläche zu erhalten.
Die feuchten Bahnen der Cellulosefasern, zwischen denen die Kunststoffteilchen eingebracht werden, und die wie vorstehend angegeben einen Trockengehalt innerhalb des Bereiches von 8 bis 20 Gew.-%, bezogen auf die trockenen Fasern, besitzen, werden in bekannter Weise durch Aufschlämmen der Cellulosefasern in Wasser und Aufbringen derselben auf ein Siebteil hergestellt. Die Aufschlämmung der Fasern in Wasser oder die Pulpe können bei der Papierherstellung übliche Zusatzstoffe, wie Alaun, Füllstoffe, Retentionsmittel, NaßfeEtigkeitsmittel, Antischaumbildungsmittel, Fungicide usw., enthalten. Der Fasertyp beeinflußt das fertiggestellte Laminat nicht, wobei alle Fasertypen bei der Durchführung des Verfahrens verwendet werden können.
Das wesentliche Merkmal bei der Herstellung von Papier mit einem niedrigen Basisgewicht gemäß der Erfindung besteht darin, daß expandierbare Kunststoffkügelchen zwischen zwei teilweise entwässerte Bahnen aus Cellulosefasern, die gepreßt und für die Expansion der Kunststoffkügelchen getrocknet werden, eingebracht werden. So liegt es auch innerhalb des Bereiches der Erfindung, Laminate herzustellen, die z. B. weitere Schichten von Cellulosebahnen und/oder weitere Schichten von Cellulose- und Polymerisatbahnen enthalten.
Die Erfindung wird anhand des folgenden Beispiels weiter erläutert.
Beispiel
Auf eine Papiermaschine, die mit zwei Siebteilen ausgestattet ist, die derart angeordnet sind, daß die gebildeten Faserbahnen vor der Gautschpresse zueinander geführt werden können, nachdem jedes Sieb mit einer Auflage versehen worden ist, wurden Bahnen aus Sulfatstoff mit einem Basisgewicht von 66 g/m2 aufgebracht. Auf die Bahn auf dem unteren Sieb wurde dann vor dem Naßpressen eine Wasserdispersion, die 18 g/l an expandierbaren Polystyrolkügelchen in einer Menge entsprechend 65 g Polystyrol je m2 Bahn enthielt, aufgebracht. Das Dispersionswasser wurde durch einen Flachsaugkasten, der unterhalb des Siebes angebracht war, abgesaugt, wonach die obere Bahn aufgebracht wurde. Nach dem Pressen in der Preßstufe wurde die Bahn bei einer Temperatur von 90°C in dem Trocknungsabschnitt getrocknet. Die erhaltene Bahn besaß ein Basisgewicht von 197 g/m2. Im Vergleich mit einer üblichen Bahn aus dem gleichen Stoff für die Papierherstellung, jedoch ohne eine Polystyrolschicht, wurden die folgenden Ergebnisse erhalten:
% Polystyrol 30 0
Basisgewicht g/m2 197 200
Dicke μίτι 402 321
Spezifisches Volumen cmVg 2,0 1,6
z-Zugfesiigkeit kg/cm2 4,1 2,4
Steifigkeit 10 mm g
longitudinal 250 204
transversal 165 103

Claims (7)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung eines steifen, Kunststoffteilchen enthaltenden Papiers, wobei expandierbare thermoplastische Kügelchen eingebracht werden und das noch feuchte Faservlies bei einer Temperatur getrocknet wird, die ausreicht, um die Kunststoffkügelchen zur Expansion zu bringen, dadurch gekennzeichnet, daß die expan- '° dierbaren Kunststoffkügelchen zwischen zwei auf Siebe aufgebrachte, teilweise entwässerte Bahnen aus Cellulosefasern eingebracht werden, die Bahnen hierauf aneinandergepreßt werden und beim nachfolgenden Trocknen zumindest ein Teil der Kunst- >5 stoffkügelchen expandiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kügelchen in teilweise entwässerten Bahnen aus Cellulosefasern eingebracht werden, die einen Trockengehalt innerhalb des Bereiches *> von 8 bis 20 Gew.-% aufweisen.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß expandierbare Kunststoffkügelchen aus Polystyrol oder einem Styrol-Acrylnitrilcopolymerisat, das zumindest 70 Gew.-% Styrol, bezogen auf das Copolymerisat, enthält, eingebracht werden.
4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffkügelchen zwischen zwei teilweise entwässerte Bahnen aus Cellulosefasern in Form einer Dispersion eingebracht werden.
5. Verfahren gemäß Anspruch 1,3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß Kunststoffkügelchen eingebracht werden, die eine Partikelgröße innerhalb des Bereiches von 0,5 bis 100 μπι aufweisen.
6. Verfahren gemäß Anspruch 1,3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß Kunststoffkügelchen eingebracht werden, die eine Partikelgröße innerhalb des Bereiches von 60 bis 200 μιτι aufweisen.
7. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffkügelchen zwischen zwei teilweise entwässerte Bahnen aus Cellulosefasern in Form einer Cellulosefasern enthaltenden Dispersion eingebracht werden.
DE19742450825 1973-10-26 1974-10-25 Verfahren zur Herstellung eines steifen, Kunststoffteilchen enthaltenden Papiers Expired DE2450825C3 (de)

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