DE10340486A1

DE10340486A1 - Verfahren zum Aufbringen eines stärkehaltigen Auftragsmediums auf eine Faserstoffbahn

Info

Publication number: DE10340486A1
Application number: DE2003140486
Authority: DE
Inventors: Robert Kling
Original assignee: Voith Paper Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2003-09-03
Filing date: 2003-09-03
Publication date: 2005-03-31
Also published as: WO2005024131A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen eines stärkehaltigen Auftragsmediums (3, 7) auf eine Faserstoffbahn (4, 8) in der Pressenpartie (1) und/oder in der Siebpartie (5) einer Maschine zur Herstellung einer Papier-, Karton- oder Tissuebahn. DOLLAR A Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das stärkehaltige Auftragsmedium (3, 7) bei einer gegebenen Stärkekonzentration eine verbesserte Penetration in die Faserstoffbahn (4, 8) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen eines stärkehaltigen Auftragsmediums auf eine Faserstoffbahn in der Pressen- und/oder in der Siebpartie einer Maschine zur Herstellung von Papier, Karton oder Tissue.
Nach dem Stand der Technik werden bei der Papier-, Karton-, oder Tissueherstellung stärkehaltige Auftragsmedien in der Sieb- und/oder in der Pressenpartie einer Papiermaschine auf Faserstoffbahnen aufgebracht, wodurch Eigenschaften der Faserstoffbahn, wie beispielsweise die Festigkeit, die Wasseraufnahme und die Bedruckbarkeit beeinflusst werden.

Die Auftragsmedien, die bei den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren verwendet werden, enthalten hierbei native oder modifizierte Stärken. Bei der Verwendung von Auftragsmedien mit nativer oder modifizierter Stärke sind bezüglich der Menge des Auftragsmediums, die auf eine Faserstoffbahn aufbringbar ist, bezüglich des Eindringens des Auftragsmediums in die Faserstoffbahn sowie bezüglich der Dosierung der dem Auftragsmedium zugesetzten Stärke Grenzen gesetzt. Dies hat zur Folge, dass auch die Eigenschaften der Faserstoffbahn nur innerhalb dieser Grenzen beeinflusst werden können.

Nach dem Stand der Technik werden in der Pressenpartie modifizierte Stärken eingesetzt. Die Aufbringung des stärkehaltigen Auftragsmediums auf die Faserstoffbahn erfolgt über eine Spritzeinrichtung (Spritzrohr, Sprührohr). Um einen maximalen Festigkeitsanstieg zu erreichen, ist man bestrebt, eine möglichst große Menge an Stärke auf die Faserstoffbahn aufzubringen.

Das kann prinzipiell dadurch erreicht werden, indem bei einer gegebenen Konzentration der Stärke im Auftragsmedium die Menge des Auftragsmediums, die auf die Faserstoffbahn aufgebracht wird, erhöht wird. Die Menge des stärkehaltigen Auftragsmediums, die auf die Faserstoffbahn aufgebracht werden kann, ist dadurch limitiert, dass der Trockengehalt der Faserstoffbahn bei hohen Mengen an aufgebrachtem Auftragsmedium zu stark abfällt, was zu einer Verringerung der Reißfestigkeit der Faserstoffbahn und zu deren Abriss führen kann. Darüber hinaus wird die Energie zum Trocknen einer Faserstoffbahn stark von der Menge des aufgebrachten Auftragsmediums beeinflusst.

Eine weitere Möglichkeit, die Menge der Stärke, die auf die Faserstoffbahn aufgebracht wird, zu maximieren, ist, die Konzentration der Stärke im Auftragsmedium zu erhöhen. Die Konzentration der Stärke im Auftragsmedium ist begrenzt, weil mit zunehmender Konzentration der Stärke im Auftragsmedium die Viskosität des Auftragsmediums zunimmt (typische Werte sind 20 bis 25 mPa·s bei einer Konzentration von 8% und 40 bis 50 mPa·s bei einer Konzentration von 11% der modifizierten Stärke im Auftragsmedium). Das führt bei hohen Konzentrationen der Stärke im Auftragsmedium zu Problemen beim Aufbringen des Auftragsmediums durch Sprühen und zu einem schlechteren Eindringen (Penetration) des Auftragsmediums in die Faserstoffbahn. Ein gutes Eindringen des Auftragsmediums in die Faserstoffbahn ist jedoch Voraussetzung für die gewünschte Zunahme der Festigkeiten der Faserstoffbahn.

Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass das Auftragsmedium mit modifizierter Stärke klebrig ist und somit leicht zur Bildung von unerwünschten Ablagerungen führen kann.

Nach dem Stand der Technik wird in der Siebpartie native Stärke eingesetzt. Die Aufbringung des stärkehaltigen Auftragsmediums auf die Faserstoffbahn erfolgt über eine Spritzeinrichtung (Spritzrohr, Sprührohr). Um einen maximalen Festigkeitsanstieg zu erreichen, ist man bestrebt, eine möglichst große Menge an Stärke auf die Faserstoffbahn aufzubringen. In der Siebpartie spielt die Konzentration der Stärke im Auftragsmedium keine Rolle, sondern einzig und allein die aufgebrachte Stärkemenge. Die Menge der Stärke ist dadurch begrenzt (zirka 1,5% bezogen auf die gesamte Produktion), dass bei zu hohen Stärkemengen keine vollständige Verkleisterung der Stärke in der Trockenpartie stattfindet. Die Verkleisterung ist jedoch Voraussetzung für einen Festigkeitsanstieg.

Ein prinzipieller Nachteil des Einsatzes von nativer Stärke in der Siebpartie besteht in der schlechten Penetration der Stärke in die Faserstoffbahn, weil die native Stärke in Form von Partikeln vorliegt (Kartoffelstärke: 80% der Körner zwischen 7 und 70 Mikrometer, Maisstärke: 90% der Körner zwischen 5 und 40 Mikrometer). Durch den Filtrationseffekt der Faserstoffbahn bleiben die Stärkepartikel an der Oberfläche der Faserstoffbahn, was zu einer ungleichmäßigen Verteilung der Stärke über die Dicke der Faserstoffbahn führt. Die ungleichmäßige Verteilung der Stärke über die Dicke der Faserstoffbahn wirkt sich nachteilig auf viele Festigkeitseigenschaften aus.

Ausgehend von den aus dem Stand der Technik bekannten Nachteilen besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren zum Aufbringen eines stärkehaltigen Auftragsmediums vorzuschlagen, durch das es möglich ist, in weiterem Rahmen als bisher auf die Eigenschaften, insbesondere die Festigkeits eigenschaften, einer Faserstoffbahn einzuwirken.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bei dem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren wird ein stärkehaltiges Auftragsmedium auf eine Faserstoffbahn in der Pressenpartie und/oder in der Siebpartie einer Maschine zur Herstellung oder Veredelung von Papier-, Karton-, oder Tissue aufgebracht.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren ist darüber hinaus vorgesehen, dass das verwendete stärkehaltige Auftragsmedium bei einer gegebenen Stärkekonzentration eine verbesserte Penetration in die Faserstoffbahn aufweist, als ein stärkehaltiges Auftragsmedium mit nativer oder modifizierter Stärke. Eine hohe Penetration des stärkehaltigen Auftragsmediums in die Faserstoffbahn ist Voraussetzung für die Erhöhung der Festigkeiten der Faserstoffbahn.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren sind für die Aufbringung der Stärke in der Pressenpartie Auftragsmedien vorgesehen, die eine niedrigere Viskosität besitzen als die nach dem Stand der Technik üblichen stärkehaltigen Auftragsmedien mit modifizierter Stärke. Bei den vorgeschlagenen stärkehaltigen Auftragsmedien handelt es sich im Wesentlichen um Suspensionen. Im Vergleich mit herkömmlichen stärkehaltigen Auftragsmedien mit modifizierter Stärke besitzen diese bis zu hohen Konzentrationen (zum Beispiel 30%) eine sehr niedrige Viskosität (typischer Wert < 30 mPa·s).

Daraus ergeben sich einige Vorteile. Wegen der niedrigeren Viskosität des stärkehaltigen Auftragsmediums sind höhere Konzentrationen verarbeitbar als mit herkömmlichen Auftragsmedien mit modifizierter Stärke.

Durch den Einsatz eines Auftragsmediums mit einer höheren Stärkekonzentration wird der Trockengehalt der Faserstoffbahn beim Aufbringen einer bestimmten Stärkemenge auf die Faserstoffbahn weniger reduziert als bei einem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren unter Verwendung eines stärkehaltigen Auftragsmediums mit modifizierter Stärke. Das führt zu Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens hinsichtlich Reißfestigkeit der Faserstoffbahn und der für die Trocknung notwendigen Energie Die niedrigere Viskosität des stärkehaltigen Auftragsmediums führt außerdem zu Vorteilen hinsichtlich Aufbringung des Auftragsmediums auf die Faserstoffbahn durch Sprühen und Penetration des Auftragsmediums in die Faserstoffbahn, was sich wiederum günstig auf die Festigkeitseigenschaften auswirkt.

Wegen der geringeren Klebrigkeit der vorgeschlagenen stärkehaltigen Auftragsmedien sind außerdem geringere Probleme mit Ablagerungen zu erwarten.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren sind für die Aufbringung der Stärke in der Siebpartie Auftragsmedien vorgesehen, die in die Faserstoffbahn besser eindringen als die nach dem Stand der Technik üblichen stärkehaltigen Auftragsmedien mit nativer Stärke. Es gibt verschiedene Gründe für die bessere Penetration des stärkehaltigen Auftragsmediums in die Faserstoffbahn. Fragmentierte und gemahlene Stärken dringen aufgrund der kleineren Partikel leichter in die Faserstoffbahn ein (90% < 20 Mikrometer). Die Partikel der partikulär verkleisterten Stärken sind sogar größer als native Stärkekörner (typisch ist ein 20 bis 100% größerer Durchmesser). Die bessere Penetration ist hier aufgrund der veränderten Ober fläche zu erklären. Durch die bessere Penetration ergeben sich Vorteile hinsichtlich der zu erreichenden Festigkeiten der Faserstoffbahn.

Außerdem ist zu erwarten, dass mit diesen stärkehaltigen Auftragsmedien höhere Dosierungen als mit den üblichen stärkehaltigen Auftragsmedien mit nativer Stärke möglich sind, weil die Stärke dieser Auftragsmedien durch die vorangehenden Verarbeitungsschritte leichter verkleistert als native Stärke.

Die nachfolgend beschriebenen stärkehaltigen Auftragsmedien besitzen erstens eine geringere Viskosität im Vergleich zu stärkehaltigen Auftragsmedien mit modifizierter Stärke (entscheidend für die Aufbringung in der Pressenpartie) und zweitens eine bessere Penetration in die Faserstoffbahn im Vergleich zu stärkehaltigen Auftragsmedien mit nativer Stärke (entscheidend für die Aufbringung in der Siebpartie).

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Stärke des verwendeten Auftragsmediums eine fragmentierte Stärke. Hierbei ist die fragmentierte Stärke dadurch herstellbar, indem in einem Verfahrensschritt ein Ausgangsstoff vorvernetzt wird, und indem in einem weiteren Verfahrensschritt das vorvernetzte Zwischenprodukt gemahlen wird. Als Ausgangsstoff kann native oder modifizierte Stärke Verwendung finden. Vorzugsweise wird der Ausgangsstoff mit Epichlorhydrin vorvernetzt.

Eine weitere Möglichkeit zur Herstellung eines stärkehaltigen Auftragsmediums besteht in der Verwendung von partikulär verkleisterter Stärke. Diese wird durch die Zugabe einer definierten Menge Wasser zu einer Suspension von nativen Stärkekörnern in Butanol unter Erwärmen hergestellt.

Eine weitere Möglichkeit zur Herstellung eines stärkehaltigen Auftragsmediums besteht darin, native Stärke in Wasser zu mahlen.

Des weiteren ist es denkbar, zur Herstellung eines stärkehaltigen Auftragsmediums native Stärke in organischen Lösungsmitteln zu mahlen.

Da ein Teil der mit dem Auftragsmedium auf die Faserstoffbahn aufgebrachten Stärke bei dem nachfolgenden Entwässerungsschritt mit dem Wasser wieder ausgetragen wird, sieht eine bevorzugte Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, dass das mit ausgetragener Stärke versetzte Wasser in einem zu den übrigen Wasserkreisläufen separaten Wasserkreislauf geführt wird.

Es sind verschiedene Möglichkeiten denkbar, das stärkehaltige Auftragsmedium auf die Faserstoffbahn aufzutragen. Eine Variante besteht darin, das stärkehaltige Auftragsmedium auf die Faserstoffbahn mittels Sprührohr (oder "Spritzrohr") aufzusprühen. Eine andere Möglichkeit ist, das stärkehaltige Auftragsmedium auf die Faserstoffbahn durch ein Walzenauftragsverfahren aufzutragen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von schematischen Zeichnungen auf der Grundlage eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Pressenpartie mit einem Sprührohr zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
2 eine Siebpartie mit einem Sprührohr zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die 1 zeigt eine Pressenpartie 1 einer Papier-, Karton- oder Tissuemaschine. In der Pressenpartie 1 ist ein Sprührohr 2 zum Aufbringen eines stärkehaltigen Auftragsmediums 3 auf eine Faserstoffbahn 4 vorgesehen.
Die 2 zeigt eine Siebpartie 5 einer Papier-, Karton- oder Tissuemaschine. In der Siebpartie 5 ist ein Sprührohr 6 zum Aufbringen eines stärkehaltigen Auftragsmediums 7 auf eine Faserstoffbahn 8 vorgesehen.

1: Pressenpartie
2, 6: Sprührohr
3, 7: Stärkehaltiges Auftragsmedium
4, 8: Faserstoffbahn
5: Siebpartie

Claims

Verfahren zum Aufbringen eines stärkehaltigen Auftragsmediums (3, 7) auf eine Faserstoffbahn (4, 8) in der Pressenpartie (1) und/oder in der Siebpartie (5) einer Maschine zur Herstellung einer Papier-, Karton- oder Tissuebahn, dadurch gekennzeichnet, dass das stärkehaltige Auftragsmedium (3, 7) bei einer gegebenen Stärkekonzentration eine verbesserte Penetration in die Faserstoffbahn (4, 8) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stärke des Auftragsmediums (3, 7) eine fragmentierte Stärke ist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die fragmentierte Stärke dadurch hergestellt wird, dass in einem Verfahrensschritt native Stärke als Ausgangsstoff mit Epichlorhydrin vernetzt wird und dass in einem weiteren Verfahrensschritt das vernetzte Zwischenprodukt gemahlen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stärke des Auftragsmediums (3, 7) eine partikulär verkleisterte Stärke ist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Grad der Verkleisterung der teilweise verkleisterten Stärke durch die Menge des zugegebenen Wassers eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stärke des Auftragsmediums (3, 7) eine in Wasser gemahlene Stärke ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stärke des Auftragsmediums (3,7) eine in einem organischen Lösungsmittel gemahlene Stärke ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das stärkehaltige Auftragsmedium (3, 7) direkt mittels mindestens einer Spritzeinrichtung, insbesondere einer Vielzahl von Spritzrohren, oder indirekt mittels mindestes eines Walzenauftragswerks auf die Faserstoffbahn (4, 8) aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem dem Aufbringen des stärkehaltigen Auftragsmediums (3, 7) auf die Faserstoffbahn (4, 8) nachfolgenden Entwässerungsschritt das mit ausgetragener Stärke versetzte Wasser in einem zu den übrigen Wasserkreisläufen separaten Wasserkreislauf geführt wird.