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Saugfähiges Papier und Verfahren zu dessen Herstellung Die Erfindung
betrifft ein saugfähiges Papier und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
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Es sind bereits viele verschiedene Arten von saugfähigem Papier,
das im allgemeinen aus Zellulosefasern besteht, und zahlreiche Verfahren zur Herstellung
solcher Papiere bekannt, durch die eine Porosität und eine Saugfähigkeit für Flüssigkeit
in dem fertigen Bapier erhalten werden kann. Bei diesen Verfahren wird unter anderem
das Papier während seiner Herstellung im nassen oder trockenen Zustand gelcreppt.
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Solche bekannten und durch bekannte Verfahren hergestellte Papierprodukte
neigen dazu, sich zu verdichten, wenn sie angefeuchtet werden. Sie erlangen dabei
einen Verlust an Porosität und eine wesentliche Herabsetzung ihrer Aufsaugkapazität.
Außerdem neigen gekreppte Papier-produkte zu einem Verlust ihrer Xreppung beim Anfeuchten.
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Die wesentliche rufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin,
eln saufähiges Papierprodukt zu schaffen, dessen Saugfähigkeit und dessen Widerstand
gegen eine Verdichtung beim Anfeuchten im Vergleich zu dem bekannten Produkt wesentlich
verbessert wird, und bei dem die Kreppung nach dem Anfeuchten erhalten bleibt.
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Dieses Ziel wird durch die Verwendung einer neuartigen Fasermischung
als Eintrag für die Papiermaschine erreicht.
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Das erfindungsgemäße saugfähige Papier kennzeichnet sich dadurch,
daß es hauptsächlich aus einer Mischung von zwei Fasertypen besteht, nämlich aus
eine Haftfähigkeit untereinander besitzenden Zellulosefasern, die an ihren Kontaktpunkten
miteinander verbunden sind, und aus versteiften Zellulosefasern mit geringer Haftfähigkeit
untereinander , wobei die versteiften Zellulosefasern mindestens etwa 7 Gew.-"jo
eines versteifenden, vernetzenden Mittels enthalten, das eine latente Vernetzungefähigkeit
besitzt, die zur weiteren Versteifung der das Mittel enthalten-en Fasern entwickelbar
ist, und wobei die versteiften Zellulosefasern im wesentlichen gleichmäßig
in
der Nischung verteilt sind und dabei den Kontakt zwischen den eine Haftfähigkeit
untereinander besitzenden Fasern dergestalt unterbrechen, daß die Haftung zwisohen
diesen Fasern geschwächt wird, und wobei weiterhin die Haftung der versteiften Zellulosefasern
an den letzteren Fasern geringer ist als die zwischen den letzteren Fasern untereinander.
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Ein solches saugfähiges Papier kann erfindungsgemäß durch ein Verfahren
hergestellt werden, das sich durch folgende Schritte kennzeichnet: a) Zellulosepulpefasern
für die Papierherstellung werden mit einer wässrigen, katalysierten lösung eines
durch Aushärtung zu Polymerisations- und Vernetzungereaktionen fähigen Mittel bis
zu einem Ausmaß von zumindest etwa 7% des Gewichtes des Mittels, bezogen auf das
Trockengewicht der Fasern, getränkt; b) das Mittel in den Fasern wird bei gleichzeitiger
Herabsetzung der Haftfähigkeit der Fasern untereinander ohne wesentliche Veränderung
der Plexibilität der Fasern durch haltern der Fasern im von der Tränklösung feuchten
Zustand, bis zumindest eie teilweise Polymerisation des Mittels unter Beibehaltung
seiner Vernetzungsfähigkeit erfolgt ist, für Wasser unlösbar gemacht hat; c) die
getränkten, flexiblen, das für Wasser unlesbar gemachte vernetzende Mittel enthaltenden
Fasern
werden mit weiteren für die Papierherstellung geeigneten Zellulosepulpefasern in
wässriger Lösung dergestalt gemischt, daß ein im wesentlichen einheitlicher Eintrag
aus von den getränkten Fasern durchsetzten weiteren Fasern gebildet wird; d) aus
dem Eintrag wird eine poröse, saugfähige Papierbahn gebildet, indem der Eintrag
in die Bahn-Porm gebracht und unter solchen Bedingungen getrocknet wird, daß das
Mittel nur teilweise aushärtet und die Fasern versteift werden, aber eine latente
Yernetzungsfähigkeit in den getränkten Fasern zurückbleibt.
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Da bekannter Weise die herkömmlichen Zellulosefasern beim Trocknen
des daraus hergestellten Papiers Liteinander verfilzen, haben die zusatzlicllen
vorbehandelten Fasern u.a. die wesentliche Funktion, die liaftung der herkömmlichen
Fasern zu unterbrechen. Hierdurch wird die Saugfähigkeit und die Porosität des Papiers
ganz wesentlich verbessert.
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Die Erfindung kam; bei ungekreppten; bei im feuchten Zustand gekreppten
und bei im trockenen Zustand geareppten Papieren verwendet werden. Beßchrieben wird
sie vornehmlich am Beispiel eines trocken gekreppten Produktes; da dabei
die
schwierigsten Bedingungen herrschen.
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Die Vorbehandlung der Fasern besteht in einer Tränkung von herkömmlichen
Zellulosefasern mit einer für die Papierherstellung geeigneten Länge mit einer wässrigen
katalysierten Lösung eines vernetzenden Mittels. Dieses Mittel muß aus einer polpaerisierbaren,
polyfunktionellen Verbindung bestehen. Dabei ist es für die Erfindung wichtig, daß
dieses Mittel in den Fasern wasserunlöslich gemacht wird, während eine latente Vernetzungsfähigkeit
erhalten bleibt.
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Außerdem wird dabei jedoch auch noch die Haftfähigkeit der Fasern
untereinander reduziert und die Flexibilität der Fasern in einem wesentlichen Grade
aufrechterhalten. huSgrund dieser Eigenschaften können die vorbehandelten Fasern
in einer wässrigen Pulpensuspension für den Papierherstellungsprozess verwendet
werden und anschließend durch Auslösung der Vernetzung noch weiter wesentlich versteift
werden.
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Das vernetzende Mittel wird auf einfache Weise dadurch wasserunlöslich
gemacht, daß es im feuchten Zustand für eine gewisse Zeit innerhalb der Fasern gehalten
wird.
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Für diesen Zweck werden die zur besseren Handhabung vorzggsweise in
Blattform vorliegenden Fasern nach ihrer Tränkung ausgepreßt, um überschüssige Lösung
zu entfernen.
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Zu diesem Zeitpunkt ist das Mittel wasserlöslich und aus den Fasern
auslaugbar. Es sei dabei bemerkt, daß beim Tränken der Fasern in einer wässrigen
Lösung des Mittels dieses in das Innere der Fasern eindringt und vorwiegend dort
zurückgehalten wird, obgleich augenscheinlich die FaCeiober -flächen angefeuchtet
sind. Durch einfaches Altern der mit der Lösung getränkten Fasern werden dann die
ge -nannten
Eigenschaften entwickelt, wobei hier immer mit dem
Ausdruck Altern die EntwickLung dieser Eigenschaften gemeint ist. Obgleich dieses
Altern eine gewisse Zeit beansprucht, kann diese in weitem Rahmen variieren und
ist nicht in dem .la3e kritisch, daß sie genau gesteuert werden müßte. Bei einer
zu kurzen Alterungszeit wird die gewünschte Wasserunlöslichkeit nicht entstehen.
Jedoch ist eine kurze Zeit von ungefähr einer halben Stunde bereits bis zu einem
gewissen Ausmaß wirksam. In der praxis lIegen diese Alterungszeiten zwischen einer
und 48 Stunden.
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In einem begrenzten Temperaturbereich während der Alterung hängt die
Alterwngszelt in dem Sinne von der Temperatur ab, daß bei höheren Temperaturen eine
ktirzere Alterungszeit erreicht wird. Als zweckmäßiges Beispiel sei für die Alterung
die Zeit von einer Stunde bei 500 c genannt.
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Der Einfluß auf die Alterungszeit kann durch Erhöhung der Temperatur
über 60° C nicht brauchbar gesteigert werden. Auch eine Trocknung der feuchten,
getränkten Fasern ist nicht erwünscht, obgleich dabei eine gewisse Verdampfung stattfinden
könnte. Zweckmäßig sind Temperaturen zwischen 4° C und 600 C,wobei Temperaturen
von etwa 200 bis 500 C bevorzugt werden. Präzise Grenzen für die Alterungszeit und
die Temperatur können nicht fur alle Tränkungsbedingungen, alle spezifischen Fasern
eigenschaften und dergl. angegeben werden. Innerhalb der angegebenen Grenzen kann
jedoch in jedem Fall gut
geatbeität werden. Die Wirksamkeit der
Alterung kann für die versöhiedenen Bedingungen immer schnell und einfach dadutch
festgestellt werden, daß das Ausmaß der Löslichkeit oder Unlöslichkeit bei Erhaltung
der latenten Vernetsungsfähigkeit geprüft wird.
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Als am besten geeignete Vernetzungsmlttel haben sich die polymerisierbaren
polyfunktionellen N-Methylol-Verbindungen herausgestellt. Diese umfassen N-Methylol-Harnstoff
und N-Methylol-Melamine,also Mittel die im Handel erhältlich und als Vernetzungsmittel
bekannt sind. Die Konzentration des Mittels in der Lösung ist nicht kritisch, sollte
vorteilhafterweise jedoch so groß sein, daß eine ausreichende Tränkung der Fasern
bei einmaligem Eintauchen erreicht wird. ;s sentrationsbeispiele seien 12 bis 20
% genannt. D@r angegebene Zweck wird mit 7 bis 43 Gew.-% des vernetzenden Mittels
bezogen auf das weicht der lufttrockenen getränkten Fasern erreicht. Der Gewichtsbetrag
des vernetzenden mittels muß so groß sein, daß die Fasern wesentlich versteift werden,
wenn sie einer vollstandigen Trocknung unterworfen werden. Dieser Gewichtsbetrag
wird dabei bis zu einem gewissen wusma3 durch die Natur der imprägnierten masern
reguliert.
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Die Lösung des vernetzenden Mittels maß katalysiert sein, damit einmal
die Wasserunlöslichkeit crreich wird und andererseits die getränkten Fasern in dem
der Papiermaschine zugeführten flüssigen Papierbrel verwendet werden können. Der
Katalysator ist im awlgeseinO sauer. In einigen Fällen, in denen der Papierbrei
selbst
neutral oder sauer ist, braucht kein Katalysator hinzugefügt zu werden. Im allgemeinen
ist es jedoch wünschenswert eine schwache organische Säure oder ein säurebildendes
Salz hinzuzugeben, um die Reaktion zu beschleunigen. Ammoniumchlorid ist beispielsweise
gut geeignet und kann in üblichen Katalysatorkonzentrationen von etwa 1 bis 5 %
bezogen auf das Gewicht des vernetzenden Mittels hinzugegeben werden. Die bevorzugte
Konzentrat ion liegt dabei zwischen 1 und 2 %. Die Hinzugabe einer zu großen menge
eines Katalysators kann dabei zu einer Faserentfärbung führer, während eine zu geringe
Menge die Alterungszeit vergrößert. Die passenste Konzentration kann lur alle vorkommenden
Bedingungen leicht festgestellt werden.
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Es ist gefunden worden, daß eine wichtige Eigenschaft der vorbehandelten
Fasern darin besteht, daß, obgleich keine Wasserstoffbindung vorhanden ist und diese
Fasern keine wesentliche Haftfähigkeit untereinander besitzen, sie eIne deutliche
Haftfähigkeit für andere Zellulosefasern besitzen, wenn sie im Kontakt mit diesen
gehärtet werden. Diese Haftfähigkeit ist geringer als Gie der unbehandelten Fasern
untereinander. Sie ist jedoch wesentlich größer als die Haftfähigkeit der behandelten
Fasern untereinander, dies werden überhaupt, nur eine geringe Affinität zueinander
besitzen, obgleich eie gewisse Haftung aufzutreten cceint, wenn aiA m Kontakt miteinander
gehärtet werden. Diese Tatsache erlaubt eine windung und nicht nur eine einfache
physikalische Verknüpfung der vorbehandelten Fasern mit den übriger Papierfasern
in dem fertigen Papier und wird als ic'£jti-rrn, Faktor
für die
Widerstandsfähigkeit von ungekrepptem Papier und für die verbesserte Beibehaltung
der Xreppung bei gekrepptem Papier angesehen. Die Bindung zwischen den getränkten
Fasern und den übrigen Fasern ist jedoch relativ zu der Haftung zwischen den nicht
behandelten Fasern an ihren Kontaktstellen schwach.
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Die verwendete Fasermischung kann allgemein die üblichen zur Papierherstellung
geeigneten Fasern enthalten, die z.B. durch die Sulfit-, Sulfat-, halbchemische
oder andere Verfahren hergestellt sein können. Die vorzubehandelnden Fasern können
dabei von der gleichen Art wie die übrigen Fasern sein und in einen wässrigen Papierbei
eingemischt werden. Dieser Papierbrei erhält beim Auftragen auf das Drahtnetz einer
Papiermaschine die Form eines Blattes, das in üblicher-weise von dem Drahtnetz entfernt,
naß gepreßt und getrocknet wird. Dabei tritt aufgrund der Gegenwart der vorbehandelten
Fasern nach dem Pressen eine geringere Verdichtung auf. Die latente Vernetzungsfähigkeit
des vernetzenden Mittels und dessen Zurückhaltung in den Fasern werden durch diese
Aktionen nicht nennenswert beeinträchtigt. Das trockene Papier kann im gekrepptem
oder ungekrepptem Zustand in der üblichen Weise verwendet werden, es ist jedoch
wesentlich saugfähiger aufgrund der größeren Porosität, die aufgrund der geringeren
Haftung. zwischen den Fasern in dem Blatt entsteht, und aufgrund des geringeren
Zusammenfallens der Fasern und der teilweisen Härtung und Versteifung der vorbehandelten
Fasern auf dem Trockner. Diese Fasern können nach dem einfachen Trocknen durch eine
weitere Aushärtung noch mehr versteift werden. In diesem Zahl wird nach der
einfachen
Trocknung noch eine zusätzliche Wärmebehandlung durchgeführt, durch die die Haftung
der Fasern weiterentwickelt wird sowie eine Verfestigung des Papiers und eine überraschende
Verbesserung der Steifheit des Papiers im feuchten Zustand und eine Erhöhung des
Porenraumes insbesondere im Fall von gekrepptem Papier rreicht wird.
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Diese Vergrößerung der Haftung entsteht aufgrund der Aushärtung ohne
Druckanwendung, so daß sich die versteiften Fasern an ihren Berührungspunkten miteinander
verbinden, die Lage der Fasern in dem Papier fixiert wird und die Neigung der Fasern
zum Zusammenfallen beim Feucht werden wesentlich herabgesetst wird.
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Das erfindungsgemäße Papier sollte Jedoch nicht mit solchem Papier
verwechselt werden, das speziell für große Naßfestigkeit hergestellt ist, und in
dem eine Wasserstoffbindung in dem gesamten Papier vorhanden ist, wobei dieses noch
durch einen Xunstharzzusatz oder dergleichen verstärkt ist.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend
in Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen
zeigt: Fig. 1 ein Blockdiagramm, aus dem die einzelnen Schritte des erfindungsgemäßen
Verfahrens ersichtlich sind.
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Pig. 2 eine schematische Ansicht einer inriotung, die bei den erfindungsgemäßen
Verfahren verwendet werden kann,
Fig. 3 bis 5 Diagramme, aus denen
für ein gekrepptes erfindungsgemäßes Papier die Abhängigkeit der Saugfähigkeit von
dem Nischungsverhältnis der der Fasern entnommen werden kann, und Fig. 6 ein Anwendungsbeispiel
für ein erfindungagemäßes, saugfähiges Papier Wie aus Fig. i ersichtlich ist, bestehen
die Anfangs schritte 1 bis 3 des erfindungsgemäßen Verfahrens im Tränken von Fasern,
deren Alterung im feuchten Zustand und der Vermischung dieser vorbehandelten Fasern
mit herkömmlioh flir die Papierherstellung verwendeten Fasern zu einem Eintrag für
eine Papiermaschine 4, in der die so hergestellte Papierbreimischung zu einer Bann
5 geformt wird.
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Wenn diese Bahn gekreppt werden soll, kann der trockner eine beispielsweise
in Fig. 2 gezeigte herkömmliche Form besitzen. Dort wird gezeigt, daß die feuchte
Bahn 5 vor.
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einem Filzband 9 über eine Puhrungawalze 10 und eine Saugwalze 11
einer Trockentrommel 12 mit Selbstabnahme zugeführt wird. Das Filzband wird in der
üblichen Weise Uber eine Ftlhrungswalze 13 zurückgeleitet. Eine ähnliche Einrichtung
ist beispielsweise in der Us-Patentschrift 3 014 832 gezeigt.
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Die Trockentrommel 12 arbeitet in einem typischen, der nachfolgenden
Erläuterung zugrundegelegten Beispiel bei einer Dampftemperatur von ungefähr 110°C,
so daß die Bahn 5'vor dem Erreichen des Kreppmessers 14 bereits gut getrocknet ist.
Die gekreppte Bahn wird von dem Kreppmesser über Führungswalzen 15 und 16 unter
eine Infrarotheizeinheit 17 (oder eine andere geeignete Heizeinrichtung) geführt,
in welcher eine Aushärtung des vernetzenden Mittels stattfindet. Die Bahn wird danach
kontinuierlich einer weiteren Führungswalze 18 zugeführt und auf einen geeigneten
Auf spule 19 aufgespult.
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Alternativ hierzu kann, die in Fig. 1 durch die gestrichelte Linie
angedeutet ist, die gekreppte Bahn 5 von der Trocken trommel auch direkt dem Aufspuler
zugeführt;werden. Außerdem kann die Trockentrommel auch so betrieben werden, daß
die Bahn beim Erreichen des Kreppmessers noch feucht ist, 80 daß ein feuchtes Kreppen
durchgeführt wird. In diesem Fall wird die feuchte gekreppte Bahn der Heizeinheit
17 zugeführt, so daß dort außer der Aushärtung des vernetzenden Mittels auch eine
Drocknung durchgeführt wird.
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Wenn eine ungekreppte Bahn hergestellt werden soll, kann die Bahn
auch einfach auf der Trockentrommel oder einer anderen herkömmlichen Trocken vorrichtung
getrocknet werden.
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Als Tränklösung für die vorzubehandelnden Fasern werden in einem
speziellen Beispiel 1852 g einer Harnstoff
-Formaldehyd-Lösung,
enthaltend 25 Gew.-% Harnstoff, 60 Gew.-% Formaldehyd und 15 Gew.% Wasser, mit 463
g granuliertem Harnstoff und 20 g Isooctyl-Phenyl-Polyethoxy-Äthanol als oberflächenaktive
Substanz in 7702 g Wasser kombiniert. Diese Lösung hat einen Harnstoff-Formaldehyd-Gehalt
von etwa 20 Gew.- und ein Molverhältnis von Formaldehyd zu Harnstoff von etwa 2,5
: 1. Der pH Wert der Lösung ist mit N/4 Natriumhydroxyd auf 8,5 eingestellt, und
die Temperatur der Lösung wird für etwa 24 Stunden auf etwa 21t C gehalten, so daß
eine Reaktion zwischen Formaldehyd und Harnstoff stattfinden kann. Dann wird die
Lösung durch Zusatz eines geeigneten sauren Katalysators katalysiert. Die Oberflächenaktivität
ist für die Reaktion nicht notwendig, aber nützlich, um die Durchtränkung der Fasern
mit der Lösung und die nachfolgende Dispersion der Fasern zu unterstützen. Im betrachteten
Beispiel wird die Dimethylol-Harnstoff-Lösung durch den Zusatz von 1 Gew.% Ammoniumchlorid,
bezogen auf die Harnstoff-Formaldehyd-Festsubstanz, katalysiert.
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Das Molverhältnis von Formaldehyd zu Harnstoff sollte größer als
1 : 1 sein. Im alii;gemeinen wird ein Verhältnis von mindestens 1,5 : 1 bevorzugt,
um die Formaldehydverluste während des Prozesses zu kompensieren. Am zufriedenstellensten
kann mit einem Verhältnis in dem Bereich von 2 : 1 bis 3 : 1 gearbeitet werden.
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In dem Reaktionsprodukt können Methylol-Harnstoffe in verschiedenen
Proportionen vorhanden sein, dabei ist jedoch wahrscheinlich Dimethylol-Harnstoff
die dominierende Komponente bei höheren Formaldehydharnstoff-Verhältnissen.
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Im Handel erhältlicher Dimethylol-Harnstoff ist ähnlich und kann verwendet
werden.
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Ungefähr 2280 g lufttrockenes, gebleichtes, aus südlicher Liefern
hergestelltes Papier in Bogenform wird mit der Tränklösung gesättigt und bis zu
einer Feuchtigkeitsaufnahme von etwa 200 % gepreßt, d.h. die Konsistenz der Fasern
wird auf etwa 33 % gebracht. Die Tränkung in Bogenform stellt dabei eine einfache
Handhabung sicher. Die feuchten Bögen werden dann einfach für eine Zeit von 24 Stunden
bei einer Temperatur von etwa 21 O C gelagert. Eine solche Vorbehandlung ist die
bereits beschriebene Alterung, die zur Entwicklung der gewünschten Eigenschaften
dient.
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Die Pulpe ist nach der Alterungsstufe feucht (33 % Eonsistenz),besitzt
keine wesentliche Haftfähigkeit der Fasern untereinander und behält das vernetzende
Mittel, wenn versucht wird sie mit Wasser auszulaugen. Ein gewisser Betrag des vernetzenden
Mittels kann von denFasern ausgelaugt werden, jedoch ist dieser Betrag für die Praxis
nicht bedeutend. Wenn eine solche Pulpe von Hand in Blattform gebracht wird, zeigt
sich, daß sie selbst kein in sich gebundenes Papierblatt im üblichen Sinne bilden
kann, sondern daß lediglich eine lose Matte entsteht. Die getränkten feuchten Fasern
können jedoch in diesem Stadium mit herkömmlichen zur Papierherstellung geeigneten
Fasern zur Bildung eines Blattes vermischt werden.
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Alternativ dazu kann die nasse Pulpe nach der Alterung in die Form
eines wässrigen Breis gebracht,
sur Entfernung des Katalysators
ausgewaschen, zur Beseitigung etwa vorhanden-er Faserklumpen (im allgemeinen weniger
als 2 bis 3,') durchgesiebt, bis zu einer Konsistenz von 40 bis 55,' entwässert,
luft-getrocknet und dann gelagert werden. Das luftgetrccknete Produkt (10% Beuchtigkeit)
kann flir eine lange Zeit gelagert werden, ohne daß eine wesentliche Veränderung
der Eigenschaften auftritt. Zum Gebrauch nuß dieses Produkt dann wieder in einen
flüssigen Brei verwandelt und mit einen Katalysator versetzt werden, wenn der Papierbrei,
den es zugefügt wird, nicht genügend sauer ist, un eine schnelle Aushärtung zu erreichen.
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Binde chemische Analyse dieser nach der Alternative hergestellten,
trockenen getränkten Fasern zeigt, daß eie etwa 8,7 Gew.-% Formaldehyd und 13,35
Gew.-% Harnstoff enthalten, und daß du Molverhältnis von Formaldehyd zu Harnstoff
von ursprünglichen Verhältnis von 2,5:1 auf ein Verhältnis von etwa 1,3:1 abgesunken
ist. Die Wiederaufnahme von Feuchtigkeit durch die Fasern bei 93 % renativer Feuchtigkeit
und einer Temperatur von 22,20 C beträgt etwa 23 % in Gegensatz zu der Feuchtigkeitsaufnahme
der ursprünglichen Faser von 18,'. Dieser Anstieg an Feuchtigkeitsaufnahie ist ein
Zeichen dafür, daß die Polymerabscheidung innerhalb der Fasern die normale Wasserstoffbindung
in den zugänglichen Bereichen der Fasern unterbricht, eo daß nehr Feuchtigkeit aufgenommen
werden kann. Ein weiteres Merkmal bezüglich einer Minderung der Fasereigenschaften
besteht darin, daß die Kapazität für aufgenommenes Wasser
bei einer
Matte aus den Fasern, gemessen unter einem Zusammenpreßdruck von 50 g/cm2, von 7
g Wasser pro Gramm Fasern auf 12,12 g für die getränkten Fasern ansteigt.
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Trotzdem sind die gealterten Fasern, wie bereits erwähnt, für alle
praktischen Papierherstellungszwecke völlig flexibel, durch Wasser plastizierbar
und nicht steifer als einige natürlich vorkommenden Papierherstellungsfasern.
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Die gealterten Fasern werden im Zuge des weiteren Verfahrens in einem
Vorrats-tank mit einer Pulpe aus gebleichtem Fichtenpapier mit einem kanadischen
Standard-Mahlungsgrad (CSF) von ungefähr 425 gemischt. Die Verwendung einer Pulpe
dieses mittleren Mahlungsgrades unterstützt die Festigkeitseigenschaften des fertigen
Papiers.
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Die gealterten Fasern und das Fichtenpapier können beide in einem
Gehalt von ungefähr 1,27 kg vorhanden sein, was einer Mischung von 50 % : 50 % bezogen
auf das Gewicht entspricht. Der Vorrat wird auf ein Volumen von etwa 1365 Litern
mit Wasser verdünnt, woraufhin etwa 1,4 kg Ammoniumchlorid als Katalysator zugefügt
wird. Diese Vorratslösung wird mit einer Papiermaschine 4(verwendet werden eine
Laboratoriumstt.aschine) in der herkömmlichen Weise verarbeitet, d.h.
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es wird eine Bahn geformt, teilweise entwässert und über ein Filzband
und eine Druckrolle einer Trockentrommel mit Selbstabnahme ( Fig. 2 ) und dann einem
Kreppmesser zugeführt. In dem betrachteten speziellen Fall wird die Bahn, wie bereits
erwähnt, vor dem Kreppen getrocknet. Die Bahn hatte nach dem Trocknen und Treppen
einen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 3 %. Das
Kreppmesser war so
eingestellt, daß die Bahn sehr fein gekreppt wurde, wobei das Kreppverhältnis etwa
2 : 1 betrug. Die Trocknung und die Kreppung ist dabei völlig von der herkömmlichen
Art, wobei das Vorhandensein von Fasern mit einer latenten Vernetzungsfähigkeit
keinen wesentlichen Einfluß auf die Arbeitsweise der Maschine, das Trocknen der
Bahn oder das Kreppen hat.
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Die getränkten Fasern in der die Papiermaschine verlassenden gekreppten
Bahn 5 durchsetzen diese völlig und gleichmäßig. Die Porosität und Saugfähigkeit
der Bahn ist wesentlich größer als die einer Bahn, die ausschließlich aus nicht
vorbehandelten Papierfasern mit hohem kanadischen Standard-Mahlungsgrad, dh. mit
einem Mahlungsgrad von etwa 700 CSF hergestellt wurde. Die Brauchbarkeit der Bahn
in diesem Stadium in bezug auf die Saugfähigkeit und als Wischtuch oder zum Abwischen
ist so bemerkenswert unterschiedlich, daß sie ohne weitere Aushärtung benutzt werden
kann. Eine solche Bahn kann jedoch auch gelagert oder verschifft werden und zu einem
spätere Zeitpunkt weiterbehandelt werden, falls dies gewünscht wird. Die getränkten
Fasern besitzen jedoch eine latente Vernetzungsfähigkeit, die in äußerst vorteilhafterweise
durch abschließende Aushärtung wirksam gemacht werden kann, um so die Dauerhaftigkeit
der Kreppung. zu verbessern.
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Eine solche abschließende Aushärtung der Bahn wird bei einer Temperatur
von etwa 1 500 C in etwa 7 Sekunden durchgeführt, wenn die Bahn 5 unter dem Heizelement
17 hindurchläuft. Diese Härtungszeit kann beträchtlich variieren, bei der Produktion
ist jedoch eine kurze
Härtungszeit bei vertretbaren Temperaturen
wUnscheawert. Eine etwas zu starke Aushärtung beschädigt dabei die Bahn nicht, ist
Jedoch auch nicht von einem bedeutenden Wert. Eine etwas zu geringe Aushärtung bewirkt
andererseits, daß die gewünschten Eigenschaften nicht voll entwickelt werden . Von
der Härtungszone oder dem Erhitzer 17 wird die Bahn zum Aufspuler 19 geführt.
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Wie bereits erwähnt, verfestigt die abschließende Aushärtung die
Kreppung. Diese Verfestigung bewirkt eine wesentliche Aufrechterhaltung der Kreppung,
wenn die Bahn bzw. ein daraus geschnittener Bogen feucht wird. Beispielsweise dehnt
sich ein Kreppapierstreifen mit einer Länge von 254 cm und einem Kreppverhältnis
von 2 : 1 , der völlig aus einer herkömmlichen Pulpe hergestellt ist, in Wasser
ohne Anwendung eines wesentlichen Zuges auf eine Länge von 432 cm aus. Ein erfindungsgemäß
gekreppter Papierstreifen (vor der Verfestigung) dehnt sich unter gleichen Bedingungen
nur auf etwa 406 cm aus. Bei einer verfestigten Kreppung, die wie oben beschrieben
hergestellt wurde, dehnt sich ein solcher Streifen aber lediglich bis auf etwa 350
cm aus.
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Eine Auswirkung der Verfestigung der Kreppung ist somit die Vergrößerung
der Kreppungsdauerhaftigkeit beim Anfeuchten des Bogens. Das heißt, daß ein erfindungsgemäßer
gekreppter Bogen bis 70 oder 80 % seiner Kreppung beim Anfeuchten beibehält. Demgegenüber
behalten ähnliche Bögen aus herkömmlicher unvorbehandelter Holzpulpe nur
nur
etwa 30,' ihrer Kreppstruktur unter ähnlichen Anfeuchtungsbedingungen. Eine weitere
Auswirkung des abschließenden Härtungsprozesses ist die Erhöhung der Elastizität
des Bogens, d.h. die Kreppung kann weniger leicht sowohl im trocknen als auch im
feuchten Zustand beseitigt werden und die Erholung nach einer derartigen Beanspruchung
ist größer. Ein zusätzlicher Effekt besteht darin, daß der erfindungsgemäße Bogen
bei Feuchtigkeit einer Kompression einen größeren Wiederstand entgegensetzt als
ein Bogen, der nur aus herkömmlichen Holspulpefasern besteht.
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Als Wesentliches hat sich jedoch herausgestellt, daß die Verfestigung
des Bogens eine wesentliche Vergrößerung der Aufsaugkapazität des Bogens gegenüber
einem nur einfach getrockneten, gekreppten Bogen bewirkt. Dies bezieht sich auf
die Sauggeschwindigkeit, das Ausmaß der Aufsaugung innerhalb einer gegebenen Zeit
und die gesamte Aufsaugkapazität. Die betreffenden Eigenschaften von völlig getrockneten
Papierbögen sind in den Fig. 3, 4 und 5 dargestellt.
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In jeder der Figuren beziehen sich die Kurven, die die Abhängigkeit
von gewissen Faktoren von der Prosentsahl der getränkten Fasern darstellen, auf
fünfschichtige Bögen, deren jeder in der oben beschriebenen Weise hergestellt ist
und ein greppverhältnis von 2 : 1 und ein Grundgewicht von 7,71 kg (eine Schicht)
pro 278,7 qm besitzt. Bei den Beispielen sind Daten für vielschichtige Bögen angegeben,
da im allgemeinen solche verwendet werden, obgleich deren
Schichtanzahl
variieren kann. Die unvorbehandelten Faseranteile des Eintrages bestehen in Jedem
Falle aus gebleichter Papierpulpe (Fichte) mit einem kanadischen Standard-Nahlungsgrad
von etwa 430.
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In Fig. 3 ist die Veränderung der Durchsaugzeit gezeigt, d.h. die
Zeit in Sekunden , in der Wasser über eine Länge von 7,62 cm eines unter einem Druck
von 0,028 kg/cm2 gehaltenen verfestigten gekreppten Bogens gesaugt wird. In Maschinenrichtung
der Kreppung gemessen, fällt die Durchsaugzéit wesentlich mit ansteigendem. Gehalt
von getränkten Fasern ab. Die Durchsaugzeit in der dazu senkrechten Richtung sinkt
ebenfalls um etwa 30%.
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Der Punkt A gibt die Durchsaugzeit für einen gekreppten Bogen an,
der lediglich aus einer herkömmlichen Papierpulpe mit einem kanadischen Standard-Mahlungsgrad
von ungefähr 430 hergestellt ist. Bereits ein Vorhandensein von 10 ffi an getränkten
Fasern bewirkt ein Absinken der Durchsaugzeit um über 30 Sekunden oder etwa 25 %.
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Die Verwendung von 20 % getränkter Fasern wirkt sich in dem gleichen
Ausmaß auf die Durchsaugzeit aus als wenn eine unvorbehandelte Pulpe mit einem kanadischen
Standard-Mahlungsgrad von 710 (Punkt B) verwendet worden wäre, d.h. die Durchsaugzeit
ist um etwa 55 Sekunden oder über 40 ffi reduziert. Die Verwendung einer Menge von
getränkten Fasern von 50 Gew.-% bezogen auf das Fasergewicht des Bogens ergibt einen
gekreppten Papier bogen, wie er in dem vorausgehend beschriebenen
speziellen
Beispiel erhalten wird. Mit einem solchen Papierbogen wird die Durchsaugzeit auf
mindestens ein Drittel oder etwa 66 % reduziert. Eine obere Grenze für die gekreppten
Bogen scheint bei einem Anteil von 60 ffi an getränkten Fasern zu liegen.
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Fig. 4 zeigt, daß die Aufsaugzeit für eine gegebene Menge Wasser
durch den Bogen wesentlich abfällt, wenn der Gehalt an getränkten Fasern sich erhöht.
Die Punkte C und D geben dabei die Zeiten für unvorbehandelte Pulpen mit einem kanadischen
Standard-Mahlungsgrad von 435 und 710 an. Wie gezeigt ist. die Aufsaugzeit umgekehrt
proportional dem Gehalt an getränkten Fasern in dem Bogen. Diese Zeit wird um mehr
als 50 % bei höheren Anteilen von getränkten Fasern reduziert.
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Fig. 5 zeigt, daß die Menge des von dem Bogen gehaltenen Wassers
pro Einheitsgewicht der Fasern mit einem Mahlungsgrad von 710 und 435 für die unbehandelte
Pulpe nahezu gleich ist. Die Punkte E und F zeigen dabei die jeweilige Wasserspeicherung
pro Einheitsgewicht der Fasern bei 710 und 435 0SF an.
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Die Auswirkung der Hinzugabe von getränkten Fasern ist sehr augenscheinlich.
Lediglich 10 % oder weniger Anteil an vorbehandelten Fasern, die mit dem 435 CSF-Material
vermischt sind, erhöhen die Wasserspeicherungskapazität wesentlich. Bei 50 % Anteil
an getränkten Fasern erhöht sich die Speicherung von aufgesaugtem Wasser über 70
%.
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Die getränkte Pulpe selbst kann einen niedrigen oder hohen 0SF besitzen,
dieser ist Jedoch zweckmäßigerweise hoch. Die unbehandelte Pulpe , die mit der getränktenPulpe
vermischt wird, besitzt im allgemeinen einen mittleren Mahlungsgrad von etwa 300
bis 500. Die Auswirkung der getränkten Pulpe besteht im allgemeinen in einer Erhöhung
des Mahlungsgrades und der Entwässerung auf dem Drahtnetz der Papiermaschine.
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Die im allgemeinen das greppmuster bestimmenden Faktoren bestimmen
auch das greppmuster, wenn in der Papierbahn getränkte Fasern vorhanden sind.
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Diese betreffen dabei die HersteDung von grob gekreppten Bögen, die
Steuerung des Kreppverhältnisses und die Arbeitsweise der Maschine. In einigen Fällen,
z.B. bei höheren Anteilen von getränkten Fasern und in Abhängigkeit von unabhängigen
Variablen wie der Geschwindigkeit der Trockentrommel und der Temperatur kann es
wünschenswert sein, Adhäsionsmittel für die Trockentrommel zu verwenden, um die
Bahn bei dem Kreppmesser an der Oberfläche der rockentrommel zu halten. In anderen
Fällen kann ein Mittel notwendig sein, durch das die Bahn von der Trockentrommel
gelöst wird.
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Der Eintrag für die Papiermaschine kann übliche Zusätze für spezielle
Zwecke wie z.B. Harze zur Vergrößerung der Feuchtfestigkeit , Entschäumungsmittel
und dergl. enthalten. Ebenso kann die geformte feuchte Bahn mit Mitteln wie s.B.
einem die
FeuchtSestigkeit vergrößerndem Harz in bekannter Weise
besprüht werden. Kurz gesagt kann das Herstellungsverfahren in großen Bereichen
von der herkömmlichen Art sein.
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Das erfindungsgemäß gekreppte Papier besitzt.
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wie beißpielsweise aus den Daten für die Sauggeschwindigkeit hervorgeht,
große Poren zwischen den Fasern. Aber auch ein ungekrepptes Papier, das bis auf
den Kreppprozeß in der gleichen Weise aus dem gleichen Eintrag hergestellt ist,
besitzt sehr große Poren. Diese Poren des glatten Bogens sind im Durchschnitt weniger
groß als in dem gekreppten Bogen aber wesentlich größer als sie nur mit den herkömmlichen
Zellulosefasern zu erreichen sind. Zusätzlich ist ein ungekreppter oder glatter
Bogen stärker in sich gebunden und besitzt sowohl im trockenen als auch im feuchten
Zustand eine größere Festigkeit als ein aus dem gleichen Eintrag hergestellter gekreppter
Bogen. Dieses kann für viele AnwendungafClle von Vorteil sein. Die erfindungsgemäßen
Bögen sind-ob gekreppt oder ungekreppt-trotz der großen Menge versteifter Fasern
sehr flexibel, was möglicherweise auf die große Porosität zurückzuführen ist.
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Es hat sich gezeigt, daß das glatte ungekreppte Papier wesentlich
an Festigkeit sowohl im feuchten als auch im trockenen Zustand gewinnt, wenn beispi*leweise
durch die Heizeinrichtunz 17 eine endgültige Aushärtung vorgenommen wird. Eine Feuchtfestigkeit
in
der Größenordnung von 25 der Trockenfestigkeit wird erreicht, wenn der Eintrag 75
vorbehandelter Fasern enthält bezogen auf das Fasergewicht. Die Vergrößerung der
Feucht - und Drockenfestigkeit des glatten Bogens nach endgültiger Aushärtung ist
verhältnismäßig größer als bei einem gekreppten Bogen.
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Dies rührt wahrscheinlich daher, daß in dem gekreppten Bogen ein geringerer
Kontakt zwischen den Fasern vorhanden ist. Für die Erreichung einer optimalen Festigkeit
sowohl im feuchten als auch im trockenen Zustand ist die endgUltigeAushärtung wünschenswert
sowohl bei einem glatten Bogen als auch bei einem gekreppten.
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Bogen.
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Das erfindungsgemäße Produkt ist, wie bereits erwähnt,immer vorteilhaft
anwendbar, wenn Flüssigkeiten wie Wasser und Öl gemeinsam aufgesogen werden sollen.
Generell sind diese Produkte immer als Waschtuch, Handtuch oder ähnliche Tücher
mit Vorteil verwendbar. Zusätzlich kann das erfindungsgemäße Papier mit Vorteil
mit anderen Bögen wie in Fig. 6 gezeigt kombiniert werden. Dort ist eine Papierschicht
20 gemäß der Erfindung mit einer Schicht 21 aus herkömmlichen Zellulosefasern verbunden.
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Die Schicht 20 kann dabei sowohl gekreppt als auch ungekreppt sein.
Aufgrund der großen Porengröße der Schicht 20 wirkt diese so, daß Flüssigkeiten
durch die Schicht 21 nindurchdringen. Weiterhin dient die Schicht 20 aufgrund der
großen Porengröße als Barriere, die- einen Durchgang von Flüssigkeiten von der Schicht
21 verhindert. Eine solche Kombination kann beispielsweise vorteilhaft
bei
Damenbinden angewandt werden, in denen die Schicht 20 als innenliegende Schicht
dient. Die Schicht 20 kann aber auch auf der Außenseite eines Wischtuches oder dergl.
angebracht sein, so daß beim Hindurchleiten von Flüssigkeit zu einer inneren Schicht
eine gleichmäßige Sättigung erreicht wird.
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Der bei der Definition der Komponenten verwendete Ausdruck "besteht
im wesentlichen" oder "besteht hauptsächlich aus", soll angeben, daß diese Komponenten
notwendig sind, wobei die Anwesenheit anderer Materialien in solchen Mengen ausgeschlossen
sein soll, daß diese die Eigenschaften der notwendigen Komponenten beeinträchtigen,
geringere, die Eigenschaften nicht beeinträchtigende Mengen anderer Komponenten,
sind dagegen möglich.
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Patentansprüche