DE69929866T3

DE69929866T3 - Verfahren zur Herstellung von einem absorbierenden Blatt aus einem recyklierten Papierherstellungsbrei

Info

Publication number: DE69929866T3
Application number: DE1999629866
Authority: DE
Inventors: Bruce J. Neenah Kokko
Original assignee: Georgia Pacific LLC
Current assignee: Georgia Pacific LLC
Priority date: 1998-12-21
Filing date: 1999-12-21
Publication date: 2009-10-08
Anticipated expiration: 2019-12-22
Also published as: EP1013825B1; EP1013825B2; US7736464B2; DE69929866T2; EP1013825A1; US6969443B1; CA2293003A1; DE69929866D1; TR199903194A2; DK1013825T4; DK1013825T3; ATE317926T1; CA2293003C; TR199903194A3; US20060060319A1

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines saugfähigen flächigen Materials aus recycelter Faser.
Hintergrund
Debonder-Zusammensetzungen und Tenside werden in hohem Maße in der Papierindustrie verwendet. Z. B. werden solche Zusammensetzungen in Verbindung mit Recyclingfaser verwendet. Im US Patent Nr. 5,582,681 an Back et al. wird ein Verfahren zur Herstellung eines Papierprodukts für hygienische Zwecke aus Zeitungspapier offenbart, das Folgendes umfasst: Aufschließen des Zeitungspapiers in Wasser unter Rühren, um eine Faserstoffsuspension einer Konsistenz zwischen 3% und 12% und einem pH von weniger als etwa 8,0 herzustellen; Zugabe eines Enzyms, das aus der aus Cellulase, Hemicellulase und Lipase bestehenden Gruppe ausgewählt ist, zu der Suspension und Beibehalten der Faserstoffsuspension während einer Zeitspanne von wenigstens 15 Minuten bei einer Temperatur von mehr als 100°F und Verwendung des Enzym-behandelten Faserstoffs als Haupt-Faserquelle bei der Papierherstellung, um das Damenbinden-Produkt zu erzeugen. Wie in dem US Patent Nr. 5,582,681 berichtet wird, besteht eine synergistische Beziehung zwischen der Kombination von Tensid und eines Enzyms. Nichtionische Tenside werden für die Zugabe mit dem Enzym bevorzugt, in einigen Fällen kann jedoch ein kationisches Tensid verwendet werden, wie eine Imidazol-Komponente oder quartäre Ammonium-Verbindungen. Siehe Spalte 10, Zeilen 7–40.
Im US Patent Nr. 5,662,597 an Callen et al. wird ein Verfahren zum Deinking (Entfärben) von recyceltem Papier unter Verwendung eines unter Druck stehenden Deinkingmoduls offenbart, um Druckfarbe vom Papierfaserbrei abzutrennen. Durch die Zugabe von Salzen von auf Imidazoliniumsalzen basierenden Verbindungen mit Alkyl-, Alkenyl- und Amidoethyl-Seitenketten zur Faserstoffsuspension zu Beginn des Zyklus des unter Druck stehenden Deinkingsmoduls wird Druckfarbe auf wirksamere Weise entfernt. Tenside werden im Deinking-Verfahren verwendet, z. B. ein nichtionisches Ethylenoxid/Propylenoxid-Tensid (vergleiche Beispiel A), sowie Imidazoliniummethylsulfat (Beispiel 1), siehe Spalte 4.
Debonder-Zusammensetzungen werden oft in der Nasspartie eines Verfahrens zur Herstellung von Papiertuch zugegeben, wie im US Patent Nr. 4,441,962 an Osborn III und im US Patent Nr. 4,351,699 , auch an Osborn III, offenbart wird. In diesen Patenten wird ein Verfahren zur Herstellung von Papiertuchbahnen offenbart, das die folgenden Schritte einschließt: Herstellung eines wässrigen papierbildenden Papierrohstoffs aus Papierzellstoff und Zugabe wenigstens einer speziellen quartären Ammonium-Verbindung und wenigstens eines speziellen nichtionischen Tensids. Die quartären Ammonium-Verbindungen sind quartäre Trimethylalkylenyl-, Methylpolyoxyethylenalkyl- und Methylpolyoxyethylenalkenyl-Verbindungen. Die nichtionischen Tenside sind Ethylenoxid-Addukte von Fettalkoholen und Fettsäuren.
Im US Patent Nr. 5,698,076 an Phan et al. wird ein Verfahren zur Herstellung von saugfähigen Papierprodukten, wie Papierhandtüchern, Gesichtstüchern und Toilettenpapier, durch Einfügen einer chemischen weichmachenden quartären Ammonium-Verbindung auf der Basis eines pflanzlichen Öls offenbart. Beispiele der bevorzugten chemischen weichmachenden quartären Ammonium-Verbindungen auf der Basis eines pflanzlichen Öls gemäß dem US Patent Nr. 5,698,076 schließen Diesterdi(oleyl)dimethylammoniumchlorid (DEDODMAC) ein, das sich von Canolaöl und/oder hoch-olefinischem Safloröl ableitet. Im US Patent Nr. 5,698,076 wird darauf hingewiesen, dass manchmal komplexe quartäre Ammonium-Verbindungen mit nichtionischen Tensiden verwendet werden, wie Ethylenoxid und Propylenoxid, die mit einem Alkohol umgesetzt werden, um einer Abnahme der Saugfähigkeit entgegenzuwirken, die durch die Verwendung von kationischen Debonding-Verbindungen verursacht wird. Siehe Spalte 2, Zeilen 6–18. In dem US Patent Nr. 5,698,076 wird darauf hingewiesen, dass das beanspruchte Verfahren in Verbindung mit recycelter Faser verwendet werden kann (Spalte 4, Zeilen 54–55) und gegebenenfalls Inhaltsstoffe, wie Polyhydroxy-Verbindungen und nichtionische Tenside (alkoxylierte Materialien), zugegeben werden können, solange das Weichmachen nicht beeinträchtigt wird (siehe Spalte 11, Zeile 23 und folgende sowie Spalte 13, Zeile 6 und folgende). Die nichtionischen Tenside des US Patents Nr. 5,698,076 sind durch ein hydrophiles-lipophiles Gleichgewicht (”HLB”) von etwa 7 bis etwa 20 gekennzeichnet. Siehe Spalte 11, Zeilen 53–63.
Im US Patent Nr. 5,730,839 an Wendt et al. wird ein Verfahren zur Herstellung von Papiertuchprodukten durch Kreppen unter den Bedingungen des geschlossenen Schachts offenbart. In Verbindung mit diesem Verfahren werden Debonder/Weichmacher verwendet, die verschiedene quartäre Imidazolinium-Verbindungen einschließen. Die quartären Imidazolinium-Verbindungen können zu dem Papiertuch-Herstellungsverfahren an jedem Punkt vor der Krepprakel gegeben werden, vorzugsweise werden sie aber in der Nasspartie zugegeben und am meisten bevorzugt werden sie vor der Bahnenbildung zu dem dicken Papierfaserstoff gegeben, wenn die Konsistenz der wässrigen papierbildenden Fasersuspension etwa 2% oder mehr beträgt. Zusätzlich zu den quartären Imidazolinium-Verbindungen können auch nichtionische Tenside in der Nasspartie des Papiertuch-Herstellungsverfahrens zu dem Papiertuch gegeben werden, um die Weichheit des Endprodukts weiter zu verbessern. Beispiele von brauchbaren Klassen nichtionischer Tenside schließen die Folgenden ein: Alkylphenolethoxylate, aliphatische Alkoholethoxylate, Fettsäurealkoxylate, Fettalkoholalkoxylate, Blockcopolymere von Ethylenoxid und Propylenoxid, Kondensationsprodukte von Ethylenoxid mit dem Produkt, das sich aus der Umsetzung von Propylenoxid und Ethylendiamin ergibt, und Kondensationsprodukte von Propylenoxid mit dem Produkt der Umsetzung von Ethylenoxid und Ethylendiamin. Siehe Spalte 3, Zeilen 11–46.
Das US Patent Nr. 5,753,079 an Jenny et al. berichtet über ein verstärktes Papier-Debonding und Weichmachen durch Herstellung von Papier aus einer wässrigen Suspension von Fasern, die eine oder mehrere kationische Mittel und ein oder mehrere Ethylenoxid/Propylenoxid-Tenside enthält.
Das US Patent Nr. 4,447,294 an Osborn III offenbart ein Verfahren zur Herstellung von weichen saugfähigen Papiertuchbahnen und die Bahnen, die durch das Verfahren hergestellt werden. Im ersten Schritt werden der Papierrohstoff der papiermachenden Fasern und ein Nassfestigkeitsharz bereitgestellt. Eine nasse faserige Bahn wird aus dem Papierrohstoff gebildet, und die nasse Bahn wird getrocknet, wonach das Nassfestigkeitsharz in der Bahn wenigstens teilweise gehärtet wird, und das stickstoffhaltige kationische Debonding-Mittel dann in die getrocknete Bahn eingefügt wird.
Das US Patent Nr. 5,279,767 an Phan et al. offenbart eine chemische weichmachende Zusammensetzung, die in faserigen Cellulose-Materialien brauchbar ist. Gemäß dem US Patent Nr. 5,279,767 werden chemische weichmachende Zusammensetzungen bereitgestellt, die eine Mischung von quartärer Ammonium-Verbindung und Polyhydroxy-Verbindungen einschließt. Zu den bevorzugten quartären Ammonium-Verbindungen gehören Dialkyldimethylammonium-Salze, die di(hydriertes) Talg-dimethylammoniumchlorid und di(hydriertes) Talg-dimethylammoniummethylsulfat. Bevorzugte Polyhydroxy-Verbindungen werden aus der Gruppe ausgewählt, die aus Glycerin und Polyethylenglycolen und Polypropylenglycolen mit einem Massenmittel der Molmasse von etwa 200 bis 4000 besteht. Die chemischen weichmachenden Zusammensetzungen werden hergestellt, indem man zuerst die Polyhydroxy-Verbindung in die quartäre Ammonium-Verbindung einmischt, und zwar in einem speziellen Temperaturbereich, in welchem die Polyhydroxy-Verbindung mit der quartären Ammonium-Verbindung mischbar ist, und dann die Mischung bei einer erhöhten Temperatur verdünnt, um eine wässrige Bläschen-Dispersion zu bilden, die zur Behandlung von faserigem Cellulose-Material geeignet ist. Die chemischen weichmachenden Zusammensetzungen, die in dem US Patent Nr. 5,279,767 offenbart werden, sind primär für das Weichmachen von Wegwerf-Papierprodukten, wie Papiertüchern und Papierhandtüchern, bestimmt. Siehe z. B. das US Patent Nr. 5,240,562 an Phan et al.
EP-A-0896046 offenbart eine wässrige Zusammensetzung von weichmachendem und antistatischem Mittel zur Behandlung von Cellulose-Material, umfassend eine quartäre Ammonium-Verbindung und ein bioabbaubares nicht ionisches Tensid, wobei die Zusammensetzung eine quartäre Ammonium-Verbindung in einer Konzentration von wenigstens etwa 15 Gew.-% umfasst. Das Tensid ist eine lineare alkoxylierte Fettsäure oder ein linearer alkoxylierter ungesättigter Alkohol.
EP-A-0718436 offenbart Papiertuchbahnen, die zur Herstellung von weichen saugfähigen Produkten, wie Papierhandtüchern, Windeln und Gesichtstüchern, brauchbar sind, und Verfahren zur Herstellung der Bahnen. Die Papiertuchbahnen umfassen papiermachende Fasern, eine bioabbaubare quartäre Ammonium-Verbindung, einen Polyhydroxy-Weichmacher und ein permanentes Nassfestigkeitsharz. Das Verfahren umfasst einen ersten Schritt der Bildung eines wässrigen papiermachenden Papierrohstoffs aus den oben erwähnten Komponenten. Der zweite Schritt und der dritte Schritt in dem basischen Verfahren sind das Abscheiden des papiermachenden Papierrohstoffs auf einer kleine Öffnungen aufweisenden Oberfläche, wie einem Fourdrinier-Sieb, und das Entfernen des Wassers aus dem abgeschiedenen Papierrohstoff. Ein alternatives Verfahren umfasst die Verwendung des Papierrohstoffs, der die oben erwähnten Komponenten enthält, in einem Papierherstellungsverfahren, das eine Musterverdichtete faserige Bahn erzeugt, die ein relativ hohes Massenfeld mit relativ geringer Faserdichte in einer gemusterten Anordnung von ausgesparten Zonen mit relativ hoher Faserdichte aufweist.
US-A-5,814,188 offenbart feste, weiche und gering staubende Papiertuchbahnen, die zur Herstellung weicher saugfähiger Hygiene-Produkte wie Badetuch, Gesichtstuch brauchbar sind, und es werden saugfähige Handtücher offenbart. Wenigstens eine Oberfläche der Papiertücher hat gleichmäßige, getrennte Oberflächenabscheidungen aus im Wesentlichen anhaftendem chemischen Weichmacher.
Kurzbeschreibung der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung wurde gefunden, dass bestimmte Kombinationen von nichtionischen Tensiden und quartären Ammonium-Tensiden Synergie aufweisen, wenn sie als Debonder verwendet werden, insbesondere in Verbindung mit Produkten, die aus Recycling-Papierrohstoff hergestellt werden. Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines saugfähigen flächigen Materials aus einer Bahn von Fasermaterial bereitgestellt, das aus wenigstens 50 Gew.-% Cellulose-Recyclingfaser besteht, wobei das Verfahren das Behandeln des Fasermaterials mit einer Debonding-Zusammensetzung umfasst, welche eine synergistische Kombination von Folgendem einschließt: a) ein Imidazoliniumsalz; und b) eine nichtionische Tensidkomponente, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Folgenden besteht: (i) monoalkylierten nichtionischen Tensiden, die alkoxylierte Fettsäuren oder alkoxylierte Fettalkohole mit einem HLB-Wert von mehr als etwa 10 umfassen, wobei die Fettsäuren und Fettalkohole 12 Kohlenstoffatome oder mehr aufweisen; (ii) dialkylierten nichtionischen Tensiden, die alkoxylierte Fettsäuren oder alkoxylierte Fettalkohole mit einem HLB-Wert von mehr als etwa 10 umfassen, wobei die Fettsäuren oder Fettalkohole etwa 16 Kohlenstoffatome oder mehr aufweisen; und (iii) dialkylierten nichtionischen Tensiden, die alkoxylierte Fettalkohole oder alkoxylierte Fettsäuren mit einem HLB-Wert von weniger als etwa 10 umfassen, wobei die Fettalkohole und Fettsäuren etwa 16 Kohlenstoffatome oder weniger aufweisen; wobei die Debonding-Zusammensetzung, die in einer Behandlungsmenge von 1 mol des Imidazoliniumsalzes pro 907 kg (1 US-Tonne) des Fasermaterials aufgetragen wird, die Zugfestigkeit des flächigen Materials um wenigstens 25 Prozent reduziert und wobei 0,44 bis 6,97 kg (1 bis 16 pounds) der Debonding-Zusammensetzung pro 907 kg (1 US-Tonne) des erzeugten saugfähigen flächigen Materials eingesetzt werden.
Typischer wird die Debonding-Zusammensetzung in einem Bereich von etwa 1,36 kg bis etwa 3,63 kg (etwa 3 bis etwa 8 pounds) pro Tonne saugfähiges flächiges Material verwendet, wobei 1,81 kg bis etwa 2,72 kg (etwa 4 bis etwa 6 pounds) der Debonding-Zusammensetzung vielleicht am typischsten sind und bevorzugt werden.
Die nichtionische Tensidkomponente liegt in der Debonding-Zusammensetzung im Allgemeinen in einer Menge von etwa 25 bis etwa 65 Gew.-% vor, bezogen auf die kombinierten Gewichte der nichtionischen Tensidkomponente und des Imidazoliniumsalzes, wobei etwa 30 bis etwa 50 Gew.-%, bezogen auf die kombi nierten Gewichte der nichtionischen Tensidkomponente und des Imidazoliniumsalzes, typischer sind.
Die Recyclingfaser kann einen Aschegehalt von mehr als etwa 0,75 Gew.-%, mehr als etwa 1 Gew.-%, mehr als etwa 2 Gew.-% oder mehr als etwa 4 Gew.-% aufweisen.
Vorzugsweise ist die Debonding-Zusammensetzung funktionsfähig, um die Zugfestigkeit des flächigen Materials um wenigstens etwa 40% zu reduzieren. Das faserige Material ist im Allgemeinen oder überwiegend wenigstens zu etwa 50 Gew.-% Cellulose-Recyclingfaser. Typischerweise ist das faserige Material wenigstens zu 75 Gew.-% Cellulose-Recyclingmaterial und vorzugsweise ist das faserige Material zu 100 Gew.-% Cellulose-Recyclingmaterial.
Die vorliegende Erfindung schließt ein Verfahren ein, in welchem das flächige Material Papier ist und in welchem der Recycling-Papierrohstoff, der die überwiegend celluloseartige Recyclingfaser in einem wässrigen Strom umfasst, mit der Debonding-Zusammensetzung behandelt wird der wässrige Strom einem Auflaufkasten zugeführt wird, der Papierrohstoff auf ein Formsieb aufgetragen wird, so dass eine im Entstehen begriffene Bahn gebildet wird, und die Bahn getrocknet wird, wobei das saugfähige Papierprodukt entsteht.
Das Imidazoliniumsalz kann z. B. ein Alkyl(enyl)amidoethylalkyl(enyl)-Imidazoliniumsalz sein, wobei die Alkylgruppen gesättigt, ungesättigt oder Gemische derselben sind, und die Kohlenstoffketten Längen von zehn bis zweiundzwanzig Kohlenstoffatomen aufweisen. Vorzugsweise ist das Imidazoliniumsalz ein Dialkylimidazoliniumsalz der Formel:
in der jedes R gleich oder verschieden sein kann und jedes R eine Kohlenstoffkette angibt, die eine Kettenlänge von etwa 12 bis etwa 22 Kohlenstoffatomen aufweist und gesättigt oder ungesättigt sein kann, und wobei die Verbindungen mit einem geeigneten Anion assoziiert sind, wobei das geeignete Anion vorzugsweise Methylsulfat ist.
Bei einigen Anwendungen schließt das erfindungsgemäße Verfahren den Schritt des Kreppens des saugfähigen Papierprodukts ein.
Die nichtionische Tensidkomponente schließt typischerweise das Reaktionsprodukt von Fettsäure oder Fettalkohol mit Ethylenoxid ein, wie ein Polyethylenglycoldiester einer Fettsäure oder eines Fettalkohols mit Ethylenoxid, wie Polyethylenglycoldiester einer Fettsäure (PEG-Diole oder PEG-Diester). Die Fettsäure kann aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus Laurinsäure, Palmitinsäure, Ölsäure, Stearinsäure, Myristinsäure, Arachinsäure, Lignocerinsäure, Palmitoleinsäure, Linolsäure, Arachidonsäure und Mischungen derselben besteht. Am meisten bevorzugt ist die verwendete Fettsäure Laurinsäure.
Die vorliegende Erfindung schließt ein Verfahren ein, wobei das flächige Material ein weiches saugfähiges Papiertuchprodukt ist und wobei ein Papierrohstoff, der die überwiegend celluloseartige Recyclingfaser umfasst, in einem wässrigen Strom zugeführt wird; ein Ladungsmodifikator zu dem Papierrohstoff gegeben wird, wobei der Ladungsmodifikator ausreichend lange mit dem Papierrohstoff in Kontakt kommt, um die Ladung in dem Papierrohstoff zu reduzieren; die Debonding-Zusammensetzung, gegebenenfalls mit einem Nassfestigkeitsregulator, zu dem Papierrohstoff gegeben wird, nachdem die Ladung reduziert wurde; ein Retentionshilfsmittel zu dem Papierrohstoff gegeben wird, nachdem die Debonding-Zusammensetzung oder der Nassfestigkeitsregulator ausreichend lange mit dem Papierrohstoff in Kontakt war, um eine Verteilung des Debonders oder des Nassfestigkeitsregulators auf den Fasern zu ermöglichen; der Papierrohstoff einem Auflaufkasten zugeführt wird, wobei der Papierrohstoff eine Konsistenz von nicht mehr als 0,90% hat, wenn er dem Auflaufkasten zugeführt wird; der Papierrohstoff auf ein Formsieb aufgetragen wird und dort eine im Entstehen begriffene Bahn bildet; und die Bahn getrocknet wird, wobei ein weiches saugfähiges Papiertuchprodukt entsteht.
Typischerweise schließt der Trocknungsschritt Folgendes ein: kompaktiertes Entwässern der im Entstehen begriffenen Bahn; Auftragen der Bahn auf einen Yankee-Trockner und Trocknen der Bahn, und Kreppen der Bahn aus dem Yankee-Trockner bei einem Feuchtigkeitsgehalt von weniger als etwa 50%. Der Feuchtigkeitsgehalt während des Kreppens ist üblicherweise geringer als etwa 15% und vorzugsweise geringer als etwa 6%. Die Konsistenz des Papierrohstoffs, wenn er dem Auflaufkasten zugeführt wird, ist im Allgemeinen geringer als etwa 0,7% und vorzugsweise geringer als etwa 0,5%. Der Papierrohstoff enthält im Allgemeinen mehr als etwa 1% Asche, und typischerweise enthält der Papierrohstoff mehr als etwa 2% Asche und manchmal mehr als 4% Asche. Am meisten bevorzugt enthält der Papierrohstoff nur recycelte Fasern, und der Ladungsmodifikator wird in einer Menge von etwa 0,5 kg/1000 kg bis etwa 5 kg/1000 kg (etwa 1 lb/Tonne bis etwa 10 lbs/Tonne) zugegeben. Der Ladungsmodifikator wird typischerweise in einer Menge von etwa 1 kg/1000 kg bis etwa 3 kg/1000 kg (etwa 2 lbs/Tonne bis etwa 6 lbs/Tonne) zugegeben.
Am typischsten wird ein Nassfestigkeitsregulator in einer Menge von etwa 2 kg/1000 kg bis etwa 15 kg/1000 kg (etwa 14 lbs/Tonne bis etwa 13 lbs/Tonne) zugegeben. Der Trocknungsschritt kann Umlufttrocknen einschließen.
Das Verfahren der Erfindung kann in der Praxis vorteilhaft durchgeführt werden, wenn das Papiertuchprodukt ein einlagiges Papiertuchprodukt ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit verschiedenen Figuren beschrieben, in denen
1 ein schematisches Diagramm ist, das ein Papierherstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert;
2 ein Diagramm der prozentualen Reduktion der Trockenreißlänge (Zugfestigkeit) gegenüber der Stoffmenge an quartärer Debonding-Komponente ist, die pro Tonne (907,2 kg) Papier verwendet wird;
3 ein Diagramm der prozentualen Änderung der Trockenreißlänge gegenüber zurückgehaltenem Imidazoliniumsalz (pounds pro Tonne oder kg/12000 kg) ist;
4 ein Diagramm der prozentualen Änderung der Trockenreißlänge gegenüber der tatsächlich zurückgehaltenen – wie erhaltenen – Debonding-Zusammensetzung in pounds pro Tonne ist;
5 ein Diagramm der prozentualen Zugfestigkeitsänderung gegenüber HLB für verschiedene PEG-Mono- oder -Diester von C12- oder C18-Fettsäuren ist;.
6 ein Diagramm der prozentualen Zugfestigkeitsänderung gegenüber HLB für bestimmte PEG-Diester von C12- und C18-Fettsäuren ist;.
7 ein Diagramm der prozentualen Zugfestigkeitsänderung gegenüber der PEG-Kettenlänge für bestimmte PEG-Mono- oder -Diester von C12- und C18-Fettsäuren ist, und
8 ein Diagramm der prozentualen Zugfestigkeitsänderung gegenüber HLB für bestimmte PEG-Monoester von C12- und C18-Fettsäuren ist.
Ausführliche Beschreibung
Das Verfahren der Erfindung kann verwendet werden, um ein Papierprodukt, vorzugsweise unter Verwendung des konventionellen Nasspressens, aus einem Recyclingfaser-Papierrohstoff bereitzustellen, der signifikante Mengen an Asche und Feinstpartikeln aufweist. Das sich ergebende Produkt hat ein gutes Innenhohlraumvolumen, gute Festigkeit und Weichheit.
Papierprodukte gemäß der vorliegenden Erfindung können auf jeder Papierherstellungsmaschine mit konventionellen Formungskonfigurationen hergestellt werden, wie Fourdrinier-, Doppelsieb-, Saugbrustwalzen- oder Halbmond-Formungskonfigurationen. Der Formungsmodus ist vorteilhaft Wasser oder Schaum. Das Trocknungsverfahren ist vorteilhaft konventionelles Nasspressen, es kann aber jede bekannte Trocknungsform sein, die z. B. Umlufttrocknung (TAD), Zylindertrocknung oder Impulstrocknung einschließt.
1 erläutert eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei ein Stoffkasten 50, der in Fächer unterteilt sein kann, zur Herstellung von Papierrohstoffen verwendet wird, die mit Chemikalien behandelt werden, die eine unterschiedliche Funktionalität aufweisen, die von der Eigenschaft der verschiedenen verwendeten Fasern abhängt. Diese Ausführungsform zeigt einen unterteilten Aufbaukasten, wodurch es ermöglicht wird, ein geschichtetes Produkt zu erzeugen. Das Produkt gemäß der vorliegenden Erfindung kann mit einer einem einzigen Aufbaukasten oder mehreren Aufbaukästen hergestellt werden und kann unabhängig von der Anzahl der Aufbaukästen geschichtet oder nicht geschichtet sein. Der behandelte Papierrohstoff wird durch unterschiedliche Leitungen 40 und 41 transportiert, wobei er zum Aufbaukasten einer Halbmond-Formungsmaschine 10 geführt wird, wie wohlbekannt ist, obwohl jede zweckmäßige Konfiguration verwendet werden kann.
1 zeigt ein bahnbildendes Ende oder eine Nasspartie mit einem flüssigkeitsdurchlässigen, kleine Öffnungen aufweisenden Trägerteil 11, das irgendeine zweckmäßige Konfiguration aufweisen kann. Das kleine Öffnungen aufweisende Trägerteil 11 kann aus irgendeinem von verschiedenen bekannten Materialien bestehen, einschließlich Photopolymer-Textilerzeugnis, Filz, Textilerzeugnis oder einer aus synthetischem Filament-gewebten Netzunterlage mit einem sehr feinen synthetischen Faserwickel, der an der Netzunterlage befestigt ist. Das kleine Öffnungen aufweisende Trägerteil 11 wird auf konventionelle Weise von Walzen gestützt, einschließlich Brustwalze 15 und Presswalze 16.
Das Formtextilerzeugnis 12 wird von den Walzen 18 und 19 gestützt, die zur Brustwalze 15 hin angeordnet sind, um das Formsieb 12 zu führen, um auf dem kleine Öffnungen aufweisenden Trägerteil 11 an der zylindrischen Brustwalze 15 in einem spitzen Winkel in Bezug auf das kleine Öffnungen aufweisende Trägerteil 11 zusammenzulaufen. Das kleine Öffnungen aufweisende Trägerteil 11 und das Sieb 12 bewegen sich mit der gleichen Geschwindigkeit und in der gleichen Richtung, die die Drehrichtung der Brustwalze 15 ist. Das Formsieb 12 und das kleine Öffnungen aufweisende Trägerteil 11 laufen an der oberen Oberfläche der Formwalze 15 zusammen, um einen keilförmigen Zwischenraum oder Spalt zu bilden, in den ein oder mehrere Wasserstrahlen oder Strahlen geschäumter flüssiger Faserdispersion eingespritzt werden können und zwischen dem Formsieb 12 und dem kleine Öffnungen aufweisenden Trägerteil 11 eingefangen werden können, um Fluid durch das Sieb 12 in einen Papiermassefänger 22 zu pressen, wo es gesammelt wird, um erneut in dem Verfahren verwendet zu werden.
Die im Entstehen begriffene Bahn W, die in dem Verfahren gebildet wird, wird durch das kleine Öffnungen aufweisende Trägerteil 11 zu der Presswalze 16 geführt, wo die im Entstehen begriffene nasse Bahn W auf den Yankee-Trockner 26 übertragen wird. Fluid wird von der nassen Bahn W durch die Presswalze 16 abgepresst, wenn die Bahn zum Yankee-Trockner 26 überführt wird, wo sie getrocknet und mittels einer Krepprakel 27 gekreppt wird. Die fertige Bahn wird auf einer Aufwickelrolle 28 gesammelt.
Eine Vertiefung 44 wird bereitgestellt, um Wasser zu sammeln, das von dem Papierrohstoff durch die Presswalze 16 abgequetscht wurde, sowie um das Wasser zu sammeln, das von dem Textilerzeugnis durch eine Uhle-Box 29 entfernt wurde. Das in der Vertiefung 44 gesammelte Wasser kann in einer Fließlinie 45 für eine separate Verarbeitung gesammelt werden, um Tensid und Fasern aus dem Wasser zu entfernen und eine Rückführung des Wassers zur Papierherstellungsmaschine 10 zu ermöglichen.
Die Bahn gemäß der vorliegenden Erfindung kann unter Verwendung von Fasern hergestellt werden, die dem Fachmann wohlbekannt sind. Die Fasern sind zu mehr als 50 Gew.-% celluloseartige Recyclingfaser. Die Fasern können Folgendes einschließen: Weichholz, Hartholz, chemischen Holzstoff, der aus Weichholz und/oder Hartholz durch Behandlung mit Sulfat- oder Sulfit-Gruppen erhalten wird, mechanischen Holzschliff, der durch mechanische Behandlung von Weichholz und/oder Hartholz erhalten wird, Recyclingfaser, gereinigte Faser und dergleichen.
Zu den papiermachenden Fasern, die zur Herstellung der weichen saugfähigen Produkte der vorliegenden Erfindung verwendet werden, gehören celluloseartige Fasern, die üblicherweise als Zellstofffasern bezeichnet werden, die im Aufschlussverfahren aus Weichholz (Gymnosperme oder Nadelbäume) und Harthölzern (Angiosperme oder Laubbäume) freigesetzt werden. Der spezielle Baum und das Aufschlussverfahren, das zur Freisetzung des Tracheids verwendet werden, sind für den Erfolg der vorliegenden Erfindung nicht entscheidend. Celluloseartige Fasern aus unterschiedlichen Materialquellen können verwendet werden, um die Bahn der vorliegenden Erfindung zu bilden, einschließlich nicht-holzartiger Fasern, die aus Sabai-Gras, Reisstroh, Bananenblättern, Papier-Maulbeere (d. h. Bastfaser), Abakablättern, Ananasblättern, Espartograsblättern freigesetzt werden, und Fasern der Gattung Hesperalae der Agavaceae-Familie. Die recycelten Fasern, die gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden, können irgendeine der obigen Faserquellen in unterschiedlichen Prozentgehalten enthalten, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können.
Papiermachende Fasern können aus ihrem Quellenmaterial durch irgendeines einer Vielzahl von chemischen Aufschlussverfahren freigesetzt werden, die dem Fachmann geläufig sind, einschließlich Sulfat-, Sulfit-, Polysulfid-, Soda-Aufschluss usw. Der Faserbrei kann, falls es erwünscht ist, durch chemische Mittel gebleicht werden, einschließlich der Verwendung von Chlor, Chlordioxid, Sauerstoff usw. Weiterhin können papiermachende Fasern aus Quellenmaterial durch irgendeines einer Vielzahl von mechanischen/chemischen Aufschlussverfahren freigesetzt werden, die dem Fachmann geläufig sind, einschließlich des mechanischen Aufschlusses, des thermomechanischen Aufschlusses und des chemisch-thermomechanischen Aufschlusses. Die mechanischen Faserbreis können, falls es erwünscht ist, durch eine Vielzahl von bekannten Bleichschemata gebleicht werden, die Bleichen mit Alkaliperoxid und Ozon einschließen.
Fasern zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung werden vorzugsweise primär aus dem Recycling von Vor- und Nachverbraucher-Papierprodukten erhalten. Die Faser kann z. B. aus dem Recycling von Druckereimaschinen-Schneidabfall und -Schneidgut erhalten werden, einschließlich Buchpapier und tonbeschichtetem Papier, Nachverbraucher-Papier, einschließlich dem Recycling von Büropapier und Papier der getrennten Sammlung, und alten Zeitungen.
Die verschiedenen gesammelten Papiersorten können unter Verwendung von Mitteln recycelt werden, die in der Recyclingpapier-Industrie üblich sind. Die Papiersorten können vor dem Aufschluss in konventionellen Niedrig-, Mittel- und Hochkonsistenz-Pulpern sortiert und klassifiziert werden. In den Pulpern werden die Papiersorten mit Wasser vermischt und aufgerührt, um die Fasern von dem flächigen Material loszubrechen. Chemikalien, die in der Industrie gebräuchlich sind, können in diesem Verfahren zugegeben werden, um das Dispergieren der Fasern in der Aufschlämmung zu verbessern und die Reduktion von Verunreinigungen, die vorliegen können, zu verbessern. Nach dem Aufschluss wird die Aufschlämmung üblicherweise durch verschiedene Sichter und Typen von Sieben und Reinigern geführt, um die größeren festen Verunreinigungen zu entfernen, während die Fasern zurückgehalten werden. Während dieses Verfahrens werden solche Abfallverunreinigungen wie Papierklammern und Kunststoffreste entfernt.
Der Faserbrei wird dann im Allgemeinen gewaschen, um Verunreinigungen einer geringeren Größe zu entfernen, die primär aus Drucktinten, Farbstoffen, Feinstpartikeln und Asche bestehen. Dieses Verfahren wird im Allgemeinen als Deinking bezeichnet. Deinking bezieht sich im modernen Sinn auf das Verfahren zur Herstellung eines brauchbaren Faserbreis aus Abfallpapier, wobei eine ständig zunehmende Vielfalt von unerwünschten nicht-celluloseartigen Materialien entfernt werden.
Ein Beispiel eines Deinking-Verfahrens, durch das eine Faser zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung erhalten werden kann, wird als Flotation bezeichnet. In diesem Verfahren werden kleine Luftblasen in eine Säule des Papierrohstoffs eingeführt. Wenn die Blasen hochsteigen, neigen sie dazu, kleine Farbstoff- und Asche-Teilchen anzuziehen. Sobald sie sich an der Oberfläche der Säule des Einsatzmaterials befinden, werden sie abgestreift. An diesem Punkt kann der Faserbrei relativ sauber sein, oft weist er jedoch eine geringe Helligkeit auf. Papier, das aus diesem Einsatzmaterial hergestellt wird, kann ein schmutziges, graues Aussehen haben, das für nahezu hochwertige Produktformen nicht geeignet ist.
Um die Helligkeit zu verbessern, wird der Papierrohstoff oft gebleicht. Das Bleichen kann durch eine Anzahl von Mitteln erreicht werden, die Bleichen mit Chlor, Hypochlorit, Chlordioxid, Sauerstoff, Peroxid, Hydrosulfit oder irgendwelche üblicherweise verwendete Bleichmittel einschließen, sie sind aber nicht auf dieselben beschränkt. Die Typen und Mengen der Bleichmittel hängen in hohem Maße ab von der Art des Abfallpapiers, das verarbeitet werden soll, sowie vom erwünschten Helligkeitsgrad. Allgemein gesprochen können ungebleichte Abfallpapiersorten Helligkeitsgrade zwischen 60 und 80 auf der G. E.-Helligkeitsskala haben, und zwar in Abhängigkeit von der Qualität des zu recycelnden Papiers. Gebleichte Abfallpapiersorten können zwischen den gleichen Helligkeitsgraden liegen und können bis zu etwa 90 reichen, dieser Helligkeitsgrad hängt jedoch in hohem Maße von der Art der verwendeten Abfallpapiersorten ab.
Da der Preis von Abfallpapier, das der Faserbrei-verarbeitenden Anlage zugeführt wird, von der Sauberkeit und Qualität der Fasern in dem Papier abhängt, ist es vorteilhaft, wenn man relativ billige Abfallpapiersorten zu relativ hochwertigem Faserbrei veredeln kann. Das Verfahren, um dies durchzuführen, kann jedoch nicht nur hinsichtlich der Maschinenpark- und Chemikalienkosten, sondern auch in Bezug auf die verlorene Ausbeute kostspielig sein. Ausbeute ist als Gewichtsprozent gekauftes Abfallpapier, das schließlich zu erzeugtem Faserbrei führt, definiert. Da die billigeren Abfallpapiersorten im Allgemeinen mehr Verunreinigungen enthalten, insbesondere relativ schwere Tone und Füllstoffe, die im Allgemeinen mit beschichteten Papieren und Schreibpapieren verbunden sind, kann das Entfernen dieser Verunreinigungen eine dramatische Auswirkung auf die Gesamtausbeute an erhältlichem Faserbrei haben. Geringere Ausbeuten wandeln sich auch in erhöhte Mengen an Material um, das auf Deponien oder durch andere Mittel beseitigt werden muss.
Wenn die Aschegehalte reduziert werden, gehen zusätzlich dazu auch Feinstpartikel und kleine Fasern verloren, da zur Zeit kein Asche-spezifisches Entfernungsverfahren in Gebrauch ist, das nur Asche entfernt, ohne kleine Fasern und Feinstpartikel mitzunehmen. Wenn z. B. ein Faserbrei von 70% Ausbeute anstelle eines ”saubereren” von 50% Ausbeute verwendet werden kann, sind die Einsparungen an Faserbreikosten aufgrund der größeren Fasermenge und der geringeren Abfallentfernung signifikant.
Im Allgemeinen werden Produkte höchster Qualität nicht unter Verwendung einer großen Menge an sekundären Recyclingfasern hergestellt, geschweige denn überwiegend oder vollständig aus sekundären Recyclingfasern. Recyclingfasern leiden an den Problemen einer geringen Helligkeit, was die Zugabe von unbehandelten Fasern erfordert, und einer geringen Papierrohstoff-Entwässerung, was eine schlechte Entwässerung auf dem Formsieb ergibt und langsamere Maschinengeschwindigkeiten erfordert. Rohpapierbögen, die mit einem hohen Prozentgehalt oder 100% Recyclingfasern hergestellt werden, sind sehr dicht. Daher nimmt ihre Festigkeit während des Kreppens nicht so stark ab. Dies ergibt hartes Krepppapier hoher Festigkeit. Vor der vorliegenden Erfindung wurde angenommen, dass es zum Einschließen von Recyclingfasern notwendig ist, die Fasern vorher zu bearbeiten, um sie im Wesentlichen aschefrei zu machen. Dies erhöht zweifelsohne die Kosten. Es wird angenommen, dass oft unüberwindbare Probleme bei der Entwässerung oder Bildung erzeugt werden, wenn es nicht gelingt, die Asche zu entfernen. Wenn genügend Wasser zu dem Einsatzmaterial gegeben wird, um eine gute Bahnbildung zu erreichen, werden die Formsiebe oft überflutet. Wenn das Wasser reduziert wird, um dieses Überflutungsproblem zu verhindern, treten oft schwerwiegende Probleme hinsichtlich der Bildung einer im Wesentlichen homogenen Bahn auf. Die vorliegende Erfindung widmet sich diesen Schwierigkeiten, die vorgefunden werden, wenn Fasern mit hohem Aschegehalt, z. B. sekundäre recycelte Fasern, verwendet werden.
Das Produkt gemäß der vorliegenden Erfindung wird aus einem Papierrohstoff hergestellt, der sowohl Asche als auch Feinstpartikel und/oder Füllstoffe enthält. Füllstoffe gemäß der vorliegenden Erfindung schließen in der Technik bekannte Füllstoffe ein, die im Allgemeinen verwendet werden, um den Fasergehalt bei der Herstellung voluminöser saugfähiger Papierprodukte zu reduzieren. Typische Füllstoffe schließen strukturierte Kaoline ein, die Auswahl von geeigneten Füllstoffen erfolgt jedoch durch den Fachmann.
Die bevorzugten Papierrohstoffe gemäß der vorliegenden Erfindung enthalten signifikante Mengen an sekundären Fasern, die signifikante Mengen an Asche und Feinstpartikeln besitzen. Es ist in der Industrie üblich, dass der Ausdruck Asche in Verbindung mit unbehandelten Fasern erwähnt wird. Dieser ist als die Aschemenge definiert, die erzeugt werden würde, wenn die Fasern verbrannt werden würden. Typischerweise werden nicht mehr als etwa 0,1% bis etwa 0,2% Asche in unbehandelten Fasern vorgefunden. Asche, wie sie in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, schließt diese ”Asche” ein, die mit unbehandelten Fasern verbunden ist, sowie Verunreinigungen, die sich aus der vorherigen Verwendung der Faser ergeben.
Papierrohstoffe gemäß der Erfindung schließen überschüssige Aschemengen von mehr als etwa 1% oder darüber ein, wie oben erwähnt wurde. Asche entsteht, wenn während der Bildung eines gefüllten oder beschichteten Papierprodukts Füllstoffe oder Überzüge zum Papier gegeben werden. Asche ist typischerweise eine Mischung, die Titandioxid, Kaolinton, Calciumcarbonat und/oder Siliciumdioxid enthält. Diese überschüssige Asche oder dieses überschüssige aus Teilchen bestehende Material, stellt das Material dar, welches herkömmlicherweise Verfahren unter Verwendung von Recyclingfasern stört, wodurch die Verwendung von Recyclingfasern unattraktiv wird. Im Allgemeinen wird recyceltes Papier, das große Mengen an Asche enthält, preislich wesentlich niedriger eingestuft als recycelte Papiersorten mit niedrigen oder unbedeutenden Aschegehalten. Somit ergibt sich ein signifikanter Vorteil für ein Verfahren zur Herstellung von hochwertigem oder nahezu hochwertigem Produkt aus recyceltem Papier, das überschüssige Aschemengen enthält.
Papierrohstoffe, die überschüssige Asche enthalten, enthalten auch typischerweise eine signifikante Menge an Feinstpartikeln. Asche und Feinstpartikel sind oft mit sekundären recycelten Fasern, Nachverbraucher-Papier, Fertigungsausschuss von Druckereibetrieben und dergleichen verbunden. Sekundäre recycelte Fasern mit überschüssigen Mengen an Asche und signifikanten Feinstpartikeln sind auf dem Markt erhältlich und ziemlich billig, da es im Allgemeinen akzeptiert wird, dass nur sehr dünne, raue preisgünstige Handtuch- und Papiertuch-Produkte hergestellt werden können, es sei denn, dass der Papierrohstoff einem Verfahren zum Entfernen der Asche unterzogen wird. Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, ein Papierprodukt mit einem großen Hohlraumvolumen und von hochwertiger oder nahezu hochwertiger Qualität aus sekundären Fasern zu erreichen, die signifikante Mengen an Asche und Feinstpartikeln aufweisen, ohne dass es notwendig ist, die Faser vorher zu verarbeiten und Asche und Feinstpartikel zu entfernen. Obwohl die vorliegende Erfindung die Verwendung von Fasermischungen ins Auge fasst, einschließlich der Verwendung von unbehandelten Fasern, weisen die meisten Fasern in den Produkten gemäß der vorliegenden Erfindung mehr als 0,75% Asche auf, mehr bevorzugt mehr als 1% Asche. Noch mehr bevorzugt weist die Faser mehr als 2% Asche auf und kann eine so große Menge wie 30% Asche oder mehr aufweisen.
Die Feinstpartikel, wie sie in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, stellen ein Material in dem Papierrohstoff dar, das durch ein Sieb einer Maschenweite von 100 mesh hindurchgeht. Die Asche und der Aschegehalt sind wie oben definiert und können unter Verwendung der TAPPI Standard Methode T211 OM-93 bestimmt werden.
In einer am meisten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Produkt von hochwertiger oder nahezu hochwertiger Qualität unter Verwendung einer Mischung von sekundären Fasern aus einem Blend von recycelten Papieren hergestellt, die z. B. Druckereimaschinen-Schneidabfall und -Schneidgut und Nachverbraucher-Papier einschließen.
Das Dispergieren der Fasern, um einen Papierrohstoff zu bilden, wird durch Zugabe von Wasser erreicht und schließt die Verwendung von chemischen Additiven ein, um die physikalischen Eigenschaften des erzeugten Papiers zu verändern. Typischerweise ist das anfängliche Additiv, das in dem Papierrohstoff gemäß der vorliegenden Erfindung eingeschlossen ist, ein Ladungsmodifikator. Da die Feinstpartikel- und Asche-Komponenten (z. B. Tone, Calciumcarbonat, Titandioxid usw.) anionisch sind, wird vorteilhaft eine Ladungsneutralisation durch Zugabe von kationischen Materialien zu dem gesamten System durchgeführt. Ein Ladungsmodifikator gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Material, das, wenn es zu dem Faser-Papierrohstoff gegeben wird, dazu dient, die Ladung auf der feinen Fraktion des Papierrohstoffs um etwa 30% bis etwa 98% zu reduzieren (Hindurchführen durch ein Sieb einer Maschenweite von 80 mesh). Der Ladungsmodifikator reduziert vorzugsweise die Ladung auf der Fraktion des Papierrohstoffs, die das Sieb von 80 mesh passiert, um etwa 30% bis etwa 95% ihres ursprünglichen Werts, mehr bevorzugt zwischen etwa 50% und etwa 80% ihres ursprünglichen Werts. In einer am meisten bevorzugten Ausführungsform reduziert der Ladungsmodifikator die Ladung auf der Fraktion des Papierrohstoffs, die das Sieb von 80 mesh passiert, um etwa 70%.
Ein Ladungsmodifikator wird vorzugsweise in einer Menge von etwa 5 kg/1000 kg bis etwa 5 kg/1000 kg (etwa 1 bis etwa 10 lbs/Tonne), mehr bevorzugt von etwa 0,5 kg/100 kg bis etwa 4 kg/1000 kg (etwa 1 bis etwa 8 lbs/Tonne) und am meisten bevorzugt von etwa 1 kg/100 kg bis etwa 3 kg/1000 kg (etwa 2 bis etwa 6 lbs/Tonne) zugegeben.
Der Ladungsmodifikator sollte ausreichend lange mit dem Papierrohstoff in Kontakt treten, um im Wesentlichen die gesamte anionische Ladung auf der Asche und den Feinstpartikeln zu neutralisieren. Der Ladungsmodifikator tritt vorzugsweise während einer Zeitspanne von etwa 10 Sekunden bis etwa 45 Minuten mit dem Papierrohstoff in Kontakt, bevor irgendein Debonder und/oder Weichmacher zu dem Papierrohstoff gegeben wird, mehr bevorzugt etwa 20 Sekunden bis etwa 30 Minuten, am meisten bevorzugt etwa 1 Minute bis 15 Minuten.
Zweckmäßige Ladungsmodifikatoren können aus linearen oder verzweigten synthetischen Polymeren mit Molmassen von weniger als etwa 1 Million ausgewählt werden. Für verzweigte Polymere liegen die Molmassen vorzugsweise unterhalb von etwa 750 000. Die mehr bevorzugten Ladungsmodifikatoren sind relativ niedermolekulare, kationische, lineare synthetische Polymere, die vorzugsweise Molmassen von nicht mehr als etwa 500 000 und mehr bevorzugt von nicht mehr als etwa 300 000 aufweisen. Die Ladungsdichten solcher niedermolekularen, kationischen synthetischen Polymere sind relativ hoch. Diese Ladungsdichten reichen von etwa 4 Äquivalenten bis etwa 12 Äquivalenten an kationischem Stickstoff pro kg Polymer. Geeignete Ladungsmodifikatoren schließen Folgendes ein: Anorganische Salze, wie Alaun oder Aluminumchlorid und deren Polymerisationsprodukte (z. B. PAC oder Polyaluminiumchlorid oder synthetische Polymere), Poly(diallyldimethylammoniumchlorid) (d. h. DADMAC), Poly(dimethylamin)-co-epichlorhydrin, Polyethylenimin, Poly(3-butenyltrimethylammoniumchlorid), Poly(4-ethenylbenzyltrimethylammoniumchlorid), Poly(2,3-epoxypropyltrimethylammoniumchlorid), Poly(5-isoprenyltrimethylammoniumchlorid) und Poly(acryloyloxyethyltrimethylammoniumchlorid). Andere geeignete kationische Verbindungen, wie z. B. das Polymer, das aus dem Addukt von 2-Chlormethyl, 1,3-Butadien und einem Dialkylsulfid hergestellt wird, alle Polyamine, die durch Umsetzung von Aminen, wie z. B. Ethylendiamin, Diethylentriamin, Triethylentetramin oder verschiedene Dialkylamine, mit Bishalogen-, Bisepoxy- oder Chlorhydrin-Verbindungen hergestellt werden, wie z. B. 1,2-Dichlormethan, 1,5-Diepoxyhexan oder Epichlorhydrin, alle Polymere von Guanidin, wie z. B. das Produkt von Guanidin und Formaldehyd mit oder ohne Polyamine, können verwendet werden, falls es erwünscht ist.
Zu den im Handel erhältlichen geeigneten Ladungsmodifikatoren gehören Cypro^®514, ein Produkt von Cytec, Inc. of Stamford, Conn., Bufloc^® 5031 und Bufloc^® 534, beides Produkte von Buckman Laboratories, Inc. of Memphis, Tenn. Der Ladungsmodifikator wird vorzugsweise aus Polymeren mit niedriger Molmasse und hoher Ladungsdichte ausgewählt.
Bevorzugte Ladungsmodifikatoren sind Polydiallyldimethylammoniumchlorid (DADMAC) mit Molmassen von etwa 90 000 bis etwa 300 000, Polyamine mit Molmassen von etwa 50 000 bis etwa 300 000 und Polyethylenimin mit Molmassen von etwa 40 000 bis etwa 750 000.
Nachdem der Ladungsmodifikator mit dem Papierrohstoff während einer ausreichend langen Zeitspanne in Kontakt getreten ist, um die Ladung auf dem Papierrohstoff zu reduzieren, wird ein Debonder zugegeben. Gemäß der Erfindung schließt der Debonder eine Imidazoliniumsalz-Komponente und eine nichtionische Tensidkomponente ein, wie oben erwähnt wurde.
Ob ein Molekül als Debonder oder Weichmacher agiert oder nicht hängt in hohem Maße davon ab, wo es in dem Verfahren zugegeben wird. Im Allgemeinen bewirkt eine Zugabe in der Nasspartie sowohl ein Debonding (Entfasern) als auch ein Erweichen, während ein Sprühauftrag ein Erweichen begünstigt, aber in gewissem Maß noch als ein Debonder wirken kann. Im Allgemeinen entfasert jedes oberflächenaktive Molekül Papier, wenn es in die Fasern eintreten kann und in den Fasern und dem Zwischenfaser-Bindungsbereich verbleibt. Je größer die Kettenlänge der hydrophoben Ketten im Molekül ist, desto besser ist es, wobei zwei Ketten pro Molekül am besten sind. Eine Ausnahme liegt vor, wenn die Kohlenstoffkettenlänge 20 übersteigt, dann ist üblicherweise eine einzige Kette pro Molekül besser.
Wenn der Debonder zugegeben wird, kann auch ein Weichmacher zugegeben werden. Obwohl die Chemikalien, die Weichmacher und Debonder ausmachen, sich überlappen können, wird für die Zwecke der vorliegenden Erfindung ein Debonder zugegeben, um die Zwischenfaser-Bindung in der Papierbahn zu reduzieren. Ein Weichmacher wird zugegeben, um die Oberflächeneigenschaften der Fasern zu verändern, um dadurch das Tastgefühl zu verändern, das sich ergibt, wenn das Papier angefasst wird.
Eine nicht vollständige Liste von kationischen Materialien, die als Nassfestigkeitsregulatoren brauchbar sind, schließt die Folgenden ein: Polyamid-Epihalogenhydrin (z. B. Harze, die von Georgia Pacific Resins, Inc. unter dem Handelnamen AMRES oder von Borden unter dem Handelsnamen CASCAMID auf den Markt gebracht werden), glyoxylierte kationische Polyacrylamide (z. B. Harze, die von Cytec Industries, Inc. unter dem Handelsnamen PAREZ auf den Markt gebracht werden), Polyacrylamid, Polyethylenimin, PolyDADMAC, alkalisch-härtende Nassfestigkeitsharze, Harnstoff-Formaldehyd, sauer-härtende Nassfestigkeitsharze, und Melamin-Formaldehyd, sauer-härtende Nassfestigkeitsharze. Eine ziemlich vollständige Liste von kationischen Nassfestigkeitsharzen, die verwendet werden können, wird von Westfelt in Cellulose Chemistry and Technology, Band 12, S. 813, 1979 beschrieben, auf die hierin Bezug genommen wird.
Wärmehärtbare kationische Polyamidharze, die auch in der vorliegenden Erfindung als Nassfestigkeitsregulatoren brauchbar sind, sind die Reaktionsprodukte eines Epihalogenhydrins und eines wasserlöslichen Polyamids mit sekundären anionischen Gruppen, das sich von Polyalkylenpolyamin und gesättigten aliphatischen dibasigen Carbonsäuren ableitet, welche 3 bis 10 Kohlenstoffatome aufweisen. Diese Materialien sind Polymere mit relativ niedriger Molmasse, die reaktive funktionelle Gruppen aufweisen, wie Amino-, Epoxy- und Azetidiniumgruppen. Eine Beschreibung von Verfahren zur Herstellung und Verwendung solcher Materialien ist in den US Patenen Nr. 3,700,623 und 3,772,076 – beide an Keim – eingeschlossen, auf die hierin vollständig Bezug genommen wird. Eine ausführlichere Beschreibung von Polymer-Epihalogenhydrin-Harzen ist im Kapitel 2 angegeben: Alkaline-Curing Polymeric Amine-Epichlorohydrin by Espy in Wet-Strength Resins and Their Applications (L. Chan, Herausg., 1994), auf die hierin vollständig Bezug genommen wird. Die in diesem Artikel beschriebenen Harze fallen unter den Bereich und Erfindungsgedanken der vorliegenden Erfindung. Polyamid-Epichlorhydrin-Harze sind im Handel unter dem Handelsnamen Kymene^® von Hercules Incorporated und CASCAMID^® von Borden Chemical Inc. erhältlich.
Wärmehärtbare Polyacrylamide, die auch zur Verwendung als Nassfestigkeitsregulatoren geeignet sind, werden durch Umsetzung von Acrylamid mit Dialkyldimethylammoniumchlorid (DADMAC) gebildet, um ein kationisches Polyacryl amid-Copolymer herzustellen, das schließlich mit Glyoxal umgesetzt wird, um ein kationisches vernetzendes Nassfestigkeitsharz zu erzeugen: glyoxyliertes Polyacrylamid. Diese Materialien werden allgemein in den US Patenten Nr. 3,556,932 an Coscia et al. und 3,556,933 an Williams et al. beschrieben, auf die beide hierin vollständig Bezug genommen wird. Harze dieses Typs sind im Handel unter dem Handelsnamen PAREZ von Cytec Industries erhältlich. Unterschiedliche Stoffmengen an Acrylamid/DADMAC/Glyoxal können verwendet werden, um vernetzende Harze herzustellen, die in der vorliegenden Erfindung brauchbar sind. Weiterhin kann Glyoxal durch andere Dialdehyde ersetzt werden. Nassfestigkeitsregulatoren werden vorzugsweise in einer Menge von etwa 2 bis etwa 15 kg/1000 kg (etwa 4 bis etwa 30 lbs/Tonne), mehr bevorzugt von etwa 2 bis etwa 12,5 kg/1000 kg (etwa 4 bis etwa 25 lbs/Tonne), am meisten bevorzugt von etwa 3 bis etwa 7 kg/1000 kg (etwa 6 bis etwa 14 lbs/Tonne) zugegeben.
Bei der Herstellung von Handtüchern und Windeln wird die Wirksamkeit des Nassfestigkeitsregulators durch die kombinierte Verwendung eines Ladungsmodifikators und eines Retentionshilfsmittels erhöht.
Hilfsmittel, die zugegeben werden können, um die Nassfestigkeitseigenschaften in Handtüchern und Windeln gemäß der vorliegenden Erfindung zu verbessern, schließen Carboxymethylcellulose oder ein anionisches Copolymer von Acrylamid-Acrylat ein, z. B. ACCOSTRENGTH 85 von Cytec Industries, Inc. oder AMBOND 1500 von Georgia-Pacific Resins, Inc. Die Handhabung der relativen Mengen an Nassfestigkeitsregulatoren und Hilfsmitteln ist Sache des Fachmanns. Hilfsmittel werden vorzugsweise in einer Menge von etwa 0 bis etwa 5 kg/1000 kg (etwa 0 bis etwa 10 lbs/Tonne), mehr bevorzugt von etwa 0,5 kg/1000 kg bis etwa 4 kg/1000 kg (etwa 1 bis etwa 8 lbs/Tonne), am meisten bevorzugt von etwa 1 bis etwa 2,5 kg/1000 kg (etwa 2 bis etwa 5 lbs/Tonne) zugegeben.
Ein Retentionshilfsmittel wird auch zu dem Papierrohstoff gegeben, um das Produkt gemäß der vorliegenden Erfindung zu bilden. Retentionshilfsmittel beziehen sich auf ein Additiv, das zur Erhöhung der Zurückhaltung der Asche und Feinstpartikel in der Bahn während des Papierherstellungsverfahrens verwendet wird. Retentionshilfsmittel werden z. B. in J. E. Unbehend und K. W. Britt, ”Pule and Paper, Chemistry, and Chemical Technology,” Kapitel 17; Retention Chemistry, Aufl. 3, Band 3, Wiley Interscience Publications und Kapitel 18 von Kirk Othmer ”Encyclopedia of Chemical Technology,. 4. Aufl.,” diskutiert, auf die beide hierin in ihrer Gesamtheit Bezug genommen wird. Geeignete Retentionshilfsmittel sind dem Fachmann geläufig.
Retentionssysteme, die zur Herstellung von Papiertuch der Erfindung geeignet sind, umfassen das Überbrücken und Vernetzen von Teilchen durch entgegengesetzt geladene Makromoleküle hoher Molmasse. Alternativ dazu wird das Überbrücken durch Verwendung dualer Polymersysteme erreicht. Makromoleküle, die für den Lösungsweg durch ein einziges Additiv brauchbar sind, sind kationisches Polyacrylamid, wie z. B. Poly(acrylamid)-co-diallyldimethylammoniumchlorid, Poly(acrylamid)-co-acryloyloxyethyltrimethylammoniumchlorid, kationische Gummiharze, Chitosan, kationische Polyacrylate und kationische Stärken (sowohl Amylase als auch Amylopectin). Natürliche Makromoleküle, wie z. B. Stärken und Gummiharze, werden kationisch gemacht, indem man sie üblicherweise mit 2,3-Epoxypropyltrimethylammoniumchlorid behandelt, es können aber andere Verbindungen verwendet werden, wie z. B. 2-Chlorethyldialkylamin, Acryloyloxyethyldialkylammoniumchlorid, Acrylamidoethyltrialkylammoniumchlorid usw. Duale Additive, die für den Lösungsweg mittels des dualen Polymers brauchbar sind, sind alle diejenigen Verbindungen, die als Koagulierungsmittel fungieren, zusätzlich zu einem anionischen Makromolekül mit Molmasse, wie z. B. anionische Stärken, CMC (Carboxymethylcellulose), anionische Gummiharze, anionische Polyacrylamide (z. B. Poly(acrylamid)-co-acrylsäure) oder ein fein dispergiertes kolloidales Teilchen (z. B. kolloidales Siliciumdioxid, kolloidales Aluminiumoxid, Bentonit-Ton oder Polymermikroteilchen, die von Cytec Industries, Inc. unter dem Handelsnamen POLYFLEX auf den Markt gebracht werden).
Geeignete kationische Monomere zur Verwendung als Retentionshilfsmittel gemäß der vorliegenden Erfindung schließen Dialkylaminoalkyl(meth)acrylate oder -(meth)acrylamide ein, entweder als Säuresalze oder als quartäre Ammonium salze. Geeignete Alkylgruppen schließen Dialkylaminoethyl(meth)acrylate, Dialkylaminoethyl(meth)acrylamide und Dialkylaminomethyl(meth)acrylamide und Dialkylamino-1,3-propyl(meth)acrylamide ein. Diese kationischen Monomere können mit einem nichtionischen Monomer, vorzugsweise Acrylamid, copolymerisiert werden. Andere geeignete Polymere sind Polyethylenimine, Polyamid-Epichlorohydrin-Polymere und Homopolymere oder Copolymere – im Allgemeinen von Acrylamid – von Monomeren, wie Diallyldimethylammoniumchlorid. Das Retentionshilfsmittel ist vorzugsweise ein im Wesentlichen lineares Polymer, verglichen mit der kugelförmigen Struktur von z. B. Stärke.
Natürliche Makromoleküle, wie z. B. Cellulose, Stärke und Gummiharze werden typischerweise anionisch gemacht, indem man sie mit Chloressigsäure behandelt, es können aber andere Verfahren verwendet werden, wie eine Phosphorylierung. Geeignete Retentionshilfsmittel sind stickstoffhaltige organische Polymere mit Molmassen von etwa 100 000 bis etwa 30 000 000. Geeignete Polymere hoher Molmasse sind Polyacrylamide, anionische Acrylamid-acrylat-Polymere, kationische Acrylamid-Copolymere mit Molmassen von etwa 1 000 000 bis etwa 30 000 000 und Polyethylenimine mit Molmassen im Bereich von etwa 500 000 bis etwa 2 000 000.
Ein anderer Mechanismus, durch den die Feinstpartikel/Asche in dem Papierprodukt gemäß der vorliegenden Erfindung zurückgehalten werden, ist das Einschließen. Dies stellt das mechanische Einschließen von Teilchen in dem Fasernetzwerk dar. Das Einschließen wird zweckmäßigerweise erreicht, indem man die Netzwerkbildung maximiert, wie durch Bilden der Netzwerke in Gegenwart von anionischen Polyacrylamiden hoher Molmasse oder von hochmolekularen Polyethylenoxiden (PEO), wie Polyox WSR 301 von Union Carbide. Alternativ dazu werden molekulare Netze durch die Umsetzung von dualen Additiven wie z. B. PEO und phenolischem Harz in dem Netzwerk gebildet.
Brauchbare Ladungsdichten schließen solche zwischen etwa 0,2 und etwa 15 Äquivalenten pro kg Polymer ein, mehr bevorzugt zwischen etwa 0,2 und etwa 10 Äquivalenten pro kg Polymer, am meisten bevorzugt zwischen etwa 0,5 und etwa 5 Äquivalenten pro kg Polymer.
Bevorzugte Polymere gemäß der vorliegenden Erfindung haben Molmassen von wenigstens etwa 1 000 000, mehr bevorzugt von wenigstens etwa 4 000 000 und am meisten bevorzugt zwischen etwa 5 000 000 und etwa 25 000 000.
Im Handel erhältliche geeignete Retentionshilfsmittel schließen die Folgenden ein: Reten 1232^® und Microform 2321^®, die beide emulsionspolymerisierte kationische Polyacrylamide sind, und Reten 57^®, das als festes Granulat geliefert wird, alles Produkte von Hercules, Inc. Andere geeignete Produkte schließen Accurac 91 von Cytec Industries, Inc. 7520 von Nalco Chemical Co oder Bufloc 594 oder Bufloc 606 von Buckman Laborstories, Inc. ein.
Verbesserungen im Bereich der Füllstoffretention werden unter Verwendung von Kombinationen von Retentionshilfsmitteln erreicht, z. B. eines kationischen Polymers niedriger Molmasse mit einem anionischen Polymer hoher Molmasse. Somit ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, Kombinationen von bekannten Retentionshilfsmitteln zu verwenden, die oft als Koagulationsmittel, Retentionshilfsmittel oder Flockungsmittel bezeichnet werden, um eine geeignete Retention der Asche und Feinstpartikel in dem weichen saugfähigen Papierprodukt gemäß der vorliegenden Erfindung zu erreichen.
Das Retentionshilfsmittel kann an jedem geeigneten Punkt in dem Verfahrensfluss des Papierrohstoff-Herstellungssystems des papiermachenden Verfahrens zugegeben werden. Es wird bevorzugt, dass das Retentionshilfsmittel nach der Gebläsepumpe und unmittelbar vor der Zuführung des Papierrohstoffs zum Formsieb zugegeben wird. Es wird bevorzugt, das Retentionshilfsmittel zuzugeben, nachdem ein so hoher Anteil des mit der Papierrohstoff-Verarbeitung verbundenen Scherens abgeschlossen ist, wie es zweckmäßig ist.
Das Retentionshilfsmittel wird vorzugsweise auf eine Konsistenz von weniger als etwa 0,5% Feststoffe verdünnt, und es kann in so geringen Mengen wie 0,005%, mehr bevorzugt von weniger als etwa 0,35%, noch mehr bevorzugt von weniger als etwa 0,1%, am meisten bevorzugt zwischen etwa 0,05% und 0,2%, vorliegen. Das Retentionshilfsmittel wird in Form einer wässrigen Dispersion dem Verfahren zugeführt.
Aufgrund der relativ hohen Molmasse der meisten Retentionshilfsmittel sollte der Feststoffgehalt der Dispersion so niedrig wie möglich gehalten werden.
Unabhängig davon, ob das Retentionshilfsmittel vom anionischen oder kationischen Typ ist, wird es als wässrige Emulsion, Dispersion oder Lösung bei vergleichbaren Konzentrationen und Gesamtanwendungsraten zu dem System gegeben.
Das Retentionshilfsmittel wird in einer Menge von etwa 0,05 kg/1000 kg bis etwa 2 kg/1000 kg (etwa 0,1 bis etwa 4 lbs/Tonne), mehr bevorzugt von etwa 0,15 kg/1000 kg bis etwa 1 kg/1000 kg (etwa 0,3 bis etwa 2 lbs/Tonne), am meisten bevorzugt von etwa 0,25 kg/1000 kg bis etwa 0,75 kg/1000 kg (etwa 0,5 bis etwa 1,5 lbs/Tonne) in den Papierrohstoff eingefügt.
Bei der Verwendung der oben beschriebenen chemischen Vorgänge wurde gefunden, dass, wenn man die Menge des Wasserflusses durch diese Papierrohstoffe mit hohem Aschegehalt maximiert, d. h. die Konsistenz des Papierrohstoffs minimiert, die im Entstehen begriffene Bahn mit besseren Profilen und höheren Innenhohlraumvolumina gebildet werden kann. Die Konsistenz des Papierrohstoffs sollte geringer als etwa 0,95%, mehr bevorzugt geringer als etwa 0,7% sein und am meisten bevorzugt sollte die Konsistenz des Papierrohstoffs geringer als etwa 0,5% sein. Die Konsistenz – wie sie in der vorliegenden Patentanmeldung verwendet wird – schließt die gesamten suspendierten Feststoffe ein, die in dem Papierrohstoff vorliegen. Die Konsistenz kann gemäß der TAPPI Methode T240 OM-93 bestimmt werden, die modifiziert wurde, um ein mittleres Filterpapier zu verwenden, z. B. Whatman Nr. 3, um das Einfangen aller fein verteilten Feststoffe zu verbessern. Die Verwendung von überschüssigem Wasser steht im Widerspruch zur üblichen Arbeitsweise des Standes der Technik, wenn Papierrohstoffe verwendet werden, die hohe Aschegehalte aufweisen. Wenn ein Überschuss an Wasser bei einem Papierrohstoff mit hohem Aschegehalt verwendet wird, besteht die Tendenz, dass die Feinstpartikel und die Asche typischerweise aus der Bahn ausgewaschen werden, wodurch ein dünnes und unbeständiges Bildungsprofil zurückbleibt. Ein Überschuss an Wasser kann den Former überschütten, wodurch sich nicht nur eine schlechte Bildung, sondern auch eine reduzierte Produktionsgeschwindigkeit aufgrund des Flutens ergeben.
Andere Chemikalien können zu der papiermachenden Aufschlämmung gegeben werden, die Folgendes – ohne aber darauf beschränkt zu sein – einschließen: Entwicklungshilfsmittel, Entwässerungshilfsmittel, Entschäumungsmittel, Nassfestigkeitsadditive, Harzbekämpfungsmittel, Schleimbekämpfungsmittel und Biozide, Kreppmittel, Absorptionshilfsmittel, Trockenfestigkeitsadditive und Farbstoffe. Zweckmäßige Mittel sind dem Fachmann wohlbekannt.
Nachdem alle Chemikalien zum Papierrohstoff gegeben wurden, wird derselbe zum Former geführt, wo eine im Entstehen begriffene Bahn gebildet wird. Sobald die im Entstehen begriffene Bahn gebildet ist, kann sie unter Verwendung irgendeiner dem Fachmann bekannten Technik getrocknet werden. Zu derartigen Trocknungstechniken gehören das kompaktierte Entwässern, gefolgt vom Trocknen auf einem Yankee-Trockner, Umlufttrocknen mit oder ohne Trocknen auf einem Yankee-Trockner, Nasskreppen von einem Yankee-Trockner, gefolgt von Zylindertrocknung oder TAD und Impulstrocknen mit oder ohne Yankee-Trockner. Die Produkte gemäß der vorliegenden Erfindung werden vorzugsweise durch konventionelles Nasspressen und Kreppen von einem Yankee-Trockner hergestellt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Produkt ein Kreppprodukt. Dies bedeutet, dass das Produkt, unabhängig von der anfänglichen Trocknungsmethode, an einen Yankee-Trockner geklebt wird und von einem Yankee-Trockner gekreppt wird. Zu den bevorzugten Klebstoffen gehören Polyvinylalkohol mit geeigneten Weichmachern, glyoxyliertes Polyacrylamid mit oder ohne Polyvinylalkohol, und Polyamid-Epichlorhydrin-Harze, wie Quacoat A-252 (QA252), Betzcreplus 97 (Betz + 97) und Calgon 675 B. Andere bevorzugte Klebstoffe schließen Polyaminamid-Epichlorhydrin-Harze ein, wie Solvox 4450 und Houghton 82-213. Geeignete Klebstoffe werden in der Patentliteratur ausführlich beschrieben. Eine umfassende, aber nicht erschöpfende Liste schließt die folgenden US Patente ein: Nr. 5,246,544 ; 4,304,625 ; 4,064,213 ; 3,926,716 ; 4,501,640 ; 4,528,316 ; 4,788,243 ; 4,883,564 ; 4,684,439 ; 5,326,434 ; 4,886,579 ; 5,374,334 ; 4,440,898 ; 5,382,323 ; 4,094,718 ; 5,025,046 und 5,281,307 .
Typische Trennmittel können gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Trennmittel, die zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet sind, schließen Solvox 5309, Solvox Manufacturing ein. Typische Trennmittel sind komplexe Mischungen von Kohlenwasserstoffölen und Tensiden. Andere Trennmittel sind Prosoft TR-8630 von Betz Dearborn, Houghton 565 und Houghton 8301, beide von Houghton International, und R-253 von Quaker Chemical Corp.
Typische Beschichtungsmodifikatoren können gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Beschichtungsmodifikatoren sind typischerweise Polyvinylalkohole, Polyole wie Sorbit, quarternisierte Polyamidamine oder Polyvinylacetat-Latizes. Beschichtungsmodifikatoren, die zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet sind, schließen Pofyamidoamine wie Quaker 2008 ein.
Das Kreppen des Papiers vom Yankee-Trockner wird bei einem Feuchtigkeitsgehalt durchgeführt, der vorzugsweise geringer als etwa 50%, vorzugsweise geringer als etwa 15% und noch mehr bevorzugt geringer als etwa 6% ist. Der Kreppwinkel beträgt vorzugsweise etwa 65° bis etwa 90°. Der Kreppwinkel liegt vorzugsweise zwischen etwa 70° und etwa 85°, mehr bevorzugt zwischen etwa 75° und etwa 80°.
In einer mehr bevorzugten Ausführungsform wird das Kreppen des Papiers vom Yankee-Trockner unter Verwendung einer wellenartigen Krepprakel durchgeführt, wie einer solchen, die im US Patent Nr. 5,690,788 offenbart wird.
Ein besonders wichtiger Aspekt bei der Herstellung von saugfähigen Papierhandtuch- und Papiertuch-Produkten gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Auswahl einer geeigneten Debonder-Zusammensetzung, die einem Produkt, das mit Recyclingfaser hergestellt wurde, eine ausreichende Weichheit verleihen kann. Dieses Merkmal ist durch eine Reduktion der Trockenreißlänge (Zugfestigkeit) von saugfähigem flächigen Material gekennzeichnet und wird hierin in Form einer Änderung – in % – der Zugfestigkeitswerte gegenüber dem Wert, der aus dem Kontrollbeispiel 1 erhalten wurde, angegeben. In den 2 bis 8 wird diese prozentuale Reduktion der Zugfestigkeit als positive Zahl angegeben und die prozentuale Zugfestigkeitsänderung wird als negative Zahl angegeben.
Beispiele
Diese Formulierungen wurden hergestellt, um die Fähigkeit von Debonder-Zusammensetzungen aufzuzeigen – in die beide ionischen Tensidklassen, vermischt mit nichtionische Tensiden, eingefügt wurden –, die Trockenreißlänge von saugfähigem flächigen Material, das mit Recycling-Papierrohstoff hergestellt wurde, zu reduzieren.
Beispiel 1
Ein saugfähiges flächiges Material wurde wie folgt in Form von British handsheets (Probeblättern) hergestellt:
100% Recycling-Papierrohstoff wurde in Wasser mit einer Konsistenz von 3 dispergiert, nacheinander mit 4,0#/T Bufloc^® 534 und 0,5#/T Bufloc^® 594 behandelt und zu British-Probeblättern von 51 g/m² verarbeitet. Diese stellen die Kontrollblätter dar, die eine durchschnittliche Trockenreißlänge von 2,6 ± 0,3 km haben.
Beispielreihe A (vergleichend)
Beispiel 1 wurde wiederholt, außer dass zwischen den Zugaben von Bufloc 534 und Bufloc 594 3 bis 8 #/T einer Formulierung (A) zugegeben wurden, die zum Teil 75 Gew.-% einer Mischung von 1-(2-Octadecenamidoethyl)-2-heptadecenyl-3-methylimidazoliniummethylsulfat, 1-(2-Octadecenamidoethyl)-2-heptadecenylimidazolin und 10 Gew.-% PEG-6-dioleat enthält. Die Zugabe von Bufloc 534 wurde für jeden Zugabegehalt an Tensid abgeändert, um die abschließende Ladung des Papierrohstoffs neutral zu halten. Diese Reihe von Blättern wird in der 2 mit ”A” bezeichnet.
Beispielreihe B (vergleichend)
Die Arbeitsweise der Beispielreihe A wurde befolgt, außer dass die Debonder-Formulierung 1,9:1 Di-(2-hydroxyethylmethyloctadecylammoniumchlorid:Dimethylditalgammoniumchlorid, formuliert mit 33 Gew.-% PEG-6-dilaurat, einschloss. Diese Reihe von Blättern wird in der 2 mit ”B” bezeichnet.
Beispielreihe C (vergleichend)
Die Arbeitsweise der Beispielreihe B wurde befolgt, außer dass die Debonder-Formulierung Dimethylditalgammoniumchlorid war. Diese Reihe von Blättern wird in der 2 mit ”C” bezeichnet.
Beispielreihe D (vergleichend)
Die Arbeitsweise der Beispielreihe C wurde befolgt, außer dass Behenyltrimethylammoniumchlorid als Debonder verwendet wurde. Diese Reihe von Blättern wird in der 2 mit ”D” bezeichnet.
Beispielreihe E (vergleichend)
Die Arbeitsweise der Beispielreihe D wurde befolgt, außer dass 2-Ethansäuredimethyldodecylamidopropylammoniummethylsulfat als Debonder verwendet wurde. Diese Reihe von Blättern wird in der 2 mit ”E” bezeichnet.
Beispielreihe F (vergleichend)
Die Arbeitsweise der Beispielreihe E wurde befolgt, außer dass Di(2-hydroxylethyl)methyloctadecylammoniumchlorid als Debonder verwendet wurde. Diese Reihe von Beispielen wird in der 2 mit ”F” bezeichnet.
Beispielreihe G (vergleichend)
Die Arbeitsweise der Beispielreihe F wurde befolgt, außer dass 2-Hydroxyethyldi(2-talgamidoethyl)methylammoniummethylsulfat als Debonder verwendet wurde. Diese Reihe von Beispielen wird in der 2 mit ”G” bezeichnet.
Beispielreihe H (vergleichend)
Die Arbeitsweise der Beispielreihe G wurde befolgt, außer dass 1,9:1 Di(2-hydroxyethyl)methyloctadecylammoniummethylsulfat:Dimethylditalgammoniumchlorid als Debonder verwendet wurde. Diese Reihe von Beispielen wird in der 2 mit ”H” bezeichnet.
Beispielreihe I
Die Arbeitsweise der Beispielreihe H wurde befolgt, außer dass eine Mischung von 1-(2-Octadecenamidoethyl)-2-heptadecenyl-3-methylimidazoliniummethylsulfat und 1-(2-Octadecenamidoethyl)-2-heptadecenylimidazolin, formuliert mit 54 Gew.-% PEG-200-dilaurat, als Debonder verwendet wurde. Diese Reihe von Beispielen wird in der 2 mit ”I” bezeichnet.
Beispielreihe J (vergleichend)
Die Arbeitsweise der Beispielreihe I wurde befolgt, außer dass 1,5:1 Di(2-hydroxyethyl)methyloctadecylammoniumchlorid:Behenyltrimethylammoniumchlorid als Debonder verwendet wurde. Diese Reihe von Beispielen wird in der 2 mit ”J” bezeichnet.
In der 2 ist ein Diagramm der Reduktion der prozentualen Trockenreißlänge (Zugfestigkeit) gegenüber der Stoffmenge an quartären Ammonium-Verbindungen (”Zusatz-Chemie”) in den vorhergehenden Formulierungen pro Tonne Papier aufgeführt. Auf dieser Basis kann die Fähigkeit der verschiedenen Formulierungen zur Reduktion der Reißlänge auf einer rein strukturellen Basis verglichen werden. D. h. die Zusatz-Chemie wird als Stoffmenge an quartären Ammonium-Tensidverbindungen in einer gegebenen Formulierung pro Tonne Papier ausgedrückt. Dadurch wird es ermöglicht, die chemische Leistungsfähigkeit auf einer rein strukturellen Basis zu vergleichen. Die durchschnittliche Trockenreißlänge für die Kontrolle, basierend auf sechs Wiederholungsversuchen, war 2,6 ± 0,3 km. Eine wie erhaltene 4,4 #/Tonne-Behandlung mit der Formulierung I wurde dreimal wiederholt, um die Ergebnisse zu bestätigen.
Allgemein gesprochen wurde Folgendes gefunden:
Die Fähigkeit zum Debonding (Entfasern) nimmt im Allgemeinen mit der Anzahl der Fettketten in den Molekülen zu, d. h. 1 Kette ist üblicherweise weniger effektiv als 2 Ketten pro Molekül;
je länger das Fettketten-Molekül ist, desto besser, da die folgende Debonding-Reihenfolge für ein Quat (quartärer Debonder) mit einer einzigen Kette beobachtet wurde: Behenyl (22 Quat (D)) war größer als C18 Quat (F), das stärker oder gleich C 12-Quat (E) war;
Quat C und Quat G entfaserten ebenfalls gut, waren aber etwas weniger effektiv als das Imidazolinium-Quat A. Alle diese Quats haben Doppelketten;
die Formulierung B entfaserte wesentlich besser als für die Quat-Typen erwartet wurde, die sie enthält (siehe nachstehende Tabelle 1). Dies ist auf die Synergie zwischen den Quats und dem PEG-6-dilaurat in der Formulierung zurückzuführen;
die Formulierung H, in der die Mischung der zwei in B vorliegenden Quat-Typen ohne die anderen Inhaltsstoffe reproduziert wird, entfasert auf eine Weise, die dem additiven Gehalt der zwei Quats entspricht (siehe Tabelle 1). Gleichermaßen entfaserte die Formulierung J, in der das Bihenyl-Quat anstelle des Dialkyldimethylammonium-Quats in B verwendet wurde, auch auf additive Weise;
Formulierung I, in der die Synergie zwischen dem Imidazolinium-Quat und dem PEG-6-dilaurat angewendet wurde, entfaserte genau so gut wie B, aber wenigstens 50% besser als A.
In der folgenden Diskussion werden vier verwendete Debonder-Formulierungen verglichen, die die in der Tabelle 2 beschriebene Zusammensetzung haben.
Da das Imidazoliniumion (Im⁺) den Nasspartie-Ladungsbedarf beeinflusst und dem Papiertuch Weichheit verleiht, ist es nützlich, die Debonding-Fähigkeiten der Formulierungen bezüglich des zurückgehaltenen Im⁺ zu vergleichen, wie in 3, die ein Diagramm der prozentualen Änderung der Trockenreißlänge gegenüber dem tatsächlich zurückgehaltenen IM⁺ ist. Gemäß den Daten der 3 ist die Reihenfolge der Debonding-Fähigkeit L = M > K > N.
In der Praxis ist der Anwender an dem wie erhaltenen Zusatz interessiert und nicht an dem reinen Im⁺. Die tatsächliche zurückgehaltene, wie erhaltene Formulierung ist in der 4 aufgeführt. Wir sehen, dass – außer möglicherweise bei der Formulierung M – alle Formulierungen auf der gleichen Kurve liegen. Da der PEG-200-diester ein gleichwertiges Debonding bei weniger Quat-Zusatz bereitstellt, kann man mehr Debonding bei höheren Dosen der Formulierung L erreichen, ohne dass sich dies auf den Ladungsbedarf des Papierrohstoffs auswirkt, d. h. die Formulierung L ermöglicht es, dass wir auf der Kurve weiter heruntergehen können. Da weiterhin die Formulierung K etwas PEG-200-diester enthält, wird es ermöglicht, dass wir auf der Kurve weiter heruntergehen können, als dies mit reinem Imidazolinium (d. h. die Formulierung N) möglich ist. Es ist unklar, ob die Formulierung M tatsächlich auf eine neue Kurve unterhalb der Hauptkurve fällt. Falls dies der Fall ist, wird mit M ein größeres Debonding als den anderen Formulierungen bei gleichen Dosen erwartet.
Obwohl Lauraminoxid zur Erhöhung des Faser-Debonding wirksam ist, konkurriert es trotzdem mit dem Imidazolinium-Quat um Stellen auf den Fasern. Dies ist von Nachteil, da Lauraminoxid kein so wirksamer Weichmacher ist wie das Imidazolinium-Quat.
Überraschenderweise wurde gefunden, dass die Fähigkeit der synergistischen Imidazoliniumsalz/nichtionischen Tensid-Debonding-Zusammensetzungen zur Reduktion der Zugfestigkeit mit dem hydrophilen-lypophilen-Gleichgewicht (HLB) des nichtionischen Tensids korreliert, das in Verbindung mit dem Verfahren verwendet wird.
Für PEG-Monoester von Fettsäuren, die Kohlenkettenlängen von 12 oder mehr aufweisen, wird ein HLB-Wert von mehr als etwa 10 bevorzugt. Für PEG-Diester hängt der bevorzugte HLB-Wert von der Kohlenkettenlänge der Fettsäure ab, somit ist für kurze Ketten (C12) ein HLB-Wert von weniger als etwa 10 wünschenswert, während für längerkettige Fettsäuren (C18) ein HLB-Wert bevorzugt wird, der größer als etwa 10 ist. Zweckmäßigerweise kann man eine C16-Kettenlänge als ungefähren Wert verwenden, um dieses Phänomen zu charakterisieren.
Somit wird die vorliegende Erfindung in einem bevorzugten Aspekt in der Praxis vorzugsweise in Verbindung mit nichtionischen Diester- oder Diether-Tensiden durchgeführt, die alkoxylierte Fettsäuren oder Fettalkohole mit einem HLB-Wert von größer als etwa 10 einschließen, während der lypophile Alkohol oder die lypophile Säure wenigstens etwa 16 Kohlenstoffatome oder mehr aufweisen. In diesen bevorzugten Ausführungsformen sind HLB-Werte von etwa 10 bis 16 typisch, ebenso wie lypophile Komponenten mit etwa 16 bis etwa 22 Kohlenstoffatomen. Typische nichtionische Tenside, die vorteilhaft verwendet werden, sind PEG-Diester und PEG-Diether von Fettsäuren und Fettalkoholen, die Kohlenstoffkettenlängen von größer als etwa C16 aufweisen.
Somit wird die Erfindung in einem anderen bevorzugten Aspekt in der Praxis auch in Verbindung mit nichtionischen PEG-Monoester- oder -monoether-Tensiden durchgeführt, die einen HLB-Wert von größer als etwa 10 und eine einzige alkoxylierte lypophile Fettsäure- oder Fettalkohol-Komponente aufweisen. Typische Verbindungen in diesen bevorzugten Ausführungsformen schließen PEG-Monoester oder -monether von Fettsäuren oder Fettalkoholen ein, die Kettenlängen von größer als etwa C12 aufweisen.
Das Vorhergehende wird nachstehend in der Tabelle 3 für Polyethylenglycol (PEG)-monoester und -diester von Fettsäuren zusammengefasst. Tabelle 3: HLB für maximales Debonding

Anzahl der Kohlenstoffatome in der Fettsäure bevorzugter HLB-Wert für PEG-Mono-R bevorzugter HLB-Wert für PEG-Di-R

R = C12 > 10 < 10

R = C18 > 10 > 10
Eine Reihe von Zusammensetzungen wurde hergestellt und wie folgt getestet.
Probeblätter wurden wie mit der obigen Zusammensetzung L hergestellt, außer dass die Zusammensetzung dahingehend modifiziert wurde, dass das PEG-6-dilaurat durch eine gegebene PEG-Diester- oder PEG-Monoester-Variante ersetzt wurde.
Die Ergebnisse sind in den 5 bis 8 aufgeführt.
Unter Verwendung der obigen Erkenntnisse ergaben die folgenden Formulierungen jeweils eine zusätzliche Trockenzugfestigkeitsreduktion von 20% gegenüber derjenigen, die mit der Formulierung L (Tabelle 2) bei gleichen – wie erhaltenen – Zusätzen von 6 lbs/Tonne erreicht wurde.
Formulierung O: 38 Gew.-%-Mischung von 1-(2-Octadecenamidoethyl)-2-heptadecenyl-3-methylimidazoliniummethylsulfat und 1-(2-Octadecenamidoethyl)-2-heptadecenylimidazolin, 50 Gew.-% PEG-600-dioleat, 7,3 Gew.-% PEG-400-monolaurat, 3,8 Gew.-% Propylenglycol und 0,8 Gew.-% Methyloleat.
Formulierung P: 44,5 Gew.-%-Mischung von 1-(2-Octadecenamidoethyl)-2-heptadecenyl-3-methylimidazoliniummethylsulfat und 1-(2-Octadecenamidoethyl)-2-heptadecenylimidazolin, 50 Gew.-% PEG-400-monooleat, 4,5 Gew.-% Propylenglycol und 0,8 Gew.-% Methyloleat.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines saugfähigen flächigen Materials aus einer Bahn von Fasermaterial, das aus wenigstens 50 Gew.-% Cellulose-Recyclingfaser besteht, wobei das Verfahren das Behandeln des Fasermaterials mit einer Debonding-Zusammensetzung umfasst, welche eine synergistische Kombination von Folgendem einschließt: a) ein Imidazoliniumsalz; und b) eine nichtionische Tensidkomponente, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Folgenden besteht: (i) monoalkylierten nichtionischen Tensiden, die alkoxylierte Fettsäuren oder alkoxylierte Fettalkohole mit einem HLB-Wert von mehr als etwa 10 umfassen, wobei die Fettsäuren und Fettalkohole 12 Kohlenstoffatome oder mehr aufweisen; (ii) dialkylierten nichtionischen Tensiden, die alkoxylierte Fettsäuren oder alkoxylierte Fettalkohole mit einem HLB-Wert von mehr als etwa 10 umfassen, wobei die Fettsäuren oder Fettalkohole etwa 16 Kohlenstoffatome oder mehr aufweisen; und (iii) dialkylierten nichtionischen Tensiden, die alkoxylierte Fettalkohole oder alkoxylierte Fettsäuren mit einem HLB-Wert von weniger als etwa 10 umfassen, wobei die Fettalkohole und Fettsäuren etwa 16 Kohlenstoffatome oder weniger aufweisen; wobei die Debonding-Zusammensetzung, die in einer Behandlungsmenge von 1 mol des Imidazoliniumsalzes pro 907 kg (1 US-Tonne) des Fasermaterials aufgetragen wird, die Zugfestigkeit des flächigen Materials um wenigstens 25 Prozent reduziert und wobei 0,44 bis 6,97 kg (1 bis 16 pounds) der Debonding-Zusammensetzung pro 907 kg (1 US-Tonne) des erzeugten saugfähigen flächigen Materials eingesetzt werden.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die nichtionische Tensidkomponente in der Debonding-Zusammensetzung in einer Menge von 25 bis 60 Gew.-% vorhanden ist, bezogen auf die kombinierten Gewichte der nichtionischen Tensidkomponente und des Imidazoliniumsalzes.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Recyclingfaser einen Aschegehalt von mehr als 0,75 Gewichtsprozent hat.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das nichtionische Tensid eine Fettsäure- oder Fettalkoholkomponente mit wenigstens etwa 18 Kohlenstoffatomen enthält.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das nichtionische Tensid einen Fettsäuremonoester eines Polyethylenglycols umfasst.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das flächige Material Papier ist und wobei: ein Recycling-Papierrohstoff, der die vorwiegend celluloseartige Recyclingfaser in einem wässrigen Strom umfasst, mit der Debonding-Zusammensetzung behandelt wird; der wässrige Strom einem Auflaufkasten zugeführt wird; der Papierrohstoff auf ein Formsieb aufgetragen wird, so dass eine im Entstehen begriffene Bahn gebildet wird; und die Bahn getrocknet wird, wobei das saugfähige Papierprodukt entsteht.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das flächige Material ein weiches saugfähiges Papiertuchprodukt ist und wobei: ein Papierrohstoff, der die vorwiegend celluloseartige Recyclingfaser umfasst, in einem wässrigen Strom zugeführt wird; ein Ladungsmodifikator zu dem Papierrohstoff gegeben wird, wobei der Ladungsmodifikator ausreichend lange mit dem Papierrohstoff in Kontakt kommt, um die Ladung in dem Papierrohstoff zu reduzieren; die Debonding-Zusammensetzung, gegebenenfalls mit einem Nassfestigkeitsregulator, zu dem Papierrohstoff gegeben wird, nachdem die Ladung reduziert wurde; ein Retentionshilfsmittel zu dem Papierrohstoff gegeben wird, nachdem die Debonding-Zusammensetzung oder der Nassfestigkeitsregulator ausreichend lange mit dem Papierrohstoff in Kontakt war, um eine Verteilung des Debonders oder des Nassfestigkeitsregulators auf den Fasern zu ermöglichen; der Papierrohstoff einem Auflaufkasten zugeführt wird, wobei der Papierrohstoff eine Konsistenz von nicht mehr als 0,90% hat, wenn er dem Auflaufkasten zugeführt wird; der Papierrohstoff auf ein Formsieb aufgetragen wird und dort eine im Entstehen begriffene Bahn bildet; und die Bahn getrocknet wird, wobei ein weiches saugfähiges Papiertuchprodukt entsteht.
Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei das Papiertuchprodukt ein einlagiges Papiertuchprodukt ist.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das nichtionische Tensid in der Debonding-Zusammensetzung in einer Menge von etwa 25 bis etwa 60 Gew.-% vorhanden ist, bezogen auf das kombinierte Gewicht der nichtionischen Tensidkomponente und des Imidazoliniumsalzes.
Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei die Menge des nichtionischen Tensids etwa 30 bis etwa 50 Gew.-% beträgt.