Die Erfindung betrifft das Gebiet von Stoffen, welche Cellulose enthalten. Es betrifft ferner das Gebiet der natürlichen und künstlichen Faserstoffe sowie der hieraus gefertigten flächigen Produkte. Hierzu gehören in erster Linie Papier und Karton mit Flächengewichten unter 180 g/m ² , besonders mit Flächengewichten unter 100 g/m ² , ganz besonders mit Flächengewichten unter 50 g/m ² wie z. B. Tissue (Hygienepapiere, Tischtücher, Saugvliese, Küchenrollen, Servietten...) mit Flächengewichten von 14 - 45 g/m ² und leichtgewichtige Verpackungs- und Dünndruckpapiere (Bäckerbeutel, Backpapier...) mit Flächengewichten von 20 - 40 g/m ² . Weitere Beispiele sind Schreib-, Druck- und Fotopapiere mit

Flächengewichten von 60 - 100 g/m ² sowie Fluting, Liner und Testliner mit Flächengewichten von 100 - 180 g/m ² . Diese werden bekanntlich vorwiegend aus natürlichen Faserstoffen hergestellt, aber auch aus künstlichen Faserstoffen.

Als sogenannte Halbstoffe oder Ausgangsstoffe kommen reine Cellulosefasern in Betracht, de-inkte Altpapierfasern, Fasern aus gemischtem Altpapier, Holzschliff, thermomechanisch behandelte Stoffe (TMP), chemisch-thermomechanisch behandelte Stoffe (CTMP), ferner BCTMP, fein fibrilliertes cellulosehaltiges Material. Als Zuschlagstoffe kommen organische Additive wie Nassfestmittel, Retentionsmittel, Bindemittel oder anorganische Füllstoffe und / oder Pigmente wie zum Beispiel Calciumcarbonat, Kaolin, Titandioxid, Zinksulfid, Bariumsulfat in Betracht.

Die genannten Faserstoffe werden zunächst in die Form einer Suspension überführt, das heißt einer Aufschwemmung aus den genannten Faserstoffen und Wasser, gegebenenfalls unter Zugabe der genannten Zuschlagstoffe. Die

Suspension wird in umfangreichen Aufbereitungsverfahren behandelt. Dabei werden Mahl- und Zerkleinerungseinrichtungen verwendet, zum Beispiel Refiner. Bei dem Mahlprozess handelt es sich um eine Nassmahlung. Diese führt zu einem Fibrillieren der Faser in der Suspension. Das genannte Fibrillieren ist ein ganz entscheidender Verfahrensschritt. Hierbei wird die einzelne Faser in ihrer Form verändert. Sie wird insbesondere gequetscht oder gestaucht und auch in ihrer Länge verringert. Dieses Fibrillieren beim klassischen Mahlprozess der

Nassmahlung hat eine große Bedeutung. Sie verändert das Verhalten der Faserstoffsuspension. Je nach Art und Intensität des Mahlprozesses weist die Suspension einen bestimmten Mahlgrad auf, zum Beispiel in der Einheit

Schopper-Riegler gemessen. Darunter versteht man die Entwässerungsfähigkeit der Suspension. Eine starke Mahlung führt zu einem Verringern der

Entwässerungsfähigkeit, aber zu einer Verbesserung gewisser Eigenschaften des fertigen Papieres, insbesondere der Festigkeit. Die Festigkeit spielt eine überragende Rolle. Nach der genannten Behandlung in der Aufbereitungsanlage wird die Suspension einem Stoffauflauf zugeführt, der am Anfang einer Papiermaschine angeordnet ist. Dieser erzeugt einen maschinenbreiten Suspensionsstrahl oder Stoffstrahl. Der Stoffstrahl wird auf ein umlaufendes Papiermaschinensieb aufgegeben und hierbei entwässert.

Es gibt eine Vielzahl von Anforderungen, die an Papier gestellt werden, je nach Verwendungszweck. Dabei ist es schwierig, alle Anforderungen gleichzeitig zu erfüllen. Insbesondere die Parameter Reiß- beziehungsweise Nassfestigkeit und Erhöhung des Füllstoffgehaltes beeinflussen sich gegenseitig. Entscheidend für die wirtschaftliche Betriebsweise des sogenannten Yankee-Trockners in der Tissuefertigung sind weiterhin das Verhältnis von Nass-zu Trockenfestigkeit, deren Absolutwerte sowie ein geringes Ausstauben von Fasern in der

Trocknerpartie. Eine Erhöhung des Füllstoffgehaltes führt zu einer Abnahme der Festigkeiten sowohl im Nasszustand bei der Herstellung als auch vom fertigen Papier. Die Anforderungen betreffen unter anderem die Festigkeit, die Dicke, das Flächengewicht. Bei sogenanntem Tissue ist es häufig schwierig, gleichzeitig ein geringes Flächengewicht und eine hohe Festigkeit zu erzielen. Die Festigkeit lässt sich durch eine intensive Mahlung der Papierstoffsuspension steigern, mit dem Nachteil, dass sich die Entwässerungsleistung entsprechend verschlechtert und sich der Energieaufwand erhöht.

Stattdessen kann man auch Zusatzstoffe verwenden, wie beispielsweise

Polymere oder Stärke. Neben dem wirtschaftlichen und umwelttechnischen Aspekt entstehen dadurch weitere Nachteile und negative Einflüsse wie die Anreicherung von Störstoffen, der Veränderung des Zetapotentials, Erhöhung der Schaumbildung der Papierstoffsuspension, Verschlechterung der Leimung, Erhöhung der Flockung oder Umweltverschmutzung.

Bekannt ist der Einsatz fibrillierter cellulosischer Fasern zur Erhöhung der

Festigkeit sowie des Fül Istoff anteils usw. Diese Fasern werden typischerweise durch hohe mechanische Bearbeitung, verbunden mit einem hohen

Energieaufwand, hergestellt und weisen einen sehr hohen Schopper-Riegler-Grad auf. Sie werden ausschließlich als (typischerweise niederkonsistente)

Fasersuspension angewandt, weil durch eine Trocknung die Fibrillierung und damit die o. g. Eigenschaften weitestgehend verloren gehen. Hohe

Herstellkosten, der niedrige Feststoffgehalt sowie andere Probleme beim Umgang mit Suspensionen organischer Materialien (Mikrobiologie usw.) schränken den Einsatzbereich derartiger Produkte aber stark ein bzw. machen den Einsatz unmöglich. WO 201 1/048000 A1 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen von Papier, Pappe und Karton mit einer hohen Trockenfestigkeit. Dies gelingt durch den Einsatz einer Suspension aus Nano-Cellulose mit einer Faserlänge von unterhalb 1000 μιτι, und einem Faserdurchmesser im Bereich von 3 nm bis 50 μιτι. Wenigstens 50 % aller Fasern erfüllen diese Bereiche. Die Nano-Cellulose wird in Form einer wässrigen Zusammensetzung zusammen mit chemischen Zusätzen wie

Polymerisaten eingesetzt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Additiv anzugeben, das die genannten Nachteile vermeidet und das bei Zugabe zu einer

Papierstoffsuspension die Festigkeit des daraus erzeugten Papieres steigert und zugleich die Entwässerungsfähigkeit der Papierstoffsuspension erhöht.

Diese Aufgabe wird mit den selbständigen Ansprüchen gelöst. Der Kerngedanke der Erfindung besteht in der Verwendung eines natürlichen Additivs in fester Form, umfassend einen Faserstoff, dessen Fasern einen mittleren

Faserdurchmesser von wenigstens 10 m haben. Ferner haben die Fasern mehrheitlich eine Länge von unter 600 μιτι. Der Mahlgrad ist extrem niedrig. Von vorrangiger Bedeutung ist der Faserdurchmesser. Er kann auch größer als hier angegeben sein, beispielsweise 20, 30, 40 usw. μιτι, sowie alle Zwischengrößen annehmen. Die Faserlänge kann kleiner als der angegebene Wert sein,

beispielsweise 550, 500, 450, 400, 350, 300 usw. μιη haben, sowie alle

Zwischenwerte.

Der im Schopper-Riegler-Gerät gemessene Mahlgrad liegt unter 25° SR, beispielsweise bei 20, 15, 10 sowie allen Zwischenwerten zwischen diesen Werten. Dabei ist die Angabe„Mahlgrad" auch so zu verstehen, dass die Fasern überhaupt keiner Nassmahlung unterzogen wurden, beispielsweise in einem Refiner.

Das erfindungsgemäße Additiv umfasst somit einen cellulosehaltigen Faserstoff, ist jedoch nicht fibrilliert. Das erfindungsgemäße Additiv wird in einem separaten Produktionsprozess vor der Herstellung von Papier und Karton mit Hilfe einer Trockenmahlung hergestellt. Bei dieser Trockenmahlung wird das Additiv lediglich zerkleinert, jedoch nicht fibrilliert und unterscheidet sich daher erheblich von dem Mahlverfahren der Nassmahlung. Dabei bedeutet "Zerkleinern" ein Zerschlagen oder Zerhacken und damit ein Kürzen der Fasern auf die nachstehenden Werte. Dieses Zerkleinern findet vorzugsweise im trockenen Zustand statt, beispielsweise in Prallmühlen, Schneidmühlen, Schlagmühlen, statt einer

Nassmahlung im klassischen Sinne.

Wenn auch reine Cellulosefasern als Basis des Additivs zu bevorzugen sind, so kommen auch trocken zerkleinerte Holzfasern in Betracht, die nicht delignifiziert sind.

Das Bemerkenswerte an der Erfindung besteht darin, dass zwei Teilaufgaben gelöst werden, die zueinander konträr sind, nämlich die genannte hohe Festigkeit und die genannte niedrige Entwässerungsfähigkeit. Diese Vorteile könnten wie folgt erklärt werden:

Die Fasern des Additivs lagern sich zwischen einander benachbarte Fasern der Papierstoffsuspension ein. Anders ausgedrückt: Es liegt somit jeweils eine Faser des Additivs zwischen zwei oder mehreren Fasern der Papierstoffsuspension. Dies bedeutet, dass Fasern der Papierstoffsuspension nicht unmittelbar aneinander liegen, weil sie von den Fasern des Additivs in einem gewissen gegenteiligen Abstand gehalten werden. Dabei ist, wie oben erwähnt, die Dicke - somit der mittlere Durchmesser der Fasern des Additivs - relativ groß, und die Länge der einzelnen Additiv-Faser relativ gering. Die Additiv-Fasern haben somit eher die Gestalt eines Klotzes, ganz im Gegensatz zu den Fasern der

Papierstoffsuspension.

Aus DE 10 2006 023 414 A sowie DE 2006 031 636 A ist zwar ebenfalls ein Additiv bekannt geworden, umfassend ein cellulosehaltiges Material, das jedoch einen durchschnittlichen Faserdurchmesser von < 10 μιτι aufweist. Wie Versuche zeigen, wird hiermit jedoch nicht der genannte erfindungsgemäße Effekt erzielt.

Das Additiv ist weitgehend oder völlig frei von chemischen Zusätzen wie

Polymerisaten, Alkylacrylaten, Alkylmethacrylaten, Vinylestern, Carbonsäuren, Vinylaromaten, Nitrilen, Vinylethem, Alkoholen, Vinylhalogeniden, aliphatische Kohlenwasserstoffen, Carbonsäuren, Vinylsulfonsäuren,

Acrylamidomethylpropansulfonsäuren, Styrolsulfonsäuren,

Hydroxyalkylacyrylaten, und sonstigen chemischen Zusätzen. In der Praxis kann man zum Durchführen der Erfindung wie folgt vorgehen:

- Bei der Herstellung von Papier und Karton wird zunächst in üblicher Weise eine Faserstoffsuspension hergestellt, beispielsweise aus Cellulose und/oder Holzschliff, ggf. unter Verwendung von Altpapier, das durch De- Inking zuvor aufbereitet wurde.

- Die hergestellte Faserstoffsuspension wird ggf. einer Nassmahlung

unterworfen, bei geringem Altpapieranteil in höherem Maße, bei hohem Altpapieranteil in geringerem Maße.

- Das erfindungsgemäße Additiv kann der Faserstoffsuspension vor,

während und nach dem Nassmahlprozess, somit zum Beispiel einem

Refiner zugegeben werden, beziehungsweise einer Anzahl von mehreren Refinern.

Es hat sich gezeigt, dass die Zugabe von feinen cellulosischen Fasern mit sehr niedrigem Mahlgrad in den Papierherstellungsprozess den im Labor gemessenen Mahlgrad (° SR = Grad Schopper-Riegler) der gesamten Faserstoffsuspension erhöht, ohne die anschließende Entwässerungsleistung während der Blattbildung zu verringern. Überraschenderweise wird kein erhöhtes Ausstauben der relativ gering ausgemahlenen und relativ kurzfasrigen Cellulose oder Lignocellulose in der Yankee-Trocknerpartie beobachtet, obwohl dieser Stoff für Papiermacher tendenziell den mehligen Stoffen zuzuordnen ist, die z.B. nach röscher Mahlung erhalten werden:

Ausführungsbeispiel 1

Hartholz-Pulvercellulose„ARBOCEL BE 600/30 PU" liefert mittels Camsizer XT eine mittlere Länge Fe max = 86 μιτι, eine mittlere Breite Xc min = 34 μιτι sowie einen Mittelwert b/13 = 0,514 - 0,645. Das Länge-Durchmesser-Verhältnis liegt bei etwa 1 ,55 - 1 ,94. Die Partikelkenngröße Q 3 [50%] beträgt 26,7 - 48,5 μητι.

Ausführungsbeispiel 2

Die Weichholzfaser„ARBOCEL C750 FP" liefert mittels Camsizer XT einen

Mittelwert b/13 = 0,457 - 0,555. Die Partikelkenngröße Q 3 [50%] beträgt 43,8 - 99,9 μιτι.

Ausführungsbeispiel 3

Die sehr feine Weichholzfaser„ARBOCEL CW 630 PU" liefert mittels Camsizer XT einen Mittelwert b/13 = 0,528 - 0,630. Die Partikelkenngröße Q 3 [50%] beträgt 29,9 - 53,7 μπτι.

Der genaue Wirkmechanismus ist derzeit nicht geklärt. Man kann annehmen, dass die zugegebene cellulosische Faser zusätzliche Bindestellen zwischen den eingesetzten Rohstofffasern schafft. Dadurch erhöhen sich die Festigkeiten im Blatt. Diese höheren Festigkeiten können zum Beispiel dazu genutzt werden, das Papier stärker zu kreppen, was zu einer höheren Weichheit führt - Vorteil zum Beispiel bei der Tissue- und Krepppapierproduktion.

Weiterhin wirken die cellulosischen Fasern als Abstandshalter zwischen den Fasern des Papierrohstoffs. Die Geometrie der Fasern lässt sich als„kurz und dick" beschreiben, nicht als„lang und dünn". Der Papiermacher kann bei gleichbleibender Dicke des Papiers die Grammatur verringern, was die Menge an eingesetztem Rohstoff reduziert und somit Kosten spart. Diese Abstandshalter- Funktion verbessert auch den Entwässerungsprozess bei der Blattbildung und erhöht dadurch die Retention aller wasserunlöslichen Feinstoffe. Das entlastet den Wasserkreislauf in der Papierfabrik. Die genannte Wirkung des Additivs ist insofern überraschend, als gerade hochgemahlene Faserstoffe die Festigkeit des zu erzeugenden Papieres steigern, nicht aber niedriggemahlene Faserstoffe. Wichtige Merkmale der Erfindung lassen sich wie folgt zusammenfassen:

- Das Additiv umfasst einen natürlichen Faserstoff wie Cellulose oder

cellulosehaltige Fasern, insbesondere Holz (auch Stroh, Flachs usw.) oder einen künstlichen Faserstoff oder ein Gemisch aus diesen;

- mehr als 50 Prozent der Fasern des Faserstoffes weisen eine Länge von unter 600 μιτι auf; in vielen Fällen ist es vorteilhaft, wenn die Faserlänge kürzer ist, weil dann z.B. der Einsatz in noch dünneren Papieren

problemlos möglich ist; die Faserlänge kann in solchen Fällen

gegebenenfalls auch unter 500, 400, 300, 200, 100 μιη betragen, gemessen mit dem Camsizer XT der Fa. Retsch;

- das Additiv liegt in Form eines trockenen Schüttgutes vor;

- der Mahlgrad des Additivs nach Schopper-Riegler liegt bei max. 25° SR, besonders bevorzugt bei max. 15° SR.

Herausragende Vorteile sind die Folgenden:

- das Additiv erhöht die Papierfestigkeiten (Reißfestigkeit, Reißlänge,

Dehnung) um mehr als 5 %;

- das Additiv erhöht den Mahlgrad der Faserstoffsuspension um mehr als 5 % bei gleichbleibender Entwässerungsleistung;

- das Additiv steigert die Gesamtretention um mehr als 5 %;

- das Additiv ermöglicht eine Reduzierung der Grammatur um mehr als 3 %;

- mit dem Additiv lässt sich der Energiebedarf senken, da die Mahlaggregate weniger leisten müssen;

- die typischen gewünschten Tissue-Eigenschaften werden in perfekter

Weise erreicht. Hier sind in erster Linie die Saugfähigkeit und Porosität zu erwähnen. Dies erklärt sich aus der Struktur des Faserstoffblattes, so wie oben erwähnt: Durch das Zwischenlagern von kurzen, dicken Fasern des Additivs zwischen Fasern der Papierstoffsuspension wird ein flauschiges Tissue erzeugt. Weiterhin kann die Faserart und Betriebsweise in der Fertigung so gewählt werden, dass das Additiv kein erhöhtes Ausstauben beim Trocknen auf dem Jankee-Trockner, beim Kreppen und bei Schneiden (Schnittkantenstaub) liefert.

Fallstudien:

Kurzformer Papiermaschine

Maschinengeschwindigkeit: 1500 m/min

Produktionsleistung: 70 t/Tag

Papierrohstoff: 50 % Langfaser / 50 % Kurzfaser

Papierqualität: Tissue mit Grammatur 15,5 g/m ²

Dosierung Additiv: 1 % ARBOCEL BE 600-30 PU

Erhöhung des Mahlgrades von 36 auf 44 °SR

Erhöhung der Reißlänge von 1 150 auf 1500 m in Maschinenrichtung und von 625 auf 650 m in Querrichtung

Erhöhung der Dehnung von 22,5 auf 33 %

Kurzformer Papiermaschine

Maschinengeschwindigkeit: 1250 m/min

Produktionsleistung: 55 t/Tag

Papierrohstoff: 70 % Langfaser / 30 % Kurzfaser

Papierqualität: Tissue mit Grammatur 17 g/m ²

Dosierung Additiv: 0,6 % ARBOCEL BE 600-30 PU

Erhöhung des Mahlgrades von 38 auf 45 °SR

Erhöhung der Reißlänge von 1230 auf 1550 m in Maschinenrichtung und von 710 auf 790 m in Querrichtung

Reduzierung der Grammatur von 17 auf 15 g/m ² Kurzformer Papiermaschine

Maschinengeschwindigkeit: 1800 m/min

Produktionsleistung: 82 t/Tag

Papierrohstoff: 75 % Langfaser / 25 % Kurzfaser

Papierqualität: Tissue mit Grammatur 17 g/m ²

Dosierung Additiv: 1 ,2 % ARBOCEL BE 600-30 PU

Erhöhung des Mahlgrades von 39 auf 44 °SR

Erhöhung der Reißlänge von 1250 auf 1600 m in Maschinenrichtung und von 680 auf 730 m in Querrichtung

Reduzierung der Grammatur von 17 auf 15 g/m ²

Papiermaschine

Maschinengeschwindigkeit: 500 m/min

Produktionsleistung: 30 t/Tag

Papierrohstoff: 100 % Altpapier

Papierqualität: Tissue mit Grammatur 15 g/m ²

Dosierung Additiv: 0,2 % ARBOCEL C 750 FP

Erhöhung der Retention von 62 auf 74 %

Erhöhung der Reißlänge von 460 auf 550 m in Maschinenrichtung und von 280 auf 420 m in Querrichtung

Reduzierung der Grammatur von 15 auf 14,5 g/m ²

Papiermaschine

Maschinengeschwindigkeit: 360 m/min

Produktionsleistung: 22 t/Tag

Papierrohstoff: 100 % Altpapier

Papierqualität: Tissue mit Grammatur 16 g/m ²

Dosierung Additiv: 0,2 % ARBOCEL C 750 FP

Erhöhung der Retention von 52 auf 75 % Erhöhung der Reißlänge von 600 auf 750 m in Maschinenrichtung und von 400 auf 510 m in Querrichtung

Reduzierung der Grammatur von 16 auf 14 g/m ² Bei Bedarf können den erfindungsgemäßen Fasern noch weitere Stoffe zugefügt werden, welche üblicherweise im Papier- und Kartonbereich eingesetzt werden. Insofern sind in dieser Erfindung auch Stoffgemische etc. eingeschlossen, welche die oben genannten erfindungsgemäßen Fasern beinhalten.