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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines melaminharzbeschichteten Papiers für die Bildung von heissgepressten, kratzfesten Oberflächenschichten auf Laminatkunststoffen und
Holzwerkstoffen, wie Holzfaserplatten, Holzspanplatten, Sperrholz od. dgl., wobei das Papier mit einer mindestens 45%-Masse Festharz enthaltenden Lösung eines im noch ungehärteten Zustand wasserlöslichen
Harnstoffharz enthaltenden Aminoplasts vorimprägniert, getrocknet und weiter mindestens einseitig mit einem Auftrag eines im ungehärteten Zustand wasserlöslichen Melaminharzes versehen wird, der auch getrocknet wird und der im Zuge des Heisspressvorganges, bei dem das Papier mit der zu beschichtenden
Substratoberfläche verbunden wird, unter Fliessen eine ausgehärtete, kratzfeste, chemisch beständige geschlossene Oberflächenschicht bildet.
Melaminharzbeschichtete Papiere, deren Melaminharzauftrag im Zuge eines Heisspressvorganges, bei dem das Papier mit der zu beschichtenden Substratfläche verbunden wird, unter Fliessen eine ausgehärtete
Oberflächenschicht bildet, werden weitverbreitet zur Herstellung von Oberflächenbeschichtungen verwendet, wobei sie vor allem im Zusammenhang mit Schichtpressstoffen, die aus Phenolharzpapier aufgebaut werden, sowie zur Herstellung von Deckschichten auf Holzfaserplatten und Holzspanplatten zum
Einsatz kommen, wenn dekorative Oberflächenschichten geschaffen werden sollen.
Durch den Einsatz solcher melaminharzbeschichteter Papier erhält man Oberflächenschichten, die ohne weiteres den üblichen
Beanspruchungen, wie sie im Haushalts- und Bürobetrieb auftreten, gegenüber kratzfest sind und auch den in diesem Bereich auftretenden thermischen und chemischen Beanspruchungen ohne weiteres standhalten können. Hiezu kann erwähnt werden, dass verschiedene andere Papiere und Folien zur
Oberflächenbeschichtung verwendet werden, deren Oberfläche durch solche Beanspruchungen leidet und die insbesondere hinsichtlich der Kratzfestigkeit den auf Basis melaminharzbeschichteter Papiere erzeugten
Oberflächenschichten wesentlich unterlegen sind.
Der Einsatz der Melaminharze der, wie erwähnt, hochbeanspruchbare Oberflächen ergibt, und der ausserdem zufolge der hervorragenden optischen Eigenschaften dieser Harze Vorteile bietet, stellt nun einen bedeutenden Kostenfaktor bei der Herstellung der beschichteten Papiere dar. Ein Ersatz der
Melaminharze durch Harnstoffharze, welche preisgünstiger zur Verfügung stehen und gleichfalls gute optische Eigenschaften aufweisen ; stösst durch die Feuchtigkeitsempfindlichkeit ausgehärteter Harnstoff- harze auf grosse Schwierigkeiten. Auch bei einem Einsatz von Mischungen aus Harnstoffharzen und
Melaminharzen zur Herstellung von Oberflächenschichten hier in Rede stehender Art ergibt sich gegenüber Oberflächenschichten, die auf Basis reiner Melaminharze gebildet sind, ein erheblicher Qualitätsabfall.
Um die Harzkosten bei der Herstellung melaminharzbeschichteter Papiere unter Beibehaltung von
Deckschichten aus reinem Melaminharz wesentlich zu senken, sehen bekannte Vorschläge vor, zunächst die
Papiere einer Vorimprägnierung mit einem Harnstoffharz oder mit einem Harnstoff-Melamin-Mischharz zu unterwerfen und die so imprägnierten Papiere dann mit Deckschichten aus Melaminharz zu versehen. Es stellt sich dabei das Problem, dass einem Einwandern des Harnstoffharzes in die Melaminharzdeckschicht wirksam begegnet werden muss, um eine Verschlechterung der Deckschichtqualität hintanzuhalten.
Zur
Lösung dieses Problems sehen die bekannten Vorschläge vor, die Penetrationsfähigkeit der Harnstoff- harzlösungen, die zur Vorimprägnierung des Papiers dienen, durch eine verhältnismässig niedrige
Harzkonzentration in der Lösung oder durch einen niedrigen Kondensationsgrad des in der Imprägnierungslösung vorliegenden Harnstoffharzes möglichst hoch zu halten, in der Annahme, dass bei grosser
Penetration des Harnstoffharzes in das Fasergefüge des Papiers kein Auswandern des Harnstoffharzes in die Deckschicht mehr eintritt.
Die Anwendung einer niedrigen Konzentration des Harnstoffharzes in der
Imprägnierungslösung ergibt aber eine geringe Füllung des Papiers mit dem Vorimprägnierharz, die einen entsprechend grösseren Harzverbrauch bei der Bildung der Melaminharzschicht verursacht, und verursacht überdies einen erhöhten Energieverbrauch, weil bei der Trocknung eine grössere Wassermenge abzuführen ist. Beim Einsatz eines Harnstoffharzes mit niedrigem Kondensationsgrad zur Vorimprägnierung ist es schwierig, innerhalb der stets angestrebten kurzen Presszeiten eine ausreichende Aushärtung der
Vorimprägnierung zu erreichen, und es besteht trotz der angestrebten Verankerung des Vorimprägnier- harzes in der Faserstruktur des Papiers eine starke Tendenz zum Auswandern in die Melaminharz- deckschicht.
Es ist nun ein Ziel der Erfindung, ein Verfahren eingangs erwähnter Art zu schaffen, bei dem die
Vorimprägnierung eine wesentliche Ersparnis an Deckschichtharz ergibt und bei dem auch die Gefahr eines
Einwanderns des Vorimprägnierharzes in die Deckschicht ausgeschaltet ist.
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Das erfindungsgemässe Verfahren eingangs erwähnter Art ist dadurch gekennzeichnet, dass zur Vorimprägnierung des Papiers eine Lösung eines Harnstoffharzes oder eines harnstoffreichen Aminoplasts, dessen Kondensationsgrad höher ist als der des zur Bildung der Deckschicht (en) vorgesehenen Melaminharzes, eingesetzt wird, und die Harzaufnahme bei der Vorimprägnierung geringer gehalten wird, als zum Entstehen eines die Oberfläche des Papiers bedeckenden Harzfilmes erforderlich ist, und im Zuge der folgenden Heisstrocknung die Feuchtigkeit des getränkten Papiers, vorzugsweise mittels Heissluft auf einen unter 7% liegenden Wert herabgemindert wird, und dass das Papier nach dem Auftragen des wasserlöslichen Melaminharzes auf eine zwischen 5 und 10% liegende Restfeuchte getrocknet wird.
Durch die erfindungsgemässen Massnahmen kann der vorstehend angeführten Zielsetzung gut entsprochen werden, und es können mit diesem Papier Oberflächenschichten erhalten werden, deren Eigenschaften Oberflächenschichten gleichkommen, die unter Einsatz von bloss mit reinem Melaminharz beschichtetem Papier erhalten werden.
Es ist dabei besonders bemerkenswert, dass beim Heisspressvorgang, bei dem ja ein Fliessen des Melaminharzes erfolgt, weder ein Auswandern des im Papier befindlichen Harnstoffharzes an die melaminharzbeschichtete Oberfläche eintritt, noch Bindungsmängel der Melaminharzdeckschichten zum Papiersubstrat in Erscheinung treten, da ja das Melaminharz bis in die Faserstruktur des Papiers reicht und demgemäss die Melaminharzdeckschicht, die ja die Eigenschaften der hergestellten Oberflächenschichten hinsichtlich Kratzfestigkeit sowie hinsichtlich chemischer und thermischer Beständigkeit bestimmt, durch das Fasergefüge des Papiers verstärkt ist, so dass eine allenfalls vorhandene Sprödigkeit von Melaminharzen nicht nachteilig zur Auswirkung kommt.
Durch die vorgesehene Konzentration der Vorimprägnierungslösung ergibt sich eine weitgehende Füllung des Papiers, und es kann durch den vorgesehenen höheren Kondensationsgrad des Vorimprägnierharzes eine rasche Vorhärtung dieses Harzes während des Trockenvorganges erreicht werden ; beides wirkt dem Auswandern des Vorimprägnierharzes in die Melaminharzdeckschicht entgegen und vermindert auch die für die Deckschichten erforderliche Harzmenge, da so ein Absacken von Melaminharz in das Innere des Papiers im Zuge des Heisspressvorganges weitgehendst ausgeschaltet ist.
Hinsichtlich der Kondensationsgraddifferenz zwischen dem Vorimprägnierungsharz und dem Deckschichtmelaminharz wird dabei hier verstanden, dass die Viskosität einer Lösung des Vorimprägnierungsharzes, welche die gleiche Harzkonzentration und die gleiche Temperatur wie eine Vergleichslösung des Deckschichtmelaminharzes besitzt, grösser ist als die Viskosität der letzteren.
Die Heisslufttrocknung, welche, wie an sich bekannt, durch das Hindurchführen der rasch laufenden Papierbahn durch einen Trockenkanal vorgenommen werden kann, ergibt ein vorteilhaftes Einhergehen der angestrebten teilweisen Härtung des Vorimprägnierungsharzes mit dem Fortschreiten der Trocknung, wobei sich durch den Wassergehalt eine für die Vorhärtung des Vorimprägnierungsharzes günstige Temperatur selbsttätig einstellt.
Es ist auch möglich, die der Vorimprägnierung folgende Trocknung mittels Strahlungswärme vorzunehmen, wobei die Trocknung bei einer höheren Restfeuchte als bei der Heisslufttrocknung beendet werden kann, da die Strahlungseinwirkung auf der dem Strahler zugewendeten Seite die Härtung des Vorimprägnierungsharzes zusätzlich fördert.
Um einen möglichst klar definierten Kondensations- und Härtungsvorgang der Vorimprägnierung zu erhalten, wird vorteilhaft ein reines Harnstoff-Formaldehyd-Kondensat zur Vorimprägnierung eingesetzt.
Es ist im Sinne einer sicheren Hintanhaltung eines Vermischens des Harnstoffharzes bzw. des harnstoffreichen Aminoplasts, aus dem die Vorimprägnierung des Papiers besteht, mit den Melaminharzdeckschichten auch vorteilhaft, wenn man vorsieht, dass das aus einem Harnstoffharz oder einem harnstoffreichen Aminoplast bestehende Vorimprägnierungsharz des Papiers mindestens soweit gehärtet ist, dass es in einer Beschichtungslösung des aufgetragenen Melaminharzes praktisch nicht mehr löslich ist.
Man kann zur Vorimprägnierung auch ein mit Melaminharz versetztes Harnstoff-Formaldehyd-Kondensat verwenden, wobei die Heisstrocknung der Vorimprägnierung solange fortgesetzt wird, bis das auf das Papier aufgebrachte Vorimprägnierungsharz mindestens soweit gehärtet ist, dass es in einer Beschichtungslösung des danach aufzutragenden Melaminharzes praktisch nicht mehr löslich ist.
Gewünschtenfalls kann man auch zur Vorimprägnierung mit Plastifizierungsmitteln, wie z. B.
Caprolactam, Saccharose, Glykolen, Polyhydroxyverbindungen u. dgl., versetztes Harnstoffharz oder harnstoffreichen Aminoplast verwenden.
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Das Verhältnis der Masse des zur Vorimprägnierung aufgetragenen Harzes zur Masse des für die Bildung der Deckschicht vorgesehenen Melaminharzauftrages wird zweckmässig bei beidseitigem Deckschichtauftrag zwischen 2 : 3 und 3 : 1, vorzugsweise zwischen 55 : 45 und 65 : 35, gewählt.
Man geht dabei vorteilhaft so vor, dass das Papier im ersten Trocknungsvorgang, der auf die Vorimprägnierung des Papiers folgt, mit Heissluft auf eine zwischen 2 und 6% liegende Restfeuchte getrocknet wird. Es ist weiter zweckmässig, dass das Papier im zweiten Trocknungsvorgang, der auf den Melaminharzauftrag folgt, auf eine zwischen 6 und 8% liegende Restfeuchte getrocknet wird.
Hinsichtlich der Vorhärtung ist es günstig, wenn der dem Vorimprägnierungsharz zugesetzte Härter eine hohe Ansprechtemperatur hat. Es kann auch erwähnt werden, dass die Härtermenge bei der erfindungsgemässen Technik nicht kritisch ist und auch Härtermengen, welche höher als üblich sind, ohne Nachteile zum Einsatz gebracht werden können.
Die Aufbringung des Vorimprägnierungsharzes und die Aufbringung des Melaminharzauftrages kann mittels Auftragwalzen oder durch Tauchen vorgenommen werden, und man kann dabei gegebenenfalls nach dem jeweiligen Aufbringvorgang ein Abquetschen oder Abstreifen überschüssigen Harzes vornehmen.
Als günstig hat es sich ergeben, die Aufbringung des Vorimprägnierungsharzes durch Befeuchten mittels Auftragwalzen und anschliessendes Tauchen der Papierbahnen und Abstreifen oder Abquetschen des überschüssigen Harzes vorzunehmen und den Melaminharzauftrag auf das mit Harnstoffharz bzw. harnstoffreichem Aminoplast getränkte und getrocknete Papier mit Auftragwalzen oder Siebrakeln vorzunehmen.
Für das Auftragen von besonders dünnen Melaminharzschichten kann man vorteilhaft Rasterwalzen einsetzen. Es kann dabei auch erwähnt werden, dass der sich aus dem Einsatz verschieden stark saugfähiger Papiere ergebende Unterschied im für das Harz erforderlichen Kostenaufwand bei Anwendung der erfindungsgemässen Technik viel geringer ausfällt als bisher, da ja das zur Vorimprägnierung des Papiers zum Einsatz kommende Harnstoffharz wesentlich preisgünstiger als Melaminharz ist und die Vorimprägnierung die Saugfähigkeitsuntersehiede zwischen den verschiedenen Papiersorten weitgehend ausgleicht und demgemäss der Melaminharzauftrag praktisch nur Oberflächenschichten bildet.
Beim erfindungsgemässen Verfahren kann man beidseitig eine Melaminharzdeckschicht vorsehen, in welchem Fall der auf der einen Papierseite befindliche Melaminharzauftrag auch zur Verbindung des die Oberfläche bildenden Papiers mit dem Substrat dient, und hiebei im Zuge des Heisspressvorganges ausgehärtet wird.
Man kann aber auch nur auf einer Seite des Papiers einen Melaminharzauftrag vorsehen und das Papier mittels eines Klebers mit dem Substrat verbinden. Dieser Kleber kann ein heisshärtender Leim sein, der auf das mit dem Papier zu beschichtetende Substrat aufgetragen wird. Es ist aber auch möglich, einen heiss härtenden Kleber auf das Papier auf der vom Melaminharzauftrag abgewendeten Papierseite aufzutragen.
Die Erfindung wird nun an Hand von Beispielen weiter erläutert.
Beispiel l : Ein weisses Dekorpapier mit einer Flächenmasse von 100 g/m2, einem Aschegehalt von 40%, einer Luftdurchlässigkeit von 350 ml/min (Normtest) einer Saughöhe nach Klemm von 32 mm, einer Glätte nach Bekk, unterseitig 40 s, oberseitig 60 s, wurde gespannt aufliegend über eine in ein Harzbad eintauchende Auftragwalze geleitet ; dieser Harzauftrag sog sich auf der weiteren Laufstrecke des Papiers in dasselbe ein, und es wurde das Papier dann durch zwei Abquetschwalzen hindurchgeführt wobei durch die Einstellung des gegenseitigen Andruckes der Abquetschwalzen und durch die Einstellung der Laufgeschwindigkeit des Papiers die Harzmenge, die nach dem Verlassen der Abquetschwalzen im Papier vorlag, eingestellt wurde.
Auf diese Weise wurde das Papier mit einer Lösung eines handels- üblichen Harnstoff-Formaldehyd-Kondensates, welche einen Festharzgehalt von 51, 5% und eine Viskosität von 19 DIN-s (4 mm Auslaufdüse) aufwies, ein Molverhältnis von 1 : 2, 1 besasst und Ammonchlorid als Härter enthielt, getränkt. Hiebei hatte das getränkte Papier nach dem Passieren des Abquetschwalzenpaares eine Masse von 240 g/m2 und enthielt demgemäss pro m2 140 g einer 50%igen Harzlösung, also 70% Festharz bezogen auf die Masse des Rohpapiers.
Nach dem Verlassen der Abquetschwalzen wurde die Papierbahn durch einen Heissluftkanal, in dem eine Anzahl von Heissluftregistern angeordnet waren, schwebend hindurchgeführt, wobei die Temperatur der Heissluft auf zirka 160 C eingestellt wurde, und es wurde im Zuge dieser Trocknung das in der Papierbahn enthaltene Wasser bis auf eine Restfeuchte von zirka 4% entfernt. Das Papier war damit weitgehend mit Harnstoffharz gefüllt, und das Harnstoffharz
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zeigte eine derartige Vorhärtung, dass es in der für den nachfolgenden Deckschichtauftrag vorgesehenen Melaminharzlösung praktisch nicht mehr löslich war.
Danach wurde die solcherart mit einem wasserlöslichen Harnstoffharz vorimprägnierte Papierbahn in gespanntem Zustand über zwei weitere Auftragwalzen geführt und solcherart wurde auf die beiden Seiten der Papierbahn eine wässerige Melaminharzlösung mit einem Harzgehalt von 52, 6%-Masse und einer Viskosität von 16 Din-s (4 mm Auslaufdüse) aufgetragen. Es handelte sich dabei um eine wässerige Lösung eines handelsüblichen, für eine Hochdruckverpressung von Papierlaminaten bestimmten Melaminharzes, das mit einem Härter auf Basis von p-ToluolsulfonsäureMorpholin versetzt war. Hiebei wurde auf die eine Seite der laufenden Papierbahn 25 g Harzlösung pro m2 aufgetragen und auf die andere Seite 58 g pro m2 dieser Harzlösung.
Danach wurde das Papier wieder durch einen Trockenkanal hindurchgeleitet, in dem die Feuchtigkeit bis auf eine Restfeuchte von 7% abgeführt wurde. Das so erhaltene Papier hatte einen Gesamtauftrag von 50 g Melaminharz/m2.
Beispiel 2 : Es wurde analog Beispiel 1 verfahren, jedoch wurde das Papier im Anschluss an den ersten Trocknungsvorgang wieder aufgerollt und längere Zeit, bis zur Beschichtung mit Melaminharz, gelagert. Es trat keinerlei Zusammenkleben od. dgl., welches die spätere Melaminharzbesehichtung gestört hätte, auf.
Beispiel 3 : Es wurde ein stark saugfähiges Dekorpapier mit einer Flächenmasse von 120 g/m2 mit einer 50% eigen Lösung eines handelsüblichen Harnstoff-Formaldehyd-Tränkharzes mit einem Molverhältnis von 1 : 1, 9 analog Beispiel 1 getränkt. Dieses Tränkharz enthielt einen Zusatz von 3%-Masse Äthylenglykol u. zw. mit Äthanolaminhydrochlorid als Härter (1%-Masse auf Festharz bezogen) versetzt. Es wurde die Tränkung so eingestellt, dass das Papier beim Verlassen der Abquetschwalzen eine Flächenmasse von 360 g/m2 hatte. Demgemäss enthielt das Papier beim Verlassen der Abquetschwalzen 100% Festharz bezogen auf die Masse des Rohpapiers.
Die Papierbahn wurde dann durch eine Anordnung von Infrarotstrahlern zum Trocknen hindurchgeleitet und hiebei wurde durch die solcherart herbeigeführte Wärmezufuhr und durch ein anschliessendes Hindurchleiten durch einen kurzen Heissluftkanal das Papier bis auf eine Restfeuchte von 5% getrocknet. Im Anschluss daran wurde die Papierbahn durch eine Tränkwanne hindurchgeleitet, in der sich eine 52, 5%igue Lösung eines handelsüblichen Melaminniederdruckharzes, wie es für Kurztaktverpressung ohne Rückkühlung verwendet wird, befand. Nach dem Verlassen dieser Tränkwanne wurde die Papierbahn über Abstreifbalken und Abquetschwalzen geleitet, und es wurde dabei die vom Papier aufgenommene Masse der Melaminharzlösung auf 103 g/m2 eingestellt.
Anschliessend wurde die Papierbahn in einem Heissluftkanal bis auf eine Restfeuchte von 7, 5% getrocknet.
Beispiel 4 : Es wurde ein Dekorpapier mit Holzmaseraufdruck mit einer Flächenmasse von 80 g/m2 und einem Aschegehalt von 15% mit einer 52, 5%gen wässerigen Lösung eines Harnstoff-MelaminFormaldehyd-Mischharzes mit einer Viskosität von 60 cP, dessen Molverhältnis 0, 9 : 0, 1 : 2 betrug und dem Äthanolaminhydrochlorid (0, 8%-Masse bezogen auf Festharz) als Härter zugesetzt war, getränkt. Hiebei wurde die Harzlösungsaufnahme des Papiers so eingestellt, dass sich eine Gesamtmasse des getränkten Papiers von 210 g/m2 ergab. Die Trocknung erfolgte durch Hindurchführen des Papiers durch eine Tränkwanne.
Danach wurde in einem Heissluftkanal mit ergänzender Strahlungsheizung auf eine Restfeuchte von 4, 5% getrocknet. Auf das so vorimprägnierte Papier wurde mit einer Auftragswalze einseitig eine 55% igue wässerige Lösung eines Melaminniederdruckharzes in einer Masse von 58 g/m2 (Harzlösung) aufgetragen und danach wurde das Papier auf eine Restfeuchte von 6, 8% getrocknet.
Beispiel 5 : Ein gemäss Beispiel 4 erhaltenes vorimprägniertes Papier wurde auf einer Seite mit einem heisshärtenden Phenolharzkleber in einer Masse von 40 g/m2 versehen und auf die andere Papierseite wurde analog Beispiel 4 ein Melaminharzauftrag aufgebracht.
Beispiel 6 : Das nach Beispiel 4 erhaltene Papier wurde auf eine mit einer Leimschicht versehene Holzspanplatte heiss aufgepresst und es wurde dabei sowohl diese Leimschicht, als auch der auf dem Papier befindliche Melaminharzauftrag im Zuge dieses Heisspressvorganges ausgehärtet. Als Leim wurde dabei ein mit Roggenmehl gestreckter, heisshärtender Harnstoffleim (Streckungsgrad 200 ; 100 Masse-Teile Harnstoffleimharz, 100 Masse-Teile Roggenmehl, 100 Masse-Teile Wasser) der Ammonchlorid als Härter enthielt, auf die Holzspanplatte aufgetragen.
Die gemäss den Beispielen 1 bis 5 erhaltenen melaminharzbeschichteten Papiere wurden anschliessend in üblicher Heisspresstechnik auf eine Unterlage aufgepresst und danach den zur Bestimmung der Oberflächenqualität von gepressten Melaminharzoberflächen üblichen Untersuchungen unterzogen. Analog wurde die gemäss Beispiel 6 erhaltene Oberfläche untersucht. Es wurden dabei die üblichen Tests, insbesondere
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Wasserdampftest, Risstest, Härtungstest, Vergilbungstest, Tests zur Bestimmung der Kratzfestigkeit, der Chemikalienbeständigkeit und des Glanzgrades sowie Tests zur Bestimmung, ob eine hinreichend geschlossene Oberfläche vorliegt, vorgenommen.
Hiebei ergab sich, dass die Eigenschaften von Melaminharzoberflächen, wie sie unter Verwendung der wie vorstehend erhaltenen Papiere hergestellt wurden, völlig den Eigenschaften entsprachen, die bei Melaminharzoberflächen vorliegen, welche unter Verwendung von Papieren hergestellt wurden, die nur mit reinem Melaminharz beschichtet waren.
Insbesondere konnte auch festgestellt werden, dass die mit den erfindungsgemäss ausgebildeten Papieren hergestellten Oberflächen den Forderungen von DIN 53799 genügen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung eines melaminharzbeschichteten Papiers für die Bildung von heissgepressten, kratzfesten Oberflächenschichten auf Laminatkunststoffen und Holzwerkstoffen, wie Holzfaserplatten, Holzspanplatten, Sperrholz od.
dgl., wobei das Papier mit einer mindestens 45%-Masse- Festharz enthaltenden Lösung eines im noch ungehärteten Zustand wasserlöslichen, Harnstoffharz enthaltenden Aminoplasts vorimprägniert, getrocknet und weiter mindestens einseitig mit einem Auftrag eines im ungehärteten Zustand wasserlöslichen Melaminharzes versehen wird, der auch getrocknet wird und im Zuge des Heisspressvorganges, bei dem das Papier mit der zu beschichtenden Substratoberfläche verbunden wird, unter Fliessen eine ausgehärtete, kratzfeste, chemisch beständige, geschlossene
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Papiers eine Lösung eines Harnstoffharzes oder eines harnstoffreichen Aminoplasts, dessen Kondensationsgrad höher ist als der des zur Bildung der Deckschicht (en) vorgesehenen Melaminharzes, eingesetzt wird, und die Harzaufnahme bei der Vorimprägnierung geringer gehalten wird,
als zum Entstehen eines die Oberfläche des Papiers bedeckenden Harzfilms erforderlich ist, und im Zuge der folgenden Heisstrocknung die Feuchtigkeit des getränkten Papiers, vorzugsweise mittels Heissluft, auf einen unter 7% liegenden Wert herabgemindert wird, und dass das Papier nach dem Auftragen des wasserlöslichen Melaminharzes auf eine zwischen 5 und 10% liegende Restfeuchte getrocknet wird.
EMI5.2
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The invention relates to a method for producing a melamine-resin-coated paper for the formation of hot-pressed, scratch-resistant surface layers on laminate plastics and
Wood-based materials, such as fiberboard, chipboard, plywood or the like, the paper containing a solution containing at least 45% by weight of solid resin, a solution which is water-soluble in the still uncured state
Aminoplasts containing urea resin are pre-impregnated, dried and further provided on at least one side with an application of an uncured water-soluble melamine resin, which is also dried and in the course of the hot pressing process in which the paper is coated with the
Substrate surface is connected, forms a cured, scratch-resistant, chemically resistant closed surface layer under flowing.
Melamine resin-coated papers, the melamine resin application of which is cured while flowing in the course of a hot pressing process in which the paper is connected to the substrate surface to be coated
Surface layer forms are widely used for the production of surface coatings, whereby they are used primarily in connection with laminates made from phenolic resin paper, as well as for the production of cover layers on wood fiber boards and wood chipboards
They are used when decorative surface layers are to be created.
By using such melamine-resin-coated paper, surface layers are obtained that are easily the usual
Stresses that occur in household and office operations are scratch-resistant and can easily withstand the thermal and chemical stresses that occur in this area. For this purpose it can be mentioned that various other papers and foils are used
Surface coating are used, the surface of which suffers from such stresses and which, in particular with regard to the scratch resistance, produced on the basis of melamine-resin-coated papers
Surface layers are significantly inferior.
The use of the melamine resins, which, as mentioned, gives rise to high-stress surfaces and which, moreover, offers advantages because of the outstanding optical properties of these resins, now represents an important cost factor in the production of the coated papers
Melamine resins by urea resins, which are available more cheaply and also have good optical properties; encounters great difficulties due to the sensitivity to moisture of hardened urea resins. Even when using mixtures of urea resins and
Melamine resins for the production of surface layers of the type in question here result in a considerable drop in quality compared to surface layers which are formed on the basis of pure melamine resins.
To keep the resin costs in the production of melamine coated papers while maintaining
Known proposals, first of all, provide for lowering cover layers made of pure melamine resin
Submitting papers to a pre-impregnation with a urea resin or with a urea-melamine mixed resin and then to provide the impregnated papers with top layers of melamine resin. The problem arises here that immigration of the urea resin into the melamine resin cover layer has to be counteracted effectively in order to prevent deterioration of the cover layer quality.
To
The known proposals provide a solution to this problem, the penetrability of the urea resin solutions, which serve to pre-impregnate the paper, by a relatively low one
To keep the resin concentration in the solution or by a low degree of condensation of the urea resin present in the impregnation solution as high as possible, assuming that with a large
Penetration of the urea resin into the fiber structure of the paper means that the urea resin no longer migrates into the top layer.
The application of a low concentration of the urea resin in the
Impregnation solution, however, results in a low filling of the paper with the pre-impregnation resin, which causes a correspondingly greater resin consumption in the formation of the melamine resin layer, and moreover causes an increased energy consumption because a larger amount of water has to be removed during drying. When using a urea resin with a low degree of condensation for pre-impregnation, it is difficult to achieve sufficient curing within the short press times that are always sought
To achieve pre-impregnation, and despite the intended anchoring of the pre-impregnation resin in the fiber structure of the paper, there is a strong tendency to migrate into the melamine resin top layer.
It is now an object of the invention to provide a method of the type mentioned in which the
Pre-impregnation results in a substantial saving in top layer resin and in which there is also the risk of
Immigration of the pre-impregnation resin is switched off.
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The method according to the invention of the type mentioned at the outset is characterized in that a solution of a urea resin or a urea-rich aminoplast, the degree of condensation of which is higher than that of the melamine resin provided for forming the cover layer (s), and the resin absorption during the pre-impregnation are used for the pre-impregnation of the paper is kept lower than is necessary for the formation of a resin film covering the surface of the paper, and in the course of the subsequent hot drying the moisture of the soaked paper is reduced to a value below 7%, preferably by means of hot air, and that the paper is applied after the application of the water-soluble melamine resin is dried to a residual moisture of between 5 and 10%.
By means of the measures according to the invention, the objective stated above can be met well, and surface layers can be obtained with this paper, the properties of which correspond to surface layers which are obtained using paper coated only with pure melamine resin.
It is particularly noteworthy that during the hot pressing process, in which the melamine resin flows, there is no migration of the urea resin in the paper to the melamine resin-coated surface, and there are no binding defects in the melamine resin cover layers to the paper substrate, since the melamine resin extends right into the The fiber structure of the paper is sufficient and accordingly the melamine resin top layer, which determines the properties of the surface layers with regard to scratch resistance and chemical and thermal resistance, is reinforced by the fiber structure of the paper, so that any brittleness of melamine resins does not have a negative effect.
The intended concentration of the pre-impregnation solution results in an extensive filling of the paper, and the higher degree of condensation of the pre-impregnation resin allows a rapid pre-hardening of this resin during the drying process; Both counteract the migration of the pre-impregnation resin into the melamine resin cover layer and also reduce the amount of resin required for the cover layers, since this prevents the melamine resin from sagging into the interior of the paper as much as possible in the course of the hot pressing process.
With regard to the degree of condensation difference between the pre-impregnation resin and the top layer melamine resin, it is understood here that the viscosity of a solution of the pre-impregnation resin which has the same resin concentration and the same temperature as a comparison solution of the top layer melamine resin is greater than the viscosity of the latter.
The hot air drying, which, as is known per se, can be carried out by passing the fast-running paper web through a drying tunnel, results in an advantageous correlation of the desired partial curing of the pre-impregnation resin with the progress of the drying, the water content being one for the pre-curing of the Pre-impregnation resin automatically sets favorable temperature.
It is also possible to carry out the drying following the pre-impregnation by means of radiant heat, the drying being able to be ended at a higher residual moisture than with hot air drying, since the radiation effect on the side facing the radiator additionally promotes the curing of the pre-impregnation resin.
In order to obtain a condensation and hardening process for the pre-impregnation that is as clearly defined as possible, a pure urea-formaldehyde condensate is advantageously used for the pre-impregnation.
In the sense of reliably preventing the urea resin or the urea-rich aminoplast from which the paper is pre-impregnated from being mixed with the melamine resin cover layers, it is also advantageous if it is provided that the pre-impregnation resin of the paper, which consists of a urea resin or a urea-rich aminoplast, is at least as far as possible is cured that it is practically no longer soluble in a coating solution of the applied melamine resin.
A urea-formaldehyde condensate mixed with melamine resin can also be used for the pre-impregnation, the hot drying of the pre-impregnation being continued until the pre-impregnation resin applied to the paper has hardened at least to such an extent that it is practically no longer soluble in a coating solution of the melamine resin to be applied thereafter is.
If desired, you can also for pre-impregnation with plasticizers such. B.
Caprolactam, sucrose, glycols, polyhydroxy compounds and the like. Like. Use mixed urea resin or urea-rich aminoplast.
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The ratio of the mass of the resin applied for the pre-impregnation to the mass of the melamine resin application provided for the formation of the top layer is expediently chosen between 2: 3 and 3: 1, preferably between 55:45 and 65:35, when applying the top layer on both sides.
The procedure is advantageously such that the paper is dried with hot air to a residual moisture of between 2 and 6% in the first drying process, which follows the pre-impregnation of the paper. It is furthermore expedient for the paper to be dried to a residual moisture of between 6 and 8% in the second drying process which follows the melamine resin application.
With regard to pre-curing, it is advantageous if the hardener added to the pre-impregnation resin has a high response temperature. It can also be mentioned that the amount of hardener is not critical in the technology according to the invention, and that amounts of hardener which are higher than usual can be used without disadvantages.
The application of the pre-impregnation resin and the application of the melamine resin application can be carried out by means of application rollers or by dipping, and if necessary, excess resin can be squeezed or stripped off after the respective application process.
It has turned out to be advantageous to apply the pre-impregnation resin by moistening it with application rollers and then dipping the paper webs and wiping or squeezing off the excess resin, and to apply the melamine resin to the paper soaked with urea resin or urea-rich aminoplast using application rollers or screen doctor blades.
Anilox rollers can advantageously be used to apply particularly thin melamine resin layers. It can also be mentioned that the difference resulting from the use of differently strongly absorbent papers in the cost required for the resin when using the technology according to the invention turns out to be much smaller than before, since the urea resin used for pre-impregnating the paper is much cheaper than Melamine resin is and the pre-impregnation largely compensates for the differences in absorbency between the different types of paper and accordingly the melamine resin application practically only forms surface layers.
In the method according to the invention, a melamine resin cover layer can be provided on both sides, in which case the melamine resin application on one side of the paper also serves to connect the paper forming the surface to the substrate, and is cured in the course of the hot pressing process.
However, it is also possible to provide a melamine resin application only on one side of the paper and to bond the paper to the substrate using an adhesive. This adhesive can be a thermosetting glue that is applied to the substrate to be coated with the paper. However, it is also possible to apply a hot-curing adhesive to the paper on the paper side facing away from the melamine resin application.
The invention will now be further explained on the basis of examples.
Example 1: A white decorative paper with a basis weight of 100 g / m2, an ash content of 40%, an air permeability of 350 ml / min (standard test), a suction height after clamping of 32 mm, a smoothness according to Bekk, 40 s on the underside, 60 on the top s, was stretched and passed over an application roller immersed in a resin bath; this resin application absorbed itself into the further running distance of the paper, and the paper was then passed through two squeeze rollers, by adjusting the mutual pressure of the squeeze rollers and by adjusting the running speed of the paper, the amount of resin which after leaving the squeeze rollers was present in the paper.
In this way, the paper with a solution of a commercially available urea-formaldehyde condensate, which had a solid resin content of 51.5% and a viscosity of 19 DIN-s (4 mm outlet nozzle), a molar ratio of 1: 2.1 owned and containing ammonium chloride as hardener, soaked. The impregnated paper had a mass of 240 g / m2 after passing the pair of squeeze rollers and accordingly contained 140 g of a 50% resin solution per m2, i.e. 70% solid resin based on the mass of the base paper.
After leaving the squeeze rollers, the paper web was suspended through a hot air duct, in which a number of hot air registers were arranged, the temperature of the hot air being set to about 160 C, and the water contained in the paper web became up to in the course of this drying to a residual moisture of about 4%. The paper was largely filled with urea resin, and the urea resin
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showed such a pre-hardening that it was practically no longer soluble in the melamine resin solution intended for the subsequent top layer application.
Thereafter, the paper web thus pre-impregnated with a water-soluble urea resin was passed in a tensioned state over two further application rollers, and in this way an aqueous melamine resin solution with a resin content of 52.6% by weight and a viscosity of 16 Din-s (4 mm outlet nozzle). It was an aqueous solution of a commercially available melamine resin intended for high-pressure compression of paper laminates, which was mixed with a hardener based on p-toluenesulfonic acid morpholine. 25 g resin solution per m2 was applied to one side of the running paper web and 58 g per m2 of this resin solution to the other side.
The paper was then again passed through a drying tunnel in which the moisture was removed to a residual moisture of 7%. The paper thus obtained had a total application of 50 g melamine resin / m2.
Example 2: The procedure was analogous to Example 1, but the paper was rolled up again after the first drying process and stored for a long time until it was coated with melamine resin. There was no sticking or the like which would have disturbed the subsequent melamine resin coating.
Example 3: A highly absorbent decorative paper with a mass per unit area of 120 g / m 2 was impregnated with a 50% proprietary solution of a commercially available urea-formaldehyde impregnating resin with a molar ratio of 1: 1.9 as in Example 1. This impregnating resin contained an addition of 3% by weight of ethylene glycol and. mixed with ethanolamine hydrochloride as hardener (1% mass based on solid resin). The impregnation was adjusted so that the paper had a basis weight of 360 g / m 2 when it left the squeeze rollers. Accordingly, the paper contained 100% solid resin based on the mass of the base paper when leaving the squeeze rollers.
The paper web was then passed through an arrangement of infrared radiators for drying, and the paper was dried to a residual moisture content of 5% by the introduction of heat and the subsequent passage through a short hot air duct. The paper web was then passed through an impregnation trough containing a 52.5% solution of a commercially available low-pressure melamine resin, such as is used for short-cycle compression without recooling. After leaving this impregnation trough, the paper web was passed over scraper bars and squeeze rollers, and the mass of the melamine resin solution absorbed by the paper was adjusted to 103 g / m2.
The paper web was then dried in a hot air duct to a residual moisture of 7.5%.
Example 4: It was a decorative paper with wood grain print with a basis weight of 80 g / m2 and an ash content of 15% with a 52.5% aqueous solution of a urea-melamine-formaldehyde mixed resin with a viscosity of 60 cP, the molar ratio 0.9 : 0.1: 2 and the ethanolamine hydrochloride (0.8% mass based on solid resin) was added as a hardener. The resin solution uptake of the paper was adjusted so that a total mass of the impregnated paper was 210 g / m 2. Drying was done by passing the paper through an impregnation trough.
Then it was dried in a hot air duct with additional radiant heating to a residual moisture of 4.5%. A 55% aqueous solution of a low pressure melamine resin in a mass of 58 g / m 2 (resin solution) was applied to one side of the pre-impregnated paper with an application roller and then the paper was dried to a residual moisture content of 6.8%.
Example 5: A pre-impregnated paper obtained in accordance with Example 4 was provided on one side with a thermosetting phenolic resin adhesive in a mass of 40 g / m 2 and a melamine resin application was applied to the other paper side as in Example 4.
Example 6: The paper obtained according to Example 4 was hot-pressed onto a chipboard provided with a glue layer, and both this glue layer and the melamine resin application on the paper were cured in the course of this hot-pressing process. As glue, a heat-curing urea glue stretched with rye flour (degree of stretching 200; 100 parts by weight of urea glue resin, 100 parts by weight of rye flour, 100 parts by weight of water) containing ammonium chloride as the hardener was applied to the particle board.
The melamine-resin-coated papers obtained according to Examples 1 to 5 were then pressed onto a base in the customary hot-pressing technique and then subjected to the tests customary for determining the surface quality of pressed melamine-resin surfaces. The surface obtained according to Example 6 was examined analogously. There were the usual tests, in particular
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Steam test, crack test, hardening test, yellowing test, tests to determine the scratch resistance, chemical resistance and degree of gloss as well as tests to determine whether there is a sufficiently closed surface.
As a result, it was found that the properties of melamine resin surfaces as produced using the papers obtained as above corresponded entirely to the properties which are present with melamine resin surfaces which were produced using papers which were only coated with pure melamine resin.
In particular, it was also found that the surfaces produced with the papers designed according to the invention meet the requirements of DIN 53799.
PATENT CLAIMS:
1. Process for producing a melamine-resin-coated paper for the formation of hot-pressed, scratch-resistant surface layers on laminate plastics and wood-based materials, such as wood fiber boards, wood chipboards, plywood or.
Like., The paper is pre-impregnated with an at least 45% by weight solid resin solution of an aminoplast which is water-soluble in the still uncured state and contains urea resin, is dried and is further provided on at least one side with an application of an uncured water-soluble melamine resin which is also dried and in the course of the hot pressing process, in which the paper is connected to the substrate surface to be coated, a cured, scratch-resistant, chemically resistant, closed, under-flow
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Paper a solution of a urea resin or a urea-rich aminoplast, the degree of condensation of which is higher than that of the melamine resin intended to form the cover layer (s), and the resin uptake during the pre-impregnation is kept lower,
than is necessary for the formation of a resin film covering the surface of the paper, and in the course of the subsequent hot drying the moisture of the soaked paper is reduced to a value below 7%, preferably by means of hot air, and that the paper is applied after the water-soluble melamine resin has been applied a residual moisture between 5 and 10% is dried.
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