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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 einem im noch ungehärteten Zustand wasserlöslichen Harnstoffharz oder einem im noch ungehär- teten Zustand wasserlöslichen harnstoffreichen Aminoplast vorimprägniert wird, getrocknet wird 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 Oberflächenbe- schichtungen 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 Papiere 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 Harnstoffharze 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 Harzstoffharz 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. Sowohl hinsichtlich dieses Problems als auch hinsichtlich der Tränkungs- bzw.
Beschichtungs- und Trocknungsprozesse des zu beschichtenden Papiers ergaben sich bei der praktischen Durchführung der bekannten Vorschläge Schwierigkeiten, die einer allgemeinen Einführung dieser Vorschläge im Wege standen, wobei sich häufig eine starke Tendenz zum Vermischen des Vorimprägnierharzes mit der Melaminharzdeckschicht zeigte.
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. Gleichzeitig soll auch eine rasche und problemlose Durchführbarkeit der Tränkungsprozesse gewährleistet sein.
Das erfindungsgemässe Verfahren eingangs erwähnter Art ist dadurch gekennzeichnet, dass zur Vorimprägnierung des Papiers eine Lösung eines Harnstoffharzes oder eines harnstoffreichen Aminoplastes, 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
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erforderlich ist und die folgende Heisstrocknung der Vorimprägnierung so lange 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,
dass das Papier nach dem darauffolgenden Auftragen des wasserlöslichen Melaminharzes auf eine zwischen 5 und 10% liegende Restfeuchte getrocknet wird, und dass die zur Vorimprägnie- rung dienende Harzlösung weniger als 45% Masse Festharz enthält.
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 Melamin- harz beschichtetem Papier erhalten werden.
Es ist dabei besonders bemerkenswert, dass beim Heiss- pressvorgang, bei dem ein Fliessen des Melaminharzes erfolgt, weder ein Auswandern des im Papier befindlichen Harnstoffharzes an die melaminharzbeschichtete Oberfläche eintritt noch Bindungs- mängel der Melaminharzdeckschichten zum Papiersubstrat in Erscheinung treten, da das Melamin- harz bis in die Faserstruktur des Papiers reicht und demgemäss die Melaminharzdeckschicht, die die Eigenschaften der hergestellten Oberflächenschichten hinsichtlich Kratzfestigkeit sowie hinsicht- lich chemischer und thermischer Beständigkeit bestimmt, durch das Fasergefüge des Papiers ver- stärkt ist, so dass eine allenfalls vorhandene Sprödigkeit von Melaminharzen nicht nachteilig zur
Auswirkung kommt.
Durch die vorgesehene Konzentration der Vorimprägnierungslösung ergibt sich eine gute und schnelle Penetration des Vorimprägnierungsharzes in das Papier, wodurch der Be- triebsablauf beim Tränken gefördert wird, und es kann durch den vorgesehenen höheren Kondensa- tionsgrad des Vorimprägnierharzes eine rasche Vorhärtung dieses Harzes während des Trocknungsvor- ganges erreicht werden.
Hinsichtlich der Kondensationsgraddifferenz zwischen dem Vorimprägnierungsharz und dem
Deckschichtmelaminharz wird dabei hier verstanden, dass die Viskosität einer Lösung des Vor- imprägnierungsharzes, welche die gleiche Harzkonzentration und die gleiche Temperatur wie eine
Vergleichslösung des Deckschichtmelaminharzes besitzt, grösser ist als die Viskosität der letzteren.
Der Gefahr eines Vermischens des Harnstoffharzes bzw. des harnstoffreichen Aminoplasts, aus dem die Vorimprägnierung des Papiers besteht, mit dem zur Bildung der Deckschichten dienen- den Melaminharz wird dadurch, dass man das aus einem Harnstoffharz oder einem harnstoffreichen
Aminoplast bestehende Vorimprägnierungsharz mindestens soweit härtet, dass es in einer Beschich- tungslösung des aufgetragenen Melaminharzes praktisch nicht mehr löslich ist, wirksam begegnet.
Durch letztere Massnahme wird ebenso wie durch den höheren Kondensationsgrad des Vor- imprägnierharzes einem Auswandern des Vorimprägnierharzes in die Melaminharzdeckschicht entgegen- gewirkt und auch die für die Deckschichten erforderliche Harzmenge vermindert, da so ein Absacken von Melaminharz in das Innere des Papiers im Zuge des Heisspressvorganges weitestgehend ausge- schaltet ist.
Es ist günstig, wenn man beim erfindungsgemässen Verfahren vorsieht, dass im Zuge der der
Vorimprägnierung folgenden Heisstrocknung, welche vorzugsweise mittels Heissluft ausgeführt wird, die Feuchtigkeit des Papiers auf einen unter 7% liegenden Wert herabgemindert wird. Vorzugsweise wird dabei bei Heisslufttrocknung das mit dem Vorimprägnierharz getränkte Papier bis auf eine zwischen 2 und 6% liegende Restfeuchte getrocknet.
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 zugewandten Seite die Härtung des Vorimprägnierungsharzes zusätzlich fördert. Vorzugsweise sieht man dabei eine Trocknung auf eine Feuchte von 16% oder weniger vor ; ein bevorzugter Bereich ist zwischen 10 und 13% Feuchte.
Es ist weiters zweckmässig, dass das Papier im zweiten Trocknungsvorgang, der auf den Melaminharzauftrag folgt, auf eine zwischen 6 und 8% liegende Restfeuchte getrocknet wird.
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Es ist günstig, wenn die Konzentration der Vorimprägnierungslösung je nach Art des zu be- schichtenden Papiers auf einen zwischen 20 und 45, vorzugsweise zwischen 35 und 45 %-Masse liegen- den Festharzgehalt eingestellt wird. Ein Arbeiten in diesem Bereich ist hinsichtlich der Penetration der Harzlösung auch bei geringerer Saugfähigkeit des Papiers günstig und es kann bei diesen
Harzlösungskonzentrationen auch eine ausreichende Harzaufnahme des Papiers erzielt werden.
Um einen möglichst klar definierten Kondensations- und Härtungsvorgang der Vorimprägnie- rung zu erhalten, wird vorteilhaft ein reines Harnstoff-Formaldehyd-Kondensat zur Vorimprägnierung eingesetzt.
Man kann zur Vorimprägnierung aber auch vorteilhaft ein mit Melaminharz versetztes Harn- stoff-Formaldehyd-Kondensat verwenden, wobei der Kondensationsgrad des noch melaminharzfreien
Harnstoff-Formaldehyd-Kondensats höher ist als jener des Melaminharzes.
Gewünschtenfalls kann man auch zur Vorimprägnierung mit Plastifizierungsmitteln, wie z. B.
Caprolactam, Saccharose, Glykolen, Polyhydroxyverbindungen u. dgl., versetztes Harnstoffharz oder harnstoffreichen Aminoplast verwenden.
Das Verhältnis des Anteils des zur Vorimprägnierung aufgetragenen Harzes zum Anteil des für die Bildung der Deckschicht vogesehenen Melaminharzauftrages wird zweckmässig bei beidseitigem Deckschichtauftrag zwischen 1 : 2 und 3 : 2, vorzugsweise zwischen 5 : 6 und 6 : 5, gewählt.
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 Auftragswalzen 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 Auftragswalzen und anschliessendes Tauchen der Papierbahnen und Abstreifen oder Abquetschen des überschüssiges Harzes vorzunehmen und den Melaminharzauftrag auf das mit Harnstoffharz bzw. harnstoffreichen Aminoplast getränkte und getrocknete Papier mit Auftragswalzen 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 Saugfähigkeitsunterschiede 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 beschichtende Substrat aufgetragen wird. Es ist aber auch möglich, einen heiss härtenden Kleber auf das Papier auf der vom Melaminharzauftrag abgewandten Papierseite aufzutragen.
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung näher erläutern, ohne dass diese jedoch hierauf beschränkt sein soll.
Beispiel 1 : Ein weisses Dekorpapier mit einem Flächengewicht von 95 g/m2, einem Aschegehalt von 36%, einer Saughöhe nach Klemm von 26 mm, einer Glätte nach Bekk unterseitig 40 s und oberseitig 70 s sowie einer Luftdurchlässigkeit von 260 l/min (Normtest) wurde von der Unterseite her mit einem Harzauftrag versehen, wobei der Harzauftrag über eine in ein Harzbad eintauchende
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Auftragswalze erfolgte und die Papierbahn sodann schwimmend über das Harzbad geführt wurde.
Anschliessend wurde die Papierbahn in das Harzbad getaucht, über Abquetschwalzen geführt und gelangte schliesslich in den Trockenkanal.
Das Harzbad bestand aus einer Lösung eines handelsübli- chen Harnstoff-Formaldehyd-Kondensationsproduktes mit einem Molverhältnis von 1 : 2, 2, das auf einem Festharzgehalt von 22, 5 %-Masse verdünnt worden war und Äthanolamin-Hydrochlorid als
Härter enthielt. Das so eingestellte Harzbad wies eine Viskosität von 12, 2 DIN-s (4 mm Auslaufdüse) auf. Durch diese Einstellung wurde gewährleistet, dass bei einer Vorschubgeschwindigkeit der Pa- pierbahn von 26 m/min vom Punkt des Harzauftrages durch die Auftragswalze bis zum Tauchen des Papiers in das Harzbad eine vollständige Penetration des Harzes in das Papier erfolgen konnte.
Durch Einstellen des gegenseitigen Andrucks der Abquetschwalzen hatte das getränkte Papier vor dem Trocknen ein Gewicht von 255 g/m*, das entspricht einer vom Harzauftrag herrührenden Trän- kung von 37, 9 %-Masse Festharz, bezogen auf das Gewicht des Rohpapiers. Die getränkte Papierbahn wurde durch einen Heissluftkanal schwebend hindurchgeführt und bei einer Temperatur der Heissluft von etwa 155 C auf eine Restfeuchte von 3, 5% getrocknet. Das Papier war nun mit einem Harnstoff- harz vorimprägniert und das Vorimprägnierharz hatte einen Vorhärtungsgrad, der es in der nach- folgenden, als Deckschichtauftrag vorgesehenen Melaminharzlösung praktisch unlöslich machte.
Die
Papierbahn wurde dann über eine weitere Harzauftrageinrichtung geführt, in der sie beidseitig mit einer wässerigen Lösung eines handelsüblichen Melamin-Formaldehyd-Kondensationsprodukts versehen wurde. Diese Lösung war auf einen Festharzgehalt von 50 %-Masse eingestellt, wies dabei eine Viskosität von 14, 8 DIN-s auf (4 mm Auslaufdüse) und enthielt daneben noch einen Härter auf Basis p-Toluolsulfonsäure-Morpholin, ein Netzmittel und ein Trennmittel. Dieser Deckharzauftrag wurde so eingestellt, dass nach Durchgang durch einen weiteren Trockenkanal ein Melaminharzauftrag von 67 g Festharz/m'vorlag. Die Trocknung im zweiten Trockenkanal wurde so vorgenommen, dass schliesslich eine Restfeuchte im fertigen Papierfilm von 7, 3% vorlag.
Beispiel 2 : Ein Dekorpapier mit einem Flächengewicht von 120 g/m2, einer Saughöhe nach Klemm von 28 mm und einem Aschegehalt von 28% wurde mit einer wässerigen Lösung eines Harnstoff-Formaldehyd-Tränkharzes mit einem Molverhältnis von 1 : 2, 05 vorimprägniert. Die Lösung des Vortränkharzes war dabei auf einen Festharzgehalt von 41, 5 %-Masse eingestellt und enthielt Ammonchlorid als Härter. Die Viskosität der Lösung des Vorimprägnierharzes betrug 14, 5 DIN-s (4 mm Auslaufdüse).
Die Vorimprägniereinrichtung war so eingestellt, dass bei einem Papiervorschub von 23 m/min das Harz vollständig in das Papier penetrierte und nach Durchgang durch einen Heisslufttrockenkanal, in dem die vorimprägnierte Papierbahn auf einem Restfeuchtegehalt von 4, 5% getrocknet wurde, ein Gewicht des vorimprägnierten und getrockneten Papierfilmes von 195 g/m2 vorlag, was einem Harzauftrag von 55 %-Masse Festharz, bezogen auf das Rohpapiergewicht entsprach. Hierauf wurde der vorimprägnierte Papierfilm mit einem beidseitigen Auftrag einer 54%igen Lösung eines handelsüblichen Melaminharzes, welches neben den für Kurztaktverpressung ohne Rückkühlung üblichen Härterzusatz noch Netz- und Trennmittel enthielt, versehen.
Die Papierbahn wurde sodann neuerlich einer Heisslufttrocknung bis auf eine Restfeuchte von 7, 2% unterzogen und wies schliesslich einen Melaminharzauftrag von 65 %-Masse, bezogen auf das Gewicht des Rohpapiers, auf.
Beispiel 3 : Ein Dekorpapier mit einem Flächengewicht von 75 g/m2, einem Aschegehalt von 29%, einer Glätte von 60 s (nach Bekk), einer Saughöhe nach Klemm von 30 mm und einer Luftdurchlässigkeit von 250 ml/min wurde mit einem Formaldehyd-Harnstoff-Melamin-Kondensationsprodukt mit einem Molverhältnis von 2, 3 : 0, 85 : 0, 15 vorimprägniert. Hiefür wurde die Tränklösung des Vorimprägnierharzes auf einen Festgehalt von 35 %-Masse eingestellt und wies dabei eine Viskosität von 13, 5 DIN-s (4 mm Auslaufdüse) auf.
Zur Gewährleistung eines Vorhärtungsgrades des Vorimprägnierharzes, der eine Lösung des Vorimprägnierharzes im nachfolgenden Melaminharz praktisch unmöglich macht, enthielt die Lösung des Vorimprägnierharzes einen Härterzusatz von 0, 6 %-Masse Äthanolamin-Hydrochlorid, bezogen auf Festharz und wurde die getränkte Papierbahn auf eine Restfeuchte von 4, 2% in einem Heisslufttrockenkanal getrocknet. Nach dem Verlassen des ersten Trockenkanals wies der vorimprägnierte Papierfilm einen Harzauftrag von 57 %-Masse Festharz des Vor- imprägnierharzes auf.
Das so vorimprägnierte Papier wurde nun mit einem Deckharzauftrag einer wässerigen Lösung eines handelsüblichen Melaminharzes mit einem Festharzgehalt von 50, 5 %-Masse,
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welche die üblichen Zusätze an Härter, Netz- und Trennmittel enthielt, in der Weise versehen, dass auf die, nach der nachfolgenden Verpressung als Aussenschicht dienende Papierseite 31 g Festharz/m2 und auf die als Klebeschicht dienende Papierseite 10 g Festharz/m2 aufgebracht wurde.
Nach dem Aufbringen des als Deckschicht dienenden Melaminharzes wurde die Papierbahn wieder
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halt von 32%, eine Saughöhe nach Klemm von 30 mm und eine Glätte von 70 s (nach Bekk) aufwies, wurde mit einer 38,5 %-Masse Festharz enthaltenden Lösung eines Harnstoff-Formaldehyd-Tränkharzes vorimprägniert. Die Lösung dieses Vortränkharzes enthielt einen Härter auf der Basis eines Amino- hydrochlorids und hatte eine Viskosität von 15 DIN-s (4 mm Auslaufdüse). Bei einer Papiervorschub- geschwindigkeit von 20 m/min, war die Vorimprägniereinrichtung so eingestellt, dass das Harz voll- ständig in das Papier penetrierte, und das Papier nach Verlassen der Vorimprägnierung 40 %-Masse
Festharz aufgenommen hatte.
Das vorimprägnierte Papier wurde nun zwischen zwei beiderseits der
Papierbahn angeordneten Strahlungstrocknern mit einer Heizleistung von 180 kW hindurchgeführt.
Dabei erfolgte eine Trocknung auf einen Restfeuchtegehalt von 12%. Durch diese Trocknung erfolgte eine Vorhärtung des Vorimprägnierharzes, die so weit ging, dass das Vorimprägnierharz in der zur nachfolgenden Beschichtung vorgesehenen Melaminharzlösung praktisch nicht mehr löslich war.
Das vorimprägnierte Papier wurde dann durch eine Lösung eines handelsüblichen Melaminharzes mit einem Festharzgehalt von 52, 5 %-Masse und den üblichen Zusätzen an Härtern, Netz- und Trenn- mittel hindurchgeführt, anschliessend einer Heisslufttrocknung unterworfen und dabei auf eine Rest- feuchte von 7% getrocknet. Das Papier wies schliesslich einen beidseitigen Melaminharzauftrag von
70 %-Masse, bezogen auf das Gewicht des Rohpapiers, auf.
Beispiel 5 : Es wurde analog Beispiel 3 vorgegangen, wobei aber nach dem Trocknen der Vor- imprägnierung lediglich auf eine Seite des Papierfilmes, nämlich auf die nach der bestimmungsge- mässen nachfolgenden Verpressung als Aussenschicht dienende Papierseite, ein Melaminharzauftrag aufgebracht wurde. Hiebei wurde wieder ein Harzauftrag von 31 g Festharz/m2 vorgesehen und danach die Papierbahn auf eine Restfeuchte von 7% getrocknet. Der so erhaltene Papierfilm 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 Heiss- pressvorganges ausgehärtet.
Als Leim wurde dabei zuvor ein mit Roggenmehl gestreckter, heisshärten- der Harnstoffleim' (Streckungsgrad 200 ; 100 Teile Harnstoff-Formaldehyd-Kondensat, 100 Teile Roggen- mehl, 100 Teile Wasser), der Ammonchlorid als Härter enthielt, auf die Holzspanplatte aufgetragen.
Die gemäss den Beispielen 1 bis 4 erhaltenen melaminharzbeschichteten Papiere wurden an- schliessend 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 5 erhaltene Oberfläche untersucht. Es wurden dabei die üblichen Tests, insbesondere Wasserdampftest, Risstest, Topftest, 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 imprägniert waren. Insbesondere konnte auch festgestellt werden, dass die mit den erfindungsgemäss ausgebildeten Papieren hergestellten Oberflächen den Forderungen von DIN 53799 genügen.
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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 wood fiber boards, particle board, plywood or the like, the paper being pre-impregnated with a urea resin which is water-soluble in the still uncured state or a urea-rich aminoplast which is water-soluble in the still uncured state. is dried and further at least on one side with an application of a water-soluble in the uncured state
Melamine resin is provided, which is also dried and which forms a cured, scratch-resistant, chemically resistant, closed surface layer while flowing in the course of the hot pressing process, in which the paper is connected to the substrate surface to be coated.
Melamine resin-coated papers, the melamine resin application of which forms a cured surface layer in the course of a hot pressing process in which the paper is connected to the substrate surface to be coated, are widely used for the production of surface coatings, and they are used primarily in connection with layered materials made from Phenolic resin paper can be built up, as well as for the production of cover layers on fibreboard and chipboard, if decorative surface layers are to be created.
The use of such melamine-resin-coated papers results in surface layers that are easily scratch-resistant to the usual stresses that occur in household and office use and that 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 for surface coating, the surface of which suffers from such stresses and which, particularly with regard to scratch resistance, are significantly inferior to the surface layers produced on the basis of melamine-resin-coated papers.
The use of the melamine resins, which, as mentioned, results in highly stressable 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. A replacement of the melamine resins with urea resins, which are less expensive to use Are available and also have good optical properties, encountered great difficulties due to the moisture sensitivity of hardened urea resins. Even when mixtures of urea resins and melamine resins are used to produce surface layers of the type in question here, there is a considerable drop in quality compared to surface layers formed on the basis of pure melamine resins.
In order to significantly reduce the resin costs in the production of melamine-resin-coated papers while maintaining cover layers made of pure melamine resin, known proposals provide for the papers to be subjected to a pre-impregnation with a resin-resin or with a urea-melamine-mixed resin and then the papers thus impregnated with To provide top layers of melamine resin. The problem that arises is that migration of the urea resin into the melamine resin cover layer must be effectively countered in order to prevent deterioration in the cover layer quality. This problem as well as the impregnation or
Coating and drying processes of the paper to be coated resulted in difficulties in the practical implementation of the known proposals, which stood in the way of a general introduction of these proposals, often showing a strong tendency to mix the pre-impregnation resin with the melamine resin top layer.
It is now an object of the invention to provide a method of the type mentioned at the outset in which the pre-impregnation results in substantial savings in top layer resin and in which the risk of the pre-impregnation resin migrating into the top layer is eliminated. At the same time, the impregnation processes should be carried out quickly and easily.
The inventive method 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 top layer (s), and the resin absorption during the pre-impregnation are used for the pre-impregnation of the paper is kept lower than to form a resin film covering the surface of the paper
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is necessary and the subsequent hot drying of the pre-impregnation is 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 afterwards,
that after the subsequent application of the water-soluble melamine resin, the paper is dried to a residual moisture of between 5 and 10%, and that the resin solution used for pre-impregnation contains less than 45% by weight of solid resin.
By means of the measures according to the invention, the above-mentioned objective can be met well, and surface layers whose surface layers can be obtained with this paper
Properties are equivalent to surface layers that 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, neither the urea resin in the paper migrates to the melamine-resin-coated surface, nor does the binding of the melamine-resin cover layers to the paper substrate appear, since the melamine resin extends into the fiber structure of the paper and, accordingly, the melamine resin top layer, which determines the properties of the surface layers produced 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 that may be present is not disadvantageous to
Impact comes.
The intended concentration of the pre-impregnation solution results in a good and quick penetration of the pre-impregnation resin into the paper, which promotes the process of soaking, and the higher degree of condensation of the pre-impregnation resin allows a quick pre-hardening of this resin during the drying pre-treatment. ganges can be reached.
Regarding the degree of condensation between the pre-impregnation resin and the
Here, top layer melamine resin is understood to mean that the viscosity of a solution of the pre-impregnation resin which has the same resin concentration and the same temperature as a
Comparative solution of the top layer melamine resin has, is greater than the viscosity of the latter.
The risk of mixing the urea resin or the urea-rich aminoplast, from which the pre-impregnation of the paper is made, with the melamine resin used to form the cover layers is avoided by making this from a urea resin or a urea-rich material
Aminoplast existing pre-impregnation resin hardens at least to such an extent that it is practically no longer soluble in a coating solution of the applied melamine resin.
The latter measure, as well as the higher degree of condensation of the pre-impregnation resin, counteracts migration of the pre-impregnation resin into the melamine resin cover layer and also reduces the amount of resin required for the cover layers, since the melamine resin largely sinks into the interior of the paper in the course of the hot pressing process is switched off.
It is advantageous if one provides in the process according to the invention that in the course of the
Pre-impregnation following hot drying, which is preferably carried out by means of hot air, the moisture of the paper is reduced to a value below 7%. In the case of hot air drying, the paper impregnated with the pre-impregnating resin is preferably dried to a residual moisture of between 2 and 6%.
The hot air drying, which, as is known per se, can be carried out by passing the fast-running paper web through a drying channel, results in an advantageous combination of the desired partial hardening of the pre-impregnation resin with the progress of the drying, the water content being one for the pre-hardening 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 in the case of hot air drying, since the radiation action on the side facing the radiator additionally promotes the hardening of the pre-impregnation resin. It is preferable to dry to a moisture content of 16% or less; a preferred range is between 10 and 13% moisture.
It is furthermore expedient that the paper is dried to a residual moisture of between 6 and 8% in the second drying process that follows the melamine resin application.
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It is advantageous if the concentration of the pre-impregnation solution, depending on the type of paper to be coated, is adjusted to a solid resin content of between 20 and 45, preferably between 35 and 45%, by weight. Working in this area is favorable with regard to the penetration of the resin solution even with less absorbency of the paper, and it can with these
Resin solution concentrations can also achieve sufficient resin uptake of the paper.
In order to obtain a clearly defined condensation and hardening process for the pre-impregnation, a pure urea-formaldehyde condensate is advantageously used for the pre-impregnation.
However, a urea-formaldehyde condensate mixed with melamine resin can advantageously also be used for pre-impregnation, the degree of condensation of which is still melamine resin-free
Urea-formaldehyde condensate is higher than that of the melamine resin.
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.
The ratio of the proportion of the resin applied for the pre-impregnation to the proportion of the melamine resin application provided for the formation of the top layer is expediently chosen between 1: 2 and 3: 2, preferably between 5: 6 and 6: 5, when applying the top layer on both sides.
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 immersion, and if necessary, excess resin can be squeezed off or stripped off after the respective application process.
It has proven 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 following examples are intended to explain the invention in more detail, but without restricting it to them.
Example 1: A white decorative paper with a basis weight of 95 g / m2, an ash content of 36%, a suction height after clamping of 26 mm, a smoothness according to Bekk on the underside 40 s and 70 s on the top and an air permeability of 260 l / min (standard test ) was applied from the bottom with a resin application, the resin application via an immersion in a resin bath
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Applicator roller was carried out and the paper web was then floating over the resin bath.
The paper web was then immersed in the resin bath, passed over squeeze rollers and finally reached the drying tunnel.
The resin bath consisted of a solution of a commercially available urea-formaldehyde condensation product with a molar ratio of 1: 2.2 which had been diluted to a solid resin content of 22.5% by weight and ethanolamine hydrochloride as
Hardener contained. The resin bath set in this way had a viscosity of 12.2 DIN-s (4 mm outlet nozzle). This setting ensured that a complete penetration of the resin into the paper could take place at a feed speed of the paper web of 26 m / min from the point of resin application through the application roller until the paper was immersed in the resin bath.
By adjusting the pressure of the squeeze rollers against each other, the soaked paper had a weight of 255 g / m * before drying, which corresponds to an impregnation of 37.9% by weight of solid resin, based on the weight of the base paper. The impregnated paper web was suspended through a hot air duct and dried at a hot air temperature of about 155 ° C. to a residual moisture of 3.5%. The paper was now pre-impregnated with a urea resin and the pre-impregnation resin had a degree of pre-hardening which made it practically insoluble in the subsequent melamine resin solution intended as a top layer application.
The
The paper web was then passed over another resin application device, in which it was provided on both sides with an aqueous solution of a commercially available melamine-formaldehyde condensation product. This solution was adjusted to a solid resin content of 50% by weight, had a viscosity of 14.8 DIN-s (4 mm outlet nozzle) and also contained a hardener based on p-toluenesulfonic acid morpholine, a wetting agent and a release agent. This covering resin application was adjusted in such a way that a melamine resin application of 67 g solid resin / m 'was present after passing through a further drying tunnel. The drying in the second drying channel was carried out in such a way that there was finally a residual moisture of 7.3% in the finished paper film.
Example 2: A decorative paper with a basis weight of 120 g / m2, a suction height after clamping of 28 mm and an ash content of 28% was pre-impregnated with an aqueous solution of a urea-formaldehyde impregnating resin with a molar ratio of 1: 2.05. The solution of the pre-impregnation resin was adjusted to a solid resin content of 41.5% by weight and contained ammonium chloride as the hardener. The viscosity of the solution of the pre-impregnating resin was 14.5 DIN-s (4 mm outlet nozzle).
The pre-impregnation device was set so that at a paper feed of 23 m / min the resin penetrated completely into the paper and after passing through a hot air drying duct in which the pre-impregnated paper web was dried to a residual moisture content of 4.5%, a weight of the pre-impregnated and dried paper film of 195 g / m2 was present, which corresponded to a resin application of 55% by mass of solid resin, based on the raw paper weight. The pre-impregnated paper film was then coated on both sides with a 54% solution of a commercially available melamine resin which, in addition to the hardener additive usual for short-cycle pressing without recooling, also contained wetting agents and release agents.
The paper web was then again subjected to hot air drying to a residual moisture of 7.2% and finally had a melamine resin application of 65% by weight, based on the weight of the base paper.
Example 3: A decorative paper with a basis weight of 75 g / m2, an ash content of 29%, a smoothness of 60 s (according to Bekk), a suction height after clamping of 30 mm and an air permeability of 250 ml / min was treated with a formaldehyde Pre-impregnated urea-melamine condensation product with a molar ratio of 2.3: 0, 85: 0, 15. For this, the impregnation solution of the pre-impregnation resin was adjusted to a solids content of 35% by weight and had a viscosity of 13.5 DIN-s (4 mm outlet nozzle).
To ensure a degree of pre-hardening of the pre-impregnating resin, which makes it practically impossible to dissolve the pre-impregnating resin in the subsequent melamine resin, the solution of the pre-impregnating resin contained a hardener additive of 0.6% by mass of ethanolamine hydrochloride, based on solid resin, and the impregnated paper web was subjected to a residual moisture content of 4 , 2% dried in a hot air drying duct. After leaving the first drying tunnel, the pre-impregnated paper film had a resin application of 57% by mass of solid resin of the pre-impregnating resin.
The paper thus pre-impregnated was then coated with a top coat of an aqueous solution of a commercially available melamine resin with a solid resin content of 50.5% by weight.
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which contained the usual additions of hardener, wetting agent and release agent in such a way that 31 g solid resin / m2 was applied to the paper side serving as the outer layer after the subsequent pressing and 10 g solid resin / m2 was applied to the paper side serving as the adhesive layer.
After the application of the melamine resin serving as a top layer, the paper web became again
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hold of 32%, a suction height after clamping of 30 mm and a smoothness of 70 s (according to Bekk), was pre-impregnated with a solution of a urea-formaldehyde impregnating resin containing 38.5% by mass of solid resin. The solution of this pre-impregnation resin contained a hardener based on an amino hydrochloride and had a viscosity of 15 DIN s (4 mm outlet nozzle). At a paper feed speed of 20 m / min, the pre-impregnation device was set so that the resin penetrated completely into the paper, and the paper 40% mass after leaving the pre-impregnation
Solid resin had taken up.
The pre-impregnated paper was now between two on both sides of the
Radiation dryers arranged with a heating power of 180 kW are passed through the paper web.
It was dried to a residual moisture content of 12%. As a result of this drying, the pre-impregnation resin was pre-hardened to such an extent that the pre-impregnation resin was practically no longer soluble in the melamine resin solution intended for the subsequent coating.
The pre-impregnated paper was then passed through a solution of a commercially available melamine resin with a solid resin content of 52.5% by weight and the usual additions of hardeners, wetting agents and release agents, then subjected to hot air drying and thereby to a residual moisture content of 7%. dried. The paper finally showed a two-sided melamine resin application
70% mass, based on the weight of the base paper.
Example 5: The procedure was analogous to Example 3, but after the pre-impregnation had dried, only a melamine resin application was applied to one side of the paper film, namely to the paper side serving as the outer layer after the intended pressing. A resin application of 31 g solid resin / m2 was again provided and the paper web was then dried to a residual moisture of 7%. The paper film thus obtained 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 a glue, a heat-curing urea glue stretched with rye flour (degree of stretching 200; 100 parts urea-formaldehyde condensate, 100 parts rye flour, 100 parts water), which contained ammonium chloride as a hardener, was previously applied to the chipboard.
The melamine-resin-coated papers obtained according to Examples 1 to 4 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 5 was examined analogously. The usual tests, in particular water vapor test, crack test, pot test, hardening test, yellowing test, tests for determining the scratch resistance, chemical resistance and degree of gloss as well as tests for determining whether an adequately closed surface was present were carried out.
As a result, it was found that the properties of melamine resin surfaces, as produced using the paper obtained as above, corresponded entirely to the properties which are present for melamine resin surfaces which were produced using papers which were impregnated only 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.
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