CH623095A5

CH623095A5 - Process for producing a multi-ply composite paper

Info

Publication number: CH623095A5
Application number: CH694077A
Authority: CH
Inventors: Masateru Tokuno
Original assignee: Rengo Co Ltd
Priority date: 1976-06-08
Filing date: 1977-06-06
Publication date: 1981-05-15
Also published as: DE2725200A1; NZ184302A; JPS604319B2; CA1053045A; DE2725200C2; GB1539496A; NL174075B; SE7706286L; AT361774B; IT1083816B; AU2576177A; FR2354415B1; AU505856B2; SE426961B; ATA399577A; NL7706141A; JPS52152506A; FR2354415A1; NL174075C

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein mehrlagiges zusammengesetztes Papier, das Cellulosefasern und ein thermoplastisches synthetisches Harz in Form eines Flächengebildes aufweist, sowie auf ein Verfahren zur Herstellung dieses Papiers.

Die verschiedensten zusammengesetzten Papiere, die Kunstharzpulver, Kunstfasern usw. enthalten und zu Flächengebilden geformt sind, sowie Verfahren zur Herstellung derartiger Papiere sind bekannt. Weder diese Papiere noch diese Verfahren sind aber ein kommerzieller Erfolg. Weil ein thermoplastisches Harz auf der Papieroberfläche frei liegt, sind die betreffenden bekannten zusammengesetzten Zellstoffpapiere unbefriedigend hinsichtlich der Schreibeigenschaften, der Bedruck-barkeit und der Kalandrierwirkung. Einer der wichtigsten der Faktoren, die eine allgemeine technische Anwendung der bekannten zusammengesetzten Papiere verhindert haben, besteht darin, dass bei der Befreiung der nassen Papierschicht auf einem Filz in einer Nasspresse von Wasser im Laufe der Herstellung von zusammengesetztem Papier das in der feuchten Papierschicht enthaltene Kunstharz dazu neigt, an der Oberfläche des Filzes zu haften. Somit ist es schwierig, den beschmutzten Filz zu reinigen, und dies trifft besonders dann zu, wenn Kunstharzpulver eingemischt worden sind. Sollte ferner bei einer anschliessenden Trockenstufe die Oberflächentemperatur des Trockenzylinders über den Schmelzpunkt des Kunstharzes erhöht werden, so würde das Kunstharz schmelzen und an der Oberfläche des Zylinders kleben. Daher ist es notwendig, die Oberflächentemperatur des Trockenzylinders herabzusetzen, aber dadurch wird die Trocknungsgeschwindigkeit verringert und in einem kontinuierlichen Papier-herstellungsprozess die Gesamtproduktionskapazität im Vergleich zur Herstellung von herkömmlichem Zellstoffpapier wesentlich herabgesetzt. Dies führt zu höheren Produktionskosten und anderen Nachteilen.

Es ist auch bekannt, diese Haftung des Kunstharzes zu verhindern, indem man die Oberfläche des Trockenzylinders z.B. mit Polytetrafluoräthylen oder Silikonharz beschichtet, aber die Wirkung einer solchen Behandlung ist nicht ganz befriedigend.

Ziel der Erfindung ist es, ein mehrlagiges zusammengesetztes Papier zur Verfügung zu stellen, das nicht die obengenannten Nachteile hat und technisch brauchbar und wirtschaftlich ist. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung eines solchen verbesserten zusammengesetzten Papiers.

Die Erfindung bezieht sich somit auf ein Verfahren zur Herstellung eines mehrlagigen zusammengesetzten Papiers, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man eine Trägerschicht herstellt, die Cellulosefasern und ein thermoplastisches Harz enthält, wobei die Menge des thermoplastischen Harzes mindestens 15 Gew.-%, bezogen auf das Gesamttrockengewicht der Fasern und des Harzes, ausmacht, dass man eine äussere Schicht aus Cellulosefasern herstellt, die in einer Bahnbildungsstufe in Sandwichanordnung auf mindestens einer Seite der Trägerschicht gebildet wird, und dass man die resultierende zusammengesetzte Bahn unter Erhitzen auf eine Temperatur nicht unter dem Erweichungspunkt des thermoplastischen Harzes presst.

Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein mehrlagiges zusammengesetztes Papier, das nach dem genannten Verfahren hergestellt ist.

Im folgenden werden besondere Ausführungsarten diskutiert. Die als Hauptkomponente des erfindungsgemässen mehrlagigen zusammengesetzten Papiers dienenden Cellulosefasern können-beliebige Materialien sein, die herkömmlicherweise für die Herstellung von Zellstoffpapier verwendet werden, wie gewöhnlicher Holzzellstoff, Linterszellstoff, kurze Rayonstapelfasern, Leinenfasern usw.; für die Zwecke der Erfindung kann auch Altpapierzellstoff verwendet werden.

Das in die Trägerschicht des erfindungsgemässen mehrlagigen zusammengesetzten Papiers einzumischende thermoplastische Harz kann z.B. Polyäthylen, Polypropylen, Polyäthylen-terphthalat, Polyamid, Polyvinylalkohol, Polyvinylchlorid, Polystyrol oder ein Acrylharz sein; dieses Harz kann nicht nur in fasriger oder stückiger Form verwendet werden, sondern auch in anderen feinzerteilten Formen.

Die in die Trägerschicht einzumischende Menge des thermoplastischen Harzes ist nicht geringer als 15 Gew.-%, bezogen auf das gesamte Trockengewicht von Cellulosefasern und Harz, und liegt vorzugsweise im Bereich von 20 bis 50 Gew.-%, bezogen auf die gleiche Basis. Wenn die Menge dieses thermoplastischen Harzes geringer als 15 Gew.-% ist, ist es unmöglich, die Ziele der Einmischimg des Harzes, z.B. die verbesserte Kohäsion, Nassfestigkeit und Wasserfestigkeit, die verbesserten physikalischen Eigenschaften im trockenen Zustand und andere Eigenschaften, zu erzielen. Bei einer Zugabemenge von mehr als 50 Gew.-% des Harzes können unerwünschte Ergebnisse, wie Verschlechterung der Wasserabsorption, der Luftdurchlässigkeit und der Durchlässigkeit für Feuchtigkeit, nicht vermieden werden.

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Das Flächengewicht der Trägerschicht liegt zweckmässig im Bereich von 150 bis 800 g/m2. Geringere Flächengewichte werden angewandt, wenn die Produkte für Wellpappe, Tapeten, Dachpappe und andere Zwecke verwendet werden sollen, während höhere Flächengewichte, z.B. von ca. 700 g/m2, für Anwendungen verwendet werden, bei denen das Papier durch Heisspressen verformt wird.

Die äussere Schicht, die in einer Bahnbildungsstufe auf mindestens einer Seite der Trägerschicht angebracht wird, ist eine Schicht aus Cellulosefasern, welchen kein synthetisches Harz beigemischt wurde, und deren Flächengewicht im Bereich von 20 bis 50 g/m2 liegen kann. Wenn das Flächengewicht der äusseren Schicht geringer als 20 g/m2 ist, blutet das in der Trägerschicht enthaltene synthetische Harz auf die äussere Schicht aus und haftet an der Oberfläche des Trockenzylinders. Überdies ist es technisch schwierig, eine Schicht mit einem so geringen Flächengewicht herzustellen. Bei einem Flächengewicht von über 50 g/m2 hat das mehrlagige zusammengesetzte Papier nicht mehr die einzigartigen Eigenschaften, wobei insbesondere Verringerungen der Nassfestigkeit eintreten.

Um die äussere Schicht erfindungsgemäss in einer Bahnbildungsstufe auf der Trägerschicht anzubringen, können herkömmliche Bahnbildungsverfahren unter nassen Bedingungen angewandt werden. Somit werden die Schichten als Sandwichanordnung zwischen einem Paar von Filzen zusammenge-presst, um das Wasser zu entfernen, worauf die Anordnung mit Hilfe eines Trockenzylinders in der Wärme getrocknet wird.

Das getrocknete zusammengesetzte Flächengebilde wird dann unter Erhitzen auf eine Temperatur oberhalb des Erweichungspunktes des thermoplastischen Harzes, vorzugsweise auf eine Temperatur über dem Schmelzpunkt des Harzes, gepresst. Die Erhitzungstemperatur beträgt vorzugsweise 140 bis 180°C und der Druck vorzugsweise 20 bis 100 kg/cm2, und die Dauer liegt vorzugsweise im Bereich von 0,5 bis 10 Sekunden, z.B. im Falle von Polyäthylen. Diese Bedingungen können jedoch je nach der Art des Harzes, den Mischverhältnissen, dem Flächengewicht der Trägerschicht und der äusseren Schicht usw. gewählt werden. Wenn das Flächengewicht der Trägerschicht gering ist, kann ein Teil des Trockenzylinders verwendet werden, um die zusammengesetzte Bahn in der Hitze zu einem einheitlichen Flächengebilde zu pressen.

Es versteht sich natürlich, dass in die Trägerschicht und/

oder die äussere Schicht geeignete Mengen üblicher Füllstoffe eingemischt werden können und dass ein Pigment, ein Leim, ein Trockenfestigkeitsadditiv, ein Nassfestigkeitsadditiv usw. in die äussere Schicht eingemischt werden können.

Die Nassfestigkeit und die Abriebfestigkeit des erfindungsgemäss erhaltenen mehrlagigen zusammengesetzten Papiers haben die Neigung, geringer zu sein als die entsprechenden Eigenschaften eines vergleichbaren zusammengesetzten Papiers ohne eine äussere Schicht. Wenn es jedoch erforderlich ist, die Nasseigenschaften des Endproduktes zu verbessern, kann die Oberfläche der äusseren Schicht mit 5 bis 20 g/ m2 eines Oberflächenverstärkungsmittels, wie Polyäthylen, Polypropylen, Paraffin, Polyvinylalkohol, Polyvinylacetat o. dgl., durch Kalandrieren, auf der Streichpresse, mit einem Luftpinsel oder auf andere Weise beschichtet und getrocknet werden.

Um insbesondere die Nassfestigkeit des Produktes zu verbessern, ist es möglich, ein wärmehärtbares Harz, wie ein Melamin-Formaldehyd-Harz, ein Epichlorhydrinharz oder ein anderes Harz, in die Fasern, welche die äussere Schicht bilden, einzumischen.

Noch ausgeprägtere Effekte werden erhalten, wenn die obigen Behandlungen der äusseren Schicht beide in Kombination miteinander angewandt werden.

Da die äussere Schicht eine Schicht aus Cellulosefasern ist, welchen beim Auftragen auf die Trägerschicht kein synthetisches Harz beigemischt wurde, hat das Papier nicht den Nachteil, dass z.B. die Filze in der Bahnbildungsstufe mit dem synthetischen Harz beschmutzt werden, das aus der Zwischenschicht oder angrenzenden Schicht ausblutet, oder dass das Harz an der Oberfläche des Trockenzylinders haftet. Daraus folgt somit, dass die Trocknungstemperatur auf einen Wert erhöht werden kann, der normalerweise für das Trocknen von gewöhnlichem Zellstoffpapier angewandt wird, so dass die Papierherstellungsgeschwindigkeit oder Produktivität erhöht werden kann und sich Einsparungen der Produnktionskosten ergeben.

Das erfindungsgemässe mehrlagige Papier hat eine befriedigende Bedruckbarkeit, und es lässt sich besser kalandrieren und prägen als herkömmliche Zellstoffpapiere.

Das erfindungsgemässe mehrlagige zusammengesetzte Papier hat eine hervorragende Wasserfestigkeit, Durchlässigkeit für Feuchtigkeit und Oberflächenwasserabsorption sowie eine ausgezeichnete Formbeständigkeit unter der Einwirkung von Wasser.

Daher können die vorliegenden zusammengesetzten Papiere für die verschiedensten Anwendungen verwendet werden, z.B. als Verpackungsmaterialien, wie hochfeste Wellpappe, Kartons für Milch, Obstsaft und andere Flüssigkeiten, Kartons für gefrorene Nahrungsmittel, für Behälter, wie Tröge, Behälter für Nahrungsmittel für den Weiterverkauf, Picknickkoffer, Behälter für augenblicklich lösliche Nahrungsmittel bzw. für geformte Produkte, wie Teelöffel, Gabeln usw., als Materialien für Bauzwecke, wie Tapeten, Dachpappe usw., und für sterile Produkte.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung.

Beispiel 1

Gebleichter Kraftzellstoff wurde mit 30 Gew.-% kurzen Polyäthylenstapelfasern (Mitsui Zellabach Co., Ltd., SWP-E790, Erweichungspunkt 135°C, 1,6 mm lang), bezogen auf das Gesamtgewicht der trockenen Fasern, gemischt, worauf das Gemisch zu einer Bahn mit einem Flächengewicht von 200 g/m2 verarbeitet wurde. In der Bahnbildungseinrichtung wurde gebleichter Kraftzellstoff in verschiedenen Mengen auf eine Seite der obigen Bahn geschichtet, um Proben herzustellen.

Jedes der obigen Probenflächengebilde wurde auf eine mit einem Tetrafluoräthylenharz bedeckte Heizplatte mit einer Temperatur von 160°C gebracht und eine 1,2 mm dicke, mit Chrom plattierte Metallplatte auf das Probenflächengebilde gelegt. Nach einer Standzeit von 10 Minuten wurde eine Metallwalze mit 150 mm Durchmesser und einem Gewicht von 3,5 kg auf die obige Metallplatte gebracht und zweimal hin- und herbewegt, um die Haftung des synthetischen Harzes an der Metallplatte zu untersuchen. In diesem Test war die Belastung pro cm, die auf das Probenflächengebilde einwirkte, 1,75 kg/cm.

Ferner wurden die obigen Probenflächengebilde bei 160°C und 100 kg/cm2 5 Sekunden lang gepresst, worauf die Ringstauchfestigkeit der Probe nach der japanischen Norm JIS-P8126 bestimmt wurde.

Die Ergebnisse des obigen Tests sind in Tabelle I wiedergegeben.

Tabelle I

Flächengewicht der Haftung des Ringstauchfestigkeit

äusseren Schicht Harzes

(g Im2)

0 Stark haftend 4,65

10 Haftend 4,55

5

10

15

20

25

30

35

40

45

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55

60

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Tabelle 1 (Fortsetzung)

l-hchcngcwicht der

Haftung des

Ringstuuchkstigkeit

äusseren Schicht

Harzes

(gm2)

20

Nicht haftend

4,52

30

Nicht haftend

4,47

40

Nicht haftend

4,33

50

Nicht haftend

4,02

60

Nicht haftend

3,53

70

Nicht haftend

3,21

Wie aus Tabelle I ersichtlich ist, haftete das Harz an der Metallplatte, wenn das Flächengewicht der äusseren Schicht geringer als 20 g/m2 war; wenn das Flächengewicht der äusseren Schicht über 50 g/m2 betrug, trat ein starker Abfall der Ringstauchfestigkeit ein, so dass die Eigenschaften des mehrlagigen zusammengesetzten Papiers nachteilig beeinflusst wurden und das Produkt daher kommerziell von beschränktem Wert war.

Beispiel 2

Bei der Bildung des Probenflächengebildes mit einer äusseren Schicht mit einem Flächengewicht von 30 g/m2 nach Beispiel 1 wurde die äussere Schicht hergestellt, indem man 1 Gew.-% eines Polyamin-Epichlorhydrm-Harzes als Nass-festigkeitsadditiv in Zellstoffpapier einmischte (Einmischungsverfahren).

Andererseits wurde auf eine ähnliche äussere Schicht wie oben angegeben ein wässriger Doppellack, der ein Polyolefin-harz (Seitetsu Kagaku K.K., Zaiksen A) enthielt, in einer Menge von 10 g/m2 aufgebracht (Beschichtungsprozess). Ausserdem wurde ein Probeflächengebilde hergestellt, indem beide obige Behandlungen angewandt wurden.

Jedes der obigen Probeflächengebilde wurde unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 heissgepresst, worauf die Ringstauchfestigkeit der Probe wie in Beispiel 1 bestimmt wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle II wiedergegeben.

Tabelle II

Behandlung Ringstauchfestigkeit

Keine 4,47

Einmischung 4,59

Beschichtung 4,63

Einmischung und Beschichtung 4,77

Beispiel 3

Eine Trägerschicht wurde unter Verwendung von 80 Gew.-% gebleichtem Kraftzellstoff und 20 Gew.-% Polyäthylenfasern (gleich wie in Beispiel 1 verwendet) auf einer 1700 mm breiten, 6-Fach-Ultra-Former-Papiermaschine hergestellt, wobei eine äussere Schicht lediglich aus gebleichtem Kraftpapier gebildet wurde. Die resultierende mehrlagige Bahn mit einer Trägerschicht mit einem Flächengewicht von 290 g/m2, und einer äusseren Schicht mit einem Flächengewicht von 30 g/m2 wurde mit einem Trockenzylinder mit einer Oberflächentemperatur von 140°C verarbeitet. Die Geschwindigkeit der Papiermaschine betrug 80 m/Minute.

Die äussere Schicht des erzeugten Papiers wurde wie in Beispiel 2 am Kalander beschichtet. Zum Vergleich wurde ein mehrlagiges zusammengesetztes Papier ohne äussere Schicht hergestellt. Dieses Papier bestand lediglich aus der obigen Trägerschicht und hatte ein Flächengewicht von 350 g/m2. Wenn die Oberflächentemperatur des Trockenzylinders über 120°C betrug, haftete in diesem Falle das synthetische Harz an der Oberfläche des Zylinders. Daher wurde die Oberflächentemperatur des Trockenzylinders auf 115°C herabgesetzt, wodurch es jedoch erforderlich wurde, die Papiermaschinengeschwindigkeit auf 28 m/Minute herabzusetzen. Daher war im erfindungsgemässen Beispiel 3 die Produktivität des Verfahrens ca. dreimal höher als diejenige des Vergleichsverfahrens. Ferner trat keine Beschmutzung des Filzes ein, und das Papier konnte unter fast den gleichen Bedingungen hergestellt werden, wie sie bei der Herstellung von gewöhnlichem Zellstoffpapier angewandt werden. Die Eigenschaften dieser mehrlagigen zusammengesetzten Papiere sind in Tabelle III angegeben.

Wie aus Tabelle III ersichtlich ist, zeigt das behandelte Flächengebilde einige Verbesserungen gegenüber dem Vergleich, während das Flächengebilde ohne die Nachbehandlung von Beispiel 3 etwas schlechtere Eigenschaften hat.

Tabelle III

Beispiel 3

Vergleich

Ohne Nachbehandlung

Mit

Nachbehandlung

Flächengewicht (g/m2)

342

345

351

Berstfestigkeit (kg/cm2)

Trocken Nass

8,7 4,7

9,7 5,7

9,3 5,2

Ringstauchdruck (kg)

Trocken Nass

95,0 15,8

98,7 17,7

94,3 17,8

Reisslänge (km)

Trocken Nass

5,66 1,78

6,12 2,07

5,89 1,92

Wasserabsorption (%)

34,7

33,0

32,5

In der Tabelle bedeutet «trocken», dass die Testbahn nicht weniger als 24 Stunden lang bei 20°C und 65 % relativer Feuchtigkeit stehen gelassen wurde, während «nass» bedeutet, dass die Testbahn eine Stunde lang in Wasser von 20°C eingetaucht wurde. Die obigen Eigenschaften wurden nach Verfahren bestimmt, die den in der japanischen Norm JIS P8126 vorgeschriebenen analog sind. Der Wasserabsorptionswert bezeichnet die prozentuale Gewichtszunahme nach 24-stündi-gem Eintauchen in Wasser von 20cC, wobei das Trockengewicht als 100 angenommen wird.

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Claims

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1. Verfahren zur Herstellung eines mehrlagigen zusammengesetzten Papiers, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Trägerschicht herstellt, die Cellulosefasern und ein thermoplastisches Harz enthält, wobei die Menge des thermoplastischen Harzes mindestens 15 Gew.-%, bezogen auf das Gesamttrok-kengewicht der Fasern und des Harzes, ausmacht, dass man eine äussere Schicht aus Cellulosefasern herstellt, die in einer Bahnbildungsstufe in Sandwichanordnung auf mindestens einer Seite der Trägerschicht gebildet wird, und dass man die resultierende zusammengesetzte Bahn unter Erhitzen auf eine Temperatur nicht unter dem Erweichungspunkt des thermoplastischen Harzes presst.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man als thermoplastisches Harz Polyäthylen, Polypropylen, Polyäthylenterephthalat, Polyamid, Polyvinylalkohol, Polyvinylchlorid, Polystyrol oder ein Acrylharz verwendet.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man das thermoplastische Harz in f asriger Form verwendet.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man das thermoplastische Harz in Teilchenf orm verwendet.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass man das thermoplastische Harz in einer Menge im Bereich von 20 bis 50 Gew.-%, bezogen auf das Gesamttrockengewicht der Trägerschicht, verwendet.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass man die Komponenten der Bahn bei einer Temperatur nicht unter dem Schmelzpunkt des thermoplastischen Harzes presst.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschicht ein Flächengewicht im Bereich von 150 bis 800 g/m2 hat.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass man die äussere Schicht mit einem Nass-festigkeitsadditiv behandelt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass man auf jeder Seite der Trägerschicht eine äussere Schicht erzeugt.

10. Mehrlagiges zusammengesetztes Papier, hergestellt nach dem Verfahren nach Anspruch 1.