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Die
Erfindung betrifft ein Glassin-Substratpapier sowie ein Verfahren
zur Herstellung eines solchen Glassin-Substratpapiers.
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Glassinpapiere,
die manchmal auch als Silikonbasispapiere oder Releasepapiere bezeichnet werden,
werden für
die Herstellung von selbstklebenden Etiketten gebraucht. Sie weisen
eine Antihaftschicht auf, so daß sich
darauf mit ihrer Klebefläche aufgebrachte
selbstklebende Etiketten bei Bedarf ablösen lassen. Die Antihaftschicht
eines Glassinpapiers soll einerseits ein unbeabsichtigtes Ablösen eines
selbstklebenden Etiketts während
Transport oder Lagerung verhindern und andererseits Gewähr dafür bieten,
daß sich
das Etikett bei Bedarf leicht und ohne Beschädigung seiner Klebefläche ablösen läßt. Die
Antihaftschicht besteht üblicherweise
aus Silikon, das in flüssiger
Form auf ein Substratpapier aufgebracht und anschließend polymerisiert
wird.
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Glassin-Substratpapiere
werden als Halbzeuge an Etikettenhersteller geliefert, die in der
Regel selbst die Antihaftschicht darauf aufbringen, das Glassinpapier zuschneiden,
die Etiketten darauf aufbringen und das resultierende Produkt versandfertig zu
Rollen aufwickeln. Bei diesem Prozeß durchläuft das Glassinpapier nach
dem Aufbringen der Antihaftschicht eine etwa 80 m lange Trockenbahn
bei 180°C bis
200°C. Insbesondere
in dieser Trockenbahn und bei dem Aufwickeln zu Rollen ist das Glassinpapier starken
mechanischen Belastungen ausgesetzt, die es aushalten muß, ohne
zu reißen
oder zu brechen. Generell werden an Glassinpapiere und damit auch an
Glassin-Substratpapiere bedingt durch hohe Produktionsgeschwindigkeiten
von typischerweise 800 m/min hohe mechanische Anforderungen, beispielsweise
hinsichtlich der Mindestberstfestigkeit oder des Durchreißwiderstands,
gestellt.
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Da
Silikon relativ teuer ist, wird an ein Glassin-Substratpapier zusätzlich die
Forderung gestellt, eine möglichst
geringe Saugfähigkeit
zu haben, damit die Antihaftschicht möglichst kostengünstig unter Verwendung
einer möglichst
geringen Menge (in der Regel weniger als 0,3 g/m2)
an flüssigem
Silikon auf das Glassin-Substratpapier aufgebracht werden kann.
Diese Eigenschaft des Substratpapiers wird als "Silicon-Hold-Out"-Vermögen bezeichnet.
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Diese
Anforderungen (hohe mechanische Festigkeit und gutes "Silicon-Hold-Out"-Vermögen) werden
im Stand der Technik dadurch erfüllt,
daß als Faserstoff
ein hochwertiger holzfreier Zellstoff verwendet wird, der bei der
Herstellung des Substratpapiers in einem speziellen Kalander sehr
stark komprimiert und verdichtet wird. Bei der Herstellung kollabieren
die Zellstoffasern, so daß ein
Papier entsteht, das eine sehr geringe Porosität und hohe mechanische Belastbarkeit
hat. Ein auf diese Weise hergestelltes Glassin-Substratpapier weist
zudem eine hohe Transparenz von in der Regel etwa 50%, gemessen
nach DIN 53147, auf. Diese Transparenz wird bei der Etikettenherstellung
zur Steuerung der Produktionsprozesse mittels optischer Sensoren
genutzt, insbesondere um die korrekte Positionierung der Etiketten
auf dem Glassinpapier sicherzustellen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, einen Weg aufzuzeigen, wie ein Glassinpapier
und ein Glassin-Substratpapier, welche die Anforderungen an die mechanische
Festigkeit und das "Silicon-Hold-Out"-Vermögen erfüllen, kostengünstiger hergestellt
werden können.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch ein Glassin-Substratpapier, enthaltend, bezogen auf den Gesamtgehalt
von Fasern, einen Anteil von mindestens 20% Zellstoffasern und einen
Anteil von 30% bis 80% ligninhaltige Fasern. Die Aufgabe wird ferner
gelöst durch
ein Glassinpapier auf Basis eines solchen Glassin-Substratpapiers,
auf dem eine Antihaftschicht angeordnet ist, und durch ein Verfahren
zur Herstellung eines solchen Glassin-Substratpapiers.
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Die
vorliegende Erfindung ermöglicht
es, die hohen Kosten eines nach dem Stand der Technik aus Zellstoff
hergestellten Glassin-Substratpapiers zu einem erheblichen Teil
einzusparen und dennoch ein Glassin-Substratpapier zu erzeugen,
das den genannten Anforderungen genügt.
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Obwohl
Papiere mit einem hohen Anteil ligninhaltiger Fasern im allgemeinen
eine relativ geringe Dichte und eine offenporige Struktur haben
und sie deswegen als ungeignet zur Verwendung als Substrat-Basispapier
angesehen wurden, konnte im Rahmen der vorliegenden Erfindung festgestellt
werden, daß sich
bei Verwendung eines Anteils von 30 bis 80% ligninhaltiger Fasern
nicht nur ein mechanisch belastbares Glassin-Substratpapier herstellen
läßt, sondern
ein solches Glassin-Substratpapier ein so gutes Silicon-Hold-Out-Vermögen aufweist,
daß mit einem ökonomisch
akzeptablen Verbrauch an flüssigem
Silikon darauf eine Antihaftschicht aufgebracht werden kann.
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Ligninhaltige
Fasern sind wesentlich kostengünstiger
als Zellstoffasern. Sie sind beispielsweise in Holzfaserstoffen
und Altpapier enthalten. Für
ein erfindungsgemäßes Glassin-Substratpapier
sind als Quelle der ligninhaltiger Fasern insbesondere Holzfaserstoffe
geeignet. Ein besonders gut geeigneter Holzfaserstoff ist Holzschliff.
Für die
mechanischen Eigenschaften des Glassin-Substratpapiers ist es günstig, wenn
der Holzfaserstoff mindestens 5%, vorzugsweise mindestens 8% Faserlangstoffe
gemessen nach Bauer-MecNET, enthält.
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Im
Rahmen der Erfindung wurde festgestellt, daß für die mechanische Festigkeit
des Glassin-Substratpapiers nicht nur der gewählte Holzfaserstoff, sondern
auch die Auswahl des mit ihm zusammenwirkenden Zellstoffs von Bedeutung
ist. Am besten geeignet sind Langfaserzellstoffe oder ein Zellstoffgemische,
die überwiegend
(also zu mehr als 50%) besser mindestens 65% oder 85%, Langfaserzellstoff enthalten.
Ein geeigneter Langfaserzellstoff mit Faserlängen von 3 mm bis 4 mm läßt sich
beispielsweise aus Nadelhölzern
gewinnen. Dieser Zellstoff sollte einen Mahlgrad von mindestens
50°, vorzugsweise mindestens
60°, Schopper-Riegel haben.
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Erfindungsgemäße Glassin-Substratpapiere tendieren
dazu, etwas poröser
zu sein als aus Zellstoff hergestellte Glassin-Substratpapiere.
Nach dem Verdichten in einem Kalander sollte ein erfindungsgemäßes Glassin-Substrat papier
eine Dichte von mindestens 0,98 g/cm
2, vorzugsweise
mindestens 0,995 g/cm
2, haben. Bei einer
solchen Dichte läßt sich
durch Auftragen einer wirtschaftlichen Menge flüssigen Silicons eine Antihaftschicht
erzeugen. Eine Verbesserung des "Silicon-Hold-Out"-Vermögens läßt sich
dadurch erreichen, daß auf
das Glassin-Substratpapier eine Barriereschicht aufgebracht wird,
die dem Eindringen eines flüssigen
Silicons in das Glassin-Substratpapier entgegenwirkt. Als Material
für eine
solche Barriereschicht eignen sich beispielsweise Polypropylen,
Butadienstyrol oder ein anderer Kunststoff. Ein Glassin-Substratpapier mit
einer derartigen Barriereschicht ist aus der
US 6,210,767 bekannt, auf die hiermit
Bezug genommen wird.
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Ligninhaltige
Fasern bewirken eine erhöhte Lichtstreuung.
Deshalb weisen holzhaltige Papiere eine geringere Transparenz auf
als Papiere aus Zellstoff. In Fachkreisen wird von Glassin-Substratpapieren
routinemäßig eine
Transparenz von etwa 50%, gemessen nach DIN 53147, gefordert. Bei
der Konfektionierung selbstklebender Etiketten wird nämlich der
Vorschub des als Bahn vorliegenden Glassin-Papiers mittels optischer Sensoren gesteuert,
die in der Regel im Spektralbereich des sichtbaren Lichts sensitiv
sind.
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Im
Rahmen der Erfindung wurde festgestellt, daß die Transparenz ligninhaltiger
Glassin-Papiere unter Berücksichtigung
der erfindungsgemäßen Lehre
für derartige
Verfahren ausreicht, insbesondere wenn bei der Konfektionierung
der Etiketten auf dem Glassinpapier Maschinen mit Infrarotsensoren
eingesetzt werden. Ein solcher Infrarotsensor besteht aus einem
Infrarot-Sender und einem Infrarot-Empfänger, zwischen denen das Glassin-Papier
hindurchgeführt
wird. Befindet sich ein Etikett auf dem Glassin-Papier, so wird
das Infrarot-Licht des Senders zu einem erheblichen Anteil absorbiert
und es gelangt nur ein wesentlich geringerer Anteil zu dem Empfänger als
dies der Fall ist, wenn sich an der betrachteten Stelle kein Etikett
auf dem Glassin-Papier befindet. Besonders gut geeignet sind Infrarotsensoren, die
im nahen infraroten Spektralbereich, insbesondere im Wellenlängenbereich
von ... bis ... arbeiten.
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Obwohl
erfindungsgemäße Glassin-Substratpapiere
wegen der ligninhaltigen Fasern naturgemäß eine geringere optische Transparenz
im Spektralbereich des sichtbaren Lichts haben, ist deren Einsatz
nicht auf Maschinen mit Infrarotsensoren beschränkt. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der
Erfindung kann durch Tränken
mit einer transparenzerhöhenden
Flüssigkeit
ein hochwertiges Glassin-Substratpapier hergestellt werden, das
sich auch hinsichtlich der Transparenz mit Glassin-Substratpapieren
aus Zellstoff messen läßt.
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Als
Tränkflüssigkeit
sind in erster Linie Flüssigkeiten
geeignet, die neben der erforderlichen die Transparenz erhöhenden Wirkung
die Eigenschaft haben, relativ schwer flüchtig zu sein, so daß sie über längere Zeiträume im getränkten Glassin-Substratpapiers
verbleiben. Des weiteren sollte die Tränkflüssigkeit klar sein, wobei ein
leichter (beispielsweise gelblicher) Farbstich unschädlich ist,
da er den Einsatz der beim Herstellungsprozess von Etiketten üblicherweise
verwendeten optischen Sensoren nicht behindert.
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Ein
wichtiger Punkt ist, daß die
Tränkflüssigkeit
bei Raumtemperatur nicht unbedingt flüssig sein muß. Papier
wird im Rahmen seiner Herstellung erhöhten Temperaturen (teilweise
mehr als 80°C)
ausgesetzt, so daß die
Tränkung durchaus
auch bei vergleichbaren erhöhten
Temperaturen stattfinden kann. Es genügt deshalb, wenn die Tränkflüssigkeit
bei den beim Tränkvorgang
herrschenden Temperaturen flüssig
ist. Im Hinblick auf einen bei Raumtemperatur niedrigeren Druck
und damit eine höhere
Beständigkeit
der Tränkflüssigkeit
im getränkten
Substratpapier, kann es sogar vorteilhaft sein, wenn die Tränkflüssigkkeit
bei Raumtemperatur nicht flüssig
ist.
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Als
Tränkflüssigkeit
werden bevorzugt Öle, insbesondere
fette Öle
verwendet. Der Begriff Öl
ist in diesem Zusammenhang so zu verstehen, daß davon auch Ölmischungen
erfaßt
sind. Besonders kostengünstig
sind pflanzliche Öle,
beispielsweise Rapsöl.
Es ist aber nicht erforderlich, daß die Tränkflüssigkeit ausschließlich aus Öl besteht.
Insbesondere bei Verwendung pflanzlicher Öle wird der Tränkflüssigkeit
bevorzugt ein Konservierungsmittel zugesetzt, das die Beständigkeit
der Tränkflüssigkeit
erhöht.
Um ein Ranzigwerden eines pflanzlichen Öls zu verhindern, eignen sich
als Konservierungsmittel insbesondere Antioxidanzien.
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Es
schadet nicht, wenn die Tränkflüssigkeit in
geringem Umfang auch einige flüchtige
Bestandteile enthält,
die nach dem Tränkvorgang
aus dem Papier ausdünsten
können.
Wichtig ist lediglich, daß eine
hinreichende Menge an Tränkflüssigkeit
in dem Glassin-Substratpapier verbleibt, so daß eine Transparenz erhöhende Wirkung über hinreichend
lange Zeit gegeben ist.
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Weitere
Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand eines Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf die beigefügte
Figur erläutert. Die
darin dargestellten und hier beschriebenen Besonderheiten können einzeln
oder in Kombination verwendet werden, um bevorzugte Ausgestaltungen der
Erfindung zu schaffen.
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1 zeigt
ein Materialflußdiagramm
eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Das
in 1 dargestellte Diagramm verdeutlicht den Ablauf
des Herstellungsverfahrens eines Glassin-Substratpapiers. Das Glassin-Substratpapier
wird auf Basis einer Mischung verschiedener Faserstoffe hergestellt,
nämlich
aus Zellstoff und einem kostengünstigen
ligninhaltigen Faserstoff, wie Altpapier oder Holzfaserstoff. Bei
dieser Mischung sind ein Anteil von mindestens 20%, vorzugsweise mindestens
30%, der Fasern Zellstoffasern. Der Anteil der ligninhaltigen Fasern
beträgt
30% bis 80%, vorzugsweise 40% bis 70%. Auch mineralische Fasern,
Kunststofffasern oder Wollfasern können beigemischt werden. Der
verwendete Holzfaserstoff hat einen Mahlgrad von mindestens 70°, vorzugsweise mindestens
75°, besonders
bevorzugt mindestens 80° Schopper-Riegel.
Ein gut geeigneter und besonders kostengünstiger Holzfaserstoff ist
Holzschliff.
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Der
Holzfaserstoff enthält
einen Fein- und Feinststoffanteil von insgesamt 40% bis 60%, vorzugsweise
40% bis 55%, und einen Faserlangstoffanteil von mindestens 5%, vorzugsweise
mindestens 8%, besonders bevorzugt 10% bis 12%, gemessen jeweils
nach Bauer-MecNET. Der Splitteranteil des Holzfaserstoffs sollte
höchstens
0,4%, vorzugsweise höchstens
0,3%, gemessen nach Bauer-MecNET, betragen.
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Der
Zellstoff hat bevorzugt einen Mahlgrad von mindestens 50°, vorzugsweise
mindestens 60° Schopper-Riegel.
Am besten geeignet ist ein Langfaserzellstoff oder ein Zellstoffgemisch,
das zumindest überwiegend
aus Langfaser zellstoffen besteht. Ein Langfaserzellstoff mit Faserlängen von
3 mm bis 4 mm läßt sich
aus Nadelhölzern
gewinnen.
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Die
Komponenten Zellstoff 10, Holzfaserstoff 11 und
Altpapier 12 werden aufbereitet und zusammen mit chemischen
Hilfsmitteln 13 in einer Mischrinne 15 gemischt,
so daß eine
Fasersuspension entsteht. Die chemischen Hilfsmittel 13 umfassen
Stärke (z.B.
Perlbond 980S) und ein Bindemittel, bevorzugt eine wässrige Dispersion
eines Polymers auf Basis von Acrylsäureester und Styrol (z.B. Acronal
DS 2375X von BASF). In einer Mischbütte 16 wird anschließend ein
Naßfestmittel 17 zugesetzt.
Bei dem Naßfestmittel 17 kann
es sich um ein in Wasser gelöstes
Polymer auf Basis von Polyamidoamin und Chlorepoxypropan handeln
(z.B. Luresin KTU von BASF). Als weiteres Hilfsmittel kann Alaun
zugesetzt werden.
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Dem
aus der Bütte 16 ablaufenden Stoffstrom
wird Verdünnungswasser 18 zugeführt. Danach
gelangt er über
einen Dekulator 19 und einen Vertikalsichter 20 in
einen Stoffauflauf 21. Dabei werden zur Verbesserung der
mechanischen Eigenschaften des Glassin-Substratpapiers Leimstoffe
zugesetzt, beispielsweise ein Harzleim (z.B. RAISIZE A40 von Raisio
Chemicals GmbH) oder/und ein synthetischer Leim, bevorzugt eine
wässrige
Dispersion eines Polymers auf Basis von Acrylsäureester und Styrol (z.B. BASOPLAST
265D von BASF).
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In
dem Stoffauflauf 21 wird die verdünnte Fasersuspension gleichmäßig auf
die volle Breite der zu erzeugenden Papierbahn verteilt. Unter Druck
strömt die
Suspension auf ein mit hoher Geschwindigkeit waagrecht laufendes
Sieb einer Siebpartie 22, wobei durch Ablagerung der Fasern
das Papier gebildet wird und der Großteil des Wassers durch das
Sieb abläuft.
Am Ende des Siebes können
Saugkästen und
eine Saugwalze für
weiteren Wasserabzug sorgen, bevor die vorgefestigte, aber noch
feuchte Papierbahn in eine mehrteilige Pressenpartie 22 einläuft, die
typischerweise etwa 4 bis 8 Walzen aufweist. In der Pressenpartie 22 wird
die Bahn mittels der Presswalzen verdichtet, weiter entwässert und somit
die Festigkeit gesteigert. Anschließend gelangt die Papierbahn
in eine Trockenpartie 24, die aus zahlreichen, in zwei
Reihen übereinanderliegenden Trockenzylindern
besteht. Die Trockenzylinder sind beheizt und sorgen für eine langsame
Trocknung der Papierbahn.
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Die
Papierbahn kann bereits im Anschluß an die Trockenpartie 24 zum
Erhöhen
ihrer Transparenz mit Tränkflüssigkeit
getränkt
werden. Bevorzugt erfolgt das Tränken
aber erst, nachdem die Papierbahn in einem Kalander 25 verdichtet
wurde. Aus dem Kalander 25 gelangt die verdichtete Papierbahn
in einen Rollenschneider 26, in dem die Bahn zu Rollen
aufgewickelt wird.
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Das
Tränken
mit Tränkflüssigkeit 27 erfolgt bevorzugt,
wie dargestellt, in oder unmittelbar vor dem Rollenschneider 26.
Wird nämlich
das Papier vor Eintritt in den Kalander 25 getränkt, so
hat dies den Nachteil, daß beim
Verdichten Tränkflüssigkeit wieder
aus dem Papier ausgepreßt
wird, so daß mehr
Tränkflüssigkeit
benötigt
wird und ausgepreßte Tränkflüssigkeit
aus dem Kalander abgeführt
werden muß.
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Die
Tränkflüssigkeit
wird bevorzugt auf die Papierbahn aufgesprüht, kann jedoch beispielsweise auch
mit einer gravierten Walze aufgebracht werden, die teilweise in
ein Bad aus Tränkflüssigkeit
eintaucht. Das Substratpapier nimmt bei dem Tränkvorgang bevorzugt mindestens
1 g/m2, besonders bevorzugt 2 bis 5 g/m2 Tränkflüssigkeit
auf. Hinsichtlich der Transparenz des Substratpapiers erhält man die besten
Ergebnisse, wenn das Substratpapier mit der Tränkflüssigkeit gesättigt ist.
Die Tränkflüssigkeit
besteht im wesentlichen aus einem fetten Öl, dem zur Erhöhung seiner
Haltbarkeit ein Konservierungsmittel zugesetzt ist. Besonders günstig sind
pflanzliche Öle,
wie beispielsweise Rapsöl,
denen als Konservierungsmittel ein Antioxidationsmittel zugesetzt
wurde.
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Das
auf die beschriebene weise hergestellte Glassin-Substratpapier ist
ein Halbzeug, das durch Aufbringen einer Antihaftschicht zu einem
Glassinpapier weiterverarbeitet wird. Die dem Fachmann bekannten
Verfahren zum Aufbringen einer Antihaftschicht auf ein Glassin-Substratpapier
aus Zellstoff können
auch zur Beschichtung des nach dem beschriebenen Verfahren hergestellten
Substratpapiers angewendet werden. Die Antihaftschicht kann auf
die übliche
Weise gebildet werden, indem flüssiges
Silikon auf das Glassin-Substratpapier aufgebracht wird, das unter
Einwirkung von Hitze oder UV-Strahlung polymerisiert.
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Das
nach dem beschriebenen Verfahren hergestellte Glassin-Substratpapier
hat eine Flächenmasse
von 50 bis 80, bevorzugt 55 g/m2 bis 65
g/m2 mit einer Feuchte von 4 Gew.% bis 8
Gew.%, bevorzugt 5 Gew.% bis 6 Gew.%. Etwa 70 Gew.% bis 90 Gew.%,
bevorzugt 80 Gew.% bis 88 Gew.% der Gesamtmasse beruhen auf den
im Papier enthaltenen Faserstoffen. Die transparenzerhöhende Wirkung der
Tränkung
des Glassin-Substratpapiers mit Tränkflüssigkeit ermöglicht es,
daß sich
die Anforderungen selbst dann erfüllen lassen, obwohl ein erheblicher Anteil
von 30% bis 80%, beovrzugt 40% bis 70%, der in dem Glassin-Substratpapier
enthaltenen Fasern ligninhaltige Fasern sind.
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Ein
konkretes Ausführungsbeispiel
des Glassin-Substratpapiers hat eine Flächenmasse von 60 g/m2 und eine Feuchte von 5,60 Gew.%. Es enthält 30 Gew.%
Zellstoff und 54 Gew.% Holzschliff. Zur Erhöhung seiner Transparenz ist
es mit 3 g/m2 Rapsöl getränkt. Bei seiner Herstellung
wurden für
jeweils 100 kg Substratpapier die folgenden Mengen an chemischen
Hilfsstoffen eingesetzt: 4,781 kg Perosol 8, 2,989 kg Basoplast
265D, 7,171 kg Alaun, 0,6 kg Perlbond 980S, 1,315 kg Natronlauge,
4,781 kg Acronal 2375, 3,587 kg Luresin KNU.
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Zur
Herstellung eines Glassinpapiers aus dem Glassin-Substratpapier
wird dieses mit einer Barriereschicht versehen, die dem Eindringen
des anschließend
aufgebrachten flüssigen
Silikons in das Glassin-Substratpapier entgegenwirkt. Die Barriereschicht
kann beispielsweise aus Polypropylen bestehen und ebenso wie das
flüssige
Silikon auf das Glassin-Substratpapier aufgesprüht werden.