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Die
Erfindung betrifft ein Dekorpapier, das aus Zellstofffasern, Füllstoffen
und Pigmenten gebildet ist, wobei die Pigmente aus Titandioxid bestehen,
gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruches 1. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Verwendung
von Aluminiumsilikat als Füllstoff
zur Herstellung von Dekorpapier mit Zellstofffasern, mindestens
dem Füllstoff
und Pigmenten gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruches 6.
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Dekorpapiere
sind als qualitativ hochwertige Papierarten bekannt, die häufig zum
Bekleben von Holzoberflächen,
wie beispielsweise Spanplatten verwendet werden. Das Bedrucken derartiger
Dekorpapiere ermöglicht
das Zurvertügungstellen
von Holzplatten mit besonders dekorativen Oberflächen, wie beispielsweise einer
Holzmaserung oder dergleichen Druckmustern.
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Um
unter anderem einen Oberflächenschutz
für derartige
Dekorpapiere zur Verfügung
zu stellen, werden diese mit einer Kunstharzschicht imprägnierend
beschichtet. Hierfür
können
beispielsweise Melaminharze verwendet werden.
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Um
einen hohen Grad an Opazität,
also eine hohe Deckfähigkeit,
zu erhalten, weisen die Dekorpapiere bisher einen hohen Anteil an
Titandioxid von ca. 10-40 Ma- % neben Zellstofffasern und sonstigen
Additiven auf. Die hohe Opazität
des Dekorpapiers entsteht aufgrund des hohen optischen Brechungsindexes
des Titandioxids (TiO2) von 2,6. Ein derartiger
Brechungsindex liegt gegenüber
dem Brechungsindex von 1,5-1,6 von ande ren konventionellen Füllstoffen
relativ hoch, weshalb Titandioxid als Pigment bezeichnet wird.
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Ein
derart hoher Brechungsindex des Titandioxids zeichnet sich vorteilhaft
insbesondere an einer Grenzschicht zu der als Imprägnierharzschicht
ausgebildeten Kunstharzschicht mit einem Brechungsindex von ca.
1,5-1,6 aus, da in dieser Grenzschicht eine Brechungsindexdifferenz
von 1,1-1,1 besteht, welches zu einem hohen Grad an starken Lichtbrechungen
und Lichtreflexionen des einfallenden Lichtes führt. Demzufolge ist die Brechungsindexdifferenz
zwischen den Brechungsindizes des eigentlichen Dekorpapiers und
der darauf angebrachten Kunstharzschicht ein entscheidendes Maß für die Deckkraft
der in dem Dekorpapier verwendeten Pigmente. Auf diese Weise kann
beispielsweise vermieden werden, dass eine Oberfläche einer
Spanplatte unerwünschterweise
durch das auf sie aufgeklebte Dekorpapier und dessen Bedruckung
durchscheinen kann.
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Titandioxid
liegt üblicherweise
bei Dekorpapieren als sehr feines Pigment mit hoher Dichte und einer Korngröße von 0,1-0,5 μm vor. Aufgrund
dieser geringen Korngröße weist
Titandioxid ein schlechtes Retentionsverhalten während der Papierherstellung
auf, welches für
das Bestreben der Körner,
während
der Papierherstellung aus einem wässrigen Papierbrei im Rahmen
eines zwingend notwendigen Entwässerungsvorganges
mit auszuscheiden, also in eine Filtratphase überzugehen, und nicht in dem
zu bildenden Papier zu verbleiben, steht. Somit verbleibt nicht
der gesamte Titandioxidanteil während
des Entwässerungsvorganges
innerhalb des sich bildenden Papiers sondern wird in Teilen ausgeschieden.
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Ein
derartiges während
der Filtratphase ausscheidendes Titandioxid ist insbesondere aufgrund
der hohen Kosten, die mit der Anschaffung des Titandioxids verbunden
sind, unerwünscht.
Diese Kosten liegen im allgemeinen um das zwei- bis vierfache höher als
bei ähnlichen
vergleichbaren konventionellen Füllstoffen. Dies
wirkt sich auf die Herstellungskosten des Dekorpapieres aus.
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Demzufolge
liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Dekorpapier
zur Verfügung
zu stellen, dessen Inhaltsstoffe bei der Papierherstellung ein gutes
Retentionsverhalten und geringe Herstellungskosten unter Beibehaltung
einer hohen Opazität
aufweist. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung die Verwendung
von Aluminiumsilikat als Füllstoff
zur Herstellung von Dekorpapier mit gutem Retentionsverhalten und
geringen Herstellungskosten zur Verfügung zu stellen.
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Diese
Aufgabe wird stoffseitig durch die Merkmale des Patentanspruches
1 und verwendungsseitig durch die Merkmale des Patentanspruches
6 gelöst.
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Kerngedanke
der Erfindung ist es, dass bei einem Dekorpapier, welches aus Zellstofffasern,
Füllstoffen,
Additiven und Pigmenten gebildet ist, wobei die Pigmente aus Titandioxid
bestehen, als Füllstoffe
kalziniertes Aluminiumsilikat verwendet wird, welches gegenüber dem
Titandioxid ein Masseverhältnis
aus einem Bereich von 1 : 1 bis 1 : 50, vorzugsweise 1 : 10 bis
1 : 30 und noch bevorzugter von 1 : 24 einnimmt. Das kalzinierte
Aluminiumsilikat, welches anstelle von einem vierpozentigen Anteil
des Titandioxids verwendet wird, weist Körner mit einer großen Korngröße von 0,5-50 μm auf und
ist somit gegenüber
dem Titandioxid vergleichsweise grobkörnig. Dies wirkt sich vorteilhaft
auf das Retentionsverhalten einer Papiermasse, die zur Herstellung
des Dekorpapiers dient, aus, da aufgrund der großen Korngröße weniger Füllstoff-
und Pigmentkörner
in die wässrige
Filtratphase übergehen.
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Durch
die Ausbildung von eingeschlossenen Mikroluftkammern in dem kalzinierten
Aluminiumsilikat wird ein Füllstoff
verwendet, dessen Dichte gegenüber
der hohen Dichte des Titandioxids niedrig ist, nämlich im Bereich von 1,0-2,5
g/ml. Entgegen den bisherigen Angaben wird hierdurch ein Dekorpapier
mit hoher Opazität
erhalten, trotzdem ein Brechungsindex dieser Mikroluftkammern von
ca. 1,0 nicht oberhalb des Brechungsindexes von 1,5-1,6 einer das
Dekorpapier bedeckenden Kunstharzschicht, sondern unterhalb dieses Brechungsindexes
liegt.
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Vorzugsweise
ist der optische Brechungsindex der Kunstharzschicht gegenüber dem
Brechungsindex der in dem kalzinierten Aluminiumsilikat eingeschlossenen
Luft in einem Verhältnis
von 1,3 : 1,0 bis 1,7 : 1,0, vorzugsweise bei 1,5 : 1,0. Auf diese
Weise wird eine Brechungsindexdifferenz von 0,5 – 0,6 an der Grenzfläche zwischen
der Kunstharzschicht und dem kalzinierten Aluminiumsilikat erhalten.
Dies führt
zu einer hohen Deckkraft des Dekorpapiers und des darin verwendeten
kalzinierten Aluminiumsilikats. Demgegenüber weisen konventionelle Füllstoffe,
wie synthetisches Silikat, gefälltes
Calciumcarbonat etc. in der Regel einem Brechungsindex von etwa
1,5-1,6 auf, wodurch eine maximale Brechungsindexdifferenz von 0-0,1
entsteht.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
liegt ein Korngrößenverhältnis von
Körnern
des Titandioxids und Körnern
des kalzinierten Aluminiumsilikats in einem Bereich von 0,1 : 0,5
bis 0,5 : 50.
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Eine
Verwendung von Aluminiumsilikat als Füllstoff zur Herstellung von
Dekorpapier mit Zellstofffasern, Additiven, mindestens den Füllstoff
und dem als Pigmente vorliegenden Titandioxid zeichnet sich vorteilhaft
dadurch aus, dass das Masseverhältnis
von kalziniertem Aluminiumsilikat zu Titandioxid in dem Bereich von
1 : 1 bis 1 : 50, vorzugsweise in dem Bereich von 1 : 10 bis 1 :
30 und noch bevorzugter bei 1 : 24 eingestellt wird. Eine derartige
Einstellung des Masseverhältnisses
in Kombination mit der Auswahl der Körner des kalzinierten Aluminiumsilikats
mit Korngrößen aus
dem Bereich von 0,1 μm
bis 0,5 μm
ergibt nicht nur eine geringe Ausscheidung von Füllstoffen beziehungsweise Pigmenten
während
der Filtratphase bei der Herstellung des Dekorpapiers sondern auch
eine Kostenreduzierung während
der Dekorpapierherstellung aufgrund des geringeren erforderlichen
Anteils an Titandioxid. Aufgrund des hohen Weissgrades von 75-95
des kalzinierten Aluminiumsilikats wird Dekorpapier mit hohem Weissgrad
zur Verfügung
gestellt.
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Die
verwendeten Korngrößen von
0,5-50 μm
für das
kalzinierte Aluminiumsilikat sind nicht nur gegenüber den
Korngrößen der
Körner
des bisher verwendeten Titandioxids sondern auch gegenüber den
Körnern der
bisher verwendeten weiteren konventionellen Füllstoffe größer. Dies führt nachweislich zu einem besseren Retentionsverhalten
während
des Herstellungsprozesses.
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Im
Vergleich zu den bisher verwendeten weiteren konventionellen Füllstoffen
wird aufgrund der geringen Dichte des erfindungsgemäß verwendeten
kalzinierten Aluminiumsilikats bedingt durch das Brechungsgesetz
beim Übergang
von Medien mit einer höheren
Brechzahl, wie es die Kunstharzschicht aufweist, in ein Medium mit
einer geringeren Brechzahl, wie es bei den eingeschlossenen Luftkammern
des kalzinierten Aluminiumsilikats der Fall ist, eine Brechung der
einfallenden Lichtstrahlen mit teilweiser Totalreflektion die zu
einer höheren
Deckkraft des Dekorpapiers führt,
welches das kalzinierte Aluminiumsilikat enthält, erzielt.
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Vorteilhaft
werden die eingeschlossenen Luftkammern des kalzinierten Aluminiumsilikats
während
des Herstellungsprozesses von Dekorpapier nicht zerstört.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungsformen
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Vorteile
und Zweckmäßigkeiten
sind der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung
zu entnehmen. Hierbei zeigen:
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1 in
einer schematischen Darstellung das Brechungsverhalten von auf ein
erfindungsgemäßes Dekorpapier
fallende Lichtstrahlen;
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2 in
einem Diagramm Messwerte für
den Weissgrad und den Helligkeitswert des erfindungsgemäßen Dekorpapiers
und eines herkömmlichen
Dekorpapiers, und
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3 in
einem Diagramm die Opazität
verschiedener Kunstharzsysteme in einer Vergleichsdarstellung.
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Der 1 ist
eine schematische Darstellung des Brechungsverhaltens von auf ein
erfindungsgemäßes Dekorpapier
fallenden Lichtstrahlen 1, 2 zu entnehmen. Das
erfindungsgemäße Dekorpapier 3 beinhaltet unter
anderem als Füllstoff
kalziniertes Aluminiumsilikat mit einer Mehrzahl von eingeschlossenen
Mikroluftkammern 4, die aufgrund ihrer speziellen Form
zusätzlich
eine Art Linsenwirkung gegenüber
Lichtstrahlen aufweisen.
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Das
Dekorpapier 3 ist mit einer Kunstharzschicht 5,
vorrangig aus Melaminharz, oberseitig abgedeckt. Unterseitig wird
das Dekorpapier beispielsweise durch eine hier nicht gezeigte Holzplatte,
auf welcher das Dekorpapier aufgeklebt ist, abgedeckt.
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Der
in 1 gezeigten Darstellung ist deutlich zu entnehmen,
dass die einfallenden Lichtstrahlen 2 an einer Grenzfläche zwischen
der Kunstharzschicht 5 mit einem Brechungsindex von 1,5
und dem das kalzinierte Aluminiumsilikat enthaltenen Dekorpapier 3 mit
den Mikroluftkammern 4 mit einem Brechungsindex von 1,0 sowohl
eine Totalreflektion 2a als auch eine Brechung 2b erfahren.
Zusätzlich
finden Reflektionen und Brechungen innerhalb der Mikroluftkammern
statt.
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In 2 werden
in zwei Diagrammen in einer Vergleichsdarstellung zwischen einem
herkömmlichen Dekorpapier
und dem erfindungsgemäßen Dekorpapier
Messwerte für
den erzielten Weissgrad und den erzielten Helligkeitswert L dargestellt.
In dem Diagramm 10 ist der erzielte Weissgrad eines herkömmlichen
Dekorpapiers 11, welches als Pigment und Füllstoff
zu 100 % Titandioxid beinhaltet, und eines erfindungsgemäßen Dekorpapiers
dargestellt. Es handelt sich in beiden Fällen um bereits verpresstes
Papier.
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Wie
der Darstellung gemäß dem Diagramm 10 deutlich
zu entnehmen ist, weist das erfindungsgemäß hergestellte Dekorpapier 12,
in welchem 4 Ma- % des Titandioxids gemäß dem herkömmlichen Dekorpapier 11 durch
das kalzinierte Aluminiumsilikat ersetzt sind, nach dem Aufbringen
auf Holz und anschließendem
Verpressen mit Melaminharz einen geringfügig geringeren Weissgrad gegenüber dem
herkömmlichen
Dekorpapier, welches zu 100 % Titandioxid als Pigment und Füllstoff
verwendet, auf.
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Demgegenüber ist
der Helligkeitswert gemäß dem Diagramm 13 bei
dem erfindungsgemäßen Dekorpapier 15 höher als
bei dem herkömmlichen
Dekorpapier 14 mit analoger Harzbehandlung.
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Das
herkömmliche
Dekorpapier 11, 14 zeichnet sich dadurch aus,
dass TiO2 ausschließlich als anorganische Komponente
in der Papiermasse, bestehend aus Kurzfaserzellstoffen, Langfaserzellstoffen,
und TiO2 verwendet wird. Demgegenüber weist
das erfindungsgemäße Dekorpapier
eine Papiermassezusammensetzung aus Kurzfaserzellstoffen, Langfaserzellstoffen,
TiO2, kalzinierten Aluminiumsilikat, 4%-igem
Nadawin und NaHO3 auf. Der Aschegehalt beträgt 30-31
Ma- %.
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Das
kalzinierte Aluminiumsilikat umfasst 4 Ma- % der zugemischten anorganischen
Komponenten. 96 Ma- % der zugesetzten anorganischen Komponenten
werden durch das Titandioxid abgedeckt.
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Das
verwendete kalzinierte Aluminiumsilikat weist folgende Daten auf:
| Weissgrad
(ISO): | 75-95 |
| Korngrößebereich
(Sedigraph): | 0,5-50 μm |
| Dichte: | 1,0-2,5
g/ml |
| Chem.
Hauptbestandteile: | Al2O3 und SiO2 |
| Glühverlust: | 0,15
Ma- % |
| Feuchtigkeit | 0,20
Ma- % |
| Ölzahl | 65
ml/100 g |
| Schüttgewicht | 310
g/Liter |
| Siebrückstand
nass > 45 μ | 0,045
Ma- % |
| pH-Wert | 6,0 |
| BET | 4,9m
27g |
| L* | 97,02 |
| a* | 0,01 |
| b* | 2,44 |
| SiO2 | 55,3
Ma- % |
| Al2O3 | 42,2
Ma- % |
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Die
Dekorpapierblattbildung wird mit einem Laborblattbildner herkömmlicher
Art in Anlehnung an DIN 54358 durchgeführt. Eine Laminierung mit derartigen
Dekorpapieren findet auf Möbelholzplatten
statt. Zu Vergleichszwecken wird jeweils eine Dekorpapierplatte
herkömmlicher
Art und der erfindungsgemäßen Art
auflaminiert.
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Sowohl
der Weissgrad als auch der Helligkeitswert sind in diesem Fall als
relatives Maß für die Deckkraft
des Papiers zu betrachten. Denn würde das Dekorpapier schlecht
decken, dann würde
die dunkelfarbige Holzplatte durch das Dekorpapier hindurch scheinen
und einen geringen Weissgrad bewirken. Da jedoch bei dem erfindungsgemäßen Dekorpapier
der Weissgrad weiterhin sehr hoch im Vergleich zum herkömmlichen Dekorpapier
ist und der Helligkeitswert sogar noch gesteigert werden kann, weist
das erfindungsgemäße Dekorpapier
einen hohen Deckungsgrad auf.
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In 3 werden
in einem Diagramm die Opazitätswerte
von verschiedenen Kunstharzsystemen in einer Vergleichsdarstellung
wiedergegeben. Hierbei handelt es sich um ein Modellsystem für kunstharzgebundene
Systeme, dass heißt
Füllstoffe
sind in einer Harzmatrix aus Acryllack eingebunden. Als Kunstharz
wird ein Acryllack mit einem Brechungsindex von 1,4 verwendet. Bestandteile
der Kunstharzsysteme sind der Acryllack, je ein Pigment oder ein
Extender mit 10 Ma- % und ein Strichgewicht von ca. 50 g/m2.
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Um
die Opazität
der verschiedenen Kunstharzsysteme mit anorganischen Komponenten
herkömmlicher
und erfindungsgemäßer Art
zu bestimmen, werden Monofarben mit einem 150 μm Rakel auf BYK-Gardner Kontrastkarten
aufgerakelt. Eine Bestimmung der Opazität findet anschließend in
Anlehnung an DIN 13300 statt.
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Der
graphischen Darstellung 20 sind Opazitätswerte für die Kunstharzsysteme, welche
ausschließlich Titandioxid
als anorganische Komponente (Bezugszeichen 21), ausschließlich kalziniertes
Aluminiumsilikat als anorganische Komponente (Bezugszeichen 22),
ausschließlich
kalziniertes Kaolin gemäß einem
Beispiel 1 und einem Beispiel 2 (Bezugszeichen 23 und 24)
und ausschließlich
synthetische Extender gemäß einem
ersten und zweiten Beispiel (Bezugszeichen 25 und 26)
beinhalten, dargestellt.
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Nach
einer Trocknung der Gemische wurde die Opazität bestimmt. Hierbei zeigte
sich deutlich, dass die Deckkraft des erfindungsgemäßen kalzinierten
Aluminiumsilikats gemäß Bezugszeichen 22 eine
deutlich höhere
Opazität
gegenüber
den weiteren konventionellen Füllstoffen
aufweist. Einzig allein gegenüber
der Harzmatrix mit 100 % Titandioxid als Füllstoff bzw. Pigmente werden
geringere Opazitätswerte
erreicht.
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Sämtliche
in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich
beansprucht, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem
Stand der Technik neu sind.
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- 1,
2
- Lichtstrahlen
- 2a
- reflektierte
Lichtstrahlen
- 2b
- gebrochene
Lichtstrahlen
- 3
- Dekorpapier
- 4
- Mikroluftkammern
- 5
- Kunstharzschichten
- 10
- Weissgrad-Diagramm
- 11,
14
- herkömmliches
verpresstes Papier
- 12,
15
- erfindungsgemäßes verpresstes
Papier
- 13
- Helligkeitswert-Diagramm
- 20
- Opazitäts-Diagramm
- 21,
23, 24, 25, 26
- Harzmatrix
mit herkömmlichen
Füllstoffen
-
- bzw.
Pigmenten
- 22
- Harzmatrix
mit erfindungsgemäßen Füllstoff.