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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch
1 zur Herstellung einer Papier- oder Pappebahn unter Verwendung
einer Sprühbeschichtungstechnik,
einer Strahlbeschichtungstechnik, die auch als Strahldüsenbeschichtungstechnik
bekannt ist, oder einer Vorhangbeschichtungstechnik.
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Papier-
und Pappeblätter
werden unter zu Hilfenahme verschiedener Techniken, von denen jede
ihre Vorteile und Nachteile aufweist, gestrichen bzw. beschichtet.
Sprüh-,
Strahl- und Vorhangbeschichtungstechniken haben gemeinsam, dass
die Beschichtungsmasse dadurch auf die Oberfläche der behandelten Bahn aufgebracht
wird, dass es der Beschichtungsmasse erlaubt wird, sich frei innerhalb des
Raums zu verteilen, welcher durch die Zuführöffnung der Auftragsvorrichtung
und die Bahnoberfläche
beschrieben ist. Folglich wird die Beschichtungsmasse nicht durch
Drücken
auf die Oberfläche
der Bahn bewegt, sondern sie kann sich vielmehr in beliebiger Weise
gemäß ihrer
relativ niedrigen kinetischen Energie auf der Bahn ausbreiten. Weil
die Oberflächenglätte und
die Porenfreiheit der aufgebrachten Beschichtung im Bezug auf die
Beschichtungsqualität
erforderliche Faktoren sind, sollte die Beschichtungsmasse gleichmäßig über die
gesamte behandelte Oberfläche
verteilt werden. Bis zum jetzigen Zeitpunkt ist versucht worden,
eine gute Verteilfähigkeit
durch Einstellen der Viskosität
und des Feststoffgehalts der Beschichtungsmasse einzustellen, und
zwar in Anbetracht der Tatsache, dass diese Parameter einen starken
Einfluss auf das Verhalten eines Beschichtungsmassetropfens oder
-films auf der Oberfläche
des unbeschichteten Papiers bzw. Rohpapiers haben. Es wurde jedoch
herausgefunden, dass nichtsdestotrotz einige Beschichtungsfarben
oder Rohpapierqualitäten
rauere Beschichtungen oder kleine Poren in der Beschichtung erzeugen. Solche
Beschichtungen zerstören
das Druckergebnis, weil diese Defekte es erlauben, dass die Druckerfarbe
in das poröse
und absorbierende Rohpapier eindringt, wodurch es der Farbe erlaubt
wird, sich über
einen breiteren Bereich zu verteilen als eigentlich gewünscht. Dadurch
wird der Druck verschwommen.
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Dieses
Problem ist besonders beim Sprühbeschichten
schwierig zu umgehen, weil sich dort die einzelnen Tropfen in Kontakt
miteinander verteilen sollten, um eine ausreichend gleichförmige Beschichtung
zu bilden.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu schaffen,
welches in der Lage ist, die Verteilung der Beschichtungsmasse bei
Aufbringtechniken zu verbessern, die auf der freien Verteilung der
Beschichtungsmasse auf der Oberfläche der Bahn während ihrer
Aufbringung basieren. Es ist eine spezielle Aufgabe der Erfindung,
die Qualität
der aufgebrachten Beschichtung beim Sprühbeschichten zu verbessern.
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Das
Ziel der Erfindung wird dadurch erreicht, dass die Oberflächenenergien
des Rohpapiers und der Beschichtungsmasse so aufeinander abgestimmt werden,
dass die Oberflächenenergie
der Beschichtungsmasse oder der davon abgetrennten flüssigen Phase
geringer oder gleich der Oberflächenenergie der
behandelten Oberfläche
ist.
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Das
Verfahren gemäß der Erfindung
ist durch das gekennzeichnet, was in dem kennzeichnenden Teil von
Anspruch 1 angegeben ist.
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Die
Erfindung bietet signifikante Vorteile.
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Die
Erfindung übertrifft
den Stand der Technik durch ihre verbesserte Fähigkeit, das Verhalten der
Be schichtungsmasse auf der behandelten Oberfläche zu steuern, wodurch die
Qualität
der fertigen Bahn angehoben und vor allem die Qualitätsparameter
des hergestellten Produkts kalkulierbarer werden. Aufgrund der verbesserten
Vorhersagbarkeit des Verhaltens der ausgewählten Kombination von Beschichtungsbasis
und Rohpapier können
Beschichtungszusammensetzungen und die Rohpapierqualität nun auf
eine einfachere Art und Weise als gemäß dem Stand der Technik verändert werden,
so dass sich eine gewünschte
Produktqualität
ergibt. Als Ergebnis wird bei der Entwicklung eines neuen Produkts
die Anzahl der erforderlichen Testläufe reduziert oder, alternativ,
kann die Qualität
eines vorgegebenen Produkts in einem größeren Umfang optimiert werden.
Eine Blattoberfläche
von exzellenter Bedruckbarkeit wird erreicht, weil die Beschichtungsmassetröpfchen dazu
gebracht werden können,
sich in einen Beschichtungsfilm von ausreichend geringer Porengröße zu vereinigen,
so dass die Pigmentpartikel der Druckfarbe nicht durch dieselben
hindurchdringen. Wenn die Poren zusätzlich so eingestellt werden,
dass sie eine gute Durchlässigkeit
für den Verdünner oder
das Lösungsmittel
der Druckfarbe aufweisen, kann die Einstellung der Druckfarbe auf der
zu bedruckenden Oberfläche
beschleunigt werden, wodurch die Bedruckbarkeit des Blatts weiter verbessert
wird.
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Nachfolgend
wird die Erfindung mit der Hilfe von beispielhaften Ausführungsformen
detaillierter beschrieben.
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In
dem nachfolgenden Text deckt die Bezeichnung „Beschichtungsmasse" nicht nur bei tatsächlichen
Pigmentbeschichtungsmassen verwendete Formulierungen ab, sondern
auch Oberflächeneinträge und andere
Formulierungen, die bei der Oberflächenbehandlung von Papier-
und Pappebahnen verwendet werden, die als freie und frei abgestrahlte
Sprays und Tropfen auf die Oberfläche einer Bahn aufgebracht
werden. Obwohl in der nachfolgenden beispielhaften Ausführungsform
eine Papierbahn beschrieben wird, ist offensichtlich dasselbe Prinzip
der Erfindung auch auf eine Bahn aus Pappe anzuwenden.
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Die
Erfindung zielt auf die Handhabung von aus fasrigen Materialien
herstellten Bahnen ab. Die Bahn kann mit einem geeigneten Material
vorbehandelt sein, es muss jedoch eine klare fasrige Struktur auf
der Oberfläche
derselben erkennbar sein, auf welcher die Beschichtungsmasse verteilt
werden soll. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung werden
unter Beschichtungsmasse Pigmentbeschichtungsmassen verstanden.
Falls sich auf der Bahn eine erste Pigmentbeschichtungsschicht befindet,
kann durch das Verfahren gemäß der Erfindung eine
weitere Beschichtungsschicht auf ihrer Oberfläche aufgebracht werden. Insgesamt
betrachtet ist entscheidend, dass sich zwischen der Fa serbahn und
den Beschichtungsschichten keine abdichtende, membranartige Schicht
befindet, welche diese voneinander trennt.
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Die
Grundlage der Erfindung ist die Tatsache, dass inkompatible Oberflächenenergien
des Rohpapiers und der Beschichtungsmasse die Bildung eines gleichförmigen Flüssigkeitsfilms
auf der Oberfläche
des Blatts verhindern und vielmehr die Beschichtungsmasse beginnt
in der Art und Weise, wie auf die gewachste Oberfläche eines
Fahrzeugs aufgebrachtes Wasser Tröpfchen zu bilden. Dadurch wird
die Beschichtungsschicht körnig,
wodurch die Verwendung des Blatts als eine zu bedruckende Oberfläche aufgrund
der durch die körnige
Beschichtung hervorgerufene geringe Druckqualität ausgeschlossen wird. Die
aufgebrachte Beschichtungsmasse bildet nur dann Tröpfchen,
wenn die Oberflächenenergie
der Beschichtungsmasse größer als diejenige
des Substrats ist, auf dem die Beschichtungsmasse auftrifft, dies
bedeutet in dem beispielhaften Fall die Oberflächenenergie der Oberfläche des
Rohpapiers.
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Die
Oberflächenenergie
kann aus dem Kontaktwinkel eines Flüssigkeitssubstanztropfens mit
der Oberfläche
eines Tragsubstrats ermittelt werden. Geeignete Messausrüstung ist
z. B. von FIBRO System AB, Schweden erhältlich. Typischerweise wird
die Messung durch das Tropfen eines kleinen Tropfens der zu messenden
Flüssigkeit
oder Masse auf die behandelte Oberfläche aus geführt, während das Verhalten des Tröpfchens
auf der Oberfläche
gleichzeitig abgebildet wird. Nachfolgend werden der Kontaktwinkel
des Tropfens zu der Fläche,
das Tropfenvolumen und der untere Durchmesser aus den Bilddaten als
eine Funktion der Zeit ermittelt. Aus diesen Daten kann der Durchschnittswert
und die Varianz der Messergebnisse auf bekannte Art und Weise berechnet werden.
Weil der Kontaktwinkel durch die Oberflächenenergien des Tropfens und
der Tragfläche
ermittelt wird, können
diese Oberflächenenergiewerte
aus den Messdaten berechnet werden. Die in dieser Patenanmeldung
angegebenen Zahlenwerte für
die Oberflächenenergie
sind durch Messungen erhaltene Durchschnittswerte. Die Oberflächenenergie
der Beschichtungsmasse kann unter Verwendung der Beschichtungsmasse
als solche oder alternativ dadurch gemessen werden, dass zuerst
die flüssige Phase
der Masse abgetrennt wird und dann die Oberflächenenergie dieser Phase ermittelt
wird.
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Die
Oberflächenenergie
der Beschichtungsmasse kann in der Größenordnung von 30 mN/m oder
weniger liegen, während
die Oberflächenenergie
des Rohpapiers, welches in einer typischen Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung verwendet wird, ungefähr
35 – 45
mN/m beträgt.
Die Differenz zwischen diesen zwei Oberflächenenergien ist folglich größer als
5 mN/m. Durch das Einstellen der Differenz zwischen den Oberflächenenergiewerten
der Beschichtungsmasse und des Rohpapiers gleich oder größer als
dieser Wert erreicht die Erfindung eine gute Verteilung der Beschichtungsmasse
auf der Blattoberfläche,
wodurch sich eine gute Oberflächenqualität der aufgebrachten
Schicht ergibt. Maximal darf die Beschichtungsmasse eine Oberflächenenergie
aufweisen, die gleich der Oberflächenenergie
des Rohpapiers ist. Falls die Oberflächenenergie der Beschichtungsmasse
größer als
diejenige des Rohpapiers ist, bildet die aufgebrachte Beschichtungsmasse
Tropfen, wodurch die Oberflächenqualität schlechter
gemacht wird.
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Die
Oberflächenenergiewerte
der Beschichtungsmasse und des Rohpapiers können auf verschiedenen Arten
modifiziert werden. Die Oberflächenenergie
der Beschichtungsmasse kann durch oberflächenaktive Zusätze, welche
die Oberflächenenergie
der Beschichtungsmasse verringern, modifiziert werden, wodurch das
Verteilen der aufgebrachten Tropfen oder des aufgebrachten Films
der Beschichtungsmasse auf der Oberfläche des Rohpapiers verbessert
wird. Solche Zusätze
beinhalten unter anderem Natriumlaurylsulfat und unterschiedliche Alkoholderivate.
Eine Modifikation der Oberflächenenergie
des Rohpapiers ist jedoch häufig
einfacher durchzuführen
und bietet in der Tat einen größeren Betriebsspielraum.
Zum Beispiel kann die Oberflächenenergie
des Rohpapiers chemisch mit der Hilfe von verschiedenen Polymerverbindungen,
Leimungsmitteln und Harzen modifiziert werden. Unter solchen Bahnbehandlungszusätzen sind
Stärke, AKD
und ASA typisch. Die Oberflächenenergie
des Rohpapiers kann auch elektrisch mittels z. B. einer Koronarentladungsbehandlung
oder mechanischem Reiben mit z. B. der Hilfe von rotierenden Bürsten verändert werden.
Eine mechanische Behandlung kann auch so ausgeführt werden, dass die Oberfläche des
Rohpapiers eine elektrische Aufladung aufnimmt oder die Oberflächenstruktur
physikalisch modifiziert wird.
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Zusammenfassung
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Verfahren
zur Herstellung von beschichtetem Papier oder Pappe
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Ein
wesentliches Erfordernis beim Beschichten einer Papier- oder Pappebahn
besteht darin, dass die aufgebrachte Beschichtungsmasseschicht sich über die
gesamte behandelte Oberfläche
verteilt. Die Oberflächenenergien
der Beschichtungsmasse und der zu beschichtenden Oberfläche spielen
eine entscheidende Rolle beim Verhalten der auf die behandelte Oberfläche aufgebrachten
Beschichtungsmasse. Gemäß der Erfindung
werden die Oberflächenenergien
des Rohpapiers und der Beschichtungsmasse so aufeinander abgestimmt,
dass die Oberflächenenergie
der Beschichtungsmasse oder der davon abgetrennten flüssigen Phase
geringer oder gleich der Oberflächenenergie
der behandelten Oberfläche
ist.