-
Die Erfindung betrifft ein biegsames Papier- oder sonstiges Bahnenmaterial
auf Fasergrundlage, das kleine, durch Druck- oder Wärmeeinwirkung zerstörbare Kapseln
aufweist, deren Wandungen aus hochmolekularen organischen Substanzen bestehen und
die eine mit Wasser nicht mischbare flüssige Füllung enthalten, die bei der Zerstörung
der Kapseln in das Bahnenmaterial freigesetzt wird.
-
Obgleich bereits ausgedehnte Versuche mit kleinen, zerstörbaren Kapseln
unternommen worden sind, die Füllsubstanzen, besonders Flüssigkeiten, enthalten,
die bei der Zerstörung der Kapseln freigesetzt werden, war es bei der Herstellung
brauchbarer, biegsamer Blatt- bzw. Bahnenmaterialien unter Verwendung solcher Kapseln
bisher notwendig, die Kapseln in Form von Überzügen auf das jeweilige Bahnenmaterial
aufzubringen. In der deutschen Patentschrift 1010 822 wird vorgeschlagen, unter
geeigneter Wahl des Kapselinhaltes durch Aufbringung solcher Überzüge auf biegsame
Unterlagen Aufzeichnungsmaterialien, wie z. B. Vervielfältigungspapiere, kohlenstofflose
Kopierpapiere usw., herzustellen.
-
Diese bekannten Materialien weisen verschiedene Nachteile auf, die
auf die unzulänglichen Eigenschaften der verwendeten kleinen Kapseln zurückzuführen
sind. Die gemäß der genannten Patentschrift verwendeten Kapseln werden durch Koacervierung
von Gelatine bzw. modifizierter Gelatine direkt aus dem kolloidalen Zustand hergestellt
und besitzen im wesentlichen nur an ihrer Oberilächenschicht eine durch Einwirkung
von Formaldehyd erzeugte Härtung. Die mit einem Überzug von Mikrokapseln dieser
Art versehenen Papiere sind wegen der hydrophilen Natur der Gelatine, aus der die
Kapselwandungen bestehen, sehr feuchtigkeitsempfindlich und werfen in Hinblick auf
ihre Lagerfähigkeit ernsthafte Probleme auf. Als Hauptnachteil hat sich dabei herausgestellt,
daß man diese mit Gelatine-Mikrokapseln überzogenen Papiere nicht zu Rollen aufwickeln
kann, ohne daß nach einiger Zeit ein teilweises unerwünschtes Zerbrechen der für
diese Druckbeanspruchung zu schwachen Gelatinekapselwandungen auftritt. Wendet man
nach der Herstellung der Gelatinekapseln noch eine zusätzliche Nachhärtung an, dann
werden die Kapselwandungen andererseits so bruchfest, daß sie keine genügende Druckempfindlichkeit
mehr besitzen. Mit Hilfe der Papiere und Bahnenmaterialien gemäß der Erfindung und
des Verfahrens zu ihrer Herstellung ist es nunmehr möglich, die aufgezeigten Nachteile
der bereits bekannten kleine Kapseln enthaltenden Bahnenmaterialien auszuschließen.
-
Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, daß das Bahnenmaterial solche
Kapseln enthält, deren Wandungen aus einem Harnstoff-Formaldehyd-Polykondensationsprodukt
bestehen.
-
Die grundlegenden Vorteile der Erfindung gegenüber dem bisherigen
Stand der Technik ergeben sich aus der Verwendung von kleinen Kapseln mit Wandungen
aus einem Harnstoff-Formaldehyd-Polykondensationsprodukt, deren Herstellung in der
kanadischen Patentschrift 742643 beschrieben wird.
-
Diese kleinen Kapseln weisen im Gegensatz zu den bekannten Gelatinekapseln
keine hydrophilen Eigenschaften auf und sind außerdem wesentlich stabiler und in
reproduzierbarerer Weise herstellbar als diese.
-
Dementsprechend besitzen die mit diesen kleinen Kapseln ausgestatteten
Papiere und Bahnenmate-
rialien gemäß der Erfindung gegenüber den bekannten Materialien
dieser Art weitaus verbesserte Lagerungseigenschaften. Insbesondere tritt, wenn
sich das Bahnenmaterial in üblicher Rollenform befindet, kein vorzeitiges Zerbrechen
der Kapseln auf.
-
Die erfindungsgemäß verwendeten kleinen Kapseln aus dem Harnstoff-Formaldehyd-Polykondensationsprodukt
liegen in Form einer einzelteiligen frei fließenden Masse vor, die man nicht nur
in bekannter Weise in Form einer Oberzugsmasse für bereits fertiggestelltes Fasermaterial,
z. B. Papier, verwenden kann, sondern die sich besonders gut als Füllstoff für Papier
und Bahnenmaterialien auf Fasergrundlage eignet.
-
Demgegenüber hat es sich als unvorteilhaft erwiesen, die bekannten
kleinen Gelatinekapseln als Füllstoff einer Papierpulpe einzuverleiben und diese
in üblicher Weise zu Papier zu verarbeiten. Dies beruht - neben den hydrophilen
Eigenschaften und der geringen Festigkeit der Gelatinekapseln - auf der Tatsache,
daß man diese Kapseln nicht ohne weiteres in frei fließender Form, sondern im allgemeinen
nur als mehr oder weniger stark zusammenhängende Agglomerate gewinnen kann, die
in erheblichen Mengen kolloidaler Gelatine eingeschlossen sind.
-
Die Zugabe dieser Masse im Verlauf des Papierherstellungsverfahrens
hat eine solche Klebrigkeit der Pulpe zur Folge, daß damit in der Praxis die erfolgreiche
Gewinnung gefüllter Papiere nicht möglich ist.
-
Es wurde gefunden, daß die mit Flüssigkeiten gefüllten Kapseln aus
dem Harnstoff-Formaldehyd-Polykondensationsprodukt direkt in Papierpulpen und wäßrige
Aufschlämmungen anderer faserartiger, verfilzbarer Substanzen, die sich auf einer
Papiermaschine zu Bahnen und bahnenähnlichen, biegsamen nicht gewebten Erzeugnissen
verarbeiten lassen, einverleibt werden können. Auf diese Weise hergestellte Bahnenmaterialien
enthalten die Kapseln in sich selbst, d. h. innerhalb der Masse aus verfilzten Fasern.
Diese Bahnenmaterialien, die die Kapseln als integrierenden Bestandteil enthalten,
können also leicht nach üblichen Papierherstellungsverfahren auf üblichen Papiermaschinen
hergestellt werden.
-
Durch die Einverleibung der mit Flüssigkeiten gefüllten Kapseln in
Papiere und andere nicht gewebte Erzeugnisse ergeben sich gegenüber der Aufbringung
der Kapseln in Form von Überzügen auf Papiere oder andere Trägermaterialien bedeutende
Vorteile. So sind mit Kapseln gefüllte Papiere gegenüber einer vorzeitigen Zerstörung
der Kapseln weniger empfindlich als mit Kapseln überzogene Papiere, wodurch sie
vielseitiger verwendet werden können. Da die Einverleibung der Kapseln leicht während
der Papierherstellung erfolgen kann, brauchen die Beschaffenheit, das Gewicht und
die Obezflächeneigenschaften des Papiers nicht so gewählt zu werden, um eine anschließende
Aufbringung eines Überzuges zu ermöglichen. Für die Einverleibung der Kapseln in
das Papier- oder Bahnenmaterial sind dann keine Überzüge, Überzugsbindemittel oder
tJberzugslösungsmittel mehr erforderlich.
-
Es war durchaus nicht vorherzusehen, daß die erfindungsgemäß verwendeten
kleinen Kapseln das Papierherstellungsverfahren ab dem Vermahlungsprozeß ohne Schädigung
oder Zerbrechen überstehen würden und daß diese Kapseln nach Vermischen mit der
Pulpe auf dem Sieb in der Fasermasse verbleiben
und nicht mit der
ablaufenden Flüssigkeit aus der Masse ausgetragen werden.
-
Im allgemeinen lassen sich nicht gewebte Bahnenerzeugnisse, die die
kleinen Kapseln als integrierenden Bestandteil enthalten, besser handhaben. Bei
der Handhabung tritt eine unerwünschte Zerstörung der Kapseln weniger leicht auf,
als wenn die Kapseln in Form von Überzügen aufgebracht sind. Die mit Flüssigkeiten
gefüllte Kapseln aufweisenden biegsamen Papiere bzw. papierähnlichen Erzeugnisse
gemäß der Erfindung können praktisch wie übliche Papiererzeugnisse in Rollenform
aufgewickelt und gelagert werden.
-
Die Zeichnungen, F i g. 1 bis 4, geben nicht die genaue Verteilung
der Kapseln in dem Papier, die genaue Beziehung der Fasern zueinander und zu den
Kapseln und die genauen Größenverhältnisse der Fasern untereinander und zu den Kapseln
wieder, sondern stellen lediglich eine schematische Erläuterung der Erfindung dar.
-
F i g. 1 ist ein stark vergrößerter Querschnitt durch einen Teil
eines Papierblattes. Das Blatt aus Papier oder einem anderen nicht gewebten Material
wird in seiner Gesamtheit mit der Ziffer 10 bezeichnet. Das Papier enthält eingebettet
Kapseln 12, die sich in den Zwischenräumen zwischen den miteinander verschlungenen
und verfilzten Fasern 14 befinden, aus denen das Blatt besteht. Jede Kapsel enthält
eine flüssige Füllung und besteht ganz allgemein aus einer Hülle 18 und einer flüssigen
Füllung 20 (vgl. F i g. 4).
-
Bei Anwendung äußeren Druckes oder durch Erzeugung eines inneren Druckes,
wie er durch eine die Verdampfung der füllenden Flüssigkeit bewirkende Erwärmung
hervorgerufen wird, brechen die Kapseln an der Stelle der Druck- bzw. Wärmeeinwirkung
auf, wodurch sich das Blatt in der durch F i g. 2 veranschaulichten Weise ändert,
d. h. der flüssige Inhalt der Kapseln wird unter Entstehung eines mit der Flüssigkeit
gesättigten Bereiches 16 (vgl. F i g. 2 und 3) in dem Blatt freigesetzt.
-
Die erfindungsgemäß geeigneten Kapseln mit Wandungen aus einem Harnstoff-Formaldehyd-Kondensationsprodukt
besitzen eine genügende Festigkeit und lassen sich verhältnismäßig gleichmäßig in
wäßrigen Faseraufsdiläinmungen dispergieren. Die Kapseln mit Hüllen aus diesen Aldehyd-Polykondensaten
können in wäßriger Lösung nach dem folgenden Verfahren hergestellt werden: Durch
Zusammengeben von 6 Mol 370/einem wäßrigem Formaldehyd und 4 Mol Harnstoff, Alkalischmachen,
z. B. durch Zugabe von Triäthanolamin, und etwa lstündiges Erhitzen auf 70 bis 800
C wird ein Formaldehyd - Harnstoff - Vorkondensationspro -dukt hergestellt. Nach
Herstellung des Vorkondensationsproduktes wird die Lösung mit Wasser verdünnt und
angesäuert, z. B. durch Zugabe einer ausreichenden Menge Citronensäure, um einen
pH-Wert von etwa 4 zu erzielen. Die gewünschte Füllsubstanz, die in den Kapseln
enthalten sein soll, wird durch lliihren gleichmäßig in der Lösung dispergiert.
Unter Aufrechterhaltung einer Temperatur von etwa 40 bis 450 C wird weitere etwa
3 Stunden gerührt und dispergiert. Dabei polykondensiert das Harnstoff-Formaldehyd-Vorkondensationsprodukt
zu mikroskopischen Zellwandungen, die die Füllsubstanz einschließen. Beim Abkühlen
scheiden sich die Kapseln aus der Lösung ab. Je nach dem Grad des Rührens können
Kapseln mit einer Größe von 1 bis 2000 F
hergestellt werden, und in Abhängigkeit
von der jeweiligen Füllung kann die Kapselwandung die Hälfte bis zu nur 5 Gewichtsprozent
der gefüllten Kapseln ausmachen.
-
Als Füllsubstanz ist jede Flüssigkeit geeignet, die mit Wasser unter
Normaldruck und bei Raumtemperatur nicht mischbar ist. Der Durchmesser der Kapseln
beträgt für die Anwendung gemäß der Erfindung normalerweise etwa 1 bis 200, vorzugsweise
etwa 5 bis 50 ; er kann aber auch je nach dem Verwendungszweck des festen Bahnenmaterials
größer sein.
-
Obgleich das blatt- bzw. bahnenförmige Trägermaterial für die Kapseln
aus jeder geeigneten Natur-oder synthetischen organischen oder anorganischen Faser
bzw. anderen papierbildenden Substanz - wie Glimmer, synthetischem Glimmer usw.
- hergestellt werden kann, werden die Folien- bzw. Bahnenmaterialien aus wirtschaftlichen
Gründen bevorzugt aus wäßrigen Aufschlämmungen von cellulosischen Fasern und insbesondere
aus Holzpulpe hergestellt. Als Trägermaterial für die mit Flüssigkeiten gefüllten
Kapseln kann jedoch erfindungsgemäß jedes Material verwendet werden, das aus einer
Aufschlämmung zu einem papierähnlichen Bahnenmaterial abgelagert werden kann. Zur
Herstellung des Bahnenmaterials kann wie bei einem üblichen Papierherstellungsverfahren
die wäßrige, papierbildende Aufschlämmung auf das Sieb einer Papiermaschine gebracht
werden, um eine ein einheitliches Ganzes bildende Bahn abzulagern, wenn die Flüssigkeit
abgezogen wird. Die in der Aufschlämmung enthaltenen Kapseln, die sich wie Feststoffe
verhalten, verbleiben in dem Faserfilz als ein Füllstoff, der einen integralen Bestandteil
des Bahnenmaterials darstellt.
-
Einer 20/obigen wäßrigen Holzpulpe, die bis zu jedem gewünschten
Grad aufgeschlagen oder anderweitig vorbehandelt worden sein kann, um eine brauchbare
Aufschlämmung zur Herstellung von Papier zu erhalten, können z. B. 1 bis 50 Teile
Kapseln je 100 Teile Pulpe (Trockengewicht) einverleibt werden. Der Durchsclmittsdurchmesser
der Kapseln kann 5 bis 500 R betragen, was von dem Verwendungszweck des erhaltenen
Blattmaterials abhängt. Zur Herstellung von Papieren, bei denen die Kapseln bei
der Zerstörung Farben freisetzen, werden z. B. vorzugsweise Kapseln mit einer Größe
von 5 bis 30 kt bevorzugt, während zur Herstellung von Papieren, die zur Aufbringung
von Schuhpflegemitteln oder geruchstilgenden Mitteln dienen sollen, Kapseln mit
einer Größe von 500 Z bevorzugt werden. Die wäßrige Aufschlämmung aus den Kapseln
und der filzbildenden Masse wird dann nach bekannten Papierherstellungsvorrichtungen,
wie z. B. Fourdrinier-oder Yankee-Papiermaschinen, zu Blatt- bzw.
-
Bahnenmaterial verarbeitet, wobei im allgemeinen der Filz auf einem
Sieb aus der Aufschlämmung abgelagert und anschließend auf heißen Zylindern od.
dgl. getrocknet und dann zu Rollen aufgewickelt wird.
-
Nach diesen Verfahren können z. B. parfümierte Papiere hergestellt
werden, bei denen die Kapseln mit den verschiedensten Parfümen, wie z. B. Jasminöl
bzw. -ersatz und Fichtenöl, gefüllt werden. Beim Pressen des Papiers, z. B. gegen
die Haut, wird das Parfüm dann freigesetzt.
-
Mit Kapselfüllungen aus Mineralöl oder Paraffinwachsen können latent
durchsichtige Papiere hergestellt
werden, die durch Zerstörung
der Kapseln an den Flächen, wo eine größere Durchsichtigkeit gewünscht wird, entweder
über das ganze Blatt oder an einzelnen Stellen durchsichtig oder zumindest durchscheinender
gemacht werden können, um Schablonenzeichnungen u. dgl. herstellen zu können.
-
Es können flammenfeste Papiere hergestellt werden, die als Kapselfüllung
Tetrachloräthylen oder andere feuerlöschende Chemikalien enthalten, wobei die Kapseln
infolge der Wärmeausdehnung der Inhaltstoffe platzen und ihren Inhalt freisetzen
und die Papiere auf diese Weise vor der Entflammung schützen.
-
Durch Einverleibung der verschiedenartigsten Farbstoffe und Tinten,
von Ruß u. dgl. in die Papiere können druckempfindliche Aufzeichnungspapiere hergestellt
werden, die bei Druckeinwirkung, z. B.
durch Schlag, infolge der Zerstörung der Kapseln
sichtbare Abbildungen u. dgl. liefern. Da die Farbstoffe, Tinte bzw. Druckfarben
usw. gewöhnlich eine Hintergrundfärbung auf den Papieren erzeugen, kann man die
Kapseln zur Verminderung dieser Hintergrundwirkung mit Titandioxyd überziehen.
-
Zur Verhinderung von Fälschungen können mit Verzierungen versehene
Papiere unter Verwendung der mit Farbstoffen gefüllten Kapseln hergestellt werden.
Beim Zerquetschen der Kapseln entstehen dann unregelmäßig gemusterte Papiere, die
wegen der Art des Musters kaum nachgeahmt, jedoch leicht bedruckt oder beschrieben
werden können.
-
Die folgenden Beispiele dienen der Erläuterung der Herstellung der
Blatt- bzw. Bahnenmaterialien und der Verfahren zur Einverleibung der eingekapselten
Füllstoffe.
| Gewichtsprozent |
| Kapseln |
| Beispiel Produkt Kapselfüllung ie 100 Teile Pulpe Durchschnittsgröße |
| der Kapseln in µ |
| (I rockengewicht) |
| 1 Aufzeichnungspapier, das bei durch 50O/o Zeitungsdruck- 50
30 |
| Druck hervorgerufener Zerstörung farbe (Ruß in Öl) |
| der Kapseln Abbildungen liefert 50% Kerosin |
| 2 Papier zum Aufbringen von Par- 1. Jasmin-Duftstoff 40 |
| fümen 2. Fichtenöl 80 |
| 3 Latentes Wachspapier Paraffinwachs 20 150 |
| 4 Tücher zur Aufbringung von Schuh-Schuhpflegemittel 20 125 |
| pflegemitteln mit neutraler Farbe |
| 5 Latent wasserabstoßende Tücher Perfluorkohlenstoff- 20 7 |
| Flüssigkeiten |
| 6 Druckempfindliches latentes Klebe- Fuselölacrylat- 100 |
| papier Polymerisat |
| 7 Papier zur Entfernung von Farben Tetrachloräthylen 110 |
Die fließfähigen Füllungen der Kapseln können zur Herstellung von Bahnenmaterialien
für Spezialzwecke auch Schädlings- bzw. Unkrautbekämpfungsmittel, landwirtschaftliche
Chemikalien, wie Düngemittel oder Boden-Konditioniermittel, oder andere Behandlungsmittel
enthalten.
-
Erfindungsgemäß können je nach dem Verwendungszweck Papiere der verschiedensten
Art, der verschiedensten Gewichte und der verschiedensten Beschaffenheit hergestellt
werden.