DE1938162B2

DE1938162B2 - Verfahren zum Beschichten von Papier

Info

Publication number: DE1938162B2
Application number: DE1938162A
Authority: DE
Inventors: Thomas Alan Bethel Me. Fadner; Karl Vincent Holyoke Mass. Kraske
Original assignee: Ethyl Corp
Current assignee: Ethyl Corp
Priority date: 1968-07-31
Filing date: 1969-07-26
Publication date: 1974-04-11
Also published as: DE1938162C3; DE1938162A1; GB1271281A; US3702779A; FR2014098A1

Description

daß sie zur Verwendung von Qualitätsdrucken an- die Leichtigkeit der nachfolgenden Wasseraufnahme

wendbar ist. Es ist auch bekannt, das flüssige Medium J_n den Feststoff, wenn das Produkt später verwendet

bei der Imprägnierung von textikm Material unter werden soll, d. h., Wasser kann in den Feststoff

Vakuum zu verdampfen, ooch handelt es sich dort außerordentlich schnell wieder eingelagert werden, da

um eine andere Problemstellung. _{5 das erhaltene Produkt cxtrem ös ist Eine so}i_che

Durch die vorliegende Erfindung soll ein Verfah- Eigenschaft zur Wiederaufnahme von Wasser ist bei

ren geschaffen werden, das die direkte Herstellung beschichteten Papieren natürlich in hohem Maße un-

einer leichten Beschichtung hoher Glätte und Opazi- erwünscht. Es wurden daher Beschichtungen ent-

tat ermöglicht ohne daß anschließende Glättungs- wickelt, die selbst beim Trocknen durch Gefrier-

g ,

^-^^ °> ,J^ ■ , ¹⁰ trocknung ein hohes Maß an Wasserbeständigkeit

D:i Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die gewinnen. Diese Beschichtungsmaterialien haben zu-Beschichtung durch Ermedrigen der Temperatur sätzlich noch weitere gewünschte Eigenschaften. Es unterhalb ihres Gefrierpunktes eingefroren und ver- wurde beispielsweise gefunden, daß praktisch mit festigt wird, erae ausreichende Menge des gefrorenen jedem System aus Polymer und flüssigem Träger ein flüssigen Mediums im wesentlichen als Dampf in an t₅ hohes Maß an Opazität bei dünnen Filmen erhalten sich bekannter Weise direkt aus der verfestigten Be- werden kann, vorausgesetzt, daß die Flüssigkeit auf schichtung unter vermindertem Druck so entfernt einfache Weise gefroren und anschließend aus der wird, daß die Beschichtung bei der Rückführung der festen Beschichtung wegsublimiert werden kann. Die Bahn auf atmosphärischen Dme*- und Umgebungs- Gründe, warum erfindungsgemäß eine größere Opazitemi.eratur fest und im wesentlichen trocken bleibt so tat erhalten wird, sind noch nicht vollständig geklärt, urn! :m wesentlichen die gleiche Dicke wie beim doch wird angenommen, daß diese Opazität auf ursprünglichen Auftrag behält, und daß die Bahn Hohlräume zurückzuführen ist, die bei der Entferdarn den normalen Umgebungsbedingungen wieder nung der festen Trägerkristalle aus der gefrorenen auvj.-setzt wird Das Verfahren wird vorzugsweise in Beschichtung zurückgelassen werden, und daß das dci Weise durchgeführt, daß eine Papierbahn oder 25 Maß der Opazität eine Funktion der Hohlräume, der ein Papierblau mit einer Mischung aus einem Binde- Größenverteilung der Hohlräume und des Brechungsmi'.tcl. einem Pigment und einem flüssigen Medium indexes des verwendeten polymeren Materials ist.
beschichtet, die aufgetragene Schicht, noch bevor das Es kann leicht die folgende Theorie aufgestellt

Mc 1,um verdampft oder wesentlich in das Papier werden, daß dann, wenn das System aus Polymer eingedrungen ist, eingefroren wird, das gefrorene 30 und flüssigem Medium durch das sofortige Einfrieren be> nichtete Blatt in eine Vakuumkammer eingeführt im wesentlichen vollständig unbeweglich gemacht wit.', in der das flüssige Medium aus der gefrorenen wird, jedes Polymermolekül im wesentlichen unab-Schicht im wesentlichen heraussublitniert wird, und hängig von jedem anderen Polymermolekül wird, die im wesentlichen getrocknete Bahn auf Um- wenn die dazwischenliegenden, festen Moleküle des gebungstemperatur zurückgeführt wird. ₃₅ gefrorenen Mediums durch Sublimation entfernt

Das fertige beschichtete Papier besitzt eine Viel- werden. Auf dieser Basis könnte vorhergesagt werzah! von kleinsten Hohlräumen in der Beschichtung. den, daß die getrocknete Beschichtung keine oder nur Die Oberfläche einer so hergestellten Beschichtung eine geringe meßbare Festigkeit haben würde, und es hat im wesentlichen die gleiche Glätte und den glei- hat sich tatsächlich herausgestellt, daß, sofern nicht chen Glanz wie die nasse Beschichtung zur Zeit der 40 geeignete Schritte unternommen werden, dieser Einirierung. Die Opazität der erhaltenen, leicht- Effekt zu beobachten ist. Es können jedoch verge* ichtigen Beschichtung ist gegenüber einem schiedene Verfahrensweisen angewendet werden, um äquivalenten Gewicht der besten bekannten, auf her- den durch die Gefriertrocknung hergestellten Bekömmliche Weise getrockneten pigmentierten Be- Schichtungen eine zusätzliche oder die im Einzelfall Schichtungen deutlich verbessert. Weitere Vorteile 45 notwendige Festigkeit zu verleihen. Es seien im folder erfindungsgemäßen Beschichtungen liegen in der genden einige bevorzugte Methoden hierzu aufgeringen Dichte und dem hohen Glanz. Die Trocken- geführt:

dicke der Beschichtung ist außerdem im wesentlichen Eine Methode zur Erzielung einer entsprechenden

die gleiche wie die Naßdicke. Festigkeit in der fertigen Beschichtung geht von der

Die Erfindung ist besonders vorteilhaft zur kon- 50 Zubereitung von Formulierungen aus, die aus zwei tinuierlichen Herstellung von leichtgewichtigem oder mehr unähnlichen polymeren Materialien beopakem Druckpapier. Die beschichteten Papier- stehen. Die aus solchen Systemen gefertigten, gefrierprodukte nach der Frfindung sind außerdem wasser- getrockneten Beschichtungen weisen eint unerwartete unempfindlich, besitzen einen hohen Weißgehalt und Festigkeit auf. Wenn auch die genauen Gründe für eine Fesligkcit, die im richtigen Verhältnis zu den 55 diese unerwartete Festigkeit nicht bekannt sind, so Anforderungen stehen, die bei bekannten, herkömm- wird doch angenommen, daß diese Systeme ihre liehen Druckverfahren auftreten. Festigkeit auf Grund dir Tatsache erhalten, daß das

Die Gefriertrocknung ist ein weithin bekanntes Einfrieren tatsächlich nicht augenblicklich geschieht, Verfahren und wird in der Nahrungsmittelindustrie unabhängig davon, wie schnell die Beschichtung als seit mehreren Jahren angewendet. Sie wird jedoch 60 gefroren erscheint. Es wurde nun angenommen, daß im allgemeinen eher als ein Mittel zur Entfernung bestimmte Molekularbezirke innerhalb der Beschichvon Wasser, beispielsweise aus einem Nahrungsmittel, tung vermutlich durch unähnliche funktionell Grupangeschcn, ohne das Material zu beschädigen, d. h. pen aus den polymeren Molekülen besetzt sind und ohne seine natürliche Struktur zu zerstören, was bei- daß einige Wassermoleküle nicht gefroren werden, spielsweise bei der normalen Trocknung bei erhöhter 65 selbst wenn sich die Umgebung auf minus 70° C beTemperatur der Fall sein würde. Tatsächlich ist auf findet. Werden diese Wassermoleküle entfernt, dann dem Gebiet der Nahrungsmitteltechnik eine der besteht daher eine ausreichende restliche Oberwünschenswerten Eigenschaften, die erhalten wurden, flächenspannung, welche die Gruppen der Polymer-

moleküle, die sich in dieser Gegend befinden, in einen ausreichend engen Kontakt zwingt, so daß eine Bindung zwischen diesen stattfinden kann, auch wenn der größere Teil eines jeden Moleküls im wesentlichen frei von dieser intermolekularen Bindung sein kann.

Verschiedenartige unähnliche Polymere, d. h. solche mit verschiedenen funktionellen Gruppen, wie in Beispiel VII, können nach der Erfindung verwendet

Materialien und Medien, die nach der Erfindung verwendet werden können, von denen hier jedoch itiicht alle aufgeführt werden können. Die Hauptvorausscizung für die Durchführung des erfmdungsgemäßen Verfahrens ist die, daß das Medium in der 13eschichtungsfc>rmuliening gefroren und durch Sublimation aus di:r festen Beschichtungsformulierung entfernt werden kann. Aus praktischen Gründen sollten die Kombinationen von Polymer und fiüssi-

werdeo, um in der Beschichtung eine ausreichende jo iiem Medium vorteühaftenveise Theologische Eigen-Festigkeit für Druckzwecke zu erhalten. schäften haben, die sich für bekannteAuftraosver-

Eine weitere Methode zur Erzielung einer Festig- fahren für Beschichtungen eignen. Weiterhin sollten keit in gefriergetrockneten Beschichtungen geht da- innerheib geeigneter Viskositäten zweckmäßigenveise von aus, die Beschichtung langsam zu kühlen und ausreichend hohe Feststoifgehalte erreichbar sein, um die Endtemperatur, der die gefrorene Beschichtuag 15 die Aufwendungen für diie* Entfernung des flüssigen unterworfen wird, zu begrenzen, d. h. die Temperatur Mediums möglichst klein zu halten. Es ist besonders so hoch wie möglich zu halten und dabei aber die vorteilhaft, mit wäßriger Lösungen oder wäßrisen Beschichtung in gefrorenem Zustand zu behalten. Suspensionen zu arbeiten

Unabhängig davon, ob nun unähnliche polymere Die polynu .-on Materialien, die nach der Erfindung

Materialien verwendet werden oder nicht, führt dieser 20 entweder allein oder in Mischung verwendet werden Weg im wesentlichen zum gleichen Effekt wie die können, umfassen alle polymeren Materialien, die vorhergehende Methode. So wird angenommen, daß
alle polymeren Moleküle mit ausreichenden flüssigen
Molekülen des Mediums versehen sind, um eine gute
intermolekulare Bindung zu erhalten, während die 25
Kristalle des Mediums, die man bis zur gewünschten
Größe wachsen läßt, die Hohlräume schaffen, die zu
den außerordentlich guten Opazitätseigenschaften
der gefriergetrockneten Beschichtungen nach der Eründung beitragen.

Eine weitere Technik umfaßt die Zugabe eines emulgierten. thermoplastischen oder warmeschmeLzbaren Materials zu der BeschichtungslOrmulierung. beispielsweise im Fall eines wäßrigen Systems die Zugabe einer Acnlpolymeremulsioa bzw. einei Wachsemulsion. In diesem Fall wird die Beschichtung nach der Gefriertrocknung einer Wärmequelle ausgesetzt, die ausreicht- das thermoplastische oder schmelzbare Material zum Fließen zu bringen und

dadurch eine wesentliche intermolekulare Bindung 40 mindern bestimmte Opazitatspigmerüc. wie Ru:-I zu bewirken. Derartige beschichtete Papiere haben. (Titanoxyd), die OpazitäisVraft der eefnereetrockwenn sie anschliebend auf normale Temperaturen neten Beschichtung im Vergleich mit einer ähnlichezurückgebracht werden, die bei einer Beschichtung das Pigment nicht enthaltenden Beschichrune. K-für Druckzwecke erforderliche Festigkeit. Es sei noch zogen auf eine gleiche C-cwichtsbasis. Sofern hie darauf hingewiesen, daß der pohmere Hauptbestand- 45 nicht anders angegeben, braucht die Bcschichtuns:-- ._:i j„ d„„».:,j^..,„ i-„;— ,^^„„ι^,;^»,, ™w forrnulierung \ or'ihrem Auftragen auf die BaV-,

weder physikalisch noch chemisch in irgendeiner ur üblichen Weise behandelt zu werden.

Bei herkömmlichen Paipierhcschichtungcn werden 50 Pigmente nicht nur deshalb mit aufgenommen. -J"¹ die Opazität und den Weißgehalt der Beschichtung zu erhöhen, sondern auch um die mm * Einfanden" der Druckfarbe notwendige Mikroporosität zu schai- - fen. hierdurch ein Abfärben von einem Blatt auf ein

mischen Reaktion unterworfen wird, wobei minde- 55 weiteres während des Drückens zu vermeiden und siens ein Teil des Reaktionssystems der Beschichtung während des Drückens eine entsprechende Farbzugegeben wird, nachdem diese getrocknet ist. In aufnahme zu ermöglichen, um die ecwünsehte Bilddiesem Fail ist es wünschenswert, die Menge an re- dichte zu erhalten. Die gclnercetrockneten Beschichaktivem Material, das durch die getrocknete Be- tungen tragen in ähnlicher Weise n\ diesen Gesichtsschichtung aufgenommen wird, zu beschränken, um 60 punkten des Dnickverfalircns bei und führen zu die Opazität der Beschichtung nicht zu beeinträch- Druckergebnissen, die den herkömmlichen Beschichtiaen. Typische Reaktionen und Systeme umfassen tungen überlegen sind.

Dampfphasenreaktionen, wie Isocyanatreaktionen. Die Vorrichtung nw Dm ehfühnine des Verfahrens

Epoxyreaktionen, Carboxyl-, Amin- und Hydroxy- ist insofern einzigartig, als die verschiedenen für die reaktionen, die Pol}-merisation von Äthyl enimin oder 65 Erfindung notwendigen Teile bisher nie zu einer Voriveitere bekannte chemisch reaktive Polymer- oder richtung vereint worden sind, obwohl die wichtigeren iClebesysteme. wie das in Beispiel V aufgeführte. der Teile bereits vorhanden sind und den Fachleuten

Es gibt buchstäblich Hunderte von polymeren auf dem Gebiet der Beschichten«, der Vakuum

sich zum Auftrag auf ein Substrat, wie Papier. eignen, insbesondere solche, die in der Papierindustrie verwendet werden bzw. bekannt sind.

Beispiele für geeignete polymere Materialien, die besonders vorteilhaft sind, sind Stärke. Dextrine. Casein, Soyaprotein. Polyvinylalkohol, regeneriene Cellulose. Polystyrol maicinanhydrid). Γο1\( styrol butadien). \cry!polymere und C opolymerrr«schu"fcn hiervon.

Für die Durchführung der Frfindung werden ve
zugsweise Formulierungen mit einem Feststoff scha't zwischen 5 und frO Gewichtsprozent, insbesondere zwischen 15 und 4»¹ Gewichtsprozent, verwendet.

Organische und anorganische Pigmente, die a·.. dem Gebiet der Papierbeschichtung bekannt siiv!. können der Formulierung im wesentlichen in jedem Anteil für die Erzielung eines speziellen Effekts, beispielsweise der Farbe, zugesetzt werden, doch ver

teil der Beschichtung keine thermoplastischen oder Schmelzeigenschaften haben darf, die dem eben beschriebenen Zusatz ähnlich sind. Verschiedene funktioneile Gruppen sind bei dieser Technik nicht notwendig.

Eine stc-itere Technik, einer gefriergetrockneten Beschichtung nach der Erfindung Festigkeit zu verleihen, besteht darin, daß die Beschichtung nach der Trocknung einer eine Bindung erzeugenden che-

Esssssssaa

^kannten Betriebseinheiten zusammengeset^ Das Verfahren wird in semer Gesamtheit nachfolgend

beschncben. Vprfnhren kann schubweise

Das erfindungsgeraaße,Verfahren kann^^uDwe durchgeführt werden indem eine Papierro Ie in eine

Vakuumkammer gebrach /,^^f^P o-Verfahren durchgeführt und dann das ferüge m lukt ausgeladen wird ?'e Erfndung nchtet s cn iber insbesondere auf die Verwendung eine* Ron fauierlichen Luft^u-Luft-Verfahre.^ Fur darken inuierliche Verfahren werden ^BrtMhgtaJi !«nötigt em Abwickelgestell 1, cane »^. einrichtung 2, e.ne Gebereinheit^3 eine vakuum kammer 4 ein ^f/^^^J^ZS »ystem 6, die mit der ,^^^ »ind, und «n Aufwickelgestell 7 D^e V einhciten sind in der Zeichnung schematise!! aar

gestellt. wjo rwnstände wie Ab-

Es sei hier bemerkt daß Gegensjn^roj«

Wickelgestelle, ^A^«^^^« «rtige Förderer- und Veibindungseinnc kontinuierliche Bahnen bekannt sind und verden können, ohne daß dies emer "^ereⁿ br läuterung bedarf. Die ^-^g unter den Arten ausgewählt ™*™<* geeigneter Fließeigenscha ten so aufg daß das gewünschte Bcschichtungsgewicht der gewünschten Toleranzen erhalten w «' ^ Beschichtungsmatenal auf eine Papieroann au.g bracht wird. Es können beispielsweise em« ^mep^ klinge, eine umgekehrte Klinge. .Ein Luttmea «. Walzenbeschichtung, eine J^e\^cY^Vⁿ8J^_n|^ läufigen Walzen, eine Stabrakel mit gewunaene Draht, ein Extruder oder irgendeine ^r weiteren bekannten Techniken zum Auftragen von »^e"·" tungen auf eine Bahn venvcndet werden. υ e m. zählung soll die Breite und den »i«'" .. dung zeigen und nicht eine BescnranKung am u erwähnten Techniken bedeuten.

In gleicher Weise kann die ^E™^rstül^°_d eine von mehreren Techniken durchgeiunn. w« Ein Strom kalter Luft oder eines anderen Oases Kan verwendet werden, das Blatt kann in KontaKtmii α

kalten Oberfläche, beispielsweise der g^eKU™ Geeenwalze, einer Schleppklinge oder cincrp™ sckühlten Trommelwalze gebracht werden, oac kann in eine kalte, nicht mischbare und ηκm re netzende Flüssigkeit eingetaucht weraen rc - Techniken ist in den verschiedenen■ ^igeiη Industrie, welche das Einfneren ais tecnniscncu gang benutzen, bekannt. KiWn eines

Geeignete Einrichtungen zum Emtuhren ein Bahnmaterials aus atmosphänschen Bedingungen^in eine Kammer mit vermindertem Druck una ζ Herausführen aus dieser in ^"^!f¹^,. _die halbkontinuierlicher Weise sind bereits rur Vakuummetallisierung von Ban Jnetalien, ^ , Kunststoffen und Papier ™^^^S™_{R der} heilen können mit Vorteil zur °^Ρ™^_ω6Γ. Erfindung angewendet werden.^lff, PaIJ der

trocknung sind die ^mee^ha"^isc^\j'°_kam_mer verweniger ernst, da der in der VakuunJcammer yer

wendete Druck um ^Gro«^eno;^dn"X_uni_meUllisiekann als der Druck, der fur die ^^UI™^^alJ^s^ rung erforderlich ist. So reicht em Druck von M ^j^ _{durch Dichtun}g_seinrichtungen, beispielsweise Walzendichtungen 8, in nachfolgende Kam_{niederen Drucks}. j_ede Kammer kann einzeln _{werden und kann eLn sehr klcines}

» Vofumen haben. Die erforderliche Anzahl der ab_dichteten Kammern hängt von der Wirksamke.t g _{Walzendichtungen} und der Kapazität der Pum-

das beschichtete Blatt eine Kammer ^ ^ ^ _{y b sdmck unter}.

^ Sublimationsdruck von Eis bei der Tempe_{ratur des Blattes} gehalten ist, beginnt der Trock_{zeß Die} |_ublimationsgeschwindigkeit kann erhöh? werden, indem dem Blatt eine Wärmemenge Zeiteinheit zugeführt wird, die der be. der ^ _verbrauchten wärmemenge pro Ze.t- ^^ äquivalent ist. Diese Wärmemenge kann auf verschiedenen Wegen zugeführt werden, beispiels-Verwendung von Mikrowellen oder dielektrischen Heizgeräten, elektrischem Widerstand _{d h leitendes Material u}. _{dgL Es ist jed}och wichtig.

Beschichtung während des Sublimations- ^. ^ _{da hjerdurch die}

poröse Struktur zerstört würde. Um die Geschwindig-Lit, mit der Wasser aus der Kammer entfernt werden verbessern, ist es erwünscht, den Wasser_dam^_{f außerhaib der} Vakuumkammer, noch bevor ^ ^ _{Vakuu pen gelangen kann? zu ko}nde_:1-

_{Dies wjrd norma]erweise dadurc}h erreicht, ^ _{zwischen dje Kammer und die} Vakuumpumpen _Warmcaustauscher gesetzt werden. Die Wärmeaus-^ύ5 tauscher werden auf einer Temperatur gehalten, die _ausreichend unterhalb der Gefrierpunktscharakterist.k ^ _Betriebsdrucks liegt. Diese Temperatur liegt dementsprechend auch unterhalb der Temperatur der beschichteten Bahn. Es kann auch ein zweiter oder alternativer Wärmeaustauscher vorgesehen sein, so ^ ^ ^_f ^^ ^^ Wärmeaustauscher gebildete _{£js enUernt wer}den kann, ohne daß der kontinuier-_{]iche Betrieb} unterbrochen zu werden braucht.

_{Nach Trocknen der Bahn in der} Vakuumkammer ^ ^ ^^ _Wa,_{zendichtungen aus der} Kammer ^^ _{erwünscht? einer wcit}eren Wärmebehandlung oder chemischen Behandlung unterwor_f__n ^ _{dann auf eme Rolle} _η aufgewjclcelt. Die ^ _{Verfahrensweise kann auch} f_ür ein Blatt, das s_rf ^^ ^ ^ ^^ ^^ _{beschichtet ist}, ver _%vend&t _werden, wobei nur geringfügige für ein zweibeschichtetes Blatt erforderliche Änderungen ^ ^^ _{Gestaltung vorgen}ommen werden müssen, die für einen Fachmann leicht durchzuführen sind.

^ ^^ ^ _{Erfindung verwendbaren} Beschich- ^ _srnaterialien können herkömmliche Papier_besS_hichtungszusammensetzungen mit Feststoffgehalten in den üblichen und herkömmlichen Bereichen ^^ ^ ^„^^ _{mnerhalb der herköm}mlichen Be_reiche der Schichtgewichte oder Naßdicken wie bei den schon früher bekannten Verfahren aufgetragen _werden. Hinsichtlich der Naßdicke der Beschichtung ^. _{ausdrücklich darau{} hingewiesen, daß die Be-

65 Schichtungen nach der Erfindung dieselbe Naß- und 5 _Trockendf_{cke haben>
wogegeri die} herkömmliche

Lufttrocknung derselben Beschichtungen die Dicke _{der nassen} schichten vermindert. Die Erfindung be-

schränkt sich nicht auf die Beschichtung von Papier, vielmehr können verschiedenartige Substrate beschichtet werden, so z. B. Kunststoffolien. Die Erfindung ist besonders dort wertvoll, wo eine aufgetragene Schicht bedruckt werden soll.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Beispielen in Verbindung mit den Ansprüchen.

Beispiel I

Ein Blatt aus Rohpapier mit einem Grundgewicht von 67 g/m² wurde auf eine mit Trockeneis gekühlte Metallplatte gelegt. Eine Beschichtungsformulierung aus wäßrigem Ammoniumcaseinat mit einem Feststoffgehalt von 15 Gewichtsprozent wurde mit Hilfe eines Bird-Film-Auftraggeräts in einer Menge von 3 g/m² auf das Blatt aufgetragen und sofort gefroren. Das Papier wurde in eine Vakuumkammer gebracht, ■uf 500 Mikron Hg evakuiert und in der Kammer belassen, bis die gefrorene Beschichtung durch Sublimation getrocknet war, und dann auf Umgebungsbedingungen zurückgeführt. Die Trocknung dauerte nur etwa 2 Minuten. In der obigen Weise gefriergetrocknetes Casein bildet eine opake, weiße Beschichtung mit einer außerordentlich glatten und glänzenden Oberfläche. Die Eigenschaften des Fapiers wurden durch die Beschichtung erheblich verbessert:

Standard Weißgehalt
TAPPI Opazitai ...
Sheffield O'ätte ....
Hunter uianz

Rohpapier

78
85
65

Beschichtetes Papier

82,5
90
12
66

Das gefriergetrocknete, mit Casein beschichtete Papier wurde auf einer Diamond-Gardner-Rotationstiefdruckpresse bedruckt und ergab scharfe Druckbilder, die den auf einem Papier handelsüblicher Qualität für Rotationstiefdruck erzeugten überlegen waren.

Beispiel II

Eine Beschichtungsformulierung aus 80 °/o Casein und 20 °/o Teilester eines Carboxylgruppen enthaltenden Maleinanhydrid-Styrol-Copolymers mit einem Gesamtfeststoffgehalt von 12% wurde, wie im Beispiel I beschrieben, auf Papier aufgetragen und gefriergetrocknet. Die Beschichtung war sehr weiß und opak und löste sich bei kurzem Kontakt mit Wasser nicht auf.

Beispiel III

Eine Beschichtungsformulierung aus 80% Casein und 20 % einer Paraffinwachsemulsion mit einem Gesamtfeststoffgehalt von 15% wurde, wie im Beispiel I, auf ein Papier aufgetragen und gefriergetrocknet. Der Film war weiß und opak und nach einer einminutigen Wärmebehandlung bei 100° C im wesentlichen wasserbeständig.

Beispiel IV

Eine Beschichtungsformulierung aus 68% Casein und 32°/o eines Styrol-Butadien-Copolymerlatex (60/ 40) mit 55 % Feststoffen wurde mit einem Gesamtfeststoffgehalt von 15 %, wie im Beispiel I, auf eine Papierbahn aufgebracht. Die Beschichtung war weiß und opak und gegenüber Wasser beständiger als die Beschichtung nach Beispiel I.

Beispiel V

Eine Beschichtungsformulierung aus 78 % Casein, 19,5% eines methylierten Methylol-Melamin-Formahdehydharzes und 2,5 Vo Diammoniumphosphat wurde mit einem Gesamtfeststoffgehalt von 15% auf to Papier aufgebracht und wie im Beispiel I gefroren. Die gefriergetrocknete Beschichtung wurde dann 20 Sekunden lang bei 180⁰C ausgehärtet. Der gebildete Film war weiß, opak und wasserbeständig.

Beispiel VI

Bei Ersatz des Caseins der Beispiele I bis V durch

Soyaprotein wurden nur sehr kleine Unterschiede bemerkt. Die dunkle Farbe des Proteins verminderte den Weißgehalt im Verhältnis zu den Beispielen I

ao bis V jedoch um einige Punkte.

Beispiel VII

Eine Beschichtungsformulierung aus 68% D ν Irin und 32% Teilester eines Maleinanhydrid-Styro-Copolymers wurde mit einem Gesamtfeststoffgehak von 23 % wie im Beispiel I aufgetragen und ge I ricrgetrocknet. Die Beschichtung war weiß, opak und wasserbeständig. Die Sheffield-Glätte lag bei 10, und der Hunter-Glanz wurde mit 75 gemessen, was eine

glattere Oberfläche bedeutet als diejenige, die unter Verwendung von Casein oder Protein erhalten wird.

Beispiel VIII

Eine Beschichtungsformulierung aus 80% IiT-Ton und 20 % oxydierter Stärke mit einem Gcsuratfeststoffgewicht von 40% wurde wie im Beispiel I auf ein Papier geschichtet und gefriergetrocknet. Das fertig geschichtete Blatt wurde verglichen mit ei^m auf herkömmliche Weise luftgetrockneten Blaii mit einer Schicht aus demselben Beschichtungsmatcrial und mit demselben Beschichtungsgewicht. Die Gefriertrocknung verbesserte den Weißgehalt ve α 30 auf 90, die Opazität von 91 auf 94 und verdrei^c'ue die Bekk-Glätte von 80 auf 240.

Beispiel IX

Eine Beschichtungsformulierung aus 80 % HT-Ton und 20% Polyvinylalkohol mit 20% G.aaitfeststoffen wurde auf Papier aufgetragen und wie im

Beispiel I gefriergetrocknet und dann mit einer luftgeüockneten Kontrollprobe desselben Beschichtungsgewiichts verglichen. Der Weißgehalt der Kontrollprobe betrug 77 und die Opazität 87. Das gefriergetrocknete Blatt hatte einen Weißgehalt von 85,5

und eine Opazität von 92,5.

Beispiel X

Die im Beispiel VII beschriebene Beschichtungsformulierung wurde mit einem Gesamtfeststoffgehalt

So von 23 % wie im Beispiel I aufgetragen und in die Vakuumkammer gebracht und in gefrorenem Zustand gehalten, während die Kammer evakuiert wurde. Bei einem Gesamtdruck von 1000 Mikron wurde das Blatt von dem kalten Metallträger ab-

gehoben und parallel zu einem Infrarotheizgerät im Vakuum aufgehängt, das 10 Sekunden lang bei einer Drahttemperatur von 1200° C eingeschaltet wurde. Die Kammer wurde dann wieder auf atmosphärischen

Q λ

Druck gebracht. Die Beschichtung erwies sich als trocken. Die Gesamtverweilzeit des Papiers im Vakuum betrug 2 Minuten. Das Schichtgewicht wurde ta 2,5 kg pro Ries (etwa 13 g/m²) gemessen, und der Glanz und die Glätte entsprachen den in Beispiel VII gemessenen Werten.

Beispiel XI

Eine wäßrige Casein-Beschichtungsformulierung mit 15 % Feststoffen wurde auf ein Rohpapier aufgetragen, worauf man es 1 Sekunde lang eindringen Keß und dann wie im Beispiel I auf einer kalten Metallplatte einfror und gefriertrocknete. Die so gebildete Beschichtung hatte eine Faserreißbindung an das Papier und ähnliche Eigenschaften, wie im Bei-•pie! I beschrieben.

Beispiel XII

Eine Beschichtungsformulierung aus oxydierter Stärke mit 15 °/o Feststoffen wurde wie im Beispiel I •ufgetragen und gefriergetrocknet. Eine Beschichtung von 2,4 kg pro Ries erhöhte den Weißgehalt des Papiers von 79 auf 88 und seine Opazität von 85 auf 94. Das Blatt war glatt und glänzend.

Die nach den obigen Beispielen hergestellten betchichteten Produkte weisen, wie oben besprochen,

in Abhängigkeit von der jeweiligen besonderen Verfahrensweise verschiedene Festigkeitsgrade auf. Alle Produkte sind jedoch brauchbar, und die Wahl der jeweiligen Verfahrensweise hängt von dem besonde-S ren Gebrauchszweck ab, für den das jeweilige beschichtete Substrat gedacht ist. Beispielsweise erfordern verschiedene Druckverfahren verschiedene Festigkeiten der Beschichtung oder verschiedene Haftfestigkeiten, was auf diesem Gebiet gut bekannt

ίο ist. Die beschichteten Substrate können natürlich auch für andere Zwecke als für das Drucken verwendet werden, bei denen eine höhere Opazität, ein höherer Weißgehalt und eine bessere Glätte erwünscht sind.

Aus den vorhergehenden Beispielen ergibt sich, daß die Erfindung eine neue Technik zur Herstellung von qualitativ hochwertigen, leichtgewichtigen, opaken Oberflächen für Druckpapier mit gutem Glanz, guter Glätte und guten Druckeigenschaften bietet, so daß

ao die übliche nachfolgende Superkalandrierung vollständig weggelassen werden kann. Der Wegfall der Superkalandrierungsstufe vermindert den Kapital- und Arbeitsaufwand bei der Herstellung von beschichteten Papieren und beseitigt den hohen Verlnsi

as an Produkten und Zeit, der normalerweise mit dei Superkalandrierungsstufe verbunden ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

^;984

Claims

1 2 zu etwa 60 Gewichtsprozent der polymeren ZuPatentansprüche: sammensetzung durch Beschichtungstone, Zinkoxyd, Titandioxyd und/oder Satinweiß als an-

1. Verfahren zum Beschichten von Papier organische Pigmente ersetzt sind.

od. dgl., wobei ein Beschichtungsmaterial aus 5 11. Verfahren nach einem der vorhergehender

einer in einem flüssigen Medium enthaltenen poly- Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Be-

meren Zusammensetzung auf eine Bahn auf- schichtung auf der Bahn Dämpfen mindestens

getragen wird, dadurchgekennzeichnet. einer reaktiven Substanz, insbesondere Form-

daß die Beschichtung durch Erniedrigen der Tem- aldehyd und/oder Toluoldiisocyanat, ausgesetzt

peratur unterhalb ihres Gefrierpunktes eingefro- io wird, nachdem die beschichtete Bahn aus dei

ren und verfestigt wird, eine ausreichende Menge Vakuumkammer entfernt ist.

des gefrorenen flüssigen Mediums im wesent- 12. Verfahren nach einem der vorhergehenden

liehen als Dampf in an sich bekannter Weise Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die

direkt aus der verfestigten Beschichtung unter Bahn nach dem Herausführen aus der Vakuum-

vermiDdertem Druck so entfernt wird, daß die 15 kammer einer weiteren Wärmebehandlung anter-

Beschichtung bei der Rückführung der Bahn auf worfen wird,
atmosphärischen Druck und Umgebungstemperatur fest und im wesentlichen trocken bleibt,

und im wesentlichen die gleiche Dicke wie beim

ursprünglichen Auftrag behält, und daß die Bahn 20
dann den normalen Umgebungsbedingungen wieder ausgesetzt wird. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschich-

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- ten von Papier od. dgl., wobei ein Beschichtungskennzeichnet, daß der gefrorenen Bahn unter ver- material aus einer in einem flüssigen Medium entmindertem Druck Wärmeenergie zugeführt wird, as haltenen polymeren Zusammensetzung auf eine Bahn

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch ge- aufgetragen wird.

kennzeichnet, daß die Wärmeenergie in Form von Herkömmliche, beschichtete Druckpapiere und

Infrarotstrahlung zugeführt wird. andere beschichtete Papiere werden hergestellt, in-

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch ge- dem ein Beschichtungsmaterial aus anorganischen kennzeichnet, daß die Wärmeenergie durch 30 Pigmenten, Bindemitteln und einem flüssigen Mikrowellen- oder dielektrische Erwärmung zu- Medium, wie Wasser, auf eine Papierbahn nach geführt wird. einem von mehreren bekannten Verfahren aufgetra-

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch ge- gen wird. Bei allen diesen Verfahren wird das flüskennzeichnet, daß die Wärmeenergie durch Lei- sige Medium aus seinem flüssigen Zustand verdampft, tung aus einer erwärmten Berührungsfläche zu- 35 um einen festen Überzug auf der Papieroberfläche zu geführt wird. hinterlassen. Diese Trocknungsstufe wird normaler-

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden weise durchgeführt unter Verwendung von solchen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als flüs- Techniken, wie Beaufschlagen mit Luft hoher Gesiges Medium Wasser und als polymere Zusam- schwindigkeit, Berührung mit erwärmten Walzen mensetzung Stärke, oxydierte Stärke, Dextrin, 40 oder Bestrahlung der beschichteten Papierbahn mit Casein, Soyaprotein, Polyvinylalkohol, Poly- Infrarotlicht, Mikrowellen u. dgl. Diese herkömm-(Styrol/Butadien)-Polymere, emulgierte Wachse liehen Methoden gleichen sich insofern, als das und'oder Teilester von Poly-(Styrol/Malein- Medium, beispielsweise Wasser, aus der Beschichtung anh\drid) verwendet werden. durch Überführen des flüssigen Mediums in Dampf

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 45 entfernt wird. Wird eine Beschichtung aus dem im bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als flüssiges wesentlichen flüssigen Zustand getrocknet, danrf^öe-Medium Wasser und als polymere Zusammen- wirken dit auf Grund der Oberflächenspannung der Setzung eine Mischung aus polymeren Stoffen ver- restlichen Flüssigkeit auftretenden Kräfte eine wendet wird, die zum einen aus Stärke, oxydier- Schrumpfung des Beschichtungsfilmes beim Entfernen ter Stärke, Casein, Protein, Dextrin und/oder 50 des Mediums, so daß sich die Beschichtung nach Polyvinylalkohol und zum anderen aus Poly- mehr oder weniger vollständigem Entfernen des meren oder Präpolymeren von Melamin-Form- Mediums der ursprünglichen Oberfläche der bealdehyd oder Harnstoff-Formaldehyd, teilweisen schichteten Bahn mehr oder weniger anpaßt. Dieser Estern von Polystyrol Maleinanhydrid), Poly- Schrumpfeffekt und die Neigung der Beschichtung, (Styrol/Butadien)-Polymeren und/oder emulgier- 55 sich der Bahnoberfläche während der Trocknung anlen Wachsen besteht. zupassen, sind hauptsächlich der Grund für die fort-

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 laufenden Bemühungen bei der Entwicklung in bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als flüssiges Richtung auf Beschichtungen mit hohem Feststoff-Medium Benzol und als polymere Zusammen- gehalt, die beispielsweise durch die Auftragtechnik Setzung Polystyrol und/oder ein vernetzbares 60 mit einer Schleppklinge aufgebracht werden können, Styrol-Copolymer verwendet werden. oder in Richtung auf eine Trocknung der nassen

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Beschichtung, während diese an einer polierten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein an- Walze anliegt, um hierdurch bessere Druckflächen zu organische Pigmente enthaltendes Beschichtungs- erhallten. Trotz dieser Entwicklungen erzeugen diese mittel verwendet wird. 65 Schrumpfung und die Anpassung Oberflächen, die

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden noch so rauh sind, daß eine zusätzliche Stufe des Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Be- Superkalanderierens im allgemeinen erforderlich ist, Schichtungsmaterial verwendet wird, in dem bis um die Oberfläche der Schicht so weit zu glätten.