DE1938162C3

DE1938162C3 - Verfahren zum Beschichten von Papier

Info

Publication number: DE1938162C3
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: 1974-11-14
Also published as: DE1938162A1; GB1271281A; FR2014098A1; DE1938162B2; US3702779A

Description

und im wesentlichen die gleiche Dicke wie beim

ursprünglichen Auftrag behält, und daß die Bahn ao
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 anhydrid) verwendet werden. durch Überführen des flüssigen Mediums in Dampf

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 45 entfernt wird. ^w;rd eine Beschichtung aus dem im bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als flüssiges wesentlichen * -yen Zustand getrocknet, dann beMedium Wasser und als polymere Zusammen- wirken die au jt '*id der Oberflächenspannung der setzung eine Mischung aus polymeren Stoffen ver- restlichen F'u«i*reit auftretenden Kräfte eine wendet wird, die zum einen aus Stärke, oxydier- Schrumpfung A:-, .^«•schichtungsfilmes beim Entfernen ter Stärke, Casein, Protein, Dextrin und/oder 50 des Mediums, c.» 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 Poly-(Styrol/Maleinanhydrid), Poly- Schrumpfeffekt und die Neigung der Beschichtung, (Styrol/Butadien)-Polymeren und/oder emulgier- 55 sich der Bahnoberfläche während der Trocknung anten Wachsen besteht. zupassen, sind hauptsächlich der Grund für die fort-

8. Verfahren nach einem der Ansprüche I 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- erhalten. 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,

If ι

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Produkt extrem porös isL Eine solche

^TemP?^ratur sätzüch noch weitere gewüJchte Eigenschaften. Es »5 hohes Maß an Opazitätbei dünnen Filmen erhalten

A^¹ASSSS

p fest.und in,«wesentliche, trocken bleibt ao tat erhalten wird, sind nodl nicht vollständig geklärt,

und im wesentlichen die gleiche Dicke wie beim doch wird angenommen, daß diese Opazität auf ursprünglichen Auftrag behalt, und daß die Bahn Hohlräume rurückruführen ist, die bei der Entferdann den normalen Umgebungsbedingungen wieder „ung der festen Tragerkristalle aus der gefrorenen ausgesetzt wird Das Verfahren wird vorzugsweise in Beschichtung Zurückgelassen werden, und daß das der Weise durchgerührt, daß eine Papierbahn oder ,5 Maß der Opazität eine Funktion der Hohlräume, der ein Papierblatt mit einer Mischung aus einem Binde- Größenverteilung der Hohlräume und des Brechungsmittel, 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

Medium 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 beschichtete Blatt in eine Vakuumkammer eingeführt _im wesentlichen vollständig unbeweglich gemacht wird, in der das flüssige Medium aus der gefrorenen wird, jedes Polymermolekül im wesentlichen unab-Schicht im wesentlichen heraussublimiert 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 werzahl von kleinsten Hohlräumen in der Beschichtung. den, daß die getrocknete Beschichtung keine oder nur Die Oberflache 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 Einfrierung. Die Opazität der erhaltenen, leicht- Effekt zu beobachten isL Es können jedoch vergewichtigen 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 schichtuFgen deutlich verbessert. Weitere Vorteile 45 notwendige Festigkeit zu verleihen. Es seien im folder erfindungsgemaßen 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 Erfindung sind außerdem wasser- getrockneten Beschichtungen weisen eine unerwartete unempfindlich, besitzen einen hohen Weißgehalt und Festigkeit auf. Wenn auch die genauen Gründe für eine Festigkeit, 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 der 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 funktioneile Grupangesehen, 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, flächenspannune. welche die GniDoen der Polvmer-

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moleküle, die sich in dieser Gegend befinden, in Materialien und Medien, die nach der Erfindung

einen ausreichend engen Kontakt zwingt, so daß eine verwendet werden können, von denen hier jedoch

Bindung zwischen diesen stattfinden kann, auch wenn nicht alle aufgeführt werden können. Die Haupt-

der größere Teil eines jeden Moleküls im wesent- Voraussetzung für die Durchführung des erfindungs-

lichen frei von dieser intermolekularen Bindung sein 5 gemäßen Verfahrens ist die, daß das Medium in dei

kann. Beschichtungsformulierung gefroren und durch Subli-

Verschiedenartige unähnliche Polymere, d. h. mation aus der festen Beschichtungsformulierung

solche mit verschiedenen funktionellen Gruppen, wie entfernt werden kann. Aus praktischen Gründer

in Beispiel VII, können nach der Erfindung verwendet sollten die Kombinationen von Polymer und flüssi-

werden, um in der Beschichtung eine ausreichende io gern Medium vorteilhafterweise Theologische Eigen-

Fesligkeit für Druckzwecke zu erhalten. schäften haben, die sich für bekannte Auftragsver-

Eine weitere Methode zur Erzielung einer Festig fahren für Beschichtungen eignen. Weiterhin sollten

keit in gefriergetrockneten Beschichtungen geht da- innerhalb geeigneter Viskositäten zweckmäßigerweise

von aus, die Beschichtung langsam zu kühlen und ausreichend hohe Feststoffgehalte erreichbar sein, um

die Endtemperatur, der die gefrorene Beschichtung 15 die Aufwendungen für die 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 wäßrigen Lösungen oder wäßrigen

Beschichtung in gefrorenem Zustand zu behalten. Suspensionen zu arbeiten.

Unabhängig davon, ob nun unähnliche polymere Die polymeren 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 sich zum Auftrag auf ein Substrat, wie Papier,

alle polymeren Moleküle mit ausreichenden flüssigen eignen, insbesondere solche, die in der Papierindu-

Molekülen des Mediums versehen sind, um eine gute strie verwendet werden bzw. bekannt sind,

intermolekulare Bindung zu erhalten, während die 25 Beispiele für geeignete polymere Materialien, die

Kristalle des Mediums, die man bis zur gewünschten besonders vorteilhaft sind, sind Stärke, Dextrine.

Größe wachsen läßt, die Hohlräume schaffen, die zu Casein. Soyaprotein, Polyvinylalkohol, regenerierte

den außerordentlich guten Opazitätscigenschaften Cellulose, Polyistyrol/malcinanhydrid), Polystyrol

der gefriergetrockneten Beschichtungen nach der Er- butadien), Acrylpolymere und Copolymermischungen

findung beitragen. 3° hiervon.

Eine weitere Technik umfaßt die Zugabe eines Für die Durchführung der Erfindung werden voremulgicrten, thermoplastischen oder wärmeschmelz- zugsweise Formulierungen mit einem Feststoffgehalt baren Materials zu der Beschichtungsformulierung, zwischen 5 und 60 Gewichtsprozent, insbesondere beispielsweise im Fall eines wäßrigen Systems die zwischen 15 und 40 Gewichtsprozent, verwendet.
Zugabe einer Acrylpolymeremulsion bzw. einer 35 Organische und anorganische Pigmente, die au! Wachsemulsion. In diesem Fall wird die Beschich- dem Gebiet der Papierbeschichtung bekannt sind, tung nach der Gefriertrocknung einer Wärmequelle können der Formulierung im wesentlichen in jedem ausgesetzt, die ausreicht, das thermoplastische oder Anteil für die Erzielung eines speziellen Effekts, beischmelzbare Material zum Fließen zu bringen und spielsweise der Farbe, zugesetzt werden, doch verdadurch eine wesentliche intermolekulare Bindung 40 mindern bestimmte Opazitätspigmente, wie Rutil zu bewirken. Derartige beschichtete Papiere haben, (Titanoxyd), die Opazitätskraft der gefriergetrockwcnn sie anschließend auf normale Temperaturen ncten Beschichtung im Vergleich mit einer ähnlichen, zurückgebracht werden, die bei einer Beschichtung das Pigment nicht enthaltenden Beschichtung, befür Druckzwecke erforderliche Festigkeit. Es sei noch zogen auf eine gleiche Gewichtsbasis. Sofern hier darauf hingewiesen, daß der polymere Hauptbestand- 45 nicht anders angegeben, braucht die Beschichtungsteil der Beschichtung keine thermoplastischen oder formulierung vor ihrem Auftragen auf die Bahn Schmelzeigenschaften haben darf, die dem eben be- weder physikalisch noch chemisch in irgendeiner unschriebenen Zusatz ähnlich sind. Verschiedene üblichen Weise behandelt zu werden.
funktioneile Gruppen sind bei dieser Technik nicht Bei herkömmlichen Papierbeschichtungen werden notwendig. so Pigmente nicht nur deshalb mit aufgenommen, um Eine weitere Technik, einer gefriergetrockneten die Opazität und den Weißgehalt der Beschichtung Beschichtung nach der Erfindung Festigkeit zu ver- zu erhöhen, sondern auch um die zum »Einfangen« leihen, besteht darin, daß die Beschichtung nach der der Druckfarbe notwendige Mikroporosität zu schaf-Trocknung einer eine Bindung erzeugenden ehe- fen, hierdurch ein Abfärben von einem Blatt auf ein mischen Reaktion unterworfen wird, wobei minde- 55 weiteres während des Drückens zu vermeiden und stens ein Teil des Reaktionssystems der Beschichtung während des Drückens eine entsprechende Farbzugegeben wird, nachdem diese getrocknet ist. In aufnahme zu ermöglichen, um die gewünschte Bilddiesem FaJl ist es wünschenswert, die Menge an re- dichte zu erhalten. Die gefriergetrockneten Beschichaktivem Material, das durch die getrocknete Be- tungen tragen in ähnlicher Weise zu diesen Gesichtsschichtung aufgenommen wird, zu beschränken, um 60 punkten des Druckverfahrens bei und führen zu die Opazität der Beschichtung nicht zu beeinträch- Druckergebnissen, die den herkömmlichen Beschichtigen. Typische Reaktionen und Systeme umfassen tungen überlegen sind.

Dampfphasenreaktionen, wie Isocyanatreaktionen, Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Epoxyreaktionen, Carboxyl-, Amin- und Hydroxy- ist insofern einzigartig, als die verschiedenen für die reaktionen, die Polymerisation von Äthylenimm oder 65 Erfindung notwendigen Tefle bisher nie zu einer Vorweitere bekannte chemisch reaktive Polymer- oder richtung vereint worden sind, obwohl die wichtigeren Klebesysteme, wie das in Beispiel V aufgeführte. der Teile bereits vorhanden sind und den Fachleuten Es gibt buchstäblich Hunderte von polymeren auf dem Gebiet der Beschichtung, der Vakuum-

behandlung von Bahnen und der Gefriertrocknung gut bekannt sind. Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens wird also aus einer Reihe von bereits bekannten Betriebseinheiten zusammengesetzt. Das Verfahren wird in seiner Gesamtheit nachfolgend beschrieben.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann schubweise durchgeführt werden, indem eine Papierrolle in eine Vakuumkammer gebracht, in dieser das gesamte Verfahren durchgeführt und dann das fertige Produkt ausgeladen wird. Die Erfindung richtet sich aber insbesondere auf die Verwendung eines kontinuierlichen Luft-zu-Luft-Verfahrcns. Für das kontinuierliche Verfahren werden als Betriebseinheiten benötigt ein Abwickelgestell 1, eine Beschickungseinrichtung 2, eine Gefriereinheit 3, eine Vakuumkammer 4, ein Heizsystem 5 und ein Kondensiersystem 6, die mit der Vakuumkammer verbunden sind, und ein Aufwickelgestell 7. Diese Verfahrenseinheiten sind in der Zeichnung schematisch dargestellt.

Hs sei hier bemerkt, daß Gegenstände wie Abwickelgestelle, Aufwickelgestelle und verschiedenartige Förderer- und Verbindungseinrichtungen für kontinuierliche Bahnen bekannt sind und verwendet werden können, ohne daß dies einer näheren Erläuterung bedarf. Die Beschickungseinrichtung kann unter den Arten ausgewählt werden, die Flüssigkeiten geeigneter Fließeigenschaften so auftragen können, daß das gewünschte Beschichtungsgewicht innerhalb der gewünschten Toleranzen erhalten wird, wenn das BeschidituntiMTiatcrial auf eine Papierbahn aufgebracht wird. Hs können beispielsweise eine Sehlcppklinge, eine umgekehrte Klinge, ein Luftmesser, eine Walzenbeschichtung, eine Beschichtung mit gegenläufigen Walzen, eine Stabrakel mit gewundenem Draht, ein Extruder oder irgendeine der weiteren bekannten Techniken zum Auftragen von Beschichtungen auf eine Bahn verwendet werden. Die Aufzählung soll die Breite und den Umfang der Erfindung zeigen und nicht eine Beschränkung auf die erwähnten Techniken bedeuten.

In gleicher Weise kann die Einfrierstufe durch eine von mehreren Techniken durchgeführt werden. Ein Strom kalter Luft oder eines anderen Gases kann verwendet werden, das Blatt kann in Kontakt mit der kalten Oberfläche, beispielsweise der gekühlten Gegenwalze, einer Schleppklinge oder einer großen gekühlten Trommelwalze gebracht werden, oder es kann in eine kalte, nicht mischbare und nicht benetzende Flüssigkeit eingetaucht werden. Jede dieser Techniken ist in den verschiedenen Zweigen der Industrie, welche das Einfrieren als technischen Vorgang benutzen, bekannt.

Geeignete Einrichtungen zum Einführen eines Bahnmaterials aus atmosphärischen Bedingungen in eine Kammer mit vermindertem Druck und zum Herausführen aus dieser in kontinuierlicher oder halbkontinuierlicher Weise sind bereits für die Vakuummetallisierung von Bandmetallen, Glas, Kunststoffen und Papier entwickelt. Ähnliche Einheiten können mit Vorteil zur Durchführung der Erfindung angewendet werden. Im Fall der Gefriertrocknung sind die mechanischen Probleme jedoch weniger ernst, da der in der Vakuumkammer verwendete Druck um Größenordnungen höher sein kann als der Druck, der für die Vakuummetallisierung erforderlich ist. So reicht ein Druck von 50 bis 200 Mikron Quecksilbersäule für das Gefriertrocknungsverfahren aus, wogegen die Vakuummetallisierung häufig Drücke in Höhe von 0,5 Mikron Quecksilbersäule erfordert.

Dieser Teil des Verfahrens umfaßt das Einführen der Bahn durch Dichtungseinrichtungen, beispielsweise Walzcndichtungen 8, in nachfolgende Kammern niederen Drucks. Jede Kammer kann einzeln ausgepumpt werden und kann ein sehr kleines

ίο Volumen haben. Die erforderliche Anzahl der abgedichteten Kammern hängt von der Wirksamkeit der Walzendichtungen und der Kapazität der Pumpen ab. Sobald das beschichtete Blatt eine Kammer erreicht, innerhalb der der Umgebungsdruck unterhalb dem Sublimationsdruck von Eis bei der Temperatur des Blattes gehalten ist, beginnt der Trocknungsprozeß. Die Sublimationsgeschwindigkeit kann erhöht werden, indem dem Blatt eine Wärmemenge pro Zeiteinheit zugeführt wird, die der bei der

ao Sublimation verbrauchten Wärmemenge pro Zeiteinheit äquivalent ist. Diese Wärmemenge kann auf verschiedenen Wegen zugeführt werden, beispielsweise durch Verwendung von Mikrowellen oder dielektrischen Heizgeräten, elektrischem Widerstand durch leitendes Material u. dgl. Es ist jedoch wichtig, daß die Beschichtung während des Sublimationsvorgangs nicht zu sehr schmilzt, da hierdurch die poröse Struktur zerstört würde. Um die Geschwindigkeit, mit der Wasser aus der Kammer entfernt werden kann, zu verbessern, ist es erwünscht, den Wasserdampf außerhalb der Vakuumkammer, noch bevor er in die Vakuumpumpen gelangen kann, zu kondensieren. Dies wird normalerweise dadurch erreicht, daß zwischen die Kammer und die Vakuumpumpen Wärmeaustauscher gesetzt werden. Die Wärmeaustauscher werden auf einer Temperatur gehalten, die ausreichend unterhalb der Gefrierpunktscharakteristik des Betriebsdrucks liegt. Diese Temperatur liegt dementsprechend auch unterhalb der Temperatur der beschichteten Bahn. Es kann auch ein zweiter oder alternativer Wärmeaustauscher vorgesehen sein, so daß das auf dem ersten Wärmeaustauscher gebildete Eis entfernt werden kann, ohne daß der kontinuierliche Betrieb unterbrochen zu werden braucht.

Nach Trocknen der Bahn in der Vakuumkammci wird sie durch Walzendichtungen aus der Kammci geführt, falls erwünscht, einer weiteren Wärmebehandlung oder chemischen Behandlung unterworfen und dann auf eine Rolle 7 aufgewickelt. Die gleiche Verfahrensweise kann auch für ein Blatt, da; auf einer oder auf beiden Seiten beschichtet ist, ver wendet werden, wobei nur geringfügige für ein zwei seitig beschichtetes Blatt erforderliche Änderunger in der Gestaltung vorgenommen werden müssen, di< für einen Fachmann leicht durchzuführen sind.

Die nach der Erfindung verwendbaren Beschich tungsmaterialien können herkömmliche Papier beschichtungszusammensetzungen mit Feststoffgehal ten in den üblichen und herkömmlichen Bereichei sein und können innerhalb der herkömmlichen Be reiche der Schichtgewichte oder Naßdicken wie be den schon früher bekannten Verfahren aufgetragei werden. Hinsichtlich der Naßdicke der Beschichtunj sei ausdrücklich darauf hingewiesen, daß die Be Schichtungen nach der Erfindung dieselbe Naß- um Trockendicke haben, wogegen die herkömmlich Lufttrocknung derselben Beschichtungen die Dick 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 Beschichlungsformulierung 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, auf 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 Papiers wurden durch die Beschichtung erheblich verbessert:

Standard Weißgehalt
TAPPI Opazität ...

Sheffield Glätte

Hunter Glanz

Rohpapier

78

85

65

Beschichtetes Papier

82,5 90 12 66

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

Beispiel II

Eine Beschichtungsformulierung aus 80 % Casein und 20 °/o Teilester eines Carboxylgruppen enthaltenden Maleinanhydrid-Styrol-Copolymers mit einem Gesamtfestftoffgehalt 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"Yo Casein und 20 °/o einer Paraffinwachsemulsion mit einem Gesamtfeststoffgehalt von 15 °/o 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 Beschichtungsfonnulierung aus 68 % Casein und 32% eines Styrol-Butadien-Copotymerlatex (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.

. Bei spi el V

Eine Beschichtungsformulierung aus 78 % Casein, 19,5% eines methylierten Methylol-Melamin-Formahdehydharzes und 2,5 % Diammoniumphosphat wurde mit einem GesamtfeststofTgchalt von 15 % auf ίο Papier aufgebracht und wie im Beispiel 1 gefroren. Die gefriergetrocknete Beschichtung wurde dann 20 Sekunden lang bei 180 C 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 bis V jedoch um einige Punkte.

Beispiel VII

Eine Beschichtungsformulierung aus 68 % Dextrin und 32 % Teilester eines Maleinanhydrid-Styrol-Co-

polymers wurde mit einem Gcsamtfeststoffgehalt von 23 ⁰Zo wie im Beispiel I aufgetragen und gefriergetrocknet. Die Beschichtung war weiß, opak und wasserbeständig. Die Sheffield-Glätte lag bei 10, und der Hunter-Glanz wuide 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 % HT-Ton und 20 % oxydierter Stärke mit einem Gesamtfeststoffgewichl von 40 % wurde wie im Beispiel I auf ein Papier geschichtet und gefriergetrocknet. Das fertig geschichtete Blatt wurde verglichen mit einem auf herkömmliche Weise luftgetrockneten Blatt mit einer Schicht aus demselben Beschichtungsmaterial und mit demselben Beschichtungsgewicht. Die Gefriertrocknung verbesserte den Weißgehalt von 80 auf 90, die Opazität von 91 auf 94 und verdreifachte die Bekk-Glätte von 80 auf 240.

Beispiel IX

Eine Beschichtungsformulierung aus 8O°/o HT-Ton und 20% Polyvinylalkohol mit 20% Gesamtfeststoffen wurde auf Papier aufgetragen und wie im

Beispiel 1 gefriergetrocknet und dann mit einer luftgetrockneten Kontrollprobe desselben Beschichtung* gewichts verglichen. Der Weißgehalt der Kontrollprobe betrug 77 und die Opazität 87. Das gefriergetrocknete Blatt hatte einen Weißgehalt von 85,-

und eine Opazität von 92,5.

Beispiel X

Die im Beispiel VII beschriebene Beschichtung* formulierung wurde mit einem Gesamtfeststoßgehai

von 23 «Ό wie im Beispiel I aufgetragen und in dif Vakuumkammer gebracht und in gefrorenem Za stand gehalten, während die Kammer evakuier wurde. Bei einem Gesamtdruck von 1000 Mito"⁰¹ wurde das Blatt von dem kalten Metallträger ab

gehoben und parallel zu einem Infrarotheizgerät « Vakuum aufgehängt, das 10 Sekunden lang bei einf Urahttemperatur von 1200° C eingeschaltet wurde Die Kammer wurde dann wieder auf atmosphärische!

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

Beispiel XI

Eine wäßrige Casein-Beschichtungsformulierung mit 15 ⁰Ai Feststoffen wurde auf ein Rohpapier aufgetragen, worauf man es 1 Sekunde lang eindringen ließ 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 Beispiel T beschrieben.

Beispiel XII

Eine Beschichtungsformulierung aus oxydierter Stärke mit 15 %> Feststoffen wurde wie im Beispiel I aufgetragen 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 be- as schichteten 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 besonderen 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 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 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 Verlust an Produkten und Zeit, der normalerweise mit der Superkalandrierungsstufe verbunden ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

l 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 vorhergehenden

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

raeren Zusammensetzung auf eine Bahn auf- schichtung auf der Bahn Dampfen 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 der

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-

vermindertem Druck so entfernt wird, daß die »s kammer einer weiteren Wärmebehandlung unter-

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