DE19616733A1 - Verfahren zur thermisch-mechanischen Oberflächenbehandlung von flächenförmigen Materialbahnen, insbesondere aus Papier und Karton, und Mittel zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents
Verfahren zur thermisch-mechanischen Oberflächenbehandlung von flächenförmigen Materialbahnen, insbesondere aus Papier und Karton, und Mittel zur Durchführung des VerfahrensInfo
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Description
Die Erfindung betrifft die Verbesserung der thermisch-mechanischen Oberflächenbehandlung
von flächenförmigen Materialbahnen, insbesondere von Papier- und Kartonbahnen, durch die
Verwendung von Mitteln, welche die Adhäsion zwischen der flächenförmigen Materialbahn
und der Oberfläche des zur thermisch-mechanischen Oberflächenbehandlung eingesetzten
Werkzeugs, z. B. einer Walze, verringern oder gar vermeiden (sogenannte Adhäsivmittel).
Die Verfahren zur thermisch-mechanischen Oberflächenbehandlung stellen beim Her
stellungsprozeß spezieller Papier- und Kartonqualitäten die letzte Prozeßstufe dar, in der die
Eigenschaften der Materialbahn erheblich verändert und den Gebrauchsanforderungen ange
paßt werden können. Das Anforderungsprofil an Papier- und Kartonsorten ist vielfältig und
umfaßt Eigenschaften, wie beispielsweise die Durchlässigkeit, die Farbaufnahme, die Be
druckbarkeit bzw. spezielle Barriereeigenschaften, z. B. gegenüber lösungsmittelhaltigen oder
wäßrigen Beschichtungen, die wiederum durch solche Papiereigenschaften, wie Mikro- und
Makrorauhheit, Porösität, Saugfähigkeit, Rupf- und Scheuerfestigkeit, Staubfreiheit beeinflußt
werden. Viele dieser, die Oberfläche beeinflussenden charakteristischen Eigenschaften sind
sehr eng mit der örtlichen Verteilung von Feuchte und Rohdichte verbunden.
Alle Verfahren zur thermisch-mechanischen Oberflächenumformung von flächigen Material
bahnen, insbesondere von Papier und Karton, beruhen auf dem Wirkungsprinzip der gleich
zeitigen oder unmittelbar aufeinanderfolgenden Einwirkung von Wärme und Druck auf das zu
verformende flächige Material beim Durchlauf der Bahn zwischen zwei oder mehreren Wal
zen unterschiedlicher Oberflächenbeschaffenheit, Härte und Elastizität. Oft geht dieser ther
misch-mechanischen Oberflächenbehandlung eine feuchte Vorbehandlung der zu verformen
den Bahn voraus, wobei die Vorfeuchtung durch Wasser oder Dampf erfolgen kann. Abhän
gig von der Art der Papier- oder Kartonqualität, der geforderten Oberflächengüte und Produk
tionsgeschwindigkeit werden hierfür Glättwerke, Satinierkalander, Heißglanzpressen, Glätt
zylinder, Softkalander und ähnliche Vorrichtungen eingesetzt.
Die bekannten Verfahren zur thermisch-mechanischen Oberflächenbehandlung weisen jedoch
wesentliche Nachteile auf, die dadurch entstehen, daß bei der Erwärmung der Materialen auf
höhere Temperaturen die Schmelz- bzw. Erweichungstemperaturen von Komponenten des zu
behandelnden Materials erreicht werden. Hierbei kommt es durch Adhäsion zum partiellen
oder vollständigen Ankleben der Materialbahnen an die Oberflächen der genannten
Aggregate, z. B. Walzen, so daß es nicht möglich ist, die beispielsweise hinsichtlich der
Wärmezufuhr und Produktionsgeschwindigkeiten erreichbaren Aggregatbedingungen für
einen rationellen Produktionsfluß auszunutzen.
Diese Nachteile treten insbesondere bei der Herstellung von gestrichenen Papieren mit hohen
Latexanteilen im Pigmentstrich, bei oberflächengeleimten oder -beschichteten Papieren mit
Wasser und/oder wärmeempfindlichen Bindemittelanteilen sowie bei latexverstärkten, latex
imprägnierten oder latexbeschichteten und synthesefaserhaltigen Spezialpapieren auf, wobei
es beispielsweise bei einer bestimmten Temperatur und/oder Durchlaufgeschwindigkeit zu
Störungen des Produktionsablauts in der angegebenen Weise kommt.
Die Verwendung von Mitteln zur Verringerung von Adhäsionskräften zwischen aneinander
grenzenden Oberflächen (sogenannten Adhäsivmitteln) ist bekannt. Hierfür werden Silikone,
Öl-in-Wasser-Emulsionen, Metallseifen, Wachse und insbesondere Paraffine und Talk einge
setzt. Bei der Verarbeitung thermoplastischer Kunststoffe werden neben diesen Stoffen film
bildende Tetrafluorethylenpolymere als Antiblockmittel verwendet. In der Nahrungsmittelin
dustrie ist die Verwendung von Trennemulsionen auf der Basis von Öl-in-Wasser-Emulsionen
aus selbstemulgierenden Fettsäuremono- und -triglyzeriden bekannt.
Diesem Stand entsprechend werden nach EP 0 478 177 A1 anionische Coemulsionen aus
Carnaubawachs und Paraffinwachs als Antiblockmittel zur Kartonherstellung verwendet.
Die bisher genannten Adhäsivmittel sind für die thermisch-mechanische Oberflächenbehand
lung nicht geeignet, da sie entweder unzureichend wirksam sind oder nicht verfahrensgerecht,
beispielsweise ohne Beeinträchtigung der gewünschten Oberflächenqualität der Produkte, ver
wendet werden können.
In der Patentschrift DE 43 01 677 C2 wird zur Verbesserung der Bedruckbarkeit von Kunststoff-Folien
für die Möbelindustrie bei der Herstellung von thermoplastischen Kaschierfolien
auf Kalandern die Verwendung bestimmter Ethylen-acrylsäureester-Copolymerisate vorge
schlagen.
In DE 44 12 624 A1 wird die Papierherstellung unter Satinage in einem Off-Line-Kalander
beschrieben, bei der die auf einer Rolle aufgewickelte Materialbahn zwischenzeitlich zur
gleichmäßigen Behandlung und Verbesserung der Bedruckbarkeit in einer Temperatur-
und/oder Feuchtigkeit regulierten Umgebungsatmosphäre gelagert wird.
Weiterhin sind aus EP 0 648 820 A2 Zusammensetzungen bekannt, die zur Entfernung von
Tonern von Papieroberflächen, Klebstoffresten von Kunststoffen, zum Ablösen von Kunstoff
beschichtungen und zur Reinigung von Metallflächen von Schneidölresten oder Farbstiftmar
kierungen eingesetzt, sowie zur Entfernung von durch Klebstoffe befestigten PVC-Teilen ver
wendet werden. Hierbei werden konzentrierte Öl-in-Wasser-Emulsionen mit einem Anteil an
nichtwäßriger Phase von 8-90 Gew.-% eingesetzt, die verschiedenste organische Verbindun
gen, wie auch Dicarbonsäurediester, enthalten und die unter teilweiser Anwendung von Ultra
schall und weiterer Hilfsmittel (unwoven fabric strips) im Temperaturbereich von 5-70°C,
also teilweise unter zusätzlichem Erwärmen des Reinigungsmittels während des Reinigungs
vorganges eingesetzt werden. Weiterhin enthalten die Emulsionen Lösungsmittel, wie Isopro
panol, Toluol, Benzylalkohol, Methylethylketon, N-Methylpyrrolidon, Di- und Triethylengly
coldimethylether sowie 3-Methyl-3-methoxybutanol, welche die Anwendung dieser Emulsio
nen in abgeschlossenen Systemen aus Gründen der Arbeitssicherheit und wegen Gesundheits
gefährdung einschränken.
Die deutsche Patentanmeldung P 195 19 268 betrifft die Verwendung von Zusammensetzun
gen, die zur Reinigung von Maschinen- und Anlagenteilen bei der Herstellung von Zellstoff,
Papier, Pappe und Karton sowie zur Verhinderung von Verunreinigungen durch Klebstoffe
und anhaftender Harze an solchen Aggregaten als Emulsionen eingesetzt werden und die als
Bestandteil der Ölphase gesättigte oder ungesättigte Fettsäuren Monoalkylester und Mono-
oder Polyester einer gesättigten oder ungesättigten ein- oder mehrwertigen Carbonsäure mit 2
bis 30 Kohlenstoffatomen und Polyolen enthalten.
In EP 0 529 385 B1 wird ein Verfahren zur Glätte- und/oder Glanzerzeugung auf Papierober
flächen beschrieben, bei der nach der Erwärmung und Druckbeaufschlagung die Papierbahn
einer Schockbehandlung unterzogen wird, um Glanz und Glätte der Oberfläche durch das Fi
xieren der vorgeformten Fasern zu erreichen.
Weiterhin ist aus der Veröffentlichung von F. Debuan und P. Hänßle in Erdöl & Kohle, Erd
gas, Petrochemie L7, Heft 11, S. 511 bis 514 (1984) die Verwendung von aliphatischen Dicar
bonsäureestern wegen ihrer Hochtemperaturviskosität, der geringen Verdampfungsneigung
und Oxidationsbeständigkeit als Komponente für synthetische Schmieröle bekannt, wobei
festgestellt wurde, daß Dicarbonsäureester die Metalloberflächen in Verbrennungsmotoren
belegen und eine verbesserte Kolbensauberkeit erreicht wird.
Ebenso ist nach Römpp, 9. Auflage, S. 5019 (1992), die Verwendung spezieller Dicarbonsäu
reester, insbesondere der Adipinsäure, Phthalsäure, Sebacinsäure und Azelainsäure zur Her
stellung von Kunststoffprodukten und Folien bekannt.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Adhäsionseffekte, insbesondere das Ankleben von
Materialbahnen an Vorrichtungsteilen von Aggregaten wie Walzen und Preßwerkzeugen bei
der thermisch-mechanischen Oberflächenbehandlung von flächenförmigen Materialien, insbe
sondere von Papier- und Kartonbahnen zu verringern oder zu vermeiden um so die Herstel
lung derartiger Materialbahnen mit verbesserten Oberflächeneigenschaften zu ermöglichen
und gleichzeitig die vorhandenen verfahrenstechnischen Möglichkeiten bei der Herstellung
solcher flächenförmigen Materialien besser auszunutzen, d. h. z. B. mit höheren Durchlaufge
schwindigkeiten und bei höheren Temperaturen arbeiten zu können.
Diese Aufgabe wird durch die Verwendung von Mitteln gelöst, die Dicarbonsäuredialkylester
und/oder Fettsäurepolyol-mono, -di-, -tri- und/oder höhere Polyester und/oder ein- und/oder
mehrfach ungesättigte Fettsäuren als adhäsiv wirksame Komponente enthalten.
Gegenstand der Erfindung ist demnach ein Verfahren zur thermisch-mechanischen Oberflä
chenbehandlung von flächenförmigen Materialien, vorzugsweise von flächenförmigen
Materialien mit einem Wassergehalt unterhalb von 50 Gew.-%, insbesondere aus Papier und
Karton, unter Verwendung wenigstens eines Adhäsivmittels, das dadurch gekennzeichnet ist,
daß das Adhäsivmittel Dicarbonsäuredialkylester und/oder Fettsäurepolyol-mono, -di-, -tri
und/oder höhere Polyester und/oder ein- und/oder mehrfach ungesättigte Fettsäuren enthält.
Gegenstand der Erfindung ist ferner das Adhäsivmittel zur Durchführung des thermisch-
mechanischen Oberflächenbehandlungsverfahrens.
Es wurde festgestellt, daß Dicarbonsäureester, Fettsäurepolyol-ester und ungesättigte Fettsäu
ren eine überraschende Adhäsivwirkung auf den thermo-mechanischen Bearbeitungsvorgang
ausüben, so daß das Ankleben der Materialien an Teile der Vorrichtung, wie beheizten Wal
zen- oder Pressenoberflächen vermindert wird oder vollständig unterbleibt.
Der erfindungsgemäße Einsatz der Mittel ist insbesondere bei der Herstellung von Papier und
Kartonbahnen und hierbei besonders bei der Herstellung oberflächenbehandelter Spezialpa
piere sowie bei der Beschichtung, Glättung oder Satinage zu nutzen.
Die erfindungsgemäß zu verwendenden Adhäsivmittel sind Dicarbonsäureester, vorzugsweise
Dicarbonsäure-dialkyl- und/oder -diisoalkylester von C2-C12 Dicarbonsäuren mit C1-C13
n- und /oder iso-alkanolen, wie Di-n-butyloxalat, Di-n-butylmalonat, Di-n-butylsuccinat, Di-
n-butylglutarat, Di-n-butyladipat, Di-n-butylsuberat, Di-n-butylsebacat, Dimethyladipat, Di
ethyladipat, Di-n-propyladipat, Diisopropyladipat, Diisobutyladipat, Di-tert-butyladipat, Di
isoamyladipat, Di-n-hexyladipat, Di-(2-ethylbutyl)adipat, Di-(2-ethylhexyl)adipat, Diiso
decyladipat, Dimethylphthalat, Diethylphthalat, Di-n-butylphthalat, Diisobutylphthalat,
Di-(2-ethylhexyl)phthalat und Diisodecylphthalat sowie die Diester der C9-Dicarbonsäure
(Trimethyiadipinsäure) und der Dodecandicarbonsäure.
Weiterhin zu verwenden sind Ester von gesättigten und/oder ungesättigten C8 bis C1 Fett
säuren mit mehrwertigen Alkanolen mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen, wie Glykol-, Glycerin-,
Sorbitol- und Sorbitanester der genannten Fettsäuren, z. B. Glycerinmono- und/oder Gly
cerindi- und/oder Glycerintrifettsäureester, Sorbitolmono- und -difettsäureester und Sorbitan
mono- und/oder Sorbitandifettsäureester und/oder Sorbitantrifettsäureester.
Vorzugsweise werden die Ester der Adipinsäure bzw. des Sorbitans verwendet und besonders
bevorzugt die Adipinsäureester von C1 bis C6 n- und/oder iso-Alkanolen, wie Dimethyl
adipat, Diethyladipat, Di-n-isopropyladipat und Diisopropyladipat, Di-n-butyladipat und/oder
Diisobutyladipat, sowie Glycerintrioleat und die gemischten Ester aus den genannten
Dicarbonsäuren und unterschiedlichen C1-C6 n- und/oder iso-Alkanolen.
Die erfindungsgemäß als Adhäsivmittel zu verwendenden ungesättigten Fettsäuren sind
ungesättigte C16-C22-Carbonsäuren, vorzugsweise Ölsäure, Linolsäure, Linolensäure,
Eleaostearinsäure und 5, 9, 12 Octadecantriensäure, die als Gemische in Pflanzen- und
Tierölen vorkommen und beispielsweise als Tallölfettsäuren bekannt sind.
Die Ester und ungesättigten Fettsäuren werden direkt oder als verdünnte oder konzentrierte
wasserhaltige oder wasserfreie Lösung oder in Form von wasserhaltigen Dispersionen
verwendet. Geeignete Lösungsmittel sind n- und iso-Alkanole, flüssige Kohlenwasserstoffe,
Aceton und andere bekannte Lösungsmittel, insbesondere werden natürliche Öle oder
modifizierte natürliche Öle, wie Rübölmethylester eingesetzt.
Die adhäsiv-wirksamen Ester und ungesattigten Fettsäuren können allein oder in Kombination
mit solchen wasserlöslichen oder wasserunlöslichen Lösungsmitteln zu Emulsionen
dispergiert zum Einsatz gelangen, wobei nicht-ionogene, ionische und amphotere,
insbesondere nichtionische und anionische Tenside als Emulgatoren verwendet werden.
Geeignete nichtionische Emulgatoren sind beispielsweise Oxalkylether, vorzugsweise
Oxethylate und/oder endständig blockierte Oxethylate von Fettalkoholen und Fettsäuren bzw.
Ölen. Als anionische Emulgatoren sind Alkyl- und/oder Arylsulfonate, α-Olefinsulfönate, α-
Sulfofettsäureester, Sulfobernsteinsäureester sowie Alkylsulfate und Ethersulfate sowie
carboxymethylierte Oxethylate und Seifen. Die Herstellung der erfindungsgemäß zu verwen
denden, vorzugsweise stabilen Emulsionen ist bekannt. Beispielsweise wird die hydrophobe
Phase, welche die Adhäsivkomponente enthält, in die wäßrige emulgatorhaltige Phase einge
tragen und unter Rühren oder Umpumpen dispergiert.
Erfindungsgemäß können die thermo-stabilen erfindungsgemäßen Adhäsivmittel direkt auf
die Oberflächen der Vorrichtungen, also z. B. von Walzen und und Pressen aufgebracht wer
den, sie können aber auch der Imprägnierflüssigkeit oder der Papierbeschichtungsmasse oder
dem Feuchtwasser oder Dampf bei der Vorbefeuchtung zugegeben oder, bevorzugt kurz nach
dem Imprägnier- bzw. Auftragswerk oder direkt vor der Glättwalze auf die fertige Papierbahn
aufgebracht werden.
Bevorzugt wird das erfindungsgemaße Adhäsivmittel dem Heißdampf für die Dampfbefeuch
tung, und zwar bevorzugt kontinuierlich, zudosiert, wobei das dampfflüchtige Adhäsivmittel,
beispielsweise gelöst in einem wassermischbaren Lösungsmittel wie Ethanol, Isopropanol
oder Aceton zudosiert wird.
Die Menge des verwendeten Adhäsivmittels kann durch die Auftragsmengen auf die Oberflä
chen der Vorrichtungen, also z. B. von Walzen und Pressen, in Abhängigkeit von der erforder
lichen Wirkung, der gewünschten Temperaturerhöhung oder anderen Verfahrensmaßnahmen
reguliert werden. Üblicherweise werden 0,1 bis 10,0 g/m², vorzugsweise 0,1 bis 5 g/m² des
Adhäsivmittels auf die Aggregatoberfläche aufgetragen. Beim Zudosieren in die Heiß
dampfleitung werden 0,1 bis 10,0 kg/Std. Adhäsivmittel, vorzugsweise 0,2 bis 4,0 kg/Std.
Adhäsivmittel dem Dampf zugesetzt. Die Mengenangaben beziehen sich jeweils auf die wirk
same Substanz einer Adhäsivmittelzusammensetzung.
Die Adhäsivmittel können erfindungsgemäß auch als Mischung oder als Mischung mit be
kannten Adhäsivmitteln verwendet werden.
Durch den erfindungsgemäßen Einsatz der Mittel werden pigmentgestrichene Papiere mit si
gnifikanter Verbesserung der Oberflächeneigenschaften, insbesondere der Glätte, des Glanzes
und der Mikrorauhheit erhalten, während die Rohdichte der Papierbahn unverändert bleibt.
Die Papiereigenschaften der erfindungsgemäß behandelten Papiere erreichen bei der Bearbei
tung in einem Verfahrensschritt nahezu ein Qualitätsniveau, das bisher nur durch zweimaliges
Softkalandrieren möglich war.
Bei der Herstellung von Möbelvorimprägnaten wird der Glanz nach der Lackierung deutlich
verbessert, ohne eine negative Beeinflussung der Benetzbarkeit gegenüber wäßrigen und/oder
lösungsmittelhaltigen Tiefdruckfarben. Ebenso wird die Tiefdruckbarkeit nicht wesentlich
verändert.
Bei der erfindungsgemäßen Herstellung von flächenförmigen Materialbahnen unter erfin
dungsgemäßer Verwendung der Adhäsivmittel werden weitere Produkte mit deutlich ver
besserten Eigenschaften erhalten: So können beispielsweise bei der Herstellung von beidseitig
lateximprägnierten und einseitig latexbeschichteten, flexiblen Schleifrohpapieren die Adhä
sivmittel auf beheizte Stahlwalzen aufgetragen werden, wodurch eine Erhöhung der Ober
flächentemperatur um Werte von über 70°C möglich wird, ohne daß Klebeffekte auftreten.
Durch die Temperaturerhöhung wird eine Glättesteigerung von ca. 80%, eine Erniedrigung
der Mikrorauhheit und eine Veränderung der Dicke sowie eine Reduzierung der Steifigkeit
erreicht.
Zu ähnlichen Vorteilen gelangt man bei der erfindungsgemäßen Verwendung der Mittel bei
der Herstellung von oberflächenpigmentierten Silikonrohpapieren.
Die Erfindung wird durch folgende Beispiele belegt; hierbei beziehen sich die stoffbezogenen
Prozentangaben jeweils auf das Gewicht der Komponenten.
Streifen von ca. 20 cm Breite und ca. 80 cm Länge eines beidseitig lateximprägnierten und
anschließend noch einseitig latexbeschichteten Schleifrohpapiers von 120 g/m² und einem Ge
samtlatexanteil von ca. 25% wurden bei einer Gleichgewichtsfeuchte von ca. 6% in einem
Zweiwalzenlaborkalander der Fa. Kleinewefers AG, D-47803 Krefeld, bei höchstmöglichem
Liniendruck und steigender Temperatur der beheizten Stahlwalze geglättet. Die Gegenwalze
war eine Baumwolle- Hartpapier-Walze analog einer üblichen
Hartnip-Kalander-Konstruktion.
Bereits bei einer Oberflächentemperatur der Stahlwalze von ca. 60°C trat ein leichtes Ankle
ben der Papierbahn an der Walze auf, das bei ca. 70°C verstärkt zu beobachten war.
Beim Auftragen des erfindungsgemäßen thermo-stabilen Adhäsivmittels, bestehend aus 1,85
Gewichtsteilen eines nichtionogen Pflanzenöl-Ethoxylats, 17,1 Gewichtsteilen Wasser und
3,1 Gewichtsteilen Di-n-butyladipat, auf die Heizwalze (Stahl) und weiterer Erwärmung der
Heizwalze trat ein starkes Ankleben der Papierbahn an der Stahlwalze erst bei einer Oberflä
chentemperatur von 150°C auf. Im Vergleich zwischen unbehandelter und behandelter
Heizwalze erfolgte der Effekt des Anklebens bei der Verwendung des Adhäsivmittels dem
nach erst nach einer Temperaturerhöhung von über 70°C. Die auf diese Weise mögliche Ar
beitsweise unter stärkerer Erwärmung der Materialbahn bewirkte eine Glätteerhöhung von ca.
755 Bekk-s auf ca. 1180 Bekk-s, eine Erniedrigung der Mikrorauhheit (Parker Print Surf) von
ca. 2,8 µm auf ca. 2,4 µm, eine Verminderung der Dicke von 124 mm auf 118 mm und eine
Reduzierung der Steifigkeit von 227 mN auf 212 mN.
Ein lateximprägniertes und -beschichtetes Schleifrohpapier von 120 g/m² gemäß Beispiel 1
wurde auf ca. 13% aufgefeuchtet, ca. 1 Std. zwecks gleichmäßiger Feuchteverteilung in Pa
pier in einer geschlossenen Plastiktüte zwischengelagert und danach satiniert. Während die
Papierbahn wiederum bei einer Oberflächentemperatur der unbehandelten Stahlwalze ober
halb von 60°C stark zu kleben begann, trat das Kleben der Papierbahn an der mit dem thermo
stabilen Adhäsivmittel gemäß Beispiel 1 behandelten Stahlwalze erst bei einer Oberflächen
temperatur von ca. 140°C auf. Die Verbesserungen der Oberflächeneigenschaften des bear
beiteten Schleifrohpapiers war durch den höheren Feuchtegehalt der Papierbahnen vor der
Satinage (13%, anstatt 6% beim Beispiel 1) noch deutlicher als die im Beispiel 1 beschriebe
nen Verbesserungen.
Das lateximprägnierte und -beschichtete Schleifrohpapier von 120 g/m², gemäß den Beispie
len 1 und 2 wurde in einem Technikumsglättwerk einer Kalandrierung bei maximal mögli
chen Liniendruck und einer geringstmöglichen Bahngeschwindigkeit von 5 na/min und unter
zunehmender Erwärmung auf Temperaturen bis zu maximal möglichen 200°C an der Ober
fläche der Stahlwalze unterworfen. Die Gegenwalze hatte einen Faser/Kunststoffbezug von 91
°Sh D Härte analog einer Softkalanderkonstruktion.
Die Kalandrierung erfolgte bei einem Feuchtegehalt der Papierproben von 7,7 bzw. 9,7%. Bei
nicht erfindungsgemäß behandelter Heizwalzenoberfläche, trat bereits bei einer Oberflächen
temperatur von 70°C ein leichtes Kleben bzw. bei der Papierprobe mit höherem Feuchtig
keitsgehalt ein starkes Kleben auf. Oberflächentemperaturen von über 80°C konnten bei kei
nem der beiden vorgefeuchteten Papiere eingestellt werden, da der Anklebeffekt zur
Faltenbildung in der Papierbahn führte.
Nach einer Oberflächenbehandlung der Heizwalze mit dem thermo-stabilen Adhäsivmittel ge
mäß Beispiel 1 konnte visuell kein Ankleben der Papierbahnen bei der maximal möglichen
Oberflächentemperatur festgestellt werden. Durch die Temperaturerhöhung von 80 auf 200°C
wurde am Schleifrohpapier eine Glättesteigerung um ca. 80% und eine Verringerung der Mi
krorauhheit (Parker Print Surf) um ca. 25% erreicht. Die Verminderung von Dicke und Stei
figkeit lagen im Bereich der Werte des Beispiels 1.
Streifen von ca. 20 cm Breite und ca. 80 cm Länge einer mit einem Gemisch von Latex und
Harnstoff-Formaldehydharz vorimprägnierten Möbelfolie von 70 g/m² und einem La
tex/Harzanteil von ca. 30% wurden in einem Zweiwalzenkalander gemäß Beispiel 1 nach Er
wärmen der Stahlwalze auf die maximal mögliche Oberflächentemperatur von 150°C geglät
tet. Zuvor war das Papier jeweils auf unterschiedliche Feuchtgehalte von 2,5%, 6,4%, 7,1%
und 9,4% gebracht und anschließend 1 Std. jeweils separat in einem verschlossenen Plastik
beutel zwischengelagert worden.
Bei der Kalandrierung wurde die Oberfläche der Heizwalze zur Hälfte mit einem thermo
stabilen Adhäsivmittel, bestehend aus 4,2 Gew.-Teilen Di-(2-ethylbutyl)adipat, 23,2
Gew.-Teilen Wasser und 2,5 Gew.-Teilen eines nichtionogenen Tensids, behandelt.
Bei der Kalandrierung klebten die Papiermuster bereits ab einer Bahnfeuchte von 7,1% auf
der unbehandelten Walzenoberfläche stärker an, während auf der oberflächenbehandelten
Walzenseite auch bei der höchsten Bahnenfeuchte von 9,4% kein Ankleben der Papierbahnen
festzustellen war.
Die Versuche wurden analog zum Beispiel 4 mit einer vorimprägnierten Möbelfolie von
80 g/m², jedoch mit sehr hohem Füllstoffgehalt wiederholt, wobei die einzelnen Proben wie
derum unterschiedlich auf Feuchtigkeitsgehalte von 2,5%, 5,8%, 6,4% und 8,5% eingestellt
wurden. Bei der Kalandrierung traten an der unbehandelten Stahlwalze mit einer Oberflächen
temperatur von 150°C bereits bei der Probe mit einer Feuchte 5,8% Klebeffekte auf, die bei
Proben mit höherer Bahnfeuchte immer stärker wurden. Auf der mit einem thermo-stabilen
Adhäsivmittel, bestehend aus 4,2 Gew. Teilen Diisodecyladipat, 23,2 Gew.-Teilen Wasser und
2,5 Gew. Teilen eines nichtionogenen Tensids behandelten Oberfläche wurde erst bei einer
Bahnfeuchte von 8,5% ein leichtes Kleben festgestellt.
Die Versuche wurden analog den Bedingungen des Beispiels 4 mit Proben eines einseitig
oberflächenpigmentierten Silikonrohpapiers von 62 g/m² wiederholt. Der Strichauftrag betrug
5 g/m² bei einem sehr hohen Latexanteil von über 40%. Die Proben wurden jeweils auf 4,5
%, 8,1%, 9,2% und 12,0% vorgefeuchtet und wiederum separat gelagert. Nach Erwärmung
der Stahlwalze auf die maximal mögliche Oberflächentemperatur von 150°C trat auf der un
behandelten Walzenseite bei 12% ein leichtes Kleben auf. Auf der mit einem thermo-stabilen
Adhäsivmittel, bestehend aus 5,46 Gew. Teilen Trimethyladipinsäure C8/10 Alfolester,
25,0 Gew.-Teilen Wasser, 5,2 Teilen Isopropanol und 3,3 Gew.-Teilen eines nichtionogenen
Tensids behandelten Stahlwalze wurde auch bei höchster Bahnfeuchte kein Ankleben des Pa
piers festgestellt.
In einem beheizten Laborkalander gemäß Beispiel 1 wurde Schleifpapier mit einem Finishauf
trag bei einem Liniendruck von 400 bar satiniert, wobei die Oberfläche des Stahlzylinders auf
Temperaturen von 70°C bzw. 130°C eingestellt wurde. Es wurden verschiedene Adhäsivmit
tel in Form einer Öl-in-Wasser-Emulsion getestet, wobei das Adhäsivmittel auf die Ober
fläche durch Einreiben des beheizten Stahlzylinders aufgetragen wurde. Die Emulsionen wur
den aus 2,0 Gewichtsteilen eines Fettalkoholoxethylats, 11,6 Gewichtsteile Wasser und 1,3
Gewichtsteilen der Adhäsivkomponente gebildet. Beim Kalandrieren wurde das Klebverhal
ten sowie die Planlage des satinierten Papiers mit den Merkmalen: leichtes Rollen (+), fast
ebenen Planlage (++) und ideale Planlage (+++) beurteilt. Beim Ankleben (+) des Papieres an
der Walzenoberfläche wurde es zu einem kreppapierahnlichen Zustand verdrillt.
Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 1 zusammengefaßt:
Es wurde untersucht, ob bei der Verwendung des thermo-stabilen Adhäsivmittels die Oberflä
cheneigenschaften von Papieren hinsichtlich der Benetzung mit Wasser, wäßrigen Lacken
oder wäßrigen Tiefdruckfarben verändert werden.
Dazu wurde auf ein Möbelvorimprägnat gemäß Beispiel 4 das Adhäsivmittel im Verhältnis 1 : 1
bzw. 1 : 10 mit Wasser verdünnt mittels eines Laborrakel-Auftraggerätes aufgebracht und
anschließend in einem Zweiwalzenlaborkalander, entsprechend Beispiel 1, bei höchstmögli
chem Liniendruck und einer Oberflächentemperatur der beheizten Stahlwalze von 150°C sati
niert.
Das Glättenniveau der so satinierten Papierproben betrug 300 ±30 Bekk-s-Glätte. Als Ver
gleichsprobe wurde ein ebenfalls laborsatiniertes Papiermuster mit ca. 300 Bekk-s, aber ohne
diesen Oberflächenauftrag herangezogen. Die Daten der Tabelle 2 weisen aus, daß durch das
Adhäsivmittel der Randwinkel zum Wasser bei der satinierten Probe nicht signifikant verän
dert wird, während beim Glanz nach der Lackierung durch die Verwendung des Adhäsiv
mittels im Mischungsverhältnis 1 : 1 mit Wasser eine deutliche Verbesserung erreicht wird.
Die Tiefdruckbarkeit wird gegenüber der Vergleichsprobe unwesentlich verändert.
Die Versuchsdaten zeigen weiterhin, daß das mit thermo-stabilen Adhäsivmitteln oberflächen
behandelte Papier bezüglich der Wasserbenetzbarkeit nicht beeinträchtigt und zum Teil sogar
etwas verbessert wird. In gleicher Weise wurde gegenüber lösungsmittelhaltigen Druckfarben
ebenfalls kein signifikanter Unterschied im Benetzungsverhalten der Papiere ermittelt. Zum
weiteren Vergleich sind in Tabelle 2 die Daten eines ungeglätteten Papiers (Nullprobe) sowie
eines produktionsmäßig hergestellten Papiers angeführt.
Ein einseitig pigmentgestrichenes Papier von 50 g/m² (Rohpapier, Vers.-Nr. 200) wurde in
einem Technikums-Glättwerk (Softkalander: Stahl/Kunststoffwalze) unter folgenden praxis
nahen Bedingungen geglättet:
Geschwindigkeit: 500 m/min
Liniendruck: 400 kN/m
beidseitige Dampffeuchtung vor 1. Durchgang
Oberflächentemperatur der Heizwalze (unten)
1. Durchgang 120°C bzw. 160°C
2. Durchgang 160°C.
Geschwindigkeit: 500 m/min
Liniendruck: 400 kN/m
beidseitige Dampffeuchtung vor 1. Durchgang
Oberflächentemperatur der Heizwalze (unten)
1. Durchgang 120°C bzw. 160°C
2. Durchgang 160°C.
Das vollkommen dampfflüchtige Adhäsivmittel bestehend aus einer 10%igen Lösung von Di-
n-butyladipat in Isopropanol wurde mit einer Dosierung von 1 l/Std. kontinuierlich in die
Heizdampfleitung für den unteren Dampfbefeuchter eingebracht.
Der Versuch wurde in den Teilschritten Vers.-Nr. 201 bis Vers.-Nr. 204 durchgeführt. Hier
bei sollte soviel Dampf vor dem ersten Durchgang auf die Papierbahn aufgetragen werden, bis
ein zunehmendes Belegen der beheizten Glattwerkswalze (Stahl) zu beobachten war.
Beim Versuch 201 konnten bei 120°C 2× 58 kg Dampf/Std. aufgebracht werden, bevor es
zum Belegen der Heizwalze kam. Beim Versuch 203 konnte durch den Zusatz des erfindungs
gemäßen Adhäsivmittels gemäß Beispiel 1 eine maximal mögliche Dampfmenge von ca. 110
kg Dampf/Std. aufgebracht werden, ohne daß es zum Belegen der Walze kam. Gleichzeitig
erhöhte sich aber auch die Endfeuchte des Papiers um ca. 0,5% (absolut), so daß ein leichter
Abfall in den Werten der Oberflächeneigenschaften auftrat. Beim Versuch 204 konnte unter
Verwendung des Adhäsivmittels bei einer erhöhten Walzentemperatur von 160°C die Papier
bahn mit einer maximal möglichen Dampfmenge von 170 kg Dampf/Std. (gesamt) beauf
schlagt werden, ohne daß Ablagerungen auf der Glättwerkswalze festzustellen waren.
Durch die Erhöhung der Temperatur um 40°C und die gleichzeitig erhöhte Dampfaufnahme
von 54 kg/Std. (gesamt) wurde eine signifikante Verbesserung der Oberflächeneigenschaften
des Papiers bezüglich Glätte, Glanz und Mikrorauhheit erreicht, während die Rohdichte un
verändert blieb.
Die Papiereigenschaften erreichen nahezu ein Qualitätsniveau, das bisher nur durch zweimali
ges Softkalandrieren (Vers.-Nr. 202) erreicht wurde.
Die Versuchsdaten und Papiereigenschaften nach der Softkalandrierung mit und ohne Ver
wendung des Adhäsivmittel sind zum Vergleich in Tabelle 3 aufgeführt.
Claims (20)
1. Verfahren zur thermisch-mechanischen Oberflächenbehandlung von flächenförmigen
Materialien, insbesondere aus Papier und Karton, unter Verwendung von Adhäsivmitteln,
dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Adhäsivmittel verwendet wird, welches Di
carbonsäure-dialkylester und/oder Fettsäurepolyol-mono, -di-, -tri- und/oder höhere Poly
ester und/oder ein- und/oder mehrfach ungesättigte Fettsäuren als adhäsiv wirksame
Komponente enthält.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Adhäsivmittel verwendet
wird, welches Dicarbonsäure-dialkyl- und/oder -diisoalkylester von C₂-C₁₂-Dicarbonsäu
ren mit C₁-C₁₃ n- und/oder iso-Alkanolen als adhäsiv wirksame Komponente enthält.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Adhäsiv
mittel verwendet wird, welches die Adipinsäure-diester von C₁-C₆ n- und/oder -iso-Al
kanolen enthält.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Adhäsivmittel verwendet
wird, welches Diester von gesättigten und/oder ungesättigten C₈-C₁₈-Fettsäuren mit
mehrwertigen Alkanolen mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen enthält.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Adhäsivmittel ver
wendet wird, welches Diester von gesättigten und/oder ungesattigten C₈-C₁₈-Fettsäuren
mit Glycerin, Sorbitan und/oder Sorbitol, bevorzugt Sorbitanmonostearat und/oder Gly
cerinfrioleat enthält.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Adhäsivmittel verwendet
wird, welches ein- und/oder mehrfach ungesättigte C₁₆-C₂₂-Carbonsäuren enthält.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Adhäsiv
mittel als Öl-in-Wasser-Emulsion eingesetzt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Adhäsiv
mittel auf die Oberfläche des bei der thermisch-mechanischen Behandlung verwendeten
Werkzeugs aufgebracht oder der Imprägnierflüssigkeit oder der Papierbeschichtungs
masse oder dem Feuchtwasser oder dem Dampf bei der Vorbefeuchtung zugegeben oder,
bevorzugt kurz nach dem Imprägnier- bzw. Auftragswerk oder direkt vor der Glättwalze
auf die Papierbahn aufgebracht wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Adhäsivmittel wasser
dampfflüchtig ist und direkt, vorzugsweise kontinuierlich, durch die Dampfleitung für die
Dampfbefeuchtung zudosiert wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Adhäsivmittel in Mengen
von 0,1 bis 10,0 g/m² Aggregatoberfläche eingesetzt wird, bezogen auf wirksame Sub
stanz des Adhäsivmittels.
11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Adhäsivmittel dem Dampf
in Mengen von 0,1 bis 10,0 kg/h, vorzugsweise 0,2 bis 4,0 kg/h, bezogen auf wirksame
Substanz zugesetzt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Öl-in-Wasser-Emulsion des
Adhäsivmittels einen nichtionischen, anionischen oder amphoteren Emulgator, bevorzugt
einen nichtionischen oder anionischen Emulgator enthält.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß flächenförmige
Materialien mit einem Wassergehalt unterhalb von 50 Gew.-% verwendet werden.
14. Adhäsivmittel zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1-13, gekenn
zeichnet durch einen Gehalt an wenigstens einem Dicarbonsäure-dialkyl- und/oder -di
isoalkylester von C₂-C₁₂-Dicarbonsäuren mit C₁-C₁₃ n- und/oder iso-Alkanolen
und/oder ein- und/oder mehrfach ungesättigte C₁₆-C₂₂-Carbonsäuren als adhäsiv
wirksamer Komponente.
15. Adhäsivmittel nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch einen Gehalt an wenigstens ei
nem Adipinsäure-diester von C₁-C₆ n- und/oder -iso-Alkanolen.
16. Adhäsivmittel nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch einen Gehalt an wenigstens
einem Diester von gesättigten und/oder ungesättigten C₈-C₁₈-Fettsäuren mit mehrwerti
gen Alkanolen mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen.
17. Adhäsivmittel nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch einen Gehalt an wenigstens
einem Diester von gesättigten und/oder ungesättigten C₈-C₁₈-Fettsäuren mit Glycerin,
Sorbitan und/oder Sorbitol, bevorzugt Sorbitanmonostearat und/oder Glycerintrioleat.
18. Adhäsivmittel nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch einen Gehalt an Ölsäure,
Linolsäure, Linolensäure, Eleaostearinsäure und 5,9,12 Octadecantriensäure.
19. Adhäsivmittel nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß es die Form einer
Öl-in-Wasser-Emulsion besitzt.
20. Adhäsivmittel nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch einen Gehalt an einem nicht
ionischen, anionischen oder amphoteren, bevorzugt einem nichtionischen oder anioni
schen Emulgator.
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