DE19616733C2 - Verfahren zur thermisch-mechanischen Oberflächenbehandlung von flächenförmigen Materialbahnen, insbesondere aus Papier und Karton unter Verwendung von Abhäsivmitteln - Google Patents

Verfahren zur thermisch-mechanischen Oberflächenbehandlung von flächenförmigen Materialbahnen, insbesondere aus Papier und Karton unter Verwendung von Abhäsivmitteln

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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 Abhäsivmittel).
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 Aggregatebedingungen 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 Produktionsablaufs in der angegebenen Weise kommt.
Die Verwendung von Mitteln zur Verringerung von Adhäsionskräften zwischen aneinander grenzenden Oberflächen (sogenannten Abhäsivmitteln) ist bekannt. Hierfür werden Silikone, Öl-in-Wasser-Emulsionen, Metallseifen, Wachse und insbesodere 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 Abhäsivmittel 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 Kunst­ stoff-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 Temperatar- 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 37, 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.
In der US 4,776,970 werden Gleitmittel mit Trenneffekt zur Verwendung bei der Papierbeschichtung, insbesondere beim Bedrucken von Papier beschrieben, die Fettsäureester von C11-C21 Fettsäuren mit C12-C22 Alkanolen darstellen und als Zusatz zur Beschichtung sowie beim Kalandern im Temperaturbereich von 40-100°C eingesetzt werden. Das vergleichsweise getestete Ethylenglykoldistearat zeigt eine geringere Wirksamkeit gegenüber den beschriebenen Fettsäureestern.
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, welche Dicarbonsäure­ dialkylester und/oder Ester von gesättigten und/oder ungesättigten C8-C18 Fettsäuren mit mehrwertigen Alkanolen mit 3 bis 6 Kohlenstoffatomen und/oder ein und/oder mehrfach ungesättigte C16-C22 Fettsäuren als abhäsiv 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 Abhäsivmittels, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das Abhäsivmittel Dicarbonsäuredialkylester und/oder Ester von gesättigten und/oder ungesättigten C8-C18 Fettsäuren mit mehrwertigen Alkanolen mit 3 bis 6 Kohlenstoffatomen und/oder ein- und/oder mehrfach ungesättigte C16-C22 Fettsäuren enthält.
Es wurde festgestellt, daß Dicarbonsäureester, Ester von ungesättigten und/oder ungesättigten C8-C18 Fettsäuren mit mehrwertigen Alkanolen mit 3-6 Kohlenstoffatomen und ungesättigte C16-C22 Fettsäuren eine überraschende Abhäsivwirkung auf den thermo-mechanischen Bearbeitungsvorgang ausüben, so daß das Ankleben der Materialien an Teile der Vorrichtung, wie beheizten Walzen- 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 Abhäsivmittel 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 (Trimethyladipinsäure) und der Dodecandicarbonsäure.
Weiterhin zu verwenden sind Ester von gesättigten und/oder ungesättigten C8 bis C18 Fett­ säuren mit mehrwertigen Alkanolen mit 3 bis 6 Kohlenstoffatomen, wie Glycerin-, Sorbitol- und Sorbitanester der genannten Fettsäuren, z. B. Glycerinmono- und/oder Glycerindi- und/oder Glycerintrifettsäureester, Sorbitolmono- und -difettsäureester und Sorbitanmono- 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 Abhäsivmittel 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 abhäsiv-wirksamen Ester und ungesättigten 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-Olefinsulfonate, 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 Abhäsivkomponente enthält, in die wässrige emulgatorhaltige Phase einge­ tragen und unter Rühren oder Umpumpen dispergiert.
Erfindungsgemäß können die thermo-stabilen erfindungsgemäßen Abhäsivmittel 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 erfindungsgemäße Abhäsivmittel dem Heißdampf für die Dampfbefeuch­ tung, und zwar bevorzugt kontinuierlich, zudosiert, wobei das dampfflüchtige Abhäsivmittel, beispielsweise gelöst in einem wassermischbaren Lösungsmittel wie Ethanol, Isopropanol oder Aceton zudosiert wird.
Die Menge des verwendeten Abhäsivmittels kann durch die Auftragmengen 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 Abhäsivmittels auf die Aggregatoberfläche aufgetragen. Beim Zudosieren in die Heiß­ dampfleitung werden 0,1 bis 10,0 kg/Std. Abhäsivmittel, vorzugsweise 0,2 bis 4,0 kg/Std. Abhäsivmittel dem Dampf zugesetzt. Die Mengenangaben beziehen sich jeweils auf die wirk­ same Substanz einer Abhäsivmittelzusammensetzung.
Die Abhäsivmittel können erfindungsgemäß auch als Mischung oder als Mischung mit be­ kannten Abhäsivmitteln 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 Abhäsivmittel werden weitere Produkte mit deutlich ver­ besserten Eigenschaften erhalten: So können beispielsweise bei der Herstellung von beidseitig lateximprägnierten und einseitig latexbeschichteten, flexiblen Schleifrohpapieren die Abhä­ 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 Verminderung 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.
Beispiel 1
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-Konstruk­ tion.
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 Abhäsivmittels, 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 Abhäsivmittels 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.
Beispiel 2
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 themo­ stabilen Abhäsivmittel 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.
Beispiel 3
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 m/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 Abhäsivmittel 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.
Beispiel 4
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 Abhäsivmittel, 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.
Beispiel 5
Die Versuche wurden analog zum Beispiel 4 mit einer vorimprägnierten Möbelfolie von 80 g/m2, jedoch mit sein 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 Abhäsivmittel, 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.
Beispiel 6
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 Abhäsivmittel, 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.
Beispiele 7 bis 12
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 Abhäsivmit­ tel in Form einer Öl-in-Wasser-Emulsion getestet, wobei das Abhäsivmittel auf die Ober­ fläche duch 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 Abhäsivkomponente 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 kreppapierähnlichen Zustand verdrillt.
Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 1 zusammengefaßt:
Beispiel 13
Es wurde untersucht, ob bei der Verwendung des thermo-stabilen Abhäsivmittels 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 Abhäsivmittel 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 Abhäsivmittel der Randwinkel zum Wasser bei der satinierten Probe nicht signifikant verän­ dert wird, während beim Glanz nach der Lackierung durch die Verwendung des Abhäsiv­ mittels im Mischungsverhältnis 1 : 1 mit Wasser eine deutliche Verbesserung ereicht wird. Die Tiefdruckbarkeit wird gegenüber der Vergleichsprobe unwesentlich verändert.
Die Versuchsdaten zeigen weiterhin, daß das mit thermo-stabilen Abhäsivmitteln 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.
Tabelle 2
Eigenschaften von Möbelvorimprägnaten, 70 g/m2 nach unterschiedlicher Oberflächen­ behandlung
Beispiel 14
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
Das vollkommen dampfflüchtige Abhäsivmittel bestehend aus einer 10%igen Lösung von Di­ n-butyladipat in Isopropanol wurde mit einer Dosierung von 11/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 Abhäsivmittels 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 Abhäsivmittels 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 Abhäsivmittel sind zum Vergleich in Tabelle 3 aufgeführt.
Tabelle 3
Softkalandrierung von Dünnpapier P, 50 g/m2

Claims (12)

1. Verfahren zur thermisch-mechanischen Oberflächenbehandlung von flächenförmigen Materialien, insbesondere aus Papier und Karton, unter Verwendung von Abhäsivmitteln, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Abhäsivmittel verwendet wird, welches Di­ carbonsäure-dialkylester und/oder Ester von gesättigten und/oder ungesättigten C8-C18 Fettsäuren mit mehrwertigen Alkanolen mit 3 bis 6 Kohlenstoffatomen und/oder ein- und/oder mehrfach ungesättigte C16-C22 Fettsäuren als abhäsiv wirksame Komponente enthält.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abhäsivmittel verwendet wird, welches Dicarbonsäure-dialkyl- und/oder -diisoalkylester von C2-C12-Dicarbonsäu­ ren mit C1-C13 n- und/oder iso-Alkanolen als abhäsiv wirksame Komponente enthält.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abhäsiv­ mittel verwendet wird, welches die Adipinsäure-diester von C1-C6 n- und/oder -iso-Al­ kanolen enthält.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abhäsivmittel ver­ wendet wird, welches die Ester von gesättigten und/oder ungesättigten C8-C18- Fettsäuren mit Glycerin, Sorbitan und/oder Sorbitol, bevorzugt Sorbitanmonostearat und/oder Glycerintrioleat enthält.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abhäsivmittel als ungesättigte C16-C22 Fettsäuren Linolsäure, Linolensäure, Eleaostearinsäure und 5, 9, 12 -Octadecantriensäure enthält.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Abhäsiv­ mittel als Öl-in-Wasser-Emulsion eingesetzt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Abhäsiv­ 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.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Abhäsivmittel wasser­ dampfflüchtig ist und direkt, vorzugsweise kontinuierlich, durch die Dampfleitung für die Dampfbefeuchtung zudosiert wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Abhäsivmittel in Mengen von 0,1 bis 10,0 g/m2 Aggregatoberfläche eingesetzt wird, bezogen auf wirksame Sub­ stanz des Abhäsivmittels.
10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Abhäsivmittel 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.
11. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Öl-in-Wasser-Emulsion des Abhäsivmittels einen nichtionischen, anionischen oder amphoteren Emulgator, bevorzugt einen nichtionischen oder anionischen Emulgator enthält.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß flächenförmige Materialien mit einem Gehalt von unter 50 Gew.-% Wasser verwendet werden.
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