DE19939060A1 - Papier mit eingelagerten ummantelten Partikeln und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren zum Herstellen eines Papiers, das den Schritt des Zugebens von ummantelten Partikeln bestimmter physikalischer und/oder chemischer Eigenschaften direkt in die Papiermasse vor dem Druchlauf durch eine Papiermaschine und/oder auf einen Faserkörper in der Papiermaschine durch eine separate Auftragseinrichtung und/oder auf einen Faserkörper in der Leimpresse umfaßt, sowie ein Papier in das ummantelte Partikel bestimmter physikalischer und/oder chemischer Eigenschaften, vorzugsweise gleichmäßig verteilt, eingelagert sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft in ihrer allgemeinen Form ein Papier mit Partikeln mit bestimmten physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Papiers.

Insbesondere betrifft die Erfindung speziell ein abriebfestes Overlaypapier und ein Verfahren zu dessen Herstellung.

Gebiet der Erfindung

Overlaypapiere im allgemeinen sind Zellstoffpapiere, die gefüllt oder nicht gefüllt sind, d. h. mit Teilchen großer Härte ausgerüstet sind, um die Abriebfestigkeit zu erhöhen. Solche Overlaypapiere werden beispielsweise nach einer Harzimprägnierung, vorzugsweise mit einem Melaminformaldehydharz, mit Holzfurnierplatten oder Dekorpapieren zu einem Laminat verpreßt, um die Oberfläche vor Abrieb oder Verkratzung zu schützen. Solche Laminate werden beispielsweise als Bodenbeläge eingesetzt.

In der DE-OS-21 07 091 wird ein mit Hartfüllstoffteilchen gefülltes Overlaypapier und sein Herstellungsverfahren beschrieben.

In der DE-196 04 907 A1 und der im wesentlichen entsprechenden US-A-5 820 937 der THE MEAD CORPORATION wird ein Verfahren beschrieben, bei dem ein wäßriger Brei aus groben Staubpartikeln über einen Schlitzmündungs-Be­ schichtungskopf flächig auf die Oberfläche einer Rohfaser- Zellulosebahn aufgetragen und die beschichtete Bahn anschließend getrocknet wird. Diese Schrift nennt eine Reihe von Grobstaubpartikeln (unter anderem Mineralpartikel und metallische Partikel) zur Erhöhung der Abriebfestigkeit des Papiers.

Das flächige Auftragen hoch abriebfesten Materials auf ein Overlaypapier führt aber zwangsläufig zu einer Anreicherung der Partikel an der Oberfläche. Demzufolge wurden In­ homogenitäten auch bei den ermittelten physikalischen Werten wie Abriebfestigkeit, Festigkeit des Sitzes des Materials und ähnliches gemessen.

Eine Verbesserung wird in CA-A-990 632 ebenfalls der THE MEAD CORPORATION beschrieben. Hierbei wird durch mehrere Stoffaufläufe eine gleichmäßigere Verteilung der abriebfesten Partikel dadurch erzielt, daß quasi mehrere einzelne Overlay- Schichten mit abriebfestem Material erzeugt und übereinander gelegt zu einem Gesamtverbund kombiniert werden. Obwohl hinsichtlich der Gleichmäßigkeit der physikalischen Eigenschaften eine Verbesserung erzielt wurde, ist dieses Verfahren in der Praxis aufwendig, kostspielig und die Verfahrenstechnik daher anfällig für Störungen.

Es ist weiterhin bekannt, gefüllte Overlaypapiere auf konventionellen Langsiebpapiermaschinen herzustellen. Außerdem ist es möglich, auf den sogenannten Schrägsiebpapiermaschinen ebenfalls Overlaypapiere zu produzieren, die gegenüber den vorher genannten Anlagen ein sehr offenporiges, leichtes Papier mit einem spezifischen Gewicht von <0,35 g/cm³ liefern. Obwohl eine große Offenporigkeit ein weitgehend gleichmäßiges Durchdringen des Overlaypapiers mit dem abriebfesten Material gestattet, ergibt sich hierbei jedoch der Nachteil, daß bei derart hergestellten Overlaypapieren bei mechanischer Behandlung, z. B. Abrollen, das abriebfeste Material teilweise wieder herausfallen kann, was zu verschlechterten und ungleichmäßigen Abriebwerten und gleichzeitig zu unerwünschten Verschmutzungen in der Laminatproduktion führt.

Aufgabe der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Papiers mit Partikeln mit bestimmten physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften sowie eines Verfahrens zur Herstel­ lung eines solchen Papiers und insbesondere eines abriebfesten Overlaypapiers und eines Verfahrens zu dessen Herstellung, das die geschilderten Nachteile vermeidet und die gewünschten physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften wie Härte und dgl. in ausreichendem Maß und in gleichmäßiger Verteilung aufweist.

Lösung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird hierzu ein Verfahren zum Herstellen eines Papiers gemäß Anspruch 1 sowie ein Papier gemäß Anspruch 12 in Vorschlag gebracht. Bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens und des Papiers sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.

Die vorliegende Erfindung basiert auf der überraschenden Erkenntnis, daß bereits durch den Einsatz geringerer als bisher üblicher Mengen an Partikeln hervorragende Eigenschaf­ ten wie beispielsweise der Abriebfestigkeit und der Verteilung der Partikel und damit der Eigenschaften im fertigen Papier erzielt werden können, wenn die jeweiligen Partikel in mikroverkapselter Form in das Papier eingebracht werden bzw. sind.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform betrifft die Erfindung ein sog. Overlaypapier bzw. ein Verfahren zu dessen Herstellung, bei dem mit Melaminharz ummantelte Ko­ rundpartikel im gesamten Volumen des Papiers im wesentlichen gleichmäßig verteilt eingebettet sind.

Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der einzigen schematischen Figur dargestellten Beispiels genauer beschrieben.

Diese Figur zeigt schematisch die gleichmäßige Verteilung der mikroverkapselten abriebfesten Partikel 1, die aus einer Ummantelung 2 und damit umschlossenen Teilchen 3 bestehen, beispielsweise Melaminharz-ummantelten Korundpartikeln, im Faserkörper 4 des Papiers.

Als erfindungsgemäß zu verwendende Partikel können alternativ zu dem genannten Material auch andere, handelsübliche teilchenförmige Stoffe mit der gewünschten Abriebfestigkeit verwendet werden, die mit einer Ummantelung, vorzugsweise einem Harz versehen und damit quasi mikroverkapselt sind. Ein Verfahren zur Herstellung solcher Partikel ist beispielsweise im FR-A-2245750 beschrieben. In einer australischen Patentanmeldung der Fa. PPG werden mit Mela­ minharz ummanteltes Korundpartikel beschrieben, die für die Anwendung im Rahmen der Erfindung geeignet sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines mit ummantelten harten Partikeln gefüllten Overlaypapiers umfaßt zunächst den Schritt, daß ein Faserkörper auf einer Langsiebpapiermaschine oder einer Schrägsiebpapiermaschine hergestellt wird. Als Rohstoff werden ungemahlene bzw. leicht gemahlene Laubholz-, Nadelholzzellstoffe und besonders langfasrige Komponenten wie Manilahanf, Sisal, Jute, Flax verwendet. Durch eine zusätzliche Auftragseinrichtung, wie ein zweiter Stoffauflauf, eine Leimpresse oder eine Filmpresse wird sodann das o. g. harzummantelte Partikel- Material, also z. B. mikroverkapselte Korundpartikel gleichmäßig auf den Faserkörper aufgetragen. Diese umkapsel­ ten Partikel sinken dann aufgrund der Schwerkraft oder durch aufgebrachten Druck in den Faserkörper ein und werden damit in das Fasergefüge eingebettet.

Auf einer Schrägsiebmaschine ist es beispielsweise möglich, 2% bis 50% ummantelter Korundpartikel in der Masse gleichmäßig im Fasergefüge zu verteilen, so daß im Blattge­ füge später ein homogener Abrieb erzielt wird (siehe Figur). Das Papier wird hierbei vorzugsweise mit einer Rohdichte von 0,30-0,45 g/cm³ hergestellt.

Es ist ebenfalls möglich durch Anwendung einer Leimpressenflotte bestehend aus dem Bindemittel CMC (Carboxylmethylcellulose), Harz, Dispergiermittel und den harzummantelten Korundpartikeln einen gleichmäßigen Auftrag in der Leimpresse auf das Papier zu bringen.

Bei einer Produktion des Faservlieses auf einer Langsiebmaschine ist aufgrund des dichteren Materials nur eine Menge von ca. 2% bis 30% der ummantelten Korundpartikel in der Masse einzubringen. Das Papier wird hierbei vorzugsweise mit einer Rohdichte von 0,40-0,60 g/cm³ hergestellt. Bei einem Leimpressenansatz sind es etwa nur 3% aufgrund des viel geringeren Volumen des Papiers.

Alternativ können die o. g. ummantelten Partikel auch bereits in die Papiermasse eingebracht werden, bevor diese durch die Papiermaschine läuft.

Zur Verwendung als Overlaypapier bestimmte Papiere werden auf den vorstehend beschriebenen Papiermaschinen vorzugsweise mit einem Flächengewicht zwischen 8 und 80 g/m², vorzugsweise zwischen 15 und 60 g/m², vorzugsweise von 40 g/m² hergestellt.

Durch das zuvor beschriebene erfindungsgemäße Verfahren wird eine besonders gleichmäßige Verteilung der ummantelten Korundpartikel erreicht, weil die Partikel erfindungsgemäß quasi in einem Schwebezustand gehalten werden.

Diese gleichmäßige Verteilung der ummantelten Korundpartikel über das und in dem wäßrigen Faservlies ist auf verschiedene Effekte zurückzuführen. So wird beispielsweise durch die Beschichtung der Korundpartikel das gesamtspezifische Gewicht des Papiers abgesenkt. Ferner wird durch die Umkapselung der Teilchen der Durchmesser größer, so daß die Partikel bevorzugt im Fasernetz hängenbleiben. Darüber hinaus können beispielsweise durch eine Melaminharzummantelung chemische Bindungen zwischen Faser und Partikel entstehen, so daß die Partikel besser durch die Faser festgehalten werden.

Um die gleichmäßige Verteilung der ummantelten Partikel noch zu unterstützen, kann ferner erfindungsgemäß in einer bevorzugten Ausführungsform bei der Einarbeitung der Partikel ein geeignetes Dispergiermittel mitverwendet werden.

Im Gegensatz dazu würden unbehandelte bzw. unbeschichtete Korundteilchen aufgrund ihres höheren spezifischen Gewichtes schneller absinken und sich bevorzugt auf der Unterseite des Faservlieses absetzen.

Der Einsatz von ummantelten, harten Partikeln hat den Vorteil, daß bei der weiteren Verarbeitung auf der Papiermaschine bei Transport, Trocknung, Glättung und Aufrollung unerwünschte Abriebeffekte z. B. auf den Walzen und Sieben vermieden werden und außerdem das Material nicht aus dem Faserverbund herausfällt.

Auch bei der späteren Verwendung als Overlaypapier wird der Verschleiß an den Preßblechen stark reduziert und erst beim endgültigen Gebrauch nach dem Abrieb der Harzummantelung tritt der Vorteil der hohen Abrasivität in den Vordergrund.

Des weiteren weist das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Overlaypapier aus diesem Grund eine deutlich gleichmäßigere Oberfläche als nach bisher bekannten Verfahren hergestellte Overlaypapiere auf.

Im folgenden ist das Ergebnis eines Vergleichsversuchs zwischen einem herkömmlichem Overlaypapier und einem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Overlaypapiers, jeweils mit Korundpartikeln als Füllmaterial, hinsichtlich der erzielten Abtriebswerte zusammengefaßt:

Abriebswerte Nema-Standard (Umdrehungen)

Aus diesen Abriebwerten nach dem NEMA Standard folgt, daß das herkömmliche Overlaypapier, mit einem Dekorpapier verpreßt, bereits nach 5811 Umdrehungen abgeschliffen und das darunter liegende Dekorpapier verletzt ist.

Das erfindungsmäßig hergestellte neue Overlaypapier ist erst nach 6242 Umdrehungen abgeschliffen. Die hohe Gleichmäßigkeit des neuen Overlaypapiers wird auch durch die besonders geringe Standardabweichung dokumentiert.

Das erfindungsgemäße Verfahren, daß bei der Papierherstellung ummantelte Partikel mit bestimmten physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften, die auf das Papier übertragen werden sollen, direkt in die Papiermasse vor dem Durchlauf durch eine Papiermaschine und/oder auf einen Faserkörper in der Papiermaschine durch eine separate Auftragseinrichtung und/oder auf einen Faserkörper in der Leimpresse aufgebracht werden, und das damit herstellbare Papier sind nicht auf das beschriebene Beispiel beschränkt, daß abrasive Teilchen in den Faserkörper eingebettet werden, um ein Overlaypapier herzustellen. Vielmehr können einem Papier unterschiedliche Eigenschaften gegeben werden, indem jeweils geeignete Partikel mit der gewünschten Eigenschaft in ummantelter Form auf die beschriebene Weise in den Faserkörper eingebettet werden.

Denkbare Anwendungen von solchen Partikeln sind Farbstoffe, Aromastoffe, Duftstoffe, UV-Absorptionsmittel, elektrisch leitfähige Teilchen, wärmeleitfähige Teilchen, magnetische Teilchen, Flammschutzmittel, Biozide oder dergl., die dem fertigen Papier ihre jeweiligen spezifischen Eigenschaften wie Farbe, Reflexionsvermögen, Absorptionsvermögen, Duft, Aroma, elektrische Leitfähigkeit, Flammenwidrigkeit, Biozidität etc. übertragen.

Ein besonders vorteilhafter Gesichtspunkt, der sich aus der Verwendung ummantelter Teilchen ergibt, besteht darin, daß die jeweiligen Teilchen während der Herstellung des Papiers oder Vlieses in dieses eingearbeitet bzw. eingebettet werden aber noch alle ummantelt sind und die Ummantelung erst zu einem späteren Zeitpunkt bzw. einer späteren Verar­ beitungsstufe, beispielsweise durch Reibung, Druck, Temperatur, Licht (UV) oder Lösungsmittel etc. entfernt werden kann, worauf die Teilchen dann freigesetzt werden und ihre jeweilige Eigenschaft oder Wirkung im Papier entfalten können.

Als Ummantelung für die Teilchen bieten sich Harze an. Insbesondere im Hinblick auf die bevorzugte Ausführungsform eines Overlaypapiers sind Harze wie Melaminformaldehydharz oder Phenolharzen gut geeignet.

Claims (23)

1. Verfahren zum Herstellen eines Papiers, gekennzeichnet durch den Schritt des Zugebens von ummantelten Partikeln bestimmter physikalischer und/oder chemischer Eigenschaften direkt in die Papiermasse vor dem Durchlauf durch eine Papiermaschine und/oder auf einen Faserkörper in der Papiermaschine durch eine separate Auftragseinrichtung und/oder auf einen Faserkörper in der Leimpresse.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Partikel harte, vorzugsweise abrasive Partikel, vorzugsweise mineralische oder metallische Partikel, vorzugsweise aus Korund, Aluminiumoxid-, Silizium-, Zirconium-, Wolfram-, Titan-, Tantal-, Berrylium-, Bor-Verbindungen und Mischungen daraus umfassen.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Partikel solche aus Materialien mit spezifischen Eigenschaften wie Farbe, Reflexionsvermögen, Absorptionsvermögen, Duft, Aroma, elektrische Leitfähigkeit, Flammenwidrigkeit, Biozidität etc. umfassen.

4. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Partikel vorzugsweise mit Harz, vorzugsweise mit Melaminformaldehydharz oder mit Phenolharz ummantelt sind.

5. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Partikel mit einem Material ummantelt sind, das im fertigen Papier nachträglich entfernbar ist, vorzugsweise durch Reibung, Druck, Temperatur, Licht (UV) oder Lösungsmittel.

6. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Gehalt an ummantelten Partikeln zwischen 2% bis 50%, vorzugsweise zwischen 2% bis 30% bezogen auf das Flächenge­ wicht liegt.

7. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Papierstoff eine Mischung von Laubholz, Nadelholz sowie Anteilen von Fasern aus Einjahrespflanzen wie Manila, Hanf, Flax, Sisal, Jute umfaßt und vorzugsweise mit einem Naßfestmittel verfestigt ist.

8. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 7, wobei das Papier auf einer Langsiebpapiermaschine gefertigt wird, vorzugsweise mit einer Rohdichte von 0,40-0,60 g/cm³.

9. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 7, wobei das Papier auf einer Schrägsiebmaschine gefertigt wird, vorzugsweise mit einer Rohdichte von 0,30-0,45 g/cm³.

10. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei bei einer Applikation in der Leimpresse die Leimpressenflotte ein Bindemittel, bevorzugt CMC, ein Naßverfestigungsmittel, bevorzugt Melaminformaldehydharz, ein Dispersionsmittel und die ummantelten Partikel aufweist.

11. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Papier ein Flächengewicht zwischen 8 und 80 g/m², vorzugsweise zwischen 15 und 60 g/m², vorzugsweise 40 g/m² aufweist.

12. Papier, dadurch gekennzeichnet, daß darin ummantelte Partikel bestimmter physikalischer und/oder chemischer Eigenschaften, vorzugsweise gleichmäßig verteilt, eingelagert sind.

13. Papier gemäß Anspruch 12, wobei die Partikel harte, vorzugsweise abrasive Partikel, vorzugsweise mineralische oder metallische Partikel, vorzugsweise aus Korund, Aluminiumoxid-, Silizium-, Zirconium-, Wolfram-, Titan-, Tantal-, Berrylium-, Bor-Verbindungen und Mischungen daraus umfassen.

14. Papier gemäß Anspruch 12 oder 13, wobei die Partikel solche aus Materialien mit spezifischen Eigenschaften wie Farbe, Reflexionsvermögen, Absorptionsvermögen, Duft, Aroma, elektrische Leitfähigkeit, Flammenwidrigkeit, Biozidität etc. umfassen.

15. Papier gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei die Partikel vorzugsweise mit Harz, vorzugsweise mit Melaminformaldehydharz oder mit Phenolharz ummantelt sind.

16. Papier gemäß einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei die Partikel mit einem Material ummantelt sind, das nachträglich entfernbar ist, vorzugsweise durch Reibung, Druck, Tem­ peratur, Licht (UV) oder Lösungsmittel.

17. Papier gemäß einem der Ansprüche 12 bis 16, wobei der Gehalt an ummantelten Partikeln zwischen 2% bis 50%, vorzugsweise zwischen 2% bis 30% bezogen auf das Flächengewicht liegt.

18. Papier gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Papierstoff eine Mischung von Laubholz, Nadelholz sowie Anteilen von Fasern aus Einjahrespflanzen wie Manila, Hanf, Flax, Sisal, Jute umfaßt und vorzugsweise mit einem Naßfestmittel verfestigt ist.

19. Papier gemäß einem der Ansprüche 12 bis 18, wobei das Papier auf einer Langsiebpapiermaschine gefertigt ist, vorzugsweise mit einer Rohdichte von 0,40-0,60 g/cm³.

20. Papier gemäß einem der Ansprüche 12 bis 18, wobei das Papier auf einer Schrägsiebmaschine gefertigt ist, vorzugsweise mit einer Rohdichte von 0,30-0,45 g/cm³.

21. Papier gemäß einem der Ansprüche 12 bis 20, wobei die ummantelten Partikel in der Papiermasse und/oder in der Papiermaschine durch eine separate Auftragseinrichtung und/oder in der Leimpresse zugegeben worden sind, und wobei bei einer Applikation in der Leimpresse die Leimpressenflotte ein Bindemittel, bevorzugt CMC, ein Naßverfestigungsmittel, bevorzugt Melaminformaldehydharz, ein Dispersionsmittel und die ummantelten Partikel aufweist.

22. Papier gemäß einem der Ansprüche 12 bis 21, wobei das Papier ein Flächengewicht zwischen 8 und 80 g/m², vorzugsweise zwischen 15 und 60 g/m², vorzugsweise 40 g/m² aufweist.

23. Verwendung eines Papiers gemäß einem der Ansprüche 12 bis 22 oder eines nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 hergestellten Papiers als Overlaypapier.