DE202009018749U1

DE202009018749U1 - Substrat auf Cellulosefaserbasis

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Publication number: DE202009018749U1
Application number: DE202009018749U
Authority: DE
Original assignee: UPM Kymmene Oy
Current assignee: UPM Specialty Papers Oy
Priority date: 2008-06-03
Filing date: 2009-05-18
Publication date: 2013-01-14
Anticipated expiration: 2019-05-19
Also published as: DE12191608T1; EP2300544A1; FI2574644T4; EP2574644B1; FI20085543A0; DK2574644T4; ES2564968T3; HUE028923T2; PL2574644T3; HUE029757T2; CN103774494A; FI20085543A; EP2574643A1; HUE027117T2; DE09757661T1; PL2574644T5; EP2300544B1; CN102056994B; CN103741547A; EP2574643B8

Abstract

Substrat auf Cellulosefaserbasis, von dem zumindest eine Oberfläche mit einer Oberflächenbehandlungsschicht beschichtet ist, umfassend zumindest ein wasserlösliches polymeres Rückgrat, dadurch gekennzeichnet, dass das wasserlösliche polymere Rückgrat Hydroxylfunktionen aufweist, von denen zumindest einige vorher mit zumindest einem organischen Molekül reagiert sind, das eine Vinylfunktion und eine Aldehydfunktion umfasst.

Description

Diese Erfindung betrifft ein Basismaterial.
Freisetzungsbeschichtungen, wie Silikonbeschichtungen, werden zur Stärkung der Freisetzungseigenschaften eines Substrates verwendet, wie Papier, Film oder kunststoffbeschichtetes Papiersubstrat. Die Silikonbeschichtung kann eine Freisetzungsschicht für eine Freisetzungsfolie bilden, oder die Silikonbeschichtung kann beispielsweise eine funktionelle Schicht eines Trägerpapiers sein.
Wenn eine Produktion von Etikettenträgerprodukten mit hoher Qualität, d. h. Trennfolien, mit guter Silikonadhäsion und niedrigem Silikonabscheuern gewünscht ist, muss besondere Aufmerksamkeit auf die Qualität der nicht-silikonisierten Basismaterialien gelegt werden. Konventionell sind Trennfolien mit hoher Qualität und eine gute Kontrolle der Silikonadhäsion erforderlich. Entwicklungen bei Etikettenprodukten führen zu zunehmend stärkeren Bedürfnissen bei Trennfolien.
Essenzielle Maßnahmen der Qualität von Trennfolien sind die Adhäsion der Silikonbeschichtung an das Basismaterial und der Mangel von feinen Löchern aufgrund von exzessiver Silikoneindringung. Die Minimierung der Menge der Silikonbeschichtung ist ebenfalls ein zentrales Ziel in Bezug auf ökonomische Aspekte.
Es ist möglich, die zu behandelnde Oberfläche herzustellen, indem entweder physikalische oder chemische Methoden verwendet werden. Der Zweck beider Verfahren liegt darin, die Eindringung der Silikonbeschichtung in die Porenstruktur des Basismaterials und die Adhäsion der Silikonschicht auf kontrollierte Weise einzustellen. Wenn das Substratmaterial der Trennfolien aus Papier gemacht ist, ist die wichtigste physikalische Arbeitstechnik das Kalandern des Papiers, wobei Wärme und Druck verwendet werden, um die Fasern in ein kompakteres Netzwerk mit geringeren Poren zu komprimieren.
Die Verfolgung von nadellochfreien Trennfolien, die mit geringen Mengen an Silikon beschichtet sind, führte zu neuen Herstellungsverfahren. Mit neuen Herstellungsverfahren hat sich die Qualität der Trennfolien verbessert und der Silikonverbrauch hat sich vermindert, ohne die Qualität des Endprodukts zu beeinträchtigen. Jedoch können einige Herstellungsverfahren zu Problemen mit der Silikonverankerung führen, und ein ernsthaftes Abscheuern der Silikonbeschichtung wurde beobachtet.
Ein Grund für die geringe Silikonverankerung liegt darin, dass die Geschwindigkeit der Beschichtungsmaschinen, die zur Bildung einer Freisetzungsbeschichtung verwendet wurden, wie eine Freisetzungsschicht, sich erhöht hat. Dies bedeutet, dass die Verbindungen der Freisetzungsschicht sich an der Oberfläche eines Basismaterials verhältnismäßig schnell verankern müssen, d. h. die Vernetzung sollte ziemlich schnell ablaufen. Weiter ist ein Ziel, die Menge des Platinkatalysators zu vermindern, was ein widersprüchliches Ziel in Bezug auf die schnelle Vernetzung ist.
Die Veröffentlichung WO 2005/071161 betrifft den Verankerungspunkt. Die Veröffentlichung offenbart einen Träger auf Cellulosefaser-Basis, der silikonisiert werden soll. Die Veröffentlichung legt nahe, dass ein Träger auf Basis von Celullosefasern mit zumindest einem organischen Molekül gepfropft wird, das mit einer funktionellen Gruppe versehen ist, die in der Lage ist, eine kovalente Bindung mit den freien OH-funktionellen Gruppen der Cellulose zu kreieren, und das organische Molekül umfasst eine funktionelle Vinylgruppe. Petrolether wird als Lösungsmittel für das Pfropfmittel verwendet.
Jedoch gibt es viele Nachteile, die die Verwendung von Monomeren oder kleinen reaktiven Molekülen betreffen. Sie können in den Träger eindringen, und weil sie flüchtige Verbindungen mit niedrigem Molekulargewicht sind, können sie einen unangenehmen Geruch haben und irritierend sein. Nicht-reagierte Monomere oder kleine reaktive Moleküle können ebenfalls migrieren und verhindern hierdurch, dass das Freisetzungsmittel, üblicherweise ein Silikonisierungsmittel, an der Oberfläche des Substrats haftet, und daher löst sich die Freisetzungsschicht von der Oberfläche des Substrats ab, d. h. es erfolgt ein Abscheuern.
Ein Nachteil, der das praktische Erzielen des Pfropfens betrifft, ist, dass Petrolether als Lösungsmittel für das Pfropfmittel verwendet wird; Petrolether kann nicht industriell auf einer Papiermaschine verwendet werden, weil es ein flüchtiges organisches Lösungsmittel ist. Ein anderer Nachteil, der die praktische Vollendung betrifft, liegt darin, dass die Vorgänge von Papiermühlen auf wässrigen Systemen basieren. Wenn Monomere oder kleine reaktive Moleküle in Wasser zugegeben werden, vermindert sich deren Fähigkeit, kovalente Bindungen zu kreieren, drastisch in einer kurzen Zeitperiode, weil die Monomeren mit Wasser reagieren und somit in weniger reaktive Verbindungen umgewandelt werden. Wenn auf der anderen Seite Lösungsmittel zu dem Verfahren gegeben werden, sind teure Investitionen für die Sammlung und das Recyceln von Lösungsmittel erforderlich. Weiterhin können Etikettenprodukte in Nahrungsmittelverpackungen verwendet werden, und daher sind irgendwelche Lösungsmittel- oder Monomerreste unakzeptabel.
Das Ziel dieser Erfindung liegt darin, Produkte zur Lösung der oben erwähnten Probleme einzuführen. Mit dieser Erfindung ist es weiterhin möglich, neue Formulierungen zu verwenden, die vorher unmöglich zu verwenden waren.
Das Basismaterial ist gekennzeichnet durch den kennzeichnenden Teil des unabhängigen Anspruchs 1.
Bei der Beschreibung dieser Erfindung werden bestimmte hervorspringende Ausdrücke verwendet. 1 erläutert die Struktur eines Trennmittels gemäß dieser Erfindung. Die Trennmittelzusammensetzung umfasst ein Substrat 1, eine Oberflächenbehandlungsschicht 2 und eine Freisetzungsschicht 3. Das Substrat betrifft ein Papiersubstrat, ein Foliensubstrat oder ein Film(Kunststoff)-beschichtetes Papiersubstrat. Das Papiersubstrat kann beschichtet, geschlichtet oder sonst oberflächenbehandelt sein. Das Basismaterial 4 ist ein Substrat, umfassend eine Oberflächenbehandlungsschicht. Die Oberflächenbehandlungsschicht umfasst das Oberflächenbehandlungsmittel, das zumindest ein end- oder seitenfunktionalisiertes Block- oder Pfropfcopolymer mit Gruppen umfasst, die mit einer Silikonbeschichtung reagieren können. Das Trennmittel 5 betrifft ein Produkt, das das Substrat, die Oberflächenbehandlungsschicht auf der Oberfläche des Substrats und die Silikonbeschichtung auf der oberen Seite der Oberflächenbehandlungsschicht umfasst. Die Silikonbeschichtung kann beispielsweise auf einem lösungsmittelhaltigen Silikon, lösungsmittelfreien Silikon, UV-härtenden Silikon oder Emulsionssilikon basieren. Gemäß der Erfindung bildet sich das Oberflächenbehandlungsmittel 6 vollständig oder teilweise auf der Oberflächenbehandlungsschicht oder ist als Primer direkt auf der Oberfläche des Substrats oder auf einer Schicht, wie einer Beschichtung oder einer Auftragsschicht auf der Oberfläche des Substrats verteilt.
Diese Erfindung gibt ein neues Oberflächenbehandlungsmittel und eine Zusammensetzung an, worin die Adhäsion des Silikons verbessert und das Abscheuern von Silikon verhindert wird. Wenn das Oberflächenbehandlungsmittel auf einem Substrat, wie Papier, Folie oder folienbeschichteten Substrat aufgetragen ist, wird ein Basismaterial gebildet. Die Oberflächenbehandlungsschicht des Basismaterials ist in der Lage, kovalente Bindungen an der Grenzfläche zwischen der Silikonbeschichtung und der Oberflächenbehandlungsschicht zu bilden. Die Verbesserung der Adhäsion basiert auf einer Struktur, umfassend einen Anteil oder Anteile, das/die kompatibel sind mit einem Substrat und/oder einer Beschichtung auf der Oberfläche des Substrats, und einen Anteil oder Anteile, das/die mit der Silikonbeschichtung reaktiv oder zumindestens kompatibel sind.
Das neue Oberflächenbehandlungsmittel basiert auf einem funktionellen Polymer, das in der Lage ist, mit der Silikonbeschichtung zu binden. Dies gibt eine deutliche Verbesserung im Vergleich zu früheren Lösungen, worin die Adhäsion der Silikonbeschichtung auf schwachen Kräften und auf physikalischen Verwirbelungen basiert.
Das funktionalisierte Polymer umfasst ein Polymerrückgrat, an das funktionelle Einheiten wie funktionelle Gruppen oder Polymerketten gebunden sind. Das polymere Rückgrat kann wasserlöslich, wasserdispergierbar oder wasseremulgierbar sein. Das wasserlösliche Polymerrückgrat kann erhalten werden von einem wasserlöslichen Trägerpolymer wie Polyvinylalkohol, Polyethylenglykol, Polyethylenoxid, Polyvinylamin, Stärke, Stärkeester, Stärkeether, Carboxymethylcellulose, Carboxymethylcelluloseether, Carboxymethylcelluloseester, Chitosan, Xanthan oder Polyacrylamid. Ein bevorzugtes Trägerpolymer ist Polyvinylalkohol.
Aufgrund seiner Struktur stellt das polymere Rückgrat des Trägerpolymers sicher, dass das Oberflächenbehandlungsmittel nicht tief in das Substrat eindringt; das polymere Rückgrat umfasst verhältnismäßig lange Ketten, die in der Lage sind, auf der Oberfläche des Substrats zu verbleiben. Wenn ein Trägerpolymer durch Pfropfen von Monomeren in seiner Struktur modifiziert wird, enthält die endgültige chemische Verbindung keine signifikanten Mengen der Monomeren.
Das gebildete Polymer dieser Erfindung ist ein wasserlösliches, wasserdispergierbares oder wasseremulgierbares Pfropf- oder Blockcopolymer. Ein Pfropfcopolymer wird erzeugt durch Binden von funktionellen Gruppen oder Polymerketten an das Rückgrat eines Polymers. Die funktionellen Gruppen oder Polymerketten sind in der Lage, kovalente Bindungen zu bilden und mit der Silikonbeschichtung über eine Hydrosilylierungsreaktion zu reagieren. Ein Blockcopolymer wird gebildet durch Binden von funktionellen Polymerblöcken an die Enden einer Gerüstpolymerkette unter Bildung einer Blockcopolymerstruktur.
Zusätzlich zu dem polymeren Rückgrat, das mit funktionellen Seiten- oder Endgruppen oder -blöcken versehen ist, ist es möglich, dass das Oberflächenbehandlungsmittel andere Polymere, wie wasserlösliche Polymere enthält, die aus den gleichen Polymeren wie die Trägerpolymeren ausgewählt werden können. Es ist auch möglich, Pigmente wie organische oder anorganische Pigmente zu dem Oberflächenbehandlungsmittel zu geben.
Die Seiten- oder Endgruppen eines funktionell gepfropften Gerüstpolymers können eine allgemeine Formel (I) R¹R³R⁴O- oder (II) R¹R³O- haben. In den allgemeinen Formeln (I) und (II) ist R¹ ein Aldehyd oder Keton der Formel
ein Silanhydrid der Formel
oder eine ungesättigte Struktur der Formel CR⁵ ₂=CR², worin R² und R⁵ H, eine C₁...C₂₀-Alkylkette, C₁...C₂₀-Alkenylkette, C₁...C₂₀-Fettsäurekette oder C₁...C₁₀-Fettsäureesterkette bedeuten können. In den allgemeinen Formeln (I) und (II) bedeutet R³ eine lineare oder verzweigte, möglicherweise substituierte C₁...C₂₀-Alkyl- oder -Alkenylkette oder eine -OSiR₂ ⁶O-Gruppe. In der allgemeinen Formel (I) bedeutet R⁴ die Carbonylgruppe (C=O). Die Gruppen R⁶, die an das Siliciumatom gebunden sind, können Hydroxylgruppen, C₁...C₂₀-Alkyl- oder -Alkoxyketten sein.
Die strukturelle Wiederholungseinheit des funktionellen Blocks in einem wasserlöslichen Gerüstpolymer, gebildet mit Hilfe von funktionellen Blöcken, hat die Formel
In der allgemeinen Formel bedeutet R¹ eine C₁...C₂₀-Alkylkette, Alkenylkette oder die Siloxangruppe (-SiO-). R² und R³ können Wasserstoff, die Hydroxylgruppe (-OH), die Silanhydridgruppe
eine C₁...C₂₀-Alkoxygruppe, eine C₁...C₂₀-Alkenylgruppe oder ungesättigte C₁...C₂₀-Acylgruppe bedeuten.
In der Praxis werden die Seiten- oder Endgruppen des Pfropfcopolymers in einer Reaktion zwischen dem Trägerpolymer und der Pfropfsubstanz gebildet. Die Pfropfsubstanz kann beispielsweise eine der unten angegebenen Substanzen sein. Jedoch kann das Oberflächenbehandlungsmittel Endprodukte von Reaktionen zwischen unterschiedlichen Trägerpolymeren und Pfropfsubstanzen umfassen.
Die Pfropfsubstanzen können sein:
Das organische Molekül, verwendet als Pfropfsubstanz, kann ein ungesättigtes, halogenhaltiges Alken sein, das bevorzugt Vinylfluorid, Vinylchlorid, Vinylbromid, Vinyliodid, Allylchlorid, Allylchlorid, Allylbromid, Allylfluorid der Allyliodid ist.
Das organische Molekül, das als Pfropfsubstanz verwendet wird, kann eine Verbindung sein, umfassend Siliciumatome, das bevorzugt ist: Trimethoxyvinylsilan, Butenyltriethoxysilan, Dimethylchlorsilan, 1,1,3,3-Tetramethyldisiloxan, 10-Undecenyldimethylchlorsilan, 1-Vinyl-3-(chlormethyl)-1,1,3,3-tetramethyldisiloxan, Vinyldimethylsilan, Vinyldimethylethoxysilan, Vinyltetramethyldisiloxan oder Triethoxyvinylsilan.
Das organische Molekül, das als Pfropfsubstanz verwendet wird, kann eine Säure sein, die bevorzugt ist: Acrylsäure, 2-Propylacrylsäure, Methacrylsäure, Itaconsäure, 3-Butylensäure, 4-Pentensäure, 2,4-Pentadiensäure, 5-Hexensäure, 6-Heptensäure, 9-Decensäure oder 10-Undecensäure.
Das organische Molekül, das als Pfropfsubstanz verwendet wird, kann ein Säurechlorid sein, das bevorzugt Acrylsäurechlorid, Methacrylsäurechlorid, 4-Pentensäurechlorid oder 10-Undecensäurechlorid ist.
Das organische Molekül, das als Pfropfsubstanz verwendet wird, kann ein Säureanhydrid sein, das bevorzugt Methacrylsäureanhydrid, Itaconsäureanhydrid oder 4-Pentensäureanhydrid ist.
Das organische Molekül, das als Pfropfsubstanz verwendet wird, kann ein Säureester sein, der bevorzugt Monoacrylatester, ein Monomethacrylatester, Monoitaconsäureester, Mono-3-butenoatester, Mono-4-pentenoatester, Mono-2,4-pentadienoatester, Mono-5-hexenoatester, Mono-6-heptenoatester, Mono-9-decenoatester oder Mono-10-undecenoatester ist.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel dieser Erfindung umfasst das Oberflächenbehandlungsmittel ein polymeres Rückgrat, umfassend zumindest eine funktionelle Endgruppe, umfassend eine Vinylgruppe mit der Formel -CH=CH₂. Solche funktionellen Gruppen umfassen beispielsweise Vinyl, Allyl, Acryl, Methacryl, 4-Pentenyl und 10-Undecenylgruppen.
Das Trägerpolymer, das gepfropft ist, um funktionelle Endgruppen zu enthalten, umfassend die Vinylgruppe, kann hergestellt werden in einer Reaktion zwischen einem Polymer, wie einem wasserlöslichen Polymer und einer Pfropfsubstanz wie einer Säure, Säurechlorid oder einem Säureanhydrid. Der Substitutionsgrad kann maximal 50 mol% sein. Der Substitutionsgrad muss nicht hoch sein, weil das Oberflächenbehandlungsmittel in der Lage ist, auf der Oberfläche des Substrats zu verbleiben, und somit sind die gepfropften Ketten verfügbar für die Bildung von Bindungen mit dem Freisetzungsmittel, wie dem Silikon-Freisetzungsmittel.
Beispielsweise kann das Oberflächenbehandlungsmittel von einer Reaktion zwischen Polyvinylalkohol und einer Pfropfsubstanz, wie 10-Undecenylchlorid, 4-Pentenylchlorid, Methacrylsäurechlorid oder Acrylsäurechlorid erhalten werden. Ebenfalls sind andere Trägerpolymere, die oben aufgelistet sind, für diesen Zweck geeignet.
Das Oberflächenbehandlungsmittel wird auf ein Substrat in einer wässrigen Lösung, Dispersion oder Suspension aufgetragen. Neben dem Oberflächenbehandlungsmittel kann die Lösung Hilfschemikalien und/oder anorganische Teilchen enthalten. Das Substrat umfasst Papiererzeugungsfasern, d. h. Fasern, die üblicherweise von Bäumen erhalten werden. Bezüglich der Fasergehalte des Substrats kann das Substrat hauptsächlich oder vollständig aus chemischer Pulpe bestehen. Zusätzlich zu den Papier erzeugenden Fasern sind Nicht-Holzfasern ebenfalls möglich. Die Oberflächenbehandlung wird bevorzugt mit einer Filmschlichtepresse durchgeführt, und danach wird das Oberflächenbehandlungsmittel getrocknet.
Jedoch ist irgendein anderes Anwendungsverfahren möglich, wie eine Walzenanwendung, Sprühen oder Vorhangbeschichtung.
Das typische Substrat für eine Trennfolie ist Papier, beispielsweise Glassinepapier. Glassine betrifft ein Papier, das aus chemischer Pulpe erzeugt ist, und dessen Grammgewicht typischerweise von 50 bis 150 g/m² liegt. Gute Transparenz ist typischerweise beim Glassinepapier erforderlich; für ein 60 g/m² Papier ist sie typischerweise wenigstens 45, gemessen mit sichtbarem Licht (ISO 2469:1994). Bei der Herstellung von Glassinepapier wird Papierpulpe fein gemahlen, so dass ein dichtes, im Wesentlichen nicht-poröses Papier erzielt wird. Weil Glassinepapier als Basispapier für Freisetzungspapier verwendet wird, ist eine porenlose Oberfläche ein Erfordernis für eine gute Silikonisierfähigkeit. Die porenlose Oberfläche kann mit Kalanderbehandlungen und Oberflächenbehandlung erzielt werden. Das Papier kann entweder zunächst kalandert und dann oberflächenbehandelt werden oder zunächst oberflächenbehandelt und dann kalandert werden. Das Kalander kann ein Viel-Nip-Kalander oder Superkalander sein. Beim Kalander wird zumindest ein Nip zwischen einer harten Vorderwalze und einer weichen Gegenwalze gebildet.
Nach Auftragen des Oberflächenbehandlungsmittels auf das Basispapier wird das Papier silikonisiert. Die Hydrosilylierungsreaktion erfolgt zwischen der reaktiven Oberflächenbehandlungsschicht und dem silikonhaltigen Freisetzungsmittel, das auf der oberen Seite der Oberflächenbehandlungsschicht geschichtet ist. Somit wird eine Filmbindung zwischen dem Papier und der Silikonbeschichtung gebildet. Das Oberflächenbehandlungsmittel kann von 0,01 bis 100% des Gesamtgewichts der Oberflächenbehandlungsschicht ausmachen. Mit anderen Worten können nur 1 bis 2 mg/m² oder noch weniger erforderlich sein, um das Abscheuern von Silikon zu verhindern.
Auch andere Substrate neben dem Papiersubstrat sind jedoch möglich. Das Substrat kann aus einem thermoplastischen polymeren Filmmaterial, wie Polyestern, vorteilhafterweise Polyethylenterephthalat (PET) und Polyolefinen, vorteilhafterweise orientiertem Polypropylen (OPP), Polyethylen niedriger Dichte (LDPE) oder Polyethylen hoher Dichte (HDPE) gebildet sein. Weiterhin kann das Substrat aus einem filmbeschichteten Papier erzeugt sein.
Die Verwendungen des Basismaterials umfassen eine Verwendung für ein Trennmittel und eine Verwendung für Trägerpapiere. Jedoch sind auch andere Verwendungen möglich, bei denen eine gute Silikonadhäsion erforderlich ist.
Nachfolgend wird diese Erfindung mit Hilfe von Beispielen beschrieben und unter Bezugnahme auf Zeichnungen erläutert, worin
1 die Struktur eines Trennmittels dieser Erfindung zeigt,
2 vorteilhafte Mechanismen dieser Erfindung zeigt; und
3 vorteilhafte Polymerstrukturen zeigt.
2 zeigt vorteilhafte Mechanismen dieser Erfindung. Die reaktive Silikonbeschichtung umfasst bevorzugt Vinylsilan-7- und Silanhydrid-8-Gruppen, die die Freisetzungsbeschichtung bei der Hydrosilylierungsreaktion vernetzen. Wenn das Substrat aus Papier erzeugt ist und durch Verwendung von konventionell verwendeten Schlichtepolymeren geschlichtet ist, gibt es Hydroxylgruppen, die nicht leicht mit den reaktiven Gruppen der Silikonbeschichtung reagieren. Somit erfolgt die Wechselwirkung zwischen dem Papier und der Silikonbeschichtung nur durch Wasserstoffbindungen 12. Jedoch kann das Substrat mit einem Oberflächenbehandlungsmittel beschichtet sein, umfassend vinylische 10 oder Silanhydrid 11-Gruppen, die mit der Silikonbeschichtung reagieren können und kovalente Bindungen 13 entlang der Grenzfläche bilden.
Mit diesem Verfahren ist es möglich, eine kovalente Bindung an der Grenzfläche zwischen der Silikonbeschichtung und der Oberflächenbehandlungsschicht zu verursachen. Die kovalente Bindung ist möglich, wenn die Oberflächenbehandlungsschicht funktionelle Polymere umfasst, die in der Lage sind, mit der Silikonbeschichtung zu reagieren.
3 zeigt einige vorteilhafte Polymerstrukturen, die als Oberflächenbehandlungsschicht verwendbar sind, zum Schaffen einer besseren Adhäsion zwischen der Silikonbeschichtung und dem Basismaterial. Die Freisetzungsfolie umfasst ein Substrat 1, die bevorzugt eine Kunststofffolie ist, oder ein Substrat auf Basis von Cellulosefasern. Das Substrat kann beschichtet oder geschlichtet sein, zum Glätten der porösen faserigen Oberfläche und zum Minimieren des Verbrauchs der Silikonbeschichtung durch Verhindern einer überschüssigen Eindringung von Silikon in das Fasernetzwerk.
Das Basismaterial, umfassend eine Oberflächenbehandlungsschicht 2, wird bevorzugt mit einer Silikonschicht 3 beschichtet, die für die leichte Delaminierung von Etiketten im Endprodukt verantwortlich ist. Die Adhäsion der Silikonschicht an dem Basismaterial kann verbessert werden durch Verwendung von funktionalisierten reaktiven Polymeren, d. h. einem Oberflächenbehandlungsmittel, das sowohl einen Anteil 14, der kompatibel ist mit dem Substrat, den Schlichtepolymeren oder der Beschichtung auf der Oberfläche des Substrats, als auch einen Anteil 15–19 umfasst, der mit der Silikonbeschichtung 3 reaktiv oder kompatibel ist. Der reaktive Anteil umfasst bevorzugt vinylische 15, Silanhydrid-17 oder Vinylsilan-18-End- oder Seitengruppen, die mit Silikonbeschichtungen in einer Hydrosilylierungsreaktion reagieren können. Der Silikon-kompatible Anteil ist bevorzugt ein oligomerer oder polymerer Kohlenwasserstoff 16 oder Polysiloxan 19, der die Adhäsion der Silikonschicht durch Mischen und physikalisches Binden verbessern kann.
Das Oberflächenbehandlungsmittel kann ein Teil einer Beschichtung oder eines Auftrags sein, das auf die Oberfläche des Substrats aufgetragen wird, oder das Oberflächenbehandlungsmittel kann auf die Oberfläche des Substrats als solches aufgetragen werden. Das Oberflächenbehandlungsmittel kann direkt auf die Oberfläche des Substrats aufgetragen werden oder auf die obere Seite der Beschichtung oder des Auftrages.
Beispiel 1
Polyvinylalkohol, gepfropft mit 10-Undecenylgruppen
Trockener Polyvinylalkohol (20 g, 0,3 mmol, Hydrolysegrad 98%) und N-Methylpyrrolidon (400 ml) werden in ein Becherglas gegeben. Der Polyvinylalkohol wird aufgelöst durch Erwärmen der Mischung bei 120°C für 4 Stunden. Die Lösung kann sich auf Raumtemperatur unter Rühren abkühlen. Nach Abkühlen der Lösung wird sie unter Stickstofffluss angeordnet, und 10-Undecenylchlorid (2,71 g, 13,3 mmol), aufgelöst in N-Methylpyrrolidon (10 ml), wird zugegeben. Die Mischung wird 15 min gerührt, danach werden Pyridin (35,2 g, 0,44 mol) und Dimethylaminopyridin (5,44 g, 44,5 mmol) zur Mischung gegeben. Die Reaktion kann 48 Stunden bei Raumtemperatur unter Rühren und Stickstofffluss ablaufen. Die Lösungsphase wird gesammelt und das Polymer wird ausgefällt durch Führen der Lösung in Aceton mit Hilfe eines Tropftrichters. Die Reinigung des Polymers erfolgt zweimal durch Auflösen des Polymers in Wasser und Ausfällen in Aceton. Das Produkt wird von der Lösung durch Zentrifuge getrennt. Schließlich wird das Produkt in einem Vakuum bei Raumtemperatur 8 Stunden lang getrocknet.
Beispiel 2
Polyvinylalkohol, gepfropft mit 4-Pentenylgruppen
Trockener Polyvinylalkohol (20 g, 0,3 mmol, Hydrolysegrad 98%) und N-Methylpyrrolidon (400 ml) werden in ein Becherglas gegeben. Der Polyvinylalkohol wird aufgelöst durch Erwärmen der Mischung bei 120°C für 4 Stunden. Die Lösung kann sich auf Raumtemperatur unter Rühren abkühlen. Nach Abkühlen der Lösung wird sie unter Stickstofffluss angeordnet, und 4-Pentenylchlorid (2,64 g, 22,2 mmol), aufgelöst in N-Methylpyrrolidon (10 ml), wird zugegeben. Die Mischung wird 15 min gerührt, danach werden Pyridin (35,2 g, 0,44 mol) und Dimethylaminopyridin (5,44 g, 44,5 mmol) zur Mischung gegeben. Die Reaktion kann 48 Stunden bei Raumtemperatur unter Rühren und Stickstofffluss ablaufen. Die Lösungsphase wird gesammelt und das Polymer wird ausgefällt durch Führen der Lösung in Aceton mit Hilfe eines Tropftrichters. Die Reinigung des Polymers erfolgt zweimal durch Auflösen des Polymers in Wasser und Ausfällen in Aceton. Das Produkt wird von der Lösung durch Zentrifuge getrennt. Schließlich wird das Produkt in einem Vakuum bei Raumtemperatur 8 Stunden lang getrocknet.
Beispiel 3
Polyethylenglykol, endfunktionalisiert mit Allylgruppen
Polyethylenglykol (30 g, 15 mmol) wird in einem getrennten Becherkolben angeordnet, und das Polymer wird im Vakuum 3 Stunden bei 105°C getrocknet. Nach dem Trocknen im Vakuum wird das Polyethylenglykol mit Tetrahydrofuran (300 ml) bei Raumtemperatur aufgelöst, und Stickstoff wird 15 min lang in die Lösung geblasen. Natriumhydrid (0,86 g, 36 mmol), Tetrahydrofuran (50 ml) und ein Magnetrüher werden in dem Reaktionskolben angeordnet. Stickstoff wird 15 min in die Suspension geblasen. Die Natriumhydridsuspension wird in ein Eisbad gegeben. Die Polyethylenoxidlösung wird inert zu der Suspension unter Verwendung einer Stickstoffatmosphäre transferiert. Die Reaktionsmischung wird in ein Ölbad gegeben und 20 Stunden unter Rühren und Stickstoffatmosphäre unter Rückfluss gehalten. Allylbromid (4,35 g, 36 mmol) wird zu der Reaktionsmischung inert gegeben und die Mischung weitere 20 Stunden unter Rühren und Stickstoffatmosphäre weiter unter Rückfluss gehalten. Die Lösungsphase wird mit einer Zentrifuge gesammelt und das Polymer mit Cyclohexan ausgefällt. Die Reinigung des Polymers wird zweimal durch Auflösen des Polymers in Methylenchlorid und Ausfällen in Aceton durchgeführt. Das Produkt wird von der Lösung durch eine Zentrifuge getrennt. Schließlich wird das Produkt in einem Vakuum bei 35°C 8 Stunden lang getrocknet.
Grenzflächenreaktion von allylfunktionellem Polyethylenglykol mit Silanhydrid
Allylfunktionelles Polyethylenglykol (2,5 g, 1,25 mmol) wird in destilliertem Wasser (100 g, 5,56 mol) bei Raumtemperatur aufgelöst. Die Polymermodelloberfläche wird durch Gießen hergestellt. Die Polymerlösung wird auf einem Silikonwafer aufgetragen und der Film bei 60°C 30 min getrocknet. Die Silikonisierzusammensetzung wird hergestellt durch Mischen von Platin(0)-1,3-divinyl-1,1,3,3-tetramethyldisiloxankomplex (25 μl) mit Hydrid-terminiertem Polydimethylsiloxan (5 g, 8,3 mmol). Die Silikonisierzusammensetzung wird auf die Polymermodelloberfläche aufgetragen und die Hydrosilylierung 2 min bei 140°C durchgeführt. Die silikonisierte Modelloberfläche wird zweimal in Cyclohexan (50 ml) zur Entfernung von nicht-regiertem, hybridterminiertem Polydimethylsiloxan gewaschen. Das reagierte Polymer wird von der Silikonoberfläche mit Dichlormethan (5 ml) für weitere Analyse mit Größenexklusionschromatographie aufgelöst. Die Chromatographie zeigte an, dass eine Polymerstruktur mit höherem Molekulargewicht, ungefähr der Summe der Molekulargewichte des Allyl-funktionellen Polyethylenglykols und des Hydrid-terminierten Polydimethylsiloxans, während der Hydrosilylierung bei 140°C erzeugt wird, wodurch eine Hydrosilylierungsreaktion an der Grenzfläche angezeigt wird.
Beispiel 4
Hintergrund
PVA-Derivate wurden synthetisiert und doppelt gebundene Seitenketten wurden an OH-Gruppen gebunden. In den Tests wurden zwei Arten von Seitenketten verwendet, beide umfassend eine Doppelbindung an einem Ende und 5 Kohlenstoffatome in einigen Seitenketten (4-Pentenoylchlorid) und 11 Kohlenstoffatome in den anderen Seitenketten (10-Undecenoylchlorid). Mit den kürzeren Seitenketten wurden zwei unterschiedliche Chemikalien hergestellt, worin nominell 3% bzw. 7% der OH-Gruppen durch Seitenketten ersetzt waren.
Herstellung der Proben
Zwei unterschiedliche Basispapiere A und B wurden bei den Tests verwendet. Beide waren normale Produktionsgrade.
Die PVA-Derivate, die untersucht werden sollten, und das kommerzielle PVA (Hydrolysegrad 98%) wurden in Wasser (10 Gew.-%) aufgelöst, und die Lösungen wurden mit einem Messer auf die Oberfläche der zu testenden Papiere aufgetragen. Etwa 0,2 bis 0,3 g/m² der zu untersuchenden Chemikalien wurden zu der Papieroberfläche transferiert.
Die Papiere wurden wenigstens 1 Stunde vor der Silikonisierung luftkonditioniert. Das in dem Test verwendete Silikon war ein kommerzielles Silikonisierungsmittel und wurde unmittelbar vor der Silikonisierung hergestellt. Das Silikon wurde mit einem Messer aufgetragen und unmittelbar durch Infrarotstrahlung und einem heißen Zylinder gehärtet. Etwa 1,3 g/m² Silikon wurden auf das Papier transferiert.
Der Abrieb wurde unmittelbar nach der Silikonisierung und während der Behandlung unter Feuchtigkeitsabdeckung (T = 50°C und Feuchtigkeit RH 75%) als Funktion der Zeit getestet. Die Wirkung eines kommerziellen Etiketts bei der Produktion von Abrieb wurde gleichzeitig untersucht (Acrylat adhäsiv).
Ergebnisse
Die Abriebsergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt. Für Papier A kann ein Abrieb nach etwa 5 Wochen festgestellt werden, für Papier B bereits nach etwa 1 Woche. Mit unmodifiziertem PVA werden Änderungen nach etwa 4 Wochen ermittelt, unabhängig davon, welches Papier verwendet wurde. Mit PVA, das Seitenketten mit Doppelbindungen enthält, wurde während der Testperiode kein Abrieb festgestellt. Table 1: Entwicklung von Abrieb von Referenzpapieren mit unmodifiziertem PVA und modifiziertem PVA bei einer Temperatur von 50°C und einer Feuchtigkeit von RH 75% als Funktion der Zeit. (1 = gute Qualität, kein Abrieb, 2 = ermittelter Abrieb und 3 = deutlicher Abrieb). Symbole in der Tabelle: Cx: x Kohlenstoffe in der Seitenkette, nominal y% der OH-Gruppen, ersetzt mit Seitenketten im PVA, a: Papierfläche ohne Etikett und b: Fläche unter Etikett.
Zusammenfassung
Die durchgeführten Tests zeigen, dass das polymere Rückgrat, versehen mit Doppelbindungen, den Abrieb vermindert und gegenüber tropischen Konditionen, bei denen Probleme bei Referenzpapieren verursacht werden, resistenter ist.
Beispiel 5
Hintergrund
PVA-Derivate wurden synthetisiert und doppel-gebundene Seitenketten an OH-Gruppen gebunden. Bei dieser Testserie wurde eine Art von Seitenkette verwendet, umfassend eine Doppelbindung an einem Ende und 5 Kohlenstoffatome (4-Pentenoylchlorid). Nominal 5% der OH-Gruppen wurden mit Seitenketten ersetzt. Die Zahl der Doppelbindungen ist ziemlich hoch und es ist möglich, dass viel weniger Bindungen den Abrieb deutlich vermindern könnten. Auf der anderen Seite sind Beschichtungspasten normalerweise Mischungen von vielen Komponenten. Bei den Testserien wurde modifizierter PVA mit kommerziellen PVA-Graden vermischt, zum Testen der Effizienz des modifizierten PVA.
Herstellung der Proben
Ein Produktionsgrad von Glassinepapier (Papier C) wurde bei den Tests verwendet.
Zwei unterschiedliche kommerzielle PVA-Grade A und B und ein PVA-Derivat, C5-5%, wurden bei den Versuchen verwendet. Die Hydrolysegrade der kommerziellen PVA-Grade A und B waren 99% bzw. 98%. Alle PVAs wurden in Wasser aufgelöst und das PVA-Derivat wurde mit kommerziellen PVA-Graden in Verhältnissen 0:100, 1:99, 5:95 und 100:0 vermischt. Die Behandlungslösungen wurden mit einem Messer auf die Oberfläche der zu untersuchenden Papiere aufgetragen. Etwa 0,1 bis 0,2 g/m² der Behandlungschemikalien, die untersucht wurden, wurden auf die Oberfläche des Papiers transferiert.
Die Papiere wurden wenigstens 1 Stunde vor der Silikonisierung luftkonditioniert. Das verwendete Silikonisierungsmittel bei dem Test war ein kommerzielles Silikonisierungsmittel und wurde unmittelbar vor der Silikonisierung hergestellt. Das Silikon wurde mit einem Messer aufgetragen und unmittelbar durch Infrarotstrahlung und einen heißen Zylinder gehärtet. Etwa 1,3 g/m² Silikon wurden auf die Papiere transferiert.
Der Abrieb wurde unmittelbar nach der Silikonisierung und während der Konditionierung unter einer Feuchtigkeitsabdeckung (T = 50°C und Feuchtigkeit RH 75%) als Funktion der Zeit getestet. Die Wirkung eines kommerziellen Etiketts bei der Herstellung von Abrieb wurde zur gleichen Zeit untersucht (Acrylat adhäsiv).
Ergebnisse
Die Abriebsergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt. Für Papier C und für nicht-modifizierte PVAs wurde der Abrieb etwa nach 2 Wochen ermittelt. Wenn Mischungen mit nur 1% oder mehr des modifizierten PVA mit gepfropften Doppelbindungen verwendet wurden, wurde kein Abrieb während der Testperiode ermittelt. Es ist festzustellen, dass PVA B ein Ausgangsmaterial des modifizierten PVA war, und in einer Mischung, bei der nur ein Prozent PVA B durch modifiziertes PVA ersetzt wurde, wird der Abrieb verhindert. Tabelle 2: Entwicklung von Abrieb von Referenzpapier (Papier C), Papier C, beschichtet mit nicht-modifizierten PVAs oder Mischungen von unmodifiziertem und modifiziertem PVA bei der Temperatur von 50°C und der Feuchtigkeit RH 75% als Funktion der Zeit (1 = gute Qualität, kein Abrieb, 2 = Abrieb ermittelt und 3 = deutlicher Abrieb). PVA A und PVA B haben einen Hydrolysegrad von 99% bzw. 98%. Symbole in der Tabelle: Cx-y: x = Anzahl der Kohlenstoffe in der Seitenkette, nominal y = % der OH-Gruppen, ersetzt durch Seitenketten in PVA, a: Papierfläche außerhalb eines Etiketts und b: Fläche unter einem Etikett. Zahlen nach PVA A, PVA B und C5-5% bedeutet die Aufteilung dieser Chemikalien in der Mischung.
Zusammenfassung
Die durchgeführten Tests zeigen, dass die kleine Menge (1% des Feststoffgehalts) des Behandlungsmittels, umfassend polymeres Rückgrat, gepfropft mit Doppelbindungen, effektiv den Abrieb vermindert, wenn kommerzielle PVA-Grade mit hohem Hydrolysegrad verwendet werden. Insbesondere sind Produkte resistenter gegenüber topischen Bedingungen, bei denen Probleme im Referenzpapier und bei den nicht-modifizierten PVAs auftreten können.
Beispiel 6
Hintergrund
Abriebsfreies Papier ist ein wichtiges Ziel von Papierfolien. Andere wichtige Ziele umfassen den Erhalt einer glatten, wenig absorbierenden und nadellochfreien Oberfläche. Viele Sperrbeschichtungen können eine glatte und wenig absorbierende Oberfläche geben, aber der Abrieb ist normalerweise das Problem. Kommerzielle und modifizierte PVAs wurden mit zwei Sperr-Polymerbeschichtungen vermischt, zum Testen der Wirksamkeit von modifiziertem PVA.
Herstellung der Proben
Ein Produktionsgrad von Glassinepapier (Papier C) wurde bei den Tests verwendet.
Ein PVA vom kommerziellen Grad, ein PVA-Derivat, C5-5% und zwei Sperrpolymerlösungen A und B wurden bei den Tests verwendet. Die Hydrolysegrade der kommerziellen PVA-Grade waren 99%. Sperrbeschichtungen waren kommerziell und wurden als solche verwendet. Alle PVAs wurden in Wasser aufgelöst, und Sperrpolymere, nicht-modifziertes PVA und modifiziertes PVA wurden in den Verhältnissen 100:0:0, 20:80:0, 20:75:5, 20:70:10, 20:60:20, 40:60:0, 40:55:5, 40:50:10 bzw. 40:40:20 vermischt. Sperrpolymere wurden in reiner Form und in Mischungen mit 20% und 40% getestet. Der Rest der Mischungen umfasste hauptsächlich das kommerzielle PVA und nur geringfügige Mengen an modifiziertem PVA. Die Behandlungslösungen wurden mit einem Messer auf die Oberfläche der zu untersuchenden Papiere aufgetragen. Etwa 0,1 bis 0,2 g/m² der zu untersuchenden Behandlungschemikalien wurden auf die Oberfläche des Papiers transferiert.
Die Papiere wurden wenigstens 1 Stunde vor der Silikonisierung luftkonditioniert. Das bei diesem Test verwendete Silikonisiermittel war ein kommerzielles Silikonisiermittel und wurde unmittelbar vor der Silikonisierung hergestellt. Das Silikon wurde mit einem Messer aufgetragen und unmittelbar durch Infrarotstrahlung und einen heißen Zylinder gehärtet. Etwa 1,3 g/m² Silikon wurden auf die Papiere transferiert.
Der Abrieb wurde unmittelbar nach der Silikonisierung und während der Konditionierung unter Feuchtigkeitsabdeckung (T = 50°C und Feuchtigkeit RH 75%) als Funktion der Zeit untersucht. Die Wirkung eines kommerziellen Etiketts bei der Produktion von Abrieb wurde zur gleichen Zeit untersucht (Acrylatadhäsiv).
Ergebnisse
Die Abriebsergebnisse sind in Tabelle 3 gezeigt. Für diese beiden Sperrpolymere und für Mischungen aus dem Sperrpolymer und kommerziellem PVA wurde ein deutlicher Abrieb unmittelbar nach dem Silikonisieren ermittelt. Mit den Proben, bei denen ein kleiner Teil an kommerziellem PVA durch das modifizierte PVA mit gepfropften Doppelbindungen ersetzt wurde, wurde das Risiko für den Abrieb deutlich vermindert oder vollständig verhindert. Es ist festzustellen, dass die PVA-Menge sich nicht ändert, wenn modifiziertes PVA zugegeben wird. Die Menge an modifiziertem PVA muss den Abrieb verhindern, der sich mit der Menge der Sperrpolymere in der Lösung erhöht. Tabelle 3: Entwicklung von Abrieb in Mischungen, umfassend Sperrpolymer A oder B, kommerzielles PVA und modifiziertes PVA bei der Temperatur von 50°C und der Feuchtigkeit RH 75% als Funktion der Zeit (1 = gute Qualität, kein Abrieb, 2 = Abrieb ermittelt und 3 = deutlicher Abrieb). Symbole in der Tabelle: a: Papierfläche außerhalb eines Etiketts, b: Fläche unter einem Etikett, Zahlen nach dem Sperrpolymer, PVA und M (modifiziertes PVA, umfassend gepfropfte Seitenketten mit Doppelbindungen, 5 Kohlenstoffatome und nominal 6% OH-Gruppen, ersetzt durch Seitenketten) zeigen die Aufteilung dieser Chemikalien in der Mischung an.
Zusammenfassung
Die durchgeführten Tests zeigen, dass mit modifiziertem PVA kompliziertere Polymersysteme verwendet werden können, die bessere Sperreigenschaften haben, weil der Abrieb mit modifiziertem PVA, umfassend gepfropfte Seitenketten mit Doppelbindungen, verhindert wird. Die Menge an modifiziertem PVA muss den Abrieb verhindern, der mit der Menge der Sperrpolymere in Lösung erhöht wird.
Beispiel 7
Hintergrund
Normale Beschichtungspasten umfassen unterschiedliche Komponenten, z. B. Pigmente, Bindemittel und Rheologiemodifizierer, und die Wirkung des modifizierten PVA wurde mit dieser Art von pigmentierten Beschichtungen getestet. Auf der anderen Seite gibt es viele kommerzielle Silikongrade, und das schließliche Ziel ist, dass modifiziertes PVA zu einer abriebsfreien Oberfläche führen sollte, wodurch die Verwendung der besseren Sperrbeschichtungschemikalien ermöglicht wird, was vorher als vollständig unmöglich aufgrund des Abriebs angesehen wurde.
Herstellung der Proben
Ein Papier C auf Glassinebasis vom Produktionsgrad wurde bei den Tests verwendet.
Kommerzielles Pigment, PVA (Hydrolysegrad war 99%), zwei Sperrpolymere A und B, Carboxymethylcellulose (CMC) und Vernetzer und modifiziertes PVA, umfassend Seitenketten mit Doppelbindungen, wurden bei den Tests verwendet. Drei unterschiedliche Beschichtungen wurden getestet: Beschichtung 1:

Pigment 65 Teile

PVA 32 Teile

CMC 2 Teile

Vernetzer A 1 Teil

Beschichtung 2:

Pigment 65 Teile

PVA 17 Teile

Sperre A 15 Teile

CMC 2 Teile

Vernetzer A 1 Teil

Beschichtung 3:

Pigment 65 Teile

PVA 17 Teile

Sperre B 15 Teile

CMC 2 Teile

Vernetzer A 1 Teil
Ebenso wurden Beschichtungen, worin 7,5 Teile kommerzielles PVA mit modifiziertem PVA, umfassend Seitenketten mit Doppelbindungen, ersetzt wurden, wurden hergestellt, zum Testen der Wirkung von modifiziertem PVA. Die Beschichtungen wurden mit einem Messer aufgetragen und etwa 1,6 bis 1,8 g/m² der zu untersuchenden Beschichtung wurden auf die Oberfläche des Papiers transferiert. Alle Papiere wurden vor dem Silikonisieren kalandert.
Die Papiere wurden für wenigstens 1 Stunde vor der Silikonisierung luftkonditioniert. Zwei kommerzielle Silikone wurden bei den Tests verwendet (Silikon A und B) und sie wurden unmittelbar vor der Silikonisierung hergestellt. Das Silikon wurde mit einem Messer aufgetragen und unmittelbar durch Infrarotstrahlung und einen heißen Zylinder gehärtet. Etwa 1,3 g/m² Silikon wurde auf die Papiere transferiert.
Der Abrieb wurde unmittelbar nach der Silikonisierung und während der Konditionierung unter einer Feuchtigkeitsabdeckung (T = 50°C und Feuchte RH 75%) als Funktion der Zeit getestet. Die Wirkung eines kommerziellen Etiketts bei der Produktion von Abrieb wurde zur gleichen Zeit untersucht (Acrylatadhäsiv).
Ergebnisse
Die Abriebsergebnisse sind in Tabelle 4 gezeigt. Für die Beschichtung 2 wurde der Abrieb unmittelbar entdeckt, aber für die Beschichtungen 1 und 3 nach etwa 8 Wochen bzw. 1 Woche. Der Abrieb war etwas klarer mit Silikon A als B, aber die Ergebnisse waren ziemlich ähnlich. Mit den Beschichtungen wurde, wenn das kommerzielle PVA teilweise durch modifiziertes PVA ersetzt wurde, (7,5 Teile pro modifiziertes PVA, umfassend Seitenketten mit Doppelbindungen, 5 Kohlenstoffe in den Seitenketten und nominal 6% der PVA-OH-Gruppen waren gepfropft), ein Abrieb während der Testperiode nicht ermittelt. Tabelle 4: Die Entwicklung des Abriebs in Mischungen, umfassend kommerzielles Pigment, Sperrpolymere A oder B, PVA, Carboxymethylcellulose (CMC) und Vernetzer und modifiziertes PVA bei der Temperatur von 50°C und einer Feuchtigkeit RH von 75 als Funktion der Zeit (1 = gute Qualität, kein Abrieb, 2 = Abrieb ermittelt und 3 = deutlicher Abrieb). Die Zusammensetzungen der Beschichtungen 1, 2 und 3 sind oben angegeben. Symbole in der Tabelle: a: Papierfläche außerhalb eines Etiketts, b: Fläche unter einem Etikett, Beschichtung x + M-PVA bedeutet, dass 7,5 Teile kommerzielles PVA mit modifiziertem PVA ersetzt sind, umfassend gepfropfte Seitenketten mit Doppelbindungen (5 Kohlenstoffe und nominal 6% der OH-Gruppen sind mit Seitenketten ersetzt).
Zusammenfassung
Die Ergebnisse zeigen, dass das Behandlungsmittel mit polymerem Rückgrat, umfassend gepfropfte Seitenketten mit doppelbindungshaltigen Chemikalien, effektiv den Abrieb mit pigmentierten Beschichtungen vermindert. Modifiziertes PVA ermöglicht die Verwendung von neuen Sperrpolymeren mit verbesserten Oberflächeneigenschaften und die Produkte sind resistenter gegenüber Abrieb unter tropischen Bedingungen.
Beispiel 8
Hintergrund
Papierbeschichtungen können viele Schichten umfassen, worin eine einige Eigenschaften verbessern, während andere andere Funktionen haben. Diese Art einer Schichtstruktur wurde getestet, wobei eine Sperrschicht eine bessere Oberfläche für die Silikonisierung ermöglichte, d. h. geringere Absorptionsgehalte und eine kleinere Anzahl von Nadellöchern. Eine andere Schicht wurde über dieser Schicht verteilt, um das Risiko für Abrieb zu reduzieren.
Herstellung von Proben
Ein Papier C auf Glassinebasis vom Produktionsgrad wurde bei den Tests verwendet.
Kommerzielles Pigment, PVA A und B (der Hydrolysegrad war 99% bzw. 98%), ein Sperrpolymer A, Carboxymethylcellulose (CMC) und Vernetzer und modifiziertes PVA, umfassend Seitenketten mit Doppelbindungen, wurden bei den Tests verwendet. Drei unterschiedliche Beschichtungen wurden getestet: Beschichtung 1:

Pigment 65 Teile

PVA A 32 Teile

CMC 2 Teile

Vernetzer 1 Teil

Beschichtung 2:

Pigment 65 Teile

PVA A 16 Teile

Sperre A 15 Teile

CMC 2 Teile

Vernetzer 1 Teil

Beschichtung 3:

Pigment 65 Teile

Sperre A 32 Teile

CMC 2 Teile

Vernetzer 1 Teil
Die Beschichtungen wurden mit einem Messer auf die Oberfläche der zu testenden Papiere aufgetragen. Etwa 1,6 bis 1,8 g/m² der zu testenden Beschichtungen wurden auf die Oberfläche des Papiers transferiert. Danach wurde reines PVA B oder Mischung, worin 1% oder 10% PVA B mit modifiziertem PVA, umfassend die Seitenketten, enthaltend die Doppelbindungen, ersetzt wurde, wurde mit einem Messer auf die obere Seite der ersten Schicht aufgetragen (ca. 0,2 bis 0,3 g/m²). Alle Papiere wurden vor dem Silikonisieren kalandert.
Die Papiere wurden für wenigstens 1 Stunde vor der Silikonisierung luftkonditioniert. Das kommerzielle Silikon, das bei dem Test verwendet wurde, wurde unmittelbar vor der Silikonisierung hergestellt. Das Silikon wurde mit einem Messer aufgetragen und unmittelbar durch Infrarotstrahlung und einen heißen Zylinder gehärtet. Etwa 1,3 g/m² Silikon wurden auf die Papiere transferiert.
Der Abrieb wurde unmittelbar nach der Silikonisierung und während der Konditionierung unter einem Feuchtigkeitsdeckel (R = 50°C und Feuchte RH 75%) als Funktion der Zeit getestet. Die Wirkung eines kommerziellen Etiketts bei der Produktion von Abrieb wurde zur gleichen Zeit untersucht (Acrylatadhäsiv).
Ergebnisse
Die Abriebsergebnisse sind in Tabelle 5 gezeigt. Für die Beschichtungen 2 und 3 wurde der Abrieb unmittelbar ermittelt, aber für die Beschichtung 1 nach etwa 6 Wochen. Wenn PVA B auf der oberen Seite der Beschichtungen 1 oder 2 oder 3 geschichtet war, erfolgte der Abrieb nach ca. 2–3 Wochen, und das Ergebnis hing nicht deutlich von der Beschichtung unterhalb der PVA B-Schicht ab. Mit der Beschichtung wurde, wenn das kommerzielle PVA B teilweise mit modifiziertem PVA ersetzt wurde (1% oder 10% modifiziertes PVA, umfassend Seitenketten mit Doppelbindungen, 5 Kohlenstoffe in den Seitenketten und nominal 5% von PVA-OH-Gruppen wurden gepfropft), kein Abrieb während der Testperiode ermittelt. Tabelle 5: Entwicklung von Abrieb in Schichtstrukturen bei der Temperatur von 50°C und einer Feuchtigkeit RH von 75% als Funktion der Zeit. (1 = gute Qualität, kein Abrieb, 2 = Abrieb ermittelt und 3 = deutlicher Abrieb). Die erste Schicht war eine Mischung aus kommerziellem Pigment, Sperrpolymer A, PVA A, Carboxymethylcellulose (CMC) und Vernetzer, und die andere Schicht war reines PVA B oder eine Mischung aus PVA B und modifiziertem PVA. Die Zusammensetzung der Beschichtungen 1, 2 und 3 sind oben dargestellt. Symbole in der Tabelle: a: Papierfläche außerhalb des Etiketts, b: Fläche unter einem Etikett. Zahlen nach PVA B und M-PVA bedeuten, wie viele Teile der obigen Schicht diese Polymere enthalten
Zusammenfassung
Die Ergebnisse zeigten, dass das Behandlungsmittel mit polymerem Rückgrat, gepfropft mit Seitenketten, umfassend Doppelbindungen, effektiv den Abrieb vermindern, selbst wenn dies auf die obere Seite der pigmentierten Sperrbeschichtungen aufgetragen wird. Diese Art von Schichtstruktur zeigt die ausgezeichneten Papiereigenschaften, weil die Sperrschicht niedrige Absorptionswerte und nahezu nadellochfreie Oberfläche ermöglicht und die Schicht, die modifiziertes PVA enthält, das Risiko für den Abrieb reduziert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2005/071161 [0008]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

ISO 2469:1994 [0034]

Claims

Substrat auf Cellulosefaserbasis, von dem zumindest eine Oberfläche mit einer Oberflächenbehandlungsschicht beschichtet ist, umfassend zumindest ein wasserlösliches polymeres Rückgrat, dadurch gekennzeichnet, dass das wasserlösliche polymere Rückgrat Hydroxylfunktionen aufweist, von denen zumindest einige vorher mit zumindest einem organischen Molekül reagiert sind, das eine Vinylfunktion und eine Aldehydfunktion umfasst.
Substrat auf Cellulosefaserbasis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wasserlösliche Polymer mit Hydroxylfunktionen ausgewählt ist aus der Gruppe, umfassend Polyvinylalkohol, Polyethylenglykol, Polyethylenoxid, Polyvinylamin, Stärke, Stärkeester, Stärkeether, Carboxymethylcellulose, Carboxymethylcelluloseether, Carboxymethylcelluloseester, Chitosan, Xanthan oder Polyacrylamid.
Substrat auf Cellulosefaserbasis nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das wasserlösliche Polymer mit Hydroxylfunktionen PVA ist.
Substrat auf Cellulosefaserbasis nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das organische Molekül die allgemeine Formel (I) R¹R³R⁴O- oder (II) R¹R³O- hat, worin R¹ ein Aldehyd ist, R³ eine lineare oder verzweigte, gegebenenfalls substituierte C₁...C₂₀-Alkenylkette ist und R⁴ eine Carbonylgruppe (C=O) ist.
Substrat auf Cellulosefaserbasis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gruppe, umfassend eine Vinylfunktion, ausgewählt ist aus der folgenden Gruppe: Vinyl, Allyl, Acryl, Methacryl, 4-Pentenyl und 10-Undecenyl.
Substrat auf Cellulosefaserbasis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des Oberflächenbehandlungsmittels mit dem wasserlichen polymeren Rückgrat zwischen 1 und 2 mg/m² ist.
Substrat auf Cellulosefaserbasis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des Oberflächenbehandlungsmittels mit dem wasserlöslichen polymeren Rückgrat von 0,01 bis 100% des Gesamtgewichts der Oberflächenbehandlungsschicht ist.
Substrat auf Cellulosefaserbasis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat auf Cellulosefaserbasis Papier ist.
Substrat auf Cellulosefaserbasis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat auf Cellulosefaserbasis Glassinepapier mit einem Grammgewicht zwischen 50 und 150 g/m² ist.