DE2108795A1

DE2108795A1 - Beschichtungsverfahren

Info

Publication number: DE2108795A1
Application number: DE19712108795
Authority: DE
Inventors: Peter Glynn Lofland Jerry Claud Wilmington Del Hibbert (VStA)
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1970-02-24
Filing date: 1971-02-24
Publication date: 1971-09-09
Also published as: FR2078984A5; CA928173A; GB1333670A; US3711321A; SE389522B

Description

Die Erfindung betrifft ein Polyvinylalkohol-Beschiehtungsverfahren, insbesondere ein Schnelltrockenverfahren zum Beschichten bzv/. Streichen von Unterlagen aus celluloseartigem Material mit Massen, die Polyvinylalkohol als Pigment-Bindemittel enthalten. Speziell sieht die Erfindung ein Verfahren zum Beschichten der Celluloseunterlagen mit PoIyvinylalkohol-Massen vor, das sich durch eine erhöhte Trockengeschwindigkeit in der mit konstanter Verdampfungsgeschwindigkeit verlaufenden Periode des Beschichtungsvorgangs auszeichnet.

Es stellt eine herkömmliche Praxis bei der Herstellung einer gestrichenen Cellulosebahn, z. B. einer Papierbahn, dar, eine Mischung von V/asser und Pigment, wie Ton oder dergleichen, und manchmal auch mit anderen Materialien zu bilden, z. B. einem löslichen Pyrophosphatsalz, das als Dispergier- und Stabilisierungsmittel wirken kann. Diese Mischung, die

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auch als Pigment-"Schlicker" oder, da sie gewöhnlich Ton enthält, Ton-"Schlicker" bezeichnet werden kann, wird dann mit einem Bindemittel- oder Klebstoffmaterial zur Bildung einer als "Coating Color" bekannten Masse aufgemischt, die sich zum Bestreichen bzw. Beschichten einer Celluloseunterlage, z. B. einer Papier- oder Pappebahn eignet. Das Bindemittel wird in .wesentlichen Mengen eingesetzt, und dementsprechend sind bezüglich der Bestimmung der Qualitäten der beschichteten Fertigbahn die Zusammensetzung und Eigenschaften des Bindemittels von grosser Bedeutung. Es ist wichtig, dass das Bindemittel der Beschichtungsmasse oder der beschichteten Fertigbahn einen \ hohen Grad an Helligkeit, Glätte und Glanz und eine gute Oberflächenbeschaffenheit und einen guten Griff nach Kalanderung erteilt. Über diese bei Beschichtungen benötigten Grundqualitäten hinaus gibt es mehrere andere, erwünschte Eigenschaften; Zs B. muss die Beschichtungsmasse glatt und gleichmässig fliessen, so dass sie auf die Cellulosebahn mit genügend hohen Geschwindigkeiten auftragbar ist, um bei gewöhnlichen Beschichtungsprozessen wirtschaftlich zu sein, und die Beschichtung muss hochfest sein, um ein nachfolgendes Bedrucken des gestrichenen Papiers ohne "Rupfen" zu erlauben.

Beim Streichen von Papier- und Pappeprodukten bilden Klebstoffe und opake Weisspigmente die kostspieligsten Ingre- * dientien. Die in der Druck- und Verpackungstechnik eingesetzten, herkömmlichen Tonstriche enthalten gewöhnlich 15 bis 20 % Klebstoff, bezogen auf das Trockengesamtgewicht von Ton und Pigment. Diese Klebstoffmenge hat sich als notwendig erwiesen, um eine genügende Bindung an der Unterlage zu erhalten, damit diese die sich im Einsatz des Produktes ergebenden Beanspruchungen verträgt. Z. B. müssen Tonstriche Handhabungs-, Reib-, Druck-, Biege-, Ritz-, Leim- bzw. Klebe- und andere ähnliche Prozesse vertragen.

Da alle bekannten Klebstoffe für Tonstreichmassen mehr oder weniger ölbeständig sind, vermindert eine Erhöhung des Klebstoffgehaltes die Annahmefähigkeit für Druckfarbe und dergleichen. Darüberhinaus wird mit zunehmendem Prozentsatz an

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Klebstoff der Brechungsindex des Strichs im Sinne eines Transparenterwerdens desselben verändert. Dies wiederum macht den Einsatz von opaken Hellpigmenten notwendig, die kostspielig sind. Die allgemein verwendeten Klebstoffe sind teilchenförmiger Natur; zu ihnen gehören Casein, Sojaprotein, Stärke, Polymeremulsionen, wie solche von Acrylharzen und Vinylacetat- und Styrolbutadienpolymeren.

Die USA-Patentschrift 3 015 581 befasst sich mit den obengenannten, sich aus dem Klebstoff- oder Bindemittelgehalt von Streichmassen ergebenden Problemen und lehrt, dass ein rasches Trocknen der Streichmassen oder flüssigen Beschichtungsmasse innerhalb sieben Sekunden nach deren Auftragung auf die Faserunterlage oder Papierbahn das Eindringen des Klebstoffs oder Bindemittels in die Bahn vermindert und von Vorteilen in Form von herabgesetzten Anforderungen an das Bindemittel, verbessertem Glanz und verbesserter Druckfarben-Annahmefähigkeit begleitet ist.

Eine andere Lösung der bisherigen, sich in Verbindung mit dem Bindemittelgehalt der Streichmasse ergebenden Probleme stellt der Ersatz der Stärke und anderen, bisher verwendeten, teilchenförmigen Bindemittel durch Polyvinylalkohol dar. Die attraktive, einzigartige Eigenschaft des Polyvinylalkohol als Pigmentbindemittel für Celluloseunterlagen, hauptsächlich Papier und Pappe bzw. Karton, ist seine Festigkeit. Man kann dementsprechend diese Eigenschaft dazu ausnutzen, um Streichmassen herzustellen, die ein Massen auf Stärkegrundlage vergleichbares Pigment-an-Unterlage-Bindevermögen haben, aber dennoch einen wesentlich verminderten Bindemittelgehalt aufweisen. Hierzu sei auf die USA-Patentschrift 3 298 987, kanadische Patentschrift 794 420 und britische Patentschrift 1 111 954 verwiesen.

Ungeachtet der augenscheinlichen, zu erzielenden Vorteile hat sich der Einsatz von Polyvinylalkohol anstelle von Stärke und anderen teilchenförmigen Bindemitteln in Streichmassen nicht weiter eingeführt, was sich zu einem nicht geringen Teil

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aus zwei Hauptnachteilen ergibt. Moderne Cellulosebahn-Streichmethoden arbeiten mit hohen Streichgeschwindigkeiten. Die Erfordernisse einer befriedigenden Aufbringung der Streichmassen verlangen dementsprechend ein glattes Pliessen bei Bedingungen starker Scherbeanspruchung. Bisher bekannte Polyvinylalkohol-Zubereitungen, wie die. in dem obengenannten Stand der Technik beschriebenen, sind in dieser Beziehung mangelhaft gewesen. Eine Lösung dieses Problems beschreibt die OS 2 100 481, nach der Streichmassen, bei denen Polyvinylalkohol als alleiniges Bindemittel dient, verbesserte Theologische Eigenschaften erhalten können, indem man PoIyvinylalkohol mit einem Hydrolysegrad von mindestens etwa 99 % und mit einer Viscosität seiner 4%igen, wässrigen Lösung bei 20° C im Bereich von etwa 7,5 bis 16 cP einsetzt.

Der zweite Nachteil des Einsatzes von Polyvinylalkohol als Pigmentbindemittel in Streichmassen liegt in den schlechten Druckeigenschaften des mit diesen gestrichenen Produktes. Gestrichenes Papier, das bei Zeitschriften und anderen Anzeigenmedien eingesetzt wird, muss beim Bedrucken mit Standarddruckfarben eine glänzende Oberfläche zu ergeben vermögen. Glanzanzeigen sind werbewirksam. Mängel in diesem Bereich, insbesondere bei Verwendung von Polyvinylalkohol als alleinigem Bindemittel, sind seit langem erkannt und haben den Ein- ψ satz von Polyvinylalkohol in der Papierindustrie beschränkt.

Es ist bekannt, dass Polyvinylalkohol viel stärker als Stärke dazu neigt, von der Oberfläche einer Unterlage während des Streichvorgangs wegzuwandern und, ungleich den Verhältnissen beim Einsatz von Stärke, können sich grosse Diskrepanzen zwischen der an der Oberfläche verbleibenden Bindemittelmenf-e und der Bindemittelmenge in der ursprünglichen Streichmasse einstellen. Man weiss auch, dass sich Pigmentbindemittel wie Stärke und dergleichen durch Anwendung höherer Trockengeschwindigkeiten in grösserer Nähe der Oberfläche konzentrieren lassen. Die USA-Patentschrift 3 015 581, in der dies beschrieben ist, spricht im übrigen zwar nicht über die Gleichmässipkeit der Bindemittelwanderung, aber es ist bemerkenswert, dass

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eine Schnelltrocknung, wie sie dort beschrieben ist, niemals kommerziell bzw. technisch in irgendeinem bedeutende Umfang aufgegriffen wurde. Der primäre Grund hierfür liegt darin, dass sich bei der Schnelltrocknung das Auftreten einer ungleichmässigen Bindemittelwanderung herausgestellt hat, die ein scheckiges Aussehen von Drucken verursacht. Diese Schekkigkeit ist ein Variieren der Druckfarben-Dichte oder -Oberflächenbeschaffenheit, das zu einem gesprenkelten, oft auch als "galvanisiert" bezeichneten Aussehen führt. Die Scheckigkeit ist hauptsächlich bei Halbtönen und manchmal auch bei Vollbereichen zu bemerken. Das Variieren des Druckfarbe-Absorptionsvermögens oder Farbglanzverbleibens ist oft ein Ergebnis ungleichmässiger oder klumpungsartiger Konzentrationen des Bindemittels, woraus das "gescheckte" oder melierte Aussehen des Drucks resultiert. Dieses "Scheckigkeits"-Phänomen bedeutet eine Begrenzung der Trocknungsgeschwindigkeit, die vielen Papiererzeugern bzw. -bearbeitern eine volle wirtschaftliche Ausnutzung ihrer verfügbaren Einrichtung verbietet, da in der heutigen technischen Praxis die volle Trockengeschwindigkeitskapazität der meisten Papierstreicheinrichtungen nicht realisierbar ist.

Die vorliegende Erfindung macht ein Verfahren zur Herstellung beschichteter Artikel bzw. Gegenstände verfügbar, bei dem man auf eine Fasermaterialunterlage eine wässrige Beschichtungsmasse, die einen Pigmentfüllstoff und ein Bindemittel für diesen enthält, aufträgt und die Masse dann trocknet und das sich dadurch kennzeichnet, dass das Bindemittel aus wasserlöslichem Polyvinylalkohol mit einem Hydrolysegrad von mindestens etwa 99 % und einer Viscosität seiner 4%igen, wässrigen Lösung bei 20° C im Bereich von etwa 7j5 bis 30 cP besteht und die Momentantrocknungsgeschwindigkeit in der mit konstanter Verdampfungsgeschwindigkeit verlaufenden Periode

der Trocknungsstufe IM bis 1 1/2-kg Wasser/Std. pro dm (5 bis 30 Pounds/Stunde pro Quadratfuss) beträgt.

Die Erfindung bietet einen wesentlichen, überraschenden Vorteil dadurch, dass sie die Erzielung scheckigkeitsfreier,

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gestrichener Paserunterlagen bzw. -träger bei Trockengeschwin digkeiten erlaubt, die beim Einsatz von Stärke oder anderen teilchenförmigen Bindemitteln in der Streichmasse normalerweise zu Scheckigkeit führen.

Auch ein besonders wichtiger wirtschaftlicher Vorteil ergibt sich bei der praktischen Durchführung der Erfindung, da die Trockeneinrichtung bei technischen Papierstreichstrassen mit voller Kapazität betrieben werden kann, was einen in der heutigen technischen Praxis auf Grund der scheckigkeitsbedingten Begrenzung der Trockengeschwindigkeit nicht allgemein reali-

^3ierbaren In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 in graphischer Darstellung eine typische, gegenläufige

S-Kurve der Trockengeschwindigkeit und

Fig. 2 in schematischer Darstellung eine Unterlage mit der während des Trocknungsprozesses aufgetragenen Beschichtung.

Polyvinylalkohol

Polyvinylalkohol wird bekanntlich hergestellt, indem man einen Polyvinylester, wie Polyvinylacetat, so der Alkoholyse, Verseifung oder Hydrolyse unterwirft, dass mindestens etwa 70 % der Estergruppen des Esters in Hydroxylgruppen übergeführt werden. Das Ausmass, in dem eine solche Umwandlung bev/irkt wird, wird gewöhnlich als Hydrolysegrad bezeichnet, den man häufig als Hydrolyse-Prozentsatz ausdrückt. Ein zu 99 bis 100 % hydrolysierter Polyvinylalkohol, d. h. ein Alkohol, bei dem 99 bis 100 % der Estergruppen in Hydroxylgruppen übergeführt sind, wird im allgemeinen als vollständig hydrolysierter Polyvinylalkohol bezeichnet, während man bei geringerer Hydrolysierung von einem partiell hydrolysierten Polyvinylalkohol spricht. Im Handel stehen Polyvinylalkohole verschiedener Hydrolysegrade in Sorten hoher, mittlerer und niedriger Viscosität zur Verfügung. Die Viscosität eines Polyvinylalkohole hängt von dem Polymerisationsgrad des Polyvinylesters ab, aus dem er erhalten wurde (je höher der Polymerisationsgrad des Ausgangsesters ist, desto viscoser ist der Polyvinylalkohol).

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Allgemein gesehen kann man als Pigmentbindemittel bei der Formulierung der Streichmassen bzw. -farben jeden der kommerziell verfügbaren Polyvinylalkohole, d. h. der vollständig oder partiell hydrolysierten Polyvinylalkohole der hoch-, niedrig- und mittelviscosen Sorten einsetzen. In dieser Beziehung schlägt die USA-Patentschrift 3 298 987 den Einsatz von Polyvinylalkoholsorten vor, deren Hydrolysegrad in dem breiten Bereich von 55 bis 100 % und Viscosität, bestimmt an der 4/Sigen, wässrigen Lösung bei 20° C, in dem breiten Bereich von 2 bis 150 cP variieren kann. Während man allgemein erkannt hat, dass spezifische Anwendungszwecke eine besondere Viscositätssorte oder einen besonderen Hydrolysegrad verlangen könnten, gibt es in. dieser Beziehung für unter sehr star-

5 -1 ken Scherungen, z. B. in der Grössenordnung von 10 Sek. , verlaufende Anwendungen"von Streichmassen noch keine klare Lehre.

Es hat sich gezeigt, dass unter Einsatz der typischeren kommerziellen Bindemittel, wie der natürlichen oder nichtsynthetischen Bindemittel, z. B. Stärke, das mit modernen, mit hoher Geschwindigkeiten arbeitenden Papiermaschinen zur Verfügung stehende Wirtschaftlichkeitspotential nicht voll ausgenutzt werden kann. Andererseits trägt der Stand der Technik für den Einsatz eines synthetischen Bindemittels, wie Polyvinylalkohol, in den Streichmassen bezüglich einer Verbesserung der Theologischen Eigenschaften nichts wesentliches bei. Die USA-Patentschrift 3 298 987 sagt lediglich, dass ihre Polyvinylalkohol-Bindemittel rheologische Eigenschaften zeigen, die für Newton¹sehe und Scherverdünnungs-Fluide typisch sind, und ähnliche Feststoff-Viscositäts-Beziehunften wie mit den typischeren, kommerziellen Bindemitteln hergestellte Massen, und gibt keinen Hinweis, dass irgendein spezielles Bindemittel bezüglich der Rheologie von mit ihm hergestellten Streichmassen atypisch sein könnte. Auch der kanadischen Patentschrift 79^ 420 und britischen Patentschrift 1 111 95H lassen sich keinerlei Hinweise auf die Auswirkung von Polyvinylalkohol auf die Rheologie von Streichmassen oder -farben entnehmen. ~ 7 -

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Die Entwicklung gemäss OS 2 100 HBl stellt einen bedeutenden Fortschritt auf dem Gebiet des Streichens von Faserunterlagen, z. B. bei der Herstellung von Papier und Pappe, dar. Nach dieser OS lassen sich die Theologischen Eigenschaften von Streichfarben wesentlichen verbessern, indem man in ihnen als alleiniges Pigmentbindemittel Polyvinylalkohol mit einer Viscosität seiner ^igen, wässrigen Lösung bei 20 C in dem sehr engen Bereich von 7,5 bis 16 cP, vorzugsweise von 10 bis 1*J cP, einsetzt. Speziell beschreibt die OS, dass diese Polyvinylalkohole als alleiniges Pigmentbindemittel in Streichfarben zum Streichen von Celluloseunterlagen, wie Papierbahnen, bei Schnellstreicharbeiten verwendet werden können, bei denen das Verhältnis der Scherbeanspruchung der Streichfarben

5 -1
die Grössenordnung von 10^ Sek. hat. Dementsprechend werden nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung diejenigen Polyvinylalkohole eingesetzt, die nach der OS als alleiniges Pigmentbindemittel Verwendung finden, und diese Polyvinylalkohole sind dementsprechend auch in ihrer Befähigung einzigartig, das Scherungskoeffizient-Niveau, bei dem sich der Übergang von pseudoplastischer zu dilatanter Strömung einstellt, wesentlich zu erhöhen. Diese Erhöhung entspricht im wesentlichen einer vollen Grössenordnung, da heute in der Papierindustrie eingesetzte Streichfarben der dilatanten Strömung im allgemeinen bei Scherungskoeffizienten in der Grössen-Ordnung von 10 Sek. erliegen. Diese Erhöhung, auf einen Wert des Scherungskoeffizienten von über 1,1 χ 10^ Sek. , lässt sich mit modernen, schnell arbeitenden Maschinen leicht in praxisgerechtere Streicharbeiten umsetzen. Andererseits erlaubt die vorliegende Erfindung, nachdem das Dilatantverhalten eine Funktion des Feststoffgehalts von Streichfarben darstellt, ein Arbeiten bei höherem Feststoffgehalt, woraus eine erhöhte Wirtschaftlichkeit von Trocknungsmethoden und -apparaturen resultiert.

BfeBchichtungsmassen

Der Einsatz von Streichmassen oder -farben, d. h. wässrigen Beschichtungsmassen, zur Herstellung beschichteter bzw. ge-

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strichener Fasermaterialunterlagen, ζ. B. Cellulosebahnen, in der Papier- und Pappeindustrie ist vertraut. Die Massen werden, wie eingangs erwähnt, herkömmlicherweise von einem Pigment-"Schlicker", d. h. Wasser und einem Pigment mit oder ohne anderein), modifizierende(n) Hilfsstoffen, gebildet, 'der mit einem Bindemittel- oder Klebemittel-Material aufgemischt ist.

Ein bevorzugtes Pigment bzw. ein bevorzugter Füllstoff des zur Herstellung der bei der Durchführung der Erfindung eingesetzten Streichmassen verwendeten Schlickers ist Ton. Man kann hierbei all die herkömmlichen Tone einsetzen, die für das Streichen von Papier gebräuchlich sind, einschliesslich der wasserhaltigen Aluminiumsilicate von Tonen der Kaolinp.ruppe und hydratisierten Siliciumdioxid-Tone,

über Ton selbst hinaus können auch andere Papier-Füllmassen und -materialien, z. B. Calciumsulfat, Titandioxid, Blanc Fixe, Lithopone, Zinksulfid, Zinkoxid, oder andere Streichpigmente in verschiedenen Verhältnissen, z. B. bis zu 50 % vom Tongewicht, Verwendung finden. Der Schlicker kann auch, wie eingangs erwähnt, eine kleine Menge, z. B. 0,1 bis 0,50·?, an Dispergiermittel oder Stabilisator, wie Tetranatriumpyrophosphat, enthalten. Die Modifizierung der Streichmasse unter Einsatz dieser Materialien ist dem Fachmann unschwer möglich.

Die Herstellung der Beschichtungsmassen, d. h. der "Farben", die bei der Durchführung der Erfindung Verwendung finden, kann nach all den verschiedenen, bekannten Techniken erfolgen. Bei der üblichen Methode löst man den Polyvinylalkohol getrennt in Wasser und vereinigt dann die anfallende Lösung mit dem Pigments chlicker.

Polyvinylalkohollösungen lassen sich herstellen, indem man den trocknen Polyvinylalkohol unter guter Bewegung zu Wasser hinzugibt. Man kann dann die Temperatur auf 93° C (200° F) erhöhen und beibehalten, bis die Auflösung eintritt, z. B. 20 bis 30 Min.

Im noch warmen Zustand wird die PolyvinylalkohollÖsung mit

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dem Tonschlicker vereinigt. Während der Herstellung der Streichmassen kann manchmal ein Pigment-"Schock" auftreten. Der Einsatz einer Polyvinylalkohollösung mit dem geringsten praktikablen Peststoffgehalt, die Kombination von Schlicker und Lösung, während die letztere recht heiss ist, die Zugabe des Schlickers zur Polyvinylalkohollösung (anstatt umgekehrt) und der Zusatz einer kleinen Menge Tetranatriumpyrophosphat •zu der Polyvinylalkohollösung stellen - wenngleich es sich auch nicht um Massnahmen handelt, die Bedingungen wären alle Massnahmen dar, die eine Tendenz zur Minimierung der Möglichkeit des Schocks ergeben. Der Zusatz oberflächenaktiver Mittel zu der Polyvinylalkohollösung stellt eine andere Massnahme zur Eliminierung von Schock dar.

Die relativen Anteile der verschiedenen Komponenten der bei der Durchführung der Erfindung eingesetzten Beschichtunpsmassen können zur Anpassung an die Erfordernisse des Einzelfalls variiert werden, aber in allen Fällen stellt der Polyvinylalkohol das alleinige Bindemittel für den Ton oder anderen Füllstoff dar. Im allgemeinen haben die Massen gemäss der Erfindung folgende Zusammensetzung:

Komponente Gew.teile

Pigment (z. B. Ton) 100

Dispergiermittel bis zu 0,5

Polyvinylalkohol (d. h. mit 3 bis 12 einer Viscosität seiner H%igen, wässrigen Lösung bei 20 C von 7,5 bis 30, vorzugsweise 7,5 bis 16 cP, wenn gewünscht, 12 bis Ik cP)

Wasser genügend zur Erzie

lung eines Feststoffgehalts von 35 bis 60 Gew.%

Zur Erzielung optimaler Ergebnisse beim Streichen von Papier oder Pappe setzt man vorzugsweise eine Streichmasse an, die eine verhältnismässig hohe Feststoffgesamtmenge enthält und somit gute Oberfläehenstreicheigenschaften und ein wirtschaftliches Arbeiten ergibt. Ein zweckmässiger Gesamtfeststoff-

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bereich für die Streichmasse sind etwa-35 bis 60 %_s wobei etwa i\5 bis 55 % bevorzugt werden. Eine Streichmasse, die eine Menge an Gesamtfeststoff und Polyvinylalkoholbindemittel gemäss der Erfindung entsprechend der vorliegenden Beschreibung enthält, zeichnet sich durch leichte Auftragbarkeit auf die Papieroberfläche und durch Bildung einer hochwiderstandsfähigen Schicht auf dieser aus. Man erhält somit unter Einsatz der Streich- bzw. Beschichtungsmasse gemäss der Erfindung ein pigmentbeschichtetes Papier, das für den Einsatz bei Druckarbeiten, insbesondere mit der Druckpresse, hochbefriedigend und gegen Störungen der Pigmentstrichoberfläche durch Scheuern, Rupfen und dergleichen beständig ist.

Trockentechnik

Die bei der Durchführung der Erfindung eingesetzten Massen werden auf die zu beschichtende Fasermaterialbahn mit irgendeinem zweckbequemen Mittel, z.B. mit der Walzenauftrag-, Schlitzdüsenauftrag- oder Messerstreichmaschine, aufgetragen. Vorzugsweise jedoch arbeitet man mit einer Auftragmaschine der als "Rückmesser-Streichmaschine" (Trailing Blade Coater) bezeichneten Art, bei der sich in einer Mulde zwischen einer Unterlagewalze, um Vielehe das Papier herumläuft, und einem flexiblen Messer ein Vorrat an Streichmasse befindet und ein Ende des Messers dicht bis an das Papier auf der Walze reicht und den Zustrom der Masse zum Papier dosiert.

Da die mit irgendeiner der oben erwähnten, kommerziell praktikablen Methoden oder Vorrichtungen auf das Paserrohmaterial aufgetragenen Beschichtungsmassen ein beschichtetes Produkt ergeben, das einen überschuss an Wasser enthält, ist eine Zwangstrocknung als Teil des Beschichtungsprozesses wesentlich, um die beschichtete Unterlage für das Kalandern oder die Weiterbearbeitung zu trocknen und konditionieren. Dies lässt sich im allgemeinen bewirken, indem man der Bahn unmittelbar nach der Auftragung der Masse mit bekannten Mitteln, wie durch Aufführen schnell strömender Heissluft, durch dielektrische Beheizung im Hochfrequenzfeld und mit dem Wasser-

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dampftrockner, Wärme zuführt. Vorzugsweise erfolgt das Trocknen im Direktkontakt mit einer Gasflamme, wie der Flamme eines Bandbrenners.

Während eine Schnelltrocknung, wie in der USA-Patentschrift 3 015 581 erörtert, als einfaches und wirtschaftliches Mittel erscheinen sollte, erfordert die komplexe Natur des Problems weitere Erwägungen. Würde die nasse Beschichtung durch die Trockentechnik unangemessen heiss, wäre die Produktqualität durch Bläschen, Blasen, Nadellöcher oder eine Haarrissbildung bei der beschichteten Oberfläche beeinträchtigt. Darüberhinaus * verursachen, wenn der zugeführte Betrag an Wärme nicht gelenkt wird, überhöhte Verdampfungsgeschwindigkeiten zu einer Übertrocknung der Oberflachenbeschichtung, was die Wanderung von Unterflächen-Feuchtigkeit durch Kapillarwirkung verhindert oder behindert. Auch die Wanderung des Pigmentbindemittels wird durch die Trocknungstechnik beeinflusst, da das Vorliegen einer Wasser-Bindemittel-Matrix zu Beginn des Trocknens wesentlich ist, um Beweglichkeit zu ergeben und eine Bewegung des Bindemittels zur Unterlage-Beschichtungs-Grenzfläche im Interesse einer adäquaten Bindung zu erlauben.

Im Verlaufe der zu der vorliegenden Erfindung führenden Arbeiten wurde eine Trocknungstechnik gefunden, die nicht nur die obengenannten Trocknungsprobleme vermeidet, sondern auch die lästige, wirtschaftlich abträgliche Begrenzung der Trocknungs-' geschwindigkeit, die sich durch das Phänomen der Scheckigkeit ergibt. Diese Trocknungstechnik ist direkt mit derjenigen Phase des Verdampfungsproblems befasst, die als "mit konstanter Geschwindigkeit verlaufende Periode" bekannt ist. Diese Periode wird von dem geradlinigen Abschnitt der ein gegenläufiges S bildenden Kurve von Fig. 1 wiedergegeben. Da die Auftragung der Beschichtungsmassen auf die Unterlage in einem fast momentan erfolgenden Verlust von ungefähr 50 % der fluidisierenden Phase an die Unterlage resultiert, stellt der Punkt t praktisch den Zeitpunkt dar, zu dem man damit beginnen kann, eine Veränderung in der Bindemittelverteilung herbeizuführen zu versuchen. Hierzu ist festzustellen, dass nur eine sehr

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kurze Zeitspanne verbleibt, um eine solche Veränderung zu bewirken. Während dieser Zeitspanne wird die durch die Trocknungstechnik der Oberfläche der Cellulosebahn oder anderen Fasermaterialunterlage zugeführte Wärme quantitativ bei der Verdampfung von Wasser bei der Temperatur der Oberfläche verbraucht. Dieses Prinzip basiert auf der Annahme, dass die anfängliche Feuchtigkeitskonzentration gleichmässig und genügend hoch ist, damit die Unterlage-Oberfläche zu Beginn gründlich nass ist. Solange die Oberfläche genügend nass ist, schreitet die Verdampfung, wie in Fig. 2 gezeigt, durch das Vorliegen einer Wasser-Bindemittel-Matrix in der Beschichtung mit konstanter Geschwindigkeit voran. Andere den Beschichtungsprozess beeinflussende und an dem Beschichtungsmechanismus beteiligte Kräfte sind die Kapillarwirkung der Unterlage und der hydrodynamische Druck des Messers. Das Auftreten einer Teilchen-Teilchen-Berührung, wie in Fig.· 2 rechts gezeigt, kennzeichnet definitionsgemäss das Einsetzen der "mit absinkender Geschwindigkeit verlaufenden Periode". Dies ist von erheblicher Bedeutung, da das Wandern oder die Lenkung der Bindemittelverteilung gemäss der Erfindung nur während der mit konstanter Geschwindigkeit verlaufenden Periode beeinflusst werden kann.

Bei der praktischen Durchführung der Erfindung wird eine Trocknungstechnik angewandt, die eine Aufrechterhaltung einer sorgfältigen Lenkung der Verdampfungsgeschwindigkeit während der • mit konstanter Geschwindigkeit verlaufenden Periode ergibt derart, dass die Momentan-Trocknungsgeschwindigkeit dieser Periode im Bereich von 1/Ί bis 1 1/2 kg Wasser/Std. pro dm liegt. Dieser Bereich der Trocknungsgeschwindigkeit ist darin kritisch, dass Werte von unter IM kg Wasser/Std. pro dm zu einer nicht akzeptablen Druckqualität führen. Der Maximalwert der Trocknungsgeschwindigkeit von 1 1/2 kg Wasser/Std.

2
pro dm ergibt sich nur aus den p: technischer Trockeneinrichtungen.

2
pro dm ergibt sich nur aus den praktischen Begrenzungen

Vorzugsweise trocknet man mit einer Momentan-Trocknungsge-

2 schwindigkeit von 1/2 bis 1 IM kg Wasser/Std. pro dm (10

bis 25 Pounds/Std.Fuss²). _ 13 -

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Beispiele

Nr. Binde- Teile/ Trocknung mittel

Pigment

Fest-	75°-
stof-	Gard-
fp t XC, /B	ner-
	Glanz

Bemerkungen

CO
Ca)

B A B A

10

15

18

Dampftrommel mit schneller Luftdecke

0,83 O,46b⁺⁾48,5

0,78

" 1,22

" . 1,22

0,39

Aufführung 0,51

schnellströmender Luft

0,4lb

O,25e'

O,23e

0,44b

52 52 52 54

0,2Oe 60 nichtscheckig, gute Druckqualität

68 extrem scheckig

59 nichtscheckig, gute Druckqualität

75 extrem scheckig

53 guter Halbton, nichtscheckig,

Farbglanzverbleiben an der Grenze

64 ausgezeichneter Halbton, nichtscheckig

A A

0,39	0	,19	52	62	— » _	Druckqualität
0,24	0	,18	52	59	nichtscheckig,
(=1/4)					an Grenze

0,19 0,12 51 nichtscheckig, Druckqualität inakzeptabel

+; beidseitig gestrichen

++) einseitig gestrichen ρ

+++) Beschichtungsgewicht, kg/3300 dm

++++) Momentantrocknungsgeschwindigkeit, kg HpO/Std. pro dm

A: Polyvinylalkohol (DuPont EP-9O5O) mit einem Hydrolysegrad von mindestens etwa 99 % und einer Viscosität seiner 4%igen, wässrigen Lösung bei 20 C von 13 cP

B: Durch Hydroxyäthyliert-Umwandlung erhaltene Stärke ("Penford Gum 280" der Pennick & Ford)

Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Gegenstandes unter Auftragen einer ein Klebmittel enthaltenden, wässrigen Masse auf eine Pasermaterialunterlage und danach Trocknen der Masse, dadurch gekennzeichnet, dass man als Klebmittel wasserlöslichen Polyvinylalkohol mit einem Hydrolysegrad von mindestens etwa 99 % und einer Viscosität seiner iJ/Sigen, wässrigen Lösung bei 20° C im Bereich von etwa 7>5 bis 30 cP verwendet und mit einer Momentantrocknungsgeschwindigkeit in der mit konstanter Verdampfungsgeschwindigkeit verlaufenden Periode der Trocknungsstufe von 1/4 bis 1 1/2 kg Wasser/Std. pro dm arbeitet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man mit Füllstoff, insbesondere Ton, enthaltendem Klebmittel arbeitet.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man Polyvinylalkohol mit einer Viscosität seiner k%igen, wässrigen Lösung bei 20 C im Bereich von etwa 7,5 bis 16 cP, insbesondere etwa 12 bis 1*1 cP, verwendet.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, dass man mit einer Momentantrocknungsgeschwindigkeit von 1/2 bis 1 1/4 kg Wasser/Std.

ρ
pro dm arbeitet.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass man das Trocknen durch Aufführen schnell strömender Heissluft bewirkt.

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