DE2143636A1

DE2143636A1 - Verfahren zum Beschichten von Bahnmaterial, insbesondere von Papierbahnen

Info

Publication number: DE2143636A1
Application number: DE19712143636
Authority: DE
Inventors: Thomas W. Appleton Wis. Busch (V.StA.)
Original assignee: Appleton Papers, Inc., Appleton, Wis. (V.StA.)
Priority date: 1970-08-31
Filing date: 1971-08-31
Publication date: 1972-03-23
Also published as: GB1336800A; FR2106219A5; US3705049A; DE2143636B2; CA945444A; BE772031A

Description

zu der Patentanmeldung APPIETON PAPERS, INC₀, Appleton, Wisconsin/USA

betreffend:

"Verfahren zum Beschichten von Bahnmaterial, insbesondere von

Papierbahnen"

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von beschichteten Folien - vor allem Papierbahnen - und bezieht sich insbesondere auf ein Verfahren zur Herstellung von Bahnen für Vielfachbögen, die zwei getrennte Überzüge auf einer Seite der Bahn bzw. des Bogens aufweisen und bei dem eines der Überzugsmaterialien aus einem druckempfindlichen Material formuliert wird, wie es etwa in einem der im folgenden angegebenen Patentschriften beschrieben ist.

In den U.S.-Patentschriften 2 299 693, 2 374 862, 2 548 366, 2 712 507, 2 730 456, 2 730 457, 2 800 457, 2 929 736, 2 932 582, 3 020 171, 3 104 980, 3 129 103 und 3 455 721 sind ein Kopierverfahren und Materialien zur Verwendung bei diesem Verfahren beschrieben, gemäß dem getrennte Überzüge auf geeig-

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nete Trägerbahnen oder Folien aufgebracht werden, und gemäß dem wenigstens eines der Überzugsmaterialien ein flüssiges Reaktionsmittel, etv/a ein farbloses Färbemittel bzw. eine Färbstoffkomponente enthält, die in einem flüssigen Lösungsmittel gelöst ist und die in mikroskopisch kleine Kapseln oder Zellen eingekapselt wird, die gleichmäßig auf den Überzug verteilt werden (der ini folgenden auch als Emulsionsüberzug bezeichnet ist), während der andere Überzug aus Ton bzw. Mergel oder anderen speziellen Substanzen formuliert wird, die zusammen mit der Flüssigkeit so reagieren, daß aus den Kapseln oder Zellen ein Farbbild freigesetzt wird. Diese zweite Beschichtung wird im folgenden als Mineral- oder kurz als Ton- oder Lehmschicht bezeichnet. Wird R die die eingekapselte Flüssigkeit enthaltende Schicht in Oberflächenkontakt mit der Tonschicht gebracht, so entsteht eine Farbwirkung erst, wenn Druck durch eine Feder, einen Bleistift, einen Griffel, eine Schreibmaschinentype, beim Drucken o.dgl. aufgebracht wird, oder wenn d.'.e Kapseln durch Wärmeeinwirkung im Bildbereich gesprengt oder zerbrochen werden, wobei dann die aus den zerbrochenen Kapseln freigesetzte Flüssigkeit das unmittelbar angrenzende saugfähige Material der Tonbeschichtung benetzt und dabei ein Bild entsteht.

Eine Art dieses soweit beschriebenen Papieres, das oft auch als kohlefreies Kopierpapier bezeichnet ist, wird in vielfältiger Anordnung oder Schichtung verwendet, wobei die obere Bahn der " Anordnung nur mit einer unterseitigen Beschichtung aus Emulsion hergestellt wird, während die untere Bahn der Anordnung oberseitig nur mit der Tonschichtung überzogen wird. Alle dazwischenliegenden Bahnen sind unterseitig mit einer Emulsionsbeschichtung und auf der Oberseite mit einer Ton- oder Mineralbeschichtung versehen, d.h„ als zweiseitig beschichtete Bahnen ausgeführt. Somit führt ein Druck auf die oberste Bahn zu einem Platzen oder Sprengen der auf der Unterseite jeder der Bahnen aufgebrachten Kapsel oder Zellian, wobei die zuvor eingeschlossene Flüssigkeit zur Entwicklung des Bildes die unmittelbar angrenzenden Bereiche des Tonüberzugsmateriales benetzt.

Da die Mikrokapseln druckempfindlich sind und bei dem in den

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WalzcnEpalten einer Papiermaschine auftretenden Drücken leicht platzen oder zerbrechen können, wird die Mikrokapselschicht bisher in einer gesonderten Verfahrensstufe auf die zuvor hergestellte Papiergrundbahn aufgebracht. Dabei wird eine Zusammensetzung verwendet, bei der die Mikrokapseln mit einem haftfähigen bzw. klebrigen, schmierenden Pigment, etwa aus IaIk und cellulosehaltigen Fasern, gemischt werden, die als Schutt; der Kapseln gegen vorzeitiges Aufbrechen in der Schicht dienen.

Das erwähnte getrennte Beschichten der Bahn mit den Mikrokapseln erfordert eine Anzahl von Maßnahmen,die

(1) zusätzliche Vorrichtungen für das getrennte Aufbringen des Überzugs,

(2) zusätzlichen Raumbedarf für die getrennte Ausrüstung,

(3) Bewegung des Papiers von der Papierherstellungsmaschine zum erwähnten getrennten Beschichtungsvorgang, wobei Pack-, Schiffsoder "Verlade-· und Arbeitskosten hinzukommen,

(4) zusätzliche Abfallprodukte, die sich aus einem zweistufigen Verfahren ergeben, und

(5) die Beschaffung von Papier als getrennte Ware mit zusätzlichen Unterhaltungskosten usw. umfassen.

In den US-Patentanmeldungen Serial No. 795 663 (eingereicht am 31. Januar 1969) und Serial No. 834 572 (eingereicht am 27. März 1969) ist ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung zweiseitig beschichteter Papierbogen oder Papierbahnen beschrieben, die eine beträchtliche Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik darstellen. Gemäß diesen vorgeschlagenen Verfahren erfolgt die Aufbringung der Überzüge im Verbund außerhalb der Papiermaschine, wobei der Emulsionsüberzug und der Tonüberzug in getrennten Stationen in Aufeinanderfolge in einer einzigen Überzugsvorrichtung aufgebracht werden.

Boi de.i -vorgeschlagenen Verfahren jedoch werden die Mineral- oder Tonschicht und die Emulsionsschicht auf gegenüberliegende Seiten der Papierbahn oder des Bogens bzw. der Folie aufgebracht. Diese Verfahren und die dazu bestimmte Vorrichtung eignen sich daher nicht zur Herstellung von beschichteten Papierbahnen oder Bogen,

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die als "unabhängige" Durchschreibepapiere bekannt sind. Das sogenannte "unabhängige Papier" (self-contained paper) ist eine Abwandlung des oben erwähnten kohlefreien Kopierpapieres, bei dem sowohl die Einulsionsbeschichtung und die Tonbe schichtung auf die gleiche Seite der Papierbahn mit der Emulsionsschicht unter der Tonschicht aufgebracht werden. Diese Art Papier läßt sich unter einen Bogen unbehandelten Papieres drunterlegen und bei Ausübung von Druck auf das unbehandelte Papier zerbrechen die Kapseln oder Zellen der entsprechenden Überzugsschicht im behandelten Papier, so daß die Flüssigkeit freigesetzt wird und den Ton der darüberliegenden Beschichtung im unmittelbaren Bereich der Druckeinwirkung benetzt, so daß das gewünschte Bild entsteht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neues und verbessertes Verfahren zur Herstellung des erwähnten "unabhängigen" Papieres zu schaffen, bei dem die er.3te Beschichtung aus druckempfindlichem Material besteht und bei dem der ganze Beschichtungsvorgang möglichst in einem einzigen durchgehenden Vielfachbeschichtungsverfahren abläuft. Das Verfahren soll gegenüber den bekannten Verfahren wesentlich vereinfacht und wirtschaftlicher gestaltet werden, so daß einerseits geringere Herstellungszeiten und andererseits geringere Investitions- und Arbeitskosten anfallen.

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Die Erfindung besteht Verfahren zur Herstellung einer doppelt beschichteten Bahn, insbesondere einer Papierbahn, die relativ gleichförmig glatte Überzüge auf einer Bahnseite aufweist, bei dem die Bahn zunächst mit einer Emulsion beschichtet wird, die durch Druekeinwirkung zerbrechbare Mikrokapseln oder -zellen enthält, die eine Flüssigkeit zur Bildung einer Farbkomponente enthalten und bei dem die Bahn dann über der Emulsionsschicht mit einem Tonüberzug versehen wird, darin, daß die Emulsionsschicht auf die ^.ine 3eJ-te der Bahn aufgetragen und anschließend die noch feuchte Beschichtung an einer Luftschneide auf vorbestimmte Dicke gleichmäßig verteilt und kalibriert wird, daß der Emulsionsüberzug anschließend getrocknet wird, daß dann auf die Bahn über der getrockneten Emulsionsschicht eine Ton-

* bei einem

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Zusammensetzung als Tonbeschichtung aufgetragen wird, die anschließend im noch feuchten Zustand an einer Luftschneide gleichmäßig verteilt und kalibriert wird und daß der Tonüberzug dann getrocknet wird.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird die Baiin nach dem Trocknen des Emulsionsüberzuges und vor dem Auftragen der Tonbeschichtung gewendet und die Tonbeschichtung wird anschließend im selben Durchgang auf die gleiche bereits mit dem Emulsionsüberzug versehene Seite der Bahn aufgetragen.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten werden im folgenden anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 in schematischer Darstellung die Ansicht einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und

Fi^. 2 eine vergrößerte Perspektivschnittansicht eines doppelt beschichteten Papierbogens, der nach dem anhand von Fig. gezeigten Verfahren hergestellt wurde.

Obgleich die Erfindung sich in erster Linie auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Doppelbeschichtung eines Papierausgangsmateriales richtet, entstand das der Erfindung zugrundeliegende Problem in erster Linie aus den besonderen Eigenschaften der Zusammensetzungen,mit denen die Papiergrundbahn oder das Papierausgangsmaterial zu beschichten ist.

Der Emulsionsüberzug wird kurz gesagt als wässrige Zusammensetzung formuliert, die zerbrechbare Mikrokapseln aus mit Tannin getränkter bzw. gebeizter Gelatine enthält, die ihrerseits einen flüssigen Farbbildungszusatz, etwa einen farblosen Färbestoff, enthalten, der in einem organischen Lösungsmittel gelöst ist. Die Emulsion für die Überzugszusammensetzung kann einen beträchtlichen Anteil (bis zu 50 $ des Gewichtes der Kapseln) an rauhen Feststoffpartikeln, etwa Kaolinton und/oder öellulosefasern enthalten, die zusammen mit den zerbrechbaren Zellen oder Kapseln aufgeschlämmt sind, wobei weiterhin ein geringer Anteil wasserlöslichen Bindemittels in dem wässrigen

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Medium mitgelb'st oder auf ge schlämmt sein kann. Zur genaueren Erläuterung der Emulsionsuberaugs-Zusammensetziung wird auf die in der US-Patentschrift 2 711 375. erwähnten Beispiele oder auf die oben erwähnten Patentschriften Bezug genommen.

Der Tonüberzug besteht aus einem wässrigen System mit einem säurereaktiven Mineralton, etwa einem Ton der Attapulgit-Reihe, oder mikrofeinen Feststoffpartikeln eines öllöslichen säurereaktiven organischen Polymeren in fein verteilter Form, das darin mit oder ohne andere Füller wie Calciumcarbonat, Silicagel, Satinweiß und dergleichen zusammen mit einem geringen Anteil an natürlichem oder Kunstharzbindemittel suspendiert ist. " Derartige Tonüberzugs-Zusammensetzungen sind in Einzelheiten auch hinsichtlich der Formulierung in den Beispielen der erwähnten Patentschriften, insbesondere in der US-Patentschrift 3 455 721 genau beschrieben.

Fach dem Verfahren und der Vorrichtung gemäß der Erfindung zur Herstellung eines "unabhängigen" Bogen- oder Bahnmateriales mit Doppelbeschichtung auf der gleichen Seite des Papiergrundmateriales wird ein Rohpapiervorrat, etwa a3.s 11-Pfund-Vielfachgebinde in Form eines Wickels 10 bereitgestellt, der frei drehbar auf einer Spindel oder Welle 12 in einer Abgabevorrichtung 14 gelagert ist. Die Bahn 16 des Papierausgangomateriales läuft || vom Wickel 10 über eine Anzahl leerer mitlaufender Walzen und Führungswalzen 18 zur ersten Beschichtungsstation 20.

Die erste Beschichtungsstation weist eine Auftragswalze 22 in Verbindung mit einer Übertragungswalze 24 und einer Meßwalze 26 auf, wobei der untere Abschnitt der Übertragungswalze in ein Bad der Emulsionsüberzugs-Zusammensetzung in Trögen oder Pfannen 28 eintaucht. Die Auftragrolle 22 gelangt in Berührungskontakt mit der Unterseite der Papierbahn 16, wenn diese zwischen der Führungswalze 30 und einer Höheneinstellwalze 32 hindurchläuft, um die Emulsionsüberzugs-Zusammensetzung im Überschuß auf die Unterseite der Papierbahn aufzutragen. Die Menge an Emulsion wird bis zu einem steuerbaren Überschuß über 6,7 g/m (4 1/2 pounds per 3300 square feet) durch die Auftrags- und Meß-

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vorrichtung in der ersten Station aufgetragen.

Von der ersten Überzugsstation 20 aus rückt die einseitig beschichtete Bahn unmittelbar an eine Luftschneide 34 weiter, die mit der Stützwalze 36 zusammenwirkt, um den Überzug auf etwa 6,7 g/m (4 1/2 pounds per 3300 square feet) der Papierfläche einzustellen und um die Überzugs-Zusammensetzung über die Oberfläche gleichmäßig zu verteilen.

Von der ersten Beschichtungsstation aus läuft die Papierbahn, die an einer Walze 36 gewendet wurde, um die beschichtete Seite nach oben zu bringen, durch einen Abschnitt'42 mit einem Trockenofen, der auf einer Temperatur von etwa 93⁰G oder mehr gehalten wird, wobei die Bahn auf ein endloses Band 44 abgestützt ist. Das Obertrum des Bandes wird über Walzen 46 geführt und beschreibt so einen im wesentlichen gebogenen V/eg durch die Trockenstrecke. Zu diesem Zweck besteht das Band vorzugsweise aus einem iOrmaminharz oder aus einem dampfdurchlässigen Material, um ein Entweichen von Wasserdampf durch das Band, der aus dem Überzug freigesetzt v/ird, zu ermöglichen. Das Endlosband 44 umläuft die Rolle über Walzen 48 und 50 außerhalb der Trockenstrecke und das Rücklauftrum durchläuft ebenfalls die Trockenstation, um die Temperatur zu halten und wird dabei auf unteren Rollen oder Walzen !52 abgestützt, die eine Spann- oder Aufnahmerolle 54 mit einschließen, um das Stützband auf geeigneter Spannung zu halten.

Die auf der Oberseite mit der getrockneten Emulsionsbeschichtung 60 versehene Papierbahn 16 läuft vom Trockenofen 42 über eine Anzahl 3?ührungswalzen oder Rollen und eine Spannwalze 62 und dann über eine Anordnung von Wendestangen 61, 63 und 65, die zur Wendung der kontinuierlichen Bahn dienen, wodurch die mit der getrockneten Emulsionsschicht versehene Seite auf die Unterseite der Bahn gelangt und nun für die zweite Beschichtungsstufe bereit stoht. Im Rahmen der Erfindung lassen sich irgendwelche handelsüblichen Anordnungen von Umkehr- oder Wendestangen verwenden. Dem Fachmann ist bekannt, daß bei solchen Wendeanordnungen im allgemeinen drei Walzen oder entsprechende Stangen vorgesehen sind, von denen zwei in Bezug auf die horizontale und vertikale Achse

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geneigt sind.

Von den Wendestangen auß gelangt die auf ihrer Unterseite mit der Emulsion "beschichtete Bahn über eine Walze 67 zur zweiten Beschichtungsstation, die ähnlich aufgebaut ist wie die erste Beschichtungsstation. Eine obere Auftragswalze 66 gelangt in Berührungskontakt mit der Bahn, wenn diese zwischen der Höheneinstellwalze 68 und der Führungswalze 70 hindurchläuft. Die Auftragswalze 66 wird zwischen einer Übertragungswalze 72 und einer Meßwalze 74 gehalten, die die Überzugs-Zusammensetzung aus einem Bad in dem Überzugstrog oder der Pfanne 76 aufnimmt, in die der untere Abschnitt der Übertragungswalze eintaucht. Die Auftragswalze ist so eingestellt, daß die Tonüberzugs-Zusamniensetzung auf die Unterseite der Bahn über der trockenen Emulsionsüberzugsschicht aufgetragen wird, und zwar in einem JFlächengewicht, das so gesteuert wird, daß mit einer Flächendichte von mehr als 6,7 g/m (4,5 pounds per 3300 square feet) aufgetragen wird.

■ Von der Beschichtungsstation 64 aus rückt die beschichtete Bahn zu einer zweiten Luftsctmeide 78 vor und gelangt zur Walze 80,-die. wiederum so zusammenwirken, daß.die Schichtdicke auf 6,7 g/m (4,5 pounds per 3300 square feet) eingestellt wird, während der Rest abgetragen wird und wobei der Tonüberzug,der über der trockenen Emulsionsschicht liegt, gleichförmig über die * Bahn verteilt wird.

Von der Luftschneide 78 aus gelangt die zuerst mit der Emulsionsschicht und dann mit dem Tonüberzug versehene Bahn über eine Saugzone 84 und dann in einen oberen Abschnitt 86 des Trockenofens, durch den die Bahn in entspanntem Zustand auf der Oberfläche des abstützenden Endlosbandes 88 getragen wird. Das Obertrum des Bandes wird in Längsrichtung durch auf Abstand stehender, kreuzweise angeordneten Walzen 90 gehalten,die über die Trockenstrecke in gebogenem Weg angeordnet sind. Das Band trägt die Bahn über ein kurzes Stück über den Ausgang der Trockenstrecke hinaus. Danach wird das Band nach unten und in Rückwärtsrichtung durch entsprechende Walzen gewendet, die durch die Trockenstrecke

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zu einer Aufnahme- oder Spannrolle 92 führen, die außerhalb der Trockenstrecke zur Einstellung der Bandispannung vorgesehen sind. Wie beim Band 44 ist auch hier vorzugsweise ein dampfdurchlässiges Band verwendet, um den während des Durchganges durch die Trockenstrecke entstehenden Dampf entweichen lassen zu können.

Die Bahn 16, die nun mit dem Tonüberzug 94 über der getrockneten Emulsionsschicht 60 versehen ist, läuft über eine Anzahl von Pührungs- und Spannwalzen oder Hollen 96 zu einer. Aufwickelvorrichtung 98, die in einem Ständer 100 gehalten ist und die beschichtete Bahn zu einem Wickel aufrollt. Damit wird die Bahn durch die Beschichtungsvorrichtung mit Trockenstrecke gezogen, wobei eine entsprechende Spannung durch die Aufwickelwalzen oder Rollen erzeugt wird.

Es wurde gefunden, daß bei Verwendung von vorkalibrierenden Luftschneiden beim Aufbringen von Boschichtungsüberzügen die Möglichkeit besteht, glatte Überzüge zu erhalten, die beim Auftragen verteilt werden, worauf anschließend das Trocknen der Emulsionsschicht in einem getrennten Vorgang und dann das Aufbringen und Trocknen des Tonüberzuges erfolgen kann. Unter diesen Betriebsbedingungen ist es möglich, die getrennten Beschichtungszusammensetzungen im Verlauf eines kontinuierlichen Vorganges und auf eine kontinuierlich bewegte Bahn aufzubringen, so daß es nicht mehr erforderlich ist, getrennte Durchgänge für jeden Beschichtungsvorgang mit entsprechendem Zeitverlust zwischen jeder Beschichtung in Kauf zu nehmen. Das Aufbringen der Tonüberzugszusammensetzung in rascher Folge unmittelbar nach dem Auftragen und Trocknen des Emulsionsüberzuges reduziert das Erfordernis von Schutzzusätzen in der Emulsionszusaramensetzung, die bisher erforderlich waren, um das mit den Zellen oder Kapseln beschichtete Papier während der Handhabung der Ballen zu schützen, die sich zwangsläufig ergaben bei dem bisher angewendeten Zwei&tufenprozeß auf getrennten Maschinen. Die unmittelbare Aufbringung der Tonbeschichtung auf die frisch aufgetragene Emulsionszusammensetzung verbessert die Haftung zwischen den beiden Schichten, so daß auch der Klebemittelzusatz in der Tonüberzugs-Zusammen3etzung vermindert werden kann. Diese

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beiden Wirkungen verbessern also die Leistungsfähigkeit bei der Anwendung und Verwendung derartiger Zeil- oder Kapselmaterialien.

Während sich die Erfindung rait bestem Vorteil für ein kontinierliches Doppelbeschichtungsverfahren in einem einzigen Beschichtungsdurchgang verwenden läßt, sei darauf hingewiesen, daß sich viele Vorteile und Verbesserungen auch dann ergeben, wenn die Bahn zuerst mit der Emulsions-Überzugc-Zusammensetzung beschichtet wird, gefolgt von einem Trockenvorgang in einem Durchgang, worauf dann die Bahn mit der Tonüberzugs-Zusaimaensetzung beschichtet und in einem nachfolgenden getrennten Durchgang getrocknet werden kann.

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Claims

2U3636 - 11 - 1A-40218 Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung einer doppeltieschichteten dünnen Bahn, insbesondere Papierbahn, die relatj.v gleichförmig glatte Überzüge auf einer Bahnseite aufweist, bei dem die Bahn zunächst mit einer Emulsion beschichtet wird, die durch Drvickeinwirkung zerbrechbare Mikro-Kapseln oder -Zellen enthält, die eine Flüssigkeit zur Bildung einer Farbkomponente enthalten und bei dem die Bahn dann über der Emulsionsschicht mit einem Tonüberzug versehen wird, dadurch g e ke nnze lehnet, daß die Emulsionsschicht auf die eine Seite der Bahn aufgetragen und anschließend die noch feuchte Beschichtung an einer Luftschneide auf vorbestimmte Dicke gleichmäßig verteilt und kalibriert wird, daß der Emulsionsüberzug anschließend getrocknet wird, daß dann auf dio Bahn über der getrockneten Emulsionsschicht eine Ton-Zusammensetzung als Tonbeschichtung aufgetragen wird, die anschließend in noch feuchtem Zustand an einer Luftschneide gleichmäßig verteilt und kalibriert wird und daß der Tonüberzug dann getrocknet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahn nach dem Trocknen des Emulsionsüberzuges vor dem Auftragen der Tonbeschichtung gewendet wird und daß die Tonbeschichtung anschließend im selben Durchgang auf die gleiche Seite der Bahn, auf die der Emulsionsüberzug aufgebracht wurde, aufgetragen wird.

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