DE2409981A1 - Verfahren zum herstellen von oberflaechenbehandeltem papier

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Description

Claims

DE2409981A1

Publication number: DE2409981A1
Application number: DE2409981A
Authority: DE
Inventors: Gustav Robert Svensson; Bengt Axel Wennerblom
Original assignee: Svenska Cellulosa AB
Current assignee: Svenska Cellulosa AB
Priority date: 1973-03-02
Filing date: 1974-03-01
Publication date: 1974-09-19
Also published as: US3941902A; FR2219992A1; GB1470788A; FI57144C; NL7402918A; CH566175A5; BE811760A; FI57144B; ATA171874A; NO141658C; JPS5729599B2; CA1013214A; DE2409981C3; NO141658B; FR2219992B1; AT332730B; NO740568L; DE2409981B2; SE383007B; JPS49117709A

Dr. F. ZumsteJn sen. - Cr. E. Aosmann Dr. R. Koenigsberger - Dipi.-P^ys. R. Holzbauer - Dr. F. Zumsteln jun.

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6/Li
Case 3092

Svenska Cellulosa Aktiebolaget, Sundsvall

Schweden

Verfahren zum Herstellen von oberflächenbehandeltem Papier.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum fortlaufenden Herstellen von oberflächenbehandeltem Papier, wobei bei dem Verfahren die Papierbahn mit Mitteln, die für verschiedene Verwendungszwecke geeignet sind und die in V/asser gelöst oder verteilt sind, versehen wird.

Beispiele für solche verschiedenen Verwendungszwecke und der dafür benötigten Mittel werden in der nachstehenden kurzen Tabelle aufgeführt. In der v/eiteren Beschreibung werden nähere Einzelheiten erläutert.

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Verwendungszweck

Mittel

nähere Bezeichnung (!.Oberflächenbehandlung

stärkere-Verbindung zwischen den Fasern

wasserlösliches Bindemittel,z.B. Stärkekleister

Oberflächenle imung

Anwachsen der Oberflächenhelligkeit und Verbesserung der Bedruckbarke it

weißes Pigment,z.B. Kaolin, und Bindemittel, z.B.Stärkekleister und synthetische Polymere

Überziehen

Anwachsen der Oberflächenhelligkeit

Bleichmittel, z.B. Wasserstoffperoxid

Oberflächen-Bleichen

Färben

Farbstoff

Oberflächenfarben

Verbesserung der
Schichteigenschaften und wirkungsvollere Heißverklebefähigkeit

synthetische Polymere, z.B. PoIyvinylidenchloride (PeCe-Fasern) in Form von wäßriger Dispersion

(Plastik)-Dispersionsauftrag

Bei Oberflächenbehandlungsarten, bei denen sich Wasser im flüssigen Zustand in der Behandlungsflüssigkeit befindet, ist im besonderen erforderlich, daß die Menge an.Wasser, die notwendigerweise auf die Papierbahn gegeben werden muß, um die erforderliche Menge an Behandlungsmittel aufzutragen, so klein wie möglich ist.

Anders ausgedrückt, die Konzentration des Behandlungsmittels sollte so groß wie möglich sein. Dies ist teilweise deshalb erforderlich, weil die Kosten für die darauffolgende Trocknung dadurch am geringsten sein werden, und teilweise deshalb, weil die Behandlungsflüssigkeit dabei nicht tief in das Papier eindringen wird. Das Behandlungsmittel ist für den Oberflächen-

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überzug des Papiers konzentriert und kann dabei die erforderliche Wirkung mit einer geringeren Menge an Behandlungsmittel erzielen, d.h. auf eine billigere Art und Weise als wenn die Behandlungsflüssigkeit tief in das Papier eindringt.

Die bekannten Verfahren für überzogenes Papier verwenden Mittel auf Wassergrundlage und ermöglichen die obige Anforderung nicht in genügendem Maße zu erfüllen.

Eine bekannte Überzugsmaschine, die Leimpresse genannt wird, weist zwei Walzen auf, zwischen denen das Papier durchgeführt wird, und Flüssigkeit wird gleichzeitig auf das Walzenpaar gegeben. Bei diesem Verfahren, das gebräuchlicherweise für die Oberflächenleimung für das Leimen und das Oberflächenfarben angewandt wird, beläuft sich die Menge der auf die Papieroberfläche gewöhnlich aufgetragenen Überzugsflüssigkeit auf 20 cm /m und Seite. Die Menge wächst mit zunehmender Geschwindigkeit beim Überziehen an, auf jeden Fall, wenn das Grundpapier geleimt wird, ist es wasserabstoßend. Bei nicht geleimtem und absorbierendem Grundpapier kann die Menge der aufgetragenen Flüssigkeit bis zu 40 cm /m und Seite oder mehr betragen, und die Menge wächst mit zunehmender Masse an Papier an.

Ein sehr gebräuchliches Verfahren, das beim Überziehen und Dispersionsüberziehen angewandt wird, ist das sogenannte Luftbürstenverfahren, bei dem zuerst eine relativ große Menge an Überzugsflüssigkeit auf die Papierbahn aufgetragen wird, z.B. mit Hilfe einer Walze, die in die Flüssigkeit eingetaucht ist, und später wird der Überschuß durch einen Luftstrom abgeblasen, der weitgehend tangential gegen die Papierbahn und auf eine Walze zu gelenkt wird. Dieses Verfahren erzeugt eine äußerst gleichmäßige Überzugsschicht, aber die Menge der aufgetragenen Flüssigkeit ist bei der praktischen Durchführung gewöhnlich sehr groß, d.h. mindestens 20 cm /m .

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Bei diesem Stand der Technik kann weder die Leimpresse noch das Luftbürstenverfahren angewandt werden, wenn beim Überziehen sehr hohe Geschwindigkeiten, d.h. ,> 800 m/min, erforderlich sind.

Ein Verfahren zum Überziehen, das die Anwendung solcher Geschwindigkeiten ermöglicht, ist das Gleitmesserverfahren, das beim Überziehen verwendet wird. Bei diesem Verfahren wird ebenfalls zuerst eine überschüssige Menge von Überzugsflüssigkeit aufgetragen, und darauffolgend mit Hilfe eines Gleitmessers, das in einem Winkel zu der Papierbahn angeordnet ist, abgeschabt, während das Papier über eine Walze geführt werden muß. Die Menge an aufgetragener Überzugsflüssigkeit kann weitgehend verrin-

~Z. Ο

gert werden, möglicherweise bis auf 7 cnr/cm bei einer Durchschnittsgeschwindigkeit der Papierbahn (100 bis 200 m/min), mit zunehmender Maschinengeschwindigkeit jedoch wachsen ebenfalls die Schwierigkeiten für das Auftragen einer so kleinen Menge von Flüssigkeit an. Der daraus sich ergebende Anstieg des Drucks der Flüssigkeitsschicht gegen das Messerdrückt das Messer von der Oberfläche des Papiers weg, und die aufgetragene Menge nimmt zu. Bei hohen Geschwindigkeiten der Papierbahn (= 500 m/min) wird es bei der praktischen Durchführung schwierig sein, einen Wert unter angefähr 10 cnr/m zu erzielen. Das Gieitmesserverfahren weist zudem die Nachteile auf, daß die Überzugseinheit in der Anschaffung relativ teuer ist, und daß sich der Überzug vorzugsweise in den Hohlräumen der Oberfläche des Papiers sammelt, während die Erhebungen nicht genügend bedeckt sind.

Unter Bezugnahme auf diese Schwierigkeiten sind eine Menge Versuche durchgeführt worden, um die Möglichkeit des Auftragens auf eine Papierbahn bei hohen Geschwindigkeiten zu ermitteln, wobei ständig verschiedene Mittel zum Verbessern oder Verändern der Oberflächenbeschaffenheit des Papiers angewandt wurden. Die Aufgabe bestand nun darin, ein allgemeines Verfahren zu ermitteln, das auf einfache Weise das Auftragen auf die Papierbahn

ermöglicht, indem eine Einrichtung, die einfach gebaut und billig hergestellt werden kann, eine Überzugsanlage, die das Behandlungsmittel auf eine solche Weise aufträgt, daß die erforderliche Menge an Flüssigkeit weitgehend gesenkt werden kann, und somit die Kosten zum Trocknen in einem möglichen darauffolgenden Trockenvorgang gesenkt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die zu behandelnde Papierbahn zuerst mit einer passenden Oberflächenglätte für die Behandlung versehen wird,daraufhin weitergeleitet wird und in direkte Berührung mit einer spaltförmigen Öffnung, die quer zur Papierbahn angeordnet ist, kommt, wobei durch diese Öffnung die Behandlungsflüssigkeit gleichförmig in einem stetigen Strom ausgelassen wird, so daß die gesamte Flüssigkeitsmenge auf die Papierbahn aufgetragen wird.

Eine beispielsweise, bevorzugte Ausführungsform wird in der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Prinzipskizze der Erfindung.

Fig. 2 zeigt die kleinste, gleichmäßig aufgetragene Menge der Überzugsflüssigkeit in Abhängigkeit der Oberflächenrauhigkeit.

Fig. 3 und 4 zeigen zwei verschiedene Ausführungsformen des mit einem Spalt versehenen Behälters, der bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwandt wird, und

B'ig. 5 zeigt das Verfahren zum Einstellen der Spannung der Papierbahn unter Verwendung von Druckluft.

In Fig. 1 wird eine Prinzipskizze der Oberflächenbehandlung mit Hilfe einer Einheit zum Auftragen gezeigt, die einen Behälter 1 mit einer spaltförmigen Öffnung 2 aufweist, über die die Papierbahn 3 geführt wird, auf die die Behandlungsflüssigkeit 4 mit Hilfe einer Pumpe 5 gegeben wird.

4 0 9 8 3 8 / Q 7 Λ Β

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der gesamte Flüssigkeitsstrom, der auf die Papierbahn aufgetragen wird, durch folgende Gleichung beschrieben:

P =

ν · b

wobei gilt:

P = Menge der aufgetragenen Uberzugsflüssigkeit in cm /m q = Versorgungsstrom der Überzugsflüssigkeit in cnr /min ν = Geschwindigkeit der Papierbahn in m/min b = Länge der Spaltöffnung, m = Breite der überzogenen ^{in ra} Papierbahn in m

Bei einem bestimmten gegebenen Überzugsfall kann b als konstant betrachtet werden, während q und ν als variable Größen betrachtet werden können, durch die der gewünschte Wert von P erzielt werden kann.

Angenommen, daß q ein sehr kleiner Wert sei und/oder ν ein sehr großer Wert sei, können beliebig kleine P-Werte erzielt werden. Bei der praktischen Durchführung jedoch gibt es eine Grenze für den P-Wert in bezug zu der Anforderung, daß der Überzug gleichmäßig sein muß. Unterhalb dieses Grenzwertes für P wird die Uberzugsflüssigkeit nur stellenweise auf der Papieroberfläche aufgetragen sein. Dieser Grenzwert wird mit P . bezeichnet, wobei P_mi„ gleich der kleinsten gleichmäßig· .aufgetragenen Menge der Uberzugsflüssigkeit in cm /m ist. Der P . -

"xo ο nil η

Wert wird hier in cm /m und nicht in g/m ausgedrückt, da bei dar Bestimmung des ^^> _m±_n~^^vv'^^es für ein bestimmtes Papier unter Verwendung von E'lüssigkei ten mit verschiedener Dichte d in g/cnr die gleichen Vierte erzielt werden, wenn P_mi_n in ciir/m ausgedrückt ist und verschiedene Werte erhalten v/erden, wenn P . · d in g/m ausgedrückt ist.

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Um P . in einem bestimmten gegebenen Überzugsfall zu bestinhmen, wird beispielsweise die Vorgehensweise angewandt, daß der Strom q konstant gehalten wird und die höchste Geschwindigkeit der Papierbahn gemessen wird, bei der der Überzug gerade noch gleichmäßig ist. Wenn diese·Geschwindigkeit der Papierbahn

mit v_m„ bezeichnet ist, gilt
max

^vmax · ^b

P . kann auch dadurch bestimmt werden, daß die Geschwindigkeit ν der Papierbahn konstant gehalten wird und der kleinste Flüssigkeitsstrom gemessen wird, bei dem der Überzug gerade noch gleichmäßig ist. Wenn dieser Strom mit q_min bezeichnet wird,

III

Bei solchen Versuchen wurde festgestellt, daß die Oberflächenglätte des Papiers ein ausschlaggebender Faktor für die kleinste gleichmäßig aufgetragene Flüssigkeitsmenge P . ist, und daß es möglich war, bei einer genügend großen Oberflächenglätte überraschend kleine Flüssigkeitsmengen sehr gleichmäßig aufzutragen, wobei die Mengen kleiner als bei den herkömmlichen Überzugsverfahren, wie z.B. Leimpresse, Luftbürsten- oder Gleitblattverfahren, waren. Weiterhin wurde festgestellt, daß dabei überraschend hohe Geschwindigkeiten angewandt werden konnten, bei denen das Verfahren noch einen erstaunlich gleichmäßigen Überzug, solange der ^P _mi_n-^Wer'^t nicht abgefallen war, erzielt wurde.

Die Oberflächenglätte des Papiers kann nach mehreren bekannten Verfahren gemessen werden. Das gebräuchlichste Verfahren, das hier angewandt wurde, wird das Bendtsen-Verfahren genannt. Dies wird näher beschrieben in SCAN P 21 und besteht, kurz gesagt,

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darin, daß ein Meßkopf in Form eines nach einer Seite geöffneten Metallzylinders, der eine Umrandung von besonders glatter Oberfläche aufweist,, auf die Papieroberfläche gesetzt wird. Daraufhin wird Luft mit einem bestimmten Überdruck in den Zylinder und- aus dem Zylinder auf das Papier an der Berührungsfläche geleitet. Der Luftstrom wird gemessen. Je größer der Luftstrom ist, desto rauher ist die Papieroberfläche, der Meßwert wird Oberflächenrauhigkeit genannt und ist der umgekehrte Wert der Oberflächenglätte. Bei der Meßanordnung kann der Kantendruck des Zylinders gegen die Papieroberfläche entweder auf

ο ρ

1 kp/cm oder auf 5 kp/cm geeicht werden. Die Werte der Oberflachenrauhigkeit, die in dieser Beschreibung aufgezeigt sind,

beziehen sich auf eine Messung bei 1 kp/cm .

Die folgenden Versuche zeigen die Wirkung der Oberflächenrauhigkeit auf P_min.

Ein Zeitungspapier mit dem Flächengewicht 52 g/m und dem Feuchtigkeitsgehalt von 7,0% wird als Grundpapier verwendet. Es ist aus 80% Holzschliff und 20% chemischem Zellstoff hergestellt. Die Oberflächenrauhigkeit an der oberen Oberfläche des Papiers, das später überzogen werden mußte, betrug 905 ml/min, gemessen nach Bendtsen. Von diesem Grundpapier wurden Proben mit verschiedener Oberflachenrauhigkeit durch Satinieren in 1,2,4 und 8 Walzenpaare aufbereitet. Die Werte der Oberflachenrauhigkeit der oberen Oberflächen der Proben beliefen sich dabei auf 605, 370, 170 und 40 ml/min.

Die vier satinierten Proben und das nicht satinierte Grundpapier wurden nun nach dem Spalt-Verfahren in einer Experimentieranlage überzogen. Eine 2%ige wäßrige Lösung eines Cellulosederivats (das Natriumsalz der Carboxymethylcellulose (CMC), Cellufix FF 100, Svenska Cellulosa AB) wurde als Überzugsflüssigkeit verwendet.

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Die kleinste, gleichmäßig aufgetragene Menge der Lösung, P .„, wurde dadurch bestimmt, daß der Fluß der Überzugsflüssigkeit konstant gehalten wurde, und die Geschwindigkeit, bei der die Flüssigkeit gerade noch über der Papieroberfläche gleichmäßig aufgetragen war, wurde gemessen. Die Bestimmung wurde dadurch erleichtert, daß die Lösung unter Verwendung eines kleinen Zusatzes von wasserlöslichem Färbemittel leicht eingefärbt war.

Folgende Werte für P .. wurden gemessen:

Papierprobe

Grundpapier
satinierte Probe 1 satinierte Probe 2 satinierte Probe 3 satinierte Probe 4

Oberflächen rauhigkeit ml/min	cnr/m
905	11,2
605	7,9
370	5,6
170	3,1
40	1,8

Die Abhängigkeit zwischen der Oberflächenrauhigkeit und P_min ist in Fig. 2 dargestellt. Die Abhängigkeit, die daraus entnommen werden kann, ist innerhalb der Fehlergrenze linear und kann durch folgende Gleichung ausgedrückt werden:

^Pmin ^{= 1}'^{4 +} °>⁰¹°7 · ^{B IV}

wobei

B = Oberflächenrauhigkeit nach Bendtsen in ml/min.

Die Ergebnisse zeigen, daß unerwartet kleine Mengen von Flüssigkeit sogar auf Papiersorten mit relativ rauher Oberfläche gleichmäßig aufgetragen werden können. Da es schwierig ist", kleinere Mengen als 10 cnr/m mit den bis jetzt bekannten Überzugsverfahren aufzutragen war ein Ziel der Erfindung,auf ein-

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7? ο -

fache Weise kleinere Mengen als 10 cm /m auftragen zu können. Die Ergebnisse in Fig. 2 zeigen, daß dies mit dem Spaltverfahren möglich ist, wenn das Papier eine Oberflächenrauhigkeit unter 800 ml/min aufweist.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann die Verwendung von Wasser in einer so kleinen Menge ermöglichen, daß das Papier nach der Oberflächenbehandlung nicht getrocknet werden muß, sondern kann direkt aufgehaspelt werden. Da es in der Praxis kaum durchführbar ist, das Papier vor der Oberflächenbehandlung auf einen Feuchtigkeitsgehalt kleiner als ungefähr 5% zu trocknen, und da das oberflächenbehandelte Papier in Hinblick auf eine Weiterverarbeitung gewöhnlich keinen größeren Feuchtigkeitsgehalt als ungefähr 15% aufweisen darf, in-den meisten Fällen nicht höher als 10%, ist es nötig, daß die Oberflächenbehandlung dem Papier nicht mehr als 10%, vorzugsweise nicht mehr als 5% Wasser zuführt, wenn dieses verbesserte Verfahren angewandt wird.

Um P = Menge der aufgetragenen Behandlungsflüssigkeit, ausgedrückt in cnr/m , in F = Menge des aufgetragenen Wassers, ausgedrückt in % des absolut trockenen-Papieres umzuwandeln, gilt die folgende Gleichung:

Dabei gilt:

d = Dichte der Überzugsflüssigkeit in g/cm a = Wassergehalt der Überzugsflüssigkeit in Gew.-% Y = Masse des Papiers, ausgedrückt in g absolut trockenen

ρ
Papiers pro m

Der schwierigste Fall liegt darin, wenn die Überzugsflüssigkeit praktisch nur aus V/asser besteht, wie z.B. beim Oberflächenfarben. In diesem Fall kann d = 1 und a = 100 gesetzt werden. Dann ergibt sich

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100

Die untenstehende Tabelle zeigt die Werte, die P annehmen muß, daß F 5 und 10% ist, in Abhängigkeit von der Masse des Grundpapiers.

Masse	g/m²	P :	= Wert	5 %	für	F =	10	O
		F :			5,	O
50		2	,5		10,	O
100		5	,0		15,
150		7	,5

Flächengewichte unter 50 g/m sind kaum von Interesse, und die meiste Schwierigkeit bereitet die Anwendung einer kleineren

•Ζ ρ

Menge als 2,5 cnr/m . Gemäß Fig. 2 jedoch ist dies mit dem Spaltverfahren sogar möglich, wenn die Oberflächenrauhigkeit kleiner als 100 ml/min ist.

Unter Verwendung der Gleichungen IV und V kann allgemeiner gezeigt werden, daß die Oberflächenrauhigkeit unter (9,1 Y-127) liegt, wenn F < 10% sein muß und (4,5 Y - 127), wenn F <C 5% sein muß.

Mehrere Verfahren sind bekannt, ein Papier mit einer gewissen niedrigen Oberflächenrauhigkeit zu versehen. Die Oberflächenrauhigkeit des Papiers kann beispielsweise hauptsächlich schon in der Papierherstellungsmaschine bei der Auswahl der Faser und des Füllmaterials oder durch eine Anzahl von Betriebsbedingungen, wie z.B. dem Mahlungsgrad der Fasern, durch die Faserkonzentration, die Maschinengeschwindigkeit usw., beeinflußt werden. Ein gebräuchliches Verfahren zum Herstellen eines einseitig oberflächenglatten Papiers, sogenanntes MG-Papier, besteht darin, daß das Papier in einem abschliessenden Trockenprozeß einer großen Trockenwalze mit großer Oberflächenglätte, eine sogenannte Yankee-Walze, unterzogen

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wird. Die Oberfläche, die an die Walze angestoßen ist, weist eine geringe Oberflächenrauhigkeit auf, in manchen Fällen unter 100 ml/min, gemessen nach Bendtsen.

Wenn jedoch eine sehr geringe Oberflächenrauhigkeit auf beiden Seiten gefordert wird, werden besondere Maßnahmen ergriffen. Die angewendeten Verfahren sind insbesondere diejenigen, die auf dem Verdichten des Papaiers in Walzenpaaren zwischen zwei oder mehr Walzen beruhen, und die"glätten" oder "satinieren" genannt werden. Im letzteren Falle wird zusätzlich zur Verdichtung ein Gleiten des Papiers gegen eine Walzenfläche dadurch erzielt, daß eine Rolle in einem Walzenpaar aus Stahl ist und die andere Walze aus einem kompressibleren Material,wie z.B. Papier, ist.Durch dieses Verfahren und unter Anwendung vieler Walzenpaare kann das Papier eine Oberfläche mit großer Oberflächenglätte aufweisen. Durch eine sogenannte Hochsatinierung kann die Oberflächenrauhigkeit des Papiers auf wenigstens 20 ml/min,gemessen nach Bendtsen, gesenkt werden.

Die Oberflächenbehandlung gemäß der Erfindung wird mit einer Überzugsanlage ausgeführt, die kurz als Spalteinheit bezeichnet werden kann, da das besondere Kennzeichen dieser Einheit eine spaltförmige Öffnung 2 in und entlang eines länglichen Behälters 1 ist, der quer zur Laufrichtung der Papierbahn J5 angebracht ist und der mit Überzugsflüssigkeit versorgt ist.

Der Behälter 1 kann verschiedene Formen aufweisen, aber grundlegend ist, daß die Erfordernis eines gleichförmigen Stromes über die gesamte Länge des Behälters eingehalten v/ird, im allgemeinen über die Breite der Papierbahn.

In der einfachsten Ausführungsform ist der Behälter 1 ein gerades Rohr. Die Überzugsflüssigkeit kann entweder an einem Ende des Rohres oder an einem oder mehreren Anschlüssen entlang des Rohres (nicht gezeigt) zugeführt werden. Im letzteren

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Falle wird ein gewisser Gleichgewichtszustand des Flüssigkeitsdrucks entlang des Rohrs erzielt.

Grundlegend ist, daß der Behälter auf die Papierbahn 3 mit einem gleichmäßigem Druck trifft. Wenn der Spalt mit einem unterschiedlichen Druck quer auf die Maschinenbreite trifft, wird die Überzugsflüssigkeit in nicht gleichförmiger Art und Weise quer zu der Papierbahnbreite aufgetragen werden.

Obwohl ein Rohr ein relativ starrer Aufbau ist, können besondere Maßnahmen nötig sein, um die Durchbiegung des Behälters in den Fällen zu vermeiden, wenn eine breite Papierbahn, beispielsweise mehrere Meter breit, überzogen werden muß. Das Rohr kann beispielsweise entlang einer Welle oder ähnlichem befestigt werden. Der Behälter kann ebenfalls auch sofort einen starreren Aufbau als ein Rohr aufweisen, wie beispielsweise ein Behälter in Form eines quaderförmigen Kastens oder ähnliches.

Die spaltförmige Öffnung 2 des Behälters 1 verläuft entlang der Längsrichtung des Behälters. Die Länge der Öffnung 2 hängt mit der Breite der zu überziehenden Papierbahn zusammen. Da keine Flüssigkeit außerhalb der Papierbahnkanten austreten muß, muß die spaltförmige Öffnung 2 wenigstens ungefähr 1 cm kleiner als die Papierbahnbreite sein. Die nicht überzogenen Kantenstreifen der Papierbahn können, wo sie auftreten, bei dem Aufrollvorgang abgeschnitten werden.

Die spaltförmige Öffnung sollte eine Breite von 0,05 bis 5 mm, vor zug s v/eise 0,1 bis 2 mm, aufweisen. Eine spaltförmige Öffnung, deren Breite kleiner als 0,5 mm ist, bringt hohe Erfordernisse an die Herstellgenauigkeit des Spaltes mit sich. Eine zu breite spaltförmige Öffnung andererseits bringt die Gefahr mit sich, daß das Papier eine unerwünschte Flüssigkeitsabsorption aufweist, wenn es die Öffnung passiert. Der Strömungswiderstand in einer spaltförmigen Öffnung mit einer zu großen Breite ist nur unbedeutend größer als der Widerstand in dem

Behälter, an dem sich die spaltförmige Öffnung befindet. Dieses bezieht ein, daß ein möglicher, nicht gleichförmiger Flüssigkeitsdruck in dem Behälter quer zu der Maschinenbreite in die spaltförmige Öffnung durchbricht, und erhöht damit die Gefahr,' daß eine nicht gleichförmige Plüssigkeitsverteilung quer zur Papierbahnbreite auftritt. Die spaltförmige Öffnung muß deshalb so eng sein, daß der Druckabfall durch den Spalt quer zur Breite der zu überziehenden Papierbahn wenigstens dreimal, vorzugsweise wenigstens zehnmal so hoch ist, als entlang des Behälters.

Die Auslegung der Oberflächen, die die spaltförmige Öffnung entlang der Außenseite des Behälters begrenzen, ist für die Funktionsfähigkeit der Überzugsanlage von großer Bedeutung. Da das Papier darüber hinwegbewegt wird und in direkter Berührung mit diesen Oberflächen steht, ist es grundlegend erforderlich, daß die Oberflächen aus verschleißfestem Material bestehen, insbesondere, wenn die Überzugsanlage so ausgelegt ist, daß sie Überzüge mit einer Überzugsflüssigkeit, die Pigmente enthält, verwendet. In bezug auf den erforderlichen geringen Reibungswiderstand und eine gute Gleichförmigkeit des Auftrags müssen die Oberflächen sehr glatt und eben sein.

Die Winkel (X und ß, die von der Papierbahn mit den Außenflächen gebildet wird und die die spaltförmige Öffnung festsetzen, wie es in Fig. 2 gezeigt ist, sind für das Verfahren von Bedeutung und sollten zwischen 0° und 45°, vorzugsweise zwischen 5° und 30° liegen.

Bei besonderen Versuchen wurde außerdem überraschend ermittelt, daß für die Glätte des Überzugs grundlegend ist, daß die Papierbahn einen Freiwinkel zu der rückwärtigen Oberfläche des Spalts in Laufrichtung gesehen, aufweist, der nicht zu klein ist. Dies ist ebenfalls in Fig. 3 dargestellt. Der Winkel ,/" in der Figur sollte somit wenigstens 30°, zweckraäßigerweise

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wenigstens 90° und vorzugsweise wenigstens 120° betragen. Dies betrifft insbesondere das Überziehen, wo sich die Ansatzkante 1a in Laufrichtung des Papiers erstreckt. Eine bevorzugte Ausführungsform ist in Fig. 4 gezeigt.

Ein zweckmäßiger Verlauf der Papierbahn des Papiers über die Spalteinheit tritt in Fig. 3 auf, die einbezieht, daß die Ebene, die durch die Außenflächen gebildet wird und die spaltförmige Öffnung begrenzen, weitgehend waagerecht verläuft. Relativ weitgehende Verdrehungen, bis zu maximal 90° der Spalteinheit entlang ihrer Längsachse kann jedoch nicht nur zugelassen werden, sondern kann sogar manchmal erforderlich sein.

Die Papierbahn sollte vorzugsweise beim Passieren über den Spalt 'gespannt sein. Versuche haben ermittelt, daß die Spannung der Papierbahn 50 N/m Papierbahnbreite, vorzugsweise N/m Papierbahnbreite, erreichen sollte. Die obere Grenze ist. natürlich durch die Zugfestigkeit der Papierbahn festgelegt.

Die Papierbahn jedoch weist durch die Unvollkommenheiten bei der Funktionsweise der Papierherstellungsmaschine oft ungleiche Bereiche, sowohl quer als auch entlang der Papierbahn auf. Die Spannung in der Papierbahn ist deshalb nicht ganz gleichmäßig quer zur Papierbahn und kann in einer bestimmten Stellung ebenfalls mit der Zeit veränderlich sein. Um in solchen Fällen sicherzustellen, daß der Spalt auf die Papierbahn gleichmäßig trifft, kann es nötig sein, das Rohr mit dem Spalt so anzuordnen, daß es leicht bewegt werden kann, und so auszubilden, daß es gegen die Papierbahn mit einem konstanten oder weitgehend konstanten Druck gedrückt werden kann. Das elastische Rohr ist dann an einem Aufbau anzubringen, der die Beanspruchung durch das Schweißen aushält, und das elastische Rohr wird gegen die Papierbahn mit Hilfe einer Einrichtung, wie z.B. Feststellschrauben, Federn oder hydraulische Druckeinrichtungen, gedrückt.

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Die gleiche Wirkung kann mit einem Spalt-Behälter erzielt werden, der der Belastung durch das Schweißen standhält, wenn die Spannung der Papierbahn durch Gieit-Einrichtungen oder Walzen-Einrichtungen geregelt ist, dessen Druck gegen die Papierbahn über der Breite geregelt werden kann. Dieser Druck kann ebenfalls mit Luft aufgebracht werden, beispielsweise mit einem feststehenden Rohr 6, wie es in Fig. 5 gezeigt ist. Das Rohr erstreckt sich quer über die Breite der Papierbahn 3 und ist entlang der Länge und über den Umfangsbereich, der von der Papierbahn überdeckt wird, mit Öffnungen 7 in Form von Löchern oder Schlitzen versehen, durch die die Luft vom Innern des Rohrs 6 zwischen das Rohr und die Papierbahn gedrückt wird. Papierbahnbereiche mit einer niedrigeren Spannung als der Großteil der Papierbahn werden hierbei durch die Luft weiter außerhalb des Rohres gedrückt, wobei die Druckschwankungen ausgeglichen werden. Dieses Druckluftbauteil kann direkt vor oder direkt nach dem Walzenpaar,in Laufrichtung der Papierbahn gesehen, vorgesehen sein. Die Behandlungsflüssigkeit, die in Verbindung mit der Erfindung angewandt wird, enthält vorzugsweise Wasser als Hauptlösungsmittel und Behandlungsmittel, das im Wasser gelöst oder verteilt ist.

Beim Betrachten der Erfordernis eines geringstmöglichen P_n-_n wurde als notwendig ermittelt, daß die Überzugsflüssigkeit nicht zu viskos ist. Die Überzugsflüssigkeit sollte somit eine Viskosität von maximal 300 cP, zweckmäßigerweise maximal 100 cP und vorzugsweise maximal 50 cP, gemessen mit einem Brookfield-Viskosimeter bei 50 IJpm aufweisen.

Für das erfindungsgemäße Verfahren ist es äußerst grundlegend, daß die Behandlungsflüssigkeit mit einem konstanten Strom in die Überzugsanlage gelangt, da sonst andererseits der Überzug nicht gleichmäßig sein würde. Deshalb sollte die Flüssigkeit durch eine Pumpe 5» die einen Strom ohne Pulsierungen erzeugt, geliefert werden. Dafür geeignete Pumpen sind z.B.

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Schraubenpumpen oder Zahnradpumpen. Diese Pumpen können ebenfalls als Steuerorgan verwendet v/erden, da das Einstellen auf einen bestimmten und konstanten Stromwert, der für das erfindungsgemäße Verfahren ebenfalls -grundlegend ist, leicht durch die Anzahl der Umdrehungen eingestellt werden kann. Der Strom, der von einer Schrauben- oder Zahnradpumpe geliefert wird, ist außerdem relativ unabhängig von dem Gegendruck der Flüssigkeit, was von großem Vorteil ist.

Der Strom, q in cm /min, auf den die Pumpe eingestellt werden muß, ist durch die erforderliche Behandlungsbreite b in m, die erforderliche Menge an aufgetragener Behandlungsflüssigkeit P in cm /m und durch die Geschwindigkeit ν in m/min der Papierbahn bestimmt. Durch Umformen der Gleichung I ergibt

q «= P . ν · b VII

Da bei einem bestimmten Beispiel für einen Überzug P und b konstant sind, ist q nur von ν abhängig.

q = konstant · ν VIII

Daraus ist zu folgern, daß die Pumpe sehr zweckmäßigerweise mit derselben Antriebseinrichtung, wie die Überzugsmaschine, verbunden ist, so daß eine Änderung der Maschinengeschwindigkeit eine entsprechende relative Änderung der Anzahl der Umdrehungen der Pumpe bewirkt, und dadurch den Strom steuert. Dieselbe Wirkungsweise kann natürlich durch eine Einrichtung einer Nichtdurchflußpumpe, wie z.B. eine Zentrifugalpumpe, erzielt werden, deren Strom durch eine Steuereinrichtung mit einem Impuls von der Maschinengeschwindigkeit geregelt wird.

Eines der wichtigsten kennzeichnenden Merkmale der Erfindung ist, daß der gesamte Flüssigkeitsstrom von der spaltförmigen

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Öffnung auf die Papierbahn aufgetragen wird, so daß kein Überströmen oder Rückströmen der Überzugsflüssigkeit auftritt. Die Erfindung betrifft nicht einen solchen Gebrauch der Spalteinheit, daß die Einheit mehr als die geforderte Mindestmenge an Überzugsflüssigkeit-aufträgt, und daß deshalb der überflüssige Auftrag z.B. unter Verwendung eines Messers oder eines Schovens abgeschabt werden muß.

Die Hauptvorteile der Erfindung, daß die aufgetragene Menge der Flüssigkeit einfach und sicher entsprechend den Gleichungen VII und VIII und der dazugehörigen Beschreibung geregelt und gesteuert v/erden kann _r können durch das Auftragen des gesamten Flüssigkeitsstromes auf die Papierbahn ohne ein Über- oder Rückströmen erzielt werden.

Die Erfindung kann bei einer Anzahl von verschiedenen Oberflächenbehandlungsarten angewandt werden, von denen einige im folgenden beispielsweise näher erläutert und detailliert beschrieben werden.

Nachstehend wird die Oberflächenleimung näher beschrieben.

Die Oberflächenleimung betrifft ein Verfahren zum Auftragen einer wäßrigen Lösung von Bindemittel auf die Papieroberfläche.

Die Aufgabe der Oberflächenleimung besteht gewöhnlich darin, die Bindungskräfte zwischen den Fasern in dem Oberflächenüberzug des Papiers zu verbessern, aber häufig können die Aufgaben auch verschieden sein und beispielsweise darin bestehen, die Porigkeit der Oberfläche zu verringern. Diese beiden aufgezigten Wirkungsweisen sind dann von Bedeutung, wenn das Papier weiter verarbeitet wird, insbesondere beim Drucken. Die verbesserte Bindung zwischen den Fasern ergibt somit eine geringere Gefahr für das Aufstäuben und Auswicken. Die verringerte Porigkeit bewirkt ein geringeres Eindringen während der Flüssig-

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keitsphase der Druckerschwärze, was gleichzeitig eine in manchen Beziehungen bessere Druckqualität bewirkt.

Die Gefahr des Auswickens und Aufstäubens beim Drucken ist beim Offset-Druck besonders groß, so daß dabei Wasser an den Druckwalzen und Farben mit hoher Viskosität verwendet v/erden müssen. Das Problem des Aufstäubens hat besondere Bedeutung in Zusammenhang mit der Umstellung von der Druckerpresse auf das Offset-Druckverfahren bei Zeitungen gewonnen.

Die Bindemittel, die zur Oberflächenleimung verwendet werden können, sind gewöhnlich billige, wasserlösliche Polymere, wie z.B. Stärkekleister, Celluloseester, z.B. das Natriumsalz der Carboxymethylcellulose (CMC), Polyvinylalkohol.

Das Oberflächenleimverfahren, das das vergleichsweise beste und meist verwandte ist,weist eine Leimpresse auf, die sich in dem Trockenbereich der Papierherstellungsmaschine befindet. Das ' Verfahren ist einfach, aber es weist mehrere Nachteile auf. Der größte Nachteil ist dabei die große Menge an Bindemittellösung (Oberflächenleim), der ein weitgehendes Nachtrocknen erfordert. Weiterhin ist es schwierig, die Menge des aufgetragenen Oberflächenleims zu steuern, dessen Menge stark abhängig von den Absorptionsbereichen des Papiers, der Viskosität des Oberflächenleims und der Maschinengeschwindigkeit ist. Um eine geringe Menge an aufgetragenem Bindemittel zu erzielen, was im Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit von großer Bedeutung ist, muß eine geringe Bindemittelkonzentration verwendet werden.

Anstelle der Oberflächenleimung mit dem Spalt-Verfahren gemäß der Erfindung kann die Bindemittelkonzentration vergrößert werden, indem ein entsprechend kleiner Oberflächenleimüberzug aufgetragen wird. Somit wird ebenfalls erzielt, daß wesentlich weniger Wasser vorhanden ist, das nachher ausgetrocknet werden muß.

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Beispiel 1a

Bei dein Versuch wurde ein Zeitungspapier von einer modernen Hochgeschwindigkeitsmaschine verwendet. Das Papier weist ein

Flächengewicht von 52g/m auf ist aus 80% mechanischem Holzschliff und 20$ chemischem Zellstoff hergestellt. Die Proben, die oberflächengeleimt waren, wurden unsatiniert der Maschine entnoimaen. Die Oberflächenrauhigkeit betrug 560 ml/min auf der Oberseite und 595 ml/min auf der Siebseite des Papiers, beide Werte nach Bendtsen gemessen. Das spezifische Volumen betrug 2,29 cm /g. Der Feuchtigkeitsgehalt war 7,0%.

Als Bindemittel für die Oberflächenleimung wurde eine gering viskose CMC-Sorte Cellufix FF-100 mit einer Konzentration von 1,4?o verwendet. Die Viskosität dieser Lösung betrug 44 cP, gemessen mit einem Brookfield-Viskosimeter bei 50 Upm und 20°C.

Die Oberflächenleimung wurde in einer Half-scale-Maschine ausgeführt, in der zuerst das Papier auf der Siebseite und darauf auf der Oberseite überzogen wurde. Das überzogene Papier wurde mit Heißluft getrocknet, worauf die entgegengesetzte Seite beschichtet und auf die gleiche Weise getrocknet wurde.

Die Lösung wurde bei Raumtemperatur stetig dem Spalt mit einer Leistung von 60 cm /min zugeführt. Die Maschinengeschwindigkeit war so geregelt, daß ein gleichmäßiges Überziehen der gesamten Papierbahn erzielt wurde. Die Geschwindigkeit betrug dabei 27 bis 28,5 m/min. Die aufgetragene Menge war 7,5 cm /m

-χ ρ

auf der Oberseite und 8,0 nr/m auf der Siebseite, und die Papierbahnbreite betrug 28 cm. Dies entspricht 0,105.und

beziehungsweise 0,112 g staubtrockenem Bindemittel pro m .

Die oberflächengeleimte Probe sowie das unbehandelte Papier wurden vor der Auswertung der verschiedenen Eigenschaften geglättet. Die Auswertung erfolgte in einem half-scale-KaHarider,

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wobei das Papier zwei Walzenpaare bei 20⁰C passieren mußte. Der Walzendruck war so eingestellt, daß das spezifische Volumen nach dem Glätten 1,40 cm /g betrug, welches ein gebräuchliches spezifisches Volumen für ein maschinell geglättetes Zeitungsdruckpapäer ist. '

Die geglätteten Proben wurden an einer Mehrzahl von Bereichen nach den im Handel gebräuchlichen Verfahren geprüft. In Betracht gezogen wurde die Aufstäubungsneigung, die in diesem Zusammenhang äußerst wichtig ist, wofür folgendes Prüfverfahren angewandt wurde:

Prüfverfahren zur Bestimmung des Aufstäubens von Offset-Druckpapier

Bei diesem Verfahren wurde eine Multilith-1250-Bogen-Offset-Druckmaschine verwendet. Das zu prüfende Papier war in DIN.*A4-Bogen geschnitten worden. Für jede Prüfung werden 100 Bogen verwendet. Für die doppelte Prüfung der Oberseite und der Siebseite des Papiers sind somit wenigstens 400 DIN A4-Bogen erforderlich. Die Laufrichtung des Papiers bei der Herstellung wurden durch Bandabschabung bestimmt.

Die Bogenstapel wurden sorgfältig gerüttelt und gewendet, um möglichen Schneidstaub zu entfernen.

In der Multilith-Maschine waren das Befeuchtungswerk und das Farbauftragsorgan nicht miteinander verbunden, um die Anzahl der Bogen für die jeweilige Prüfung niedrig zu halten. Der Anpreßdruck beim Drucken wurde so hoch,wie eine störungsfreie Zuführung der Bogen möglich war, gehalten, und die Druckgeschwindigkeit belief sich auf ungefähr 70 Bogen pro. Minute.

Auf dem gesäuberten Gummituch v/erden zehn gleichmäßig über dem Tuch verteilte Nachlaßwerte mit einem EIrepho FMY/C-Filter gemessen.

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Daraufhin wird das Tuch aufgespannt, und 100 Bogen durchlaufen die Druckwalze. Das Gummituch wird zurückbewegt, und der Nachlaß auf dem Tuch wird wiederum, aber diesmal mit zwanzig gleichmäßig über das Tuch verteilte Vierten gemessen. '

Die Differenz zwischen den Nachlaßwerten des Tuches vor und nach der Prüfung wird mit (XR bezeichnet.

Der Abstäubungswert ARy wird durch Multiplikation der Werte A R mit dem Korrekturfaktor für den Gewebeabrieb, der durch Versuche mit genormtem Papier bestimmt ist, ermittelt.

Die Ergebnisse, die in Tabelle I zusammengefaßt sind, zeigen, daß die Neigung zum Abstäuben durch die Leimung auf ein Drittel gesenkt werden konnte, ohne die anderen drucktechnischen Eigenschaften stark zu vermindern.

Dabei wurden keine nachteiligen Wirkungen der Oberflächenbehandlung festgestellt. Dieses Ergebnis ist überraschend, da die Fachleute große Schwierigkeiten beim Verbessern der Abstäubungseigenschaft, ohne gleichzeitige Zerstörung der Druckeigenschaften sehen.

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Tabelle I	Oberseite Siebseite	unbehan- deltes Papier	Oberflächen geleimtes Papier
	. Oberseite Siebseite		7,5 8,0
	Oberseite Siebseite		0,105 0,112
3/2 aufgetragene Menge,naß,cm /m ¹¹ . " " trocken »	Oberseite Siebseite	2,91 2,85	2,69 2,61
aufgetragene Menge,trocken g/m2 II !I Il It	Oberseite Siebseite	4,4 4,2	4,5 4,7
Oberflächenrauhigkeit, Parker-Druck, μτη	Oberseite Siebseite	1,64 1,53	1,52 1,57
Abdruck bei Schwärze-p Kontrast 0,85 . g/m	Oberseite Siebseite	55,7 56,3	52,6 56,3
erforderliche Farbe bei ρ Schwärze-Kontrast 0,85 g/m		3,07 3,05	2,90 2,93
Farbabdruck %	Oberseite Siebseite	0,953	0,949
Farbdeckfähigkeit s ¥	Oberseite Siebseite	27,0 27,0	26,3 28,9
Druckfähigkeit	Oberseite Siebseite		9,6 11,1 .
Abdruck		0,33 0,44	0,10 0,14
Abrieb
Stäubungsprüfung /v, Ry

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Beispiel 1b

Ein Versuch mit Oberflächenleimung wurde bei einer höheren Maschinengeschwindigkeit durchgeführt. Ein Zeitschriftendruckpapier mit dem Flächengewicht 60 g/m wurde bei diesem Versuch verwendet. Das Papier war hergestellt aus 22% chemischem Zellstoff und 78% Holzschliff. Die Oberflächenrauhigkeit der Oberseite wurde mit 185 ml/min nach Bendtsen bestimmt. Der Feuchtigkeitsgehalt betrug 7

Als Bindemittel für die Oberflächenleimung wurde eine gering viskose CMC-Sorte, Cellufix FF-1OO, mit einer Konzentration von 1,4% verwendet. Die Viskosität dieser Lösung betrug 44 cP, gemessen mit einem Brookfiled-Viskosimeter bei 50 Upm. Eine kleine Menge Farbstoff (0,04 Rhodamin B 200) wurde dem Oberflächenüberzug beigemischt, um die Gleichmäßigkeit des Überzugs beurteilen zu können.

Die Oberflächenleimung wurde in einer Hochgeschwindigkeitsmaschine durchgeführt, mit der die Oberseite des Papiers überzogen wurde. Die Lösung wurde bei Raumtemperatur dem Spalt kontinuierlich mit einem solchen Strom zugeführt, daß bei einer Maschinengeschwindigkeit von 450 m/min die Papierbahn gleichmäßig überdeckt war. Die aufgetragene Menge betrug 4,0cm /m.

Die Gleichmäßigkeit des Auftrags war ausgezeichnet.

Überziehen

Das Überziehen bezieht sich auf ein Verfahren, bei dem weißer, in Wasser verteilter Farbstoff auf die Papieroberfläche aufgetragen wird. Um den Farbstoff zu binden, ist weiterhin ein Bindemittel zuzugeben. Als Farbstoff kann beispielsweise verwendet werden Kaolin, Kalk, Titandioxid, Satinweiß,und als Bindemittel können z.B. Stärkekleister, Kasein, CMC,

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Polyvinylalkohol, synthetische Polymere im Dispersionszustand verwendet werden,

Die Aufgabe des Überziehens besteht darin, daß die Oberflächenhelligkeit und die Farbdeckfähigkeit des Papiers ansteigen, und daß eine Mehrzahl anderer Eigenschaften, die, wenn das Papier insbesondere beim Drucken verwandt wird, von Bedeutung sind, Verbessert werden.

Die gebräuchlichsten Überzugsverfahren sind die Leimpresse, Luftmesser- und Gleitblatt-Verfahren. Das Überziehen wird meist in einer Spezialmaschine vorgenommen, die sich außerhalb der Papiermaschine befindet. Diese Verfahren können durch das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft ersetzt werden.

Beispiel 2

Bei dem Versuch wurde ein ungebleichtes Starkpapier mit dem Flächengewicht 110 g/m verwendet. Der Feuchtigkeitsgehalt des Papiers war h,2%, und die Oberflächenrauhigkeit an der Oberseite betrug 755 ml/min, gemessen nach Bendtsen.

Der Farbstoff in der Überzugsmischung war Dinkie A, eine Kaolinsorte von English Chima Clay. Als Bindemittel wurden 12 Teile Dow Latex 680 und 2 Teile Cellufix FF-20,berechnet auf 100 Teile Farbstoff, verwendet. Die Bindemittel, die ein Styrol-Butadien-Latex bzw. das Salz der Carboxymethylcellulose sein kann, werden von- der Dow Chemical bzw. SCA geliefert. Die Mischung enthielt weiter 0,3 Teile Glyoxal als feuchten Härter. Der Trockengehalt der Überzugsmischung betrug 47,5/6, und die Viskosität betrug 390 cP, gemessen mit einem Brookfield-Viskosimeter bei 50 Upm und 23°C

Das Überziehen wurde in einer half-scale-Maschine ausgeführt, in der die Oberseite des Papiers überzogen wurde. Die Überzugsmischung mit Raumtemperatur wurde dem Spalt kontinuierlich

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zugeführt. Die Maschinengeschwindigkeit war so eingestellt, daß die aufgetragene Menge V ..^ entsprach. Die Menge der aufgetra-

mxxi xo- *y

genen Überzugsmischung betrug 9,4 cm /m oder 7,7 g/m , die

ungefähr 3,7 g/m stark trockenem Material entspricht. Das überzogene Papier wurde mit Heißluft getrocknet.

Der Überzug war sehr gleichmäßig, und die Oberflächenhelligkeit des Papiers war durch das Überziehen von 26,4% auf 50,6% verbessert worden. Die feuchte Abriebswiderstandsfähigkeit wurde entsprechend zu TAPPI RC 184 zu 93% bestimmt, und die Oberflächenfestigkeit der Überzugsschicht wurde zu 105 cm/s nach IGT bestimmt.

Oberflächenbleichen

Oberflächenbleichen ist, soweit bekannt, kein Verfahren, das heutzutage in der Industrie angewandt wird. "Vor allem besteht die Schwierigkeit bei diesem Verfahren in der relativen Langsamkeit der Bleichreaktionen, so daß das Papier in einer Hochgeschwindigkeitsmaschine nicht gebleicht werden kann, bevor das Papier getrocknet werden muß. Wenn es jedoch möglich wäre, daß das Bleichen in der gesamten Papierrolle weitergeführt würde, dann wäre genügend Zeit vorhanden. Um dieses Verfahren wirtschaftlich vorteilhaft anzuwenden, sollte das nochmalige Aufwickeln des Papiers zum Trocknen unnötig gemacht werden. Oder' anders ausgedrückt - die Menge des verwendeten Wassers muß sehr gering sein. Dies wird mit dem erfindungsgemäßen Spalt-Verfahren möglich.

Beispiel 3

Bei dem Versuch wurde ein hochsatiniertes Zeitschriftendruckpapier mit einem Flächengewicht von 60 g/m verwendet. Das Papier war aus 24% chemischem Zellstoff und 76% Holzschliff hergestellt. Der Aschegehalt des Papiers betrug 22,5%, und der Feuch-

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tigkeitsgehalt betrug 6,0%. Die Oberflächenrauhigkeit auf der Oberseite belief sich auf 35 ml/min, gemessen nach Bendtsen.

Die Flüssigkeit zum -Bleichen bestand aus 5%iger Natriumdithionitlösung, gepuffert mit Kaliumhydrogen-phosphat auf einen pH-Wert von 5»2.

Das Bleichen wurde in einer half-scale-Maschine ausgeführt, in der das Papier auf der Oberseite überzogen wurde. Die Bleichflüssigkeit bei Raumtemperatur wurde dem Spalt kontinuierlich . zugeführt. Die Maschinengeschwindigkeit war so eingestellt, daß die aufgetragene Menge gerade etwas über P_min lag. Die Menge der aufgetragenen Bleichflüssigkeit betrug 2,8 cnr/m oder 0,14 g Natriumdithionit/m , was einem 2,3 kg Natriumdithionit/t Papier entspricht. Die Oberflächenhelligkeit des Papiers wurde von 67,9% auf 69,7% verbessert.

Das Verfahren kann beispielsweise zum Erzeugen der Papierhelligkeit im Endzustand verwendet werden.

Oberflächenfarben

Gefärbtes Papier wird in vielen Fällen noch durch Zusetzen von Färbemitteln zu der Grundmasse hergestellt, aber das Oberflächenfarben wird immer gebräuchlicher. Das Oberflächenfarben weist große Vorteile im Vergleich zu dem Grundmassenfärben auf. Das Oberflächenfarben benötigt nicht soviel Färbemittel, wie das Grundmassenfärben bei einem bestimmten erforderlichen Farbeffekt, und gleichzeitig werden einige beim Grundmassenfärben auftretende Schwierigkeiten beseitigt. Das Färbemittel ist bei dem Grundmassenfärben nicht zu 100% in dem Papier gebunden, sondern Teile davon treten' in dem Stauwasser auf, so daß Schwierigkeiten auftreten, wenn die Herstellung von gefärbtem Papier auf die Herstellung von nicht gefärbtem Papier umgestellt wird, und gleichzeitig können dadurch auch schwere Umweltsverschmutzungen auftreten.

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Manchmal genügt es oder ist es nur erforderlich, eine Seite des Papiers zu färben. Dabei kann nur das Verfahren der Oberflächenfärbung verwendet werden.

Die meisten bekannten Oberflächenüberzugsverfahren können natürlich ebenfalls bei der Oberflächenfärbung angewandt werden, aber das erfindungsgemäße Spaltverfahren in der hier beschriebenen Weise weist eine Anzahl von großen Vorteilen auf. Ein sehr einfaches und gleichmäßiges Auftragen der Färbemittellösung, sogar bei sehr hohen Geschwindigkeiten, wird dadurch möglich. Weiterhin wird das Regeln und Einstellen der Menge des aufgetragenen Färbemittels auf sehr einfache und wirksame Weise erzielt. Weiterhin konnte das Färben durch Ein- und Ausschalten der Pumpe, die die Färbelösung zu dem Spalt fördert, sehr einfach begonnen und beendet werden.

Ein weitere grundlegender Vorteil bei dem erfindungsgemäßen Verfahren im Falle der Anwendung bei der Oberflächenfärbung besteht darin, daß so wenig "von der Färbelösung aufgetragen wird, daß das Nachtrocknen sehr einfach durchgeführt werden kann, beispielsweise durch einige Infraroteinrichtungen, oder daß das Nachtrocknen sogar entfallen kann. Die letztere Möglichkeit bezieht sich insbesondere auf das einseitige Oberflächenfarben.

Beispiel 4a

Zwei Versuche mit einem zweiseitigen Oberflächenfarben wurden durchgeführt. Das bei dem Versuch verwendete Grundpapier waren zwei verschiedene Sorten von Zeitschriftendruckpapier mit den folgenden Daten:

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2A09981

Aschegehalt % 7 12

Feuchtigkeitsgehalt " % 6,8 7,2

Oberflächenrauhigkeit

nach Bendtsen ml/min 230 500

Als Färbemittel wurden Färbemittel von BASF auf Fluidbasis verwendet. Die Färbelösung wurde durch Mischen des Fluidfärbemittels mit Wasser hergestellt.

Zum Erzeugen eines besonderen gelben und eines besonderen grünen Farbtons wurden folgende Färbemittelzusammensetzungen verwendet:

Färbemittel % Beisp. 4A Beisp.4B

0,04

Auraminf luidkonz entr ation % 0,05

Chrysoidin % 0,10

Burmagrün % 0,04

Das Oberflächenfarben wurde in einer half-scale-Maschine durchgeführt, in der das Papier zuerst auf der Siebseite und dann auf der Oberseite überzogen wurde. Die Lösung bei Raumtemperatur wurde dem Spalt kontinuierlich zugeführt. Die Maschinengeschwindigkeit war so eingestellt, daß die aufgetragene Menge mit' einer großen Abweichung P_m-_n überschritt, um einen auf der Siebseite und der Oberseite gleich großen Überzug zu erzielen, und um dabei ebenfalls auf beiden Seiten die gleiche Farbintensität zu erzielen. Die aufgetragene Menge betrug bei diesem Versuch 10,0 cm auf der entsprechenden Seite. Das überzogene Papier wurde mit Heißluft getrocknet. Bei beiden Versuchen wurde eine sehr gleichmäßige Färbung erreicht.

Beispiel 4b

Für Versuche mit einem einseitigen Oberflächenfarben ohne nachfolgende Trocknung wurde ein hochsatinjartes Papier mit dem Flächengewicht von 55 g/m verwendet, das aus 25>£ chemischem Zellstoff und 75% Holzschliff hergestellt war„ Der Aschegehalt

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des Papiers betrug 10%, und der Feuchtigkeitsgehalt betrug 6,3/-o. Die Oberflächenrauhigkeit der oberen Seite war 50 ml/min, gemessen nach Bendtsen.

Als Färbemittel wurden Färbemittel auf Fluidbasis von BASF verwendet. Die Färbelösung wurde durch Mischen von 2,6% Auraminfluidkonzentration und 0,1% Burmagrün mit Wasser hergestellt.

Das Oberflächenfarben wurde in einer Hochgeschwindigkeitsmaschine durchgeführt. Das Papier wurde an der Oberseite überzogen. Die Lösung von Raumtemperatur wurde dem Spalt kontinuierlich zugeführt, Und der Strom war so eingestellt, daß die aufgetragene Menge knapp über P_min lag. Die Maschinengeschwindigkeit betrug 170 m/min. Die aufgetragene Menge der Färbelösung betrug 3>7 cm /m . Das gefärbte Papier wurde ohne Trocknung aufgerollt. Der Feuchtigkeitsgehalt in dem Grundpapier betrug 6,3% und nach dem Färben und Aufrollen 10,1%. Der berechnete Feuchtigkeitsgehalt nach dem Färben beträgt 13,0%. Der Feuchtigkeitsgehalt in dem Papier wird somit beim Durchgang zwischen Spalt und Aufrollen um 2,9% verringert, was durch die Eigenverdampfung erzielt wird.

Das Papier war sehr gleichmäßig gefärbt und konnte in dem vorliegenden Zustand ohne weitere Trocknung verwendet werden* Das Papier wird beispielsweise zur Herstellung von Zetteln verwendet.

Die Erfindung erzielt dieselben, vorher erwähnten Vorteile bei einer Vielzahl von zusätzlichen Anwendungsfällen_o Solche Fälle betreffen unter anderem das Überziehen mit wäßrigen Dispersionen oder Emulsionen von natürlichen oder synthetischen Polymeren zum Erzielen von besonderen Y/irkungen, wie z.B. Imprägnierung, Heißsiegelfähigkeit, Gasdichtigkeit, Wasserdichtigkeit, Öldichtigkeit usw. Bei der Verwendung des erfindungs-

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gemäßen Verfahrens wird ein gleichmäßiger Auftrag eines gewünschten Polymers mit einer minimalen Menge beigemengten
Wassers ein gewünschter Wert einer bestimmten Wirkung mit einer minimalen Menge an Polymer .erzielt, und dabei entstehen minimale Kosten, wobei gleichzeitig die Kosten für die Trocknung verringert werden.

Weitere große Vorteile des Spalt-Verfahrens bestehen darin, daß die Anlage zum Überziehen billig ist und einen geringen Platzbedarf aufweist.

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Papier-Werte

Holzschnitt

Flächengewicht

Faserzusammensetzung:

Patentansprüche

1.λ Verfahren zum Herstellen von oberflächenbehandeltem Papier V_-X in Form von durchgehenden Papierbahnen, dadurch gekennz e i chnet, daß ein als Ausgangsmaterial • dienendes Grundpapier vor der Oberflächenbehandlung eine entsprechende Oberflächenrauhigkeit, gemessen nach Bendtsen, von maximal 800 ml/min auf der oder den zu behandelnden Seiten erhält, daß das Endpapier in einem oder zwei darauffolgenden Arbeitsschritten für einseitige und zweiseitige Oberflächenbehandlung durchgeführt wird und mit einer spaltförmigen Öffnung in einem Behälter in Berührung ist, wobei sich die Öffnung quer zur Papierbahn erstreckt, daß eine Behandlungsflüssigkeit, die aus Wasser und einem Behandlungsmittel, das darin gelöst oder verteilt ist, gleichmäßig und mit einem gleichförmigen Strom zu dem Behälter gefördert wird, und durch die spaltförmige Öffnung mit Hilfe einer auf einen gewissen Stromwert regelbaren Steuerbauteil ausfließt, und daß der gesamte Flüssigkeitsstrom durch die spaltförmige Öffnung auf die Papierbahn mit einer Menge von wenigstens (1,4 + 0,0107 B) cm/m und Seite aufgetragen wird, wobei B gleich der Oberflächenrauhigkeit, gemessen nach Bendtsen, ist, und wobei der höchste Betrag 10 CW³Zm. und Seite beträgt, wobei das Papier möglicherweise getrocknet und schließlich aufgerollt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Papierbahn auf einer ebenen Oberfläche des Behälters läuft, der die spaltförmige Öffnung einschließt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Papierbahn auf der Zufuhr- und Entnahmeseite Winkel (CC und

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ß) zwischen 0° und 45°, vorzugsweise zwischen 5° und 30° mit dem ebenen Oberflächenabschnitt des Behälters bilden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Papierbahn mit-der Außenseite des Behälters nach der spaltförmigen Öffnung einen Freiwinkel von wenigstens 30°, vorzugsweise mindestens 120° bildet.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mögliche örtliche Unterschiede bei der Spannung des Papiers in der Papierbahn durch eine mit Druckluft betriebene Einrichtung von Düsen, die quer zu der Papierbahn und gegen die Papierbahn angeordnet sind, ausgeglichen werden.

4.0 9 8 3 8 / 0 7 h H

Lee rs e i t e