DE2409981B2

DE2409981B2 - Verfahren zum Herstellen von oberflächenbehandeltem Papier

Info

Publication number: DE2409981B2
Application number: DE2409981A
Authority: DE
Inventors: Gustav Robert Sundsvall Svensson; Bengt Axel Piteaa Wennerblom
Original assignee: SVENSKA CELLULOSA SUNDSVALL (SCHWEDEN) AB
Current assignee: SVENSKA CELLULOSA SUNDSVALL (SCHWEDEN) AB
Priority date: 1973-03-02
Filing date: 1974-03-01
Publication date: 1978-08-17
Also published as: NO740568L; FI57144C; FR2219992B1; JPS5729599B2; DE2409981C3; BE811760A; FR2219992A1; CH566175A5; ATA171874A; SE383007B; CA1013214A; NO141658B; NL7402918A; AT332730B; NO141658C; DE2409981A1; JPS49117709A; GB1470788A; FI57144B; US3941902A

Description

Farbstoff

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

Oberflächenleimung

Überziehen

Oberflächen-Bleichen

Oberflächenfarben
(Plastik)-Dispersionsauftrag

Ein Verfahren der eingangs genannten Art zum Beschichten von Bändern ist aus der DE-OS 16 52 402 bekannt. Hierbei bildet sich zwischen der Oberfläche des Behälters mit der spaltförmigen öffnung, aus der die Behandlungslösung austritt, und der Unterseite der darüberlaufenden Bahn eine Tasche, die sich mit Behandlungslösung auffüllt. Die Behandlungslösung wird über eine öffnung zugeführt und über eine weitere, in einem Abstand dazu liegende öffnung abgeführt, und das Auftragen der Behandlnngslösung erfolgt absichtlich mit einer überschüssigen Menge, die anschließend von der Oberfläche der Bahn abgestreift wird. Durch die Zu- und Rückführung der Behandlungslösung bildet sich eine umlaufende Strömung, die insbesondere bei hohen Durchliiufgeschwindigkeiten von bahnförmigem Material zur Pulsierung neigt, was Unregelmäßigkeiten im Hinblick auf die aufgetragene Schicht zur Folge hat.

Aus der US-PS 31 46 159 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung bekanntgeworden, die zwei Walzen umfassen, zwischen denen das Papier durchgeführt wird, und eine Behandlungslösung wird gleichzeitig auf die bo zwei Walzen gegeben. Dieses üblicherweise zur Oberflächenleimung und/oder zum Oberflächenfarben verwendete Verfahren besitzt insbesondere den Nachteil, daß sich die auf der Papieroberfläche üblicherweise aufgetragene Behandlungslösungsmenge auf 20cm³/m² _b5 und Seite beläuft. Mit zunehmender Geschwindigkeit wächst auch die aufzutragende Menge, insbesondere dann, wenn das Grundpapier geleimt wird, da es hierdurch wasserabstoßend wird. Bei nicht geleimtem und

absorbierendem Grundpapier kann die Menge der aufgetragenen Behandlungslösung bis zu 40cm³/m² und Seite oder mehr betragen, und die aufgetragene Behandlungslösungsmenge wächst mit zunehmender Masse des Papiers.

Ein weiteres übliches Verfahren zum Überziehen, insbesondere zum Dispersionsüberziehön ist das sogenannte Luftbürstenverfahren, bei dem zuerst eine relativ große Menge an Behandlungslösung auf die Papierbahn, beispielsweise mit einer in die Behandlungslösung eingetauchten Walze, aufgetragen wird und anschließend dann die überschüssige Menge an Behandlungslösung durch einen Luftstrom abgeblasen wird, der im wesentlichen tangential gegen die Papierbahn und gegen die Walze gerichtet ist. Bei diesem Verfahren erhält man einen äußerst gleichmäßigen Überzug auf der Papierbahn, jedoch ist die Menge der aufzutragenden und aufgetragenen Behandlungslösung meist sehr groß und beträgt mindestens 20 cmVm².

Den vorstehend genannten Verfahren ist insgesamt gemeinsam, daß sie zur Herstellung von oberflächenbehandeltem Papier bei hohen Durchlaufgeschwindigkeiten > 800 m/min nie zufriedenstellend arbeiten, da entweder zu große Mengen an Behandlungslösung aufgebracht werden müssen, was unrentabel ist, oder daß der aufgebrachte Überzug aufgrund von Pulsierungen des Behandlungslösungsstromes unregelmäßig wird.

Aus der DE-AS 10 75 934 ist ein Verfahren zur Herstellung von Streichpapier bekannt, das bei hohen Geschwindigkeiten arbeiten kann. Hierbei wird zuerst eine überschüssige Menge an Behandlungslösung aufgetragen und anschließend mit Hilfe eines in einem Winkel zur Papierbahn angeordneten Gleitmessers abgetragen, während das Papier über eine Walze läuft. Hierbei kann sich die Menge an aufgetragener Behandlungslösung weitgehend, möglicherweise bis auf 7 cnWcm² in einer Durchschnittsgeschwindigkeit von 100 bis 200 m/min der Papierbahn verringern. Bei zunehmender Geschwindigkeit ergeben sich jedoch Schwierigkeiten beim Aufbringen einer so kleinen Behandlungslösungsmenge. Es wächst nämlich der Druck der aufgetragenen Behandlungslösungsschicht, der das Messer derart beaufschlagt, daß es sich von der Oberfläche des Papiers wegzubewegen versucht, was zur Folge hat, daß die aufgetragene Behandlungslösungsmenge ansteigt. Bei Durchlaufgeschwindigkeiten der Papierbahn von ^500 m/min ist es praktisch unmöglich, eine Menge unter ungefähr 10cm³/m² aufzutragen. Auch besteht hierbei die Neigung, daß sich die aufgetragene Behandlungslösung in den Poren bzw. in den Hohlräumen der Oberfläche des Papiers sammelt, während die Erhebungen ungenügend bedeckt sind, was geringfügige Unregelmäßigkeiten beim aufgetragenen Überzug zur Folge hat. Desweiteren ist die zur Durchführung des Verfahrens erforderliche Anlage in der Anschaffung relativ teuer.

Ein weiterer Nachteil der bisher bekannten Verfahren liegt darin, daß zum Auftragen eines gleichmäßigen Überzuges eine Behandlungslösung mit hohem Wassergehalt bzw. Flüssigkeitsgehalt aufgebracht werden muß, so daß anschließend nach der Behandlung zusätzlich noch eine Trocknung erforderlich ist, die sowohl entsprechende Einrichtungen benötigt, Zeit in Anspruch nimmt als auch Kosten verursacht. Hierdurch nimmt die wirtschaftliche Rentabilität ab.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß auch mit hohen Arbeitsgeschwindigkeiten endlose Papierbahnen auf möglichst einfache Art und Weise unter Erzielung eines gleichmäßigen Überzuges behandelt werden können, ohne daß zusätzliche aufwendige Vorbehandlungen zur Erzielung einer ent-

sprechenden Oberflächenbeschaffenheit und/oder Nachbehandlungen der Papierbahn erforderlich sind.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zum Herstellen von oberflächenbehandeltem Papier aus einer endlosen Papierbahn der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Papierbahn in direkter Berührung mit den die spaltförmige öffnung begrenzten Behälterwandungen über die spaltförmige öffnung mit hoher Geschwindigkeit geführt wird, während die Behandlungslösung ohne Überschuß in einer Gesamtmenge von wenigstens etwa (1,4 -I- 0,0107 B) crnVm² mit B als Oberflächenrauhigkeit nach B e η d t s e η pulsierungsfrei auf die weiterlaufende Papierbahn aufgetragen wird, und daß für den Druckabfall infolge der spaltförmigen öffnung wenigstens das 3fache, vorzugsweise das lOfache des Druckabfalles längs der Breitseite der spaltförmigen öffnung eingehalten wird.

Die erfindungsgemäß formelmäßig angegebene Menge an aufzutragender Behandlungslösung stellt sicher, daß einerseits die gesamte, über den Behälter laufende Oberfläche der Papierbahn gleichmäßig mit der Behandlungslösung benetzt wird, daß jedoch andererseits keine überschüssige Behandlungslösung, insbesondere keine überschüssige Menge an Flüssigkeit aufgetragen wird. Hierdurch benötigt man beim erfin-

J₀ dungsgemäßen Verfahren keine Rückführung für die Behandlungslösung, so daß sich keine umlaufende Strömung bilden kann, so daß die Gefahr von auftretenden Pulsierungen beseitigt ist. Da andererseits die zum Auftragen der Wirkstoffe der Behandlungslösung erforder-

jä liehe Flüssigkeitsmenge so gering wie möglich gehalten wird, kann eine sonst anschließend erforderliche Trocknung entfallen. Durch die erfindungsgemäß vorgesehenen Druckdifferenzangaben werden desweiteren lokale Pulsierungen in der spaltförmigen Öffnung des Behälters unterdrückt, so daß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auch bei hohen Arbeitsgeschwindigkeiten eine gleichmäßige Schicht auf die Papierbahn aufgetragen wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist für die verschiedensten Behandlungsarten von Papieren geeignet, und mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich die verschiedenartigen Behandlungslösungen ohne Schwierigkeiten auftragen. Selbstverständlich ist im Hinblick auf die Eigenschaft der Behandlungslösung zu beachten, daß sie noch eine fließfähige Masse bildet, um sie überhaupt auftragen zu können. Irgendwelche Grenzwerte für die Viskosität der Behandlungslösung lassen sich jedoch nur schwerlich angeben, da diese insbesondere von der Zusammensetzung der Behandlungslösung sowie von den Eigenschaften der aufzutragenden Wirkstoffe abhängig ist.

Insgesamt gesehen wird jedoch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Behandlungslösung mit einer größstmöglichen Konzentration der Wirkstoffe aufge-

bo tragen, so daß die erforderliche Wirkung des Wirkstoffes bei einer insgesamt kleineren benötigten Menge erzielt wird. Hierdurch wird ermöglicht, daß Papier auf sehr wirtschaftliche und kostengünstige Art und Weise behandelt werden kann.

Auch ist die zur Durchführung des Verfahrens erforderliche Vorrichtung sehr einfach aufgebaut und unkompliziert insbesondere in schon bisher vorhandene Papierherstellungsanlagen zu integrieren.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung sowie an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine Prinzipskizze der Erfindung,

F i g. 2 die kleinste, gleichmäßig aufgetragene Menge an Behandlungslösung in Abhängigkeit der Oberflächenrauhigkeit,

F i g. 3 und 4 zwei verschiedene Ausführungsformen ι ο des mit einer spaltförmigen Öffnung versehenen Behälters, der zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmt ist, und

F i g. 5 die Vorgehensweise zum Einstellen der Spannung der Papierbahn unter Verwendung von Druckluft.

In F i g. 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 Behandlungslösung 4 mit Hilfe einer Pumpe gegeben wird.

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

ν ■ b

(D

Papierbahn mit v_max bezeichnet ist, gilt
P - ^q

min ι ·

30

wobei gilt:

P = Menge der aufgetragenen Behandlungslösung in cm³/m²

q = Versorgungsstrom der Behandlungslösung in cmVmin

ν = Geschwindigkeit der Papierbahn in m/min

b = Länge der Spaltöffnung, in m.

40

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 Behandlungslösung nur stellenweise auf der Papieroberfläche aufgetragen sein. Dieser Grenzwert wird mit P_m\„ bezeichnet, wobei P_m\„ gleich der kleinsten gleichmäßig aufgetragenen Menge an Behandlungslösung in cmVm² ist. Der P_m,_n-Wert wird hier in cm³/m² und nicht in g/m² ausgedrückt, da bei der Bestimmung des Pmin-Wertes für ein bestimmtes Papier unter Verwendung von Behandlungslösungen mit verschiedener Dichte dm g/cm³die gleichen Werte erzielt werden, wenn P_mm in cm³/m² ausgedrückt ist und verschiedene Werte erhalten werden, wenn P_mm ■ din g/m² ausgedrückt ist.

Um P_mm in einem bestimmten gegebenen Überzugsfall zu bestimmen, wird beispielsweise die Vorgehens weise angewandt, daß der Strom q konstant gehalten μ wird und die höchste Geschwindigkeit der Papierbahn gemessen wird, bei der der Überzug gerade noch gleichmäßig ist. Wenn diese Geschwindigkeit der (H)

Pn™ kann auch dadurch bestimmt werden, daß die Geschwindigkeit ν der Papierbahn konstant gehalten wird und der kleinste Behandlungslösungsstrom gemessen wird, bei dem der Überzug gerade noch gleichmäßig ist. Wenn dieser Strom mit <7_mj_n bezeichnet wird, gilt

ρ _ Jmin_

^min ~ ν ■ b ■

(III)

Bei solchen Versuchen wurde festgestellt, daß die Oberflächenglätte des Papiers ein ausschlaggebender Faktor für die kleinste gleichmäßig aufgetragene Behandlungslösungsmenge P_m\„ ist, und daß es möglich war, bei einer genügend großen Oberflächenglätte überraschend kleine Behandlungslösungsmengen 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 lieferte, solange der P_min-Wert nicht abgefallen war.

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, 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 gelei tet. Der Luftstrom wird gemessen. Je größer der Luft strom ist, desto rauher ist die Papieroberfläche, dei Meßwert wird Oberflächenrauhigkeit genannt und is der Kehrwert der Oberflächenglätte. Bei der Meßan Ordnung kann der Kantendruck des Zylinders gegen die Papieroberfläche entweder auf 1 kp/cm² oder au 5 kp/cm² geeicht werden. Die Werte der Oberflächen rauhigkeit, die in dieser Beschreibung aufgezeigt sind beziehen sich auf eine Messung bei 1 kp/cm².

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 Grund papier verwendet. Es ist aus 80% Holzschliff und 20% chemischem Zellstoff hergestellt. Die Oberflächenrau higkeit an der oberen Oberfläche des Papiers, die späte überzogen werden mußte, betrug 905 ml/min, gemesset nach B e η d t s e η . Von diesem Grundpapier wurdet Proben mit verschiedener Oberflächenrauhigkeit durcl Satinieren in 1, 2,4 und 8 Walzenpaare aufbereitet. Di Werte der Oberflächenrauhigkeit der oberen Ober flächen der Proben beliefen sich dabei auf 605,370,17( und 40 ml/min.

Die vier satinierten Proben und das nicht satinierte Grundpapier wurden nun nach dem Spalt-Verfahren it einer Experimentieranlage überzogen. Eine 2%ig< wäßrige Lösung eines Cellulosederivate (das Natrium salz der Carboxymethylcellulose [CMC]) wurde als Be handlungslösung verwendet.

Die kleinste, gleichmäßig aufgetragene Menge der Lösung, Pmin, wurde dadurch bestimmt, daß der Fluß der Behandlungslösung konstant gehalten wurde, und die Geschwindigkeit, bei der die Lösung 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_m\„ wurden gemessen:

Papierprobe

Oberflächenrauhigkeit

ml/min

cmVm²

Grundpapier	905	11,2
Satinierte Probe 1	605	7,9
Satinierte Probe 2	370	5,6
Satinierte Probe 3	170	3,1
Satinierte Probe 4	40	1,8

ρ = 1,4 + 0,0107 · B.

(IV)

Oberflächenrauhigkeit nach Bendtsen in ml/min.

Die Ergebnisse zeigen, daß unerwartet kleine Mengen an Behandlungslösung sogar auf Papiersorten mit relativ rauher Oberfläche gleichmäßig aufgetragen werden können. Da es schwierig ist, kleinere Mengen als 10 cmVm² mit den bis jetzt bekannten Überzugsverfahren aufzutragen, war ein Ziel der Erfindung, auf einfache Weise kleinere Mengen als 10 cnWm² auftragen zu können. Die Ergebnisse in F i g. 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 aufgewickelt 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 Behandlungslösung, ausgedrückt in cm³/m², in F = Menge des aufgetragenen Wassers, ausgedrückt in % des absolut trockenen Papiers umzuwandeln, gilt die folgende Gleichung:

P da

oder

da

Dabei gilt:

d = Dichte der Behandlungslösung in g/cm³
a = Wassergehalt der Behandlungslösung in Gew.-°/o Y = Masse des Papiers, ausgedrückt in g absolut trockenen Papiers pro m².

Der schwierigste Fall ergibt sich dann, wenn die Behandlungslösung praktisch nur aus Wasser besteht, wie z. B. beim Oberflächenfarben. In diesem Fall kann d= 1 und a=100 gesetzt werden. Dann ergibt sich

P =

F ■ Y
100

Die untenstehende Tabelle zeigt die Werte, die Pannehmen muß, daß F5 und 10% ist, in Abhängigkeit von der Masse des Grundpapiers.

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

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

(V)

Flächengewichte unter 50 g/m² sind kaum von Interesse, und die meiste Schwierigkeit bereitet die Anwendung einer kleineren Menge als 2,5 cmVm². Gemäß F i g. 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 Oberflächenrauhig-

keit unter (9,1 Y- 127) liegt, wenn F<10% sein muß und (4,5 Y — 127), wenn F<5% sein muß.

Mehrere Verfahren sind bekannt, ein Papier mit einer gewissen niedrigen Oberflächenrauhigkeil 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

so usw., beeinflußt werden. Ein gebräuchliches Verfahren zum Herstellen eines einseitig oberflächenglatten Papiers besteht darin, daß das Papier in einem abschließenden Trockenprozeß einer großen Trockenwalze mit großer Oberflächenglätte, einer sogenannten

Yankee-Walze, unterzogen 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 Papiers 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 Walzenoaar 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 3 angebracht ist und der mit Behandlungslösung versorgt wird.

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

In der einfachsten Ausführungsform ist der Behälter 1 ein gerades Rohr. Die Behandlungslösung kann entweder an einem Ende des Rohres oder an einem oder mehreren Anschlüssen entlang des Rohres (nicht gezeigt) zugeführt werden. Im letzteren 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 Behandlungslösung 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 starren 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 Behandlungslösung außerhalb der Papierbahnkanten austreten muß, muß die spaltförmige Öffnung 2 wenigstens ungefähr i 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, vorzugsweise 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 Elehälter quer zu der Maschinenbreite in die spaltförmige öffnung durchbricht, und erhöht damit die Gefahr, daß eine nicht gleichförmige Flüssigkeitsver

teilung quer zur Papierbahnbreite auftritt. Die spaltförmige öffnung muß deshalb so schmal 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 Behandlungslösung, die Pigmente enthält, aufbringt. In bezug auf den erforderlichen geringen Reibungswiderstand und eine gute Gleichförmigkeit des Auftrags müssen die Oberflächen sehr glatt und eben sein.

Die Winkel λ und ß, die von der Papierbahn mit den Außenflächen gebildet werden und die die spaltförmige Öffnung festsetzen, wie es in F i g. 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 γ in der Figur sollte somit wenigstens 30°, zweckmäßigerweise wenigstens 90° und vorzugsweise wenigstens 120" betragen. Dies betrifft insbesondere das Überziehen, wo sich die Ansatzkante la in Laufrichtung des Papiers erstreckt. Eine bevorzugte Ausführungsform ist in F i g. 4 gezeigt.

Ein zweckmäßiger Verlauf der Papierbahn des Papiers über die Spalteinheit tritt in F i g. 3 auf, die einbezieht, daß die Ebene, die durch die Außenflächen gebildet wird und die spaltförmige Öffnung begrenzt, 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 ergeben, daß die Spannung der Papierbahn 50 N/m Papierbahnbreite, vorzugsweise 100 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 bo 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 mil Hilfe einer Einrichtung, wie z. B. Feststellschrauben, Federn oder hydraulische Druckeinrichtungen, gedrückt.

Die gleiche Wirkung kann mit einem Spalt-Behälter erzielt werden, der der Belastung durch das Schweißen standhält, wenn die Spannung der Papierbahn durch Gleiteinrichtungen oder Walzeinrichtungen geregelt ist, deren 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 F i g. 5 gezeigt ist. Das Rohr 6 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 niedrigen 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 des Erfordernisses eines geringstmöglichen P_mm wurde als notwendig ermittelt, daß die Überzugsflüssigkeit nicht zu viskos ist. Die Überzugsflüssigkeit sollte somit eine Viskosität von maximal 30OcP, zweckmäßigerweise maximal 100 cP und vorzugsweise maximal 50 cP, gemessen mit einem Brookfield-Viskosimeter bei 50 UpM aufweisen.

Für das erfindungsgemäße Verfahren ist es äußerst grundlegend, daß die Behandlungslösung mit einem konstanten Strom in die Überzugsanlage gelangt, da sonst andererseits der Überzug nicht gleichmäßig sein würde. Deshalb sollte die Lösung durch eine Pumpe 5, die einen Strom ohne Pulsierungen erzeugt, geliefert werden. Dafür geeignete Pumpen sind z. B. Schraubenpumpen oder Zahnradpumpen. Diese Pumpen können ebenfalls als Steuerorgan verwendet werden, 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 cmVmin, auf den die Pumpe eingestellt werden muß, ist durch die erforderliche Behandlungsbreite b in m, die erforderliche Menge an aufgetragener Behandlungslösung P in cmVrn² und durch die Geschwindigkeit ν in m/min der Papierbahn bestimmt Durch Umformen der Gleichung I ergibt sich

I₁ = P-Vb. (VII)

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

q = konstant · v.

(VIII)

Daraus ist zu folgern, daß die Pumpe sehr zweckmäßigerweise mit derselben Antriebseinrichtung, wie die Uberzugsmaschine, 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 Einrich tung 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 Behandlungslösungsstrom von der spaltförmigen Öffnung auf die Papierbahn aufgetragen wird, so daß kein Überströmen oder Rückströmen der Lösung auftritt. Die Erfindung betrifft

ίο nicht einen solchen Gebrauch der Spalteinheit, daß die Einheit mehr als die geforderte Mindestmenge an Behandlungslösung aufträgt, und daß deshalb der überflüssige Auftrag z. B. unter Verwendung eines Messers oder eines Schovens abgeschabt werden muß.

ι·5 Die Hauptvorteile der Erfindung, daß die aufgetragene Menge an Lösung einfach und sicher entsprechend den Gleichungen VIl und VIII und der dazugehörigen Beschreibung geregelt und gesteuert werden kann, können durch das Auftragen des gesamten Behand-

lungsmittelstromes auf die Papierbahn ohne ein Überoder Rückströmen erzielt werden.

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

Nachstehend wird die Oberflächenleimung näher beschrieben.

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

jo die Papicroberfläche.

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 aufgezeigten Wirkungsweisen sind dann von Bedeutung, wenn das Papier weiter verarbeitet wird, insbesondere beim Drucken. Die verbesserte Bindung zwisehen den Fasern ergibt somit eine geringere Gefahr für das Aufstäuben und Auswicken. Die verringerte Porigkeit bewirkt ein geringeres Eindringen während der Flüssigkeitsphase der Druckerschwärze, was gleichzeitig eine in manchen Beziehungen bessere Druck-

Vi qualität 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 werden 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. Stärkeklcister, Celluloseester, ζ. B. das Natriumsalz der Carboxymethylcellulose (CMC), Polyvinylalkohol.
Das Oberflächenleimverfahren, das das vergleichs-

bo weise 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 Binde-

b5 mittellösung (Oberflächenleim), der ein weitgehendes Nachtrocknen erfordert. Weiterhin ist es schwierig, die Menge des aufgetragenen Oberflächenleims zu steuern, dessen Menge stark abhängig von den Absorptions-

bereichen 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 grußer Bedeutung ist, γπ·;8 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.

Beispiel la

Bei dem Versuch wurde ein Zeitungspapier von einer modernen Hochgeschwindigkeitsmaschine verwendet. Das Papier weist ein Flächengewicht von 52 g/m² auf, ist aus 80% mechanischem Holzschliff und 20% chemischem Zellstoff hergestellt Die Proben, die oberflächengeleimt waren, wurden unsatiniert der Maschine entnommen. Die Oberflächenrauhigkeit betrug 560 ml/min auf der Oberseite und 595 ml/min auf der Siebseite des Papiers, beide Werte nach B e η d t s e η gemessen. Das spezifische Volumen betrug 2,29 cm³/g. Der Feuchtigkeitsgehalt war 7,0%.

Als Bindemittel für die Oberflächenleimung wurde eine gering viskose CMC-Sorte mit einer Konzentration von 1,4% 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 getrockneCworauf die entgegengesetzte Seite beschichtet und auf die gleiche Weise getrocknet wurde.

Die Lösung wurde bei Raumtemperatur stetig dem Spalt mit einem Durchsatz von 60cm³/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 cm³/m² auf der Oberseite und 8,0 m³/m² auf der Siebseite, und die Papierbahnbreite betrug 28 cm. Dies entspricht 0,105 und beziehungsweise 0,112 g staubtrockenem Bindemittel pro m².

Die oberflächengeleimte Probe sowie das unbehandelte Papier wurden vor der Auswertung der verschiedenen Eigenschaften geglättet Die Auswertung erfolgte in einem half-scale-Kalander, wobei das Papier zwei Walzenpaare bei 20⁰C passieren mußte. Der Walzendruck war so eingestellt, daß das spezifische Volumen nach dem Glätten 1,40cni³/g betrug, welches ein gebräuchliches spezifisches Volumen für ein maschinell geglättetes Zeitungsdruckpapier 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 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 Dl N-A4-Bogen erforderlich. Die Laufrichtung des Papiers bei der Herstellung wurde durch Bandabschabung bestimmt

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

In der Druckmaschine waren das Befeuchtungswerk und das Farbaafiragsorgan nicht miteinander verbunden, um die Anzahl der 3ogen für die jeweilige Prüfung niedrig zu halten. Der Anpreßdruck beim Drucken war so hoch, wie eine störungsfreie Zuführung der Bogen möglich war, und die Druckgeschwindigkeit belief sich auf ungefähr 70 Bogen pro Minute.

Auf dem gesäuberten Gummituch werden zehn gleichmäßig über dem Tuch verteilte Nachlaßwerte mit einem Elrepho-FMY/C-Filter gemessen.

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 Werte gemessen.

Die Differenz zwischen den Nachlaßwerten des Tuches vor und nach der Prüfung wird mit Δ R bezeichnet,

Der Aufstäubungswert Δ Ry wird durch Multiplikation der Werte Δ 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 Aufstäuben durch die Leimung auf ein Drittel gesenkt werden konnte, ohne die anderen drucktechnischen Eigenschaften stark zu vermindern.

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

Tabelle I

Unbehandeltes Oberflächen-Papier geleimtes
Papier

Aufgetragene Menge, naß, cm³/m²
Aufgetragene Menge, trocken, cmVm²

Aufgetragene Menge, trocken, g/m²
Aufgetragene Menge, trocken, g/m²

Oberseite
Siebseite

7,5 8,0

0,105
0,112

Fortsetzung

Unbehandeltes Oberflächen-Papier geleimtes
Papier

Oberflächenrauhigkeit, Parker-Druck, μπι

Abdruck bei Schwärze-Kontrast 0,85 g/m²

Erforderliche Farbe bei
Schwärze-Kontrast 0,85 g/m²

Farbabdruck, %

Farbdeckfahigkeit, sW

Druckfähigkeit
Abdruck

Abrieb
Stäubungsprüfung A Ry

Beispiel Ib

Ein Versuch mit Oberflächenleimung wurde bei einer höheren Maschinengeschwindigkeit durchgeführt. Ein Zeitschriftendruckpapier mit dem Flächengewicht 60 g/m² wurde bei diesem Versuch verwendet Das Papier war hergestellt aus 22% chemischem Zellstoff und 78% Holzschliff. Die Oberflächenrauhigkeit der Oberseite wurde mit 185ml/min nach Bendtsen bestimmt. Der Feuchtigkeitsgehalt betrug 7,6%.

Als Bindemittel für die Oberflächenleimung wurde eine gering viskose CMC-Sorte mit einer Konzentration von 1,4% verwendet. Die Viskosität dieser Lösung betrug 44 cP, gemessen mit einem Brookfield-Viskosimeter bei 50 UpM. Eine kleine Menge Farbstoff 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 4,0 cmVrn².

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, Polyvinyl-

Oberseite	2,91	2,69
Siebseite	2,85	2,61
Oberseite	4,4	4,5
Siebseite	4,2	4,7
Oberseite	1,64	1,52
Siebseite	1,53	1,57
Oberseite	55,7	52,6
Siebseite	56,3	56,3
Oberseite	3,07	2,90
Siebseite	3,05	2,93
	0,953	0,949
Oberseite	27,0	26,3
Siebseite	27,0	28,9
Oberseite		9,6
Siebseite		11,1
Oberseite	0,33	0,10
Siebseite	0,44	0,14

alkohol, synthetische Polymere im Dispersionszustand verwendet werden.

Die Aufgabe des Überziehens besteht darin, daß die Oberflächenhelligkeit und die Farbdeckfahigkeit 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 110g/m^:! verwendet. Der Feuchtigkeitsgehalt des Papiers war 4,2%, und die Oberflächenrauhigkeit an der Oberseite betrug 755ml/min, gemessen nach Bendtsen.

Der Farbstoff in der Behandlungslösung war Dinkie A, eine Kaolinsorte. Als Bindemittel wurden 12 Teile Latex und 2 Teile CMC, berechnet auf 100 Teile Farbstoff, verwendet

Die Mischung enthielt weiter 0,3 Teile Glyoxal als feuchten Härter. Der Trockengehalt der Behandlungslösung betrug 47,5%, 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 Behandlungslösung mit Raumtemperatur wurde dem Spalt kontinuierlich zugeführt. Die Maschinengeschwindigkeit war so eingestellt, daß die aufge-

tragene Menge /min entsprach. Die Menge der aufgetragenen Oberzugsmischung betrug 9,4cm³/m² oder 7,7 g/m?, die ungefähr 3,7 g/m² stark trockenem. Material entspricht

Das aberzogene Papier wurde mit Heißluft getrocknet

Der Oberzug 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 TAPPIRC184 zu 93% bestimmt und die Oberflächenfestigkeit der Oberzugsschicht 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/m² verwendet Das Papier war aus 24% chemischem Zellstoff und 76% Holzschliff hergestellt. Der Aschegehalt des Papiers betrug 22,5%, und der Feuchtigkeitsgehalt betrug 6,0%. Die Oberflächenrauhigkeit auf der Oberseite belief sich auf 35 ml/min, gemessen nach Bendtsen.

Die Lösung zum Bleichen bestand aus 5%iger Natriumdithionitlösung, gepuffert mit Kaliumhydrogenphosphat 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 Bleichlösung bei Raumtemperatur wurde dem Spalt kontinuierlich zugeführt. Die Maschinengeschwindigkeit war so eingestellt, daß die aufgetragene Menge gerade etwas über P_mi„ lag. Die Menge der aufgetragenen Bleichlösung betrug 2,8 cm³/m² oder 0,14 g Natriumdithionit/m², 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 Umwsltsverschmutzungen auftreten.

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 weiterer grundlegender Vorteil bei dem erfindungsgemäßen Verfahren im Falle der Anwendung bei der Obsrfiächenfärbung 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 Na.chtrocknen 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:

Papier-Werte	Beispiel 4 A	Beispiel 4 B
Flächengewicht, g/m²	51	67
Faserzusammensetzung:
% mech. Holzschnitt	85	87
% ehem. Cellulose	15	13
Aschegehalt, %	7	12
Feuchtigkeitsgehalt, %	6,8	7,2
Oberflächenrauhigkeit	230	500
nach Bendtsen, ml/min

40

45

50 Als Färbemittel wurden Färbemittel 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:

Beispiel 4 A Beispiel 4 B

Färbemittel, % 0,04

Auraminfluidkonzen- 0,05

tration, %

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_min 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 cm³ 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 hochsatiniertes Papier mit dem Flächengewicht von 55 g/m² verwendet, das aus 25% chemischem Zellstoff und 75% Holzschliff hergestellt war. Der Aschcgehalt des Papiers betrug 10%, und der Feuchtigkeitsgehalt betrug 6,3%. Die Oberflächenrauhigkeit der oberen Seite war 50 ml/min, gemessen nach B e η d t s e n.

Als Färbemittel wurden Färbemittel auf Fluidbasis 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_m\„ !ag. Die Maschinengeschwindigkeit betrug 170 m/min. Die aufgetragene Menge der Färbelösung betrug 3,7cm³/m². Das gefärbte Papier wurde ohne Trocknung aufgerollt Der Feuchtigkeitsgehalt in dem Grundpapier betrug 63% 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 29% verringert,

ίο 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. Solche Fälle betreffen unter anderem das Überziehen mit wäßrigen Dispersionen oder Emulsionen von natürlichen oder synthetischen Polymeren zum Erzielen von besonderen Wirkungen, wie z. B. Imprägnierung, Heißsiegelfähigkeit, Gasdichtigkeit, Wasserdichtigkeit, öldichtigkeit usw. Bei der Verwendung des erfindungsgemäßen 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.

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

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von oberflächenbehandeltem Papier aus einer endlosen Papierbahn, auf deren Oberfläche eine nicht zu viskose Behandlungslösung mit gelösten oder dispergieren Wirkstoffen zum Färben, Leimen oder Pigmentieren über eine spaltförmige öffnung an einem Behälter aufgetragen wird, welche sich ungefähr über die Breite der darüberlaufenden Papierbahn erstreckt, d a durch gekennzeichnet, daß die Papierbahn in direkter Berührung mit den die spaltförmige öffnung begrenzten Behälterwandungen über die spaltförmige öffnung mit hoher Geschwindigkeit geführt wird, während die Behandlungslösung ohne Oberschuß in einer Gesamtmenge von wenigstens etwa (1,4 + 0,0107 B) cmW mit B als Oberflächenrauhigke.it nach Bendtsen pulsierungsfrei auf die weiterlaufende Papierbahn aufgetragen wird, und daß für den Druckabfall infolge der spaltförmigen öffnung wenigstens das Dreifache, vorzugsweise das Zehnfache, des Druckabfalls längs der Breitseite der spaltförmigen öffnung eingehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Papierbahn zur Erzielung einer entsprechenden Oberflächenglätte vorbehandelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Papierbahn relativ zu dem den Spalt begrenzenden Flächen unter einem Winkel (α. und ß) zwischen 0 und 45° geführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine den Wert 50 N pro Meter über-,schreitende Spannung der Papierbahn eingestellt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung der Papierbahn durch Gleiteinrichtungen oder Walzeneinrichtungen oder ein Druckluftrohr geregelt wird.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von oberflächenbehandeltem Papier aus einer endlosen Papierbahn, auf deren Oberfläche eine nicht zu viskose Behandlungslösung mit gelösten oder dispergierten Wirkstoffen zum Färben, Leimen oder Pigmentieren über eine spaltförmige öffnung an einem Behälter aufgetragen wird, welche sich ungefähr über die Breite der darüberlaufenden Papierbahn erstreckt.
Der Zweck der Oberflächenbehandlung von Papier und die hierfür benötigten Behandlungslösungen sind nachstehend tabellarisch aufgeführt.

Verwendungszweck

Mittel

Nähere Bezeichnung der Oberflächenbehandlung

Stärkere Verbindung zwischen den Fasern

Anwachsen der Oberflächenhelligkeit und
Verbesserung der Bedruckbarkeit

Anwachsen der Oberflächenhelligkeit

Färben

Verbesserung der Schichteigenschaften

und wirkungsvollere Heißverklebefahigkeit

wasserlösliches Bindemittel, z. B.
Stärkekleister

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