DE2409981C3 - Verfahren zum Herstellen von oberflächenbehandeltem Papier - Google Patents
Verfahren zum Herstellen von oberflächenbehandeltem PapierInfo
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Description
Oberflächen-Bleichen
Oberflächenfarben
(Plastik)-Disper-
sionsauftrag
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 Behandlungslösung 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 Durchlaufgeschwindigkeiten 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
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 20 cm Vm2 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 40emVm- und Seite oder mehr betragen, und die aufgetragene Behandlungslösungsmenge
wächst mit zunehmender Masse des Papiers.
Ein weiteres übliches Verfahren zum Überziehen, insbesondere zum Dispersionsüberziehen ist das sogenannte
Luftbürstenverfahren, bei dem zuerst eine relativ große Menge an Behandlungslösung auf die Papierbahn,
beispielsweise mit einer in die Behandlungstösung 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 crnVrn2.
Den vorstehend genannten Verfahren ist insgesamt gemeinsam, daß sie zur Herstellung von oberflächenbchandeltem
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 cmVcm2 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 de* Papiers wegzubewegen versucht, was zur Folge hat. daß die
aufgetragene Behandlungslösungsmenge ansteigt. Bei Durchlaufgeschwindigkeiten der Papierbahn von
S500 m/min ist es praktisch unmögi.ch, eine Menge unter ungefähr lOcmVm2 aufzutragen. Auch besteht
hierbei die Neigung, daß sich die aufgetragene Behandlungslösung in den Poren bzw. in den Hohlräumen
der Oberfläche des Papien, 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 hoiirr. 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 entsprechenden 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 Behälter-Wandungen
über die spaltförmige öffnung mit hoher Geschwindigkeit geführt wird, während die Behandlungslösung
ohne Überschuß in einer Gesamtmenge von wenigstens etwa (1,4 + 0,0107 B)cm3/m2 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 wi :>>.
Die erfindungsgemäß formelmäßig angegebene
Menge an aufzutragender Behandlungslösung stellt sicher, daß einerseits die gesamte, über den Behälter
laufende Oberfläche der Papierbahn gleichmäßig mit der Behardlungslösung benetzt wird, daß jedoch andererseits
keine überschüssige Behandlungstösung, insbesondere keine überschüssige Menge an Flüssigkeit
aufgetragen wird. Hierdurch benötigt man beim erfindungsgemäßen 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 erforderliehe
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.
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 aufgetragen, so daß die !.^forderliche Wirkung des Wirkstoffes
bei einer insgesamt kleineren benötigten Menge erzielt wird. Hierdurch wird ermöglicht, daß Papier auf
sehr wirtschaftliche und kostengünstige Art jnd 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 erläuteri.
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 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 Fig. I wird eine Prinzipskizze der Oberflächenbehandlung
mit Hilfe einer Einheit zum Auftragen gezeigt, die einen Behälter I 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 Behiindlungsmittelstrom. der auf die Papierbahn
aufgetragen wird, durch folgende Gleichung beschrieben:
Papierbahn mit vma> bezeichnet ist, gilt
pmm =
wobei gilt:
P = Menge der aufgetragenen Behandlungslösung in
cmVm2
q = Versorgungsstrom der Behandlungslösung in cmVmin
q = Versorgungsstrom der Behandlungslösung in cmVmin
ν = Geschwindigkeit der Papierbahn in m/min
b = Länge der Spaltöffnung, in m.
b = Länge der Spaltöffnung, 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 Perzielt 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 ;:μΓ
der Papieroberfläche aufgetragen sein. Dieser Grenzwert wird mit Pmm bezeichnet, wobei Pmm gleich der
kleinsten gleichmäßig aufgetragenen Menge an Behandlungslösung in cmVm2 ist. Der Pm,n-Wert wird hier
in cmVm2 und nicht in g/m2 ausgedrückt, da bei der Rpstimmung
des Pm{„-Wertes für ein bestimmtes Papier
unter Verwendung von Behandlungsiösungen mit verschiedener Dichte dm g/cm3 die gleichen Werte erzielt
werden, wenn Pmm in cmVm2 ausgedrückt isi und verschiedene
Werte erhalten werden, wenn Pn. „ - dir, g/rr,7
ausgedrückt ist.
Um Pmir. in einem bestimmten gegebenen Überzugsfali
zu bestimmen, 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
■b '
Pmm 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. ίο Wenn dieser Strom mit qmm bezeichnet wird, gilt
r h '
(III)
Γ) Bei solchen Versuchen wurde festgestellt, daß die
Oberflächenglätte des Papiers ein ausschlaggebender Faktor für die kleinste gleichmäßig aufgetragene Behandlungslösungsmenge
Pmln ist, und daß es möglich
war. bei einer genügend großen Oberflächenglän,·
>u iiherrasrhpnH kloinp RphanHlnMiwIiictinucrrrnntFiin cphr
gleichmäßig aufzutragen, wobei die Mengen kleiner als
bei den herkömmlichen Überzugsverfahren, wie z. B. Leimpn.·".^, Luftbürsten- oder Gleitblattverfahren,
waren. Weiterhin wurde festgestellt, daß dabei über-
r> raschend hohe Geschwindigkeiten angewandt werden
konnten, bei denen das Verfahren noch einen erstaunlich gleichmäßigen Überzug lieferte, solange der Pmin-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 btitchi, 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 geleitet.
Der Luftstrom wird gemessen. Je größer der Luftstrom ist, desto rauher ist die Papieroberfläche. der
Meßwert wird Oberflächenrauhigkeit genannt und ist der Kehrwert der Oberflächenglätte. Bei der Meßanordnung
kann der Kantendruck des Zylinders gegen die Papieroberfläche entweder auf 1 kp/cm2 oder auf
5 kp/cm2 geeicht werden. Die Werte der Oberflächenrauhigkeit, die in dieser Beschreibung aufgezeigt sind,
beziehen sich auf eine Messung bei I kp/cm2.
Die folgenden Versuche zeigen die Wirkung der
- Oberflächenrauhigkeit auf Pmm-
Ein Zeitungspapier mit dem Flächengewicht 52 g/m2 und dem Feuchtigkeitsgehalt von 7,0% wird als Grindpapier
verwendet. Es ist aus 80% Holzschliff und 20% chemischem Zellstoff hergestellt. Die Oberflächenrauhigkeit
an der oberen Oberfläche des Papiers, die später überzogen werden mußte, betrug 905 ml/min, gemessen
nach B e η d t s e η . Von diesem orundpapier wurden
Proben mit verschiedener Oberflächenrauhigkeit durch Satinieren in 1, 2. 4 und 8 Walzenpaare aufbereitet. Die
Werte der Oberfiäcnenrauhigkcii tier oberen Oberflächen
der Proben beüefen sich dabei auf 605. 370. i 70 und 40 ml/min.
Die . ier satinierten Proben und das nicht satinierte Grundp pier wurden nun nach dem Spalt-Verfahren in
einer Experimentieranlage überzogen. Eine 2%ige wäßrige Lösung eines Cellulosederivate (das Natriumsalz
der Carboxy- ethyl-cellulose [CMC]) wurde als Behandlungslösung
verwendet.
Die kleinste, gleichmäßig aufgetragene Menge der
Lösung. Pmi„, 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 ,.ingefärbt war.
Folgende Werte für Pmm wurden gemessen:
oder
l'apierprobe
Onerflächenrauhigkeit
ml/min
cm /rrr
Grundpapier | 905 | 11.2 |
Satinierte Probe 1 | 605 | 7.9 |
Satinierte Probe 2 | 370 | 5,6 |
Satinierte i'robc S | 170 | 3.1 |
Sanierte Probe 4 | 40 | 1.8 |
/> = 1.4 f 0.0107 · B.
(IV)
wöbe
B = 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 cmVm2 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 oberflächenbehandeite Papier
in Hinblick auf eine Weiterverarbeitung gewöhnlich keinen größeren Feuchtigkeitsgehalt als ungefähr 15%
aufweisen darf, in den meisien Fäiien nicht hoher 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 cmVm2, in F= Menge des aufgetragenen
Wassers, ausgedrückt ir, % des abiului
trockenen Papiers umzuwandeln, gilt die folgende Gleichung:
F =
P ■ da
(V]
P =
F )
(I ■ ei
Dabei gilt:
d = Dichte der Behandlungslösung in g/cmJ
u = Wassergehalt der Behandlungslösung in Gew.-% Y = Masse des Papiers, ausgedrückt in g absolut trockenen Papiers pro m2.
u = Wassergehalt der Behandlungslösung in Gew.-% 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- I
und ,1= 100 gesetzt werden. Dann ergibt sich
ρ =
F Y
lÖO
lÖO
Die untenstehende Tabelle zeigt die Werte, die A'an-
2n nehmen muü, daß /· 5 und 10% ist, in Abhängigkeit von
der Masse des Grundpapiers.
Die Abhängigkeit zwischen der Oberflächenrauhigkeit und P„„„ 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 | Tür | F = 10% |
g/nr | F = | 5% | 5,0 | |
50 | 2,5 | 10,0 | ||
100 | 5.0 | 15.0 | ||
150 | 7.5 |
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 Oberflächenrauhigkeit
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 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 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 Oberfiäcnenrauhigkeit
auf. in manchen Fällen unter 100 ml/min, gemessen nach Bendtsen.
Wenn jedoch eine sehr geringe Oberflächenrauhig
keit auf beiden Seiten gefordert wird, werden besondere Maßnahmen ergriffen. Die angewendeten Verfahren
sind insbesondere diejenigen, die auf dem Veruiuiiien
ues rapiers in Waizertpaaren 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 Waizenfiäche dadurch erzielt, daß eine Rolle
in einem Walzenpaar aus Stahl ist und die andere Walze
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aus einem kompressibleren Material, wie z. B. Papier,
ist. Durch dieses Verfahren und unter Anwendung vieler Walzenpaare kann das Papier eine Oberfläche
mit großer Oberflächengüte aufweisen. Durch eine sogenannte Hochsatinierung kann die Oberflächenrauhig- ·
keit des Papiers auf wenigstens 20 ml/min, gemessen nach B e η d t s e η , gesenkt werden.
Die Oberflächenbehandlung gemäß der Erfindung wird mit einer ' Iberzugsanlage ausgeführt, die kurz als
Spalteinheit beieichnet werden kann, da das besondere ι ο
Kennzeichen dieser Einheit eine spaltförmige öffnung 2 in und entlang eines länglichen Behälters I ist. der quer
zur Laufrichtung der Papierbahn 3 angebracht isi und
der mit Behandlungslösung versorgt wird.
Der Behälter 1 kann verschiedene Formen aufweisen. ' ί
aber grundlegend ist, daß d;is 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 I _>o
ein gerades Kohr. 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 Flüssigkeitsdruck*« _·"> 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 s»
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 verniei- r.
den. 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 -ίο
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 i<>
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 v, ist. bringt hohe Erfordernisse an die Hersteügen.auigkeit
des Spaltes mit sich. Eine zu breite spaltförmige Öffnung andererseits bringt die Gefahr mit sich, daß das
Papier eine unerwünschte Flüssigkeitsabsorption aufweisi,
wenn es die öffnung passiert. Der Strömungs- bo
widerstand in einer spaitfcrmigcn öffnung mit einer zu
großen Breite ist nur unbedeutend größer als der Widerstand in dem Behälter, an dem <;irh Hie spaltförmige
öffnung befindet. Dieses bezieht ein. daß ein möglicher, nicht gleichförmiger Flüssigkeitsdruck in „5
dem Behälter quer zu der Maschinenbreite in die spaltförmige öffnung durchbricht, und erhöht damit aie
Gefahr, daß eine nicht gleichförmige Flüssigk· itsverteilung
quer zur Papierbahnbreite auftritt. Die spaltförmige öffnung muß deshalb so schmal sein, daß der
Druckabfall durcli den Spalt quer zur Breite der zu überzienenden
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 fiir
das Verfahren von Bedeutung und sollten /wischen 0 und 45". vorzugsweise /wischen 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 rückwänigen Oberfläche des Spalts in Laufrichtung
gesehen, aufweist, der nicht zu klein ist. Dies ist ebenfalls
in F i g. 3 dargestellt. Der Winkel ;.· in der Figur sollte somit wenigstens 30'. zweckmäßiger«eise wenigstens
90° und vorzugsweise wenigstens 120 betragen. Dies betrifft insbesondere das Überziehen, wo sich die
Ansatzkante la in Laufrichtung des Papiers erstreckt. Eine bevorzugte Ausfiihrungsform 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 Spalteinhcit
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 Papierherstellungsmaschinc
oft ungleiche Bereiche, sowohl quer als auch entlang der Papierbahn auf. Die Spannung in der
Papierbahn ist deshalb nicht ganz gleichmäßig quer zur
'apierbahn und kann in einer bestimmten Stellung
ebenfalls mit der Zeit veränderlich sein. Urn 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 knr.n. Dss elustischc Rohr ;st dann an
einem Aufbau anzubringen, der die Beanspruchung durch das Schweißen aushält, und das elastische Rohr
wird gegen die Papierbahn mit Hilfe einer Einrichtung. -.%.2 z.B. Feststellschrauben, Federn oder hydraulische
Druckeinrichtungen, gedrückt.
Die gleiche Wirkung kann mit einem Spalt-Behälter erzielt werden, der der Belastung durch das Schweißen
s'andhält. wenn die Spannung der Papierbahn durch Gleiteinrichümgen oder Wal/einrichtungen 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 Pnpierbahn 3 und ist entlang der Länge und über den Umfangsbercich,
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 gedruckt 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 Walzennnar in I anfrirhuino rW PüniprKnhn "eschen
vorgesehen sein. Die Behandlungsflüssigkeit, die in Verbindung mit ß .r Erfindung angewandt wird, enthalt vorzugsweise
Wasser als Hauptlösungsmittel und Behandlungsmittel, das im Wasser gelöst oder verteilt ist.
Beim Betrachten des Erfordernisses eines geringstmöglichen Pm„ wurde als notwendig ermittelt, daß die
Überzugsflüssigkeit nicht zu viskos ist. Die Überzugsflüssigkeit sollte somit eine Viskosität von maximal
JOOcP, zweckmäßigerweise maximal lOOcP und
vorzugsweise maximal 5OcP, 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. Schrauben pumpen 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 LJmdrehungen
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 cmJ/min, auf den die Pumpe eingestellt
werden muß, ist durch die erforderliche Behandlungsbreite 6 in m, die erforderliche Menge an aufgetragener
Behandlungslösung P in cmVm2 und durch die Geschwindigkeit ν in m/min der Papierbahn bestimmt
Durch Umformen der Gleichung I ergibt sich
q^Pvh.
(VII)
= konstant ■
IVIH) 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 Behandlur^slösungsstrom
von der spaltförmigen öffnung auf die Papierbahn aufgetragen wird, so daß kein überströmen oder
Rückströmen der Lösung auftritt. Die Erfindung betrifft 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.
Die Hauptvorteile der Erfindung, daß die aufgetragene Menge an Lösung einfach und sicher entsprechend
den Gleichungen VII und VIII und der dazugehörigen Beschreibung geregelt und gesteuert werden kann,
können durch das Auftragen des gesamten Behand-
Da bei einem bestimmten Beispiel für einen Überzug P und ο konstant sind, ist q nur von ν abhängig.
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 steuen. Dieselbe
Wirkungsweise kann natürlich durch eine Einrich-Jj-Papierbahn
Om
'ätyiCrbähn Gmmc cut Uuci-
oder Rückströmen erzielt werden.
Die Erfindung kann bei einer Anzahl von verschiedenen
Oberflächenbehandlungen 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 aufgezeigten 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 Flüssigkeitsphase der Druckerschwärze, was gleichzeitig
eine in manchen Beziehungen bessere Π-uckqualität
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. Stärkekleister. Celluloseester,
ζ. 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 Menee stark ahhänenp von rlpn Ahsnmtinin-
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
großer Bedeutung ist, muß eine geringe Bindemittelkonzentration verwendet werden.
Anstelle der Obtrflächenleimuiig mit dem SpaFt-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.
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 2^9 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 200C
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 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 284 m/min. Die aufgetragene Menge war
7,5cmVm2 auf der Oberseite und 8,0m'/m! 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 1,40 cmVg betrug, welches ein ge bräuchliches spezifisches Volumen für ein maschine!
geglättetes Zeitungsdruckpapier ist.
Die geglätteten Proben wurden an einer Mehrzah von Bereichen nach den im Handel gebräuchlichen Ver
fahren geprüft In Betracht gezogen wurde die Aufstau
bungsneigung, die in diesem Zusammenhang äußers wichtig ist, wofür folgendes Prüfverfahren angewandi
wurde:
Prüfverfahren zur Bestimmung des Aufstäubens
von Offset-Druckpapier
Bei diesem A/erfahren wurde eine 1250-Bogen-Offset
Druckmaschine verwendet Das zu prüfende Papiei
is war in DIN-A4-Bogen geschnitten worden. Für jede
Prüfung werden 100 Bogen verwendet Für die doppelte Prüfung der Oberseite und der Siebseite des Papier;
sind somit wenigstens 400 DIN-A4-Bogen erforderlich Die Laufrichtung des Papiers bei der Herstellung wur
de durch Bandabschabung bestimmt
Die Bogenstapel wurden sorgfältig gerüttelt und gewendet um möglichen Schneidstaub zu entfernen.
In der Druckmaschine waren das Befeuchtungswerk und das Farbauftragsorgan nicht miteinander verbun
den, um die Anzahl der Bogen für die jeweilige Prüfung
niedrig zu halten. Der Anpreßdruck beim Drucken wai
so hoch, wie eine störungsfreie Zuführung der Boger möglicsi war, und die Druckgeschwindigkeit belief sich
auf ungefähr 70 Bogen pro Minute.
jo 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 zu
rückbewegt und der Nachlaß auf dem Tuch wird wie
derum, 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 AR 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 der Oberflächenbehandlung festgestellt. Dieses Ergebnis
ist überraschend, da die Fachleute große Schwierigkeiten beim Verbessern der Aufstäubungseigenschaft, ohne gleichzeitige Zerstörung der Druckeigenschaften
sehen.
Unbehandelles Oberflächen-Papier geleimtes
Papier
Aufgetragene Menge, naß, cmVm2
Aufgetragene Menge, trocken, cmVm2
Aufgetragene Menge, trocken, g/m2
Aufgetragene Menge, trocken, g/m2
Oberseite
Siebscite
Oberseite
Siebscitc
7,5
8,0
0.105
0,112
Oberseite |
Unbehandcltcs
Papier |
Oberfl iichen-
geleimtes Papier |
|
Oberflächenrauhigkeit, Parker-Druck, am | Siebscite | 2,91 | 2,69 |
Oberseite | 2,85 | 2,61 | |
Abdruck bei Schwärze-Kontrast 0,85 g/nr | Siebseite | 4,4 | 4,5 |
Oberseite
Siebseite |
4,2 | 4,7 | |
Erforderliche Farbe bei
Schwärze-Kontrast 0,85 g/m2 |
Oberseite |
1,64
1,53 |
1,52
1,57 |
Farbabdruck, % | Siebseite | 55,7 | 52,6 |
Oberseite | 56,3 | 56,3 | |
Farbdeckfähigkeit, sW | Siebseite | 3,07 | 2,90 |
3,05 | 2,93 | ||
Druckfahigkeit | Oberseite | 0,953 | 0,949 |
Abdruck | Siebseite | 27,0' | 26,3 |
Oberseite | 27,0 | 28,9 | |
Abrieb | Siebseite | 9,6 | |
Oberseite | 11,1 | ||
Stäubungsprüfung Δ Ry | Siebseite | 0,33 | 0,10 |
0,44 | 0,14 | ||
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 185 ml/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
beirug 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 cmJ/mJ.
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, Salinweiß, und als Bindemittel
können z. B. Stärkekleister. Kasein, CMC, 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 vorge
nommen, die sich außerhalb der Papiermaschine be
findet. Diese Verfahren können durch das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft ersetzt werden.
so Bei dem Versuch wurde ein ungebleichtes Starkpapier mit dem Flächengewicht 110 g/m2 verwendet.
Der Feuchtigkeitsgehalt des Papiers war 4,2%, und die Oberflächenrauhigkeit an der Oberseite betrug
755 ml/min, gemessen nach Bendtsen.
feuchten Härter. Der Trockengehalt der Behandlungslösung betrug 47,5%, und die Viskosität betrug 390 cP,
gemessen mit einem Brookfield-Viskosimeter bei
50UpM und 230C.
Das Überziehen wurde in einer half-scale-Maschinc
hi 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 Pmin entsprach. Die Menge der aufgetragenen
Überzugsmischung betrug 9,4cmJ/m: oder
7,7 g/m3, 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 wenden muß. Wenn es jedoch möglich wäre, daß das Bieichen in der gesamten Papierrolle weilergeführt
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.
Bei dem Versuch wurde ein hochsatiniertes Zeitschriftendruckpapier
mit einem Pächengewicht von 60 g/m2 verwendet. Das Papier war aus 24% chemischem
Zellstoff und 76% HolzschliF 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 B e η d t s e n.
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 Pm\„ lag. Die Menge der aufgetragenen
Blejchlösung betrug 2,8 cmVm2 oder 0,14 g
Natriumdithionit/m2, was einem 23-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.
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 Oberflächenüberzugsv ?rfahren
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 Färbemittellasung, 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
2> der Oberflächenfärbung besteht darin, daß so wenig
von der Färbelösung aufgetragen wird, daß das Nachtrocknen sehr einfach durchgeführt werden kann, beispielsweise
durch einige Infraroteinrichcungen, oder daß das Nachtrocknen sogar entfallen kann. Die letz-
jo tere Möglichkeit bezieht sich insbesondere auf das einseiiige
Oberflächenfarben.
Zwei Versuche mit einem zweiseitigen Oberflächenj5
färben 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 |
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-scalc-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 Pmm 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
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 Aschegehalt des Papiers
betrug 10%, und der Feuchtigkeitsgehalt betrug 63%· 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 Pmm lag. Die Maschinengeschwindigkeit
betrug 170 m/min. Die aufgetragene Menge der Färbelösung betrug 3,7 cmVrn3. Das gefärbte Papier
wurde ohne Trocknung aufgerollt. Der Feuchtigkeitsri
gehalt 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,
ι» 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
i") 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 -, ^rwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein gleichmäßiger
Auftrag eines gewünschten Polymers mit einer minima-
2ί len Menge beigemengten Wassers ein gewünschter
Wert einer bestimmten Wirkung mit einer minimalen Menge ar 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 (5)
1. 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, 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 Überschuß
in einer Gesamtmenge von wenigstens etwa (1,4 + 0,0107 B) cmVm-' mit B als Oberflächenrauhigkeit
nach Bendtsen pulsierungsfrei auf die weiterlaufende Papierbahn aufgetragen wird, und
daß für dec 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 I, dadurch gekennzeichnet, daß die Papierbahn zur Erzielung einer
entsprechenden Oberflächenglätte vorbehandelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, daduich gekennzeichnet,
daß die Papierbahn relativ zu dem den Spalt begrenzenden Flächen unter einem Winkel
(a. und ß) zwischen 0 und 45° geführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine den Wert 50 N pro Meter überschreitende
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, weich·; sich ungefähr über die Breite der darüberlaufenden Papierbahn erstreckt,
jo Der Zweck der Oberflächenbehandlung von Papier und die hierfür benötigten Behandlungslösungen sind nachstehend tabellarisch aufgeführt.
jo Der Zweck der Oberflächenbehandlung von Papier und die hierfür benötigten Behandlungslösungen sind nachstehend tabellarisch aufgeführt.
Verwendungszweck
Miucl Nähere Bezeichnung der Oberflächenbehandlung
Stärkere Verbindung zwischen den Fasern
Anwachsen der Oberflächenhelligkeit und
Verbesserung der Bedruckbarkeit
Verbesserung der Bedruckbarkeit
Anwachsen der Oberflächenhelligkeit
Färben
Verbesserung der Schichteigenschaften
und wirkungsvollere Heißverklebefähigkeit
und wirkungsvollere Heißverklebefähigkeit
wasserlösliches Bindemittel, z. B.
Stärkekleister
Stärkekleister
weißes Pigment, z. B. Kaolin und Bindemittel, z. B. Stärkekleister und synthetische
Polymere
Polymere
Bleichmittel, z. B. Wasserstoffperoxid
Farbstoff
synthetische Polymere, z. B. Polyvinylidenchloride (PeCe-Fasern) in Form *on
wäßriger Dispersion
wäßriger Dispersion
Oberflächenleimung
Überziehen
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