DE2458454A1

DE2458454A1 - Aus mehreren lagen gebildete pappe und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE2458454A1
Application number: DE19742458454
Authority: DE
Inventors: John Douglas Coelman
Original assignee: Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization CSIRO
Current assignee: Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization CSIRO
Priority date: 1973-12-10
Filing date: 1974-12-10
Publication date: 1975-06-12
Also published as: JPS50123786A; GB1495155A; SE7415365L; US4008121A; GB1495154A; SE418205B; JPS5819799B2; DE2458454C2

Description

DR. MÜLLER-BURE DIPL.-:NC. GRCEKiNG DIPL.-CHEM. DR. DEUFEL DIPL.-CHEM. DR. SCHÖN D! PL.-PHYS. H ERTEL

PATENTANWÄLTE Z 4 0 0 4 0

P ?Λ 58 45'l·. 1 München, den 28. JAN. 1975

D/Ba - C 28?4

COMMONWEALTH SCIENTIFIC AND IMDUSiDEIAL RESEARCH ORGANIZATION Limestone Avenue, Campbell, Australien.

Aus mehreren Lagen gebildetefe Pappe und Verfahren zu ihrer

Herstellung

Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Pappe. Insbesondere dient die· Erfindung dem Zweck, bei der Herstellung von weißer, beschichteter oder gestrichener bzw. gegautschter Pappe, welche zum Bedrucken geeignet ist, Einsparungen bei dein Verbrauch von gebleichtem Papierstoff bzw. Pappestoff zu erreichen,.

Herkömmliche weiße, gestrichene, aus verschiedenen Lagen aufgebaute Pappe und Kartonpappe, weist eine stumpfe, graue Altpapierbasis auf, welche von verschiedenen Lagen überdeckt ist, welche aus Papierstoffen bzw. Pappestoffen gebildet sind, die eine fortschreitend höhere Weißfärbung aufweisen. Der gebleichte Stoff enthält normalerweise ein-weißes Pigment, um die Pappe weiß zu färben, aufzuhellen und undurchsichtig auszubilden und ihre Eignung zum Bedrucken zu verbessern.

Gemäß der Erfindung können eine oder beide Seiten einer aus mehreren Lagen aufgebauten Pappe dadurch undurchsichtig ausgebildet werden, daß Pigmentpartikeln über'eine oder mehrere

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_ ρ —

La genob er flächen ausgebreitet werden, und der Verbrauch an gebleichtem Stoff kann vermindert werden, indem sich entweder die Verwendung von Lagen aus gebleichtem Stoff erübrigt oder ihr Gewicht vermindert wird.

Insbesondere wird gemäß der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer aus mehreren Lagen aufgebauten Pappe geschaffen, welche sich dadurch auszeichnet, daß eine erste Papierlage ausgebildet wird und weitere Lagen auf die erste Lage aufgebracht werden, und daß Pigmentpartikeln zwischen einem Paar der Lagen ausgebreitet werden, um eine Seite der Pappe undurchsichtig auszubilden.

Die Erfindung erstreckt sich weiterhin auf eine aus mehreren Lagen aufgebaute) Pappe, welche sich dadurch auszeichnet, daß eine Mehrzahl von übereinander angeordneten Papierlagen vorgesehen sind, wobei zwischen einem Paar der Lagen ein Auftrag aus Pigmentpartikeln angeordnet ist.

Die Pigmentpartikeln können in einem flüssigen Bindemittel suspendiert sein, und die Suspension wird zwischen dem Paar der Lagen aufgetragen.

Die Pigmentpartikeln können aus Ton und/oder aus Titandioxidpartikeln bestehen, und das flüssige Bindemittel kann aus Stärkelösung, Carboxymethylzellulose, Polyvinylalkohol, Kasein oder synthetischen Latices bestehen.

Durch die Erfindung gemäß der australischen Parallelpatentanmeldung 69818/74 sowie der US-Patentanmeldung Nr. 477 580 und der japanischen. Patentanmeldung Nr. 49-064 190 wird eine Gardinenbeschichtungsvorrichtung geschaffen (curtain coating apparatus.), mit welcher es möglich ist, eine gleichförmige Schicht eines flüssigen Bindemittels wie einer Stärkelösung

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zwischen den Lagen einer aus mehreren Lagen ausgebildeten Pappe aufzubringen, um die Festigkeit der Pappe zu erhöhen. Dieselbe Vorrichtung kann dazu verwendet werden, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen, indem einfach Pigmentpartikeln dem flüssigen.Bindemittel zugegeben werden. Somit kann die Suspension der Pigmentpartikeln in dem flüssigen Bindemittel dadurch aufgebracht bzw. ausgebreitet werden, daß die Suspension durch einen horizontalen Schlitz derart hindurchgeführt wird,, daß sie sowohl den oberen als auch den unteren .Rand des Schlitzes benetzt und im allgemeinen . in horizontaler Richtung aus dem Schlitz austritt, um unter der Wirkung der Schwerkraft entlang einer aufrecht stehenden Fläche einer Wand nach unten zu fallen, welche in einer unteren scharfen Kante mündet, so daß ein herabfallender Vorhang aus flüssiger Suspension über die Fläche verteilt wird und es ermöglicht, daß der auf diese Art gebildete Vorhang an der unteren scharfen Kante der Fläche abgelöst wird und auf eine Lagenoberfläche aufgebracht wird.

Indem das Pigmentmaterial in einer diskreten Lage oder Schicht konzentriert wird, wird eine maximale Wirkung dahin erzielt, daß eine Undurchsichtigkeit erreicht wird. Vorzugsweise ist somit vorgesehen, das Pigment in einer einzigen Lage oder Schicht unterhalb der äußersten Lage zu konzentrieren, die sehr dünn sein kann. Tatsächlich dient die äußerste Lage nur dazu, das Pigment material abzudecken und zu schützen und die Eignung der Pappenoberfläche zum Bedrucken zu verbessern und die Übertragung von Pigment und Bindemittel auf Bauelemente der Maschine zur Herstellung der Pappe zu vermeiden. Hs hat

sich gezeigt, daß eine Tonverteilung von etwa 5 g/m unterhalb der äußersten Lage die Weißfärbung und die Undurchsichtigkeit der Pappe bedeutend erhöht. Dies würde etwa 1 % des Gewichtes einer normalen Pappe aus mehreren Lagen bedeuten. Weitere .Erhöhungen in der Weißfärbung und der Undurchsichtigkeit können

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dadurch, erreicht werden, daß der Tongehalt gegen eine obere

Grenze von etwa 60 g/m erhöht wird, wobei bei diesem Pegel eine dichte weiße Beschichtung erreicht wird. In einer typi-

sehen Pappe stellt eine Tonverteilung von 60 g/m etwa 15 % des Gesamtgewichtes der Pappe dar, was ein wirtschaftlich praktikabler Anteil ist.

Obwohl vorzugsweise die Pigmentpartikeln in Suspension in einem flüssigen Bindemittel aufgebracht werden, da dies ein höchst bequemer Weg ist, eine gleichmäßige Pigmentverteilung zu erreichen und auch eine Verklebung zwischen den Lagen dadurch gefördert wird, sei darauf hingewiesen, daß es auch möglich wäre, eine Verteilung der Pigmentpartikeln ohne Bindemittel zu erreichen, beispielsweise durch ein Spriihverfahren, und es sei weiterhin darauf hingewiesen, daß sich die Erfindung auch auf ein solches Verfahren erstreckt, und zwar ebenso das dabei hergestellte Produkt.

Bei einer Pappe, welche gemäß der .Erfindung hergestellt wurde, können die aus gebleichtem Stoff hergestellten Lagen im Gewicht und/oder in der Anzahl reduziert werden.

Somit lassen sich gemäß der Erfindung in der Verwendung von solchem Stoff außerordentlich große .Einsparungen erreichen. Bei solchen Pappen, die aus mehreren Lagen aufgebaut sind, können gemäß der Erfindung Stoffe verwendet werden, die geringere Kosten erfordern und eine geringere Weißfärbung haben. Es ist nämlich möglich, ausreichend hohe Konzentrationen von Pigmentmaterial zu verwenden, um einen Wasserzusatz unterhalb von einem Pegel zu halten, bei dem er das Verfahren der Papierherstellung stören würde. Das flüssige Bindemittel kann durch eine Gardinenbeschichtungseinrichtung verarbeitet werden, und es fördert auch die Haftung der einzelnen Lagen der Pappe aneinander.

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Die Erfindung wird nachfolgend "beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Aufriß einer modernen Hochgeschwindigkeits-Inverform-Maschine, welche dadurch modifiziert wurde, daß zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zusätzlich Gardinenbeschichter (curtain coaters) vorgesehen wurden,

Fig. 2 einen vergrößerten Aufriß einer Stufe der Inverform-Mas chine,

3 einen Aufriß von einem der Gardinenbe schicht er, und Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie 4-4- in der Fig. 3.

Die dargestellte Vorrichtung weist eine Inverform-Maschine auf, welche eine Pappe herstellt, die aus vier Papierlagen besteht. Die Maschine hat ein endloses Tragsieb 11, welches kontinuierlich in einer Schleife um Trägerwalzen 10 durch eine (nicht dargestellte) Antriebseinrichtung herumgeführt wird. Die Maschine weist vier lagenbildende Stufen 12, 13» und 15 auf. Jede dieser Stufen hat den allgemeinen Aufbau, wie er in der Fig. 2 im Detail dargestellt ist. Wie aus dieser Figur ersichtlich ist, ist unmittelbar über dem Tragsieb 11 ein Strömungskasten 16 angebracht, um Papierstoff bzw* Pappestoff durch den schlitzförmigen Auslaß 17 auf den Träger aufzubringen. Die aufgebrachte Stofflage wird zwischen dem Tragsieb 11 und einem weiteren oder oberen Sieb 18 gehalten, während sie unter einer Formwalze 19 und zwischen einem oberen und einem unteren Vakuumkasten 21 bzw. 22 hindurchgeführt wird, mit deren Hilfe sie entwässert.wird, um eine verfestigte Lage zu bilden. Das obere Sieb wird in einer geschlossenen Schleife über Walzen 20 geführt. Bei jeder Stufe

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sind weiterhin eine Abstreichleiste (.autoslice) 8 und eine Saugleiste Csuction slice) 9 vorgesehen.

Bei jeder Stufe wird das obere Sieb in einer Endlosschleife angetrieben und wird am Ausgang dieser Stufe von der Lage weggeführt. Somit wird die Oberseite der Lage, welche in jeder der ersten drei Stufen ausgebildet wird, kurz vor dem Eintreten in die nächste lagenbildende Stufe der Maschine kurz freigegeben. Schichten einer Stärkelösung werden auf die zwei freigelegten Lagenoberflächen zwischen der ersten und der zweiten Formstufe und zwischen der zweiten und der dritten Formstufe aufgebracht, und eine Lage aus Stärkelösung mit suspendierten Tonpartikeln wird auf die freigelegte Oberfläche zwischen der dritten und der vierten J'ormstufe aufgebracht. Die äußerste Lage, welche durch die Stufe 15 gebildet wird, würde aus gebleichtem Stoff hergestellt, die anderen Lagen könnten jedoch aus einem Stoff gebildet werden, der aus Altpapier hergestellt ist. Die äußerste Lage kann sehr dünn sein und nur dazu dienen, das Pigmentmaterial zu bedecken und zu schützen und die Übertragung von Pigment und Binder auf Bauteile der Maschinenstufe 15 zu verhindern.

Die drei Zwischenlagenschichten werden mit Hilfe von Gardinenbeschichtern aufgebracht, die in der Fig. 1 mit 23, 24 und 25 bezeichnet sind. Sie sind identisch aufgebaut, und ihre Konstruktion ist in den Fig. 3 und 4 dargestellt. Jeder weist eine horizontale langgestreckte hohle Struktur 26 auf, deren Innenraum als eine Druckkammer 27 zur Aufnahme einer Flüssigkeit dient. Die Struktur 26 kann aus Metallblech als langer Kasten mit rechteckigem Querschnitt hergestellt sein. ,Dieser hat eine obere und eine untere Wand 28 bzw. 29, weiterhin Seitenwände 31, 32 sowie Stirnwände 33 und 34. Die Kammer 2'/ kann etwa 5 cm breit und 5 cm tief sein, wobei in einem typischen Aufbau 26 die Länge etwa 4,5 m oder darüber betragen müßte.

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Die obere Wand 28 des Aufbaues 26 ist mit .b'lüssigkeitseinlaßabzweigungen 36 ausgestattet, an welche Flüssigkeitsversorgungsrohre 37 angeschlossen sind. Die Abzweigungen J6 und die Bohre 37 zusammen bilcLen Iflüssigkeitseinlaßleitungen, welchessich nach unten in die Kammer 27 erstrecken, und zwar an Stellen, die benachbart zu der Seitenwand 31 liegen und somit von der Seitenwand 32 entfernt. Die Einlaßabzweigungen 36 sind in regelmäßigen Abstandsintervallen auf die Länge des Aufbaues 26 verteilt. Die Einlaßrohre 37 werden mit flüssiger Stärke unter Druck versorgt. Die Hohre Yl .können beispielsweise einzelne Zweige einer einzigen Versorgungsleitung sein.

Die Seitenwand 32 des Aufbaues 26 ist mit einem horizontalen Schlitzauslaß 38 ausgestattet, welcher zwischen der oberen und der unteren Lippe 39 bzw. 41 festgelegt ist, die jeweils auf einer oberen und einer unteren Platte 51 ·> 52 an der Außenseite der Wand 32 angebracht sind. Die obere Platte 51 ist an der Wand 32 durch Schrauben 53 und Fluttern 54 angebracht, so daß die Lage der oberen Lippe 39 derart eingestellt werden kann, daß die Breite des ßchlitzauslasses verändert werden kann, während die untere Platte 52 permanent an der Wand 32 angebracht ist, und zwar durch Schweißung oder durch einen geeigneten Klebstoff. Die Lippen 39 und 41 sind gerundet, und zwar durch eine geeignete Krümmung der jeweiligen Bänder der Platten 51 und 52. Die Platte 52 bildet eine äußere aufrechte Fläche 43, welche sieh von der unteren Lippe 41 des Schlitzauslasses nach unten erstreckt. Sie erstreckt sich unter den Boden 29 des Aufbaues 26, um in einer scharfen Kante 40 am unteren Ende der !!'lache 43 zu münden.

Vertikale Leitplatten 44 und 45 sind innerhalb des Aufbaues 26 angeordnet, um eine direkte Strömung von Flüssigkeit von den Einlaßabzweigungen 36 zu dem Auslaßschlitz 38 zu verhindern. Genauer gesagt, die. Leitplatte 44-erstreckt sich vom Boden 29 aus nach oben, und zwar benachbart zu den Abzweigungen 36, und zwar in der Weise, daß der obere Rand oberhalb der

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unteren Enden der Abzweigungen liegt. Die Leitplatte 45 erstreckt sich von der oberen Wand 28 aus benachbart zu dem Schlitz 38 nach unten, so daß ihr unterer Rand unterhalb der Höhe des Schlitzes liegt. Die Stärke, welche über die Abzweigungen 36 in die Kammer hineingepumpt wird, wird somit gezwungen, entlang einem sinusförmigen Weg bzw. einem mäanderförmigen Weg zu strömen, um zu dem Schlitz 3.8 zu gelangen.

Entlüftungsrohre 46 sind auf die obere Wand 28 des Aufbaues 26 aufgesetzt, um den oberen Teil der Kammer 27 in die Atmosphäre zu entlüften.

Die flüssige Stärke oder die Stärke und der Ton, was von Fall zu Fall verschieden sein kann, werden dosiert, indem sie in die Kammer 27 unter Druck hineingepumpt v/erden, und sie füllen die Kammer bis auf eine Höhe oberhalb des Schlitzauslasses Die in der Kammer befindliche Flüssigkeit erzeugt somit einen statischen Druck, der die Flüssigkeit dazu bringt, sowohl die obere Lippe 39 als auch die untere Lippe 4-1 des Schlitzes zu befeuchten, wobei die Flüssigkeit in horizontaler Richtung durch den Schlitz 38 nach außen gedrückt wird und danach entlang der vertikalen Fläche 43 nach unten fällt, um einen dünnen herunterfallenden Vorhang zu bilden. Es hat sich gezeigt, daß die Oberflächenspannung aufgrund der Befeuchtung der oberen Lippe 39 am Schlitz und der Wandfläche 43 eine nennenswerte Verdünnung der extrudierten Flüssigkeit bewirken, und somit ist der Vorhang, welcher auf der Fläche 43 gebildet wird, viel dünner als die vertikale Ausdehnung des Schlitzes, d. h. als der Abstand zwischen der oberen Lippe 39 und der unteren Lippe 41 des Schlitzes. Dieser dünne Vorhang oder Film löst sich an der scharfen Kante 40 von der Fläche 43, um von der Beschickungseinrichtung als frei fallender Vorhang abzufallen. Die Rundung der oberen Lippe 39 des Schlitzes trägt dazu bei,

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einen .film konstanter Dicke aufrecht zu erhalten, indem zufällige Veränderungen in der efeuchteten Oberfläche an

der Lippe auf ein Minimum gebracht werden, welche andernfalls das Oberflächenspannungsgleichgewicht in der Zone stören könnten, in welcher der Film ausgebildet wird. Die scharfe Kante 40 an der Unterseite der Fläche 4-3 gewährleistet, daß der Film selbst dann sauber abgelöst werden kann, wenn er sehr dünn ist und die Tendenz hat, an einer weniger scharfen Ecke zu haften oder um diese herumzugehen.

In einer speziellen Vorrichtung, welche gemäß der Erfindung ausgebildet ist, ist der Schlitzauslaß Jedes Vorhangbeschichters 3 mm breit, und seine obere und seine untere Lippe sind mit einer Krümmung gerundet, welche einen Durchmesser von 5 mm aufweist. Die Stärkelösung oder die Stärke- und Tonsuspension, was vom jeweiligen Fall abhängt, wird mit einer Rate von 0,25 1/sec pro Fleter Breite der Beschichtung auf ein Sieb aufgebracht, welches mit einer Geschwindigkeit von 250 m/min bewegt wird. Die BeSchichtungseinrichtungen 23 und 24- empfangen eine oxidierte Stärkelösung mit einer Feststoffkonzentration von 9 °/° und einer Viskosität von 30 Sekunden nach Stein-Hall bei 18 ⁰G. Die Beschickungseinrichtung 25 empfängt eine Flüssigkeit, welche 3 üew.-% Stärke und 30 G-ew.-% Ton enthält. Es hat sich gezeigt, daß diese Flüssigkeit im wesentlichen dieselbe Viskosität aufweist wie die Stärkelösung, welche durch die Beschichtungseinrichtungen 23 und 24· gepumpt wird und daß sie durch die Beschichtungseinrichtung 25 mit demselben Durchfluß hindurchgeführt v/erden kann, um einen stabilen Vorhang zu bilden, der eine Tonverteilung von etwa

20 g/m aufweist, wodurch die Weißfärbung und die Lichtundurchlässigkeit zum Bedrucken wesentlich verbessert werden.

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- 1C -

Um zufriedenstellende Ergebnisse zu gewährleisten, können die Schlitzauslässe der Beschichtungseinrichtungen eine Breite im Bereich von 1 mm bis 1> mm aufweisen, bei einem minimalen Durchfluß von etwa 0,1 1/sec pro Fleter der Breite der Beschichtung. Die Viskosität der Stärkelösung oder der Stärke- und Ton-Suspension kann im Bereich von 18 Sekunden bis 45 Sekunden nach Stein-Hall bei 20 ⁰C liegen.

Jede Beschichtungseinrichtung ist üblicherweise derart angeordnet, daß der Auslaßschlitz 38 in die Richtung der Bewegung des Siebes weist, und sie kann leicht derart gekippt sein, daß die ü'läche 43 nicht genau vertikal steht, sondern unter einem Winkel von etwa 10° gegenüber der Vertikalen geneigt ist, um einen Luftwiderstand und eine Spannung im Jj'ilm auf ein Minimum zu bringen und dadurch eine glatte Aufbringung des ii'ilmes auf die sich bewegende Lagenoberfläche zu fördern.

Die veranschaulichte Vorrichtung und das beschriebene Verfahren zur Herstellung von Pappe, welches mit dieser Vorrichtung durchgeführt werden kann, sind nur als Beispiel angeführ worden und ließen sich in vielfältiger Ji'orm abwandeln. Beispielsweise könnten die Stärkeschichten, welche zwischen den einzelnen Zwischenlagen angeordnet werden, grundsätzlich entfallen. Weiterhin ist es nicht erforderlich, daß das erfindungsgemäße Verfahren in einer Inverform-Maschine durchgeführt wird, und es wäre auch möglich, andere 'l'ypen von Formereinrichtungen zu verwenden, wo ein vertikaler Zugang zu der Papierbahn möglich ist. Es wurde oben bereits erwähnt, daß Titandioxid als Pigmentmaterial verwendet werden könnte, und -zwar entweder in Ergänzung zu oder als Ersatz für Ton, und es könnte weiterhin eine große Vielfalt von flüssigen Bindern verwendet werden.

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Claims

- ΛΛ - Patentansprüche

1. Aus mehreren Lagen gebildete Pappe, welche eine Mehrzahl von übereinander angeordneten Papierlagen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einem Paar von Lagen ein Auftrag angeordnet ist, der aus Pigmentpartikeln besteht.

2. Pappe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Paar der Lagen durch die äußerste Lage auf einer Seite der Pappe und die unmittelbar benachbarte Zwischenlage gebildet ist.

3· Pappe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Auftrag auch ein Bindemittel aufweist.

4·· Pappe nach Anspruch 3» dadurch-gekennzeichnet, daß das Bindemittel aus Stärkelösung besteht.

5· Pappe nach einem der Ansprüche Λ bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Pigmentpartikeln Tonpartikeln aufweisen.

6. Pappe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die

Tonpartikeln in einer Verteilung zwischen 5 g/m "und

ρ
60 g/m vorhanden sind.

7. Pappe nach einem der Ansprüche Λ bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Pigmentpartikeln Titandioxidpartikeln aufweisen.

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8. Verfahren zur Herstellung einer Pappe mit mehreren Lagen, wobei zunächst eine Papierlage gebildet wird und weitere Lagen auf die erste Lage aufgebracht werden, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einem Paar der Lagen Pigmentpartikeln aufgetragen werden, um eine Seite der Pappe undurchsichtig auszubilden.

9· Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Pigmentpartikeln in einem flüssigen Bindemittel suspendiert werden und daß die Suspension zwischen dem Paar von Lagen aufgebracht wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Suspension auf der Lagenoberfläche aufgebracht wird, auf welche die äußerste Lage gebildet wird, bevor die äußerste Lage ausgebildet wird, daß die Suspension dadurch aufgebracht wird, daß die Suspension durch einen horizontalen Schlitz derart hindurchgeleitet wird, daß sie sowohl den oberen als auch den unteren Hand des Schlitzes benetzt und im wesentlichen horizontal aus dem Schlitz herausgeführt wird, derart, daß sie unter der Wirkung der Schwerkraft entlang einer aufrecht stehenden Fläche einer Wand abwärts geführt wird, wobei diese Wand in einer unteren scharfen Kante mündet, um einen herabfallenden Vorhang der Suspension über die Oberfläche auszubilden, wobei dieser Vorhang dünner ist als die vertikale Ausdehnung des Schlitzes, so daß die Möglichkeit besteht, daß der gebildete Vorhang an der unteren Kante abgelöst wird und dann auf die Lagenoberfläche aufgebracht wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die ·. Pigmentpartikeln aus Tonpartikeln gebildet sind, welche auf der Lagenoberfläche in einer Verteilung zwischen 5 g/m^ und

60 g/m ausgebreitet sind.

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