DE2537704C2 - Verfahren zum Beschichten von Bahnen und Anwendungen des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zum Beschichten von Bahnen und Anwendungen des Verfahrens

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten von Bahnen eines flächigen Materials gemäß dem Ober begriff des Patentanspruchs 1
Bislang war es üblich, das Beschichtungsmatenal im Überschuß auf die Bahn aufzubringen und sodann den Überschuß auf mechanische Weise, beispielsweise dutch Verwendung eines Klingenabstreifers abzustrei fen, wobei gleichzeitig das gewünschte Beschichtungs gewicht gemessen wurde Damit die Suspension bei einer derartigen Beschichtung einen ausreichend flussigen Zustand aufweist, darf die Viskosität nicht zu groß sein Fur Suspensionen zahlreicher Materialien übersteigt die Viskosität vorzugsweise nicht 2,5 bis 3 Pa s Fur den Fall, daß die Suspension thixotrope Eigenschaf ten aufweist, wird der Neigung des Beschichtungsmatenals, eine nicht verarbeitbare hohe Viskosität aufzuweisen, dadurch begegnet, daß am Auftragskopf die Suspension in einem Art Scherzustand gehalten wird Hierbei treten jedoch Schwierigkeiten an anderen Stellen des Systems auf, wo es nicht immer möglich ist den notwendigen Scherzustand einzuhalten In der Praxis setzen daher die Viskositatserfordernisse Grenzen be zuglich des Festkorperanteils in der Suspension, gleichgültig, ob thixotrope Eigenschaften vorhegen oder nicht
Der spezielle Festkorperanteil bei welchem die Viskosität zu hoch wird, um ein einwandfreies Beschichten durchfuhren zu können, variiert mit der Rheologie des betreffenden Materials und der Art des Flussigkeitstra gers, bei welchem es sich normalerweise um Wasser handelt Beispielsweise wird cm Ton mit einer scheibenodci lamellenformigcn Struktur allgemein mit einem höheren festkorperanteil in der wäßrigen Suspension aufgetragen als ein Pigment wei beispielsweise Titan dioxid, dessen Teilchenstruktur unregelmäßig ist Bei ei nem sauren Ton in der Beschichtung von druckempfindlichen Papieren betragt infolge der Rheologie des Tons die obere Grenze des Tongehalts in der Beschichtungssuspension etwa 45%
Die Begrenzung des Festkorperanteils infolge der Viskositatserfordernisse beeinflußt den Flussigkeitsanteil der Suspension, und somit auch die Trocknungskapazitat, welche erforderlich ist, die Schicht nach dem Aufbringen auf das flachige Material zu trocknen
Aus »Pulp& Paper Int« 6, 60 (1964), Nr 2 ist ein
ίο Streichverfahren bekannt, bei dem die Beschichtungsmasse vor dem Auftragen geschäumt wird Hierdutch soll eine möglichst undurchsichtige, dünne Beschichtung von weißem Aussehen erzielt werden Die vorgenannten Probleme sind in dieser Druckschrift nicht angesprachen
Die altere deutsche Patentanmeldung gemäß DI AS 25 29 956 offenbart ein Verfahren zur Beschichtung von Papierbogenbahnen bei dem man das Beschichtungs material vor dessen Aufbringen auf die Bahn aufschäumt, das Beschichtungsmatenal ohne Zusammen fall des Schaumes abtragt und die aufgebrachte Beschichtung bis zum ungeschaumten trockenen Zustand auf der Bahn trocknet Dabei wird mit einem prozentualen Luftanteil von über 50% gearbeitet Eine bestimmte Beziehung zwischen Luftanteil und Viskosität bei der Herstellung der Beschichtungsmischung wird nicht hergestellt
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Beschichten von Bahnen anzugeben, bei dem eine Erhöhung des Festkorperanteils der Suspension bewirkt werden kann, ohne daß damit eine Erhöhung der Viskosität der aufzutragenden Beschichtungsmischung verbunden ist
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelost durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Kenn/ei chensdes Patentanspruchs 1.
Durch die spezielle Wahl des Luftanteils des Schaumes laßt sich die gewünschte Viskosität bei erhöhtem Festkorperanteil optimal bestimmen Durch Vernngerung des Flussigkeitsanteils ist weniger Trocknungsenergie erforderlich Es ergibt sich eine Verminderung der Herstellkosten und eine Beschleunigung des Herstellverfahrens
Das erfindungsgemaße Verfahren findet beispielswei se Verwendung bei der Beschichtung von Farbentwick lerpapieren bei druckempfindlichen Kopiersystemcn, wo beispielsweise ein saurer Ton oder Phenolhar/ aufgeschichtet wird
Der Luftanteil im Schaum, der die Wirkung der Her absetzung der Viskosität aufweist, variiert etwas mit der Art und dem Festkorperanteil der Beschichtungsmi schung
Bei der Beschichtung von Papier betragt der Luftanteil vorzugsweise nicht mehr als 30% Der bevorzugte Luftanteil kann jedoch in weiten Grenzen variieren abhdgig von den Bestandteilen der Beschichtungsmischung
Auftragsmischungen fur ein Kunstdruckpapicr oder fur Farbentwicklerpapier bei einem druckempfindlichen Kopierverfahren mit saurem Ton, die einen niederen Luftanteil im Schaum aufweisen, weisen eine niedere Viskosität auf Wenn hierbei der Luftanteil erhöht wird, kann es auftreten, daß die Viskosität ansteigt Ls ist hierbei möglich, daß in Abhängigkeit des wachsenden Luftanteils die Viskosität der geschäumten Mischung ebenfalls ansteigt und großer wird als bei einer nicht geschäumten Mischung Ein solcher Luftanteil, bei dem dies auftritt, liegt naturlich außerhalb des Rahmens der vorliegenden Erfindung
Bei Phenolharzmischungen fur Farbentwicklerpapiere in druckempfindlichen Kopiersystemen hat sich überraschenderweise gezeigt, daß mit wachsendem Luftantcil die Viskosität kontinuierlich absinkt, bis ein Minim.ilwert erreicht wird und sodann wieder ansteigt. Dieser Punkt liegt bei etwa 57% Luftanteil
I s hat sich gezeigt, daß mit dem vorliegenden Auftragsverfahren sich eine bessere Steuerung und Reprodu/ierbarkcit beim Beschichtungsvorgang erreichen laßt Hierbei ist der Festkorperanteil hoher als er erreichbai ist mit einer ungeschaumten Beschichtungsmischung Es ist bekannt, daß bei hochviskosen Mischungen von beispielsweise 3 Pa ■ s geringe unbeabsichtigte Veränderungen des Wasseranteils der Mischung eine große Veränderung der Viskosität ergeben können, welche beträchtlich das Beschichtungsgewicht und das Bcschichtungsmuster beeinflussen. Durch die mit dem vorliegenden Verfahren erhaltlichen geringeren Viskositäten bewirken jedoch Änderungen im Wasseranteil weit geringere Änderungen in der Viskosität, so daß die Steuerung des Beschichtungsvorgangs wesentlich erleichtert wird.
Ls hat sich weiterhin herausgestellt, daß Kunstdruckpapiere, die nach der vorliegenden Methode beschichtet wurden, eine glattere Oberflache aufweisen als bei Beschichtungen nach den bekannten Verfahren.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausfuhrungsbeispielen naher erläutert.
Beispiel I
Eine wäßrige Dispersion mit 64% Festkorpermatenal wurde aus den folgenden Komponenten hergestellt:
(Fortsetzung)
Festkorperanteil Luftanteil
Wasser
Dispersionsmittel
Ammoniumhydroxid
(0,88 Losung)
Binder
Kaolin
gemahlenes
Kalziumkarbonat
Schaummittel
Laurylathylenoxidsulphat
65 Teile
0,89 Teile
0,5 Teile
43 Teile
140 Teile
15 Teile
0,7 Teile
Die obige Mischung ist bis auf das Schaummittel bei der Herstellung von Kunstdruckpapieren bekannt.
Die Herstellung wurde bewirkt durch Zugabe des Dispersionsmittels zu dem Wasser in einem ersten Mischtank und sodann durch Zugabe des Kaolins und des Kdl/iumkaibonats bei kraftigem Ruhren, wobei sich ein Schlamm bildete Sodann wurde das Ammoniumhydroxid und der Binder hinzugegeben und der Schlamm in einen /weiten Mischtank verbracht, wobei unter geringem Ruhren das Schaummittel hinzugegeben wurde, so daß sich auf diese Weise eine geschäumte wäßrige Suspension ergab Die nachfolgende Tabelle I zeigt die Verhaltnisse zwischen dem Festkorperanteil, dem Luftanteil und der Viskosität der so erhaltenen Suspension.
Tabelle I
Feslkorperameil
%
Luftanteil
%
Viskosität Pa s
(Brookfield
100 upm)
Spindel 5,25° C
Viskosität Pa s
(Brookfield
100 upm)
Spindel "5 2r> C
64 4,0 1,9
64 10,0 2.0
ίο 64 16,0 2,4
0
3,5
2,6
1,7
Wie deutlich ersichtlich, lag die Viskosität der geschäumten Suspensionen niedriger als diejenige der nicht geschäumten Suspension. Die geringsten Viskositatswerte wurden erreicht mit einem Luftanteil von etwa 3,5%.
Nach dem Schäumen wurde die Mischung auf ein 49 g/m2 Papier aufgeschichtet mit einem Beschichtungsgewicht von 10 g/m2 Das Beschichten wurde mittels konventioneller Verfahren durchgeführt, das heißt mittels Fuhrungsabstreifern und flexiblen Abstreifern. Das Beschichtungsgerat wies ein ruckfuhrendes Auftragssystem auf, bei welchem frische ungeschaumte Suspension und von den Abstreifern abgestreifte überschüssige Suspension in einem Auffangbehälter geleitet wurden Die Mischung aus frischem und überschüssigem Material wurde von diesem Behalter über ein Lufteintragssystem einem Scherungsscheibenmischer zugeführt Das Lufteintragssystem besteht aus einem üblicherweise zur Reinigung der Ausgangsmatenalien bei der Papierherstellung verwendeten Abscheider, in den am Boden mit einem perforierten Rohr Luft eingeleitet wird Der Luftanteil wurde hierbei gemessen. Das System war gegenüber der Umgebungsluft abgeschlossen und wies ein Minimum an Totflußzonen auf, um die Schaumkonsistenz so weit als möglich zu erhalten.
Das beschichtete Papier war frei von Kornern, wies eine duchgehende einwandfreie Beschichtungsoberflache auf, die glatt war und hatte ein verbessertes Beschichtungsprofil.
Beispiel II
Eine wäßrige Dispersion mit 55% Festkorperanteil wurde hergestellt und aufgeschichtet auf ein 49 g/m2 Papier in der gleichen Weise, wie im Zusammenhang mit Beispiel I beschrieben Die Zusammensetzung war wie folgt:
Mit Ausnahme des Schaummittels ist diese Zusammensetzung bei der Herstellung von Kunstdruckpapieren bekannt
Obwohl der Festkorperanteil geringer ist als bei der Zusammensetzung nach Beispiel I, hatten die Binder den Effekt der Erhöhung der Viskosität der nicht geschäumten Suspension.
Wasser 85 Teile
Dispersionsmittel
(wie im Beispiel I) 0,89 Teile
Ammoniumhydroxid
(0,88%ige Losung) 0,5 Teile
Binder 15 Teile
Binder 28 Teile
Kaolin 140 Teile
gemahlenes
Kalziumkarbonat 15 Teile
Schaummittel (wie Beispiel I) 0,35 Teile
Tabelle Π
Festkorperanteil Luftanteil Viskosität Pa s
ο/ο ο/ο (Brookfield
lOOupm)
Spindel 5,25° C
55 0 2,6
55 4,8 2,0
55 12,5 1,7
55 16,0 1,6
55 27,0 1,6
55 31,0 1,7
Wie dieser Tabelle zu entnehmen ist, lag bei dieser Suspension ein Viskositatsminimum im Bereich von 16% bis 27% Luftanteil vor Die physikalischen Eigenschaften des beschichteten Papiers waren ebenso gunstig wie bei dem beschichteten Papier nach Beispiel I.
Beispiel III
Dieses Beispiel bezieht sich auf eine wäßrige Suspension eines sauer reagierenden Tons fur die Verwendung als Farbentwicklerbeschichtung bei einem druckemp findlichen Kopierpapier Die Art und die Funktion bei einem solchen Papier ist weitgehend bekannt Eine waß rige Suspension mit 47% Festkorperanteil wurde wie folgt hergestellt
Es zeigt sich, daß bei der geschäumten Suspension die geringste Viskosität bei einem Luftanteil von 12 bis 13% vorhanden ist
Wie der Tabelle weiterhin zu entnehmen ist, steigt die Viskosität bei einem Luftanteil von 17% stark an, so daß ein solcher Luftanteil nicht mehr im Rahmen der Erfindung liegt
Es hat sich gezeigt, daß eine geschäumte Dispersion mit einem Luftanteil von etwa 12 bis 13% ausreichend gut verarbeitet werden kann.
Die geschäumte Mischung wurde auf ein 49 g/m1 Papier in der in Zusammenhang mit Beispiel I beseht icbenen Weise aufgebracht Die erhaltenen Resultate zeigten, daß die Änderungen im Charaktei der Beschichtungsmischung und die Zugabe eines Schaummittels die funktionellen Eigenschaften des beschichteten Papiers nicht beeinflußten
Bei dem Schaummittel handelt es sich um ein obcrtla chenaktives Mittel des Laurylathylenoxidsulphattyps Zur Herstellung einer geschäumten wäßrigen Suspension mit einem reagierenden Ton können jedoeh auch andere Schaumerzeuger verwendet werden, welche die Reaktionsfähigkeit des Tons nicht beeinflussen und die ein Flocken der Komponenten der Suspension nicht bewirken Weitere Arten von Schaumerzeugern sind beispielsweise Alkylphenylather, Alkylphenylathylenoxid, Alkylathersulphat, Alkylbenzensulphonat und Alkylsulphat
Beispiel IV
Wasser 135 Teile
Natnumsilikat 17,5 Teile
gemahlener Talk 15 Teile
Kaolin 20 Teile
Sauer reagierender
Ton 96 Teile
Binder 37,0 Teile
Schaummittel (wie Beispiel I) 2,0 Teile
Eine wäßrige Dispersion mit etwa 44% Festkorperanteil wurde in zwei Stufen hergestellt Zuerst wurde ein aktiv reagierender Harzschlamm unter Verwendung ei nes Silverson Mixers aus den folgenden Bestandteilen hergestellt:
Als erstes wurde das Natnumsilikat, der Talk, das Kaolin und der saure Ton in Wasser dispergiert und über eine Stunde in einem ersten Mischungstank heftig gerührt Sodann wurde der Binder hinzugegeben und das Durchmischen weitere fünf Minuten fortgeführt Der sich ergebende Schlamm wurde sodann in einen anderen Mischtank gegeben, in welchem unter schwachem Ruhren das Schaummittet zur Erzeugung der geschäumten wäßrigen Suspension hinzugefugt wurde Die erhaltene geschäumte Dispersion wies thixotrope Eigenschaften auf Die Tabelle III zeigt die Verhaltnisse zwischen Festkorperanteil, Luftanteil und Viskosität Im Hinblick auf die thixotrope Natur der geschäumten Dispersion wurde die Viskosität jeweils gemessen, nach dem eine shear Verdünnung aufgetreten war
Tabelle III
Festkorperanteil Luftanteil
Viskosität Pa s
(Brookfield
100 upm)
Spindel 5 250C
47 0 0,385
47 11,3 0,310
47 12,8 0,265
47 17,4 0,390
47 21,9 0,480
47 28,8 0,585
Dispersionsmittel
(25% ige Losung von
Natnumsalz in einer
kondensierten sulfonierten
organischen Saure) 1 Teil
Wasser 7 Teile
Phenolharz 11 Teile
Der Schlamm wurde verarbeitet 2'/iStd lang in einem Mahlwerk Torrance 30S Die Beschichtungsnuschung wurde wie folgt zusammengestellt
Wasser 40 Teile
Harzschlamm
(wie oben hergestellt) 18 Teile
10%iger Starkegummi 45 Teile
karboxyliertes Styrol-Butadien,
50% Festkorperanteil 8 Teile
Ton 50 Teile
Kalziumkarbonat 4 Teile
bo Die Teile wurden unter heftigem Ruhren in einem Mischtank vermischt, wobei verschiedene Anteile an Polyvinylalkohol als Schaumerzeuger hinzugegeben wurden Bei dem Polyvinylalkohol Sodann wurde Luft in die Mischung eingeleitet, wodurch sich im Misthei wegen der Anwesenheit des Schaumer/eugers ein Schaum bildete Die Tabelle IV zeigt die Verhaltnisse zwischen dem Festkorperanteil, dem Polyvinylalkohol anteil, dem Luftanteil und der Viskosität der Suspension
Wie der Tabelle zu entnehmen ist, nimmt mit zunehmendem Luftanteil die Viskosität kontinuierlich ab Es ist kein Umkehrpunkt im Viskositätsverlauf erkennbar.
Tabelle IV Tabelle Vb
Polyvinyl festkörper Luft Viskosität Pa s
alkohol anteil anteil (Brookfield
Gcw % % % 100 upm)
Spindel 5,25° C
0% 37,4 0 1,250
0,1% 37,4 2 1,130
0,2% 37,4 24 0,700
1% 37,4 57 0,420
Wie im Beispiel III wurde die Viskosität gemessen, nachdem eine Shear-Verdünnung auftrat.
Die Beschichtungsmischungen mit den Luftanteilen gemäß Tabelle IV wurden unter Verwendung eines Laborabstreiferbeschichters auf 49 g/m2 Papier aufgetragen Es wurde festgestellt, daß das so beschichtete Papier die gleich gunstigen Eigenschaften aufwies in der Verwendung als druckempfindliches Kopierpapier wie solches Papier, welches mit einer nicht geschäumten Mischung beschichtet wurde
Beispiel V
Die Formel in Beispiel IV mit einem Polyvinylalkoholgchalt von 1% wurde weiter untersucht Aufgabe dieses Versuches war es, zu ermitteln, wie bei diesem Alkoholgehalt das Verfahren noch verbessert werden kann
Die Komponenten wurden gemischt in der Reihenfolge, wie in Beispiel IV beschrieben, wobei unter Verwendung eines Ruhrers kraftig gemischt wurde Sodann wurde Luft unter hohem Druck über ein durchlöchertes Rohr am Boden des Tanks nahe den Ruhrflugeln eingeleitet Die Tabelle Va zeigt den beobachteten Zusammenhang zwischen Festkorperanteil, Luftanteil und Viskosität Wie bei den Beispielen III und IV wurde die Viskosität gemessen, nachdem eine Shear-Verdünnung aufgetreten war.
Festkorperanteil Luftanteil
Viskosität Pa s
(Brookfield
100 upm)
Spindel 5,25° C
10,4
12,5
24
29
1,216
1,024
0,980
0,948
Die Mischung mit einem Luftanteil von 29% wurde sodann mittels eines Beschichtungsgerats gemäß Beispiel I aufgebracht. Die Eigenschaften des bechichteten Papiers waren gut.
Beispiel VI
Eine wäßrige Dispersion wurde unter Verwendung der folgenden Materialien hergestellt
Natriumhydroxid 3,3 Teile
Carboxymethylcellulose 2,3 Teile
sauer reagierender Ton 79 Teile
Kaolin 16,5 Teile
Talk 12,5 Teile
Styrol-Butadien-Latex 24 Teile
Die Teile wurden in der oben angegebenen Reihenfolge unter Verwendung eines Ruhrmischers gemischt. Die Wasserzugabe erfolgte in der Weise, daß die Mischung einen Festkorperanteil von 50% aufwies Ein kleiner Prozentteil von Polyvinylalkohol wurde als Schaumerzeuger hinzugefugt Die in der Mischung enthaltene Luft kam in die Mischung infolge der Wirkung des Ruhrers und der Anwesenheit des Schaumerzeugers Die Tabelle VI zeigt die Verhaltnisse zwischen Polyvinylalkoholgehalt, Festkorperanteil, Luftanteil und Viskosität.
Tabelle VI
Polyvinylalkohol
Gew %
Festkorperanteil
Luftanteil
Viskosität Pa s
(Brookfield
100 upm)
Spindel 5,25°C
Tabelle Va
Festkorperanteil
Luftanteil
%
Viskosität Pa s (Brookfield 100 upm) Spindel 5,250C
44 0 1,968
44 6 1,376
44 10,4 1,216
0 50 0 2,8
50 1 50 9,3 1,86
2 50 10,7 2,078
Die Mischung wurde sodann der Mischungszirkulation- und Schaumeinheit einer Pilotmischanlage gemäß Beispiel I übergeben Weitere Luft wurde der zirkuliei enden Mischung hinzugefugt. Die Tabelle Vb zeigt den beobachteten Zusammenhang zwischen Festkorperanteil, Luftanteil und Viskosität.
Beispiel VIII
Bei diesem Beispiel handelt es sich um eine Mischung gemäß Beispiel VI mit einem Polyvinylalkoholgehalt von 1%, jedoch einem Festkorperanteil von 44% Aufgabe dieses Versuches war es, die Verfahrenseigenschaften zu verbessern.
b0 Die Komponenten wurden in einen Tank gegeben und mittels rotierender Schaufeln gemischt Über eine durchlöcherte Leitung am Boden des Tanks wurde wahrend des Durchmischens entsprechend Beispiel V Luft unter hohem Druck eingeblasen
Die Beschichtungsmischung wurde sodann zur Pilotbeschichtungsanlage geleitet, d h zu der dortigen Zirkulations- und Schaumeinheit. Bei der Zirkulation der Mischung wurde weitere Luft hinzugefugt Die Tabelle
VIII zeigt die Verhaltnisse zwischen Festkorperbestandteil, Luftanteil und Viskosität Es zeigte sich als schwierig, einen Schaum zu erhalten, der einen geringeren Luftanteil als 10% aufwies
Tabelle VIII Luftanteil Viskosität Pa s
(Brookfield
100 upm)
Spindel 5 250C
Festkorperanteil 0
10		 2,100
1,480
44
44
Die Mischung mit 10% Luftanteil wurde sodann mit einem Beschichtungsgewicht von 10 g/m2 aufgetragen, wobei ein Beschichtungsgerat entsprechend Beispiel I verwendet wurde Die Eigenschaften des beschichteten Papiers bei einem druckempfindlichen Kopiersystem 20 waren ziemlich die gleichen wie bei einem Papier, welches durch eine nicht geschäumte Beschichtungsmischung beschichtet wurde

Claims (5)

  1. Patentansprüche
    1 Verfahren zum Beschichten von Bahnen aus fla chigem Material, wobei die Beschichtungsmischung zerkleinertes Festkorpermatenal aufweist, welches in einem Flussigkeitstrager suspendiert ist und die Beschichtungsmischung auf die Bahn als Schaum aufgetragen und sodann getrocknet wird, d a durch gekennzeichnet, daß der Luftanteil des Schaumes so gewählt ist, daß die Viskosität der Beschichtungsmischung im ungeschaumten Zustand großer ist als im geschäumten Zustand, in welchem die Mischung aufgetragen wird
  2. 2 Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Beschichtungsmischung beim Mischen ein Schaumerzeuger beigegeben wird
  3. 3 Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 zur Herstellung eines Kunstdruckpapiers
  4. 4 Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 unter Einsatz einer Beschichtungsmischung aus sauer reagierenden Ton fur eine Farbentwick lungsmischung zur Herstellung eines druckempfind liehen Kopierpapiers
  5. 5 Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 unter Einsatz einer Beschichtungsmischung aus einem Phenolharz fur eine Farbentwicklungsmischung zur Herstellung eines druckempfindlichen Kopierpapiers.
DE2537704A 1974-08-23 1975-08-23 Verfahren zum Beschichten von Bahnen und Anwendungen des Verfahrens Expired DE2537704C2 (de)

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