DE2537704C3

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten von Bahnen eines flächigen Materials gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs i.

Bislang war es üblich, das Beschichtungsmateriai im Überschuß auf die Bahn aufzubringen und sodann den Überschuß auf mechanische Weise, beispielsweise durch Verwendung eines Klingenabstreifers abzustreifen, wobei gleichzeitig das gewünschte Beschichtungsgewicht gemessen wurde. Damit die Suspension bei einer derartigen Beschichtung einen ausreichend flüssigen Zustand aufweist, darf die Viskosität nicht zu groß sein. Für Suspensionen zahlreicher Materialien übersteigt die Viskosität vorzugsweise nicht 2,5 bis 3 Pa · s. Für den Fall, daß die Suspension thixotrope Eigenschaften aufweist, wird der Neigung des Beschichtungsmaterials, 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 Viskositätserfordernisse Grenzen bezüglich des Festkörperanteils in der Suspension, gleichgültig, ob thixotrope Eigenschaften vorliegen oder nicht.

Der spezielle Festkörperanteil, bei welchem die Viskosität zu hoch wird, um ein einwandfreies Beschichten durchführen zu können, variiert mit der Rheologie des betreffenden Materials und der Art des Flüssigkeitsträgers, bei welchem es sich normalerweise um Wasser handelt. Beispielsweise wird ein Ton mit einer scheibcnodcr lamcllenförmigcn Struktur allgemein mit einem höheren Feslkörperantcil in der wäßrigen Suspension aufgetragen als ein Pigment, wci beispielsweise Titandioxid, dessen Teilchenstruktur unregelmäßig ist. Bei einem sauren Ton in der Beschichtung von druckempfind lichen Papieren beträgt infolge der Rheologie des Tons die obere Grenze des Tongehalts in der Beschichtungssuspension etwa 45%.

Die Begrenzung des Festkorperanteils infolge der

Viskositätserfordernisse beeinflußt den Flüssigkeitsanteil der Suspension, und somit auch die Trocknungskapazität welche erforderlich ist die Schicht nach dem Aufbringen auf das flächige Material zu trocknen. Aus »Pulp & Paper Int« 6, 60 (1964), Nr. 2 ist ein

H> Streichverfahren bekannt bei dem die Beschichtungsmasse vor dem Auftragen geschäumt wird. Hierdurch soll eine möglichst undurchsichtige, dünne Beschichtung von weißem Aussehen erzielt werden. Die vorgenannten Probleme sind in dieser Druckschrift nicht ange- sprachen.

Die ältere deutsche Patentanmeldung gsr^äß DE-AS 25 29 956 offenbart ein Verfahren zur Beschichtung von Papierbogenbahnen bei dem man das Beschichtungsmateriai vor dessen Aufbringen auf die Bahn auf- schäumt das Beschichtungsmateriai ohne Zusammenfall des Schaumes abträgt und die aufgebrachte Beschichtung bis zum ungeschäumten 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 Festkörperanteils, der Suspension bewirkt werden kann, ohne daß damit eine Erhöhung der Viskosität der aufzutragenden Beschichtungsmischung verbunden ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst

durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Kennzeichens des Patentanspruchs 1.

Durch die spezielle Wahl des Luftanteils des Schaumes läßt sich die gewünschte Viskosität bei erhöhtem Festkörperanteil optimal bestimmen. Durch Verringe rung des Flüssigkeitsanteils ist weniger Trocknungs energie erforderlich. Es ergibt sich eine Verminderung der Herstellkosten und eine Beschleunigung des Herstellverfahrens.

Das erfindungsgemäße Verfahren findet beispielswsi-

se Verwendung bei der Beschichtung von Farbentwicklerpapieren bei druckempfindlichen Kopiersystemen, wo beispielsweise ein saurer Ton oder Phenolharz aufgeschichtet wird.

Der Luftanteil im Schaum, der die Wirkung der Hcr-

abretzung der Viskosität aufweist, variiert etwas mit der Art und dem ?estkörperanteil der Beschichtungsmischung.

Bei der Beschichtung von Papier beträgt der Luftantcil vorzugsweise nicht mehr als 30%. Der bevorzugte Luft anteil kann jedoch in weiten Grenzen variieren, abhägig vonden Bestandteilender Beschichtungsmischung.

Auftragsmischungen für ein Kunstdruckpapier oder für Farbentwicklerpapier bei einem druckempfindlichen Kopierverfahren mit saurem Ton, die einen niederen Luftanteil im Schaum aufweisen, weisen eine niedere Viskosität auf. Wenn hierbei der Luftantcil erhöht wird, kann es auftreten, daß die Viskosität ansteigt. Es ist hierbei möglich, daß in Abhängigkeit des wachsenden Luftanteils die Viskosität der geschäumten Mischung ebenfalls ansteigt und größer wird als bei einer nicht geschäumten Mischung. Ein solcher Luftanteil, bei dem dies auftritt, liegt natürlich außerhalb des Rahmens der vorliegenden Erfindung.

64 64 64

Bei Phenolharzmischungen für Farbentwicklerpapie- (Fortsetzung) re in druckempfindlichen Kopiersystemen hat sich überraschenderweise gezeigt, daß mit wachsendem Luftanteil die Viskosität kontinuierlich absinkt, bis ein Minimalwert erreicht wird und sodann wieder ansteigt. Die- 5 scr Punkt liegt bei etwa 57% Luftanteil.

lis hat sich gezeigt, daß mit dem vorliegenden Auftragsverfahren sich eine bessere Steuerung und Reproduzierbarkeit beim Beschichtungsvorgang erreichen läßt. Hierbei ist der Festkörperanteil höher als er er- to reichbar ist mit einer ungeschäumten 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 Beschichtungsmuster beeinflussen. Durch die mit dem vorliegenden Verfahren erhältlichen geringeren Viskositäten bewirken jedoch Änderungen im Wasseranteil weit geringere Ände?engen in der Viskosität, so daß die Steuerung des Beschichtungsvorgangs wesentlich erleichtert wird.

Es hat sich weiterhin herausgestellt, daß Kunstdruckpapiere, die nach der vorliegenden Methode beschichtet wurden, eine glattere Oberfläche aufweisen als bei Be-Schichtungen nach den bekannten Verfahren.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Festkörperanteil Luftanteil

Viskosität Pa - s (Brookfield 100 upm) Spindel 5.25"C

4,0 10.0 16,0

1.9
2.0
2,4

Beispiel I

Eine wäßrige Dispersion mit b4% Fei<körpermaterial wurde aus den folgenden Komponenten hergestellt:

Wasser

Dispersionsmittel

Ammoniumhydroxid

(0,88 Lösung)

Binder

Kaolin

gemahlenes

Kalziumkarbonat

Schäummittel

Luuryläthylenoxidsulphat

65 Teile
0,89 Teile

0,5 Teile
43 Teile
140 Teile

15TeMe
0,7 Teile

Die obige Mischung ist bis auf das Schäummittel 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 Kalziumkarbonats bei kräftigem Rühren, wobei sich ein Schlamm bildete. Sodann wurde das Ammoniumhydroxid und der Binder hinzugegeben und der Schlamm in einen zweiten Mischtank verbracht, wobei unter geringem Rühren das Schäummittel hinzugegeben wurde, so daß sich auf diese Weise eine geschäumte wäßrige Suspension ergab. Die nachfolgende Tabelle I zeigt die Verhältnisse zwischen dem Festkörperanteil, dem Luftanteil und der Viskosität der so erhaltenen Suspension.

Tabelle I

Wie deutlich ersichtlich, lag die Viskosität der geschäumten Suspensionen niedriger als diejenige der nicht geschäumten Suspension. Die geringsten Viskositätswerte 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 Führungsabstreifern und flexiblen Abstreifern. Das Beschichtungsgerät wies ein rückführendes Auftragssystem auf, bei welchem frische ungeschäumte Suspension und von den Abstreifern abgestreifte überschüssige Suspension in einem Auffangbehälter geleitet wurden. Die Mischung aus frischerrvund überschüssigem Material wurde von diesem Behälter über ein Lufteintragssystem einem Scherungsscheibenmischer zugeführt Das Lufteintragssystem besteht aus einem üblicherweise zur Reinigung der Ausgangainaterialien 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 Körnern, wies eine duchgehende einwandfreie Beschicbtungsoberfläche auf, die glatt war und hatte ein verbessertes Be-Schichtungsprofil.

Beispiel II

Eine wäßrige Dispersion mit 55% Festkörperanteil 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:

Wasser 85 Teile

Dispersionsmittel

(wie im Beispiel I) 0,89 Teile

Ammoniumhydroxid

(0,88%ige Lösung) 0,5 Teile

Binder 15 Teile

Binder 28 Teile

Kaolin 140 Teile

gemahlenes

Kalziumkarbonat 15 Teile

Schäummittel (wie Beispiel I) 0,35 Teile

Festkörpc ranteil	Luflanteil	Viskosität Pa ■ s
%	%	(Brookfield
		100 upm)
		Spindel 5,25⁰C

0
3.5

2,6

1.7

Mit Ausnahme des Schäummittels ist diese Zusammensetzung bei der Herstellung von Kunstdruckpapieren bekannt.

Obwohl der Fesikörperanteil geringer ist als bei der Zusammensetzung nach Beispiel 1, hatten die Binder den Effekt der Erhöhung der Viskosität der nicht geschäumten Suspension.

Tabelle 11 Festkörperameil Luftanteil

Viskosität Pa · s (Brookfield 100 upm) Spindel 5,25° C

4,8
12,5
16,0
27,0
31,0

2,6 2,0 1,7 1,6 1.6 1,7

Wie dieser Tabelle zu entnehmen ist, lag bei dieser Suspension ein Viskositätsminimum im Bereich von 16% bis 27% Luftanteil vor. Die physikalischen Eigenschaften des beschichteten Papiers waren ebenso günstig wie bei dem beschichteten Papier nach Beispiel 1.

Beispiel III

Dieses Beispiel bezieht sich auf eine wäßrige Suspension eines sauer reagierenden Tons für die Verwendung als Farbentwicklerbeschichtung bei einem druckempfindlichen Kopierpapier. Die Art und die Funktion bei einem solchen Papier ist weitgehend bekannt Eine wäßrige Suspension mit 47% Festkörperanteil wurde wie folgt hergestellt:

Es zeigt sich, daß bei der geschäumten Suspension die geringste Viskosität bei einem Luftanteii 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 ίο gut verarbeitet werden kann.

Die geschäumte Mischung wurde auf ein 49 g/m³ Papier in der in Zusammenhang mit Beispiel I beschriebenen Weise aufgebracht Die erhaltenen Resultate zeigten, daß die Änderungen im Charakter der Beschichtungsmischung und die Zugabe eines Schäummittels die funktionellen Eigenschaften des beschichteten Papiers nicht beeinflußten.

Bei dem Schäummittel handelt es sich um ein oberflächenaktives Mittel des Lauryläthyienoxidsulphatiyps. Zur Herstellung einer geschäumten wäßrigen Suspension mit einem reagierenden Ton können jedoch auch andere Schaumerzeuger verwendet werden, welche die Reaktionsfähigkeit des Tons nicht beeinflussen und die ein Flocken der Komponenten der Suspension nicht bew;;'ken. Weitere Arten von Schaumerzeugern sind beispielsweise Alkylphenyläther, Alkylphenyläthjlcnoxid, Alkyläthersulphat, Alkylbenzensuiphonat und Alkylsulphat

Wasser	135 Teilt
Natriumsilikat	173 Teile
gemahlener Talk	15 Teile
Kaolin	20 Teile
Sauer reagierender
Ton	96 Teile
Binder	37,0 Teile
Schäummittel (wie Beispiel I)	2.0 Teile

Als erstes wurde das Natriumsilikat, 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 Rühren das Schäummittel zur Erzeugung der geschäumten wäßrigen Suspension hinzugefügt wurde. Die erhaltene geschäumte Dispersion wies thixotrope Eigenschaften auf. Die Tabelle III zeigt die Verhältnisse zwischen Festkörperanteil, Luftanteil und Viskosität. Im Hinblick auf die thixotrope Natur der geschäumten Dispersion wurde die Viskosität jeweils gemessen, nachdem eine shear-Verdünnung aufgetreten war.

Tabelle III Festkörperanteil Luftanteil

Viskosität Pa ■ s (Brookfield 100 upm) Spindel 5.25° C

11,3
12,8
17,4
21,9
28.8

0,385 0,310 0,265 0,390 0,480 0385

Beispiel IV

Eine wäßrige Dispersion mit etwa 44% Festkörperanteil wurde in zwei Stufen hergestellt Zuerst wurde ein aktiv reagierender Harzschlamm unter Verwendung eines Silverson Mixers aus den folgenden Bestandteilen hergestellt:

Dispersionsmittel
(25%ige Lösung von
■•ο Natriumsalz in einer

kondensierten sulfonierten
organischen Säure) I Teil

Wasser 7 Teile

Phenolharz 11 Teile

Der Schlamm wurde verarbeitet 2V₂ Std. lang in einem Mahlwerk Torrance 30S. Die Beschichtungsmischung wurde wie folgt zusammengestellt:

Wasser 40 Teile

Harzschlamm

(wie oben hergestellt) 18 Teile

10%iger Stärkegummi 45 Teiie

karboxy'isrtes Styrol-Butadien,

50% Festkörperameil 8 Teile

Ton 50 Teile

Kalziumkarbonat 4 Teile

Die Teile wurden unter heftigem Rühren 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 Mischer wegen der Anwesenheit des Schaumerzeugers ein Schaum bildete. Die Tabelle IV zeigt die Verhältnisse zwischen dem Festkörperanteil, dem Polyvinylalkoholanteil. dem Luftanteil und der Viskosität der Suspension.

Wie der Tabelle zu entnehmen ist, nimmt mit abnehmendem Luftanteil die Viskosität kontinuierlich ab. Es ist kein Umkehrpunkt im Viskositätsverlauf erkennbar.

Tabelle IV Tabelle Vb

Polyvinyl	Festkörper	Lufr-	Viskosität Pa - s
alkohol	anteil	anteil	(Brookfield
Gcw.-%	%	%	100 upm)
			Spindel 5,25-C

37,4
37,4
37,4
37,4

0
2

24
57

1.250 1,130 0,700 0,420

Wie im Beispiel 111 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 aulgetragen. Es wurde festgestellt, daß das so beschichtete Papier die gleich günstigen 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 !% wurde weiter untersucht. Aufgabe dieses Versuches war es, zu ermitteln, wie bei diesem Alkoholgehalt das Verfahren noch verbessert werden kiinn.

Die Komponenten wurden gemischt in der Reihenfolge, wie in Beispiel IV beschrieben, wobei unter Verwendung eines Rührer, kräftig gemischt wurde. Sodann wurde Luft unter hohem Druck über ein durchlöchertes Rohr am Boden des Tanks nahe den Rührflügeln eingeleitet. Die Tabelle Va zeigt den beobachteten Zusammenhang zwischen Festkörperanteil, Luftanteil unid Viskosität. Wie bei den Beispielen III und IV wurde die Viskosität gemessen, nachdem eine Shear-Verdünnung aufgetreten war.

Tabelle Va FcMkörperanteil Luftanteil

Viskosität Pa · s (Brookfield 100 upm) Spindel 5,25⁰C

10,4

1368 1376 1,216

Die Mischung wurde sodann der Mischungszirkulation- und Schaumeinheit einer Pilotmischanlage gemäß Beispiel I übergeben. Weitere Luft wurde der zirkulierenden Mischung hinzugefügt. Die Tabelle Vb zeigt den beobachteten Zusammenhang zwischen Festkörperanteil. Luftanteil und Viskosität

Festkörperanteil %

Luftanteil

Viskosität Pa ■ s (Brookfield 100 upm) Spindel 5.25° C

44
44

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 Beschichtungsgeräts gemäß Beispiel I aufgebracht. Die Eigenschaften des bechichteten Papiers waren gut.

Beispiel Vl

Eine wäßrige Dispersion wurde unter Verwendung der folgenden Materialien hergestellt:

Die Teile wurden in der oben angegebenen Reihenfolge unter Verwendung eines Rührmischers gemischt. Die Wasserzugabe erfolgte in der Weise, daß die Mischung einen Festkörperanteil von 50% aufwies. Ein kleiner Prozentteil von Polyvinylalkohol wurde als Schaumerzeuger hinzugefügt. Die in der Mischung enthaltene Luft kam in die Mischung infolge der Wirkung des Rührers und der Anwesenheit des Schaumerzeugers. Die Tabelle Vl zeigt die Verhältnisse zwischen Polyvinylalkoholgehalt. Festkörperanteil, Luftanteil und Viskosität.

Natriumhydroxid	3,3 Teile
Carboxymethylcellulose	23 Teile
sauer reagierender Ton	79 Teile
Kaolir.	163 Teile
Talk	12,5 Teile
Styrol-Butadien-Latex	24 Teile

Tabelle VI

Polyvinyl	Fesikörper-	Luft	Viskosität Pa · s
alkohol	anteil	anteil	(Brookfield
Gew.-%	%	%	100 upm)
			Spindel 5.25^ä C

50
50
50

93
10.7

2,8

1,86

2.078

Beispiel VIII

Bei diesem Beispiel handelt es sich um eine Mischung gemäß Beispiel VI mit einem Polyvinylalkoholgehalt von 1 %, jedoch einem Festkörperanteil von 44%. Aufgabe dieses Versuches war es, die Verfahrenseigenschaften zu verbessern.

Die Komponenten wurden in einen Tank gegeben und mittels rotierender Schaufeln gemischt Ober eine durchlöcherte Leitung am Boden des Tanks wurde während des Durchmischens entsprechend Beispiel V Luft unter hohem Druck eingeblasen.

Die Beschichtungsmischung wurde sodann zur Piiotbeschichtungsanlage geleitet d. h. zu der dortigen Zirkulations- und Schäumeinheit Bei der Zirkulation der Mischung wurde weitere Luft hinzugefügt Die Tabelle

VIII zeigt die Verhältnisse zwischen Festkörperbestandteil, Luftanteil und Viskosität. Es zeigte sich als schwierig, einen Schaum zu erhalten, der einen geringeren Luftanteil als 10% aufwies.

Tabelle VIII

Keitkörperanteil Luftanteil Viskosität Pa · s

Vo % (Brookfield

100 upm) Spindel 5.25" C

44 0 2,100

44 10 1,480

15

Die Mischung mit 10% Luftanteil wurde sodann mit einem Beschichtungsgewicht von 10 g/m³ aufgetragen, wobei ein BeSChIChIUn⁰S⁰Cf:!! entsprechend Beisⁿic! ! 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.

25

30

35

40

45

50

55

60

65

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Beschichten von Bahnen aus flächigem Material, wobei die Beschichtungsmischung zerkleinertes Festkörpermaterial aufweist welches in einem Flüssigkeitsträger suspendiert ist und die Beschichtungsmischung auf die Bahn als Schaum aufgetragen und sodann getrocknet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftanteil des Schaumes so gewählt ist daß die Viskosität der Beschichtungsmischung im ungeschäumten Zustand größer ist als im geschäumten Zustand, in welchem die Mischung aufgetragen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der Beschichtungsmischung beim Mischen ein Schaumerzeuger beigegeben wird.

3. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 zur Hersteilung eines Kunstdruckpapiers.

4. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch i oder 2 unter Einsatz einer Beschichtungsmischung aus sauer reagierenden Ton für eine Farbentwicklungsmischung zur Herstellung eines druckempfindlichen Kopierpapiers.

5. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 unter Einsatz einer Beschichtungsmischung aus einem Phenolharz für eine Farbentwicklungsmischung zur Herstellung eines druckempfindlichen Kopierpapiers.