DE2725200A1 - Verfahren zur herstellung von mehrschichtigem synthetischem papier - Google Patents

Verfahren zur herstellung von mehrschichtigem synthetischem papier

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DE2725200A1 DE19772725200 DE2725200A DE2725200A1 DE 2725200 A1 DE2725200 A1 DE 2725200A1 DE 19772725200 DE19772725200 DE 19772725200 DE 2725200 A DE2725200 A DE 2725200A DE 2725200 A1 DE2725200 A1 DE 2725200A1
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    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
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    • D21H17/20—Macromolecular organic compounds
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Description

Verfahren zur Herstellung von mehrschichtigem synthetischem
Papier
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen synthetischen Papiers aus CeIlulosefasern und einem thermoplastischen Kunstharz in Form eines Flächengebildes sowie das erhaltene Papier.
Es ist eine Vielzahl von zu Flächengebilden verarbeiteten synthetischen Papieren bzw. "zusammengesetzten Papieren" (composite papers) bekannt, welche Kunstharzpulver, Kunstfasern u.dgl. enthalten. Auch zahlreiche Methoden zur Herstellung solcher Papiere sind bekannt. Keines der herkömmlichen Papiere und Verfahren haben jedoch den gewünschten technischen bzw. wirtschaftlichen Erfolg gebracht. Aufgrund des Ausgesetztseins eines thermoplastischen Harzes an der Papieroberfläche besitzen die genannten herkömmlichen, aus einem
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zusammengesetzten Stoffbrei erzeugten synthetischen Papiere eine unbefriedigende Beschreibbarkeit, Bedruckbarkeit und Kalanderwirkung. Einer der Hauptgründe, welche einen größeren wirtschaftlichen Erfolg der bekannten synthetischen Papiere verhindert haben, besteht darin, daß, wenn das Wasser aus der auf einem Filztuch befindlichen nassen Papierbahn im Verlauf der Herstellung des synthetischen Papiers mit Hilfe eines Zylinders oder eines aufgelegten Filzes herausgequetscht wird, das in der nassen Papierbahn enthaltene Kunstharz zum Anhaften an der Filzoberfläche neigt. Die Reinigung des verschmutzten Filzes ist schwierig, insbesondere im Falle der Einverleibung von Kunstharzpulvern. Wenn bei der anschließenden Trocknung die Oberflächentemperatur des Trockenzylinders über den Schmelzpunkt des Kunstharzes hinaus erhöht wird, schmilzt außerdem das Kunstharz und haftet an der Zylinderoberfläche an. Obwohl es daher notwendig ist, die Oberflächentemperatur des Trockenzylinders zu senken, wird dadurch die Trocknungsgeschwindigkeit vermindert. Bei einem kontinuierlichen Papierherstellungsverfahren wird dadurch eine im Vergleich zur Herstellung von gewöhnlichem Papier empfindliche Einbuße der Gesamt-Produktionsleistung verursacht. Dies führt zu höheren Verfahrenskosten und anderen Nachteilen.
Es ist auch bekannt, das Anhaften des Kunstharzes durch Beschichten der Oberfläche des Trockenzylinders, beispielsweise mit Polytetrafluoräthylen oder einem Siliconharz, zu verhindern. Auch eine solche Behandlung hat sich jedoch nicht als völlig befriedigend erwiesen.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein mehrschichtiges synthetisches Papier, das frei von den vorgenannten Mangeln sowie technisch brauchbar und billig ist, und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen verbesserten Papiers zur Verfügung zu stellen.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung
eines mehrschichtigen synthetischen Papiers, das dadurch ge- ;
kennzeichnet ist, daß man eine Substratschicht aus Cellulose- ■ fasern und einem thermoplastischen Harz, dessen Anteil mindestens 15 Gew.-% des vereinigten Trockengewichts der Fasern
und des Harzes beträgt, und mindestens eine auf mindestens ι
einer Seite der Substratschicht ausgebildete äußere Schicht · aus CeI1ulosefasern in einer Bahnerzeugungsstufe herstellt
und die erhaltene Verbundbahn unter Erhitzen auf eine nicht !
unterhalb des Erweichungspunkts des thermoplastischen Harzes j
liegende Temperatur preßt. j
Ferner betrifft die Erfindung ein mehrschichtiges synthetisches Papier, welches eine erste oder Substratschicht aus CeIlulosefasern und einem thermoplastischen Harz, dessen Anteil mindestens 15 Gew.-" des vereinigten Trockengewichts der Fasern und des Harzes beträgt, und eine in einer Bahnerzeugungsstufe auf mindestens eine Seite der Substratschicht aufgebrachte äußere oder Oberflächenschicht aus Cellulose fasern beinhaltet, wobei die äußere Schicht ein Flächenge-
wicht von 20 bis 50 g/m aufweist und wobei die Substratschicht und die äußere Schicht bei erhöhter Temperatur zu einem integrierten Flächengebilde verpreßt wurden.
Die als Hauptkomponente des erfindungsgemäßen mehrschichtigen synthetischen Papiers verwendeten Cellulosefasern können beliebige der üblicherweise für die Herstellung von Zellstoffpapier verwendeten Materialien sein. Man kann beispielsweise gewöhnlichen Holzzellstoff, Linters, Rayon-Kurzfasern oder Leinenfasern verwenden. Auch aus Altpapier hergestellter Stoff ist für die erfindungsgenäßen Zwecke geeignet.
Das thermoplastische Harz, das der Substratschicht des erfindungsgemäßen mehrschichtigen synthetischen Papiers einverleibt wird, kann beispielsweise Polyäthylen, Polypropylen, Polyäthylenterephthalat, Polyamid, Polyvinylalkohol, PoIy-
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vinylchlorid, Polystyrol oder ein Acrylharz sein. Man kann diese Harze nicht nur in Faser- oder Pelletform, sondern auch in anderen feinteiligen Formen einsetzen.
Der Anteil des der Substratschicht einzuverleibenden thermoplastischen Harzes beträgt, wie erwähnt, mindestens 15 Gew.-% des vereinigten Trockengewichts der CeI1ulosefasern und des Harzes; vorzugsweise liegt dieser Anteil im Bereich von 20 bis 50 Gew.-%. Wenn der Anteil des thermoplastischen Harzes weniger als 15 Gew.-% beträgt, lassen sich die mit der i Harzeinverleibung verfolgten Ziele, z.B. die verbesserte Kohäsion, Naßfestigkeit, Wasserdichtigkeit und die verbesserten physikalischen Eigenschaften im Trockenzustand sowie andere Eigenschaften, nicht verwirklichen. Im Falle eines Harzzusatzes von mehr als 50 Gew.-% müssen bestimmte Nachteile1 in Kauf genommen werden, beispielsweise eine verschlechterte Wasserabsorption, Luftdurchlässigkeit und Feuchtigkeitsdurchlässigkeit. ;
Das Flächengewicht der Substratschicht liegt zweckmäßig im Bereich von 150 bis 800 g/m". Niedrigere Flächengewichte werden angewendet, wenn die Erzeugnisse z.B. für Wellpappe, '
Tapeten oder Bedachungsmaterialien verwendet werden sollen,
2 während höhere Flächengewichte (z.B. von etwa 700 g/m ) für
Heißverpreßzwecke angewendet werden.
Die auf mindestens eine Seite der Substratschicht in einer Bahnerzeugungsstufe aufzubringende äußere Schicht ist eine
Schicht aus CeI1ulosefasern, die kein Kunstharz enthält und
2 deren Flächengewicht im Bereich von 20 bis 50 g/m liegen kann. Wenn das Flächengewicht der äußeren Schicht weniger als 20 g/m beträgt, schlägt das in der Substratschicht enthaltene Kunstharz auf die äußere Schicht durch und haftet an der Oberfläche des Trockenzylinders an. Außerdem ist es technisch schwierig, der Schicht ein derart niedriges Flä-
7 0 9 8 ·">
M/18 165 - 5-- :
chengewicht zu verleihen. Im Falle eines Flächengewichts von
2 ,
mehr als 50 g/m verliert das mehrschichtige synthetische ; Papier seine einzigartigen Eigenschaften und erleidet insbesondere eine Naßfestigkeitseinbuße.
Zur Aufbringung der äußeren Schicht auf die Substratschicht kann im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens die herkömm- · liehe Bahnerzeugungsmethode unter nassen Bedingungen angewendet werden. Die zwischen zwei Filze eingebrachten Schich- ; ten werden somit zur Entwässerung abgepreßt, wonach der Ver- j bund thermisch mit Hilfe eines Trockenzylinders getrocknet ■■ wird. ;
ι Die getrocknete Verbundbahn wird dann unter Erhitzen auf ' ! eine Temperatur oberhalb des Erweichungspunkts des thermo- , plastischen Harzes (vorzugsweise eine Temperatur oberhalb ' des Schmelzpunkts des Harzes) gepreßt. Die Heiztemperatur ! beträgt vorzugsweise 140 bis 1800C, der Druck vorzugsweise '
2
ι 20 bis 100 kg/cm und die Zeit vorzugsweise 0,5 bis 10 sec. ; ■ (z.B. im Falle von Polyäthylen). Diese Bedingungen werden je-ί doch in Abhängigkeit vom Harztyp, dem Mischverhältnis, dem ; Flächengewicht der Substratschicht und der äußeren Schicht
; u.a. gewählt. Wenn die Substratschicht ein niedriges Flächengewicht aufweist, kann man einen Teil des Trockenzylin-
: ders dazu verwenden, die Verbundbahn zu einem einheitlichen Flächengebilde heißzupressen.
Der Substratschicht und/oder äußeren Schicht können natürlich geeignete Anteile herkömmlicher Füllstoffe einverleibt werden. Ferner kann man in die äußere Schicht z.B. Pigmente, Schlichtemittel, Trockenfestigkeitszusätze oder Naßfestigkeitszusätze einbringen.
Die Naßfestigkeit und Oberflächenabriebsbeständigkeit des erfindungsgemäß hergestellten mehrschichtigen synthetischen j Papiers ist zumeist geringer als bei einem keine äußere
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Schicht aufweisenden synthetischen Papier. Wenn es jedoch notwendig ist, die Naßeigenschaften des fertigen Produkts zu verbessern, kann man die Oberfläche der äußeren Schicht z.B. durch Kalandern, nach dem Leimpressenstreichverfahren oder mit Hilfe einer Luftmesser-Streichmaschine mit einem Oberzug (5 bis 20 g/m ) eines Oberflächenfestigers (wie Polyäthylen, Polypropylen, Paraffin, Polyvinylalkohol oder Polyvinylacetat) versehen und trocknen.
Insbesondere zur Verbesserung der Naßfestigkeit des Produkts kann man den die äußere Schicht bildenden Fasern ein hitzehärtbares Harz, wie ein MeIamin/Formaldehyd- oder Epichlorhydrinharz, einverleiben.
Ausgeprägtere Wirkungen werden erzielt, wenn man die vorgenannten Behandlungen der äußeren Schicht gemeinsam anwendet.
Da die äußere Schicht erfindungsgemäß eine Schicht von Cellulosefasern darstellt, welche kein Kunstharz enthält, ist das Papier frei von Mängeln wie der Verschmutzung der Filze durch das Kunstharz, welches ansonsten bei der Bahnerzeugung aus der mittleren oder benachbarten Schicht "ausschwitzt", und dem Anhaften des Harzes an der Trockenzylinderoberfläche. Man kann die Trockentemperatur daher auf den normalerweise für die Trocknung von gewöhnlichen Papieren angewendeten Wert erhöhen. Auf diese Weise kann man die Papierherstellung beschleunigen und die Produktionsleistung verbessern, so daß Verfahrenskosten eingespart werden können.
Das erfindungsgemäße mehrschichtige synthetische Papier weist außerdem eine befriedigende Tinten- bzw. Farbaufnahmefähigkeit und Beschreibbarkeit auf* und die beim Kalandern und Prägen erzielten Effekte sind den bei herkömmlichem ZeIl-
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Stoffpapier erzielbaren Wirkungen überlegen.
Das erfindungsgemäße Papier besitzt neben seiner ausgezeichneten Maßhaltigkeit bei Wassereinwirkung eine hervorragende Wasserdichtigkeit, Feuchtigkeitsdurchlässigkeit und Oberfl ächenwasserabso rp tion .
Daher eignet sich das erfindungsgemäße synthetische Papier für die verschiedensten Zwecke, wie Verpackungsmaterialien, z.B. hochfeste Wellpappe, Pappbehälter für Milch, Säfte und andere Flüssigkeiten, Pappbehälter für tiefgekühlte Lebensmittel, Behälter wie Tröge oder Schalen, Weiterverkaufs-Lebensmittelbehälter, Brotzeitbehälter oder Instantnahrungsbehälter, Preßartikel, wie Teelöffel oder Gabeln, Baumaterialien, wie Tapetenpapier oder Bedachungsmaterialien, und sterile Produkte.
Die nachstehenden Beispiele sollen die Erfindung näher erläutern.
Beispiel 1
Gebleichter Kraftzellstoff wird mit 30 Gew.-% (bezogen auf das trockene Gesamtfasergewicht) Polyäthylenstapelfasern (Mitsui Zellabach Co., Ltd., SWP-E790, Erweichungspunkt 1350C, 1,6 mm lang) vermischt. Das Gemisch wird zu einer
2 Bahn mit einem Flächengewicht von 200 g/m verarbeitet. In der Bahnerzeugungsvorrichtung wird der gebleichte Kraftzellstoff zur Herstellung von Proben in verschiedenen Anteilen auf eine Seite der vorgenannten Bahn aufgebracht.
Jedes der erhaltenen Probeblätter wird auf eine mit Tetrafluoräthylenharz beschichtete heiße Platte bei einer Temperatur von 16O0C gelegt. Dann wird auf das Probeblatt eine verchromte Metallplatte mit einer Dicke von 1,2 mm aufgelegt,
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Nach 10 Minuten langer Standzeit wird eine Metallwalze mit einem Durchmesser von 150 mm und einem Gewicht von 3,5 kg auf die Metallplatte gesetzt und zur Bestimmung des Anhaftens des Kunstharzes an der Metallplatte zweimal hin- und herbewegt. Der bei diesem Test auf das Probeblatt einwirkende lineare Druck beträgt 1,75 kg/cm.
Ferner wird das vorgenannte Probeblatt 5 Sekunden bei 16O0C
und 100 kg/cm heißgepreßt, wonach man die nasse Ring-Druckfestigkeit der Probe gemäß JIS-P8126 bestimmt.
Tabelle I zeigt die Testergebnisse.
TABELLE I Ring-Druck
festigkeit
Flächengewicht der
äußeren Schicht
(g/cnT) 		Anhaften des
Harzes 		4,65
0 starkes Anhaften 4,55
10 Anhaften 4,52
20 kein Anhaften 4,47
30 Il 4,33
40 Il 4,02
50 Il 3,53
60 Il 3,21
70 Il
Tabelle I zeigt, daß das Harz an der Metallplatte haftet,
wenn das Flächengewicht der äußeren Schicht weniger als
2 20 g/cm beträgt. Wenn das Flächengewicht der äußeren Schicht
2 mehr als 50 g/cm ausmacht, erfolgt ein scharfer Abfall der Ring-Druckfestigkeit, welcher die Eigenschaften des mehrschichtigen synthetischen Papiers beeinträchtigt und bewirkt, daß das Erzeugnis nur einen begrenzten technischen Wert hat.
7 0 9 8 B 1 / Γ) Ρ 7 8
Beispiel 2
Man stellt ein Probeblatt mit einer ein Flächengewicht von 30 g/m aufweisenden äußeren Schicht gemäß Beispiel 1 her. Bei der Erzeugung der äußeren Schicht wird dem Zellstoffbrei 1 Gew.-% eines Polyamin/Epichlorhydrinharzes als Naßfestigkeitszusatz einverleibt.
Ferner wird ein entsprechendes Probeblatt hergestellt, auf dessen äußere Schicht ein ein Polyolefinharz (Seitetsu Kagaku K.K., Zaiksen A) enthaltendes wäßriges Oberzugsmittel
ο
in einem Anteil von 10 g/m aufgebracht wird.
Schließlich wird ein Probeblatt unter Anwendung beider vorgenannter Behandlungen hergestellt.
Die Probeblätter werden jeweils unter den Bedingungen von Beispiel 1 heißgepreßt und dem Ring-Druckfestigkeitstest gemäß Beispiel 1 unterworfen. Tabelle II zeigt die Ergebnisse.
TABELLE II ng-Druck festigkeit
Behandlung Ri 4,47
4,59
4,63
4,77
keine
Harzzusatz
Oberzugsaufbringung
Harzzusatz und Ober
zugsaufbringung
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Beispiel 3
Man stellt eine Substratschicht unter Verwendung von 80 Gew.-% gebleichtem Kraftzellstoff und 20 Gew.-% Polyäthylenfasern (denselben wie in Beispiel 1) an einer 1700 mm breiten Sechsfach-Ultraformer-Papiermaschine her, wobei man eine ausschließlich aus Kraftpapier bestehende äußere Schicht erzeugt.
Die erhaltene mehrschichtige Bahn, die eine Substratschicht
ρ
mit einem Flächengewicht von 290 g/m und eine äußere Schicht
2
mit einem Flächengewicht von 30 g/m aufweist, wird mit Hilfe eines Trockenzylinders bei einer Oberflächentemperatur von 1400C verarbeitet. Die Geschwindigkeit der Papiermaschine beträgt 80 m/min. Die äußere Schicht des erhaltenen Papiers wird gemäß Beispiels 2 kalanderbeschichtet.
Zum Vergleich wird ein entsprechendes synthetisches Papier ' ohne äußere Schicht hergestellt. Dieses Papier besteht somit ι nur aus der vorgenannten Substratschicht und besitzt ein ; Flächengewicht von 350 g/m . In diesem Falle haftet 'das Kunstharz an der Zylinderoberfläche, wenn die Oberflächentemperatur des Trockenzylinders 12O0C übersteigt. Daher senkt man die Oberflächentemperatur des Trockenzylinders auf 1150C, was jedoch eine Verringerung der Maschinengeschwindigkeit auf 28 m/min erforderlich macht. Bei der erfindungsgemäßen Arbeitsweise von Beispiel 3 ist die Verfahrensleistung somit etwa dreimal höher als beim Vergleichsversuch. Ferner findet keine Verschmutzung des Filzes statt, und die Herstellung des Papiers erfolgt nahezu unter denselben Bedingungen wie jene von gewöhnlichem Zellstoffpapier. !
Tabelle III zeigt die Eigenschaften der erhaltenen mehrschichtigen synthetischen Papiere. "Trocken" bedeutet in Tabelle III, daß die Testbahn mindestens 24 Stunden bei 2O0C und und 65 % relativer Feuchte gelagert wird, während "naß" bedeutet, daß die Testbahn 1 Stunde bei 200C in Wasser getaucht wird. Die
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Eigenschaften werden nach zur JIS-Norm P8126 analogen Methoden bestimmt. Der Wasserabsorptionswert gibt die Gewichtszu-
nähme nach 24 St
an (Trockengewic 		jnden langem Eintauch
it = 100).
TABELLE III 		trocken Beispiel en in Wasser mit Nach-
behandlung 		bei 2O0C
naß ohne Nach-
behandlung 		3 345 Verglei chs-■
be is pi el
trocken 342 9,7
naß 8,7 5,7 351
2
Flächengewicht (g/m ) 		trocken 4,7 98,7 9,3
Berstfestig
keit
(kg/cm2). 		naß 95,0 17,7 . 5,2
Ring-Druckfe-
stigkeit
(kg) 		15,8 6,12 94,3
Reißlänge 5,66 2,07 17,8
(km) 1,78 33,0 5,89
Wasserabsorp
tion (%) 		34,7 1,92
32,5
Tabelle III zeigt, daß dort, wo das nicht der Nachbehandlung von Beispiel 3 unterworfene Blatt geringfügig schlechtere Eigenschaften besitzt, das behandelte Blatt einige Verbesserungen gegenüber dem Vergleichsblatt aufweist.
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Claims (8)

  1. ' Patentansprüche
    Γΐ. Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen syntheti- j sehen Papiers, dadurch gekennzeich- j η e t , daß man eine Substratschicht aus Cellulose fasern | und einem thermoplastischen Harz, dessen Anteil mindestens : 15 Gew.-% des vereinigten Trockengewichts der Fasern und ; des Harzes beträgt, und mindestens eine auf mindestens j
    einer Seite der Substratschicht ausgebildete äußere Schicht: aus CeI1ulosefasern in einer Bahnerzeugungsstufe herstellt und die erhaltene Verbundbahn unter Erhitzen auf eine nicht unterhalb des Erweichungspunkts des thermoplastischen Harzes liegende Temperatur Dre.3t.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als thermoplastisches Harz Polyäthylen, Polypropylen, Polyäthylenterepthalat, Polyamid, Polyvinylalkohol, Polyvinylchlorid, Polystyrol und/oder Acrylharze verwendet.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das thermoplastische Kunstharz in Fasernform einsetzt.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das thermoplastische Kunstharz in Teilchenform einsetzt.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man das thermoplastische Harz in einem Anteil von 20 bis 50 Gew.-%, bezogen auf das gesamte Trockengewicht der Substratschicht, einsetzt.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man die Bahnbestandteile bei einer nicht unterhalb des
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    Schmelzpunkts des thermoplastischen Kunstharzes liegenden Temperatur preßt.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Substratschicht mit einem Flächengewicht im
    Bereich von 150 bis 800 g/m erzeugt.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man der äußeren Schicht einen Naßfestigkeitszusatz einverleibt.
    ! 9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man auf beiden Seiten der Substratschicht eine äußere Schicht erzeugt.
    Pi/ka
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