DE2725200C2

DE2725200C2 -

Info

Publication number: DE2725200C2
Application number: DE2725200A
Authority: DE
Inventors: Masateru Nishinomiya Hyogo Jp Tokuno
Original assignee: Rengo Co Ltd
Current assignee: Rengo Co Ltd
Priority date: 1976-06-08
Filing date: 1977-06-03
Publication date: 1987-06-11
Also published as: AU505856B2; GB1539496A; SE7706286L; NL7706141A; NL174075C; JPS604319B2; DE2725200A1; IT1083816B; AU2576177A; CH623095A5; FR2354415B1; ATA399577A; FR2354415A1; SE426961B; NL174075B; CA1053045A; JPS52152506A; NZ184302A; AT361774B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Papiers aus Cellulosefasern und einem thermoplastischen Kunststoff sowie ein nach diesem Verfahren hergestelltes mehrschichtiges Papier.

Es ist eine Vielzahl von mehrschichtigen Papieren bzw. Verbundpapieren bekannt, welche Kunstharzpulver, Kunstfasern und dergleichen enthalten. Es sind auch verschiedene Verfahren zur Herstellung derartiger Papiere bekannt.

Keines der herkömmlichen Papiere und keines der bekannten Verfahren haben jedoch den gewünschten technischen bzw. wirtschaftlichen Erfolg gebracht. Da das thermoplastische Harz an der Papieroberfläche "freiliegt", sind die genannten herkömmlichen, aus einem zusammengesetzten Stoffbrei erzeugten Papiere nur unbefriedigend beschreibbar, bedruckbar und kalandrierfähig.

Einer der Hauptgründe, welche einen größeren wirtschaftlichen Erfolg der bekannten Papiere verhindert haben, besteht darin, daß, wenn bei der Papierherstellung das Wasser aus der auf einem Filztuch befindlichen, nassen Papierbahn 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 wenn das Papier Kunstharzpulver enthält.

Wird bei der anschließenden Trocknung die Oberflächentemperatur des Trockenzylinders über den Schmelzpunkt des Kunstharzes hinaus erhöht, dann schmilzt außerdem das Kunstharz und haftet an der Zylinderoberfläche an. Es ist daher notwendig, die Oberflächentemperatur des Trockenzylinders zu senken. Dies wiederum reduziert die Trocknungsgeschwindigkeit. Führt man ein derartiges Papierherstellungsverfahren kontinuierlich durch, dann ist die Wirtschaftlichkeit dieses Verfahrens geringer als ein entsprechendes Verfahren zur Herstellung von gewöhnlichem Papier.

Ein derartiges Verfahren und ein dabei hergestelltes Papier sind beispielsweise in der DE-OS 17 96 240 beschrieben. Das bekannte Verfahren bzw. das bekannte Papier sind mit den oben geschilderten Nachteilen behaftet.

Es ist auch bekannt, das Anhaften des Kunstharzes durch Beschichten der Trockenzylinderoberfläche, beispielsweise mit Polytetrafluorethylen oder einem Siliconharz, zu verhindern. Auch eine solche Behandlung hat sich jedoch nicht als völlig befriedigend erwiesen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Papiers gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, bei dem eine Verschmutzung der Produktionseinrichtungen bzw. ein Anhaften des bei der Herstellung eingesetzten thermoplastischen Harzes an den Trockenzylindern vermieden wird, sowie ein Papier mit besseren Gebrauchseigenschaften bereitzustellen.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Die als Hauptkomponente des erfindungsgemäßen mehrschichtigen 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 erfindungsgemäßen Zwecke geeignet.

Das thermoplastische Harz, das der Substratschicht des erfindungsgemäßen mehrschichtigen Papiers einverleibt wird, kann beispielsweise Polyäthylen, Polypropylen, Polyäthylenterephthalat, Polyamid, Polyvinylalkohol, Polyvinylchlorid, 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 Cellulosefasern 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 Harzeinverleibung verfolgten Ziele, z. B. die verbesserte Kohäsion, Naßfestigkeit, Wasserdichtigkeit und die verbesserten physikalischen Eigenschaften im Trockenzustand sowie andere Eigenschaften, nicht verwirklichen.

Das Flächengewicht der Substratschicht liegt zweckmäßig im Bereich von 150 bis 800 g/m². Niedrigere Flächengewichte werden angewendet, wenn die Erzeugnisse z. B. für Wellpappe, Tapeten oder Bedachungsmaterialien verwendet werden sollen, während höhere Flächengewichte (z. B. von etwa 700 g/m²) für Heißverpreßzwecke angewendet werden.

Die auf mindestens eine Seite der Substratschicht in einer Bahnerzeugungsstufe aufzubringende äußere Schicht ist eine Schicht aus Cellulosefasern, die kein Kunstharz enthält und deren Flächengewicht im Bereich von 20 bis 50 g/m² liegen kann. Wenn das Flächengewicht der äußeren Schicht weniger als 20 g/m² 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 Flächengewicht zu verleihen. Im Falle eines Flächengewichts von mehr als 50 g/m² verliert das mehrschichtige Papier seine einzigartigen Eigenschaften und erleidet insbesondere eine Naßfestigkeitseinbuße.

Zur Aufbringung der äußeren Schicht auf die Substratschicht kann im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens die herkömmliche Bahnerzeugungsmethode unter nassen Bedingungen angewendet werden. Die zwischen zwei Filze eingebrachten Schichten werden somit zur Entwässerung abgepreßt, wonach der Verbund thermisch mit Hilfe eines Trockenzylinders getrocknet wird.

Die getrocknete Verbundbahn wird dann unter Erhitzen auf eine Temperatur oberhalb des Erweichungspunkts des thermoplastischen Harzes (vorzugsweise eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunkts des Harzes) gepreßt. die Heiztemperatur beträgt vorzugsweise 140 bis 180°C, der Druck vorzugsweise 1,96 bis 9,81 MPa und die Zeit vorzugsweise 0,5 bis 10 sec. (z. B. im Falle von Polyäthylen). Diese Bedingungen werden jedoch 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 Trockenzylinders dazu verwenden, die Verbundbahn zu einem einheitlichen Flächengebilde heißzupressen.

Der Substratschicht und/oder der 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 nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten mehrschichtigen Papiers ist zumeist geringer als bei einem keine äußere Schicht aufweisenden 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 Überzug (5 bis 20 g/m²) 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 Melamin/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 nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte mehrschichtige Papier weist außerdem eine befriedigende Bedruckbarkeit, Farbaufnahmefähigkeit und Beschreibbarkeit auf, und die beim Kalandern und Prägen erzielten Effekte sind den bei herkömmlichemn Zellstoffpapier erzielbaren Wirkungen überlegen.

Das Papier besitzt neben seiner ausgezeichneten Maßhaltigkeit bei Wassereinwirkung eine hervorragende Wasserdichtigkeit, Feuchtigkeitsdurchlässigkeit und Oberflächenwasserabsorption. Daher eignet es sich 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 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 (Erweichungspunkt 135°C, 1,6 mm lang) vermischt. Das Gemisch wird zu einer Bahn mit einem Flächengewicht von 200 g/m² 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 160°C gelegt. Dann wird auf das Probeblatt eine verchromte Metallplatte mit einer Dicke von 1,2 mm aufgelegt.

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 1716 N/m

Ferner wird das vorgenannte Probeblatt 5 Sekunden bei 160°C und 9,81 MPa heißgepreßt, wonach man die nasse Ring-Druckfestigkeit der Probe gemäß JIS-P8126 bestimmt.

Tabelle I zeigt die Testergebnisse.

Tabelle I

Tabelle I zeigt, daß das Harz an der Metallplatte haftet, wenn das Flächengewicht der äußeren Schicht weniger als 20 g/m² beträgt. Wenn das Flächengewicht der äußeren Schicht mehr als 50 g/m² ausmacht, erfolgt ein scharfer Abfall der Ring-Druckfestigkeit, welcher die Eigenschaften des mehrschichtigen Papiers beeinträchtigt und bewirkt, daß das Erzeugnis nur einen begrenzten technischen Wert hat.

Beispiel 2

Man stellt ein Probeblatt mit einer ein Flächengewicht von 30 g/m² 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 enthaltendes wäßriges Überzugsmittel in einem Anteil von 10 g/m² 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

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 mit einem Flächengewicht von 290 g/m² und eine äußere Schicht mit einem Flächengewicht von 30 g/m² aufweist, wird mit Hilfe eines Trockenzylinders bei einer Oberflächentemperatur von 140°C verarbeitet. Die Geschwindigkeit der Papiermaschine beträgt 80 m/min. Die äußere Schicht des erhaltenen Papiers wird gemäß Beispiel 2 kalanderbeschichtet.

Zum Vergleich wird ein entsprechendes Papier ohne äußere Schicht hergestellt. Dieses Papier besteht somit nur aus der vorgenannten Substratschicht und besitzt ein Flächengewicht von 350 g/m². In diesem Falle haftet das Kunstharz an der Zylinderoberfläche, wenn die Oberflächentemperatur des Trockenzylinders 120°C übersteigt. Daher senkt man die Oberflächentemperatur des Trockenzylinders auf 115°C, 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 Papiere. "Trocken" bedeutet in Tabelle III, daß die Testbahn mindestens 24 Stunden bei 20°C und 65% relativer Feuchte gelagert wird, während "naß" bedeutet, daß die Testbahn 1 Stunde bei 20°C in Wasser getaucht wird. Die Eigenschaften werden nach zur JIS-Norm P8126 analogen Methoden bestimmt. Der Wasserabsorptionswert gibt die Gewichtszunahme nach 24 Stunden langem Eintauchen in Wasser bei 20°C an (Trockengewicht = 100).

Tabelle III

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.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Papiers aus Cellulosefasern und einem thermoplastischen Kunststoff, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Substratschicht aus Cellulosefasern und einem thermoplastischen Harz in Faser-, Pellet- oder Teilchenform, dessen Anteil zwischen 15 und 50 Gew.-% des vereinigten Trockengewichts der Cellulosefasern und des Harzes beträgt, mit mindestens einer auf mindestens einer Seite der Substratschicht ausgebildeten äußeren Schicht aus Cellulosefasern herstellt und die erhaltene Verbundbahn unter Erhitzen auf eine Temperatur oberhalb des Erweichnugspunktes oder des Schmelzpunktes des thermoplastischen Harzes preßt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als thermoplastisches Harz Polyäthylen, Polypropylen, Polyäthylenterephthalat, Polyamid, Polyvinylalkohol, Polyvinylchlorid, Polystyrol und/oder Acrylharze einsetzt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das thermoplastische Harz in einem Anteil von 20 bis 50 Gew.-%, bezogen auf das Trockengewicht der Substratschicht, einsetzt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Substratschicht mit einem Flächengewicht von 150 bis 800 g/m² einsetzt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man der äußeren Schicht einen Naßfestigkeitszusatz einverleibt.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man auf beiden Seiten der Substratschicht eine äußere Schicht ausbildet.

7. Mehrschichtiges Papier, erhältlich nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6.