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Verfahren zur Herstellung von Trennpapieren
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Trennpapieren
für das Gießen thermoplastischer organischer Filme aus organischen Lösungsmittellösungen.
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Solches Papier, wie es erfindungsgemdß hergestellt wird, dient zum
Gießen von Polyvinylbutyralfolien, die beispielsweise zur Herstellung von reflektierenden
Vorrichtungen, z.B. Straßenverkehrszeichen dienen.
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Trennpapiere zum Gießen von Bögen oder Folien aus transparenten thermoplastischen
Harzen sind seit langem bekannt. Ublicherweise sind diese Papiere mit einem Trennmittel,
beispielsweise einem Silikon, einer Starke, einem Silikat oder dgl. beschichtet,
das
eine Trennschicht zwischen der gegossenen Kunststoffoberflache
und dem Papier bildet. B.i den konventionellen Gießverfahren werden daher Lösungen
aus organischen Lösungsmitteln mit diesen thermoplastischen Harzen auf das Trennpapier
aufgetragen und zur Entfernung des Lösungsmittels getrocknet und denn der getrocknete
Film oder die Folie von der das Trennmittel tragenden Oberflache einfach abgestreift.
Die Oberflache der Kunstharzfolie ist dann ein genaues Abbild der Trennfläche.
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Nach diesem Verfahren kann man auch endlose Bahnen oder Folien aus
thermoplastischen Harzen herstellen, falls dies gewünscht wird. Typische Beispiele
solcher Trennpapiers sind in den nachfolgenden Patentschriften beschrieben: US-Patent
3,067,054 US-Patent 3,331,729 US-Patent 3,519,4S6 US-Patent 3,873,390 US-Patent
3,896,249 US-Patent 3,952,131 Die US-Patentschrift 3,519,456 beschreibt verschiedene
Papierarten, einschl. glasklarer Papiere, Pergamentpapiere und Kraftpapiere, die
mit einem ausgehärteten Siloxanharz oder mit einem
Wernerschen Chromkomplex
beschichtet sind oder mit einem Polyethylen-, Tetrafluord.thylen oder Polypropylenfilm
als Träger zum Gießen von Übertragfarbmischungen.
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Die US-Patentschrift 3,873,398 beschreibt ein silikonbeschichtetes
Trennpapier, beispielsweise zur Verwendung bei der Herstellung von reflektierenden
thermoplastischen Folien, wie man sie für den Straßenverkehr benötigt. Trennpapiere
mit einer Polyäthylenbeschichtung und mit einer weiteren Beschichtung mit einem
Trennmittel sind weiter beschrieben in den US-Patentschriften 3,331,729, 3,896,249
und 3,952,131. Die US-Patentschrift 3,067,054 beschreibt die Verwendung eines Papieres,
das mit einem Polyäthylen niedrigen Molekulargewichtes (MG = 12.000 bis 20.000)
fUr das Lösungsgießen von gewissen thermoplastischen Vinylharzfilmen beschichtet
ist.
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Kürzlich sind Versuche durchgeführt worden, ein Papier zu entwickeln,
das mit einer Polyäthylenschicht durch Extrusion versehen ist, welches zum Gießen
thermoplastischer Filme verwandt werden könnte. Solche polyathylenbeschichteten
Papiere werden Ublicherweise durch kontinuierliche Extrusion eines schmelzflüssigen
Filmes von Polyethylen aus einem Extruder hergestellt, wobei dieser Film noch im
heißen Zustand mit dem Papier zur Haftung dadurch gebracht wird, daß man den heißen
Film und das Papiersubstrat zwischen zwei Andruckwalzen hindurchlaufen löst. Extrusionsschmelztemperaturen
von 5750F
oder darüber rind bei diesen Verfahren üblich. Das Abkühlen
des aufgetragenen Filmes wird dadurch erreicht, daß man die Walze, die mit dem heißen
Film in Berührung ist, auf einer KDhltemperatur halt.
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Polyäthylenbeschichtete Papiere, die nach solchen herkömmlichen Verfahren
hergestellt werden, haben jedoch keine guten Trenneigenschaften fUr gegossene Polyvinylbutyralfolien.
In manchen fallen ist bei Versuchen, die Polyvinylbutyralfolie von dem Trennpapier
abzustreifen, die Polyäthylenschicht von dem Papier abgerissen worden. Mon kann
nun durch 1. Herabsetzung der Temperatur der Polyäthylenschmelze, 2. Kompensierung
des Verlustes an Haftung zwischen dem Papier und dem Polyäthylenfilm aufgrund der
niedrigen Extrusionstemperatur unter Verwendung einer Schicht eines Haftvermittlers
auf das Papiersubstrat und 3. Estrusbeschichtung vermittels eines Polyäthylens niedriger
Dichte gemäß dem Verfahren ein Papier erzeugen, welches ausgezeichnete Trenneingenschaften
hat. Dieses Trennpapier hat eine spiegelgleiche Trennoberfläche, die frei von Defekten
ist und die insbesondere dann verwandt werden kann, wnn die gegossene Folie oder
der gegossene Filn eine reflektierende Oberfläche verlangt, wie man sie zur Herstellung
von beispielsweise Straßenverkehrszeichen benötigt.
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ErfindungsgemäB wird daher ein Verfahren vorgeschlagen zur Herstellung
eines Trennpapieres zum Gießen von Folien oder Filmen aus einem thermoplastischen
Material, indem man auf wenigstens eine Oberfläche eines Papiersubstrats eine wässrige
Beschichtungsmasse, die einen Haftvermittler enthält, aufträgt und dieses so beschichtete
Substrat trocknet. Daraufhin wird ein geschmolzener Film auf die beschichtete Oberflache
aufgebracht, wobei der geschmolzene Film des Polyäthylens niedriger Dichte eine
Extrusionstemperatur zwischen 4250 und 5750F aufweist, der Polyäthylenfilm niedriger
Dichte mit der beschichteten Oberfläche zum Haften gebracht wird und auf eine Temperatur
abgekühlt wird, die unterhalb des Schmelzpunktes des Polyethylens niedriger Dichte
liegt.
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In Verfolg des Erfindungsgedankens umfaßt daher das Trennpapier zum
Gießen thermoplastischer Filme oder Folien ein Papier substrat und eine Schicht
aus einem Polyethylen niedriger Dichte, die auf wenigstens einer Oberfläche des
Substrats aufgebracht ist.
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Die Haftung der Polyäthylenschicht auf dem Papier erfolgt vermittels
einer Schicht eines Haftvermittlers (Primer). Das Polyäthylen niedriger Dichte hat
eine Dichte, die im Bereich von 0,917 g/cm3 bis 0,930 g/cm liegt, und das Polyäthylen
niedriger Dichte wird auf das Papiersubstrat bei einer Temperatur zwischen 4250F
und ungefähr 5750F aufgebrocht.
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Das Substrat für das Trennpapier gemäß der Erfindung ist vorzugsweise
ein unbeschichtetes Papier, welches vorzugsweise hoch feste Fasern, beispielsweise
Kraft- oder Sulfitfasern enthält. Das Papier ist vorzugsweise mit einer inneren
Leimung von der Papiermaschine versehen, u. eine Aufspaltung des Papiers während
nd seiner Verwendung als Trennpapier zu verhindern. Die Dicke des Papiers ist nicht
kritisch und wird bestimmt von den Festigkeitsanforderungen des Trennpapiers. Ein
Papier von 4 bis 10 mil Dicke und einer Oberflächenglätte nach Sheffield von etwa
60 bis 90 wird bevorzugt.
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Das Papiersubstrat wird mit einer Schicht eines Haftvermittleres
zur Verbindung des Polyäthylens mit des Papier beschichtet.
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Ein solcher Haftvermittler verwendet Aluminiumoxidteilchen von einer
Teilchengröße von etwa 1 millimicron bis etwa 60 millimikron. Solche Teilchengröße
ist fUr den Haftvermittler -IB der Erfindung befriedigend. Eine bevorzugte Teilschengröße
liegt in Bereich von 5 bis 20 millimikron. Aluminiumoxid in Teilchen dieser Art
ist im Handel rhdltlich als Aluminiumoxid C und Q-LOID A-30, die eine gute Verbindung
zwischen dem Substrat und dem Polyäthylen vermitteln. Das Aluminiumoxid C wird durch
Flammenhydrolyse von wasserfreiem Aluminiumchlorid von der Firma Degussa, Inc.,
New York, New York, hergestellt und wird als ein in Wasser dispergierbares Aluminiumoxidteilchenpulver
mit einer mittleren Teilchengröße von etwa 20 millimikron verkauft. Das
Aluminiumoxid
Q-LOID A-30 ist eine schwach saure Dispersion mit 30 % Aluminiumoxidteilchen von
einer mittleren Teilchengröße von etwa 5 millimikron und wird hergestellt und verkauft
von der Firma Philadelphia Quartz Company of Valley Forge, Pennsylvania.
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Die Aluminiumoxidteilchen werden vorzugsweise auf das Papiersubstrat
als verdünnter wässriger Brei vermittels einer oder mehrerer Leimpressen in der
Papiermaschine aufgebracht. Der Beschichtungsvor gang kann aber auch als getrennter
Vorgang außerhalb der Papiermaschine durchgeführt werden. Die Auftragung kann in
irgendeinem geeigneten Verfahren durchgeführt werden, bei dem ein dünner aluminiumoxidhaltiger
Brei gleichmaßig über das Papier verteilt wird.
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Im allgemeinen hangt die Menge, die erforderlich ist, eine gute Haftung
des Polyäthylenfilms auf dem Papier zu schaffen, von der Rauhigkeit des Papiers,
der Dicke des Polyethylenfilms, der Polyäthylentype, der Temperatur des extrudierten
Polyäthylenfilms, dem Druck in dem Walzenspalt und der Geschwindigkeit der Papierbahn
ab.
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Z.B. bei einer Geschwindigkeit von etwa 30 mimin wird die Haftung
des Polyethylens auf der Papieroberfläche merklich verbessert, wenn 2 diese Papieroberfläche
mit 0,17 g/m mit Aluminiumoxid beschichtet 2 wird. Ein bevorzugter Bereich der Menge
an Aluminiumoxid pro m liegt zwischen 0,25 und 0,60 g und am allerbesten ist die
Haftung
bei einer Menge zwischen 0,45 9 und 50 9/2. B.i dieser
bevorzugten Menge kann man die Beschichtung bei Geschwindigkeiten bis zu etwa 150
m/min durchführen, wobei man imnr eine gute Haftung des Polyethylens auf dem Papier
erhält.
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Obgleich die dünnen Beschichtungen mit Aluminiumoxid kein Bindemittel
erfordern, kann doch, falls gewünscht, ein Bindemittel verwandt werden, beispielsweise
eine Papierstärke in Mengen bis zu 30 Gew-%, bezogen auf das Gewicht des Aluminiumoxidgehalts.
Oberhalb dieser Menge wird die Haftung des Polyäthylenfilms auf dem Papiersubstrat
nochteilig beeinflußt.
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Das aluminiumoxidbechichtete Papier kann über dampfbeheizte Walzen
in der Papiermaschine getrocknet werden oder in irgendeiner anderen konventionellen
Art. Das getrocknete Papier kann kalondert werden, so daB man eine glatte Oberfläche
fOr den Auftrag des Polyäthylenfilms erhält. Das getrocknete Papier kann weiter
habkelandert werden, so daß man eine außerordentlich glatte Oberflach erfährt, falls
das gewOnscht ist.
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Erfindungsgemäß können auch andere Haftvermittler als Aluminiu.oxidteilchen
verwandt werden. Unter diesen anderen Haftvermittlern können sein kolloidale Kieselsäure,
hydrolisierte organische Titane, Polyäthylenimine, Polyamide und Harnstoffaldehydharze.
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Eine bevorzugte kolloidale Kieselsäure ist Ludox AM kolloidale Kieselsäure,
die im Handel erhältlich ist von der Firma du Pont
in Wilmington,
Delaware, und zwar als ziege Dispersion in Wasser.
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Der mittlere Durchmesser dieser Kieselsdureteilchen beträgt 12 millimikron.
Ein bevorzugtes organisches Titan ist Tyzor TE, wobei es sich um Triethanolaminestertitanat
handelt, das in Form einer 80%-igen Lösung des Titanats in Isopropanol ebenfalls
von der Firma du Pont erhältlich ist. Beide Haftvermittler können als verdUnnte
wossrige Dispersionen auf das Papier in der Papiermaschine aufgetragen werden in
derselben Weise wie das Aluminiumoxid. Das organische Titanat hydrolisiert wdhrend
der Auftragung und Trocknung des Papiers langsam, so daß sich eine Schicht aus einem
polymeren Titaniumoxid auf dem behandelten Papier bildet.
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Die bevorzugten organischen Verbindungen, wie Polyäthylenimine, Polyamide
und Harnstoff-Formaldehyd-Harze sind in Form von wässrigen dispergierbaren Hcrzmischungen
im Handel erhältlich, die auf das Papier in Form verdünnter wdssriger Lösungen oder
Dispersionen aufgetragen werden können, die getrocknet werden und dann eine Harzschicht
bilden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die mit dem
Haftvermittler oder Primer überzogene Papierf lache mit einer Corona-Entladung an
sich bekannter Art behandelt, wie das beispielsweise in der US-Patentschrift 3,411,908
beschrieben ist. Befriedigend hat sich eine Behandlungsstation mit vier Walzen erwiesen,
in der das beschichtete Papier auf jeder der vier Walzen der Reihe nach einer einfachen
Coronaentladung
ausgesetzt wird. Di. Coronaentladung wird durch einen Generator erzeugt mit einer
Eingangsspannung von 78.000 Volt-Ampere und einem Ausgang von 30.000 Volt und 30
MHz, der von der Firma Softal Electronics Gmbh, Hamburg, hergestellt wird.
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Wie bei der konventionallen kontinuierlichen Extrusionsbeschichtung
wird ein heißer Polyöthylenfilm von des Extruder auf die mit dem Halfvermittler
versehene Papieroberfläche aufgebracht und dieser Film gleichzeitig zur Haftung
gebracht und geküht, indem man ihn mit dem Papier durch den Walzenspalt zweier Walzen
laufen läßt, von denen ein. eine Kühlwalze ist und die andere eine Andruckwalze
aus Gummi.
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Normale handelsUbliche, fUr die Extrusionsbeschichtung vorgesehene
Polyäthylene niedriger Dichte haben sich als sehr erfolgreich bei der Durchführung
der Erfindung erwiesen. Für die Erfindung wird daher ein Polyäthlenharz niedriger
Dichte verwendet, dessen Dichte im Bereich von 0,917 g/cm³ bis /,930 g/cm³ liegt.
Polyäthylenharze höherer Dichte oberhalb 0,930 g/cm³ haben Trenneigenschaften, die
denen der Polyathyl-n niedriger Dichte entsprechen. Die Harz. höherer Dichte jedoch
kristallisieren bei der Einwirkung hoher Temperaturen, die bei Gießen der thermoplastischen
Folien erreicht werden. Dadurch haben die so erzeugten thermoplastischen Folien
eine matte Oberfläche, anstatt einer reflektierenden spiegelgleichen Oberfläche.
Beispiele
für handelsübliche Harze, welche benutzt werden können,
sind die Polyäthylenharze, die als Gulf Oil Company's 4516 und 1018 bezeichnet sind.
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Der Extrusionsbeschichtungsprozeß, bei dem ein Extruder verwendet
wird, um einen Polyäthylenfilm aufzutragen, ist üblich mit der Ausnahme der Extrusionstemperatur,
d.h. die Temperatur des extrudierten Polyothylens unmittelbar vor der Extrusionsdüse
Üblicherweise liegt die Extrusionsschmelztemperatur beim Extrudieren von Polyäthylen
zwischen etwa 6000F und 6200F. Bei dieser Temperatur jedoch gibt die Polyäthylenoberfläche
des beschichteten Papiers die gegossene thermoplastische Folie nicht ordentlich
frei, und sie kann nicht ohne weiteres von dem polydthylenbeschichteten Trennpapier
abgetrennt werden. Extrusionsschmelztemperaturen von etwa 4250F bis 5750F beeinträchtigen
die Trenneigenschaften des polyäthylenbeschichteten Papiers nicht und gestatten
eine einwandfreie Trennung des Papiers bzw. die Herstellung eines einwandfreien
Trennpopiers bei vernünftigen Extrusionsgeschwindigkeiten. Eine bevorzugte Schmeiztemperaturspanne
liegt im Bereich von 4250F und 5750F. Am allerbesten jedoch haben sich Temperaturen
zwischen 525 und etwa 5300F erwiesen. Die Temperatur der Kühlwalze liegt vorzugsweise
zwischen 500F und 900F. Vorzugsweise ist der Druck in dem Walzenspalt in der Größenordnung
von 70 bis 130 Pfd./inch linear.
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Die Dicke des Polyäthylenfilms kann zwischen etwa 0,5 mils und 4 mils
liegen, vorzugsweise etwa bei 2 mils.
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In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung enthält das Polyäthylen
ungefähr 1 bis 7 %, vorzugsweise 2 bis 3 S metallisches Aluminiumpigmet. Bei den
Prozenten handelt es sich um Gewichtsprozente, bezogen auf das Gesamtgewicht des
pigmentierten Polyäthylenfilms. Die Einarbeitung der metallischen Aluminiumpigmentmenge
liefert eine reflektierende Oberfläche des Polyäthylentrennpapieres, die eine Überwachung
des gegeossenen thermoplastischen Films hinsichtlich seiner Dicke und Ebenheit ermöglicht.
Das Aluminiummetallpigment kann dem Polyäthylen in an sich bekannter Weise zugesetzt
werden, indem man ein vorgemischtes Master-Batch z.B. aus 50 % Polyäthylen und 50
% Aluminiummetallpigment eine Extruder zusammen mit Polyäthylen niedriger Dichte
zuführt, wodurch der gewünschte Aluminiummetallpigmentgehalt eingestellt werden
kann.
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Die Erfindung wird nun anhand eins Beispieles näher erläutert.
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Beispiel Ein Papiersubstrat von 8 mils wurde aus einem Gemisch von
20 Gew-% Weichholzkraft und 80 Gew-% Hartholzkraft auf eine Feinheit von 390 bis
460 Canadian Standard Freeness gemahlen und der Zellulose 6 Pfd.
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einer kationischen Stärke pro Tonne zugesetzt. Das Papier wurde auf
einer Papiermaschine produziert und getrocknet.
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Noch auf der Papiermaschine wird das Papier durch drei Leimpressen
gefUhrt und jedesmal getrocknet. In der ersten Leimpresse wird das Papier mit einer
wässrigen eigen Lösung einer Papierbeschichtungsstdrke behandelt. In der zweiten
und dritten Leimpresse wird das Papier mit einer wässrigen Dispersion behandelt,
die 1,81( Aluminiumoxid enthält. Die Gesamtaufnahme an Aluminiumoxid betrug etwa
0,43 g pro Seite. Daraufhin wurde das Papier mit einem Maschinenkalander auf der
Papiermaschine kalandert, so daß sich für die anschließende Beschichtung eine glatte
Oberfläche ergab. Die Glätte betrug nach Sheffield ungefähr 75. Die aluminiumbeschichtete
Seite des Papiers wurde mit einer Coronaentladung unter Verwendung einer Vierwalzenstation
behandelt.
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Das so vorbereitete Papier wurde mit einer Geschwindigkeit von 450
feet in der Minute auf einer Seite mit einer Schicht von 2 mils aus einem Polydthylen
niedriger Dichte beschichtet, das 2 % Aluminiummetallpigment enthielt. Die Beschichtung
erfolgte mit einem Extruder.
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Die Schmelztemperatur des Polyathylens im Extruder betrug 5250F und
die glatt polierte Kühlwalze wurde auf einer Temperatur von 5700F gehalten. Im Walzenspalt
zwischen Kühlwalze und Andruckwalze wurde ein Druck von 120 Pfd/inch aufrechterhalten.
Das so erzeugte Trennpapier wurde dann mit einem Film von einer Stärke von 1,5 mils
Polyvinylbutyral
beschichtet unter Verwendung einer 20%-igen Lösung
von Polyvinylbutyral in einem Lösungsmittelgemisch aus 80 % Methanol und 20 S Toluol.
Das polyvinylbutyralbeschichtete Trennpapier wurde 10 min lang getrocknet. Nach
dem Abkühlen auf Zimmertemperatur ließ sich der Polyvinylbutyralfilm leicht von
dem Trennpapier abziehen.
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Das Trennpapier nach der vorliegenden Erfindung kann zum Herstellen
gegossener Bögen, Films oder Folien oder Übertragungsfolien aus thermoplastischen
Harzen zusätzlich zu des außer der oben genannten Polyvinylbutyralfolie verwendet
werden. Organische Lösungen von z.B. Acrylaten, Methacrylat, Vinylchlorid-Styrol-Copolyer
und Polyester können auf die Polyäthylenoberfläche gegossen werden, solange das
verwendete Lösungsmittel nicht mit der Polyäthylenbeschichtung des Trennpapiers
reagiert oder dieses gar auflöst bei den Trocknungstemperaturen der gegossenen Lösung.