DE2750244C2

DE2750244C2 -

Info

Publication number: DE2750244C2
Application number: DE19772750244
Authority: DE
Inventors: Klaus B. Pulaski N.Y. Us Kasper; John A. Medfield Mass. Us Hill Iii
Original assignee: Schoeller Technical Papers Inc
Current assignee: Schoeller Technical Papers Inc
Priority date: 1976-11-16
Filing date: 1977-11-10
Publication date: 1988-04-28
Also published as: DE2750244A1; JPS5391973A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Trennpapieren für das Gießen thermoplastischer organischer Filme aus organischen Lösungsmittellösungen.

Ein solches Papier, wie es erfindungsgemäß hergestellt wird, dient zum Gießen von Polyvinylbutyralfolien, die beispielsweise zur Herstellung von reflektierenden Vorrichtungen, z. B. Straßen verkehrszeichen dienen.

Trennpapiere zum Gießen von Bögen oder Folien aus trans parenten thermoplastischen Harzen sind seit langem bekannt. Üblicherweise sind diese Papiere mit einem Trennmittel, beispiels weise einem Silikon, einer Stärke oder einem Silikat be schichtet, das eine Trennschicht zwischen der gegossenen Kunst stoffoberfläche und dem Papier bildet. Bei den konventionellen Gießverfahren werden daher Lösungen aus organischen Lösungs mitteln mit diesen thermoplastischen Harzen auf das Trennpapier aufgetragen und zur Entfernung des Lösungsmittels getrocknet und dann wird der getrocknete Film oder die Folie von der das Trennmittel tragenden Oberfläche einfach abgestreift. Die Ober fläche der Kunstharzfolie ist dann ein genaues Abbild der Trenn fläche. Nach diesem Verfahren kann man auch endlose Bahnen oder Folien aus thermoplastischen Harzen herstellen, falls dies gewünscht wird. Typische Beispiele solcher Trennpapiere sind in den nachfolgenden Patentschriften beschrieben:

US-PS 30 67 054
US-PS 33 31 729
US-PS 35 19 456
US-PS 38 73 390
US-PS 38 96 249
US-PS 39 52 131

Die US-Patentschrift 35 19 456 beschreibt verschiedene Papier arten, einschl. glasklarer Papiere, Pergamentpapiere und Kraftpa piere, die mit einem ausgehärteten Siloxanharz, einem Werner'schen Chromkomplex oder mit einem Polyethylen-, Tetrafluorethylen- oder Poly propylenfilm als Träger zum Gießen von Übertragfarbmischungen be schichtet sind.

Die US-Patentschrift 38 73 398 beschreibt ein silikonbeschich tetes Trennpapier, beispielsweise zur Verwendung bei der Her stellung von reflektierenden thermoplastischen Folien, wie man sie für den Straßenverkehr benötigt. Trennpapiere mit einer Polyethy lenbeschichtung und mit einer weiteren Beschichtung mit einem Trennmittel sind weiter in den US-Patentschriften 33 31 729, 38 96 249 und 39 52 131 beschrieben. Die US-Patentschrift 30 67 054 beschreibt die Verwendung eines Papieres, das mit einem Polyethy len niedrigen Molekulargewichtes (MG = 12 000 bis 20 000) für das Lösungsgießen von gewissen thermoplastischen Vinylharzfilmen beschichtet ist.

Kürzlich sind Versuche durchgeführt worden, ein Papier zu entwickeln, das mit einer Polyethylenschicht durch Extrusion ver sehen ist, welches zum Gießen thermoplastischer Filme verwandt werden könnte. Solche polyethylenbeschichteten Papiere werden üblicherweise durch kontinuierliche Extrusion eines schmelz flüssigen Filmes von Polyethylen aus einem Extruder hergestellt, wobei dieser Film in heißem Zustand mit dem Papier zur Haftung dadurch gebracht wird, daß man den heißen Film und das Papiersubstrat zwischen zwei Andruckwalzen hindurchlaufen läßt. Extrusionsschmelztemperaturen von 302°C oder darüber sind 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 Kühltemperatur hält. Polyethylenbe schichtete Papiere, die nach solchen herkömmlichen Verfahren herge stellt werden, haben jedoch keine guten Trenneigenschaften für gegossene Polyvinylbutyralfolien. In manchen Fällen ist bei Versuchen, die Polyvinylbutyralfolie von dem Trennpapier abzustreifen, die Poly ethylenschicht von dem Papier abgerissen worden.

Die US-PS 34 80 466 erwähnt ebenfalls die Verwendung eines Polyolefinfilms auf einem geeigneten Trägerpapier zur Herstellung eines Trennpapiers, weist jedoch gleichzeitig darauf hin, daß diese Papiere nicht voll befriedigen. Folglich schlägt die US-PS 34 80 466 statt dessen vor, ein übliches Basispapier zu verwenden, das mit einem Haftvermitt ler beschichtet ist, der aus einer wäßrigen Tonerdemischung besteht, die dann mit einer Kunstharzschicht überzogen wird.

Diese Kunstharzschicht kann beispielsweise eine Lösung oder eine Dispersion eines Polyvinylalkohols oder Polyvinylpyrrolidons sein.

Man kann nun durch

1. Herabsetzung der Temperatur der Polyethylenschmelze,
2. Kompensierung des Verlustes an Haftung zwischen dem Papier und dem Polyethylenfilm aufgrund der niedrigen Extrusionstemperatur durch Verwendung einer Schicht eines Haftvermittlers auf dem Papiersubstrat und
3. Extrusionsbeschichtung vermittels eines Polyethylens niedriger Dichte

gemäß dem Verfahren ein Papier erzeugen, welches ausgezeichnete Trenneigenschaften hat. Dieses Trennpapier hat eine spiegelgleiche Trennoberfläche, die frei von Defekten ist und die insbesondere dann verwandt werden kann, wenn die gegossene Folie oder der gegossene Film eine reflektierende Oberfläche verlangt, wie man sie zur Her stellung von beispielsweise Straßenverkehrszeichen benötigt.

Erfindungsgemäß wird daher ein Verfahren zur Herstellung eines Trennpapiers zum Gießen von Folien oder Filmen aus einem thermoplastischen Material vorgeschlagen, indem man auf wenigstens eine Oberfläche eines Papiersubstrats eine wäßrige Beschichtungs masse, die einen Haftvermittler enthält, aufträgt und dieses so beschichtete Substrat trocknet. Daraufhin wird ein geschmolzener Film auf die beschichtete Oberfläche aufgebracht, wobei der ge schmolzene Film des Polyethylens niedriger Dichte eine Extrusions temperatur zwischen 218°C und 302°C aufweist, der Polyethylenfilm niedriger Dichte mit der beschichteten Oberfläche zum Haften ge bracht wird und auf eine Temperatur abgekühlt wird, die unter halb des Schmelzpunktes des Polyethylens niedriger Dichte liegt.

Das Trennpapier zum Gießen thermoplastischer Filme oder Folien umfaßt daher ein Papiersubstrat und eine Schicht aus einem Polyethylen niedriger Dichte, die auf wenigstens einer Oberfläche des Substrats aufgebracht ist. Die Haftung der Polyethylenschicht auf dem Papier erfolgt vermittels einer Schicht eines Haftver mittlers (Primer). Das Polyethylen niedriger Dichte hat eine Dichte, die im Bereich von 0,917 g/cm³ bis 0,930 g/cm³ liegt, und das Polyethylen niedriger Dichte wird auf das Papiersubstrat bei einer Temperatur zwischen 218°C und 302°C aufgebracht. Das Substrat für das Trennpapier ist vorzugsweise ein unbeschichtetes Papier, welches vorzugsweise hochfeste Fasern, beispielsweise Kraft- oder Sulfitzellstoffasern enthält. Das Papier ist vorzugsweise mit einer inneren Leimung auf der Papiermaschine versehen, um eine Auf spaltung des Papiers während seiner Verwendung als Trennpapier zu verhindern. Die Dicke des Papiers ist nicht kritisch und wird von den Festigkeitsanforderungen des Trennpapiers bestimmt.

Ein Papier von 0,1 mm bis 0,25 mm Dicke und einer Oberflächen glätte nach Sheffield von 60 bis 90 wird bevorzugt.

Das Papiersubstrat wird mit einer Schicht eines Haftver mittlers zur Verbindung des Polyethylens mit dem Papier be schichtet. Ein solcher Haftvermittler verwendet Aluminiumoxid teilchen von einer Teilchengröße von 1 nm bis 60 nm. Eine der artige Teilchengröße ist für den Haftvermittler befriedigend. Eine bevorzugte Teilchengröße liegt im Bereich von 5 bis 20 nm. Aluminiumoxide mit Teilchen dieser Größe sind im Handel erhält lich. Dieses Aluminiumoxid wird entweder durch Flammenhydro lyse von wasserfreiem Aluminiumoxid hergestellt und als ein in Wasser dispergierbares Aluminiumoxidteilchenpulver mit einer mittleren Teilchengröße von 20 nm verkauft oder es wird als schwach saure Dispersion mit 30% Aluminiumoxidteilchen einer mittleren Teilchengröße von 5 nm hergestellt und verkauft.

Die Aluminiumoxidteilchen werden auf das Papiersubstrat vorzugsweise als verdünnter wäßriger Brei mittels einer oder mehrerer Leimpressen in der Papiermaschine aufgebracht. Der Beschichtungsvorgang kann aber auch als getrennter Vorgang außerhalb der Papiermaschine durchgeführt werden. Die Auf tragung kann in irgendeinem geeigneten Verfahren durchgeführt werden, bei dem ein dünner aluminiumoxidhaltiger Brei gleich mäßig über das Papier verteilt wird.

Im allgemeinen hängt die Menge, die erforderlich ist, um eine gute Haftung des Polyethylenfilms auf dem Papier zu schaffen, von der Rauhigkeit des Papiers, der Dicke des Polyethylenfilms, der Polyethylentype, der Temperatur des extrudierten Polyethylenfilms, dem Druck in dem Walzenspalt und der Geschwindigkeit der Papier bahn ab. Bei einer Geschwindigkeit von 30 m/min wird z. B. die Haftung des Polyethylens auf der Papieroberfläche merklich ver bessert, wenn diese Papieroberfläche mit 0,17 g/cm² mit Aluminium oxid beschichtet wird. Ein bevorzugter Bereich der Menge an Aluminiumoxid pro m² liegt zwischen 0,25 g und 0,60 g und am allerbesten ist die Haftung bei einer Menge zwischen 0,45 g/m² und 0,50 g/m². Bei dieser bevorzugten Menge kann man die Be schichtung bei einer Geschwindigkeit bis zu etwa 150 m/min durch führen, wobei man immer eine gute Haftung des Polyethylens auf dem Papier erhält.

Obgleich die dünnen Beschichtungen mit Aluminiumoxid kein Bindemittel erfordern, kann doch, falls gewünscht, ein Binde mittel verwandt werden, beispielsweise eine Papierstärke in Mengen bis zu 30 Gew.-% bezogen auf das Gewicht des Aluminiumoxidge halts. Oberhalb dieser Menge wird die Haftung des Polyethylen films auf dem Papiersubstrat nachteilig beeinflußt.

Das aluminiumoxidbeschichtete Papier kann über dampfbe heizte Walzen in der Papiermaschine oder in irgendeiner anderen konventionellen Art getrocknet werden. Das getrocknete Papier kann kalandriert werden, so daß man eine glatte Oberfläche erhält. Das getrocknete Papier kann weiter superkalandriert werden, so daß man eine außerordentlich glatte Oberfläche erhält, falls dies benötigt wird.

Erfindungsgemäß können auch andere Haftvermittler als Aluminiumoxidteilchen verwandt werden. Als andere Haftver mittler können kolloidale Kieselsäure, hydrolysierte organische Titanate, Polyethylenimine, Polyamide und Harnstoff-Formaldehyd harze verwendet werden.

Eine bevorzugte kolloidale Kieselsäure ist im Handel als 30%ige Dispersion in Wasser erhältlich. Der mittlere Durchmesser dieser Kieselsäureteilchen beträgt 12 nm. Ein bevorzugtes or ganisches Titanat ist Triethanolaminestertitanat, das in Form einer 80%igen Lösung des Titanats in Isopropanol erhältlich ist. Beide Haftvermittler können als verdünnte wäßrige Dispersionen auf das Papier in der Papiermaschine in derselben Weise wie das Aluminiumoxid aufgetragen werden. Das organische Titanat hydro lysiert während der Auftragung und Trocknung des Papiers lang sam, so daß sich eine Schicht aus einem polymeren Titanoxid auf dem behandelten Papier bildet.

Die bevorzugten organischen Verbindungen, wie Polyethylen imine, Polyamide und Harnstoff-Formaldehyd-Harze sind in Form von wäßrigen dispergierbaren Harzmischungen im Handel erhält lich, die auf das Papier in Form verdünnter wäßriger Lösungen oder Dispersionen aufgetragen werden können, die getrocknet werden und dann eine Harzschicht bilden.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die mit dem Haftvermittler oder Primer überzogene Papierfläche mit einer Corona-Entladung an sich bekannter Art behandelt, wie das beispielsweise in der US-Patentschrift 34 11 908 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 ausge setzt wird. Die Coronentladung wird durch einen Generator mit einer Eingangsleistung von 78 kW und einem Ausgang von 30 000 Volt und 30 MHz erzeugt.

Wie bei der konventionellen kontinuierlichen Extrusionsbe schichtung wird ein heißer Polyethylenfilm von dem Extruder auf die mit dem Haftvermittler versehene Papieroberfläche aufge bracht und dieser Film gleichzeitig zur Haftung gebracht und ge kühlt, indem man ihn mit dem Papier durch den Walzenspalt zweier Walzen laufen läßt, von denen eine eine Kühlwalze ist und die andere eine Andruckwalze aus Gummi.

Normale handelsübliche, für die Extrusionsbeschichtung vorge sehene Polyethylene niedriger Dichte haben sich als sehr erfolgreich bei der Durchführung der Erfindung erwiesen. Für die Erfindung wird daher ein Polyethylenharz niedriger Dichte verwendet, dessen Dichte im Bereich von 0,917 g/cm³ bis 0,930 g/cm³ liegt. Polyethy lenharze mit einer Dichte von mehr als 0,930 g/cm³ haben Trenn eigenschaften, die denen der Polyethylene niedriger Dichte ent sprechen. Die Harze höherer Dichte kristallisieren jedoch bei der Ein wirkung hoher Temperaturen, die beim Gießen der thermoplastischen Folien erreicht werden. Dadurch haben die so erzeugten thermo plastischen Folien eine matte Oberfläche, anstatt einer reflektierenden Oberfläche.

Als Polyethylenharze können handelsübliche Harze benutzt werden.

Der Extrusionsbeschichtungsprozeß, bei dem ein Extruder verwendet wird, um einen Polyethylenfilm aufzutragen, stellt mit Ausnahme der Extrusionstemperatur, d. h. der Temperatur des extrudierten Polyethylens unmittelbar vor der Extrusionsdüse, ein übliches Verfahren dar. Üblicherweise liegt die Extrusionsschmelz temperatur beim Extrudieren von Polyethylen zwischen 316°C und 327°C. Bei dieser Temperatur gibt jedoch die Polyethylenoberfläche des beschichteten Papiers die gegossene thermoplastische Folie nicht ordentlich frei und sie kann nicht ohne weiteres von dem polyethylen beschichteten Trennpapier abgetrennt werden. Extrusionsschmelz temperaturen von 218°C bis 302°C beeinträchtigen die Trenneigen schaften des polyethylenbeschichteten Papiers nicht und gestatten eine einwandfreie Trennung des Papiers bzw. die Herstellung eines einwandfreien Trennpapiers bei vernünftigen Extrusionsgeschwindig keiten. Eine bevorzugte Schmelztemperaturspanne liegt im Bereich von 218°C und 302°C. Am allerbesten jedoch haben sich Tempera turen zwischen 274°C und 277°C erwiesen. Die Temperatur der Kühlwalze liegt vorzugsweise zwischen 10°C und 32°C. Vorzugsweise ist der Liniendruck in dem Walzenspalt in der Größenordnung von 12,25 bis 22,75 kN/m. Die Dicke des Polyethylenfilms kann zwischen 12,7 µm und 101,6 µm liegen, vorzugsweise bei 50,8 µm.

In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung enthält das Polyethylen ungefähr 1 bis 7%, vorzugsweise 2 bis 3% metallisches Aluminiumpigment. Bei den Prozenten handelt es sich um Gewichtsprozente, bezogen auf das Gesamtgewicht des pig mentierten Polyethylenfilms. Die Einarbeitung der metallischen Aluminiumpigmentmenge liefert eine reflektierende Oberfläche des Polyethylentrennpapieres, die eine Überwachung des gegossenen thermoplastischen Films hinsichtlich seiner Dicke und Ebenheit ermöglicht. Das Aluminiummetallpigment kann dem Polyethylen in an sich bekannter Weise zugesetzt werden, indem eine vorge mischte Menge z. B. aus 50% Polyethylen und 50% Aluminium metallpigment einem Extruder zusammen mit Polyethylen niedriger Dichte zugeführt wird, wodurch der gewünschte Aluminiummetallpigment gehalt eingestellt werden kann.

Die Erfindung wird nun anhand eines Beispieles näher erläutert.

Beispiel

Ein Papiersubstrat von 0,2 mm Dicke wurde aus einem Gemisch von 20 Gew.-% Weichholzkraftzellstoff und 80 Gew.-% Hartholzkraftzell stoff auf eine Feinheit von 390 bis 460 Canadian Standard Freeness gemahlen und der Zellulose wurden 2,72 kg einer kationischen Stärke pro Tonne zugesetzt. Das Papier wurde auf einer Papiermaschine pro duziert und getrocknet.

Noch auf der Papiermaschine wird das Papier durch drei Leimpressen geführt und jedesmal getrocknet. In der ersten Leimpresse wird das Papier mit einer wäßrigen 6%igen Lösung einer Papierbeschichtungsstärke behandelt. In der zweiten und dritten Leimpresse wird das Papier mit einer wäßrigen Disper sion behandelt, die 1,8% Aluminiumoxid enthält. Die Gesamtauf nahme an Aluminiumoxid betrug etwa 0,43 g pro Seite. Darauf hin wurde das Papier mit einem Maschinenkalander auf der Pa piermaschine kalandriert, so daß sich für die anschließende Be schichtung eine glatte Oberfläche ergab. Die Glätte nach Sheffield betrug ungefähr 75. Die aluminiumbeschichtete Seite des Papiers wurde mit einer Coronaentladung unter Verwendung einer Vier walzenstation behandelt.

Das so vorbereitete Papier wurde mit einer Geschwindigkeit von 137 m in der Minute auf einer Seite mit einer Schicht von 50,8 µm aus einem Polyethylen niedriger Dichte beschichtet, das 2% Aluminiummetallpigment enthielt. Die Beschichtung erfolgte mit einem Extruder. Die Schmelztemperatur des Polyethylens im Extruder betrug 274°C und die glatt polierte Kühlwalze wurde auf einer Temperatur von 21°C gehalten. Im Walzenspalt zwischen Kühlwalze und Andruckwalze wurde ein Liniendruck von 21 kN/m aufrechterhalten. Das so erzeugte Trennpapier wurde dann mit einem Polyvinylbutyralfilm von 38,1 µm Dicke unter Verwendung einer 20%igen Lösung von Polyvinylbutyral in einem Lösungs mittelgemisch aus 80% Methanol und 20% Toluol beschichtet.

Das polyvinylbutyralbeschichtete Trennpapier wurde 10 min lang getrocknet. Nach dem Abkühlen auf Zimmertemperatur ließ sich der Polyvinylbutyralfilm leicht von dem Trennpapier ab ziehen.

Das Trennpapier nach der vorliegenden Erfindung kann außer zur Herstellung der obengenannten Polyvinylbutyral folie zusätzlich zum Herstellen gegossener Bögen, Filme oder Folien oder Übertragungsfolien aus thermoplastischen Harzen verwendet werden. Organische Lösungen von z. B. Acrylaten, Methyacrylat, Vinylchlorid-Styrol-Copolymer und Polyester können auf die Polyethylenoberfläche gegossen werden, solange das ver wendete Lösungsmittel nicht mit der Polyethylenbeschichtung des Trennpapiers reagiert oder dieses gar bei den Trocknungstem peraturen der gegossenen Lösung auflöst.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Trennpapieres zur Verwendung als Gießform für thermoplastische Filme, da durch gekennzeichnet, daß die folgenden an sich bekannten Verfahrensschritte nacheinander durchgeführt werden:

a) Beschichtung eines Basispapieres mit einer wäßrigen Lösung oder Suspension, die wenigstens einen Haft vermittler enthält;
b) Trocknen und erforderlichenfalls Glätten des nach a) beschichteten Papieres,
c) Corona-Behandlung der Oberfläche des beschichte ten und getrockneten Papieres und
d) Auftragung eines Schmelzfilms aus Hochdruckpoly ethylen (LDPE) der Dichte 0,917-0,930 g/m² mittels einer Extrusionsbeschichtungsanlage mit Breitschlitzdüse bei einer Extrusionstemperatur zwischen 218 und 302°C und Glättung mittels einer Hochglanzkühlwalze.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die haftvermittelnde Substanz aus der Gruppe der folgenden Stoffe ausgewählt wird: Metalloxidteilchen, kolloidale Kieselsäure, hydro lysierte organische Titanate, Polyethylenimine, Polyamide und Harnstofformaldehydharze.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Metalloxidteilchen Aluminiumoxidteilchen mit einer mittleren Teilchengröße im Bereich von 1 nm bis 60 nm eingesetzt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminiumoxidteilchen in einer Menge aufgetragen werden, die im Bereich zwischen 0,25 g/m² und 0,60 g/m² liegt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Polyethylenfilm bei einer Temperatur zwischen 270°C und 290°C extrudiert und in einer Dicke von 12,7 bis 101,6 µm, vor zugsweise 50,8 µm, aufgetragen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Polyethylen 1 bis 7 Gew.-% metallisches Aluminiumpigment zugesetzt wird, bezogen auf das Gesamtgewicht des Polyethylen films.