DE3541187C1 - Verfahren zur Herstellung einer mit Kunstharzen in Form von Loesungen und Dispersionen impraegnierten Papierbahnen sowie deren Verwendung - Google Patents
Verfahren zur Herstellung einer mit Kunstharzen in Form von Loesungen und Dispersionen impraegnierten Papierbahnen sowie deren VerwendungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von mit Kunstharzen
in Form von Lösungen und Dispersionen imprägnierten Papierbahnen.
Es ist üblich und bekannt, Gehäuse für Fernseh- und Radiogeräte,
Hi-Fi-Türme und andere Möbelteile mit Kunststoffolie vollständig zu beschichten
bzw. zu umhüllen. Man verwendet dazu vorzugsweise PVC-Folie
unterschiedlicher Dicke.
Diese PVC-Folien werden z. B. auf Holzspanplatten geklebt und
anschließend werden aus diesem Verbundmaterial nach möbeltechnischen
Grundsätzen Möbelteile oder Gehäuse in einem Arbeitsgang hergestellt,
d. h. daß man in die Holzspanplatten V-förmige Nuten einschneidet und
dann die Platten in diesen Nuten faltet oder umbiegt und so in einem
Arbeitsgang Gehäuse, Möbelteil oder dergleichen herstellt.
Wichtig ist es bei diesem Verfahren, daß an der Faltlinie kein Einreißen
der Folie eintritt. Nachteilig an diesem Verfahren ist es wiederum,
daß die PVC-Folie vor ihrer Verwendung direkt und zur Erzielung einer
guten Bedruckbarkeit einer entsprechenden Oberflächenbehandlung, beispielsweise
einer Koronabehandlung unterzogen werden muß.
Außerdem müssen die Spanplatten eine sehr saubere und glatte Oberfläche
aufweisen, damit noch wirtschaftlich vertretbare Ergebnisse erzielt
werden können (Auftrag dünner Folien).
Besonders nachteilig ist es aber, daß die PVC-Folie eine sehr ungünstige
Dimensionsstabilität (Dehnungs-/Schrumpfungsverhalten) aufweist,
wenn Temperaturänderungen erfolgen, niedrige Weiterreißfestigkeit aufweist,
eine geringe Lichtstabilität besitzt sowie hohe elektrostatische Aufladbarkeit
und eine Erweichung bei 75 bis 85°C bereits stattfindet. Bei Erwärmung
auf mehr als 120°C findet außerdem eine HCl-Abscheidung statt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein folienförmiges,
kunstharziges, bahnförmiges Material herzustellen, das die Nachteile der
üblicherweise verwendeten reinen Kunststoffolie nicht aufweist, darüber
hinaus eine gute Flexibilität aufweist, Wasserfestigkeit besitzt und Beständigkeit
gegen Lösungsmittel sowie auch eine innere Festigkeit und eine gute
Dimensionsstabilität bei Feuchte und Temperaturänderungen.
Außerdem soll das bahnförmige Material aus günstigen Rohstoffen in
wirtschaftlicher Weise und mit möglichst keine zusätzlichen Verfahrensstufen
herstellbar sein, mit Ausnahme der Herstellung der geglätteten Papierbahn
selbst.
Aus der Literatur, beispielsweise aus der DE-PS 25 50 980 ist es
bekannt, Rohpapierbahnen mit wäßrigen Tränkharzlösungen und/oder
Dispersionen durch Einsaugen der Tränkflüssigkeit an einer Saugzone zu
imprägnieren, wobei man eine wenigstens zur vollständigen Sättigung ausreichende
Menge auf die Oberfläche der Papierbahn aufträgt und die Papierbahn
anschließend über eine Saugzone führt, in der die Imprägnierflüssigkeit
zur anderen Oberfläche durchgesaugt wird. Tränkharzlösungen sind aber
Harze auf der Basis von Harnstoff-, Melamin- und Phenolharzen und formaldehydhaltig
und führen zu spröden Produkten.
Bei diesem Verfahren ist es erforderlich, die Rohpapierbahn nach
ihrer Herstellung einer zweiten Vorrichtung zuzuführen und sie erneut abzurollen,
zu imprägnieren unter Verwendung zusätzlicher Einrichtungen wie
einer Saugzone und Trockenvorrichtung und sie wieder aufzurollen.
Außerdem ist bei diesem Verfahren die Verteilung der Imprägnierflüssigkeit
über den Papierquerschnitt ungleichmäßig, so daß Zonen stärkerer
Imprägnierung entstehen neben Zonen geringerer Imprägnierung, was zur Aufspaltung des Papierkern führen kann.
In der DE-OS 30 24 394 wird ein Verfahren zur Herstellung eines
Kunststoffurniers in einer Papiermaschine beschrieben, bei dem die Papierbahn
in der Trockenpartie mit einer Imprägnierung versehen wird, die in
der Leimpresse erfolgt. Die Durchtränkung der Papierbahn mit der Imprägnierflüssigkeit
in der Presse ist jedoch nur dann vollständig, wenn die
Papierbahn bereits vorimprägniert ist, so daß also auch hier zusätzliche
Einrichtungen erforderlich sind.
Eine möglichst vollständige Durchtränkung und Imprägnierung des
Rohpapieres ist erfindungsgemäß deshalb nur dann gegeben, wenn neben
der Auswahl einer geeigneten Auftrags- bzw. Imprägniervorrichtung die Eigenschaften des Papieres wie z. B. Mahlungszustand und Mahlgrad,
Absorptionsfähigkeit der Faserstoffe, Porosität und Oberflächenrauheit auf
die Eigenschaften der Imprägnierungs- bzw. der Beschichtungsmischung,
d. h. deren Oberflächenspannung, Viskosität, Ladungszustand und Feststoffgehalt,
abgestimmt sind.
Erfindungsgemäß wird das Problem nun dadurch gelöst, daß die
Papierbahn aus einem Zellstoffasergemisch von hoher Saugfähigkeit und
Festigkeit gebildet ist, das auf einen Mahlgrad von maximal 35° SR gemahlen
ist und die Imprägnierflüssigkeit aus einem Gemisch wäßriger, anionischer
Copolymerdispersionen und wäßriger, anionischer polymeren Lösungen besteht
mit einem pH-Wert zwischen 7,5 und 10 und der Auftrag mit einer
Leimpresse in der Trockenpartie der Papiermaschine durchgeführt wird.
Vorzugsweise liegt der pH-Wert zwischen 8 und 9.
Der Zellstoff der Papierbahn besteht in Verfolg der Erfindung aus
z. B. Eukalyptus-Zellstoff und Kiefernholzsulfat-Zellstoff in einem Verhältnis
von 50 : 50 bis 10 : 90, vorzugsweise von 30 : 70 bis 15 : 85. Der Mahlgrad
liegt vorzugsweise zwischen 15 und 25° SR.
Dem Faserstoff der Papierbahn können weitere chemische Hilfsmittel wie
Naß- und Trockenverfestiger, Fällungsmittel (Fixiermittel), Kunstharzdispersionen,
Tenside, Farbstoffe zugesetzt werden, die die Eigenschaften des
Rohpapieres variieren.
Besonders günstig im erfindungsgemäßen Sinne hat sich
formaldehydfreies Naßverfestigungsmittel in einer Menge von
1 bis 5 Gew.-%, bezogen auf den atro Faserstoff erwiesen, in Form von
beispielsweise Polyamidamin-Epichlorhydrin-Harz sowie ein Zusatz einer
Kunstharzdispersion z. B. auf der Basis von Acrylsäureester oder
Styren-Butadien in einer Menge von 1 bis 20%, bezogen auf atro Faserstoff
und ein geringer Zusatz von Tensiden zur besseren Benetzbarkeit
des Papieres, in einer Menge von <0,5% bezogen auf atro Faserstoff.
Bei der erfindungsgemäßen Verwendung der wäßrigen anionischen
Copolymerdispersion, die beispielsweise auf der Basis von Acrylsäure,
Acrylsäureestern, Vinylacetat und/oder Styrol aufgebaut sein kann,
sind die dispergierten Teilchen vorzugsweise kleiner als 0,2 µm und
von geringer bis mittlerer Filmhärte und einer niedrigen Mindest-Filmbindetemperatur,
vorzugsweise unter 30°C.
Das Verhältnis zwischen den Copolymerisaten der Dispersion
und der Lösung beträgt vorzugsweise 500 : 1 bis 1 : 1, vorzugsweise
100 : 1 bis 10 : 1 auf die Wirksubstanz bezogen, d. h. 500 Teile Dispersion
auf 1 Teil Lösung bis 10 Teile Dispersion auf 1 Teil Lösung.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es auch möglich, andere
Kunststoffe, z. B. Styren-Butadien-Mischpolymerisate, Polyurethan-
oder Polyolefindispersionen in Anteilen der Imprägniersubstanz zuzusetzen.
Diesen Imprägniersubstanzmischungen können auch weitere Hilfsmittel
wie Benetzungsmittel, Viskositätsregler, Antihaft und Penetrationshilfsmittel,
Pigmente, Farbstoffe und Entschäumer zugesetzt werden.
Erfindungsgemäß wird diese Imprägniersubstanz in Form eines
Gemisches aus Lösung und Dispersion mit einem Feststoffgehalt von
5 bis 60% eingesetzt, wobei die Viskosität zwischen 10 und 60 s (nach
DIN-Becher, 4 mm) liegt.
Der Auftrag dieser Imprägnierungs- und Beschichtungsmischung
erfolgt auf das Faservlies innerhalb der Papiermaschine in einer
Walzenauftragsvorrichtung. Dabei wird erfindungsgemäß das Faservlies mit
einem Trockengehalt von 98 bis 92% durch eine Leimpresse zugeführt
und so die beiderseitige Tränkung vorgenommen.
Erfindungsgemäß kann nach dieser ersten Prozeßstufe der Imprägnierung
eine weitere einseitige oder beidseitige Oberflächenabdeckung,
d. h. Beschichtung, des Faservlieses innerhalb der Papiermaschine mit
der gleichen oder einer ähnlich aufgebauten Copolymermischung vorgenommen
werden, wobei zwischen den beiden einzelnen Prozeßstufen eine
Zwischentrocknung stattfinden sollte.
Durch eine nachträglich aufgebrachte Beschichtung auf einer Seite
der getrockneten Bahn wird eine dichtere Oberfläche erreicht, die eine
bessere Bedruck- oder Lackierbarkeit oder Kaschierbarkeit erreicht.
Wenn nur eine weitere einseitige Oberflächenbeschichtung erfolgt, kann
diese vermittels einer Rakelauftragsvorrichtung vorgenommen werden. Ein
einseitiges Rollen der beschichteten Papierbahn kann durch einen zusätzlichen
Auftrag auf der Rückseite vermieden werden.
Ein solcher Auftrag kann beispielsweise eine stark wäßrige Lösung
von Stärke oder CMC sein. Eine zusätzliche Glättung der imprägnierten
und einseitig beschichteten Bahn z. B. mit bekannten Maschinenglättwerkseinrichtungen
oder in einem separaten Arbeitsgang in einem Kalander
erhöht noch die gewünschte Bedruck- und Lackierbarkeit der beschichteten
Seite.
Diese auf solche Art und Weise hergestellte faserhaltige Folie unterschiedlicher
Dicke und unterschiedlicher Rohdichte, je nach angewandtem
Druck bei der Vliesherstellung und Glättung der getränkten und beschichteten
Bahn, eignet sich vorzüglich im festen Verbund mit einer
relativ starren und steifen Unterlagen, z. B. Holzspanplatte, als dekorative
und schützende Umhüllung von Möbelteilen wie z. B. Fernseh-
und Radiogehäuse oder Hi-Fi-Türme (Gehäuseummantelung). Durch
Anwendung dieser wirtschaftlich günstig herstellbaren faserhaltigen
Folie werden die eingangs erwähnten Nachteile bei Verwendung von
PVC- oder anderer Kunststoffolie vermieden.
Die erfindungsgemäß hergestellte faserhaltige Folie von hoher Flexibilität,
Dimensionsstabilität bei Temperaturveränderung und mit guten
Sperreigenschaften gegen Wasser und Lösungsmittel ist ebenfalls für
andere Zwecke vorzüglich geeignet wie z. B. als Basismaterial von
hochwertigen Schleifpapieren für den Naßschliff, Druck- und Werbeträger,
dekoratives Wandmaterial (z. B. schwer entflammbare pigmentierte oder
unpigmentierte dimensionsstabile Tapete), Klebebänder, Trägerpapier
z. B. für Fußbodenbeläge.
Die Erfindung wird nun anhand von Beispielen näher erläutert.
Erfindungsgemäß wurde ein Rohpapier folgender Zusammensetzung
und Beschaffenheit als zweilagiges Papier auf einer Duplex-Papiermaschine
hergestellt:
- 80% Kiefernholzsulfat-Zellstoff
- 20% Eukalyptus-Zellstoff
- Mahlgrad 30° SR (Schopper-Riegler)
Zusätze, handelsüblich (auf atro Zellstoff berechnet):
- 1% Talkum
- 3% formaldehydfreies Naßverfestigungsmittel
- 0,3% Netz- und Dispergiermittel
Dieses Rohpapier mit einer Flächenmasse von 90 g/m² wurde mit der
erfindungsgemäßen Kunstharz-Mischung von Dispersion und Lösung
im Verhältnis 20 : 1 in einer Leimpresse beidseitig imprägiert.
Der mit dieser erfindungsgemäßen Kunstharz-Mischung überraschend
starke Imprägniereffekt, besonders charakterisiert anhand der
Schichtfestigkeit und Steifigkeit unter Berücksichtigung der
sich dabei einstellenden Wasserabsorption, beruht auf einem synergistischen
Effekt der verwendeten Dispersion und Lösung, die,
allein eingesetzt, bei weitem nicht die gleichen angestrebten
guten Papiereigenschaften erreichen lassen.
Nachfolgende Beispiele belegen das. Die Leimflotten mußten z. T.
mit Wasser auf die optimale Viskosität (<60 s nach DIN-Becher,
4 mm) eingestellt werden.
1 -Kunstharz-Dispersion allein (wäßrige anionische Copolymerdispersion
aus Basis von Acrylsäureester, Acrylnitril und
Styrol), Feststoffgehalt 50%, mittlere Teilchengröße
ca. 0,1 µm, mittlere Filmhärte, Mindest-Filmbindetemperatur <1°C.
2 -Kunststoff-Dispersion, mit Wasser verdünnt, Feststoffgehalt
25%
3 -Kunststoff-Lösung allein, mit Wasser verdünnt (anionische
wäßrige Lösung eines carboxylgruppenhaltigen Copolymers
auf Basis von Maleinsäureanhydrid), Feststoffgehalt ca.
12%
4 -Kunststoff-Lösung mit formaldehydfreiem Naßfestmittel, mit
Wasser verdünnt, Feststoffgehalt ca. 10%
5 -erfindungsgemäße Kunststoffmischung, bestehend aus Dispersion
(gemäß Beispiel 1) und Lösung (gemäß Beispiel 3) im Verhältnis
20 : 1, mit Zusätzen von
- formaldehydfreiem Naßverfestigungsmittel und
- Entschäumer,
verdünnt mit Wasser auf einen Feststoffgehalt von ca. 25%.
- formaldehydfreiem Naßverfestigungsmittel und
- Entschäumer,
verdünnt mit Wasser auf einen Feststoffgehalt von ca. 25%.
Eine reine Kunstharz-Dispersion (Rezeptur 1) reduziert zwar aufgrund
ihrer guten filmbildenden Eigenschaften die Wasserabsorption
am stärksten, die Penetration in das Rohpapier ist jedoch unzureichend.
Das belegen die nur geringfügig verbesserten Werte bezüglich
Schichtfestigkeit und Steifigkeit.
Durch eine Verdünnung dieser Dispersion mit Wasser (Rezeptur 2)
erfolgt eine stärkere Penetration in das Rohpapier bei gleichzeitig
erhöhter Wasserabsorption und noch ungenügender Elastizität
des imprägnierten Papiers.
Die ungenügende Imprägnierung machte sich außerdem in einer unzureichenden
Ribbelfestigkeit der Papieroberfläche bemerkbar.
Die Imprägnierung des Rohpapiers mit der wasserverdünnten Kunstharz-
Lösung (Rezeptur 3) führt zwar zu einer verbesserten Elastizität,
jedoch auf Kosten einer stark verschlechterten Schichtfestigkeit.
Auch der Zusatz von Naßverfestigungsmittel (Rezeptur 4) bewirkt
keine wesentliche Eigenschaftsänderung des imprägnierten Papiers.
Erst durch die erfindungsgemäße Kunstharz-Mischung von Dispersion
und Lösung (Rezeptur 5) werden der gewünschte hohe Imprägniereffekt
der Leimflotte und damit alle angestrebten guten Papiereigenschaften
erreicht, charakterisiert durch eine um ca. 10% höhere
Schichtfestigkeit als bei Rezeptur 2, relativ niedrige Wasserabsorption
und höchste Elastizität (ca. 10% niedrigere Steifigkeit
als bei Rezeptur 3).
Dieser anhand der Wirkung der Einzelkomponenten (Dispersion,
Lösung, Naßverfestigungsmittel) nicht zu erwartende überproportional
hohe Imprägniereffekt ist auf den Synergismus von Dispersion
und Lösung zurückzuführen.
In einer weiteren Versuchsreihe wurde die mittelharte Kunstharzdispersion 5)
durch eine harte Dispersion mit einer Teilchengröße
von ca. 0,15 µm, Mindest-Filmbindetemperatur ca. 25°C, ausgetauscht.
Bei dieser Dispersion handelte es sich um eine wäßrige Copolymerdispersion
auf Basis von Acrylsäureester und Styrol.
Folgende Eigenschaften des damit imprägnierten Rohpapiers wurden
erhalten (die mit der Rezeptur 5 aus der vorhergehenden 1. Versuchsreihe
erreichten Ergebnisse wurden zum besseren Verständnis
nochmals aufgeführt):
6 -Kunstharz-Dispersion, mit Wasser verdünnt, mit Zusatz von
formaldehydfreiem Naßfestmittel, Feststoffgehalt ca. 25%
7 -erfindungsgemäße Kunstharzmischung, bestehend aus Dispersion
und der Lösung gemäß Beispiel 3 im Verhältnis 20 : 1, mit
Zusätzen von:
- formaldehydfreiem Naßverfestigungsmittel und
- Entschäumer,
verdünnt mit Wasser auf einen Feststoffgehalt von ca. 25%.
- formaldehydfreiem Naßverfestigungsmittel und
- Entschäumer,
verdünnt mit Wasser auf einen Feststoffgehalt von ca. 25%.
Mit einer reinen Kunstharz-Dispersion gemäß Rezeptur 6 ist, wie auch
bereits bei den Rezepturen 1 und 2 belegt, nicht der angestrebte hohe
Imprägniereffekt zu erreichen. Erst die erfindungsgemäße Kombination
von Dispersion und Lösung führt wiederum zu den gewünschten Papiereigenschaften,
wobei aufgrund der hohen Filmhärte der gewählten
Dispersion die Elastizität des imprägnierten Papieres schlechter als bei
Verwendung der Rezeptur 5 ausfällt.
Durch eine nachfolgende Satinage dieser erfindungsgemäß imprägnierten
Papiere wird die Steifigkeit um 10 bis 20%, die Wasserabsorption um
15 bis 20% erniedrigt, während die Schichtfestigkeit nahezu
konstant bleibt.
Claims (8)
1. Verfahren zur Herstellung einer mit Kunstharzen in Form von
Lösungen und Dispersionen imprägnierten Papierbahn mit einer Leimpresse
in der Trockenpartie der Papiermaschine, dadurch gekennzeichnet,
daß die Papierbahn aus einem Zellstoffgemisch von hoher
Saugfähigkeit und Festigkeit gebildet wird, das auf einen Mahlgrad
von maximal 35° SR gemahlen ist und die Imprägnierflüssigkeit
aus einem Gemisch wäßriger anionischer Copolymerdispersionen
und wäßriger anionischer Lösungen von Copolymerisaten besteht,
mit einem pH-Wert zwischen 7,5 und 10.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
pH-Wert auf einen Bereich zwischen 8 und 9 eingestellt
wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß
der Zellstoff der Papierbahn aus Eukalyptus-Zellstoff und Kiefernholzsulfat-Zellstoff
in einem Verhältnis von 50 : 50 bis 10 : 90, vorzugsweise
von 30 : 70 bis 15 : 85, gebildet wird, gegebenenfalls in Verbindung
mit synthetischen Faserstoffen und einer vorzugsweise schneidenden
Mahlung bis zu einem Mahlgrad von 15 bis 25° SR unterworfen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß
dem Faserstoff der Papierbahn weitere chemische Hilfsmittel wie pH-Regulierer,
Naß- und Trockenverfestiger, Kunstharzdispersionen,
Fällungsmittel (Fixiermittel), Tenside, Farbstoffe zugesetzt
werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß
als Tränk- oder Beschichtungssubstanz für die Behandlung des Faservlieses
übliche wäßrige, anionische Copolymerdispersionen auf Basis
von Acrylsäure, Acrylsäureester, Acrylnitril, Vinylacetat und/oder
Styrol mit einer mittleren Teilchengröße unter 0,2 µm, geringer bis
mittlerer Filmhärte und Mindest-Filmbindetemperatur unter 30°C in
Verbindung mit üblichen wäßrigen, anionischen Lösungen von Copolymerisaten
auf Basis von Maleinsäureanhydrid oder Maleinsäure mit
Styrol, Acrylsäure, Acrylsäureestern oder ähnlichen Monomeren im Verhältnis
100 : 1 bis 10 : 1 (auf Wirksubstanz berechnet), vorzugsweise
25 : 1 bis 15 :1, sowie mit weiteren Zusätzen, wie Härtungs-, Viskositätsregulierungs-, Antihaft- und Penetrationshilfsmittel sowie
Pigmenten und Farbstoffen eingesetzt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß
das Faservlies der Papierbahn innerhalb der
Papiermaschine in einer ersten Prozeßstufe beidseitig mittels Walzenauftrag
durchtränkt eine Beschichtung in einer zweiten Prozeßstufe einseitig
mittels Rakelauftrag aufgebaut und anschließend die Oberfläche der Papierbahn
geglättet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß
die Papierbahn nach erfolgter Trocknung und Oberflächenglättung
einer weiteren Oberflächenvergütung einer Seite, wie Beschichtung,
Bedruckung und/oder Lackierung unterworfen wird.
8. Verwendung einer getrockneten Papierbahn, hergestellt nach Anspruch
1 bis 7 zur Umhüllung von Möbelteilen (Gehäuseummantelung)
durch Aufkleben derselben auf eine steife Unterlage und Weiterverarbeitung
eines solchermaßen erhaltenen Verbundstoffes durch Anbringung
von Gehrungsschnitten und Faltung im Bereich der Gehrungsschnitte zu dreidimensionalen Möbelteilen (Faltkorpus).
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