DE3711807A1 - Verfahren zum impraegnieren von flaechigen faserstoffen - Google Patents

Verfahren zum impraegnieren von flaechigen faserstoffen

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Imprägnieren von flächigen Faserstoffen wie Zellulose- Papierbahnen oder dergleichen gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es ist für unterschiedlichste Anwendungsgebiete und Zwecke bekannt, verschiedenartige Basismaterialien dergestalt oberflächenzubeschichten, daß die Oberfläche möglichst optimal die gewünschten Eigenschaften garan­ tiert. Beispielsweise wird für Wandverkleidungen, Möbel aller Art die einer erhöhten Abriebbelastung ausgesetzt sind, das als Basismaterial eingesetzte plattenartige Bauelement mit einer abriebfesten Oberflächenschicht versehen. Die in diesem Zusammenhang verwendeten Basis­ materialien müssen dann nur der Anforderung einer aus­ reichenden Festigkeit und Widerstandskraft genügen, es kann sich hierbei um Faserplatten, Sperrholzplatten oder Vielschichtpapieranordnungen handeln. Solche Basis­ materialien werden mit dekorativen Kaschierungen ver­ sehen, dergestalt, daß der Außenfläche nicht nur ein attraktives Aussehen verliehen wird, sondern ihr auch die charakteristischen Oberflächeneigenschaften ver­ mittelt werden, wie hohe Widerstandsfähigkeit gegen chemische Einflüsse, aber auch gegen mechanische Be­ lastung, Hitze, Lichteinstrahlung und dergleichen mehr.
Es ist allgemeiner Stand der Technik für die hier interessierenden Deckschichten, von Zellulosepapier­ bahnen auszugehen, wobei diese bedruckt oder unbe­ druckt sein können, und dieses Ausgangsmaterial mit hitzebeständigem Kunstharz zu imprägnieren. In diesem Zusammenhang finden Anwendung Aminoplaste, Phenolharze, Polyesterharze, aber auch Melaminharze und dergleichen mehr. Es ist auch bekannt, derartige Imprägnate zu­ sätzlich mit einer weiteren Oberflächenschicht als Schutzschicht zu beaufschlagen, wie beispielsweise einer dünnen Kunststoffolie oder einem weiteren lichtdurchlässigen und hitzebeständigen Kunststofflack.
Bei einem bekannten Verfahren zum Imprägnieren von Vlies- oder Papiermaterialien mit härtbaren Harzen und deren Aushärtung (DE-PS 29 33 998) geht es um die Herstellung von Filtermaterialien, wobei zur Im­ prägnierung des Vliessubstrates mit Harz und/oder Monomeren das Substrat mit einer Lösung oder Disper­ sion von mindestens einem durch Elektronenstrahlen härtbaren Flüssigharz getränkt wird, wobei die Kon­ zentration der Harzlösung 1 bis 50 Gew.% bezogen auf das Gewicht der Lösung oder Dispersion enthält.
Nach dem erfolgten Durchtränkungsvorgang des Vliesmaterials wird das Lösungsmittel durch Wärmezufuhr entfernt und die Härtung desselben durch Elektronenbestrahlung ausgeführt. Die in diesem Zusammenhang verwendeten Harze und/oder Monomere sind auf der Basis von Acrylsäure- und/oder Metacrylsäureestern mit Polyolen hergestellt.
Ein weiteres bekanntes Verfahren zur Herstellung von geeignet imprägnierten Papierbahnen hat die Gewähr­ leistung einer besonders hohen Abriebfestigkeit zum Ziel und dient der Vorgabe einer Oberflächenschicht, die mit einem plattenartigen Bauelement zu verbinden ist, wobei der Papierbahn unter Verwendung eines elektrostatischen Abscheidungsverfahrens harte, pulver­ förmige Materialien zugegeben werden (DE-AS 21 24 432). Dieses bekannte Verfahren kennzeichnet sich dadurch, daß die Papierbahn in einem wässrigen Imprägnierbad mit hitzebeständigem Kunststoff imprägniert wird, anschließend das abriebfeste Material in die imprägnierte Papierbahn eingebracht wird und dann die imprägnierte und mit abriebfestem Material versehene Papierbahn getrocknet wird. Hierfür wird zunächst zur Herstellung einer imprägnierten Papierbahn ohne abrieb­ festem Material eine Papierschicht mit einer Lösung getränkt, die ca. 50% Melaminharz und 50% Wasser unter Zugabe einer geringen Menge eines Netzmittels enthält. Um für den Trocknungsvorgang, also die Ver­ dampfung des hohen Wasseranteils, nicht mit zu hohem Energieaufwand arbeiten zu müssen, wird die getränkte Papierbahn durch eine Trockenpresse gegeben, womit der Feuchtigkeitsgehalt erheblich reduziert werden kann.
Dennoch leiden die bekannten Verfahren zum Imprägnieren von Papierbahnen oder dergleichen erheblich darunter, daß hohe Flüssigkeitsmengen nach dem Durchlaufen des zu imprägnierenden Materials durch eine entsprechende Imprägnierwanne für den anschließenden Trockenvorgang verdampft werden müssen, was gleichbedeutend mit einem ganz erheblichen Kostenaufwand ist. Insbesondere bei der Einbringung von Kunstharzen in hydrophile Faser­ werkstoffe wurde bisher stets davon ausgegangen, daß solche Harze in beispielsweise eine Wirrfaserschicht wie Papier nur mittels des hohen Wasser- oder organi­ schem Lösungsmittelanteils in der Harzlösung als Transport­ mittel in und zwischen die Fasern eindringen können, so daß bisher kaum Imprägnierlösungen Anwendungen fanden, deren Lösemittelanteil wesentlich unter 50 oder höchstens 40% liegt.
Für das Imprägnieren von hydrophilen quellfähigen Faserbahnen ergibt sich als nachteilig bei dieser Verfahrensweise neben dem hohen Energieverbrauch für das im Trockenvorgang zu verdampfenden Wasser damit noch ein oft unerwünschtes Aufquellen der Zellulose­ faser oder dergleichen, wodurch sich Veränderungen in der Oberflächenstruktur des Imprägnats kaum vermeiden lassen.
Hier setzt die vorliegende Erfindung ein, der die Aufgabe zugrunde liegt, ein Verfahren der gattungs­ gemäßen Art dahingehend zu verbessern, daß der für die Trocknung der Imprägnierlösung erforderliche Ener­ gieaufwand minimiert werden kann bei gleichzeitiger Verhinderung der Gefahr des Aufquellens von Faser­ materialien durch das Lösungsmittel.
Die Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren erreicht, wie es im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegeben ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen dieser Aufgabenlösung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Kommen Imprägnierlösungen in Form hochkon­ zentrierter, von organischen Lösungsmitteln freien Harzlösungen zur Anwendung, sind die bei den vorgenannten bekannten Verfahren auftretenden Nach­ teile in außerordentlich befriedigender Weise vermeid­ bar. Besonders vorteilhaft wirkt sich in diesem Zu­ sammenhang aus, daß auf die Zugabe jeglicher orga­ nischer Lösungsmittel verzichtet wird. In einer bevorzugten Ausführungsform, bei der von Melaminharz als Imprägnierungsmittel ausgegangen wird, kann der Anteil des Wassers auf ca. 1/5 der vergleichbaren bisher bekannten Imprägnierlösungen reduziert werden. Die hoch konzentrierte Harzlösung wird bei Zimmer­ temperatur und damit in einem relativ zähflüssigem Zustand auf die Papierbahn gleichmäßig aufgebracht, was gleichzeitig vorteilhafte genaue Dosierungs­ möglichkeiten für den Harzanteil im Verhältnis zu dem zu tränkenden Papieranteil durch die an sich be­ kannte Verwendung von Drahtrakeln oder dergleichen mehr bietet. Erst nach dieser Auftragung, exakten Homogeni­ sierung und genauen Dosierung des Imprägniermittels auf die Papierbahn oder dergleichen erfolgt dann eine kurzzeitige Wärmebeaufschlagung für eine möglichst schlagartige und drastische Verringerung der Viskosität der Harzlösung, so daß diese in der Lage ist, in kür­ zester Zeit in die Papierbahn einzudringen, und zwar in einer Zeit, die klein ist gegenüber der für die Aushärtung des Harzes benötigten Zeit.
Der außerordentlich geringe Wasseranteil der verwen­ deten konzentrierten Harzlösungen, der bei Raumtempe­ ratur durchgeführte Beschichtungsvorgang und die schockartige Erwärmung nach erfolgter Beschichtung mit der damit verbundenen kurzzeitigen Penetration garantiert eine optimale Papierdurchtränkung ohne oder mit vernachlässigbar geringer chemischer Reaktion der Harzlösung selbst. Die durch die bisher erforderlich gewesenen hohen Wasseranteile hervorgerufenen Faser­ quellungen werden gänzlich vermieden. Es zeigen sich geringste Beeinträchtigungen der anfänglichen hoch­ qualitativen Rohpapierglätte. Die verzeichnete höhere Harzeinbringung bei gleichzeitiger Vermeidung jeglicher Faserquellung führt zu einem Endprodukt mit besonders hoher Dichte.
In diesem Zusammenhang ist auch noch als besonders vorteilhaft zu erwähnen, daß durch die geringe Faser­ quellung die Elastizität der Zellulosefasern für den Fall der Verwendung von Papierzellulose dem Impräg­ nat eine wesentlich günstigere Flexibilität und Verformbarkeit verleiht als das mit den bisherigen Verfahrensweisen möglich war. Die hohe Qualität der erzielten Oberflächenglätte garantiert einen gleichmäßigeren Lackauftrag, falls eine solche Zu­ satzbeschichtung gewünscht ist, mit verbesserten Trocknungseigenschaften für diesen Lackfilm. Der Lackverbrauch kann durch die vorgegebene glatte Ober­ fläche erheblich reduziert werden.
Schließlich soll noch als besonders vorteilhaft, be­ dingt durch den niedrigen Lösungsmittelanteil her­ vorgehoben werden, daß nicht nur der für seine Ent­ fernung erforderliche Energiebedarf im Vergleich zu den bekannten Verfahren erheblich reduziert werden kann, sondern darüberhinaus noch die Trocknungsstrecke sich beträchtlich verkürzen läßt, so daß auch der apparative Aufbau vereinfacht werden kann und insbesondere der bisher für die Trocknungsstrecke benötigte erhebliche Raumbedarf sich entsprechend verringert.
Anhand der beiliegenden Zeichnungen, die schematisiert zwei beispielsweise Ausführungsformen einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zeigt, sollen nähere Einzelheiten des Verfahrensablaufes verdeutlicht werden, ohne daß jedoch der beschriebene Verfahrens­ ablauf auf die Anwendung dieser Einrichtung beschränkt wäre.
Wie dargestellt, wird von einer Vorratsrolle 1, die sich in Richtung des Pfeiles 2 dreht, ein auf diese Rolle aufgewickeltes flächiges Fasermaterial, hier ein Papierband 3,abgewickelt und in Pfeilrichtung zunächst einer Harzauftragestation 5 zugeführt, die aus einem Vorratsbehälter 4 gespeist wird, in dem ein hochkonzentriertes Harz mit einem Feststoffanteil von ca 70 bis 98% vorhanden ist.
Das hochkonzentrierte Harz, wie beispiels­ weise Melaminharz, besitzt bei Zimmertemperatur eine Viskosität von ca. 200 bis 2000 mPa · s. Die Auf­ tragsstation 5 kann aus an sich bekannten Drahtrakeln, Walzenpaaren, einer Gießkopfanordnung, Luftmessern, einer Auftragschürze oder dergleichen bestehen.
Das hochkonzentrierte Harz wird innerhalb der Auftrags­ station 5 bei Zimmertemperatur auf die Papierbahn 3 aufgebracht und mittels einer oder mehrerer der vor­ stehend genannten Vorrichtungen mit hohem Homogeni­ sierungsgrad und bei exakter Dosierung verteilt, ohne daß es bei der gegebenen hohen Viskosität bereits nennenswert in Faserstoff eindringen könnte oder von diesen gar eingesaugt würde.
Nach dosierter Auftragung des Imprägniermittels durch­ läuft die Papierbahn 3 eine Heizstation 6, in der eine kurzfristige schockartige Erhitzung des Harz­ auftrages zusammen mit dem Papier auf Temperaturen zwischen 50 und 100°C erfolgt. Geeignete Wärmequellen innerhalb der Heizstation 6 können Infrarotstrahler, Mikrowellenheizquellen, Heißluftanordnungen oder dergleichen mehr sein. Dauer und Grad der Erwärmung innerhalb der Heizstation 6 sind so bemessen, daß die Viskosität des hochkonzentrierten Harzes schlag­ artig soweit erniedrigt wird, daß es vollständig in die Papierbahn einzudringen vermag bzw. von dieser aufgesogen wird. Die Dauer der Wärmebeaufschlagung ist dabei so bemessen, daß eine merkliche Auskon­ densation bzw. Polymerisation des verwendeten Impräg­ niermittels noch nicht erfolgt. Dies erfolgt dann erst in dem nachgeschalteten Trockner 7, wofür für die Einleitung der Kondensation des Harzes diesem in dem Behälter 4 Katalysatoren oder andere geeignete Beimischungen zugegeben werden können. Solche Bei­ mischungen können auch das Viskositätsverhalten des Imprägniermittels für die gewünschte optimale Penetra­ tion innerhalb der Heizvorrichtung 6 vorteilhaft beein­ flussen.
Im Ausführungsbeispiel wurde ein Melaminharz auf eine Papierbahn mit einer maximalen Aufnahmefähigkeit von 200 ml, 200 g/m2 in Form einer 75-%igen Harz­ lösung, was etwa 150 g Harz/m3 und 50 g Lösungsmittel/m3 entspricht, aufgebracht, wodurch sich für das End­ produkt eine Dichte <1 g/cm3 ergab.
Es konnte keine bzw. nur eine vernachlässigbar geringe Faserquellung beobachtet werden. Die Elastizität der Zellulosefasern des verwendeten Papieres blieb erhalten. Das Endprodukt zeichnete sich durch hohe Flexibilität und Verformbarkeit aus. Hin­ sichtlich der Trocknung des Imprägnats wurde festge­ stellt, daß gegenüber herkömmlichen Imprägnierverfahren bzw. bei Verwendung einer 40-%igen Harzlösung die erforderliche Verdampfungsleistung um 140% geringer lag. Die für bisher bekannte Imprägnierungen ver­ wendeten Imprägnierwannen und die in diesen teilweise relativ langen Imprägnierstrecken entfallen gänzlich.
Anstelle des im Ausführungsbeispiel verwendeten Melaminharzes zeigen auch Polyester-, Epoxid-, Akyd­ harze vergleichbar vorteilhafte Ergebnisse. Neben Katalysatoren erwies sich als vorteilhaft, Harzen, Netzmittel, Reaktionsbeschleuniger und ähnliche Zu­ sätze in geringem Umfang beizugeben.
Die Ausführungsform gem. Fig. 2 unterscheidet sich dadurch von derjenigen nach Fig. 1, daß hier ein anderer, jedoch an sich bekannter Auftragungsmechanismus zum Einsatz kommt.

Claims (11)

1. Verfahren zum Imprägnieren von flächigen Faserstoffen, wie z.B. Zellulose-Papierbahnen oder dergleichen, zur Vor­ gabe von Kaschiermaterialien mit hoher Oberflächen­ festigkeit für die Beschichtung plattenförmiger Basismaterialien aller Art, beispielsweise Spanplatten zur Verwendung in der Möbelindustrie, bei dem vorzugs­ weise kondensierbare bzw. polymerisierbare Kunstharze wenigstens teilweise in den Faserstoff eingebracht werden und nach Aushärtung das Imprägnat als Zwischen­ produkt für eine spätere dauerhafte Verbindung mit der Oberfläche des plattenförmigen Basismaterials, etwa in Rollenform gelagert und/oder in den Versand ge­ bracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Imprägniermittel in Form einer hochkonzentrierten Harzlösung mit einem Feststoffanteil von mindestens ca. 70% hergestellt wird,
daß diese Harzlösung bei Zimmertemperatur mit einer Viskosität von 200 bis 2000 mPa · s. kontinuierlich auf Faserstoffbahnen aufgebracht wird,
daß mit der Aufbringung die Harzlösung in engen Toleranzgrenzen homogen über die gesamte Auftragungs­ fläche verteilt wird und
daß eine bezüglich der Aushärtungszeit für die Harz­ verbindung relativ kurzzeitige Temperaturbeaufschlagung auf bis zu 100°C vorgenommen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die flächigen Faser­ stoffe aus diversen Fasermaterialien bestehen (Zellulose-, Glas-, Kunstfasern).
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Melamin-, Polyester-, Hainstoff-, Acryl-, Epoxid- und/oder Alkydharze für die Herstellung der Harzlösung eingesetzt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß beliebige, an sich bekannte Imprägniermittel für die Herstellung des Imprägnats Anwendung finden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Imprägnierungs­ mittel Zusatzstoffe, wie Vernetzungsmittel, Reaktions­ beschleuniger, Katalysatoren oder dergleichen, bei­ gemischt werden.
6. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Feststoffanteil der hochkonzentrierten Harzlösung zwischen ca. 70 bis 98 Gewichtsprozent eingestellt wird.
7. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die homogenisierende Verteilung der Harzlösung über die Fläche des Faserstoffes mittels Drahtrakel, Walzen­ auftragsverfahren, Gießkopf, Luftmesser oder der­ gleichen vorgenommen wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Verteilung eine Dosierung des prozentualen Anteils der Harzlösung erfolgt.
9. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine schockartige Kurzzeiterwärmung des homogenisiert verteilten Imprägnierungsmittels unter Verwendung von Infrarotstrahlern, der Mikrowellentechnik oder Heißluftbeaufschlagung vorgenommen wird.
10. Verfahren nach Anspruch 1 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur­ beaufschlagung der Kurzzeiterwärmung des Imprägnier­ mittels zwischen 50 bis 100°C liegt.
11. Verfahren nach Anspruch 1 sowie 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Harzlösung auf dem Faserstoff nach erfolgter Erwärmung eine Temperatur zwischen 50 bis 100°C aufweist.
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