DE3711807A1 - Verfahren zum impraegnieren von flaechigen faserstoffen - Google Patents
Verfahren zum impraegnieren von flaechigen faserstoffenInfo
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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.
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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