DE69004595T2

DE69004595T2 - Verfahren zum Auftragen von mikrokapselhaltigen Zusammensetzungen auf Papier.

Info

Publication number: DE69004595T2
Application number: DE90301841T
Authority: DE
Inventors: Terence John Simons
Original assignee: Wiggins Teape Group Ltd
Current assignee: Wiggins Teape Group Ltd
Priority date: 1989-02-23
Filing date: 1990-02-21
Publication date: 1994-03-10
Anticipated expiration: 2010-02-22
Also published as: GB8904112D0; EP0385640A3; JPH02298383A; DE69004595D1; FI900870A0; EP0385640A2; EP0385640B1; CA2010751A1; ES2046690T3; US5049420A

Description

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auftragen einer Mikrokapsel-haltigen Beschichtungszusammensetzung auf Papier. Das Verfahren eignet sich insbesondere zum Auftragen von Mikrokapselbeschichtungen, wie sie in druckempfindlichem Kopierpapier, oder wie es üblicher bezeichnet wird, kohlefreiem Kopierpapier verwendet werden.
Kohlefreie Kopierpapiersätze umfassen typischerweise ein oberes Blatt, das an seiner unteren Oberfläche mit Mikrokapseln beschichtet ist, die eine Lösung von mindestens einem chromogenen Material (auch als Farbbildner bezeichnet) in einem ölartigen Lösungsmittel enthalten, und ein unteres Blatt, das an seiner oberen Oberfläche mit einer Farbentwicklerzusammensetzung beschichtet ist. Wenn mehr als eine Kopie benötigt wird, werden ein oder mehrere Zwischenblätter vorgesehen, von denen jedes an seiner unteren Oberfläche mit Mikrokapseln und an seiner oberen Oberfläche mit Farbentwicklerzusammensetzung beschichtet ist. Der durch Schreiben, Tippen oder Anschlagdrucken (z.B. Punktmatrix- oder Typenraddrucken) auf die Blätter ausgeübte Abbildungsdruck zerstört die Mikrokapseln, wodurch chromogene Materiallösung auf der Farbentwicklerzusammensetzung freigesetzt oder dorthin übertragen wird und zu einer chemischen Reaktion führt, welche die Farbe des chromogenen Materials entwickelt und so ein Kopiebild erzeugt.
In einer anderen Art von kohlefreiem Kopierpapier werden die Mikrokapseln und der Farbentwickler auf die gleiche Oberfläche des Papiers entweder in einer einzigen Schicht oder in zwei separaten Schichten aufgebracht.
Es sind verschiedene Techniken zum Auftragen der bei kohlefreien Kopierpapieren erforderlichen Mikrokapselbeschichtungen verwendet worden. Die ursprünglich verwendete Technik umfaßte das Auftragen eines Überschusses einer wäßrigen Mikrokapsel-Beschichtungszusammensetzung auf das Papier mittels einer Auftragerolle und die anschließende Dosierung der nassen Beschichtung auf das gewünschte Überzugsgewicht mittels eines Luftmessers. Die Papierbahn wurde derart geführt, daß sie den oberen Teil der Auftragerolle leicht berührte oder kontaktierte, wobei der untere Teil der Rolle in ein Bad der Beschichtungszusammensetzung eingetaucht war. Die Auftragerolle wurde kontinuierlich gedreht, so daß ihre in Kontakt mit der Bahn befindliche Oberfläche sich in die gleiche Richtung wie die laufende Bahn bewegte (Vorwärts-Rollenbeschichtung). Eine solche Anordnung ist z.B. in GB-A-974497 offenbart.
Eine modifizierte Form der Rollen/Luftmesser-Beschichtung wurde später eingeführt und ist z.B. in GB-A-1151690 offenbart. In dieser Anordnung taucht eine rotierende Aufnahmerolle in ein Bad der Beschichtungszusammensetzung ein und ist so angeordnet, um die aufgenommene Beschichtung auf eine Auftragerolle zu übertragen, die in Kontakt mit der Papierbahn läuft. Eine in einem genauen Abstand von der Auftragerolle positionierte Dosierungsrolle wird vorgesehen, um überschüssige, von der Aufnahmerolle übertragene Beschichtungszusammensetzung abzunehmen. Der Abstand der Dosierungsrolle von der Auftragerolle wird als Dosierungsspalt bezeichnet und die Breite dieses Spalts ist die Hauptdeterminante der Dicke und somit des Naßüberzuggewichts der aufgebrachten Beschichtung. Eine Feineinstellung des Naßüberzugsgewichts kann durch Änderung der Geschwindigkeit der Auftragerolle gegenüber der Bahngeschwindigkeit erreicht werden (eine Änderung der Geschwindigkeit der Dosierungsrolle zur Anpassung an die Geschwindigkeit der Auftragerolle kann ebenfalls notwendig sein). Wie in GB-A-1151690 offenbart, kann sich die Aufnahmerolle entweder in gleichem oder in entgegengesetztem Sinne wie die Auftragerolle drehen. Die Dosierungsrolle dreht sich immer in der gleichen Richtung wie die Auftragerolle (so daß sich ihre angrenzenden Oberflächen am Dosierungsspalt in entgegengesetzte Richtungen bewegen). Die Bahn läuft gegen die Bewegungsrichtung der Auftragerollenoberfläche an der Kontaktstelle der Bahn und der Auftragerolle (Rückwärts-Rollenbeschichtung). Zur Enddosierung auf das gewünschte Überzugsgewicht ist ein Luftmesser vorgesehen.
Eine Gravurbeschichtung (auch als "flexographische" Beschichtung bezeichnet) ist ebenfalls in großem Umfang zum Aufbringen von Mikrokapselbeschichtungen verwendet werden, insbesondere für eine Beschichtung "direkt auf der Maschine", d.h. eine Beschichtung der Bahn unmittelbar nach Erzeugung auf der Papiermaschine, ohne dazwischen stattfindendes Aufrollen und Transport zu einer separaten Beschichtungsvorrichtung. Eine solche Technik ist z.B. in GB-A-1253721 offenbart. Ein weiterer Vorschlag zum Gravurauftragen von Mikrokapselbeschichtungen findet sich in EP-A-0 037 682.
Die Gravurbeschichtung eignet sich insbesondere zum Aufbringen von Beschichtungen mit einem geringen Naßüberzugsgewicht. Dies bedeutet, daß das Gravurbeschichten nur erfolgreich bei der Herstellung von kohlefreien Kopierpapieren verwendet werden kann, wenn Mikrokapsel-Beschichtungszusammensetzungen mit einem hohen Trockenmassegehalt aufzubringen sind. Unter "hoher Trockenmasse" sind in diesem Zusammenhang Mikrokapsel- Beschichtungszusammensetzungen mit einem Trockenmassegehalt der Größenordnung von etwa 40 % oder mehr zu verstehen und wobei die Mikrokapseln synthetische Polymerwände anstelle der üblicheren Gelatin-Koazervatwände aufweisen. Nicht alle Hersteller von druckempfindlichen Kopierpapieren sind zur Verwendung von Mikrokapsel-Beschichtungszusammensetzungen mit hohem Trockenmassegehalt in der Lage oder wünschen dies. Das Gravurbeschichten hat auch andere Nachteile, die für manche Hersteller seine Vorteile überwiegen, und in jedem Fall können die Kosten des Übergangs von gravurlosem Beschichten zu Gravurbeschichten hoch sein.
Ein weiteres Mikrokapsel-Beschichtungsverfahren, von dem angenommen wird, daß es in kommerzieller Verwendung ist, beruht auf der Verwendung eines Dahlgren LAS-Beschichters. Dieser verwendet eine flexible Rolle, die in ein Bad der Beschichtungszusammensetzung eintaucht und auch in einem Spaltdruckkontakt mit einer harten Auftrage-Stahlrolle läuft. Die flexible Rolle und die Auftragerolle drehen sich im entgegengesetzten Sinn, so daß ihre Oberflächen am Spalt zwischen ihnen in der gleichen Richtung laufen. Die flexible Rolle dient sowohl zur Aufnahme von Beschichtungszusammensetzung aus dem Bad und zur Dosierung einer gewünschten Menge der Beschichtung auf die Oberfläche der Auftragerolle. Die Auftragerolle läuft auch in Spaltdruckkontakt mit einer flexiblen Unterlagenrolle, wobei die Papierbahn zwischen der Auftragerolle und der Unterlagenrolle in einer entgegengesetzten Richtung zur Bewegungsrichtung der Oberfläche der Auftragerolle läuft, mit der sie in Kontakt ist, d.h. in einem Rückwärts-Rollenbeschichtungsmodus. Dies bedeutet, daß das am Dosierungsspalt zwischen der flexiblen Rolle und der Auftragerolle erzeugte Filmaufspaltungsmuster kein größeres Problem sein sollte, da eine Rückwärts-Rollenbeschichtung ein solches Muster glätten sollte.
Somit gibt es gegenwärtig keine universell verwendete Technik zum Auftragen von Mikrokapselbeschichtungen bei der Herstellung von kohlefreiem Kopierpapier. Gravurlose Rollenbeschichtungstechniken, die auf den in GB-A-1151690 offenbarten beruhen, bleiben in weitverbreiteter Anwendung. Es ist jedoch eine Anzahl von Modifikationen hinsichtlich der in GB-A- 1151690 offenbarten Methode und Vorrichtung gemacht oder vorgeschlagen worden. Fortschritte in der Dosierungsrollen lentechnik haben es beispielsweise möglich gemacht, sehr genau das durch die Auftragerolle auf das Papier aufgebrachte Überzugsgewicht zu dosieren und dadurch die Notwendigkeit für eine zweite Dosierung mittels eines Luftmessers zu beseitigen.
GB-A-1460201 schlägt eine direkte Zufuhr der Mikrokapsel- Beschichtungszusammensetzung zum Dosierungsspalt einer Beschichtungsvorrichtung vor, die nach den GB-A-1151690 offenbarten Prinzipien arbeitet. Dies beseitigt die Notwendigkeit für eine separate Aufnahmerolle. GB-A-1460201 offenbart auch, daß die Auftragerolle, sofern gewünscht, in einem Sinne gedreht werden kann, so daß sich ihre Oberfläche in die gleiche Richtung wie die Bahn an der Kontaktstelle der Bahn und der Auftragerolle bewegt, anstelle entgegen der Bahn zu laufen, wie in GB-A-1151690 offenbart. Dies stellt einen Wechsel von der Rückwärts-Rollenbeschichtung zur Vorwärts-Rollenbeschichtung dar. Auch ein Beschichtungskopf mit drei Rollen zum Vorwärts-Rollenauftragen von Mikrokapselbeschichtungen ist in Figur 7 von GB-A-1433165 offenbart.
Die Vorwärts-Rollenbeschichtung hat den Vorteil, daß sie weniger Probleme bezüglich Bahnspannungskontrolle und Lauffähigkeit bei hohen Beschichtungsgeschwindigkeiten als die Rückwärts-Rollenbeschichtung aufweist. Andererseits hat die Vorwärts-Rollenbeschichtung den Nachteil, daß eine Filmaufspaltung auftritt, wenn sich die Bahn von der Auftragerolle trennt mit dem Ergebnis, daß der Naßüberzug auf der Bahn ein ungleichmäßiges Filmaufspaltungsmuster zeigt. Diesem Problem kann durch das Vorsehen von rückwärts drehenden Glättungsrollen entgegengetreten werden, die stromabwärts des Beschichtungskopfes positioniert sind. Derartige Rollen sind an sich bekannt und z.B. in der oben erwähnten GB-A-974497 offenbart (dieses Patent offenbart auch ein Vorwärts-Rollenbeschichtungsverfahren, das zu einem Filmaufspaltungsmuster führt). Die Wirkung der Glättungsrollen besteht darin, den Naßüberzug auf der Bahn wieder zu verteilen und so das Filmaufspaltungsmuster zu beseitigen. Die Glättungsrollen haben keine Dosierungswirkung, d.h. sie entfernen keine Beschichtungszusammensetzung von der Bahn. Obwohl sie hinsichtlich der Erzeugung eines verbesserten Überzugsmusters nützlich sind, ist die Verwendung von Glättungsrollen nachteilhaft, indem sie die Kontrolle der Bahnspannung schwieriger und kritischer als ohne Verwendung von Glättungsrollen macht.
Qbwohl Mikrokapsel-Beschichtungstechniken auf Basis des in GB-A-1151690 offenbarten Dosierungsrollen-Beschichtungsverfahrens sich über die Jahre bewährt haben, sind Dosierungsspalttechniken von Natur aus hinsichtlich des minimalen Naßüberzugsgewichts, das aufgetragen werden kann, beschränkt. Dies kommt daher, weil das Naßüberzugsgewicht in erster Linie durch die Breite des Dosierungsspalts, wie zuvor erläutert, bestimmt wird. Beim Drehen der Rollen variiert die Breite dieses Spaltes etwas aufgrund von unvermeidbaren Ungleichmäßigkeiten in den Rollenlagern und in der "Rundheit" der Rollen. Eine thermische Ausdehnung der Rollen kann die Breite des Dosierungsspaltes ebenfalls beeinflussen. In den meisten Fällen sind die aus den gerade erwähnten Gründen stammenden Variationen unbedeutend bezüglich der Breite des Spaltes, dies ändert sich aber bei Verringerung des Überzugsgewichtes. Somit führen Versuche, sehr geringe Überzugsgewichte unter Verwendung der Dosierungsspalt-Technik aufzutragen, wahrscheinlich zu einem Überzug mit ungleichmäßiger Dicke. Es besteht auch ein Risiko, daß sich die Dosierungs und Auftragerollen berühren können. Da diese Rollen normalerweise aus Stahl sind, würde ein Kontakt der Rollen mit hohen Geschwindigkeiten fast sicher zu einer schweren Beschädigung führen.
In der Vergangenheit war die Beschränkung der Dosierungsspaltbeschichtung hinsichtlich eines geringen Überzugsgewichts kein Problem im Falle von Mikrokapselbeschichtungen, da die benötigten Naßüberzugsgewichte über der Naßüberzugsschwelle gelegen sind, bei der Probleme der oben erläuterten Art signifikant werden. Fortschritte in der Mikroverkapselungstechnik machen es jedoch möglich, Mikrokapsel-Beschichtungszusammensetzungen mit einem höheren Trockenmassegehait zu erhalten, nicht nur im Falle von Mikrokapseln mit synthetischen Polymerwänden, sondern auch im Falle von Mikrokapseln auf Basis von Gelatine. Diese Mikrokapselzusammensetzungen mit höherem Trockenmassegehalt erfordern das Auftragen einer geringeren Naßüberzugsgewichts, um das gleiche Trockenüberzugsgewicht zu erreichen, und sie sind in zweierlei Hinsicht vorteilhaft. Erstens muß weniger Wasser im Trocknungsschritt verdampft werden, wodurch Energie gespart wird. Zweitens wird ein besseres Aussehen des Blattes erhalten, da das Papier nicht im gleichen Ausmaß befeuchtet wird (eine geringere Befeuchtung des Papiers verringert die Neigung des Papierfertigprodukts zum Einrollen und zum Kräuseln).
Dosierungsspalt-Beschichtungsverfahren scheinen von Natur aus aufgrund der oben diskutierten Beschränkungen hinsichtlich eines geringen Naßüberzugsgewichts vermutlich nicht die voraussichtlichen Langzeit-Zukunftsbedürfnisse zum Auftragen von Mikrokapsel-Beschichtungszusammensetzungen mit hohem Trockenmassegehalt erfüllen zu können. Aber außer den mit dem Dosierungsspalt selbst assoziierten Beschränkungen zeigt die gegenwärtig bekannte Dosierungsspalt-Beschichtungstechnik weitere Beschränkungen bezüglich Mikrokapsel-Beschichtungszusammensetzungen mit einem höheren Trockenmassegehalt. Erstens hemmt die höhere Viskosität solcher Zusammensetzungen die richtige Übertragung der Mikrokapselbeschichtung von der Auftragerolle auf die Bahn, wenn die Bahn über die Auftragerolle geführt wird. Zweitens sind die aufgebrachten Naßüberzugsgewichte bei Verwendung von Beschichtungszusammensetzungen mit höherem Trockenmassegehalt so gering, daß rückwärtsdrehende Glättungsrollen nicht vollständig wirksam wären, um das unvermeidbar bei einer Vorwärts-Rollenbeschichtung entstehende Filmaufspaltungsmuster zu glätten. Dies könnte nicht einfach durch Arbeiten in einem Rückwärts-Rollenmodus ausgeglichen werden, da das Rückwärts-Rollenbeschichten für sehr hohe Beschichtungsgeschwindigkeiten ungeeignet ist. Dies kommt daher, weil die richtige Kontrolle der Bahnspannung sehr schwierig ist, was zu einer ungleichmäßigen Beschichtung und zu Bahnbrüchen führt.
Ein weiterer Faktor ist, daß Rückwärts-Rollenbeschichten für ein gegebenes Naßüberzugsgewicht im allgemeinen einen kleineren Dosierungsspalt als Vorwärts-Rollenbeschichten erfordert. Dies kommt daher, weil die Auftragerollengeschwindigkeit beim Rückwärts-Rollenbeschichten gleich oder größer als die Bahngeschwindigkeit sein muß, um eine gleichförmige Verteilung der Beschichtungszusammensetzung zu ergeben, während die Auftragerolle beim Vorwärts-Rollenbeschichten mit einem Bruchteil der Bahngeschwindigkeit läuft. Die Geschwindigkeit der Auftragerolle bezüglich der Bahngeschwindigkeit beeinflußt das aufgebrachte Überzugsgewicht, und daher wird von der schneller laufenden, beim Rückwärts-Rollenbeschichten verwendeten Auftragerolle ein höheres Überzugsgewicht bei einer gegebenen Bahngeschwindigkeit und einem gegebenen Dosierungsspalt aufgetragen. Um daher ein bestimmtes Überzugsgewicht zu erreichen, wird ein kleinerer Dosierungsrollenspalt im Falle des Rückwärts-Rollenbeschichtens benötigt. Die von Natur aus vorhandenen Beschränkungen des Dosierungsspalts wirken daher stärker beim Rückwärts-Rollenbeschichten als beim Vorwärts- Rollenbeschichten.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben beschriebenen Probleme zu überwinden oder zumindest zu verringern und ein verbessertes Vorwärts-Rollenbeschichtungsverfahren mit hoher Geschwindigkeit zum Auftragen von Mikrokapseln enthaltenden Beschichtungszusammensetzungen auf Papier bereitzustellen. Die vorliegende Erfindung versucht auch ein Verfahren bereitzustellen, das mit relativ geringen Umwandlungskosten von einer Papiermühle übernommen werden kann, in der gegenwärtig ein gravurloses Rollenbeschichten zum Auftragen von Mikrokapsel-Beschichtungszusammensetzungen verwendet wird und wo man das Risiko vermeiden will, zu einer grundsätzlich verschiedenen Art des Beschichtungsverfahrens überzugehen, z.B. einem Gravur-Beschichtungsverfahren oder dem Dahlgren-Verfahren, mit dem man keine Erfahrung hat.
Die vorliegende Erfindung erreicht die oben genannten Ziele, indem die Dosierungsspalt-Dosierung abgeschafft und stattdessen das Überzugsgewicht mittels einer Dosierungsrolle gesteuert wird, die verformbar ist anstelle von hart zu sein und die sich in Druckkontakt mit der Auftragerolle dreht. Es wird auch eine verformbare Glättungsrolle bereitgestellt, um in Kontakt mit der Auftragerolle zu laufen, um den dosierten Überzug zu glätten, und es wird eine weiche Unterlagenrolle an der Kontaktstelle der Auftragerolle und der Bahn vorgesehen, um eine gute Übertragung der Beschichtung von der Auftragerolle auf die Bahn ohne signifikante Filmaufspaltung zu erreichen. Dies beseitigt die Notwendigkeit zur Positionierung von Glättungsrollen stromabwärts des Beschichtungskopfes.
Die Verwendung einer mit Gummi überzogenen Glättungsrolle in Kontakt mit einer Auftragerolle aus Stahl wurde tatsächlich zuerst vor über 40 Jahren in US-A-2398844 vorgeschlagen. Dieses Patent wurde am 23. April 1946 an Gerald D. Muggleton und Albert F. Piepenberg erteilt und Combined Locks Paper Co. übertragen. Die den Gegenstand dieses Patentes bildende Beschichtungsvorrichtung wurde als Combined Locks-Beschichtungsvorrichtung wohlbekannt und es wird in einer Anzahl von Standardlehrbüchern darauf verwiesen, z.B. "Coating Equipment & Processes" von George L. Booth; Tappi Monograph Nr. 28 mit dem Titel "Pigment Coating Processes"; und "Pulp and Paper" von James P. Casey. Der Aufbau der Combined Locks-Pigmentbeschichtungsvorrichtung hat dadurch einen großen Bekannheitsgrad erreicht. Dennoch hat man bisher nicht erkannt, daß die oben hinsichtlich dem Auftragen von Mikrokapsel-enthaltenden Beschichtungszusammensetzungen beschriebenen Probleme durch ein Verfahren vermieden werden können, bei dem u.a. eine verformbare Glättungsrolle verwendet wird, die in Kontakt mit einer harten Auftragerolle läuft.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Auftragen einer Mikrokapsel-enthaltenden Beschichtungszusammensetzung auf Papier bereitgestellt, umfassend die Schritte
- Führen einer Beschichtungszusammensetzung in einen Kontaktbereich zwischen einer harten Auftragerolle und einer verformbaren Dosierungsrolle, die sich im entgegengesetzten Sinn drehen, so daß sich die Oberflächen am Kontaktbereich in der gleichen Richtung bewegen und einen Eingangsspalt definieren,
- Aufrechterhalten eines leichten Drucks zwischen der Auftrage- und der Dosierungsrolle und Kontrollieren ihrer relativen Geschwindigkeiten, um so den Durchtritt von nur einer kontrollierten Menge an Beschichtungszusammensetzung durch den Spalt zu erlauben und eine dosierte Menge an Beschichtungszusammensetzung an der Oberfläche der Auftragerolle zu belassen, nachdem sie den Kontaktbereich verlassen hat;
- Glätten der dosierten Menge an Beschichtungszusammensetzung, die auf der Oberfläche der Auftragerolle bleibt, mittels einer verformbaren Glättungsrolle, die sich im gleichen Sinn wie die Auftragerolle und in Kontakt damit dreht und
- Übertragen der geglätteten Beschichtungszusammensetzung an der Oberfläche der Auftragerolle auf eine Papierbahn, die in der gleichen Richtung und nicht langsamer als die Oberfläche der die geglättete Beschichtungszusammensetzung tragenden Auftragerolle läuft, und die in zeitweiligem Kontakt mit der Auftragerolle durch eine weiche Unterlagenrolle gehalten wird, die sich in einem entgegengesetzten Sinn wie die Auftragerolle dreht, so daß ein Eingangsspalt damit gebildet wird.
Die Oberfläche der Auftragerolle läuft vorzugsweise mit mindestens etwa 75 bis 80 % der Bahngeschwindigkeit und kann die Bahngeschwindigkeit erreichen. Das optimale Verhältnis zwischen der Geschwindigkeit der Auftragerolle und der Bahngeschwindigkeit kann abhängig von der Bahngeschwindigkeit etwas variieren. Eine Oberflächengeschwindigkeit der Auftragerolle von etwa 990 bis 995 m min&supmin;¹ (d.h. 99 bis 99,5 % der Bahngeschwindigkeit) wurde beispielsweise als günstig für eine mit etwa 1000 m min&supmin;¹ laufende Bahn gefunden. Die optimalen relativen Geschwindigkeiten der Bahn und der Oberfläche der Auftragerolle hängen auch von anderen Faktoren ab, insbesondere der Viskosität der aufgebrachten Mikrokapsel-Zusammensetzung.
Obwohl sich die vorliegende Erfindung besonders zum Auftragen von hochviskosen Mikrokapsel-Zusammensetzungen mit hohem Trockenmassegehalt eignet, kann sie natürlich auch zum Auftragen von Mikrokapselzusammensetzungen mit geringerer Viskosität und geringerem Trockenmassegehalt verwendet werden.
Um ein einfacheres Verständnis der Erfindung zu ermöglichen, wird auf die beigefügten Zeichnungen verwiesen, die schematisch und beispielhaft eine Ausführungsform davon und hierzu relevante Daten zeigen, und worin:
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht (nicht im Maßstab) einer Beschichtungsstation zum kontinuierlichen Auftragen einer Mikrokapsel-Zusammensetzung auf eine Papierbahn ist und
Fig. 2 eine Graphik ist, auf die im folgenden ausführlicher Bezug genommen wird.
Bezugnehmend zuerst auf Fig. 1 umfaßt ein Beschichtungskopf eine harte Chromstahl-Auftragero1le 1 in Kontakt mit einer verformbaren Dosierungsrolle 2, einer verformbaren Glättungsrolle 3 und einer weichen Unterlagenrolle 4. Eine Papierbahn 5 wird zwischen der Auftragerolle 1 und der Unterlagenrolle 4 in der durch die Pfeile gezeigten Richtung geführt. Die Rollen 2, 3 und 4 sind durch das Vorhandensein von Gummiüberzügen, beispielsweise Nitrilgummiüberzügen, verformbar oder weich ausgebildet. Typische Härten für den Gummiüberzug sind 30º bis 60º Shore A für die Dosierungsrolle, 60º Shore A für die Glättungsrolle und 35º Shore A für die Unterlagenrolle. Diese Härtewerte sollen nicht als Beschränkung aufgefaßt werden und optimale Werte für einen bestimmten Beschichtungsvorgang können ohne Schwierigkeiten durch routinemäßige Versuchsprozeduren bestimmt werden. Die Bestimmung von Shore- Härtewerten, einschließlich Shore A-Härtewerten ist im britischen Standard Nr. 2782, erhältlich von der British Standards Institution, London beschrieben.
Die Dosierungsrolle 2 wird mit Druck gegen die Auftragerolle 1 gepreßt und dabei verformt sich der Gummiüberzug der Dosierungsrolle derart, daß es eine Spaltregion 6 mit begrenzter Breite gibt, wo die Dosierungsrolle 2 gegen die Auftragerolle drückt. Genau genommen sind die Auftrage- und die Dosierungsrolle bei Betrieb nicht in Kontakt, daß sie durch einen dünnen Film von Beschichtungszusammensetzung getrennt sind, der den Kontakt "schmiert". Der Gummiüberzug der Glättungsrolle 3 verformt sich gleichermaßen, wo er gegen die Auftragerolle 1 drückt, und es resultiert ein Spaltbereich 7 mit begrenzter Breite. Entsprechend verformt sich der weiche Gummiüberzug der Unterlagenrolle 4, wo er gegen die Auftragerolle 1 drückt und es resultiert ein Spaltbereich 8 mit begrenzter Breite. In diesem Fall befindet sich bei Betrieb die Papierbahn 5 zwischen der Auftragerolle 1 und der Unterlagenrolle 4. Die Bereiche 6, 7 und 8 werden im folgenden trotz ihrer begrenzten Breiten einfach als Spalte 6, 7 und 8 bezeichnet. Es ist anzumerken, daß das Ausmaß der Verformung und die Länge des Spalts in der Zeichnung zur Erleichterung des Verständnisses vergrößert worden sind.
Die Rollen 1 bis 4 sind zur Drehung in der durch die Pfeile in Fig. 1 gezeigten Richtung eingerichtet. Insbesondere ist die Auftragerolle 1 eingerichtet, sich derart zu drehen, daß ihre in Kontakt mit der Bahn 5 befindliche Oberfläche in der gleichen Richtung wie die Bahn 5 läuft. In der Zeichnung ist die Drehung der Auftragerolle 1 im Uhrzeigersinn. Die Unterlagenrolle 4 dreht sich in entgegengesetztem Sinn zur Auftragerolle, d.h. gegen den Uhrzeigersinn, so daß die Oberflächen der Auftragerolle und der Unterlagenrolle sich am Spalt 8 in der gleichen Richtung bewegen. Der Spalt 8 ist daher ein Eingangsspalt. Die Dosierungsrolle dreht sich in einem entgegengesetzten Sinn zur Auftragerolle, d.h. gegen den Uhrzeigersinn, so daß die Kontaktoberflächen der Auftrage- und Dosierungsrolle sich am Spalt 6 in der gleichen Richtung bewegen. Der Spalt ist daher ein Eingangsspalt. Die Glättungsrolle 3 dreht sich im gleichen Sinn wie die Auftragerolle 1, so daß die Oberflächen der Auftrage- und Glättungsrolle sich am Spalt 7 in entgegengesetzten Richtungen bewegen.
Zur Zufuhr einer Beschichtungszusammensetzung zum Spalt 6 ist eine Einlaßleitung 9 vorgesehen. Die Beschichtungszusammensetzung sammelt sich als kleine Lache 10. Die Art der Zufuhr der Beschichtungszusammensetzung zum Spalt 6 ist nicht kritisch und anstelle der gezeigten Anordnung könnte die Dosierungsrolle 2 in ein Bad der Beschichtungszusammensetzung eintauchen und als Aufnahmerolle ebenso wie als Dosierungsrolle dienen.
Bei Betrieb tritt die Beschichtungszusammensetzung aus der Lache 10 in kontrollierter Weise durch den Spalt 6. Die Menge an durch den Spalt tretender Beschichtungszusammensetzung wird in erster Linie durch zwei Faktoren bestimmt, nämlich den Druck am Spalt und die relativen Geschwindigkeiten der Auftrage- und Dosierungsrolle. Der Druck am Spalt wird selbst durch zwei Faktoren beeinflußt, nämlich die Kraft, mit der die Dosierungsrolle gegen die Auftragerolle gepreßt wird, und die Härte des Gummiüberzugs auf der Dosierungsrolle, welche die Pufferwirkung des Gummiüberzugs beeinflußt. Die Oberflächen der Auftrage- und Dosierungsrolle trennen sich bei Verlassen des Spaltes 6 und der Film der Beschichtungszusammensetzung, die durch den Spalt getreten ist, wird zur Aufspaltung gezwungen, d.h. ein Teil der Beschichtungszusammensetzung bleibt auf der Auftragerolle und der Rest auf der Dosierungsrolle. Dies führt zu einem ungleichmäßigen "Filmaufspaltungs"-Muster der in der Papierbeschichtungstechnik wohlbekannten Art.
Die Menge an auf der Auftragerolle zurückgehaltener Beschichtungszusammensetzung bleibt konstant unter der Voraussetzung, daß der Spaltdruck und die relativen Geschwindigkeiten der Dosierungs- und Auftragerolle unverändert sind, d.h. es ist eine dosierte Menge. Diese Menge kann natürlich variiert werden, indem der Spaltdruck oder die relativen Geschwindigkeiten der Dosierungs- und Auftragerolle variiert werden.
Ein Drehen der Auftragerolle bringt die Beschichtungszusammensetzung immer noch mit ihrem Filmaufspaltungsmuster zum Spalt 7 zwischen der Glättungsrolle und der Auftragerolle. Die Wirkung der Glättungsrolle, deren Oberfläche sich gegen die Bewegungsrichtung der Beschichtungszusammensetzung auf der Oberfläche der Auftragerolle bewegt, ist es, die Beschichtungszusammensetzung von der Oberfläche der Auftragerolle zu entfernen und sie herumzuführen, bis sie erneut die Oberfläche der Auftragerolle an der entgegengesetzten Seite des Spalts 7 kontaktiert. Die Oberfläche der Auftragerolle läuft an diesem Punkt entgegen der Oberfläche der Glättungsrolle, welche die Beschichtungszusammensetzung trägt, und entfernt so die Beschichtungszusammensetzung von der Oberfläche der Glättungsrolle. Die doppelte Übertragung der Beschichtungszusammensetzung, d.h. von der Oberfläche der Auftragerolle zur Oberfläche der Glättungsrolle und dann wieder zurück, glättet das ungleichmäßige Filmaufspaltungsmuster und läßt einen gleichmäßigen Film von Beschichtungszusaznmensetzung auf der Auftragerollenoberfläche zurück. Die Glättungsrolle hat keine Dosierungswirkung, d.h. sie entfernt keine überschüssige Beschichtungszusammensetzung, sondern sie verteilt die bereits auf der Oberfläche der Auftragerolle vorhandene Beschichtung neu und glättet sie.
Der geglättete Film von Beschichtungszusammensetzung wird dann zu dem Spalt 8 herumgeführt. Die Oberfläche der Auftragerolle bewegt sich mit einer langsameren Geschwindigkeit als die Papierbahn 5 und so "wischt" die Bahn die Beschichtungszusammensetzung von der Oberfläche der Auftragerolle ab. Die Auftragerolle 1 drückt gegen die weiche Unterlagenrolle, deren Oberfläche vorzugsweise zur Bewegung mit Bahngeschwindigkeit eingerichtet ist, und dies erleichtert die im wesentlichen vollständige Übertragung der Beschichtungszusammensetzung auf die Bahn ohne Bildung eines Filmaufspaltungsmusters, wenn die Bahn und die Oberfläche der Auftragerolle sich nach Verlassen des Spaltes 8 trennen. Die Übertragung der Beschichtungszusammensetzung durch Druck der Auftragerolle gegen die weiche Unterlagenrolle kann mit derjenigen als verwandt angesehen werden, die bei einer Druckwalze in einem Druckvorgang auftritt.
Reinigungsstreichmesser (nicht gezeigt) können zum Abschaben der Ränder der Auftragerolle vorgesehen sein, um die Randbegrenzung der Beschichtung zu kontrollieren.
Wassersprüher können an den Rändern der Unterlagenrolle vorgesehen sein, um die durch den Rand der Papierbahn verursachte Abnutzung auf der Rolle zu verringern.
Die Rollengeschwindigkeiten, Spaltdrücke und andere Faktoren, die zum Erhalten einer optimalen Beschichtungsleistung erforderlich sind, hängen ab von der Geschwindigkeit, mit der die Bahn beschichtet werden soll, von den Eigenschaften der aufgebrachten Beschichtungszusammensetzung, insbesondere ihrem Trockenmassegehalt oder ihrer Viskosität, und vom Naßüberzugsgewicht, das aufgebracht werden soll. Ein typischer Satz von Betriebs- und anderen Parametern ist im folgenden beispielhaft angegeben:
Bahntyp: leichtes Überzugsrohmaterial (c. 49 g m&supmin;²) wie üblich in kohlefreiem Kopierpapier verwendet.
Bahngeschwindigkeit: 1000 m min&supmin;¹
Beschichtungszusammensetzung: Wäßrige Suspension von Mikrokapseln mit 32 % Trockenmasse Plus üblichem Stärkebinder (Mikrokapseln wurden durch Gelatine-Koazervierungstechnik erhalten). Die Viskosität der Zusammensetzung ist typischerweise im Bereich von 0,15 bis 0,3 Pa s (Brookfield, Spindel Nr. 2, 100 U pm, 22ºC ± 1ºC)
Soll-Überzugsgewicht: 2,5 g m&supmin;² (trocken)
Auftragerolle
- Oberfläche: Chromstahl
- Geschwindigkeit der Oberfläche: 995 m min&supmin;¹
Dosierungsrolle
- Oberfläche: Nitrilgummi mit 30 bis 600 Shore A Härte
- Geschwindigkeit der Oberfläche: 20 m min&supmin;¹
Glättungsrolle
- Oberfläche: Nitrilgummi mit 600 Shore A Härte
- Geschwindigkeit der Oberfläche: 1025 m min&supmin;¹
Unterlagenrolle
- Oberfläche: Nitrilgummi mit 350 Shore A Härte
- Geschwindigkeit der Oberfläche: 1000 m min&supmin;¹ (d.h. Bahngeschwindigkeit)
Spaltbreite der Auftragerolle mit
- Dosierungsrolle: 27 mm
- Glättungsrolle: 7 mm
- Unterlagenrolle: 4 mm (gemessen vor dem Einführen der Bahn durch den Spalt).
Im allgemeinen kann die Härte der Gummiüberzüge auf der Dosierungs- und Glättungsrolle als Vorsehen eines Mittels zur groben Einstellung von Überzugsgewicht und Überzugsmuster angesehen werden, während Einstellungen des Spaltdrucks und der Spaltbreite ein Mittel zur Feinabstimmung vorsehen.
Die Erfindung wird nun durch die folgenden Beispiele veranschaulicht:

Beispiel 1

Dieses zeigt die Verwendung des vorliegenden Verfahrens zur Beschichtung von 49 g m&supmin;² kohlefreiem Rohpapier bei einer hohen Bahnbeschichtungsgeschwindigkeit (1000 m min&supmin;¹) mit einem Bereich verschiedener Auftragerollen/Dosierungsrollen- Spaltbreiten.
Die aufgebrachte Mikrokapsel-Beschichtungszusammensetzung hatte einen Trockenmassegehalt von 32 % und eine Viskosität von 0,2 Pa s (Brookfield RVT Viscometer, Spindel Nr. 2, 100 Upm, 22ºC) und wurde wie folgt (vor der Zugabe von ausreichendem Verdünnungswasser, um einen Feststoffgehalt von 32 % zu erzeugen) formuliert: Teile (trocken) Trockenmassegehalt Emulsion Weizenstärke (teilchenförmig) Gemahlene Cellulosefaserflocke Carboxymethylcellulose Stärkebinder
Der Beschichtungskopf war wie unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben und die Betriebsparameter waren wie in dem Abschnitt unmittelbar vor diesem Beispiel spezifiziert, außer daß vier unterschiedliche Auftragrollen/Dosierungsrollen-Spaltbreiten verwendet wurden, nämlich 27, 28, 29 und 30 mm. Der Überzug der Dosierungsrolle hatte eine Härte von 60º Shore A. Es wurde gefunden, daß eine etwa lineare Beziehung zwischen der Spaltbreite und dem aufgebrachten Überzugsgewicht bestand: Spaltbreite trockenes Überzugsgewicht (g m&supmin;²)

Beispiel 2

Dieses veranschaulicht die Verwendung des vorliegenden Verfahrens zur Beschichtung von 49 g m&supmin;² kohlefreiem Rohpapier bei einer hohen Beschichtungsgeschwindigkeit (1000 m min&supmin;¹) unter Verwendung einer Dosierungsrolle mit einem Nitrilgummiüberzug von 30º Shore A (d.h. weicher als der in Beispiel 1 verwendete), einem Bereich unterschiedlicher Auftragerollen geschwindigkeiten und Glättungsrollengeschwindigkeiten und zwei unterschiedlicher Auftragerollen-Dosierungsrollen-Spaltbreiten, nämlich 37 mm und 44 mm.
Die Mikrokapsel-Beschichtungszusammensetzung und die übrigen Betriebsparameter waren wie in Beispiel 1.
Eine Variation der Auftragerollengeschwindigkeiten bezüglich einer festen Bahngeschwindigkeit erzeugte wie erwartet für jede der beiden Spaltbreiten eine etwa lineare Wirkung auf das aufgebrachte Überzugsgewicht Die Verwendung der größeren Spaltbreite (44 mm) führte zum Auftragen eines geringeren Überzugsgewichts als mit der geringeren Spaltbreite aufgetragen wurde, wie aus den folgenden Daten bei graphischer Darstellung in Fig. 2 ersichtlich ist: Spaltbreite (mm) Oberflächengeschwindigkeit der Auftragerolle (m min&supmin;¹) trockenes Überzugsgewicht (g m&supmin;²) Oberflächengeschwindigkeit der Glättungsrolle (m min&supmin;¹)

Beispiel 3

Dieses veranschauchlicht die Verwendung des vorliegenden Verfahrens zur Beschichtung von 49 g m&supmin;² kohlefreiem Rohpapier bei einem Bereich von Bahngeschwindigkeiten bis zu 1000 in min . Die Oberflächengeschwindigkeit der Auftragerolle wurde konstant bei 395 m min&supmin;¹ gehalten, die Oberflächengeschwindigkeit der Glättungsrolle war 420 m min&supmin;¹ und die Auftragerollen/Dosierungsrollen-Spaltebreite war 37 mm. Die anderen Betriebsparameter waren wie in Beispiel 2 und die Mikrokapsel-Beschichtungszusaininensetzung war wie in den Beispielen 1 und 2.
Wie erwartet wurde festgestellt, daß das aufgebrachte Überzugsgewicht in etwa linearer Beziehung zur Bahngeschwindigkeit war: Bahngeschwindigkeit (m min&supmin;¹) trockenes Überzugsgewicht (g m&supmin;²)

Beispiel 4

Dieses veranschaulicht die Verwendung von weiteren Auftragerollen/Dosierungsrollen-Spaltbreiten und einer geringeren Bahngeschwindigkeit (400 m min&supmin;¹). Die Geschwindigkeiten der Auftrage- und Glättungsrolle wurden konstant bei 395 bzw. 420 m min&supmin;¹ gehalten. Das verwendete Papier und die verwendete Mikrokapsel-Beschichtungszusammensetzung waren wie in den vorhergehenden Beispielen und die anderen Betriebsparameter waren wie in Beispiel 3.
Es wurde gefunden, daß eine Erhöhung der Auftragerollen/Dosierungsrollen-Spaltbreite das aufgetragene Überzugsgewicht in etwa linearer Weise verringerte: Spaltbreite (mm) trockenes Überzugsgewicht (g m&supmin;²)

Beispiel 5

Dieses veranschaulicht die Verwendung des vorliegenden Verfahrens bei einem Bereich von Auftragerollen/Dosierungsrollen-Spaltbreiten und einer Mikrokapsel-Beschichtungszusammensetzung mit einem geringeren Trockenmassegehalt (24 % anstelle von 32 %). Die Mikrokapsel-Beschichtungszusammensetzung war ansonsten wie in Beispiel 1. Die Bahngeschwindigkeit war 400 m min&supmin;¹. Die Beschichtungszusammensetzung hatte eine Viskosität von 0,1 Pa s (Contraves Rheomat 108 Viscometer, 24ºC).
Das verwendete Papier und die anderen Betriebsparameter waren wie in Beispiel 3.
Wie in Beispiel 4 wurde gefunden, daß eine Zunahme der Auftragerollen/Dosierungsrollen-Spaltbreite das aufgebrachte Überzugsgewicht in etwa linearer Weise verringerte: Spaltbreite (mm) trockenes Überzugsuewicht (g m&supmin;²)

Beispiel 6

Dieses veranschaulicht die Verwendung des vorliegenden Verfahrens unter Verwendung der gleichen Mikrokapselzusammensetzung, des gleichen Papiers und der gleichen Bahngeschwindigkeit wie in Beispiel 5, aber mit einem Bereich von Auftragerollengeschwindigkeiten. Die Auftragerollen/Dosierungsrollenspaltbreite wurde konstant bei 24 mm gehalten und die Glättungsrollengeschwindigkeit wurde konstant bei 420 m min&supmin;¹ gehalten.
Es wurde wie erwartet gefunden, daß sich das aufgebrachte Überzugsgewicht etwa linear mit der Zunahme in der Auftragerollengeschwindigkeit erhöhte: Oberflächengeschwindigkeit der Auftragerolle (m min&supmin;¹) trockenes Überzugsgewicht (g m&supmin;²)

Claims

1. Verfahren zum Auftragen einer Mikrokapsel-enthaltenden Beschichtungszusainmensetzung auf Papier, umfassend die Schritte

- Führen einer Beschichtungszusammensetzung zu einem Kontaktbereich zwischen einer harten Auftragerolle und einer verformbaren Dosierungsrolle, die sich in entgegengesetztem Sinn drehen, so daß sich ihre Oberflächen am Kontaktbereich in der gleichen Richtung drehen und einen Eingangsspalt definieren,

- Regulieren des Drucks zwischen der Auftrage- und Dosierungsrolle und deren relativen Drehgeschwindigkeiten, so daß nur der Durchtritt von einer regulierten Menge an Beschichtungszusammensetzung durch den Spalt ermöglicht und eine dosierte Menge von Beschichtungszusammensetzung an der Oberfläche der Auftragerolle belassen wird, nachdem sie den Kontaktbereich verlassen hat;

- Glätten der dosierten Menge an Beschichtungszusammensetzung, die an der Oberfläche der Auftragerolle bleibt, mittels einer verformbaren Glättungsrolle, die sich im gleichen Sinn wie die Auftragerolle und in Kontakt damit dreht und

- Übertragen der geglätteten Beschichtungszusammensetzung an der Oberfläche der Auftragerolle auf eine Papierbahn, die in der gleichen Richtung und nicht langsamer als die Oberfläche der die geglättete Beschichtungszusammensetzung tragenden Auftragerolle läuft und die in zeitweiligem Kontakt mit der Auftragerolle durch eine weiche Unterlagenrolle gehalten wird, die sich in einem entgegengesetzten Sinn wie die Auftragerolle dreht, so daß ein Eingangsspalt damit gebildet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Geschwindigkeit der Auftragerollenoberfläche mindestens 75 % der Bahngeschwindigkeit ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, worin die Geschwindigkeit der Auftragerollenoberfläche mindestens 99 % der Bahngeschwindigkeit ist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Dosierungsrolle verformbar ist und eine Shore A- Oberflächenhärte von etwa 30 bis etwa 60º aufweist.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Glättungsrolle verformbar ist und eine Shore A-Oberflächenhärte von etwa 60º aufweist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Unterlagenrolle verformbar ist und eine Shore A- Härte von etwa 35º aufweist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3, 4, 5 und 6, worin die Oberflächengeschwindigkeit der Glättungsrolle etwas schneller als die Bahngeschwindigkeit ist und die Oberflächengeschwindigkeit der Unterlagenrolle etwa gleich wie die Bahngeschwindigkeit ist.