DE69301029T2

DE69301029T2 - Verfahren zur behandlung und leimung von papiersubstraten

Info

Publication number: DE69301029T2
Application number: DE69301029T
Authority: DE
Inventors: Paul Coleman; John Robertson
Original assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Current assignee: Huntsman International LLC
Priority date: 1992-03-02
Filing date: 1993-02-01
Publication date: 1996-05-30
Anticipated expiration: 2013-02-02
Also published as: AU668758B2; JP3176627B2; CA2130922A1; HK191196A; JPH07504462A; WO1993018228A1; EP0628108A1; EP0628108B1; ES2080613T3; DK0628108T3; DE69301029D1; AU4807993A

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung und Leimung von Papiersubstraten mit einem Isocyanat. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Verstärken und Leimen von Papier mit einem Isocyanat, dadurch gekennzeichnet, daß das Isocyanat kein Wasser enthält und auf das Papier mittels einer elektrostatischen Sprühvorrichtung aufgebracht wird.

Hintergrund der Erfindung

Die Behandlung von Papier mit Isocyanaten wurde offenbart. Zum Beispiel ist ein Verfahren zur Behandlung von Papier mit Isocyanaten in EP 140537 offenbart. In US-A-4.505.778 ist ein Verfahren zum Aufbringen eines Leimes aus einer wäßrigen Emulsion eines aromatischen Isocyanats auf eine feuchte Papierbahn offenbart. Keines der Patente offenbart jedoch ein Verfahren, in dem Isocyanate elektrostatisch auf Papier aufgesprüht werden.
Isocyanate, die mit Wasser emulgiert wurden, wurden unter Anwendung einer Leimpresse auf Papier aufgebracht und nicht emulgierte Isocyanate wurden unter Verwendung einer Beschichtungsmaschine für den Rotationstiefdruck aufgebracht. Wenn herkömmliche Einrichtungen zum Aufsprühen von Isocyanaten verwendet werden, sind sie durch einen geringeren Wirkungsgrad der Übertragung gekennzeichnet. Als Ergebnis werden bedeutende Mengen Isocyanat in die Atmosphäre freigesetzt, wodurch mögliche Gesundheitsprobleme geschaffen werden. Außerdem, wenn das Isocyanat, das auf das Papier aufgebracht wird, nicht gesprüht wird, mit einem Lösungsmittel verdünnt oder emulgiert ist, ist es sehr schwierig, das Isocyanat mit einem Gehalt unterhalb von 5 bis 10 Gewichts-%, bezogen auf das Gewicht des Papiers, aufzubringen. Geringere Isocyanatgehalte können durch Verwendung emulgierter Isocyanate erreicht werden. Wenn die Isocyanate emulgiert sind, können jedoch Probleme mit der Verarbeitungszeit bei dem Isocyanat auftreten, da das Wasser mit den Isocyanatgruppen zu reagieren beginnt. Ferner können in Abhängigkeit von dem Zeitpunkt, wo in dem Verfahren die Emulsion zugegeben wird, zusätzliche Trocknungserfordernisse auftreten. Es besteht deshalb ein Bedürfnis nach einem Verfahren zur wirksamen Aufbringung von Isocyanaten auf Papiersubstrate mit einem Gehalt unterhalb von 5 Gewichts-%, bezogen auf das Gewicht des Papiersubstrats, und nach einem Verfahren, das keine emulgierten Isocyanate verwendet, obwohl emulgierbare Isocyanate verwendet werden können.
Überraschenderweise wurde gefunden, daß diese Bedürfnisse durch Verwendung einer elektrostatischen Sprühvorrichtung, um Isocyanate auf Papier aufzubringen, zufriedengestellt werden. Durch Verwendung dieser elektrostatischen Sprühvorrichtung kann ein Wirkungsgrad der Übertragung von über 90 Prozent erreicht werden und das Isocyanat kann einfach auf Papiersubstrate mit einem Gehalt unterhalb von 5 Gewichts-% aufgebracht werden. Die erfindungsgemäß benötigte Isocyanatmenge kann einen so niedrigen Wert wie den von 0,5 g/m² annehmen. Unter wirtschaftlichen Produktionsbedingungen wird jedoch im allgemeinen eine Isocyanatmenge von ungefähr 1,0 bis 1,5 g/m² benötigt.
Elektrostatische Sprühvorrichtungen als solche sind bekannt. Siehe US-A-4854506 und 4846407 und EPA-193348. Das elektrostatische Sprühen verschiedener Polymermaterialien auf Papier wurde auch in den US-A-3930614, 4609686 und 4837057 offenbart.
Keines dieser Patente offenbart jedoch ein elektrostatisches Sprühen von Isocyanaten auf Papier.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine Einrichtung für das wirkungsvolle Aufbringen eines Isocyanats auf ein Papiersubstrat zur Verfügung zu stellen.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung eine Einrichtung zur Verbesserung der Beständigkeit gegenüber einem Verdrücken (crush strength), der Wasserbeständigkeit und der Naßfestigkeit von Papierprodukten zur Verfügung zu stellen.
Es ist noch eine andere Aufgabe der Erfindung eine Einrichtung zum Aufbringen einer gleichförmigen Beschichtung aus Isocyanat auf ein Papiersubstrat zur Verfügung zu stellen.
Es ist ebenfalls eine Aufgabe der Erfindung ein Isocyanat auf umweltverträgliche Weise auf Papier aufzubringen.
Diese und andere Aufgaben werden durch das Verfahren der Erfindung gelöst.

Zusammenfassung der Erfindung

Das Verfahren der Erfindung ist ein Verfahren zur Behandlung eines Papiersubstrats mit einem Isocyanat, das den Schritt der Aufbringung eines Isocyanats, das kein Wasser enthält, mittels einer elektrostatischen Sprühvorrichtung auf das Papiersubstrat umfaßt.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt das Verfahren zur Behandlung eines Papiersubstrats mit einem Isocyanat den Schritt der Aufbringung eines Isocyanats, das kein Wasser enthält, auf das Papiersubstrat mittels einer elektrostatischen Sprühvorrichtung, die die nachstehenden Bestandteile enthält: eine elektrostatische Sprühdüse mit einer linearen Austrittsöffnung, eine Einrichtung zum Anlegen eines ersten elektrischen Potentials an das flüssige Isocyanat, das aus der Sprühdüse austritt, eine Elektrode, die zwei voneinander beabstandete, parallel angeordnete lineare Elektrodenelemente enthält, wobei ein Elektrodenelement so montiert ist, daß es einer Seite der Austrittsöffnung der Sprühdüse benachbart ist und das andere Element so montiert ist, daß es der anderen Seite der Austrittsöffnung der Sprühdüse benachbart ist, und eine Einrichtung zum Anlegen eines zweiten elektrischen Potentials an die Elektrode, so daß sich ein starkes elektrisches Feld zwischen der austretenden Flüssigkeit und der Elektrode ausbildet, wobei die Stärke des Feldes ausreicht, um eine Versprühung der austretenden Flüssigkeit zu veranlassen, wobei die Elektrode einen Kern aus einem leitenden oder halbleitenden Material umfaßt, das in einer röhrenförmigen Hülle enthalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle eine Wand aufweist und der-spezifische Volumen- bzw. Durchgangswiderstand eines Bereichs der Wand der Hülle, der eine Länge von 1 cm aufweist, innerhalb eines Bereichs von 5 x 10¹¹ bis 5 x 10¹³ ohm cm liegt.
Das Verfahren der Erfindung liefert leichtgewichtige, gleichförmige Beschichtungen von Isocyanaten auf Papiersubstraten und verbessert einige der physikalischen Eigenschaften der beschichteten Papiersubstrate, wie die Wasserbeständigkeit, die Naßfestigkeit und die Beständigkeit gegenüber einem Verdrücken.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Das Verfahren schließt das elektrostatische Sprühen eines Isocyanats auf Papiersubstrate ein. Die elektrostatische Sprühvorrichtung, die verwendet wird, um Isocyanate auf Papiersubstrate zu sprühen, umfaßt bevorzugt eine elektrostatische Sprühdüse mit einer linearen Austrittsöffnung, eine Einrichtung zum Anlegen eines ersten elektrischen Potentials an das flüssige Isocyanat, das aus der Sprühdüse austritt, eine Elektrode, die zwei voneinander beabstandete, parallel angeordnete lineare Elektrodenelemente enthält, wobei ein Elektrodenelement so montiert ist, daß es einer Seite der Austrittsöffnung der Sprühdüse benachbart ist und das andere Element so montiert ist, daß es der anderen Seite der Austrittsöffnung der Sprühdüse benachbart ist, und eine Einrichtung zum Anlegen eines zweiten elektrischen Potentials an die Blektrode, so daß sich ein starkes elektrisches Feld zwischen der austretenden Flüssigkeit und der Elektrode aufbaut, wobei die Stärke des Feldes ausreicht, um eine Versprühung der austretenden Flüssigkeit zu veranlassen, wobei die Elektrode einen Kern aus einem leitenden oder haibleitenden Material umfaßt, das in einer röhrenförmigen Hülle enthalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle eine Wand aufweist und der spezifische Durchgangswiderstand eines Bereichs der Wand der Hülle, der eine Länge von 1 cm aufweist, innerhalb des Bereichs von 5 x 10¹¹ bis 5 x 10¹³ ohm cm liegt. Solch eine Vorrichtung und ihre Betriebsparameter wurden vollständig in der US-Patentschrift Nr. 4854506 beschrieben, auf die hier vollständig Bezug genommen wird.
Im allgemeinen wird, wenn das flüssige Isocyanat die lineare Austrittsöffnung der Vorrichtung aus U.S.A-4854506 passiert, das Isocyanat mittels der Einrichtung zum Anlegen eines elektrischen Potentials an das Isocyanat mit 30 bis kV aufgeladen. Bevorzugt wird das Isocyanat positiv aufgeladen. Sobald das flüssige Isocyanat aufgeladen ist, zerfällt es in einem elektrischen Feld, das zwischen der geladenen Flüssigkeit und der Elektrode entsteht, die aus den beiden linearen Elektrodenelementen besteht, die üblicherweise auf 10 kV bis 25 kV aufgeladen sind und die gleiche Polarität wie die Flüssigkeit aufweisen, zu Tröpfchen mit Durchmessern, die typischerweise in einem Bereich von 40 bis 150 Mikrometern liegen. Im allgemeinen liegt der Spannungsunterschied zwischen dem flüssigen Isocyanat und der Elektrode, die aus den beiden linearen Elektrodenelementen besteht, zwischen 15 und 30 kV. Dieser Spannungsunterschied wird als "Beanspruchung" ("stress") bezeichnet.
Die Isocyanate, die verwendet werden, sollten eine Viskosität im Bereich von 1 bis 750 mPa.s, bevorzugt im Bereich von 1 bis 300, und einen spezifischen Durchgangswiderstand im Bereich von 1 x 10&sup6; bis 1 x 10¹¹ ohm cm, bevorzugt im Bereich von 5 x 10&sup6; bis 5 x 10¹¹, und am bevorzugtesten im Bereich von 5 x 10&sup7; bis 5 x 10&sup8; ohm cm aufweisen. Im allgemeinen ist es umso schwieriger das Isocyanat aufzubringen, je höher die Viskosität des Isocyanats ist.
Jedes Isocyanat mit einer oder mehreren Isocyanatgruppen und einer Viskosität und einem Widerstand innerhalb der vorstehend angegebenen Grenzen kann verwendet werden. Die Isocyanate, die verwendet werden können, schließen aliphatische, cycloaliphatische, araliphatische und aromatische Isocyanate ein, insbesondere diejenigen, die bei Raumtemperatur flüssig sind. Aromatische Isocyanate, insbesondere aromatische Polyisocyanate sind bevorzugt. Mischungen von Isocyanaten und ebenfalls Isocyanate, die durch die Einführung von Urethan-, Allophanat-, Harnstoff-, Biuret-, Carbodiimid-, Uretonimin- oder Isocyanuratresten modifiziert wurden, können verwendet werden.
Beispiele geeigneter aromatischer Isocyanate schließen m- und p-Phenylendiisocyanat, Toluol-2,4- und 2,6-Diisocyanate, Diphenylmethan-4,4'-diisocyanat, Diphenylmethan-2,4'-diisocyanat, Chlorphenylen-2,4-diisocyanat, Diphenylen-4,4'-diisocyanat, 4,4'-Diisocyanat-3,3'- dimethyldiphenyl, 3-Methyldiphenylmethan-4,4'-diisocyanat und Diphenyletherdiisocyanat und 2,4,6-Triisocyanatotoluol und 2,4,4'-Triisocyanatodiphenylether ein. Es können Mischungen von Isocyanaten anwesend sein, zum Beispiel eine Mischung von Toluoldiisocyanatisomeren, wie die im Handel erhältlichen Mischungen aus 2,4- und 2,6-Isomeren und auch die Mischung von Di- und höheren Isocyanaten, hergestellt durch Phosgenierung von Anilin/Formaldehyd-Kondensaten. Solche Mischungen sind in der Technik gut bekannt und schließen rohe Phosgenierungsprodukte ein, die Mischungen aus methylenverbrückten Polyphenylpolyisocyanaten enthalten, einschließlich von Diisocyanaten, Triisocyanaten und höheren Polyisocyanaten, zusammen mit irgendwelchen Phosgenierungsnebenprodukten.
Bevorzugte Zusamensetzungen der Erfindung sind diejenigen, bei denen das Isocyanat ein aromatisches Diisocyanat oder Polyisocyanat von höherer Funktionalität ist, insbesondere rohe Mischungen von methylenverbrückten Polyphenylpolyisocyanaten, die Diisocyanate, Triisocyanate und höher funktionelle Polyisocyanate enthalten. Auf die methylenverbrückten Polyphenylpolyisocyanate wird manchmal als polymeres Methylenpolyphenyldiisocyanat (MDI) Bezug genommen. Polyphenylpolyisocyanate sind in der Technik gut bekannt und weisen üblicherweise eine Isocyanat-Funktionalität im Bereich von 2,0 bis 3,0 auf. Sie werden durch Phosgenierung der entsprechenden Mischungen von Polyaminen hergestellt, die durch Kondensation von Anilin und Formaldehyd erhalten wurden.
Mit Isocyanatgruppen endende Vorpolymere können ebenfalls verwendet werden und werden durch Umsetzung eines Polyisocyanatüberschusses mit Polyolen, einschließlich aminierter Polyole oder Imine/Enamine davon, oder Polyaminen hergestellt.
Emulgierbare Isocyanate können ebenfalls verwendet werden. Ein..emulgierbares Isocyanat ist eine Isocyanat/Isocyanatvorpolymer-Mischung, die durch Einarbeitung eines Vorpolymers, das durch Umsetzung von Monoalkylethern von Polyalkylenglycolen oder Polyesterpolyetherglycolen mit einem Polyisocyanat unter Bildung eines mit enständigem Isocyanat versehenen Urethanaddukts hergestellt wurde, in ein Isocyanat hergestellt wird. Es ist gut bekannt, daß solche Mischungen in Wasser emulgierbar sind. Geeignete emulgierbare Isocyanate und ihre Herstellung sind in US-A-3.996.154 und 4.505.778 beschrieben, auf die hierin Bezug genommen wird. Von den emulgierbaren Isocyanaten ist emulgierbares MDI am meisten bevorzugt.
Die am meisten bevorzugten aromatischen Isocyanate sind polymeres MDI, emulgierbares MDI, MDI-Abarten bzw. MDI- Varianten und Mischungen davon. Geeignete MDI-Varianten schließen Verbindungen ein, in denen das MDI durch die Einführung von Urethan-, Allophanat-, Harnstoff-, Biuret-, Amid-, Carbodiimid-, Uretonimin- und/oder Isocyanuratresten modifiziert worden ist.
Beispiele geeigneter aliphatischer Polyisocyanate schließen Ethylendiisocyanat, 1,6-Hexamethylendiisocyanat, Isophorondiisocyanat, Cyclohexan-1,4-diisocyanat, 4,4-Dicyclohexylmethandiisocyanat, gesättigte Analoge der vorstehend erwähnten aromatischen Isocyanate, Mischungen davon und ähnliches ein.
Wenn das zu verwendenden Isocyanat bei der Temperatur des Sprühens ein Feststoff ist, wobei die Temperatur im allgemeinen 10 bis 30 ºC, und bevorzugt 20 bis 25 ºC, beträgt, kann das Isocyanat erwärmt werden, um es zu verflüssigen, und das erwärmte Isocyanat kann versprüht werden. Das Isocyanat sollte jedoch im allgemeinen vor dem Sprühen nicht auf Temperaturen über 38 ºC erwärmt werden. Bevorzugt ist das Isocyanat bei der Temperatur des Sprühens flüssig.
Das flüssige Isocyanat wird in einen Behälter eingebracht, von dem aus das Isocyanat in die Sprühdüse der elektrostatischen Sprühvorrichtung gepumpt werden kann. Im allgemeinen verbindet ein Schlauch den Behälter und die elektrostatische Sprühvorrichtung. Der Behälter ist üblicherweise mit einer Einrichtung ausgerüstet oder mit ihr verbunden, um das Isocyanat mit veränderbaren Durchflußmengen bzw. Strömungsgeschwindigkeiten (flowrates) zu der Sprühdüse zu pumpen. Die Strömungsgeschwindigkeit kann von 0,5 bis 150 g/Minute/cm Düsenbreite schwanken, und bevorzugt liegt sie im Bereich von 1,5 bis 75 g/Minute/cm Düsenbreite. Die gewählte Strömungsgeschwindigkeit wird von Faktoren abhängen, wie der Isocyanatmenge, die auf das Papiersubstrat aufgebracht werden soll, und die Geschwindigkeit, mit der das Papiersubstrat unter der Düse der Sprühvorrichtung bewegt wird.
Eine große Vielfalt an Papiersubstraten kann gemäß dem Verfahren der Erfindung behandelt werden. Das Verfahren kann zur Verstärkung und zum Leimen von Papier, Behältern aus Wellpappe, Papieretiketten, und Karton verwendet werden. Das Verfahren ist besonders nützlich zur Verstärkung und zum Leimen von Behältern aus Wellpappe, sowie Behältern, die wahrscheinlich mit Feuchtigkeit in Berührung kommen.
Das Papiersubstrat muß, wenn es besprüht wird, in Kontakt mit einer leitenden Oberfläche stehen, um zu verhindern, daß das Papiersubstrat aufgrund der Abscheidung der geladenen Isocyanatteilechen auf der Oberfläche des Papiersubstrats eine Ladung aufbaut. Wenn sich auf der Oberfläche des Substrats eine Ladung aufbaut, wird die Ladung die geladenen Isocyanatteilchen abstoßen, was zu einem verringerten Wirkungsgrad der Übertragung und einer ungleichförmigen Beschichtung des Isocyanats auf dem Papiersubstrat führt. In der Praxis steht das Papiersubstrat üblicherweise in Kontakt mit einer Metallwalze, über die das Papiersubstrat bewegt wird. Wenn jedoch individuelle Papierartikel behandelt werden, können sie unter der Düse bewegt werden, während sie mit einer flachen Metallplatte oder einem Metallblech, wie einem Blech aus einer Aluminiumfolie, in Kontakt stehen.
Bevorzugt ist die Düse breiter als die Breite des zu besprühenden Papiersubstrats, um sicherzustellen, daß die gesamte Oberfläche des Substrats mit Isocyanat beschichtet wird. Der Abstand der Düse von der Oberfläche des Papiersubstrats sollte im Bereich von 7 bis 23 cm liegen.
Wenn der Abstand der Düse zu gering ist, kann es zu einer Funkenbildung zwischen der Düse und der leitenden Oberfläche, die in Kontakt mit dem Papiersubstrat steht, kommen. Es kann auch ein gestreiftes Sprühmuster auf dem Substrat erzeugt werden Andererseits, wenn der Abstand größer als 23 cm ist, neigen die geladenen Isocyanatteilchen dazu, sich auszubreiten und zu wandern, wodurch sich der Wirkungsgrad der Übertragung verringert und es schwierig wird, auf dem Papiersubstrat eine gleichförmige Beschichtung zu erhalten.
Es ist wichtig, sicherzustellen, daß die Gegenstände, die die Düse der Sprühvorrichtung umgeben, sich nicht zu nahe an der Düse befinden. Dies deshalb, weil die Umgebungs gegenstände, die sich zu nahe an der Düse befinden, mit dem Papiersubstrat um die geladenen Isocyanatteilchen konkurrieren und dadurch den Wirkungsgrad der Übertragung verringern. Als Ergebnis sollten die die Düse umgebenden Gegenstände im allgemeinen in einem Abstand von der Düse gehalten werden, der mindestens das vierfache des Abstandes zwischen der Düse und dem Papiersubstrat beträgt.
Das Papiersubstrat kann auf einer Seite oder auf beiden Seiten behandelt werden. Wenn es auf beiden Seiten behandelt wird, ist es bevorzugt, daß die Isocyanatbeschichtung der ersten behandelten Seite vor der Behandlung der zweiten Seite gehärtet wird.
Da die Isocyanate auf das Papier aufgebracht werden können, ohne emulgiert zu werden, ist es nicht notwendig, das Substrat einem Wärmebehandlungsschritt auszusetzen, um das Wasser zu entfernen, das für die Emulgierung der Isocyanate verwendet wird. Nichtsdestoweniger ist es bevorzugt, in dem Verfahren der Erfindung einen Wärmebehandlungsschritt einzuschließen, da das Erwärmen des Papiersubstrats, nachdem das Isocyanat aufgebracht wurde, das Aushärten fördert, und eine nützliche Wirkung auf einige der physikalischen Eigenschaften des beschichteten Papiersubstrats, wie der Beständigkeit gegenüber einem Verdrücken, aufweisen kann.
Wenn ein Erwärmungsschritt eingeschlossen ist, wird das Papiersubstrat üblicherweise 1 bis 30 Sekunden lang einer Temperatur im Bereich von 65 bis 205 ºC ausgesetzt. Die Wärmebehandlung des Papiersubstrats erfolgt üblicherweise in einem Ofen, durch den das Substrat geleitet wird.
Obwohl es bevorzugt ist, reines Isocyanat auf das Papiersubstrat aufzubringen, können Additive, die mit dem Isocyanat verträglich sind und kein Wasser enthalten, mit dem Isocyanat gemischt werden, bevor das Isocyanat auf das Papiersubstrat aufgebracht wird. Zum Beispiel kann Propylencarbonat zu dem Isocyanat gegben werden, um die Viskosität des Isocyanats zu verändern. Es sollte jedoch nicht zuviel Propylencarbonat zugegeben werden, da das Popylencarbonat dazu neigt, den spezifischen elektrischen Widerstand des Isocyanats herabzusetzen.
Durch die Anwendung des Verfahrens der Erfindung, um Papiersubstrate mit Isocyanaten zu behandeln, können die physikalischen Eigenschaften des Substrats verbessert werden. Zum Beispiel können die Wasserbeständigkeit, die Naßfestigkeit und die Beständigkeit gegenüber einem Verdrücken des Substrats durch die Anwendung des Verfahrens der Erfindung vergrößert werden. Das Verfahren führt auch zu einer gleichmäßigen Verteilung des Isocyanats auf den Papiersubstraten. Da in dem Verfahren geladene Teilchen verwendet werden und die Teilchen dazu neigen, mit dem Untergrund in Kontakt zu treten anstatt in der Atmosphäre zu schweben, führt das Verfahren im Vergleich zu den herkömmlichen Verfahren der Aufbringung von Isocyanaten auf Papiersubstraten zu einem stark reduzierten Isocyanatgehalt in der Atmosphäre. Herkömmliche Sprühverfahren setzen soviel Isocyanat in die Atmosphäre frei, daß es sich bei den Verfahren um geschlossene Verfahren mit umfangreicher Luftextraktion handeln muß.
Die Erfindung wird durch die nachstehenden Beispiele erläutert, aber durch sie nicht eingeschränkt.

Beispiele

1. Bei der verwendeten elektrostatischen Sprühvorrichtung handelte es sich um eine Vorrichtung gemäß dem US-Patent Nr. 4854-506 mit einer linearen Austrittsöffnung und den nachstehenden Kennzeichen:
- die Vorrichtung war mit einer linearen Sprühdüsenkante (linear nozzle spraying blade) mit einer Breite von ungefähr 50 cm (20 inch) ausgestattet
- die Vorrichtung war mit zwei Feldjustierelektroden (field adjusting electrodes) ausgestattet, die aus zwei halbleitenden Stäben bestanden, und die auf
beiden Seiten parallel zu der linearen Düsenöffnung angeordnet waren.
Rubinate XI-241, das ein polymeres MDI darstellt, das von ICI Americas Inc oder Rubicon Inc erhältlich ist, und eine Viskosität von 200 mPa.s, einen spezifischen Durchgangswiderstand von 1 x 10&sup8; ohm cm aufweist, und bei Raumtemperatur flüssig ist, wurde in einen Druckbehälter eingebracht, der mit einer elektrostatischen Sprühvorrichtung verbunden war. Das flüssige Isocyanat wurde der Vorrichtung aus dem Druckbehälter unter Verwendung von Luft mit ungefähr 80 pounds/inch (5,62 kg/cm²) zugeführt. Der Druck der Luft wurde mittels eines Druckreglers so eingestellt, daß sich eine Strömungsgeschwindigkeit von 40 glmin oder 0,8 g/Minute/cm Düsenbreite ergab. Der Druck betrug ungefähr 12 pounds/inch² (0,84 kg/cm²). Sobald die lineare Sprühdüsenkante vollständig mit dem Isocyanat benetzt war und das Isocyanat von der Kante tropfte, wurde solch eine Spannung an die Düse und die Feldjustierelektroden angelegt, daß sich für die Düse eine Ladung von -38 kV und für die Feldjustierelektroden eine Ladung von -13 KV ergab.
Ein 60 x 60 cm (2 x 2 ft) Stück eines 40 lb/1000 ft² (0,195 kg/m²) Kaschierpapiers (liner board) wurde dann manuell unter einer Düse einer elektrostatischen Sprühvporrichtung fortbewegt. Die Düse befand sich ungefähr 12,5 cm (5 inch) senkrecht über dem Papier. Das Papier stand in Kontakt mit einer Stahlplatte, während es unter der Düse fortbewegt wurde, um eine Bewegung über eine Walze zu simulieren. Nachdem es auf einer Seite beschichtet worden war, wurde es dem Papier gestattet, 24 Stunden bei Raumtemperatur auszuhärten. Es wurde dann unter der Düse entlang geleitet, um die andere Seite des Papiers zu beschichten. Die Menge an auf dem Papier aufgebrachten Isocyanat betrug 3,6 Gewichts-%, bezogen auf das Papiergewicht.
Die physikalischen Eigenschaften des behandelten Papiers wurden untersucht und sind in der nachstehenden Tabelle 1 aufgeführt. Das behandelte Papier wies im Vergleich zu einem unbehandelten Stück Papier eine ausgezeichnete Wasserbeständigkeit und Naßfestigkeit auf und besaß ebenfalls eine verbesserte Beständigkeit gegenüber einem Verdrücken.
2. Beispiel 1 wurde wiederholt, außer daß 10 Gewichts-% Propylencarbonat zu dem Polyisocyanat hinzugefügt wurden. Die Menge an dieser Zusammensetzung, die auf das Papier aufgebracht wurde, betrug, bezogen auf das Gewicht des Papier, 3,5 Gewichts-%. Die physikalischen Eigenschaften des Papiers wurden untersucht und die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle I dargestellt.
3. Die elektrostatische Sprühvorrichtung nach Anspruch 1 wurde dazu verwendet, Papier auf einer herkömmlichen Papierbeschichtungsmaschine zu behandeln. Eine Carrier- Ross-Rollenbeschichtungsmaschine wurde mit der elektrostatischen Sprühvorrichtung nach Anspruch 1 ausgestattet, so daß das Papier vor dem Eintritt in einen Ofen besprüht wurde. Die Düse war sechs Inch (15,24 cm) oberhalb einer Metallwalze angeordnet, so daß das Papier an dem Punkt, wo das Isocyanat auf das Papier gesprüht wurde, mit der Metallwalze in Kontakt stand. Eine Rolle aus 651b/300ft² (0,106 kg/m²) Tütenpapier (bag paper), umfassend 20 Prozent recycletes Zeitungspapier, wurde auf der Carrier-Ross- Maschine angeordnet und unter der Düse der Sprühvorrichtung mit einer Geschwindigkeit von 230 Fuß (feet) pro Minute (70,1 m pro Minute) vorbeigeleitet.
Das auf das Papier gesprühte Isocyanat war Rubinate XI-242, das ein wasseremulgierbares MDI darstellt, von ICI Americas Inc. und Rubicon Inc. erhältlich ist, eine Viskosität von 250 mPa.s und einen spezifischen Durchgangswiderstand von 5 x 107 ohm cm aufweist. Die Ladung auf dem Isocyanat betrug -37,1 kV und die Ladung auf den Feldjustierelektroden betrug -18,1 kV. Die Durchflußmenge des Isocyanats betrug g/min oder 0,8 g/Minute/cm Düsenbreite. Nachdem das Papier mit dem Isocyanat besprüht worden war, wurde es durch einen Ofen mit 121 ºC geführt, um das Isocyanat zu trocknen. Die Menge an auf das Papier aufgebrachtem Jsocyanat betrug ungefähr 1 Gewichtsprozent, bezogen auf das Papiergewicht.
Nachdem es mit dem Isocyanat behandelt worden war, wurden die physikalischen Eigenschaften des Papiers untersucht. Das Papier wies eine verbesserte Beständigkeit gegenüber einem Verdrücken auf und zeigte im Vergleich mit einem unbehandelten Stück Papier eine deutliche Zunahme der Wasserbeständigkeit und der Naßfestigkeit. TABELLE 1 Isocyanat Nichts MF-184 mit 10% Propylencarbonat ¹MD-Reissen (g) (¹MD Tear) ²CD-Reissen (g) (²CD Tear) Berstem (Burst) (psig) (kPa) Naßbersten (wet burst) CD-Ringverdrücken (Ring crush) (lb) (kg) MD_Zugfestigkeit, Naß (MD Tensile Wet) Wasseraufnahme nach Cobb (g/m²) (Cobb size)
¹MD - Maschinenlaufrichtung
²CD = Querrichtung
Die Beispiele zeigen, daß die Behandlung der Papiersubstrate mit Isocyanat zu einer deutlichen Verbesserung der Wasserbeständigkeit und Naßfestigkeit als auch zu Verbesserungen der Beständigkeit gegenüber einem Verdrücken der Papiersubstrate führt.

Claims

1. Verfahren zur Behandlung eines Papiersübstrats mit einem Isocyanat mittels Besprühens, das durch den Schritt der Aufbringung eines Isocyanats, das kein Wasser enthält, auf das Papiersubstrat mittels einer elektrostatischen Sprühvorrichtung mit einer linearen Austrittsöffnung gekennzeichnet ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, in dem die Vorrichtung für das Aufbringen des Isocyanats die nachstehenden Bestandteile umfaßt: eine Einrichtung zum Anlegen eines ersten elektrischen Potentials an das flüssige Isocyanat, das aus der Sprühdüse austritt, eine Elektrode, die aus zwei voneinander beabstandeten, parallel angeordneten, linearen Elektrodenelementen besteht, wobei ein Elektrodenelement so montiert ist, daß es einer Seite der Austrittsöffnung der Sprühdüse benachbart ist, und das andere Element so montiert ist, daß es der anderen Seite der Austrittsöffnung der Sprühdüse benachbart ist, und eine Einrichtung zum Anlegen eines zweiten elektrischen Potentials an die Elektrode, so daß sich ein starkes elektrisches Feld zwischen der austretenden Flüssigkeit und der Elektrode ausbildet, wobei die Stärke des Feldes ausreicht, um eine Versprühung der austretenden Flüssigkeit zu veranlassen, wobei die Elektrode einen Kern aus einem leitenden oder halbleitenden Material umfaßt, der in einer röhrenförmigen Hülle enthalten ist, wobei die Hülle eine Wand aufweist und der spezifische Volumenwiderstand eines Bereichs der Wand der Hülle, der eine Länge von 1 cm aufweist, innerhalb eines Bereichs von 5 x 10¹¹ bis 5 x 10¹³ ohm cm liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das Isocyanat eine Viskosität im Bereich von 1 bis 750 mPa s und einen spezifischen Volumenwiderstand im Bereich von 1 x 10&sup6; - 1 x 10¹¹ ohm cm aufweist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Isocyanat eine Viskosität im Bereich von 1 bis 300 und einen spezifischen Volumenwiderstand im Bereich von 5 x 10&sup6; bis 5 x 10&sup9; aufweist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Isocyanat einen spezifischen Volumenwiderstand im Bereich von 5 x 10&sup7; bis 5 x 10&sup8; aufweist.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das Isocyanat auf das Papiersubstrat mit einer Durchflußmenge von 0,5 bis 150 g/Minute/cm Düsenbreite aufgebracht wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Durchflußmenge im Bereich von 1,5 bis 75 g/Minute/cm Düsenbreite liegt.

8. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das Isocyanat ein aromatisches Isocyanat ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Isocyanat ein polymeres MDI, ein emulgierbares MDI, eine MDI-Variante oder eine Mischung davon ist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Isocyanat ein emulgierbares MDI ist.

11. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Papiersubstrat auf eine Temperatur im Bereich von 65 bis 205 ºC erhitzt wird, nachdem das Isocyanat auf dem Papiersubstrat aufgebracht ist.