FI123827B

FI123827B - Pohjustamis- ja päällystysmenetelmä

Info

Publication number: FI123827B
Application number: FI20050225A
Authority: FI
Inventors: Kimmo Nevalainen; Ali Harlin; Tapani Penttinen; Isto Heiskanen; Kaj Backfolk; Minna Peltola
Original assignee: Stora Enso Oyj
Priority date: 2005-02-25
Filing date: 2005-02-25
Publication date: 2013-11-15
Also published as: CN101128631B; US8309184B2; UA88515C2; PL1851382T3; NO340480B1; EP1851382A1; US20130059088A1; KR101260264B1; ZA200708178B; RU2401354C2; FI20050225A; EP1851382B1; KR20080006542A; US20060193994A1; ES2515890T3; RU2007131475A; NO20074852L; EP1851382A4; WO2006090006A1; FI20050225A0

Description

Pohjustamis- ja päällystysmenetelmä - Primerings- och bestryknings-förfarande

Keksintö koskee menetelmää perusmateriaalin pohjustamista varten, jossa mene-5 telmässä perusmateriaali saatetaan kosketukseen pohjustelähteestä syötettävän pohjusteen kanssa ja perusmateriaali (substrate) pinnoitetaan pohjusteella. Keksintö koskee myös menetelmää perusmateriaalin päällystämistä varten, jossa menetelmässä perusmateriaali saatetaan kosketukseen pohjustelähteestä syötettävän pohjusteen kanssa, perusmateriaali pinnoitetaan pohjusteella ja pohjustettu 10 perusmateriaali päällystetään päällystysaineella.

Perusmateriaalin ja sen päällysteen välisen tarttuvuuden parantamiseksi on useita menetelmiä. Näitä menetelmiä voivat olla pintakäsittely, mekaaninen karhennus, hauraiden rajakerrosten poistaminen, jännitysten minimointi, tarttuvuutta parantavien aineiden käyttäminen, sopivien happo-emäsvuorovaikutusten käyttäminen 15 sekä edullisen termodynamiikan järjestäminen ja kostutuksen käyttäminen. Tyypillisiä käsittelytekniikoita ovat kemikaalien, kuten pohjusteiden ja liuottimien, käyttäminen, lämmön ja liekin käyttäminen, mekaaniset menetelmät, plasma, korona-käsittely ja säteily. Kullakin tekniikalla voi olla useita tarttuvuutta parantavia vaikutuksia.

20 Eräs merkittävä perusmateriaalin ja sen päällysteen välisen tarttuvuuden paran-nusmenetelmä on pohjustaminen. Pohjustamisella tarkoitetaan perusmateriaalin käsittelemistä pohjusteella. Pohjuste tarkoittaa maalattaville tai muulla tavoin viimeisteltäville pinnoille levitettävää esikäsittelypäällystettä. Ks. McGraw-Hill Dic-„ tionary of Scientific and Technical Terms, 6. painos, s. 1 668 ja 1 669.

δ ^ 25 Tyypillisiä pohjusteita ovat orgaaniset liimat, jotka liukenevat veteen ja/tai orgaani- o V seen liuottimeen ja joita käytetään perusmateriaalin pinnan käsittelyyn, jotta sen ^ tarttuvuus tai sitoutuminen päällysteeseen paranee. Seuraavassa taulukossa on | esitetty tyypillisiä pohjusteita ja niiden tarttuvuus- ja suorituskykyominaisuuksia.

LO

C\1 C\l

O

LO

O

CM

2

Taulukko 1: Tyypillisten pohjusteiden ominaisuuksia __Tarttuvuusominaisuudet__Suorituskykyomi naisuudet_ Lämmön- Kosteuden- Kemiallinen

Pohjustetyyppi Paperi Metalli Muovi- kestävyys kestävyys kestävyys ____kalvo____

Sellakka Heikko Erin- Heikko Heikko Heikko Heikko ___omainen_____

Orgaaninen tita- Hyvä Hyvä Hyvä Kohtalainen Kohtalainen Kohta- naatti_______lainen_

Polyuretaani Erittäin hyvä Erin- Erin- Erin- Erin- Erin- ___omainen omainen omainen__omainen__omainen

Polyetyleeni-imiini Erittäin hyvä Hyvä Erin- Erin- Heikko Heikko ____omainen omainen___

Etyleeniakryyli- Erin- Erin- Kohtalai- Kohtalainen Erin- Hyvä happo__omainen__omainen nen___omainen__

Polyvinylideeni- Erin- Kohtalai- Erin- Hyvä Erittäin hyvä Kohta- kloridi__omainen__nen__omainen____lainen_

Tavanomainen pohjustaminen suoritetaan tavallisilla liuoslevitystekniikoilla. Poh-justeen levittäminen edistää perusmateriaalin ja päällysteen välistä tarttuvuutta li-5 säämällä pintojen vapaan energian määrää (kostuvuus), indusoimalla niiden välille kemiallisen reaktion ja poistamalla niistä sidoksia heikentäviä epäpuhtauksia.

Tavanomaisella pohjustamisella on kuitenkin haittana se, että on vaikeaa saada aikaan juuri tietylle käytettävälle pohjusteelle sopiva oikea päällystyspaino. Tasainen pinnoitus on tärkeää kaikille pohjusteille. Näin on erityisesti epätasaisilla pin-10 noilla, joiden hankalampiin kohtiin ei päästä helposti käsiksi tavallisilla pohjusta-mistekniikoilla.

Nyt nämä ongelmat on ratkaistu perusmateriaalin uuden pohjustamismenetelmän avulla, jossa perusmateriaali saatetaan kosketukseen pohjustelähteestä syötettävän pohjusteen kanssa ja perusmateriaali pinnoitetaan pohjusteella. Patenttivaa-15 timusten mukaiselle menetelmälle on olennaisesti tunnusomaista se, että pinnoit- 00 5 taminen suoritetaan sähköstaattisesti. Pinnoituksella tarkoitetaan jonkin aineen le-

C\J

^ vittämistä perusmateriaalille. Sähköstaattisella tarkoitetaan jotakin leposähköön T liittyvää, kuten kappaleeseen kohdistuvaa sähkövarausta. Ks. McGraw-Hill Dic- tionary of Scientific and Technical Terms, 6. painos, s. 707.

CC

20 Sähköstaattiset päällystysmenetelmät ovat sinänsä tunnettuja. Keksijät ovat kui-tenkin havainneet, että nämä menetelmät sopivat erityisesti pohjustamis-§ tarkoituksiin. Sähköstaattisen päällystyksen avulla voidaan helposti saada aikaan ° kullekin pohjustetyypille oikea päällystyspaino. Lisäksi perusmateriaalien epäta saisten pintojen hankalampiin kohtiin päästään sopivasti käsiksi sähköstaattisten 3 pohjustamistekniikoiden avulla. Siten suuremmassa osassa perusmateriaalin pinnasta on pohjusteen aikaansaama parantunut tarttuvuus.

Sähköstaattiset päällystysmenetelmät voidaan jakaa kolmeen menetelmään: sähköstaattinen ruiskutus ja sähkökehräys, tyypillisesti liuoksesta tasasähkökentässä, 5 sekä kuivapäällystys jauheilla käyttämällä vaihtosähkökenttiä.

Ruiskutusprosessissa nesteen pintaan kohdistettava suurjännitteinen sähkökenttä saa aikaan pienten varautuneitten pisaroiden emission. Prosessia ohjaa massan, varauksen ja impulssin säilyminen. Sen vuoksi useat parametrit edistävät prosessia. Kaikkein tärkeimpiä parametreja ovat nesteen fysikaaliset ominaisuudet, nes-10 teen virtausnopeus, käytettävä jännite, käytettävä järjestelmän geometria ja ympäröivän väliaineen dielektrinen lujuus. Nesteen olennaiset fysikaaliset ominaisuudet ovat sen sähkönjohtavuus, pintajännitys ja viskositeetti. Sähköruisku muodostuu tyypillisesti kapillaarista, painesuuttimesta, pyörivästä suuttimesta tai sumuttimesta, joilla päällystysneste syötetään, ja levykokoojasta, joka kannattaa päällystettävää 15 perusmateriaalia. Kapillaarin ja levyn välille kytketään sähköpotentiaaliero.

Levyn ja päällystysliuosta syöttävän kapillaarin kärjen välinen potentiaaliero on useita tuhansia voltteja, tyypillisesti useita kymmeniä kilovoltteja. Emittoituneet pisarat ovat varautuneita ja ne voidaan tarvittaessa neutraloida erilaisten menetelmien avulla. Niiden koko vaihtelee käytettävien olosuhteiden mukaan. Jäljempänä 20 on esitetty yksityiskohtaisemmin kaikkein sopivimmat sähköruiskutusolosuhteet pohjustamista varten.

Aivan kuten sähköruiskutuksessa, myös sähkökehräyksessä käytetään suurjännit-teistä sähkökenttää. Toisin kuin sähköruiskutuksessa, jossa muodostuu jähmetty-„ neitä pisaroita, millimetrien luokkaa olevan suuttimen läpi johdetusta polymeeri 25 risulasta tai -liuoksesta muodostuu kiinteitä kuituja. Näin saadut kuidut kootaan tal- ό teen maadoitetun tai vastakkaisesti varautuneen levyn avulla. Sähkökehräyksen avulla kuituja voidaan valmistaa sekä yksittäisistä polymeereistä että polymee-riseoksista.

CC

CL

^ Sähkökehräystä voidaan käyttää sellaisten ultrahienojen jatkuvien kuitujen valmisti 30 tukseen, joiden halkaisijat vaihtelevat nanometreistä muutamaan mikrometriin.

o Pieni halkaisija saa aikaan pienen huokoskoon, suuren huokoisuuden ja suuren o ^ pinta-alan sekä suuren pituuden ja halkaisijan välisen suhteen. Saadut tuotteet ovat tavallisesti kuitukankaan muodossa. Tämä pieni koko ja kuitukangasmuoto tekevät sähkökehrätyistä kuiduista käyttökelpoisia useissa erilaisissa sovelluksissa.

4

Kehräysprosessissa useat erilaiset parametrit vaikuttavat saataviin kuituihin. Nämä parametrit voidaan luokitella kolmeen päätyyppiin, joita ovat liuos-, prosessi-ja ympäristöparametrit. Liuoksen ominaisuuksia ovat pitoisuus, viskositeetti, pintajännitys, johtavuus ja moolimassa, moolimassajakauma ja polymeerin rakenne.

5 Prosessiparametreja ovat sähkökenttä, suuttimen ja kokoojan välinen etäisyys ja syöttönopeus. Ympäristöominaisuuksia ovat lämpötila, kosteus ja ilman nopeus kehräyskammiossa. Jäljempänä on esitetty yksityiskohtaisemmin kaikkein sopivimmat sähkökehräysolosuhteet pohjustamista varten.

Kuivapäällystys on melko samankaltaista kuin sähköruiskutus- ja sähkökehräys-10 prosessit sillä poikkeuksella, että raaka-aine on jauhemaista. Eräs viimeisimmistä keksinnöistä on paperin päällystäminen tällä menetelmällä. Paperin päällystys kui-vapäällystysmenetelmällä on vaihtoehtoinen tapa perinteiselle pigmenttipäällystykselle. Tämä paperin ja kartongin pinnan kuivakäsittely (dry surface treatment, DST) yhdistää päällystys- ja kalanterointiprosessit. DST-prosessissa paperin tai 15 kartongin pinnalle ruiskutetaan sähköisesti varautuneita jauhehiukkasia. Hiukkaset muodostavat kerroksen paperin pinnalle ja kiinnittyvät paperiin sähköstaattisten voimien avulla. Lopullinen kiinnitys, joka tapahtuu nipissä kuumennettujen telojen välissä, saa aikaan tarttuvuuden ja tekee pinnasta sileän.

Seuraavassa on esitetty keksinnön tärkeimmät tekniset ominaispiirteet. Patentti-20 vaatimusten mukainen menetelmä koskee perusmateriaalin (substrate) sähköstaattista pohjustamista. Edullisesti pohjustettava perusmateriaali on kiinteää ainetta, kuten puuta, paperia, tekstiiliä, metallia, muovikalvoa tai komposiittimateriaalia. Edullinen perusmateriaalityyppi on selluloosa tai puu, joka sisältää <300 g/m2 päällystämätöntä tai päällystettyä laatua, joka on valmistettu tavallisten 25 märkäpaperiprosessien avulla. Kaikkein edullisimmin kiinteä aine on paperia. Paco ^ perillä tarkoitetaan mitä tahansa konekalanteroitua tai mattapintaista arkkia, joka sisältää olennaisena osana selluloosakuituja.

0 ^ Tässä “paperi- tai kartonkiperusmateriaalilla” tarkoitetaan valmista paperia, kar- 1 tonkia tai kuitulevyä tai näiden esiastetta tai jatkojalostettua tuotetta, kuten rullaa, cc “ 30 putkea, pakkausta, säiliötä, astiaa, pidikettä, tarjotinta jne. Tällaisissa perusmate- £3 haaleissa pohja käsittää rainaimella muodostetun selluloosaa tai selluloosakuitua § olevan runkokerroksen, joka voi olla päällystetty tai pinnoitettu, esimerkiksi poly- o ^ meeripinnoituksella. Näihin perusmateriaaleihin luetaan myös impregnoinnin poh japaperi tai impregnoitu paperi, jolloin lopputuote voi olla esimerkiksi fenolisella, 35 melamiinihartsilla ja/tai muulla polymeerillä impregnoitu arkkituote tai tästä valmistettu jatkojaloste. Keksinnön mukainen paperi- tai kartonkituote voi muodostua yh- 5 destä tai useammasta yhteen prosessoidusta samaa tai eri materiaalia olevasta kerroksesta tai arkista.

Patenttivaatimusten mukaisessa pohjustamisessa käytettävä sähköstaattinen päällystys on erään edullisen suoritusmuodon mukaisesti sähköruiskutusta. Säh-5 köruiskutuksessa pohjuste on edullisesti aluksi kaasufaasiin dispergoituneina nes-tepisaroina. Pisarat voivat olla joko sulan pohjusteen pisaroita tai edullisesti liuot-timessa olevan pohjusteaineliuoksen pisaroita. Tyypillisesti nestepisaroiden keskimääräinen halkaisija on 0,02-20 pm, edullisesti 0,05-2 pm.

Keksinnön erään toisen edullisen suoritusmuodon mukaisesti patenttivaatimusten 10 mukainen pohjustaminen sähköstaattisen päällystämisen avulla on sähkökehräys-tä. Sähkökehräyksessä vähintään osa pohjusteesta on kaasufaasiin dispergoituneina kuituina. Kuidut voivat muodostua joko sulasta pohjusteesta tai edullisesti liuottimessa olevan pohjusteliuoksen pisaroista. Kun pohjustekuituja muodostetaan sähkökehräyksen avulla, kuitujen keskimääräinen halkaisija on edullisesti 15 0,05-5,0 pm, kaikkein edullisimmin 0,1-0,5 pm.

Patenttivaatimusten mukainen sähköstaattinen pohjustaminen voi myös olla säh-köruiskutuksen ja sähkökehräyksen yhdistelmä, jossa perusmateriaalin päälle muodostuu sekä kiinteitä pisaroita että kiinteitä kuituja.

Kun käytetään sähköstaattista päällystystä (ruiskutusta, kehräystä tai molempia) 20 liuoksesta, liuos sisältää pohjusteainetta edullisesti 5-50 painoprosenttia, kaikkein edullisimmin 20-45 painoprosenttia. Liuos on edullisesti 40-400 cP, kaikkein edullisimmin 50-200 cP. Liuotin valitaan käytettävän pohjusteen mukaan ottaen huomioon myös sen, että sen haihtuvuuden tulee olla riittävän vähäistä, jotta saadaan m aikaan hyvä tuottavuus, ja että sen johtavuuden tulee olla sähköstaattiseen pro- o 25 sessiin sopiva. Edullisia liuottimia ovat vesi ja vesi-alkoholijärjestelmät, ö V Kuten edellä keksinnön yleisen kuvauksen yhteydessä mainittiin, pohjusteaine voi ^ olla luonnon polymeeriä, polyalkoholia, organometalliyhdistettä ja/tai synteettistä

En polymeeriä. Tyypillisesti pohjusteaine on synteettistä polymeeriä (homo- tai kopo- lymeeriä). Patenttivaatimusten mukaisen keksinnön erään edullisen suoritusmuo-g 30 don mukaisesti synteettinen polymeeri on akryylikopolymeeriä, joka on kaikkein o edullisimmin vesiemulsiona. Silloin pinnoiteaineen paksuus on tyypillisesti 0,002- O λ rt ™ 0,05 g/m , edullisesti 0,006-0,02 ja kaikkein edullisimmin noin 0,01 g/m Keksin nön toisen edullisen suoritusmuodon mukaisesti pohjuste on dietanoliaminoetaa-nia (DEAE:tä), edullisesti vesipitoisessa väliaineessa. Silloin pinnoiteaineen pak 6 suus on tyypillisesti 0,02-0,5 g/m2, edullisesti 0,06-0,2 ja kaikkein edullisimmin noin 0,1 g/m2.

Kaikkein edullisimmin pohjusteliuos sisältää myös lisäainetta perusmateriaalin pinnalla olevien pohjustehiukkasten morfologian muuttamista varten. Edullinen li-5 säaine on polymeeri, joka liukenee liuottimeen ja on yhteensopiva pohjusteen kanssa, jolla on riittävän suuri moolimassa prosessin stabilointia varten. Edullisesti polymeerisen lisäaineen tulee olla myös sähköstaattiseen prosessiin sopiva. Patenttivaatimuksen mukaisissa sähköstaattisissa prosesseissa lisäaineiksi sopivia polymeerejä ovat esimerkiksi polyvinyylialkoholi, polyetyleenioksidi ja akryylihartsit.

10 Esillä olevan keksinnön mukainen sähköstaattinen pohjustaminen suoritetaan edullisesti joko sähköruiskutukseen tai sähkökehräykseen soveltuvalla laitteella. Se koostuu vetokaapista, jonka interferenssi on minimoitu ja johon on järjestetty rakennelma, jossa on metallilevy perusmateriaalin kannattamista varten, ja syöttö-osa. Jännitelähde kytketään metallilevyyn ja syöttöosaan. Sähköstaattinen voima, 15 joka ilmaistaan jännitteenä jaettuna perusmateriaalin ja pohjustelähteen välisellä etäisyydellä toiseen potenssiin, on erään suoritusmuodon mukaisesti 0,02- 4,0 V/mm2, edullisesti 0,2-0,5 V/mm2 Sähköstaattinen jännite on edullisesti 10-50 kV, edullisemmin 20-40 kV, ja pohjustelähteen ja perusmateriaalin välinen etäisyys on edullisesti 100-1 000 mm, edullisemmin 200-500 mm.

20 Edellä kuvatun perusmateriaalin sähköstaattisen pohjustamismenetelmän lisäksi keksintö koskee myös menetelmää perusmateriaalin päällystämiseksi, jossa perusmateriaali saatetaan kosketukseen pohjustelähteestä syötettävän pohjusteen kanssa, perusmateriaali pinnoitetaan pohjusteella ja pinnoitettu perusmateriaali päällystetään päällystysaineella. Menetelmälle on tunnusomaista, että mainittu pe- £2 25 rusmateriaalin pinnoittaminen pohjusteella suoritetaan sähköstaattisesti.

δ c\j ό Siten patenttivaatimusten mukainen päällystysmenetelmä käsittää mainitun säh- köstaattisen pohjustamisen ja sitä välittömästi tai myöhemmin seuraavan päällys-^ tysmenetelmän. Pohjustamisvaihetta koskee sama kuvaus kuin edellä, joten sitä ei £ ole tarpeen toistaa tässä. Siirryttäessä pohjustamisesta päällystykseen pohjuste- lo 30 tulle perusmateriaalille suoritetaan kuitenkin edullisesti liekkikäsittely tai kaikkein o edullisimmin koronakäsittely ennen sen päällystämistä päällystysaineella.

o o ^ Tyypillisesti päällystysaine on kestomuovihartsia. Koska kaikkein edullisin sub straatti oli paperi, edullinen yhdistelmä on paperin päällystäminen kyseisellä kes- 7 tomuovihartsilla. Paras kestomuovihartsi on polyolefiinihartsia, kuten etyleenipo-lymeeriä (homo- tai kopolymeeriä).

Esimerkit

Koe 5 Seuraavassa keksintöä havainnollistetaan joidenkin esimerkkien avulla, joiden menetelmävaiheet kuvataan yksityiskohtaisemmin jäljempänä. Kuviot, joihin viitataan, ovat:

Kuvio 1 joka esittää keksinnön erään suoritusmuodon mukaista sähkökehräys-laitteistoa.

10 Kuvio 2 joka esittää kuvion 1 mukaisen sähkökehräyslaitteiston syöttöosaa.

Kuvio 3 joka esittää kuvion 1 mukaisen sähkökehräyslaitteen syöttöosaa ja ko-koojalevyä.

Kuvio 4 joka esittää P1:llä päällystetyn paperin SEM-kuvaa 3 500-kertaisesti suurennettuna, vasemmalla päällystyspaino on 0,1 g/m2, oikealla pääl-15 lystyspaino on 0,01 g/m2.

Kuvio 5 joka esittää P2:lla päällystetyn paperin SEM-kuvaa 750-kertaisesti suurennettuna, vasen: päällystyspaino on 0,1 g/m2, oikea: päällystyspaino on 0,01 g/m2.

Kuvio 6 joka esittää P3:lla päällystetyn paperin SEM-kuvaa 750-kertaisesti suu- 20 rennettuna, vasemmalla päällystyspaino on 0,1 g/m2, oikealla päällys- £2 tyspaino on 0,01 g/m2.

δ c\j ό Kuvio 7 joka esittää P5:Mä päällystetyn paperin SEM-kuvaa 1 500-kertaisesti suurennettuna, vasemmalla päällystyspaino on 0,1 g/m2, oikealla pääl-lystyspaino on 0,01 g/m2.

CC

CL

^ 25 Kuvio 8 esittää P6:Mä päällystetyn paperin SEM-kuvaa 1 500-kertaisesti suuren- C\J o g nettuna, vasemmalla päällystyspaino on 0,1 g/m , oikealla päällystys- o paino on 0,01 g/m2.

o

CVJ

Kuvio 9 esittää P7:llä päällystetyn paperin SEM-kuvaa 3 500-kertaisesti suurennettuna, vasemmalla päällystyspaino on 0,1 g/m2, oikealla päällystys-30 paino on 0,01 g/m2.

8

Kuvio 10 esittää P11: Mä päällystetyn paperin SEM-kuvaa 3 500-kertaisesti suurennettuna, vasemmalla päällystyspaino on 0,1 g/m2, oikealla päällys-tyspaino on 0,01 g/m2.

Kuvio11 esittää P12: Mä päällystetyn paperin SEM-kuvaa 1 500-kertaisesti suu-5 rennettuna, vasemmalla päällystyspaino on 0,1 g/m2, oikealla päällys tyspaino on 0,01 g/m2.

Kuvio 12 esittää P13:Mä päällystetyn paperin SEM-kuvaa 1 500-kertaisesti suurennettuna, vasemmalla päällystyspaino on 0,1 g/m2, oikealla päällystyspaino on 0,01 g/m2.

10 Kuvio 13 esittää PE-kalvopäällystettä repäisykokeen jälkeen, P1-P13 koronakäsi-teltynä.

Kuvio 14 esittää P3:lla päällystettyä kartonkia repäisykokeen jälkeen. Vasemmalla ilman koronakäsittelyä ja oikealla koronakäsiteltynä.

Kuvio 15 esittää P5:Mä päällystettyä kartonkia repäisykokeen jälkeen. Vasemmal-15 la ilman koronakäsittelyä ja oikealla koronakäsiteltynä.

Kuvio 16 esittää P6: Ma päällystettyä kartonkia repäisykokeen jälkeen. Suurennos oli 1 500-kertainen. Vasemmalla ilman koronakäsittelyä ja oikealla koronakäsiteltynä.

Kuvio 17 esittää P7:Mä päällystettyä kartonkia repäisykokeen jälkeen ja koronakä-20 siteltynä. Suurennos oli 1 500-kertainen.

Kuvio 18 esittää PE-kalvopäällystettä repäisykokeen jälkeen ilman koronakäsitte- 5 lyä, P1-P13.

c\j ° Kuvio 19 esittää SEM-kuvia repäisykokeen jälkeen ja ilman koronakäsittelyä; va- i ^ semmalla P11:Mä käsitelty kartonki, 3 500-kertainen suurennos; keskellä x 25 P12:Ma käsitelty kartonki, 1 500-kertainen suurennos; ja oikealla P13:Ma

CC

käsitelty kartonki, 1 500-kertainen suurennos.

m

CVJ

o Tässä koetyössä pohjustaminen suoritettiin sähkökehräyslaitteella, jota on havain- § nollistettu kuviossa 1. Laitteessa on vetokaappi, jonka seinät etuseinää lukuun ot-

CVJ

tamatta on tehty metallilevystä ulkoisten ja sisäisten sähköhäiriöiden minimoimi-30 seksi. Seinien sisäpinnat on päällystetty lasikuitukomposiitilla. Tehonsyöttö- 9 yksikkönä on BP 50 -tyyppisen Simeon suurjännitesyöttö. Tehonsyöttö voi tuottaa sekä positiivisen että negatiivisen 0-50 kV:n jännitteen.

Laitteessa on myös syöttöosa, jossa on kehruusuulake ja neula. Neula on kiinnitetty kehruusuulakkeeseen, joka on valmistettu lasista, jossa on luer-liitin ja jonka te-5 honsyöttölaite on kytketty neulan metalliseen liittimeen. Syöttöosaa on havainnollistettu kuviossa 2.

Syöttöosaan on asennettu vastaelektrodiksi nelikulmainen kuparilevy, joka on kooltaan 400 mm x 400 mm x 1 mm. Tämä kokoojalevy, joka kannattaa perusmateriaalia, on ripustettu muoviseen telineeseen. Kokoojalevyä ja syöttöosaa on ha-10 vainnollistettu kuviossa 3. Päällystettävä perusmateriaali kiinnitetään kokoojalevyn etuosaan. Perusmateriaali voi olla esimerkiksi metallifoliota, paperia tai kuitukangastekstiiliä. Suoritetuissa kokeissa perusmateriaali oli paperia, CTM-laatuista io-n i pää 11 y stetty ä 225 g/m2 kemiallisesta massasta valmistettua hiokkeetonta kartonkia.

15 Sopivat pohjusteet valittiin esikokeen avulla. Sen jälkeen näiden pohjusteiden, joita kutsuttiin nimillä P1-P13, liuoksen viskositeetti (Brookfield DV-II+), morfologia (JEOL SEM T-100), pintaenergia (PISARA-laitteisto) ja tarttuvuus (Alwetron re-päisykoe) testattiin. Tutkittiin myös pohjustetulle paperiperusmateriaalille suoritetun koronakäsittelyn vaikutus tarttuvuuteen.

20 Testattiin 13 pohjustetta, ts. P1-P13. Symbolit P1-P13 tarkoittavat: P1 —► Karboksyylimetyyliselluloosa P2 —► Alkyyliketeenidimeeri P3 —► Polyetyleeniamiini

CO

£ P4 —► Polyvinyyliamiini ^ 25 P5^ Polyvinyylialkoholi V P6 —► Emulgoitu akryylikopolymeeri ^ P7 —► Etyleenikopolymeeri | P11 —»· Etyleeniryhmillä modifioitu polyvinyylialkoholi ^ P12 —► Dietanoliaminoetaani (DEAE) g 30 P13^MSA/C20-C24-olefiini o B —► C2o—C24-olefiini o ^ C —► Etyleenikopolymeeri E —► Polyvinyyliamiini G —»· Polyvinyyliasetoni 10 H —► Dietanoliaminoetaani (DEAE) I —► Karbonyylimetyyliselluloosa

Tulokset olivat seuraavat.

Tulokset ja tulosten tarkastelu 5 Pohjusteen soveltuvuus sähköruiskutukseen tai -kehruuseen

Kokeiden avulla saatiin selville sopivat pohjusteliuosten pitoisuudet ja prosessipa-rametrit. Jokaisesta pohjusteliuoksesta kokeiltiin useita pitoisuuksia. Kaikki pohjus-teet ruiskutettiin tai kehrättiin 5 cm:n pituisen neulan läpi, jonka koko oli 18 G.

Pohjusteet P5, P6 ja P11 olivat erityisen sopivia ilman ruiskutus- tai kehruuliuok-10 sessa käytettävien morfologiaa muuttavien lisäaineiden käyttöä. Pohjusteet P1, P2, P3, P7, P12 ja P13 olivat myös erityisen sopivia, mutta ne tarvitsivat lisäaineita. Ilman lisäaineita ne muodostivat suuria pisaroita ja päällystetyt alueet olivat erittäin pieniä. Lisäaineiden avulla päällystetty alue kasvoi merkittävästi ja pisarakoko pieneni.

15 Sähköruiskutuksen tai -kehruun tuottavuus

Jokaisen pohjusteen tuottavuus on esitetty taulukossa 2. Taulukossa on esitetty myös muut ominaisuudet, joita on käytetty levitysnopeuden laskemiseen, nimittäin liuoksen ominaispaino, liuoksen pohjustepitoisuus ja pohjusteen kulutus. Taulukossa on esitetty myös tarvittavat pohjustamisajat kuivapäällystyspainoille 0,1 g/m2 20 ja 0,01 g/m2.

Taulukko 2: Kunkin pohjusteen tuottavuus ja muut ominaisuudet

CO

o Tarvittava , pohjustamisaika ° Liuoksen ' Liuoksen pohjuste- Liuoksen ku- ominaispaino pitoisuus lutus Pinta-ala Tuottavuus 0,01 g/m2 0,1 g/m2 t Pohjuste [g/ml] [%] [s /1 ml] [m2] [g / m2s] varten varten £ P1 1,028 11,70 5040 0,0491 0,00049 21 s 205 s P2 0,915 31,67 6252 0,0491 0,00094 11 s 106 s P3 1,035 22,35 2768 0,0314 0,00266 4 s 28 s g P5 0,973 15,00 3300 0,0491 0,00090 11 s 111 s S P6 1,037 45,20 1410 0,0962 0,00346 3 s 29 s o P7 1,041 22,33 2040 0,1200 0,00095 11 s 107s ^ P11 1,018 7,50 1800 0,0452 0,00094 11 s 107 s P12 0,982 25,00 1920 0,0855 0,00149 7 s 67 s P13 1,011 22,39 4562 0,0360 0,00138 7 s 72 s 11

Kulutuskokeen aikana oli helppo havaita, mitkä pohjusteet soveltuvat pohjustami-sen jatkamiseen ja mitkä eivät, ellei liuokseen tai prosessiin tehdä joitakin muutoksia. Pohjusteet P2, P3, P6 ja P13 eivät sovellu jatkuvatoimiseen pohjustamiseen, koska ne geeliytyvät neulan kärkeen. Sen sijaan pohjusteet P1, P5, P7, P11 ja 5 P12 soveltuvat jatkuvatoimiseen pohjustamiseen.

Tarvittavat pohjustamisajat ovat vain arvioita. Tuottavuuden määrityksessä oletettiin, että pohjuste siirtyi kokonaan neulasta kokoojalevylle. Käytännössä kuitenkin jotkin hiukkaset lentävät levyn yli ja jotkin suuret pisarat eivät kenties lennä niin pitkälle. Kulutuksen määrityksen aikana prosessi oli aluksi nopeampi ja muuttui sit-10 ten hitaammaksi, koska ajan kuluessa liuoksen pinta aleni ja paine neulassa pieneni. Siten kulutusarvot ovat keskimääräisiä arvoja. Päällystyspinta-alat määritettiin silmämääräisesti, joten myös ne ovat arvioita.

Pohjusteliuosten viskositeetti ja pohjustettujen kartonkien morfologia Käytettyjen pohjusteliuosten viskositeetit olivat Brookfield-viskositeetteja. Pinnoi-15 tettujen pohjustehiukkasten morfologiat määritettiin analysoimalla SEM-kuvia. Tässä luvussa esitetyt SEM-kuvat otettiin sattumanvaraisesti. Viskositeetin ja morfologian lisäksi tässä luvussa on esitetty vielä muita prosessiparametreja, kuten jännite sekä perusmateriaalin ja syöttökapillaarin välinen työskentelyetäisyys.

Seuraavassa kukin näyte on käsitelty erikseen.

20 Pohjuste P1

Liuoksen viskositeetti oli 370 cP. Vaikka viskositeetti oli suuri, pohjuste P1 ei muodostanut kuituja vaan pisaroita. Pisarakoko oli 0,1-0,3 pm, jännite ja työskentely-” etäisyys olivat ±35 kV ja 350 mm, vastaavasti, ja päällystetyn alueen halkaisija oli ° 25 cm. P1-kerroksen SEM on esitetty kuviossa 4.

i o ^ 25 Pohjuste P2 ir Liuoksen viskositeetti oli 170 cP. Vaikka viskositeetti oli riittävän suuri, pohjuste ei ^ taaskaan muodostanut kuituja vaan pisaroita. Pisarakoko oli 0,5-6 pm, jännite ja g työskentelyetäisyys olivat ±30 kV ja 450 mm, vastaavasti, ja päällystetyn alueen o halkaisija oli 25 cm. P2-kerroksen SEM on esitetty kuviossa 5.

o

CVJ

12

Pohjuste P3

Liuoksen viskositeetti oli 215 cP. Vaikka viskositeetti oli riittävän suuri, pohjuste muodosti tässäkin tapauksessa pisaroita kuitujen sijasta. Pisarat olivat erittäin suuria ja myös niiden kokojakauma oli suuri. Pisarakoko oli 1,2-17 pm, jännite ja 5 työskentelyetäisyys olivat ±50 kV ja 350 mm, vastaavasti, ja päällystetyn alueen halkaisija oli 20 cm. P3-kerroksen SEM on esitetty kuviossa 6.

Pohjuste P5

Liuoksen viskositeetti oli 193 cP. Vaikka viskositeetti oli riittävän suuri, pohjusteet eivät taaskaan muodostaneet kuituja vaan pisaroita. Pisarakoko oli 0,2-1,5 pm, 10 jännite ja työskentelyetäisyys olivat ±40 kV ja 400 mm, vastaavasti, ja päällystetyn alueen halkaisija oli 25 cm. P5-kerroksen SEM on esitetty kuviossa 7.

Pohjuste P6

Liuoksen viskositeetti oli melko pieni: 90 cP, minkä vuoksi se muodosti pisaroita. Pisarakoko oli 0,2-5 pm, jännite ja työskentelyetäisyys olivat ±30 kV ja 300 mm, 15 vastaavasti, ja päällystetyn alueen halkaisija oli 35 cm. P6-kerros on nähtävissä kuviossa 8.

Pohjuste P7

Liuoksen viskositeetti oli 60 cP. Vaikka viskositeetti oli pieni, pohjuste muodosti myös kuituja pisaroiden lisäksi. Kuidunmuodostus johtuu kenties lisäaineiden käy-20 töstä. Kuitujen halkaisija oli suunnilleen 0,1 pm ja pisarakoko oli 0,5-6 pm, ja jännite ja työskentelyetäisyys olivat ±30 kV ja 400 mm, vastaavasti. Pohjusteen pääl-„ lystämä alue oli erittäin suuri. Pohjuste päällysti koko kokoojalevyn alueen. P7- o kerros on esitetty kuviossa 9.

i o V Pohjuste P11 x 25 Liuoksen viskositeetti oli 110 cP. Pohjuste 11 muodosti vain ohuita kuituja, mu kaan lukien joitakin helmiä. Kuitujen halkaisija oli 0,4-0,1 pm ja helmikoko oli 0,8-

LO

1,4 pm. Jännite ja työskentelyetäisyys olivat ±40 kV ja 400 mm, vastaavasti, ja S päällystetyn alueen halkaisija oli 24 cm. P11-kerros on esitetty kuviossa 11.

o

CVJ

13

Pohjuste P12

Liuoksen viskositeetti oli 60 cP. Vaikka viskositeetti oli pieni, pohjuste muodosti myös kuituja pisaroiden lisäksi. Kuidunmuodostus johtuu kenties lisäaineiden käytöstä. Pisarakoko oli 0,5-3 pm ja kuitujen halkaisija oli 0,1-0,4 pm. Jännite ja 5 työskentelyetäisyys olivat ±20 kV ja 300 mm, vastaavasti, ja sähkökentän suunta oli negatiivisesta potentiaalista positiiviseen potentiaaliin. Päällystetyn alueen halkaisija oli 33 cm. P12-kerros on esitetty kuviossa 12.

Pohjuste P13

Liuoksen viskositeetti oli 310 cP. Vaikka viskositeetti oli riittävän suuri, pohjuste 10 muodosti pisaroita kuitujen sijasta. Pisarakoko oli 0,2-2,5 pm, jännite ja työskentelyetäisyys olivat ±30 kV ja 250 mm, vastaavasti, ja päällystetyn alueen halkaisija oli 18 cm. P13-kerros on esitetty kuviossa 13.

Pintaenergia

Pohjusteiden kriittiset pintaenergiat on esitetty kaaviossa 1. Niiden pintaenergioita 15 verrataan kartongin pintaenergiaan. Kaikkien pohjusteiden pintaenergia-arvot ovat pienempiä kuin kartongin pintaenergia. Kaaviossa näyte K tarkoittaa kartonkia ja P1-P13 pohjusteita, joita käytettiin esikokeissa.

Kaavio 1: Pohjusteiden ja kartongin kriittiset pintaenergiat .s 301-

25 2j7_2216 23’73 73 97 73 S

'ab 20 —I_L?69 _1 _ Is I > ” | 15 1 Π 1244 13,14_ Π o 5 H —

Cu g io H |-| o ^ ^ ^ ^ I η £ ^ K P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 PII P12 P13 m g 20 Pohjustetun kartongin kriittiset pintaenergiat on esitetty kaaviossa 2. Pohjustetun o kartongin kriittiset pintaenergia-arvot ovat pienempiä kuin pelkän kartongin pinta- o 00 energia. Pintaenergia-arvojen geometriset keskiarvot on esitetty liitteessä 1.

14

Kaavio 2: Pohjustetun kartongin kriittiset pintaenergiat 26--MMl--: « H 17P\ l ^^3,53 ^ 4> mm U IS Ifl 23,00 ||a gff^| H| H primerointitilavuus 0,1 g/iu2 g 23 -- ———-S-—l»—H-m-§§-—mm———IBL^, V M h Hl^· primerointitilavuus 0,01 g/m2 e 22~Br BHB SM SM ΙΓ3^^ wMr v n· n li· il· κι· · - · li· Ii n .e H I H H H B· : :K P1 K! ΙΉ P‘. I'n :13: PII Plii m

Pintaenergian määritys suoritettiin käyttämällä kolmea nestettä, mikä on minimimäärä.

5 Pohjusteiden tarttuvuus ja pohjustamismenetelmät

Tarttuvuus mitattiin primeroimalla paperi tavanomaisella tavalla (pohjusteet B-l) ja keksinnön mukaisesti (pohjusteet P1-P13), suorittamalla ekstruusiopäällystys LDPE:Mä ja lopuksi mittaamalla LDPE:n ja paperin välinen tartuntavoima. Pohjus-teet B-l, joilla kartongit pohjustettiin käyttämällä tavanomaista ruiskutusta, ovat o 10 kemiallisesti vastaavia kuin pohjusteet P1-P13, vastaavasti. Kun pohjustaminen <£, suoritettiin ruiskuttamalla, saatiin suurempi pohjustamispaino sähköstaattiseen ^ menetelmään verrattuna (» 0,1 g/m2).

£ Ruiskuttamalla pohjustettujen pohjusteiden B-l tarttuvuusmittauksen tulokset on

CL

esitetty kaaviossa 3. Ruiskuttamalla levitetyt pohjusteet B-l eivät paranna tarttu- 15 vuutta merkittävästi. Vain pohjuste H parantaa tarttuvuutta, jos ekstruusiopäällys-o g tys suoritetaan ilman koronakäsittelyä.

o

C\J

15

Kaavio 3: Tarttuvuus käytettäessä pohjusteita A-J

70 Ί- 61,0 M I ---ΠΊ- 449 5f\--·- m *4'4 I-1 g H Ei korcnakäsittelyä | 40---1- - 2 H Koronakäsitelty g 21,u ^ I Γ 5 I 30 ----- - - H | 20--- - - 11,2 i io----i—m— !-^— o 11,°·° ,11° ,11,°·°, "'n ril q.2 01H i rff

ref A B C D E F G H I J

Kaaviossa 4 on esitetty tarttuvuus näytteille, joiden pohjustamispainot ovat 5 0,1 g/m2 ja 0,01 g/m2. Pohjustaminen suoritetaan sähköstaattisella päällystys- menetelmällä. Pohjusteet P1-P13 tarvitsevat koronakäsittelyä tarttuvuuden parantamiseen. Kun koronakäsittelyä ei käytetä, tarttuvuus on lähes jokaisella pohjus-teella nolla. Pohjusteet P1, P6, P11 ja P13, erityisesti kun päällystyspaino on 0,01 g/m2, ja P12, erityisesti kun päällystyspaino on 0,1 g/m2, parantavat tarttu-10 vuutta merkittävästi. Myös pohjuste P7 päällystyspainon ollessa 0,01 g/m2 ja poh-juste P2 päällystyspainon ollessa 0,1 g/m2 edistävät hyvin tarttuvuutta.

CO

δ

CM

i o

X

CC

CL

LO

CM

O

LO

O

CM

16

Kaavio 4: Tarttuvuus käytettäessä pohjusteita P1-P13 50 - 83 JO _ SO--- □ M Ml g/iiL, 73 ei koronakasittelva 70--H-i-I - fiU U.Ul g!mZ, r-? M__iu_K-UJi_n_iti- _' HZ koronah^iteltv £ 1 n ‘ n g, „ P "n Π 4fif ; „ '+771 '« , I □ 0.1 g/m2.

S M ++S Ϊ 1 Π 4-i ί ! *$ f - " ei l·oronaK^ssrttehra 3 I i <* 1 414 Γ1 Π Π !' ^ ΓΓ1 * I l< , _ > +o---, —1—— ;-i—1---1---- naig/ti^.

±ί koronakasitellv S *----r - - -- so---f j-;1 — 10 j 'g τ' i_' > ~ "

Hiipii _^__|_|_^^^_di ^ IM M ^ M ί·ιΐ

ref El E2 E3 Ei 10 E7 EE EE EE

Molemmissa kaavioissa vertailuna on käytetty PE-päällystettyä kartonkia, jolle on 5 suoritettu koronakäsittely, mutta ei käytetty pohjustetta.

Jokaisella pohjusteella on sille ominainen parhaan tarttuvuuden antava päällystys-paino.

Pohjusteet kiinnittyivät kartonkiin ja PE-kalvoon, kun käytettiin koronakäsittelyä ja ekstruusiopäällystystä. Tätä on havainnollistettu kuviossa 13. Kuva on otettu PE-10 kalvon jodivärjätylle pinnalle suoritetun repäisykokeen jälkeen. Päällystyspainon arvolla 0,1 g/m2 vain pohjusteet P3 ja P6 ovat kiinnittyneet vain osittain PE-kalvolle.

Kun koronakäsittelyä ei käytetä ekstruusiopäällystyksessä, pohjusteet eivät edistä tarttuvuutta, koska ne eivät kiinnity PE-kalvoon. Kuviossa 14 on esitetty PE-kalvo repäisykokeen jälkeen. Osa kemiallisesta massasta on kiinnittynyt PE:n pintaan, ^ 15 mutta pääasiallisesti se ei kiinnity PE:hen ilman koronakäsittelyä.

C\J

i ° Seuraavissa kuvioissa on esitetty SEM-kuvat repäisykokeen jälkeen. Nämä SEM- i T- kuvat on otettu kartonkipuolelta. Siten kuvat osoittavat morfologiamuutokset ekst- x ruusiopäällystyksen jälkeen, kun niitä verrataan SEM-kuviin, jotka on otettu välit-

CC

tömästi pohjustamisen jälkeen.

m c\j o 20 P3:n morfologia ei muutu, jos koronakäsittelyä ei käytetty ekstruusiopäällystykses- m § sä. Kun koronakäsittelyä käytettiin, pohjuste ruiskutettiin kartongin pinnalle. Kuvi-

C\J

ossa 15 oikeanpuoleinen kuva on otettu kohdasta, jossa se ei ole kiinnittynyt PE-kalvoon. Kohdat, joissa P3:lla pohjustettu kartonki on kiinnittynyt PE-kalvoon, ovat kuviossa 14 esitetyn kaltaisia.

17

Kartonki, jossa on pohjustetta P5, on myös kiinnittynyt osittain PE-kalvoon. Kuviossa 16 oikeanpuoleinen kuva on otettu kohdasta, jossa kartonki ei ole kiinnittynyt PE:hen. Pohjusteen P5 morfologia ei muutu merkittävästi ekstruusiopäällystyksen aikana, vaikka suoritetaan koronakäsittely.

5 Pohjustetun P6:n morfologia muuttui ekstruusiopäällystyksen aikana, jos suoritettiin koronakäsittely. P6 leviää kartongin pinnalle. Kuvio 17 on otettu kohdasta, jossa ei esiinny PE:hen kiinnittymistä. Pohjustamispaino 0,1 g/m2 saattaa olla liikaa, koska kartonki, jossa on P6:tta, ei ole kunnolla kiinnittynyt PE:hen.

P7:n morfologia muuttuu ekstruusiopäällystyksen aikana merkittävästi. Kuitu kiin-10 nittyy kartongin pintaan, leviää hiukan ja mahdollisesti absorboituu (kuvio 18). Sen sijaan P8:n morfologia ei muutu merkittävästi ekstruusiopäällystyksen aikana (ei esitetty).

P11:n, P12:n ja P13:n morfologia on muuttunut merkittävästi ekstruusioprosessin aikana (kuvio 19). Kaikki nämä pohjusteet kiinnittyvät kartongin pintaan, pohjusteet 15 ovat levinneet ja mahdollisesti absorboituneet kartongin pintaan.

Ekstruusioprosessin aikana tapahtuvat morfologiamuutokset riippuvat pohjusteista. Ainoa pohjusteita yhdistävä tekijä, joka on osoitettu jo repäisykokeissa, on se, että ekstruusioprosessissa suoritettu koronakäsittely parantaa merkittävästi tarttuvuutta.

Johtopäätökset 20 Tämä työ osoittaa, että sähköstaattiset päällystysmenetelmät soveltuvat pohjus-tamiseen. Saadaan aikaan tarttuvuuden parantuminen tavanomaiseen ruiskuttamalla tapahtuvaan pohjustamiseen verrattuna. Pienemmät pohjustamispainot saa-£2 vat aikaan jopa paremman tarttuvuuden kuin suuremmat pohjustamispainot. Poh- ° justeiden tulisi ekstruusiopäällystyksessä kuitenkin olla edullisesti koronakäsiteltyjä, i ° 25 kun paperia päällystetään polyeteenillä. Tarttuvuustulokset osoittavat, että jokai- i ^ sella pohjusteella on sille ominainen pohjustamispaino, joka saa aikaan parhaan x tarttuvuuden.

CC

CL

Lo Pintaenergia-arvojen ja tarttuvuuden välinen korrelaatio on esitetty kaavioissa 5-7.

o Näistä kaavioista voidaan havaita, että pieni polaarisuus parantaa tarttuvuutta.

o o

CVJ

18

Kaavio 5: Pohjusteiden pintaenergia-arvot (geometrinen keskiarvo) ja tarttuvuus.

90 -|- S® p -. .« g SO--

Vi a 'g 70-- rt ,_, "o S 60 a- ~ ~ ä P ^0--bjfl——-H-äs-«a--- pola a risu usko mponentti 1—1 £ H jjjjjl gift _ |h B |j| i ' 1 1 dispersi okomponentti > rt V [B H [11 suhteellinen polaarisuus y +j - mi nnj nn mi im -__ __ mi :um _ mi s I 10 -I-1-1-j-1-1-Ι ο -U ............ <........... ............ ............................... <.................................. ......-I >............

K P1 Pä P 3 P 4- P5 P6 P7 P11 PS P13 P1+

Kaavio 6: Pintaenergia (geometrinen keskiarvo) ja tarttuvuus, pohjustamispaino oli 0,01 g/m2 loo -1- „ 90 -- J SO-- N “ . Ä I S 70--^- --, "3 i! — polaar.komp on eritti >= =1 00--1-“- "o ΐ ...... I I dispersiokomponentti

Ei 30--A-A- 7 "I * λ suhteen, polaarisuus .7 ϋ 40__.s_ S'& A tarttuvuus = 3 30--- S = n" ö ίο -- — — — — — — — — — - o. · - o , .................. , ................. , .............. , i............... ,,,,Ι.............. ,, ................ ,, .............. ,, , .................

” K PI P 2 P 3 P 5 P6 P7 PII P12 P13

O

C\J

o

X

CL

m

CAJ

O

LO

O

CAJ

19

Kaavio 7: Pintaenergia (geometrinen keskiarvo) ja tarttuvuus, pohjustamispaino oli 0,1 g/m2 loo Ί- „ 90-- cr-i. 80---- -i s =5 H 70--r—^—; ;-:- E_ > lissCTi polaar.komponentti | I ^-1 ~ ^ S ί ... .-ί dispersiokomponenrtti —. -HJ--=- ; suhteell. polaansuus a π n — £ 4j-|___H tarttuvuus S = ™ 3 30-- äo ———n—n—n—n—n—n—n—n——r o o.

10— — — — — — — — — — -

0 -M —, i-l-i 1.., ' .......................... -T— -L

K P1 P2 P3 P3 P6 P7 PII P12 PB

Kaaviossa 8 on esitetty kunkin pohjustekerroksen hiukkaskokojakauma. Edellä 5 esitetyn perusteella hiukkaskoot vaikuttavat tarttuvuuteen. Siten pohjusteella P12 on erinomaiset tarttuvuusominaisuudet, koska sen suhteellinen polaarisuus ja hiukkaskoko ovat pieniä. Hiukkaskoon vaikutus perustuu mahdollisesti siihen, että pienemmät hiukkaset muodostavat kartongin pinnalle useampia tartuntakohtia pinta-alaa kohti.

10 Kaavio 8: Pohjusteiden hiukkas/kuitukoko ja kokojakauma 18 - 16--- 14--- CO _ o E 12--- CM “

I TO

O E 10--- __ 13

I TO

^ TO 8---

i— O

o 6--^--^- ϊ * o- 4------

LO

CM 2------.--

CM L

§ 0 -=-1-1-1-1-1-1-1-1- § P1 P2 P3 P5 P6 P7 PII P12 P13

CM

20

Pohjusteen polaarisuuden ja hiukkaskoon lisäksi tarttuvuusominaisuudet muuttuvat myös käytettäessä erilaisia pohjustamispainoja. Jotkin pohjusteet parantavat tarttuvuutta paremmin, kun pohjustamispaino on 0,01 g/m2, kuin jos pohjustamis-paino on 0,1 g/m2, ja toiset parantavat tarttuvuutta paremmin, kun pohjustamispai-5 no on 0,1 g/m2.

CO

δ

C\J

i o

X

CC

CL

LO

C\l

CM

O

LO

O

CM

21 LIITE 1

Kartongin, pohjusteiden P1-P14 ja pohjustettujen kartonkien pintaenergia-arvojen geometriset keskiarvot.

Polaarisuus- Suhteel- Pinta-

Dispersiokomponentti komponentti linen po- energia __[mJ/m2]__[mJ/m2]__laari-suus [mJ/m2]

Kartonki__21,26__0,02__0,001__21,28 P 1 20,96 31,41 0,600 52,37 P 2__22,03__22,72__0,508 44,75 P 3__22,49__21,73__0,491 44,22 P 4__22,8__20,35__0,472 43,14 P 5__22,99__29,35__0,561 52,34 P 6 25,37 8,36 0,248 33,73 P 7__26,56__6J35__0,200 33,21 P 8 28,27 8,64 0,234 36,92 P 9__23,27__21,78__0,483 45,05 P 10 24,39 9,38 0,278 33,77 P 11__24,52__25,75__o,512 50,27 P 12__25,27__8J4__0,257 34,01 P 13 18,53 13,87 o,428 32,4 P 14 19,81 21,35 0,519 41,16

Pohjustettu, 0,01 g/m2 P 1 21 I 2,08 0,090 23,08 P 2 20,96 1,97 0,086 22,93 P 3 23,17 0,33 0,014 23,49 P 5__22__096__0,042 22,96 P 6__21,84__1/I9__o,052 23,03 P 7__20,78__1J3__0,067 22,27 P 11 23,14 0,69 0,029 23,83 co P 12__22,83__009__0,004 22,93 δ P 13 22,64 0,61 0,026 23,25 ^ Pohjustettu, 0,1 g/m2 ° P 1 23,75 0,45 0,019 24,2 - P 2 22,62 0,1 0,004 22,73 P 3__23,45__002__0,001 23,47 | P 5__21,37__702__o,046 22,39 ,p P 6 21,66 0,5 0,023 22,17 £j P 7__23,99__039__0,016 24,38 g P 8__21,34__171__0,074 23,06 § P 11__23,71__023__0,010 23,94 ™ P 12__22,89__0__0,000 22,9 P 13 19,92 0,17 0,008 20,09

Claims

1. Menetelmä paperisen tai kartonkisen perusmateriaalin pohjustamista varten, jossa menetelmässä perusmateriaali saatetaan kosketukseen pohjustelähteestä syötettävän pohjusteen kanssa ja perusmateriaali pinnoitetaan pohjusteella, tun- 5 nettu siitä, että pinnoittaminen suoritetaan sähköstaattisesti.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sähköstaattinen päällystys on sähköruiskutusta, jolloin pohjuste on kaasufaasiin dispergoitu-neina nestepisaroina.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että nestepisarat 10 ovat pohjusteaineen liuoksena tai emulsiona liuotin- tai emulsioväliaineessa.

4. Patenttivaatimuksen 2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että neste-pisaroiden keskimääräinen halkaisija on 0,05-20 pm.

5. Jonkin patenttivaatimuksista 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sähköstaattinen pinnoitus on sähkökehräystä, jolloin ainakin osa pohjusteesta on 15 kaasufaasiin dispergoituneina kuituina.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuidut muodostuvat liuotin- tai emulsioväliaineessa olevan pohjusteaineen liuoksesta tai emulsiosta.

7. Patenttivaatimuksen 5 tai 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuitu-20 jen keskimääräinen halkaisija on 0,05-1,0 pm, edullisesti 0,1-0,5 pm.

8. Patenttivaatimuksen 3 tai 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että liuok- 00 £ sen pohjusteainepitoisuus on 5-50 painoprosenttia, edullisesti 20-45 painopro- ^ senttiä, o i

^ 9. Patenttivaatimuksen 3, 6 tai 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että liu- x 25 oksen viskositeetti on 40-400 cP, edullisesti 50-200 cP. CC CL Lo

10. Jonkin patenttivaatimuksista 3, 6, 8 tai 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, o että liuotin on valittu vesipitoisten liuotinjärjestelmien joukosta ja se on edullisesti § vettä tai seosta, joka sisältää vettä ja alkoholia. CVJ

11. Jonkin edellisistä patenttivaatimuksista mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pohjusteaine on valittu luonnon polymeerien, polyalkoholien, organometalliyh-disteiden ja synteettisten polymeerien joukosta.

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pohjuste-5 aine on synteettistä polymeeriä (homo- tai kopolymeeriä).

13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että synteettinen polymeeri on akryylikopolymeeriä, joka on edullisesti emulgoitu vesipitoiseen emulsioväliaineeseen.

14. Patenttivaatimuksen 13 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että perusma-10 teriaali on pinnoitettu kyseisellä akryylipolymeerillä 0,002-0,05 g/m2:n paksuisesti, edullisesti 0,006-0,02, kaikkein edullisimmin noin 0,01 g/m2:n paksuisesti.

15. Patenttivaatimuksen 11 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pohjuste on dietanoliaminoetaania (DEAE:tä).

16. Patenttivaatimuksen 15 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että perusma-15 teriaali on pinnoitettu dietanoliaminoetaanilla (DEAEJIä) 0,02-0,5 g/m2:n paksuisesti, edullisesti 0,06-0,2, kaikkein edullisimmin noin 0,1 g/m2:n paksuisesti.

17. Jonkin edellisistä patenttivaatimuksista mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pohjuste sisältää myös lisäainetta perusmateriaalin pinnalla olevien pohjuste-hiukkasten morfologian muuttamista varten.

18. Patenttivaatimuksen 17 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lisäaine on liukoista polymeeriä, edullisesti polyetyleenioksidipolymeeriä.

^ 19. Jonkin edellisistä patenttivaatimuksista mukainen menetelmä, tunnettu siitä, ™ että sähköstaattinen voima, joka ilmaistaan jännitteenä jaettuna perusmateriaalin 0 2 V ja pohjustelähteen välisellä etäisyydellä toiseen potenssiin, on 0,02-4,0 V/mm , ^ 25 edullisesti 0,2-0,5 V/mm2. CC

°· 20. Patenttivaatimuksen 19 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sähkö- staattinen jännite on 10-50 kV, edullisesti 20-40 kV, ja pohjustelähteen ja perus- § materiaalin välinen etäisyys on 100-1 000 mm, edullisesti 200-500 mm, kaikkein o ° edullisimmin sellainen, että sähkökenttä on 1-4 kV/cm.

21. Menetelmä paperisen tai kartonkisen perusmateriaalin päällystämistä varten, jossa menetelmässä perusmateriaali saatetaan kosketukseen pohjustelähteestä syötettävän pohjusteen kanssa, perusmateriaali pinnoitetaan pohjusteella ja pohjustettu perusmateriaali päällystetään päällystysaineella, tunnettu siitä, että perusmateriaalin pinnoittaminen pohjusteella suoritetaan sähköstaattisesti.

22. Jonkin patenttivaatimuksista 21 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 5 sähköstaattinen päällystys on sähköruiskutusta, jolloin pohjuste on kaasufaasiin dispergoituneina nestepisaroina.

23. Patenttivaatimuksen 22 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että neste-pisarat ovat pohjustemateriaalin liuoksena tai emulsiona liuotin- tai emulsioväliai-neessa.

24. Patenttivaatimuksen 22 tai 23 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että nes- tepisaroiden keskimääräinen halkaisija on 0,05-20 pm.

25. Jonkin patenttivaatimuksista 21-24 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sähköstaattinen päällystys on sähköruiskutusta, jolloin ainakin osa pohjusteesta on kaasufaasiin dispergoituneina kuituina.

26. Patenttivaatimuksen 25 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuidut muodostuvat liuotin- tai emulsioväliaineessa olevan pohjusteaineen liuoksesta tai emulsiosta.

27. Patenttivaatimuksen 25 tai 26 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuitujen keskimääräinen halkaisija on 0,05-1,0 pm, edullisesti 0,1-0,5 pm.

28. Patenttivaatimuksen 23 tai 27 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että liu oksen pohjusteainepitoisuus on 5-50 painoprosenttia, edullisesti 20-45 painopro-„ senttiä, δ

™ 29. Patenttivaatimuksen 23, 27 tai 28 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että o V liuoksen viskositeetti on 40-400 cP, edullisesti 50-200 cP. x 25

30. Jonkin patenttivaatimuksista 23, 27, 28 tai 29 mukainen menetelmä, tunnettu CC siitä, että liuotin on valittu vesipitoisten liuotinjärjestelmien joukosta ja se on edulli- LO c\j sesti vettä tai seosta, joka sisältää vettä ja alkoholia. o m

§ 31. Jonkin patenttivaatimuksista 21-30 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että CVJ pohjusteaine on valittu luonnon polymeerien, polyalkoholien, organometalliyhdis-30 teiden ja synteettisten polymeerien joukosta.

32. Patenttivaatimuksen 31 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pohjuste-aine on synteettistä polymeeriä (homo- tai kopolymeeriä).

33. Patenttivaatimuksen 32 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että synteettinen polymeeri on akryylikopolymeeriä, joka on edullisesti emulgoitu vesipitoiseen 5 emulsioväliaineeseen.

34. Patenttivaatimuksen 33 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että perusmateriaali on pinnoitettu akryylikopolymeerillä 0,002-0,05 g/m2:n paksuisesti, edullisesti 0,006-0,02, kaikkein edullisimmin noin 0,01 g/m2:n paksuisesti.

35. Patenttivaatimuksen 32 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että synteetti-10 nen polymeeri on dietanoliaminoetaania (DEAE:tä).

36. Patenttivaatimuksen 35 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että perusmateriaali on pinnoitettu dietanoliaminoetaanilla (DEAE:Mä) 0,02-0,5 g/m2:n paksuisesti, edullisesti 0,06-0,2, kaikkein edullisimmin noin 0,1 g/m2:n paksuisesti.

37. Jonkin patenttivaatimuksista 21-36 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 15 pohjuste sisältää myös lisäainetta perusmateriaalin pinnalla olevien pohjustehiuk- kasten morfologian muuttamista varten.

38. Patenttivaatimuksen 37 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lisäaine on liukoista polymeeriä, edullisesti polyetyleenioksidipolymeeriä.

39. Jonkin patenttivaatimuksista 21-38 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 20 sähköstaattinen voima, joka ilmaistaan jännitteenä jaettuna perusmateriaalin ja pohjustelähteen välisellä etäisyydellä toiseen potenssiin, on 0,02-4,0 V/mm2, edul-„ lisesti 0,2-0,5 V/mm2. δ

™ 40. Patenttivaatimuksen 39 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sähkö- 0 V staattinen jännite on 10-50 kV, edullisesti 20-40 kV, ja pohjustelähteen ja perus- ^ 25 materiaalin välinen etäisyys on edullisesti 100-1 000 mm, edullisemmin 200- 1 500 mm, kaikkein edullisimmin sellainen, että sähkökenttä on 1-4 kV/cm. CL ou

41. Jonkin patenttivaatimuksista 21-40 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että § pohjustetulle perusmateriaalille suoritetaan liekki- tai koronakäsittely ennen sen o ^ päällystämistä päällystysaineella.

42. Patenttivaatimuksen 41 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pohjustetulle perusmateriaalille suoritetaan koronakäsittely ennen sen päällystämistä pääl-lystysaineella.

43. Jonkin patenttivaatimuksista 21-42 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 5 päällystysaine on kestomuovihartsia.

44. Patenttivaatimuksen 43 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kesto-muovihartsi on polyolefiinia.

45. Patenttivaatimuksen 44 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että polyolefiini on etyleenipolymeeriä (homo- tai kopolymeeriä). 10 CO δ c\j i o X CC CL LO C\l CM O LO O O CM