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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines melaminharzbeschichteten Papiers fur die Bildung von heissgepressten, kratzfesten Oberflächenschichten auf Laminatkunststoffen und Uolzwerkstoffen, wie Holzfaserplatten, Holzspanplatten, Sperrholz od. dgl., wobei das Papier mit einem im noch ungehärteten Zustand wasserlöslichen Harnstoffharz oder einem im noch ungehärteten Zustand wasserlöslichen harnstoffreichen Aminoplast vorimprägniert wird, getrocknet wird und weiter mindestens einseitig mit einem Auftrag eines im ungehärteten Zustand wasserlöslichen Melaminharzes versehen wird, der auch getrocknet wird und der im Zuge des Heisspressvorganges, bei dem das Papier mit der zu beschichtenden Substratoberfläche verbunden wird, unter Fliessen eine ausgehärtete, kratzfeste, chemisch beständige, geschlossene Oberflächenschicht bildet.
Melaminharzbeschichtete Papiere vorgenannter Art werden weitverbreitet zur Herstellung von Oberflächenbeschichtungen verwendet, wobei sie vor allem im Zusammenhang mit Schichtpressstoffen, die aus Phenolharzpapier aufgebaut werden, sowie zur Herstellung von Deckschichten auf Holzfaserplatten und Holzspanplatten zum Einsatz kommen, wenn dekorative Oberflächenschichten geschaffen werden sollen.
Durch den Einsatz solcher melaminharzbeschichteter Papiere erhält man Oberflächenschichten, die ohne weiteres den üblichen Beanspruchungen, wie sie im Haushalts- und Bürobetrieb auftreten, gegenüber kratzfest sind und auch den in diesem Bereich auftretenden thermischen und chemischen Beanspruchungen ohne weiteres standhalten können. Hiezu kann erwähnt werden, dass verschiedene andere Papiere und Folien zur Oberflächenbeschichtung verwendet werden, deren Oberfläche durch solche Beanspruchungen leidet und die insbesondere hinsichtlich der Kratzfestigkeit den auf Basis melaminharzbeschichteter Papiere erzeugten Oberflächenschichten wesentlich unterlegen sind.
Der Einsatz der Melaminharze, der, wie erwähnt, hochbeanspruchbare Oberflächen ergibt, und der ausserdem zufolge der hervorragenden optischen Eigenschaften dieser Harze Vorteile bietet, stellt nun einen bedeutenden Kostenfaktor bei der Herstellung der beschichteten Papiere dar. Ein Ersatz der Melaminharze durch Harnstoffharze, welche preisgünstiger zur Verfügung stehen und gleichfalls gute optische Eigenschaften aufweisen, stösst durch die Feuchtigkeitsempfindlichkeit ausgehärteter Harnstoffharze auf grosse Schwierigkeiten. Auch bei einem Einsatz von Mischungen aus Harnstoffharzen und Melaminharzen zur Herstellung von Oberflächenschichten hier in Rede stehender Art ergibt sich gegenüber Oberflächenschichten, die auf Basis reiner Melaminharze gebildet sind, ein erheblicher Qualitätsabfall.
Es ist nun ein Ziel der Erfindung, die mit dem Einsatz von Melaminharzen einhergehenden Kostenbelastung zu vermindern, und trotzdem die guten Eigenschaften von Oberflächenschichten, wie sie sich beim Einsatz reiner Melaminharze ergeben, nicht zu schmälern, wobei auch das Aussehen der Oberflächenschichten gegenüber Oberflächenschichten, die unter Einsatz von Reinmelaminharzen gebildet wurden, nicht beeinträchtigt sein soll.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass zur Vorimprägnierung des Papieres eine mindestens 50%-Masse Festharz enthaltende Lösung eines Harnstoffharze oder eines harnstoffreichen Aminoplastes eingesetzt wird, und die Harzaufnahme bei der Vorimprägnierung geringer gehalten wird als zum Entstehen eines die Oberfläche des Papiers bedeckenden Harzfilmes erforderlich ist und im Zuge der folgenden Heisstrocknung die Feuchtigkeit des getränkten Papiers auf einen unter 7% liegenden Wert herabgemindert wird, und dass das Papier nach dem Auftragen des wasserlöslichen Melaminharzes auf eine zwischen 5 und 10% liegende Restfeuchte getrocknet wird.
Durch die erfindungsgemässen Massnahmen kann der obigen Zielsetzung gut entsprochen werden, und es können mit diesem Papier Oberflächenschichten erhalten werden, deren Eigenschaften Oberflächenschichten gleichkommen, die unter Einsatz von bloss mit reinem Melaminharz beschichtetem Papier erhalten werden.
Es ist dabei besonders bemerkenswert, dass beim Heisspressvorgang, bei dem ja ein Fliessen des Melaminharzes erfolgt, weder eine Vermischung mit dem im Papier befindlichen Harnstoffharz eintritt, noch Bindungsmängel der Melaminharzdeckschichten zum Papiersubstrat in Erscheinung treten, da ja das Melaminharz bis in die Faserstruktur des Papiers reicht und demgemäss die Melaminharzdeckschicht, die ja die Eigenschaften der hergestellten Oberflächenschichten hinsichtlich Kratzfestigkeit sowie hinsichtlich chemischer und thermischer Beständigkeit bestimmt, durch das Fasergefüge des Papiers verstärkt ist, so dass eine allenfalls vorhandene Sprödigkeit von Melaminharzen nicht nachteilig zur Auswirkung kommt.
Es ist dabei im Sinne einer sicheren Hintanhaltung eines Vermischens des Harnstoffharze bzw. des harnstoffreichen Aminoplastes, aus dem die Vorimprägnierung des Papieres besteht, mit den Melaminharzdeckschichten vorteilhaft, wenn man vorsieht, dass das aus einem Harnstoffharz oder einem harnstoff-
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reichen Aminoplast bestehende Vorimprägnierungsharz des Papieres mindestens soweit gehärtet ist, dass es in einer Beschichtungslösung des aufgetragenen Melaminharzes praktisch nicht mehr löslich ist.
Zur Verbesserung der Flexibilität des erfindungsgemäss erhältlichen Papiers kann vorteilhaft vorgesehen werden, dass die Vorimprägnierung des Papiers mit einem ganz oder teilweise verätherten Harnstoff-Formaldehyd-Kondensat erfolgt. Auch der Einsatz eines mit Melamin bzw. Melaminharz versetzten Harnstoff-Formaldehyd-Kondensats zur Vorimprägnierung des Papiers ist möglich.
Gewünschtenfalls kann man auch zur Vorimprägnierung ein mit Plastifizierungsmitteln, wie Capro- lactam, Saccharose, Glykolen, Polyhydroxyverhindungen u. dg1., versetztes Harnstoffharz oder harn- stoffreiches Aminoplast einsetzen. Weiter ist es auch hinsichtlich der Verarbeitung des erfindungsgemäss erhaltenen Papiers günstig, wenn der Melaminharzauftrag mit einem Trennmittel versetzt ist.
Hinsichtlich des Verhältnisses der Menge des zur Vorimprägnierung vorgesehenen Harnstoffharzes bzw. harnstoffreichen Aminoplastes zur Menge des gesamten Melaminharzauftrages kann festgestellt werden, dass dieses Verhältnis in sehr weiten Grenzen, entsprechend den Eigenschaften des zu imprägnierenden Papiers und der an die herzustellenden Oberflächenschichten gestellten Anforderungen, gewählt werden kann.
Hiebei erscheint es erwähnenswert, dass durch die erfindungsgemässe Technik auch leicht verarbeitbare Papiere mit einem verhältnismässig hohen Harzgehalt mit verhältnismässig geringem Kostenaufwand bereitgestellt werden können, und demgemäss Massnahmen zur Verminderung des
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der sich aus dem Einsatz verschieden stark saugfähiger Papiere ergebende Unterschied im für das Harz erforderlichen Kostenaufwand bei Anwendung der erfindungsgemässen Technik viel geringer ausfällt als bisher, da ja das zur Vorimprägnierung des Papiers zum Einsatz kommende Harnstoffharz wesentlich preisgünstiger als Melaminharz ist und die Vorimprägnierung die Saugfähigkeitsunterschiede zwischen den verschiedenen Papiersorten weitgehend ausgleicht und demgemäss der Melaminharzauftrag praktisch nur Oberflächenschichten bildet.
Das erfindungsgemäss erhaltene Papier kann beidseitig mit Melaminharz beschichtet sein, in welchem Fall der auf der einen Papierseite befindliche Melaminharzauftrag auch zur Verbindung des die Oberfläche bildenden Papiers mit dem Substrat dient, und hiebei im Zuge des Heisspressvorganges ausgehärtet wird.
Man kann aber auch nur auf einer Seite des Papiers einen Melaminharzauftrag vorsehen und das Papier mittels eines Klebers mit dem Substrat verbinden. Dieser Kleber kann ein heisshärtender Leim sein, der auf das Substrat aufgetragen wird.
Erfindungsgemäss geht man vorteilhaft so vor, dass das Papier im ersten Trocknungsvorgang, der auf die Vorimprägnierung des Papiers folgt, auf eine zwischen 2 und 6% liegende Restfeuchte getrocknet wird.
Es ist weiter zweckmässig, dass das Papier im zweiten Trocknungsvorgang, der auf den Melaminharzauftrag folgt, auf eine zwischen 6 und 8% liegende Restfeuchte getrocknet wird.
Das Trocknen nimmt man vorteilhaft mittels Heissluft und/oder Strahlung vor, und es ergibt insbesondere die Heisslufttrocknung, welche, wie an sich bekannt, durch das Hindurchführen der rasch laufenden Papierbahn durch einen Trockenkanal vorgenommen werden kann, ein vorteilhaftes Einhergehen der angestrebten teilweisen Härtung des Vorimprägnierungsharzes mit dem Fortschreiten der Trocknung, wobei sich durch den Wassergehalt eine für die Vorhärtung des Vorimprägnierungsharzes günstige Temperatur selbsttätig einstellt.
Hinsichtlich der Vorhärtung ist es günstig, wenn der dem Vorimprägnierungsharz zugesetzte Härter eine hohe Ansprechtemperatur hat. Es kann auch erwähnt werden, dass die Härtermenge bei der erfindungsgemässen Technik nicht kritisch ist und auch Härtermengen, welche höher als üblich sind, ohne Nachteile zum Einsatz gebracht werden können.
Die Aufbringung des Vorimprägnierungsharzes und die Aufbringung des Melaminharzauftrages kann mittels Auftragswalzen oder durch Tauchen vorgenommen werden, und man kann dabei gegebenenfalls nach dem jeweiligen Aufbringvorgang ein Abquetschen oder Abstreifen überschüssigen Harzes vornehmen.
Als günstig hat sich ergeben, die Aufbringung des Vorimprägnierungsharzes mittels Auftragwalzen vorzunehmen und die Aufbringung des Melaminharzauftrages auf das mit Harnstoffharz bzw. harnstoff- reichem Aminoplast getränkte und getrocknete Papier durch Tauchen vorzunehmen.
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Für das Auftragen von besonders dünnen Melaminharzschichten kann man vorteilhaft Rasterwalzen einsetzen. Weiter kann man, wenn die Penetration des Melaminharzes in das Papierinnere, welches ja an sich bereits mit Harnstoffharz bzw. harnstoffreichem Aminoplast imprägniert ist, gering gehalten werden soll, dem Melaminharz Verdickungsmittel, wie z. B. Cellulosederivate, zusetzen.
Die Erfindung wird nun an Hand von Beispielen weiter erläutert.
Beispiel l : Ein weisses Dekorpapier mit einer Flächenmasse von 100 g/m2, einem Aschegehalt von 40%, einer Luftdurchlässigkeit von 350 ml/min (Normtest), einer Saughöhe nach Klemm von 32 mm, einer Glätte nach Bekk, unterseitig 40 s, oberseitig 60 s, wurde gespannt aufliegend über eine in ein Harzbad eintauchende Auftragwalze geleitet und dadurch auf ihrer Unterseite mit einem Harzauftrag versehen ; dieser Harzauftrag sog sich auf der weiteren Laufstrecke des Papiers in dasselbe ein, und es wurde das Papier dann durch zwei Abquetschwalzen hindurchgeführt, wobei durch die Einstellung des gegenseitigen Andruckes der Abquetschwalzen und durch die Einstellung der Laufgeschwindigkeit des Papiers die Harzmenge, die nach dem Verlassen der Abquetschwalzen im Papier vorlag, eingestellt wurde.
Auf diese Weise wurde das Papier mit einer Lösung eines handelsüblichen Harnstoff-Formaldehyd-Kondensats, welche einen Festharzgehalt von 50% aufwies, ein Molverhältnis von 1 : 2, 1 besass und Ammonchlorid als Härter enthielt, getränkt. Hiebei hatte das getränkte Papier nach dem Passieren des Abquetschwalzenpaares eine Masse von 240 g/m2 und enthielt demgemäss pro m2 140 g einer 50% gen Harzlösung, also 70% Festharz, bezogen auf die Masse des Rohpapiers.
Nach dem Verlassen der Abquetschwalzen wurde die Papierbahn durch einen Heissluftkanal, in dem eine Anzahl von Heissluftregistern angeordnet waren, schwebend hindurchgeführt, wobei die Temperatur der Heissluft auf zirka 160 C eingestellt wurde, und es wurde im Zuge dieser Trocknung das in der Papierbahn enthaltene Wasser bis auf eine Restfeuchte von zirka 4% entfernt. Danach wurde die solcherart mit einem wasserlöslichen Harnstoffharz vorimprägnierte Papierbahn in gespanntem Zustand über zwei weitere Auftragwalzen geführt und solcherart wurde auf die beiden Seiten der Papierbahn eine wässerige Melaminharzlösung mit einem Harzgehalt von 60% aufgetragen.
Es handelte sich dabei um eine wässerige Lösung eines handelsüblichen, für eine Hochdruckverpressung von Papierlaminaten bestimmten Melaminharzes, das mit einem Härter auf Basis von p-Toluolsulfonsäure-Morpholin versetzt war. Hiebei wurden auf die eine Seite der laufenden Papierbahn 25 g Harzlösung pro m2 aufgetragen und auf die andere Seite 58 g pro m2 dieser Harzlösung. Danach wurde das Papier wieder durch einen Trockenkanal hindurchgeleitet, in dem die Feuchtigkeit bis auf eine Restfeuchte von 7% abgeführt wurde. Das so erhaltene Papier hatte einen Gesamtauftrag von 50 g Melaminharz/m2.
Beispiel 2 : Es wurde analog Beispiel 1 verfahren, jedoch wurde das Papier im Anschluss an den ersten Trocknungsvorgang wieder aufgerollt und längere Zeit, bis zur Beschichtung mit Melaminharz, gelagert. Es trat keinerlei Zusammenkleben od. dgl., welches die spätere Melaminharzbeschichtung gestört hätte, auf.
Beispiel 3 : Es wurde ein stark saugfähiges Dekorpapier mit einer Flächenmasse von 120 g/m2 mit einer 50% igen Lösung eines handelsüblichen Harnstoff-Formaldehyd-Tränkharzes mit einem Molverhältnis von 1 : 1, 9 analog Beispiel 1 getränkt. Dieses Tränkharz enthielt einen Zusatz von 3% Äthylenglykol u. zw. mit Äthanolaminhydrochlorid als Härter (1% auf Festharz bezogen) versetzt. Es wurde die Tränkung so eingestellt, dass das Papier beim Verlassen der Abquetschwalzen ein Flächengewicht von 360 g/m2 hatte. Demgemäss enthielt das Papier beim Verlassen der Abquetschwalzen 100% Festharz bezogen auf die Masse des Rohpapiers.
Die Papierbahn wurde dann durch eine Anordnung von Infrarotstrahlern zum Trocknen hindurchgeleitet und hiebei wurde durch die solcherart herbeigeführte Wärmezufuhr und durch ein anschliessendes Hindurchleiten durch einen kurzen Heissluftkanal das Papier bis auf eine Restfeuchte von 5% getrocknet. Im Anschluss daran wurde die Papierbahn durch eine Tränkwanne hindurchgeleitet, in der sich eine 52, 5%igue Lösung eines handelsüblichen Melaminniederdruckharzes, wie es für Kurztaktverpressung ohne Rückkühlung verwendet wird, befand. Nach dem Verlassen dieser Tränkwanne wurde die Papierbahn über Abstreifbalken und Abquetschwalzen geleitet, und es wurde dabei die vom Papier aufgenommene Menge der Melaminharzlösung auf 103 g/m2 eingestellt.
Anschliessend wurde die Papierbahn in einem Heissluftkanal bis auf eine Restfeuchte von 7, 5% getrocknet.
Beispiel 4 : Es wurde ein Dekorpapier mit Holzmaseraufdruck mit einer Flächenmasse von 80 g/m2 und einem Aschegehalt von 15% mit einer 52, 5%gen wässerigen Lösung eines Harnstoff-MelaminFormaldehyd-Mischharzes, dessen Molverhältnis 0, 8 : 0, 2 : 2 betrug und dem Äthanolaminhydrochlorid
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(0, 8% bezogen auf Festharz) als Härter zugesetzt war, getränkt. Hiebei wurde die Harzlösungsaufnahme des Papiers so eingestellt, dass sich eine Gesamtmasse des getränkten Papiers von 210 g/m2 ergab. Die Trocknung erfolgte durch Hindurchführen des Papiers durch eine Tränkwanne. Danach wurde in einem Heissluftkanal mit ergänzender Strahlungsheizung auf eine Restfeuchte von 4, 5% getrocknet.
Auf das so vorimprägnierte Papier wurde mit einer Auftragswalze einseitig eine 55% igue wässerige Lösung eines Melaminniederdruckharzes in einer Menge von 58 g/m2 (Harzlösung) aufgetragen und danach wurde das Papier auf eine Restfeuchte von 6, 8% getrocknet.
Beispiel 5 : Ein gemäss Beispiel 4 erhaltenes vorimprägniertes Papier wurde auf einer Seite mit einem heisshärtenden Phenolharzkleber in einer Menge von 40 g/m2 versehen und auf die andere Papierseite wurde analog Beispiel 4 ein Melaminharzauftrag aufgebracht.
Beispiel 6 : Das nach Beispiel 4 erhaltene Papier wurde auf eine mit einer Leimschicht versehene Holzspanplatte heiss aufgepresst und es wurde dabei sowohl diese Leimschicht, als auch der auf dem Papier befindliche Melaminharzauftrag im Zuge dieses Heisspressvorganges ausgehärtet. Als Leim wurde dabei ein mit Roggenmehl gestreckter, heisshärtender Harnstoffleim (Streckungsgrad 200 ; 100 Teile Harnstoffleimharz, 100 Teile Roggenmehl, 100 Teile Wasser), der Ammonchlorid als Härter enthielt, auf die Holzspanplatte aufgetragen.
Die gemäss den Beispielen 1 bis 5 erhaltenen melaminharzbeschichteten Papiere wurden anschliessend in üblicher Heisspresstechnik auf eine Unterlage aufgepresst und danach den zur Bestimmung der Oberflächenqualität von gepressten Melaminharzoberflächen üblichen Untersuchungen unterzogen. Analog wurde die gemäss Beispiel 6 erhaltene Oberfläche untersucht. Es wurden dabei die üblichen Tests, insbesondere Wasserdampftest, Risstest, Härtungstest, Vergilbungstest, Tests zur Bestimmung der Kratzfestigkeit, der Chemikalienbeständigkeit und des Glanzgrades sowie Tests zur Bestimmung, ob eine hinreichend geschlossene Oberfläche vorliegt, vorgenommen.
Hiebei ergab sich, dass die Eigenschaften von Melaminharzoberflächen, wie sie unter Verwendung der wie vorstehend erhaltenen Papiere hergestellt wurden, völlig den Eigenschaften entsprachen, die bei Melaminharzoberflächen vorliegen, welche unter Verwendung von Papieren hergestellt werden, die nur mit reinem Melaminharz beschichtet waren. Insbesondere konnte auch festgestellt werden, dass die mit den erfindungsgemäss ausgebildeten Papieren hergestellten Oberflächen den Forderungen von DIN 53799 genügen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung eines melaminharzbeschichteten Papiers für die Bildung von heissgepressten, kratzfesten Oberflächenschichten auf Laminatkunststoffen und Holzwerkstoffen, wie Holzfaserplatten, Holzspanplatten, Sperrholz od. dgl., wobei das Papier mit einem im noch ungehärteten Zustand wasserlöslichen Harnstoffharz oder einem im noch ungehärteten Zustand wasserlöslichen harnstoffreichen Aminoplast vorimprägniert wird, getrocknet wird und weiter mindestens einseitig mit einem Auftrag eines im ungehärteten Zustand wasserlöslichen Melaminharzes versehen wird, der auch getrocknet wird und der im Zuge des Heisspressvorganges, bei dem das Papier mit der zu beschichtenden Substratoberfläche verbunden wird, unter Fliessen eine ausgehärtete, kratzfeste, chemisch beständige,
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oder eines harnstoffreichen Aminoplasts eingesetzt wird, und die Harzaufnahme bei der Vorimprägnierung geringer gehalten wird als zum Entstehen eines die Oberfläche des Papiers bedeckenden Harzfilms erforderlich ist und im Zuge der folgenden Heisstrocknung die Feuchtigkeit des getränkten Papiers auf einen unter 7% liegenden Wert herabgemindert wird, und dass das Papier nach dem Auftragen des
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