DE19939060B4

DE19939060B4 - Verfahren zum Herstellen eines Papiers, Papier und Verwendung eines Papiers

Info

Publication number: DE19939060B4
Application number: DE1999139060
Authority: DE
Inventors: Horst Dipl.-Ing. Blum; Dieter Dipl.-Ing. Evers
Original assignee: Papierfabrik Schoeller and Hoesch GmbH and Co KG; Schoeller und Hoesch GmbH
Current assignee: Schoeller und Hoesch GmbH; Glatfelter Gernsbach GmbH and Co KG
Priority date: 1999-08-18
Filing date: 1999-08-18
Publication date: 2006-09-14
Anticipated expiration: 2019-08-19
Also published as: DE19939060A1

Abstract

Verfahren zum Herstellen eines Papiers mit dem Schritt des Zugebens von ummantelten harten abrasiven Füllstoffteilchen direkt in die Papiermasse vor dem Durchlauf durch eine Papiermaschine und/oder auf einen Faserkörper in der Papiermaschine durch eine separate Auftragseinrichtung und/oder auf einen Faserkörper in der Leimpresse.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft in ihrer allgemeinen Form ein Verfahren zur Herstellung eines Papiers, ein Papier und. eine Verwendung eines gemäß dem Verfahren hergestellten Papiers bzw. eines erfindungsgemäßen Papiers als abriebfestes Overlaypapier.

Gebiet der Erfindung:

Overlaypapiere im allgemeinen sind Zellstoffpapiere, die gefüllt oder nicht gefüllt sind, d.h. mit Teilchen großer Härte ausgerüstet sind, um die Abriebfestigkeit zu erhöhen. Solche Overlaypapiere werden beispielsweise nach einer Harzimprägnierung, vorzugsweise mit einem Melaminformaldehydharz, mit Holzfurnierplatten oder Dekorpapieren zu einem Laminat verpreßt, um die Oberfläche vor Abrieb oder Verkratzung zu schützen. Solche Laminate werden beispielsweise als Bodenbeläge eingesetzt.

In der DE-OS-2107091 wird ein mit Hartfüllstoffteilchen gefülltes Overlaypapier und sein Herstellungsverfahren beschrieben.

In der DE-196 04 907 A1 und der im wesentlichen entsprechenden US-A-5 820 937 der THE MEAD CORPORATION wird ein Verfahren beschrieben, bei dem ein wäßriger Brei aus groben Staubpartikeln über einen Schlitzmündungs-Beschichtungskopf flächig auf die Oberfläche einer Rohfaser-Zellulosebahn aufgetragen und die beschichtete Bahn anschließend getrocknet wird. Diese Schrift nennt eine Reihe von Grobstaubpartikeln (unter anderem Mineralpartikel und metallische Partikel) zur Erhöhung der Abriebfestigkeit des Papiers.

Das flächige Auftragen hoch abriebfesten Materials auf ein Overlaypapier führt aber zwangsläufig zu einer Anreicherung der Partikel an der Oberfläche. Demzufolge wurden Inhomogenitäten auch bei den ermittelten physikalischen Werten wie Abriebfestigkeit, Festigkeit des Sitzes des Materials und ähnliches gemessen.

Eine Verbesserung wird in CA-A-990 632 ebenfalls der THE MEAD CORPORATION beschrieben. Hierbei wird durch mehrere Stoffaufläufe eine gleichmäßigere Verteilung der abriebfesten Partikel dadurch erzielt, daß quasi mehrere einzelne Overlay-Schichten mit abriebfestem Material erzeugt und übereinander gelegt zu einem Gesamtverbund kombiniert werden. Obwohl hinsichtlich der Gleichmäßigkeit der physikalischen Eigenschaften eine Verbesserung erzielt wurde, ist dieses Verfahren in der Praxis aufwendig, kostspielig und die Verfahrenstechnik daher anfällig für Störungen.

Es ist weiterhin bekannt, gefüllte Overlaypapiere auf konventionellen Langsiebpapiermaschinen herzustellen. Außerdem ist es möglich, auf den sogenannten Schrägsiebpapiermaschinen ebenfalls Overlaypapiere zu produzieren, die gegenüber den vorher genannten Anlagen ein sehr offenporiges, leichtes Papier mit einem spezifischen Gewicht von <0,35 g/cm³ liefern. Obwohl eine große Offenporigkeit ein weitgehend gleichmäßiges Durchdringen des Overlaypapiers mit dem abriebfesten Material gestattet, ergibt sich hierbei jedoch der Nachteil, daß bei derart hergestellten Overlaypapieren bei mechanischer Behandlung, z.B. Abrollen, das abriebfeste Material teilweise wieder herausfallen kann, was zu verschlechterten und ungleichmäßigen Abriebwerten und gleichzeitig zu unerwünschten Verschmutzungen in der Laminatproduktion führt.

Aufgabe der Erfindung:

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines abriebfesten Papiers sowie eines Verfahrens zur Herstellung eines solchen Papiers und insbesondere eines als Overlaypapier geeigneten Papiers, das die geschilderten Nachteile vermeidet und die gewünschten physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften wie Härte und dgl. in ausreichendem Maß und in gleichmäßiger Verteilung aufweist.

Lösung der Erfindung:

Erfindungsgemäß wird hierzu ein Verfahren zum Herstellen eines Papiers gemäß Anspruch 1 sowie ein Papier gemäß Anspruch 12 und eine Verwendung eines Papiers gemäß Anspruch 23 in Vorschlag gebracht. Bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens und des Papiers sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.

Die vorliegende Erfindung basiert auf der überraschenden Erkenntnis, daß bereits durch den Einsatz geringerer als bisher üblicher Mengen an ummantelten harten abrasiven Füllstoffteilchen hervorragende Eigenschaften wie beispielsweise die Abriebfestigkeit und die geeignete Verteilung der ummantelten harten abrasiven Füllstoffteilchen und damit der Eigenschaften im fertigen Papier erzielt werden können, wenn die jeweiligen harten abrasiven Füllstoffteilchen in mikroverkapselter Form in das Papier eingebracht werden bzw. sind.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform betrifft die Erfindung ein sog. Overlaypapier bzw. ein Verfahren zu dessen Herstellung, bei dem mit Melaminharz ummantelte Korundpartikel im gesamten Volumen des Papiers im wesentlichen gleichmäßig verteilt eingebettet sind.

Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform:
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der einzigen schematischen Figur dargestellten Beispiels genauer beschrieben.
Diese Figur zeigt schematisch die gleichmäßige Verteilung der mikroverkapselten abriebfesten Füllstoffteilchen 1 (im folgenden als "Partikel" oder "Teilchen" bezeichnet), die aus einer Ummantelung 2 und damit umschlossenen Teilchen 3 bestehen, beispielsweise Melaminharz-ummantelten Korundpartikeln, im Faserkörper 4 des Papiers.
Als erfindungsgemäß zu verwendende Partikel können alternativ zu dem genannten Material auch andere, handelsübliche teilchenförmige Stoffe mit der gewünschten Abriebfestigkeit verwendet werden, die mit einer Ummantelung, vorzugsweise einem Harz versehen und damit quasi mikroverkapselt sind.
Ein Verfahren zur Herstellung solcher Partikel ist beispielsweise in FR-A-2245750 beschrieben. Mit Melaminharz ummantelte Korundpartikel, die für die Anwendung im Rahmen der Erfindung geeignet sind, sind bekannt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines mit ummantelten harten Partikeln gefüllten Overlaypapiers umfaßt zunächst den Schritt, daß ein Faserkörper auf einer Langsiebpapiermaschine oder einer Schrägsiebpapiermaschine hergestellt wird. Als Rohstoff werden ungemahlene bzw. leicht gemahlene Laubholz-, Nadelholzzellstoffe und besonders langfasrige Komponenten wie Manilahanf, Sisal, Jute, Flax verwendet. Durch eine zusätzliche Auftragseinrichtung, wie ein zweiter Stoffauflauf, eine Leimpresse oder eine Filmpresse wird sodann das o.g. harzummantelte Partikel-Material, also z.B. mikroverkapselte Korundpartikel gleichmäßig auf den Faserkörper aufgetragen. Diese umkapselten Partikel sinken dann aufgrund der Schwerkraft oder durch aufgebrachten Druck in den Faserkörper ein und werden damit in das Fasergefüge eingebettet.
Auf einer Schrägsiebmaschine ist es beispielsweise möglich, 2% bis 50 Gew.% ummantelter Korundpartikel in der Masse gleichmäßig im Fasergefüge zu verteilen, so daß im Blattgefüge später ein homogener Abrieb erzielt wird (siehe Figur). Das Papier wird hierbei vorzugsweise mit einer Rohdichte von 0,30 – 0,45 g/cm³ hergestellt.
Es ist ebenfalls möglich durch Anwendung einer Leimpressenflotte bestehend aus dem Bindemittel CMC (Carboxylmethylcellulose), Harz, Dispergiermittel und den harzummantelten Korundpartikeln einen gleichmäßigen Auftrag in der Leimpresse auf das Papier zu bringen.
Bei einer Produktion des Faservlieses auf einer Langsiebmaschine ist aufgrund des dichteren Materials nur eine Menge von ca. 2% bis 30 Gew.% der ummantelten Korundpartikel in der Masse einzubringen. Das Papier wird hierbei vorzugsweise mit einer Rohdichte von 0,40 – 0,60 g/cm³ hergestellt. Bei einem Leimpressenansatz sind es etwa nur 3 Gew.% aufgrund des viel geringeren Volumen des Papiers.
Alternativ können die o.g. ummantelten Partikel auch bereits in die Papiermasse eingebracht werden, bevor diese durch die Papiermaschine läuft.
Zur Verwendung als Overlaypapier bestimmte Papiere werden auf den vorstehend beschriebenen Papiermaschinen vorzugsweise mit einem Flächengewicht zwischen 8 und 80 g/m², vorzugsweise zwischen 15 und 60 g/m², vorzugsweise von 40 g/m² hergestellt.
Durch das zuvor beschriebene erfindungsgemäße Verfahren wird eine besonders gleichmäßige Verteilung der ummantelten Korundpartikel erreicht, weil die Partikel erfindungsgemäß quasi in einem Schwebezustand gehalten werden.
Diese gleichmäßige Verteilung der ummantelten Korundpartikel über das und in dem wäßrigen Faservlies ist auf verschiedene Effekte zurückzuführen. So wird beispielsweise durch die Beschichtung der Korundpartikel das gesamtspezifische Gewicht des Papiers abgesenkt. Ferner wird durch die Umkapselung der Teilchen der Durchmesser größer; so daß die Partikel bevorzugt im Fasernetz hängenbleiben. Darüber hinaus können beispielsweise durch eine Melaminharzummantelung chemische Bindungen zwischen Faser und Partikel entstehen, so daß die Partikel besser durch die Faser festgehalten werden.
Um die gleichmäßige Verteilung der ummantelten Partikel noch zu unterstützen, kann ferner erfindungsgemäß in einer bevorzugten Ausführungsform bei der Einarbeitung der Partikel ein geeignetes Dispergiermittel mitverwendet werden.
Im Gegensatz dazu würden unbehandelte bzw. unbeschichtete Korundteilchen aufgrund ihres höheren spezifischen Gewichtes schneller absinken und sich bevorzugt auf der Unterseite des Faservlieses absetzen.
Der Einsatz von ummantelten, harten Partikeln hat den Vorteil, daß bei der weiteren Verarbeitung auf der Papiermaschine bei Transport, Trocknung, Glättung und Aufrollung unerwünschte Abriebeffekte z.B. auf den Walzen und Sieben vermieden werden und außerdem das Material nicht aus dem Faserverbund herausfällt.
Auch bei der späteren Verwendung als Overlaypapier wird der Verschleiß an den Preßblechen stark reduziert und erst beim endgültigen Gebrauch nach dem Abrieb der Harzummantelung tritt der Vorteil der hohen Abrasivität in den Vordergrund.
Des weiteren weist das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Overlaypapier aus diesem Grund eine deutlich gleichmäßigere Oberfläche als nach bisher bekannten Verfahren hergestellte Overlaypapiere auf.
Im folgenden ist das Ergebnis eines Vergleichsversuchs zwischen einem herkömmlichem Overlaypapier und einem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Overlaypapiers, jeweils mit Korundpartikeln als Füllmaterial, hinsichtlich der erzielten Abtriebswerte zusammengefaßt: Abriebswerte Nema-Standard (Umdrehungen)
Aus diesen Abriebwerten nach dem NEMA Standard folgt, daß das herkömmliche Overlaypapier, mit einem Dekorpapier verpreßt, bereits nach 5811 Umdrehungen abgeschliffen und das darunter liegende Dekorpapier verletzt ist.
Das erfindungsgemäß hergestellte neue Overlaypapier ist erst nach 6242 Umdrehungen abgeschliffen. Die hohe Gleichmäßigkeit des neuen Overlaypapiers wird auch durch die besonders geringe Standardabweichung dokumentiert.
Das erfindungsgemäße Verfahren, daß bei der Papierherstellung ummantelte harte abrasive Füllstoffteilchen mit bestimmten physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften, die auf das Papier übertragen werden sollen, direkt in die Papiermasse vor dem Durchlauf durch eine Papiermaschine und/oder auf einen Faserkörper in der Papiermaschine durch eine separate Auftragseinrichtung und/oder auf einen Faserkörper in der Leimpresse aufgebracht werden, und das damit hergestellte Papier sind nicht auf das beschriebene Beispiel eines Overlaypapiers beschränkt. Vielmehr können einem Papier unterschiedliche weitere Eigenschaften gegeben werden, indem jeweils geeignete Partikel in ummantelter Form mit der gewünschten Eigenschaft auf die beschriebene Weise in den Faserkörper eingebettet werden.
Denkbare Anwendungen sind Farbstoffe, Aromastoffe, Duftstoffe, UV-Absorptionsmittel, elektrisch leitfähige Teilchen, wärmeleitfähige Teilchen, magnetische Teilchen, Flammschutzmittel, Biozide oder dergl., die dem fertigen Papier ihre jeweiligen spezifischen Eigenschaften wie Farbe, Reflektionsvermögen, Absorptionsvermögen, Duft, Aroma, elektrische Leitfähigkeit, Flammenwidrigkeit, Biozidität etc. übertragen.
Ein besonders vorteilhafter Gesichtspunkt, der sich aus der Verwendung ummantelter Teilchen ergibt, besteht darin, daß die jeweiligen Teilchen während der Herstellung des Papiers oder Vlieses in dieses eingearbeitet bzw. eingebettet werden aber noch alle ummantelt sind und die Ummantelung erst zu einem späteren Zeitpunkt bzw. einer späteren Verarbeitungsstufe, beispielsweise durch Reibung, Druck, Temperatur, Licht (UV) oder Lösungsmittel etc. entfernt werden kann, worauf die Teilchen dann freigesetzt werden und ihre jeweilige Eigenschaft oder Wirkung im Papier entfalten können.
Als Ummantelung für die Teilchen bieten sich Harze an. Insbesondere im Hinblick auf die bevorzugte Ausführungsform eines Overlaypapiers sind Harze wie Melaminformaldehydharz oder Phenolharze gut geeignet.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Papiers mit dem Schritt des Zugebens von ummantelten harten abrasiven Füllstoffteilchen direkt in die Papiermasse vor dem Durchlauf durch eine Papiermaschine und/oder auf einen Faserkörper in der Papiermaschine durch eine separate Auftragseinrichtung und/oder auf einen Faserkörper in der Leimpresse.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei als Füllstoffteilchen mineralische oder metallische Teilchen, vorzugsweise aus Korund, Aluminiumoxid-, Silizium-, Zirconium-, Wolfram-, Titan-, Tantal-, Berylum-, Bor-Verbindungen und Mischungen daraus verwendet werden.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei weitere ummantelte Füllstoffteilchen aus Materialien mit spezifischen Eigenschaften wie Farbe, Reflektionsvermögen, Absorptionsvermögen, Duft, Aroma, elektrische Leitfähigkeit, Flammenwidrigkeit, Biozidität etc. verwendet werden.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Füllstoffteilchen mit Harz, vorzugsweise mit Melaminformaldehydharz oder mit Phenolharz ummantelt werden.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Füllstoffteilchen mit einem Material ummantelt werden, das im fertigen Papier nachträglich entfernbar ist, vorzugsweise durch Reibung, Druck, Temperatur, Licht (UV) oder Lösungsmittel.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ummantelte Füllstoffteilchen im Bereich von 2 bis 50 Gew%, vorzugsweise im Bereich von 2 bis 30 Gew% bezogen auf das Flächengewicht verwendet werden.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei als Papierstoff eine Mischung von Laubholz, Nadelholz sowie Anteilen von Fasern aus Einjahrespflanzen wie Manila, Hanf, Flax, Sisal, Jute verwendet und vorzugsweise mit einem Naßfestmittel verfestigt wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 7, wobei das Papier mit einer Rohdichte von 0,40 - 0,60 g/cm³ auf einer Langsiebpapiermaschine gefertigt wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 7, wobei das Papier mit einer Rohdichte von 0,30 – 0,45 g/cm³ auf einer Schrägsiebmaschine gefertigt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei bei einer Applikation in der Leimpresse eine Leimpressenflotte mit einem Bindemittel, bevorzugt CMC, einem Naßverfestigungsmittel, bevorzugt Melaminformaldehydharz, einem Dispersionsmittel und den ummantelten Füllstoffteilchen angewendet wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Papier mit einem Flächengewicht zwischen 8 und 80 g/m², vorzugsweise zwischen 15 und 60 g/m², vorzugsweise 40 g/m² hergestellt wird.
Papier, in das ummantelte harte abrasive Füllstoffteilchen eingelagert sind.
Papier gemäß Anspruch 12, wobei die Füllstoffteilchen mineralische oder metallische Teilchen, vorzugsweise aus Korund, Aluminiumoxid-, Silizium-, Zirconium-, Wolfram-, Titan-, Tantal-, Berylium-, Bor-Verbindungen und Mischungen daraus umfassen.
Papier gemäß Anspruch 12 oder 13, wobei weitere ummantelte Füllstoffteilchen aus Materialien mit spezifischen Eigenschaften wie Farbe, Reflektionsvermögen, Absorptionsvermögen, Duft, Aroma, elektrische Leitfähigkeit, Flammenwidrigkeit, Biozidität etc. enthalten sind.
Papier gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei die Füllstoffteilchen mit Harz, vorzugsweise mit Melaminformaldehydharz oder mit Phenolharz ummantelt sind.
Papier gemäß einem der Ansprüche, 12 bis 15, wobei die Füllstoffteilchen mit einem Material ummantelt sind, das nachträglich entfernbar ist, vorzugsweise durch Reibung, Druck, Temperatur, Licht (UV) oder Lösungsmittel.
Papier gemäß einem der Ansprüche 12 bis 16, wobei der Gehalt an ummantelten Füllstoffteilchen im Bereich von 2 bis 50 Gew%, vorzugsweise im Bereich von 2 bis 30 Gew% bezogen auf das Flächengewicht liegt.
Papier gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Papierstoff eine Mischung von Laubholz; Nadelholz sowie Anteilen von Fasern aus Einjahrespflanzen wie Manila, Hanf, Flax, Sisal, Jute umfaßt und vorzugsweise mit einem Naßfestmittel verfestigt ist.
Papier gemäß einem der Ansprüche 12 bis 18, wobei das Papier mit einer Rohdichte von 0,40 – 0,60 g/cm³ auf einer Langsiebpapiermaschine gefertigt ist.
Papier gemäß einem der Ansprüche 12 bis 18, wobei das Papier mit einer Rohdichte von 0,30 – 0,45 g/cm³ auf einer Schrägsiebmaschine gefertigt ist.
Papier gemäß einem der Ansprüche 12 bis 20, wobei das Papier ein Flächengewicht zwischen 8 und 80 g/m², vorzugsweise zwischen 15 und 60 g/m², vorzugsweise 40 g/m² aufweist.
Papier gemäß einem der Ansprüche 12 bis 21, wobei die ummantelten harten abrasiven Füllstoffteilchen gleichmäßig darin verteilt sind.
Verwendung eines Papiers gemäß einem der Ansprüche 12 bis 22 oder eines nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 hergestellten Papiers als Overlaypapier.