DE2143950B2

DE2143950B2 - Verfahren zur Herstellung von doppelt beschichtetem Papier

Info

Publication number: DE2143950B2
Application number: DE2143950A
Authority: DE
Inventors: Thomas W. Appleton Wis. Busch (V.St.A.)
Original assignee: Appleton Papers Inc
Current assignee: Oldapco Inc
Priority date: 1969-01-31
Filing date: 1971-09-02
Publication date: 1975-09-25
Also published as: DE2143950A1; FR2151534A5; GB1330379A; US3767451A; US3632378A

Description

¹FiH^ "eine vergrößerte perspektivische Ansicht. Γ ^B: " ■ . r.u.;,°_von einem doppelt beschichteten

^der

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von doppelt beschichtetem Papier, bei dem das «inseitig mit Ton beschichtete Papier durch einen Kalander geführt und anschließend auf der geglätteten »inbeschichteten Seite eine Mikrokapseln enthaltende Emulsion aufgebracht wird.

Ein derartiges Verfahren ist aus der USA.-Patentschrift 34X52oy bekannt. Nach dieser Patentschrift wird die Mikrokapseln enthaltende Emulsion mit einer Walze aulgebracht, welche einen aufgerauhten biegsamen Belag aufweist und beim Aufbringen der Emulsion gegen die vorher geglättete Papierbahn drückt und diese aufrauht (vgl. insbesondere Spalte4. Zeilen 20 bis 41). Die aufzubringende Emulsion wird aus einer Düse od. dgl. (vgl. insbesondere Abb. 2) in den Zwickel zwischen Aufbringwalze und Papierbahn gesprüht (Spalte 2, Zeilen 24 2(->). was eine unabhängige Steuerung der zugeführten Menge Emulsion erfordert. Da die Papieroberfläehe beim Aufbringen der Emulsion notwendigerweise aufgerauht, jedoch eine glatte Papieroberfläehe angestrebt wird, müssen die Unebenheiten nachfolgend wieder beseitigt werden. Aufgabe der Erfindung ist es, diesen zusätzlichen Arbeitsgang zu vermeiden. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Emulsion aus einem Bad mittels eines 3-Walzen-Systems auf den Papierstrang übertragen wird.

Mit der vorliegenden Erfindung gelingt es, ohne ei neutes Aufrauhen der vorher geglätteten Papieroberfläohe die erforderliche Menge Emulsion aufzubringen, wobei es keiner unabhängigen Steuerung der zugeführten Menge Emulsion bedarf. Beim erfindungsgemäß vorgesehenen 3-Walzen-Systcm regelt die Meßwalze selbsttätig die Menge Emulsion, die aus dem Bad über Aufnahme- und Abgabe-Walze auf die Papierbahn übertragen wird. Da beim erfindungsgemäßen Verfahren nicht notwendigerweise die Papieroberfläehe aulgerauht werden muß, um die erforderliche Menge Emulsion aufzubringen, ist auch keine nachfolgende Glättung der Papieroberfläehe erforderlich; erfindungsgemäß wird lediglich die Emulsionsschicht geglättet und getrocknet.

Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeitcn ien Erfindung ..-„.

ua/v-Patentschriften 2299693. 2374862, 254KJon, 2712507, 2730456, 2730457, 2800457, 2929736, 2932582, 3020171, 3104980 und 3 129 103 wird ein Kopierprozeß beschrieben, bei dem voneinander getrennte Schichten auf einem geeigneten Träger vorgesehen sind, wobei eine der Schichten einen flüssigen Wirkstoff enthält, z. B. eine farblose Farbstoff komponente, die in einem flüssigen Lösungsmittel aufgelöst ist und in gleichmäßig in der ao Schicht verteilten mikroskopischen Kapseln eingeschlossen ist. Diese Schicht wird im folgenden als Emulsionsschicht bezeichnet werden. Die andere Schicht besteht aus Ton oder einer anderen bestimmten Substanz, die mit der Flüssigkeit reagieren kann, a5 wenn diese aus den Kapseln austritt, um ein farbiges Bild >j erzeugen. Diese Schicht wird im folgenden als Tonschicht bezeichnet. Wenn die Emulsionsschicht, die die eingekapselte Flüssigkeit enthält, in Oberflächenkontakt mit der Tonschicht angeordnet wird, wird erst Farbe entwickelt, wenn mittels Stift. Bleistift. Griffel. Schreibmaschinentypenhebel, Prägeplatteneindruck od dgl. Druck ausgeübt wird, oder wenn durch Hitze die Kapseln in den Bildflächcn zerbrochen werden. Die Flüssigkeit tritt dann aus den zerbrochenen Kapseln aus und benetzt das angrenzende aufnehmende Material in der Tonschicht, um ein Bild zu entwickeln.

In einem Vcrvielf ältigungssatz wird der Deckbogen des Satzes so hergestellt, daß er nur auf seiner Unterseite mit der Emulsionsschicht beschichtet ist. während der Grundbogen des Satzes nur auf seiner Oberseite mit einer Tonschicht versehen wird. Alle dazwischenliegenden Bögen werden auf der Unterseite mit einer Emulsionsschicht und auf der ()bcrseite mit einer Tonschicht versehen und bilden so zweiseitig beschichtete Bögen.

Weil die Emulsionsschicht teurere Materialien enthält und daher die aufwendigere Beschichtung darstellt, ist es anzustreben, die Tonschicht mit einem hohen Grad von Oberflächenglätte herzustellen, um auf diese Art einen wirksameren Kontakt mit der Emulsionsschicht zu erreiche.i und so möglichst viel von der eingekapselten Flüssigkeit, die von der Beschichtung abgegeben wird, verwenden zu können. Auf Grund der Talsache, daß die Emulsionsschicht empfindlich gegen Druck ist. der die Kapseln vorzeitig zerbrechen könnte, war es bisher üblich, das Papier zunächst mit der Tonschicht zu beschichten, wobei kalandert werden kann, um die Beschichtung vor der Aufbringung der Emulsionsschicht zu glätten.

Die Emulsionsschicht besteht aus einem wäßrigen Gemisch, das zerbrechbare mikroskopische Kapseln aus gegerbter Gelatine enthält, die eine flüssige, Farbe bildende Substanz, wie z. B. in einem organischen Lö-

bildende Substanz, wie /.. B. in eine g sungsmittel gelöster farbloser Farbstoff, enthält. In dem Emulsionsschichtgemisch kann auch eine be-1 rächt liehe Menge (bis zu 50 Gewichtsprozent der Kapseln) von grobem partikclförmigem Feststoff

enthalten sein, wie z. B. mit den zerbrechlichen Kapseln aufgeschwemmte Zellulosefasern. In dem wäßrigen Medium kann auch eine kleine Menge von wasserlöslichem Binder gelöst sein. Für eine ausführlichere Beschreibung der Emulsionsschicht sei auf die USA.-Patentschrift 2711375 und andere der schon genannten Patente verwiesen.

Die Tonschicht enthält in feinverteilter Suspension z. B. Attapulgitton oder speziellen Kaolinton, mit oder ohne andere Füller, z. B. Kalziumkarbonat, SiIikagel, Satinweiß und ähnliches und eine kleine Menge Kunstharzbinder.

Zur Herstellung von doppelt beschichteten Zwischenbögen wird der Rohpapiervorrat in Form von Rollen 10 geliefert, die drehbar auf einer auf einem Abwickelständer 14 montierten Spindel 12 gelagert sind. Der Strang 16 des Rohvorratspajriers wird von der Rolle 10 über eine Reihe von Leerlaufrollen und Führungsrollen 18 zu einer ersten Beschichtungsstation 20 geleitet.

Die erste Beschichtungsstation enthält eine Abgabewalze 22 im Umfangskontakt zuerst mit der Aufnahmewalze 24 und dann mit der Meßwalze 26. Der untere Teil der Aufnahmewalze 24 taucht in ein Bad mit einer Tonschichtmischung, um eine Schicht von Tonbeschichtung aufzunehmen, von der ein Teil weitergegeben wird, um eine Schicht auf der Umfangsober.'läche der Abgabewalze 22 zu bilden. Bev ir die Abgabewalze 22 die Unterseite des Papierstranges 16 erfaßt, wird sie von der Meßwalze 26 mitgenommen, die die Tonschicht glättet und die Schicht mißt, bevor ein Kontakt mit dem Papier stattfindet. Die Abgabewalze 22 erfaßt dann die Bodenseite des Papierstranges 16, während dieser zwischen den Führungswalzen 30 und 32 hindurchläuft. Dabei wird eine abgemessene Menge wäßriger Tonschichtmischung auf die Bodenseite des Papierstranges aufgebracht, und zwar in einer Menge von etwa (1,5 bis 1 Kilogramm pro lOOnv Papieroberfläche.

Von der ersten Beschichtungsstation 20 wird der nunmehr einseitig beschichtete Papierstrang direkt zu mem Luftmesser 34 vorgezogen, das mit einer Umlcnkrolle 36 zusammenarbeitet, um die Beschichtung auf der Oberfläche des Papiers zu messen und die Beschichtungsmischung gleichmäßig auf der Oberfläche zu verteilen. Der beschichtete Strang wird, während er noch feucht von der Tonschichtmischung ist. von dem Luftmesser zu einem Teil 42 eines Trockenofens vorgezogen, der auf einer Temperatur von ungefähr 105° C bis 150" C¹ gehalten wird, während de·" Strang auf einem endlosen Förderband 44 getragen wird. Der obere Trum des Förderbandes wird durch Walzen 46 gehalten und auf gekrümmter Bahn durch den Trockner geführt. Es ist von Vorteil, einen durchlöcherten Riemen oder ein aus einem dampfdurchlässigen Material bestehendes Förderband zu verwenden, um dem Wasserdampf das Entweichen zu ermöglichen, wenn er von der Beschichtung abgegeben wird. Das endlose Förderband 44 wird außerhalb des Trockners um die Rollen 48 und SO herumgeführt, während der Rückweg wieder durch den Trockner führt, um die Temperatur aufrechtzuerhalten, wobei das Förderband in Bodennähe auf Rollen 52 gehalten wird. Zur Aufrechterhaltung der richtigen Randspannung dient eine Aufnchmerrolle 54. Für eine genaue Beschreibung desTrocknungssystemssei auf die USA.-Patentschrift 3 311 4^l)y hingewiesen.

Vor Aufbringung der Emulsionsschicht mit eingekapseltem Material wird der nunmehr einseitig tonbeschichtete Papierstreifen in schneller Folge durch die Walzen eines Kalanders geführt, in der Zeichnung als ein 5-Rollenkalander 61 mit Hartstahlrollen gezeigt.

Die Kalandrierung bewirkt eine Verbesserung der Glätte und erhöht den Widerstand gegen Verzerrung beim Absetzen und reduziert außerdem die Porosität des Papiers, wodurch auch eine Kapselbeschichtung mit weniger teurem Kapselbeschichtungsmaterial

ίο auskommt. Dies ergibt nicht nur eine deutliche Kostenersparnis, sondern ein Durchfeuchten beschränkt sich auf die Oberfläche, anstatt daß eine Durchdringung auftritt, wodurch eine höhere Gesi_-hwindigkeit mit weniger Wellung in dem doppelt beschichteten Vervielfältigungsbogen erreicht wird. Das tonbeschichtete Papier 16 wird dann mit der getrockneten Tonbeschichtung 60 auf seiner Oberseite vom Kalander 61 über eine Reihe von Führungsund Spannwalzen 62 zu einer zweiten Beschichtungs-

ao station 64 geführt, wo die Aufbringung der Emulsionsschicht erfolgt. Diese zweite Beschichtungsstation ist von der gleichen Konstruktion wie die erste, sie besteht aus einer Abgabewal/e 66 in Kontakt mit der unbeschichteten Seite des Papierstranges 16, einer

as Meßwalze 72 und einer Aufnehmerwalze 74, die mit ihrem unteren Teil in einer Pfanne 76 mit der Emulsionsmischung eingetaucht ist. Die Mischung überträgt sich vom Anfang der Aufnahmewalze auf den Umfang der Abgabewalze, und die durch die Abgabewalze aufgebrachte Menge wird durch die Meßwalze des schon beschriebenen 3-Rollenübergangs abgemessen. Die Aufbringung erfolgt, während der Strang zwischen den Fuhrungswalzcn 68 und 70 gehalten wird. Es werden ungefähr 0.5 l->is 0.7 Kilogramm pro 10(1 m^: angebracht.

Vor der Beschichtungsstation 64 wird der beschichtete Strang über eine Walze 80 zu einem /weiten Luftmesser 48 geführt, das wiederum die Menge der Beschichtungsmischung abmißt, die auf dem Strang verbleiben kann, und die die Mischung gleichmäßig über den Strang verteilt. Hinter dem Luftmesser wird die tonbesehichtett Fläche durch eine oder mehrere Walzen 82 erfaßt, um die Beschichtung durch Rückwärtswalzentechnik zu glätten. Zwar sorgen derartige Rückwärtswalzen für die Verbesserung der Glätte der Beschichtung, doch sind sie an sich nicht wesentlich für die Emulsionsschicht. Von den Glättungswalzen 82 wird der nunmehr auf beiden Seiten beschichtete Streifen um die Walze 80 geführt, um die trockene Schicht nach unten und die feuchte Emulsionsschicht nach oben zu bringen, und dann über eine Ansaugzonc 84 zu einem oberen Teil 86 des Trockenofens vorgezogen, wo er aul der Oberfläche eines weiteren endlosen Förderbandes 83 getragen wird. Das obere Trum des Förderbandes wird durch in Längsrichtung voneinander getrennte quer sich erstreckende Walzen 90 auf einem gekrümmten Weg durch den Trockner geführt, und das Förderband stützt den Streifen auch auf einer kurzen Strecke hinter dem Ausgang des Trockners, woraufhin das Förderband nach unten über Walzen durch den Ofen zurückgeführt wird. Eine Walze 92 ist außerhalb des Trockners zur Einstellung der Förderbandspannung vorgesehen. Auch hier ist ein dampfdurchlässiges Förderband nützlich.

Der Strang 16, der auf einer Seite mit einer getrockneten Emulsionsschicht 60 und auf der gegenüberliegenden Seite mit einer getrockneten Tonschicht 94 beschichtet ist, wird dann über eine Reihe

von Führungs- und Spannwalzen 96 zu einer Aufwikkelwalze 98 geführt, die auf einem Aufwickelständer 100 montiert ist und den beschichteten Strang aufwikkelt. Der Strang wird also durch das Bcschichtungsgerät und durch den Trockner unter Spannung hindurchgezogen, die durch die Aufwickelwalze geliefert wird.

Auch nach dem herkömmlichen Verfahren wurden die Beschichtungen in der gleichen Reihenfolge aufgebracht, nämlich zuerst Aufbringung der Tonschicht und dann der Emulsionsschicht, aber die Beschichtungen wurden in verschiedenen Arbeitsgängen auf verschiedenen Maschinen mit verschiedenen Kalandern und noch einer weiteren Maschine dazwischen aufgebracht. Solch ein aus drei Teilen bestehendes Verfahren erfordert wesentlich mehr Investitionskapital, Raum und Arbeitskräfte, und die nicht integrierte Anordnung führt zu Schwierigkeiten beim Transport und beim Zeitplan, die eine schnelle und wirtschaftliche Herstellung von Vervielfältigungsbögen stören.

Es wurden Anstrengungen unternommen, die Arbeitsschritte auf der Beschichtungsmaschine zu einem einzigen zusammenzufassen, indem zuerst die Emulsionsschicht und dann die Tonschicht aufgebracht wurde mit der möglichen Weglassung des Kalanders, aber gewisse Vorteile im Hinblick auf die Qualität und die Wirkungsweise werden erreicht, wenn die Reihenfolge umgedreht und das im Arbeitsgang stattfindende Kalandrieren unmittelbar vor der Emulsionsbeschichtung angewendet wird.

Im Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit stellt die Kapselemuteionsbeschichtung die aufwendigere Beschichtung dar. Daher ist es im Gebrauch erstrebenswer\ eine möglichst hohe Oberflächenglätte bei der Tonschicht zu erhalten, um so einen möglichst engen Kontakt zwischen der Emulsionsschicht und der Tonschicht in dem Kopiersystem zu erreichen. Dadurch wird die eingekapselte Flüssigkeit nach Austritt aus den Kapseln am besten ausgenutzt.

Weiterhin wurde im Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit gefunden, daß, wenn der mit Ton beschichtete Papierstrang in der beschriebenen Weise unmittelbar vor der Durchfeuchtung des Papiers mit der wäßrigen Emulsionsbeschichtung kalandriert wird, die Menge der Emulsionsbeschichtung, die auf das Papier aufgebracht wird, vermindert und dabei die Kosten weiter reduziert werden können, ohne daß die Wirkungsweise leidet.

Hinsichtlich der Durchführung wurde gefunden, daß eine verbesserte Glätte und eine reduzierte Porosität sogar dann erhalten wird, wenn das beschichtete Blatt erneut mit der wäßrigen Emulsionsschicht durchnäßt wird, da die wäßrige Emulsionsschicht weniger tief in das Basispapier eindringt. Daher muß weniger Feuchtigkeit aus dem Papier herausgetrieben werden, wodurch höhere Geschwindigkeiten bei der Herstellung mit weniger Runzel- oder Kräuselgefahr in dem getrockneten Bogen erreicht wird.

Offensichtlich stellt das geschilderte Verfahren, das das gleichzeitige Eleschichten, das 3-Walzen-Messen und das Hochgeschwindigkeitstrocknen in einen fortlaufenden Arbeitsgang auf einer einzigen Maschine verbindet, weniger Anforderungen an vorhergehende oder nachfolgende Bearbeitungsausrüstung, verbessert die Qualität, vermindert deutlich die Arbeitskosten, verbessert stark die Rohmaterialausnutzung und erzeugt außerdem ein besseres und gleichmäßigeres Produkt.

Das beschriebene Tandem-Verfahren erzeugt ein doppelt beschichtetes Papier von besserer Qualität, besserer Kopierqualität, verbessertem Widerstand gegenüber Verschmutzung infolge der Glätte der Tonbeschichtung, verbesserter Zeichenklarheit durch Ausschaltung von einer Schichtstruktur, minimaler oder gar keiner Wellung, weniger Papierverzerrung - und das alles bei geringen Materialkosten mit weniger Abfall.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von doppelt beschichtetem Papier, bei dem das einseitig mit Ton beschichtete Papier duich einen Kalander geführt und anschließend auf der geglätteten unbeschichletcn Seite eine Mikrokapseln enthaltende Emulsion aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Emulsion aus einem Bad mittels eines 3-Walzen-Systems auf den Papierstrang übertragen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als 3-Walzen-System eine Kombination von Aufnahme-, Meß- und Abgabewalze verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem 3-Walzen-System pro 100 nv Papieroberfläehe 0,5 bis 0.7 kg Emulsion aufgebracht werden.

Es zeigt u·

einer schematischen Seitenansicht eine ,gsmaschine gemäß der vorliegenden Er-