DE3541187C2 - Verfahren zur Herstellung einer mit Kunstharzen imprägnierten Papierbahn sowie deren Verwendung - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer mit Kunstharzen imprägnierten Papierbahn sowie deren Verwendung

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 zur Herstellung von mit Kunstharzen imprägnierten Papierbahnen sowie deren Verwendung.
Es ist üblich und bekannt, Gehäuse für Fernseh- und Radiogeräte, Hi-Fi-Türme und andere Möbelteile mit Kunststoffolie vollständig zu beschichten bzw. zu umhüllen. Man verwendet dazu vorzugsweise PVC-Folie unterschiedlicher Dicke.
Diese PVC-Folien werden z. B. auf Holzspanplatten geklebt und anschließend werden aus diesem Verbundmaterial nach möbeltechnischen Grundsätzen Möbelteile oder Gehäuse in einem Arbeitsgang hergestellt, d. h. daß man in die Holzspanplatten V-förmige Nuten einschneidet und dann die Platten in diesen Nuten faltet oder umbiegt und so in einem Arbeitsgang Gehäuse, Möbelteile oder dergleichen herstellt.
Wichtig ist es bei diesem Verfahren, daß an der Faltlinie kein Einreißen der Folie eintritt. Nachteilig an diesem Verfahren ist es wiederum, daß die PVC-Folie vor ihrer Verwendung direkt und zur Erzielung einer guten Bedruckbarkeit einer entsprechenden Oberflächenbehandlung, beispielsweise einer Koronabehandlung unterzogen werden muß.
Außerdem müssen die Spanplatten eine sehr saubere und glatte Oberfläche aufweisen, damit noch wirtschaftlich vertretbare Ergebnisse erzielt werden können (Auftrag dünner Folien).
Besonders nachteilig ist es aber, daß die PVC-Folie eine sehr ungünstige Dimensionsstabilität (Dehnungs-/Schrumpfungsverhalten) aufweist, wenn Temperaturänderungen erfolgen, niedrige Weiterreißfestigkeit aufweist, eine geringe Lichtstabilität besitzt sowie hohe elektrostatische Aufladbarkeit und eine Erweichung bei 75 bis 85°C bereits stattfindet. Bei Erwärmung auf mehr als 120°C findet außerdem eine HCl-Abscheidung statt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein folienförmiges, kunstharziges, bahnförmiges Material herzustellen, das die Nachteile der üblicherweise verwendeten reinen Kunststoffolie nicht aufweist, darüber hinaus eine gute Flexibilität aufweist, Wasserfestigkeit besitzt und Beständigkeit gegen Lösungsmittel sowie auch eine innere Festigkeit und eine gute Dimensionsstabilität bei Feuchte und Temperaturänderungen.
Außerdem soll das bahnförmige Material aus günstigen Rohstoffen in wirtschaftlicher Weise und mit möglichst keinen zusätzlichen Verfahrensstufen herstellbar sein, mit Ausnahme der Herstellung der geglätteten Papierbahn selbst.
Aus der Literatur, beispielsweise aus der DE-PS 25 50 980 ist es bekannt, Rohpapierbahnen mit wäßrigen Tränkharzlösungen und/oder Dispersionen durch Einsaugen der Tränkflüssigkeit an einer Saugzone zu imprä­ gnieren, wobei man eine wenigstens zur vollständigen Sättigung ausreichende Menge auf die Oberfläche der Papierbahn aufträgt und die Papierbahn anschließend über eine Saugzone führt, in der die Imprägnierflüssigkeit zur anderen Oberfläche durchgesaugt wird. Tränkharzlösungen sind aber Harze auf der Basis von Harnstoff-, Melamin- und Phenolharzen und formaldehydhaltig und führen zu spröden Produkten.
Bei diesem Verfahren ist es erforderlich, die Rohpapierbahn nach ihrer Herstellung einer zweiten Vorrichtung zuzuführen und sie erneut abzurollen, zu imprägnieren unter Verwendung zusätzlicher Einrichtungen wie einer Saugzone und Trockenvorrichtung und sie wieder aufzurollen.
Außerdem ist bei diesem Verfahren die Verteilung der Imprägnierflüssigkeit über den Papierquerschnitt ungleichmäßig, so daß Zonen stärkerer Imprägnierung entstehen neben Zonen geringerer Imprägnierung, was zur Aufspaltung des Papierkerns führen kann.
In der DE-OS 30 24 394 wird ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffurniers in einer Papiermaschine beschrieben, bei dem die Papierbahn in der Trockenpartie mit einer Imprägnierung versehen wird, die in der Leimpresse erfolgt. Die Durchtränkung der Papierbahn mit der Imprägnierflüssigkeit in der Presse ist jedoch nur dann vollständig, wenn die Papierbahn bereits vorimprägniert ist, so daß also auch hier zusätzliche Einrichtungen erforderlich sind.
Erfindungsgemäß wird das Problem durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorzugsweise liegt der pH-Wert zwischen 8 und 9.
Der Zellstoff der Papierbahn besteht in Verfolg der Erfindung aus Eukalyptus-Zellstoff und Kiefernholzsulfat-Zellstoff in einem Verhältnis vorzugsweise von 30 : 70 bis 15 : 85. Der Mahlgrad liegt vorzugsweise zwischen 15 und 25° SR.
Dem Faserstoff der Papierbahn können weitere chemische Hilfsmittel als Naß- und Trockenverfestiger, Fällungsmittel (Fixiermittel), Kunstharzdispersionen, Tenside, Farbstoffe zugesetzt werden, die die Eigenschaften des Rohpapieres variieren.
Besonders günstig im erfindungsgemäßen Sinne hat sich formaldehydfreies Naßverfestigungsmittel in einer Menge von 1 bis 5 Gew.-%, bezogen auf den atro Faserstoff erwiesen, in Form von beispielsweise Polyamidamin-Epichlorhydrin-Harz sowie ein Zusatz einer Kunstharzdispersion z. B. auf der Basis von Acrylsäureester oder Styrol-Butadien in einer Menge von 1 bis 20%, bezogen auf atro Faserstoff und ein geringer Zusatz von Tensiden zur besseren Benetzbarkeit des Papieres, in einer Menge von <0,5% bezogen auf atro Faserstoff.
Diesen Imprägniersubstanzmischungen können auch weitere Hilfsmittel als Benetzungsmittel, Viskositätsregler, Antihaft- und Penetrationshilfsmittel, Pigmente, Farbstoffe und Entschäumer zugesetzt werden.
Erfindungsgemäß wird diese Imprägniersubstanz in Form eines Gemisches aus Lösung und Dispersion mit einem Feststoffgehalt von 5 bis 60% eingesetzt, wobei die Viskosität zwischen 10 und 60 s (nach DIN-Becher, 4 mm) liegt.
Der Auftrag dieser Imprägnierungs- und Beschichtungsmischung erfolgt auf das Faservlies innerhalb der Papiermaschine in einer Walzenauftragsvorrichtung. Dabei wird das Faservlies mit einem Trockengehalt von 98 bis 92% durch eine Leimpresse zugeführt und so die beiderseitige Tränkung vorgenommen.
Nach dieser ersten Prozeßstufe der Imprägnierung kann eine weitere einseitige oder beidseitige Oberflächenabdeckung, d. h. Beschichtung, des Faservlieses innerhalb der Papiermaschine mit der gleichen oder einer ähnlich aufgebauten Copolymermischung vorgenommen werden, wobei zwischen den beiden einzelnen Prozeßstufen eine Zwischentrocknung stattfinden sollte.
Durch eine nachträglich aufgebrachte Beschichtung auf einer Seite der getrockneten Bahn wird eine dichtere Oberfläche erreicht, die eine bessere Bedruck- oder Lackierbarkeit oder Kaschierbarkeit erreicht. Wenn nur eine weitere einseitige Oberflächenbeschichtung erfolgt, kann diese vermittels einer Rakelauftragsvorrichtung vorgenommen werden. Ein einseitiges Rollen der beschichteten Papierbahn kann durch einen zusätzlichen Auftrag auf der Rückseite vermieden werden.
Ein solcher Auftrag kann beispielsweise eine stark wäßrige Lösung von Stärke oder CMC sein. Eine zusätzliche Glättung der imprägnierten und einseitig beschichteten Bahn z. B. mit bekannten Maschinenglättwerkseinrichtungen oder in einem separaten Arbeitsgang in einem Kalander erhöht noch die gewünschte Bedruck- und Lackierbarkeit der beschichteten Seite.
Diese auf solche Art und Weise hergestellte faserhaltige Folie unterschiedlicher Dicke und unterschiedlicher Rohdichte, je nach angewandtem Druck bei der Vliesherstellung und Glättung der getränkten und beschichteten Bahn, eignet sich vorzüglich im festen Verbund mit einer relativ starren und steifen Unterlage, z. B. Holzspanplatte, als dekorative und schützende Umhüllung von Möbelteilen wie z. B. Fernseh- und Radiogehäuse oder Hi-Fi-Türme (Gehäuseummantelung). Durch Anwendung dieser wirtschaftlich günstig herstellbaren faserhaltigen Folie werden die eingangs erwähnten Nachteile bei Verwendung von PVC- oder anderer Kunststoffolie vermieden.
Die erfindungsgemäß hergestellte faserhaltige Folie von hoher Flexibilität, Dimensionsstabilität bei Temperaturveränderung und mit guten Sperreigenschaften gegen Wasser und Lösungsmittel ist ebenfalls für andere Zwecke vorzüglich geeignet wie z. B. als Basismaterial von hochwertigen Schleifpapieren für den Naßschliff, Druck- und Werbeträger, dekoratives Wandmaterial (z. B. schwer entflammbare pigmentierte oder unpigmentierte dimensionsstabile Tapete), Klebebänder, Trägerpapier z. B. für Fußbodenbeläge.
Die Erfindung wird nun anhand von Beispielen näher erläutert.
Beispiele
Erfindungsgemäß wurde ein Rohpapier folgender Zusammensetzung und Beschaffenheit als zweilagiges Papier auf einer Duplex-Papiermaschine hergestellt:
  • 80% Kiefernholzsulfat-Zellstoff
  • 20% Eukalyptus-Zellstoff
  • Mahlgrad 30° SR (Schopper-Riegler)
Zusätze, handelsüblich (auf atro Zellstoff berechnet):
  • 1% Talkum
  • 3% formaldehydfreies Naßverfestigungsmittel
  • 0,3% Netz- und Dispergiermittel
Dieses Rohpapier mit einer Flächenmasse von 90 g/m² wurde mit der erfindungsgemäßen Kunstharz-Mischung von Dispersion und Lösung im Verhältnis 20 : 1 in einer Leimpresse beidseitig imprägniert. Der mit dieser erfindungsgemäßen Kunstharz-Mischung überraschend starke Imprägniereffekt, besonders charakterisiert anhand der Schichtfestigkeit und Steifigkeit unter Berücksichtigung der sich dabei einstellenden Wasserabsorption, beruht auf einem synergistischen Effekt der verwendeten Dispersion und Lösung, die, allein eingesetzt, bei weitem nicht die gleichen angestrebten guten Papiereigenschaften erreichen lassen.
Nachfolgende Beispiele belegen das. Die Leimflotten mußten z. T. mit Wasser auf die optimale Viskosität (<60 s nach DIN-Becher, 4 mm) eingestellt werden.
Leimpressen-Rezepturen
1 - Kunstharz-Dispersion allein (wäßrige anionische Copolymerdispersion auf Basis von Acrylsäureester, Acrylnitril und Styrol), Feststoffgehalt 50%, mittlere Teilchengröße ca. 0,1 µm, mittlere Filmhärte, Mindest-Filmbildetemperatur <1°C.
2 - Kunststoff-Dispersion, mit Wasser verdünnt, Feststoffgehalt 25%
3 - Kunststoff-Lösung allein, mit Wasser verdünnt (anionische wäßrige Lösung eines carboxylgruppenhaltigen Copolymers auf Basis von Maleinsäureanhydrid), Feststoffgehalt ca. 12%
4 - Kunststoff-Lösung mit formaldehydfreiem Naßfestmittel, mit Wasser verdünnt, Feststoffgehalt ca. 10%
5 - erfindungsgemäße Kunststoffmischung, bestehend aus Dispersion (gemäß Beispiel 1) und Lösung (gemäß Beispiel 3) im Verhältnis 20 : 1, mit Zusätzen von
- formaldehydfreiem Naßverfestigungsmittel und
- Entschäumer,
verdünnt mit Wasser auf einen Feststoffgehalt von ca. 25%.
Interpretation der Ergebnisse
Eine reine Kunstharz-Dispersion (Rezeptur 1) reduziert zwar aufgrund ihrer guten filmbildenden Eigenschaften die Wasserabsorption am stärksten, die Penetration in das Rohpapier ist jedoch unzureichend. Das belegen die nur geringfügig verbesserten Werte bezüglich Schichtfestigkeit und Steifigkeit.
Durch eine Verdünnung dieser Dispersion mit Wasser (Rezeptur 2) erfolgt eine stärkere Penetration in das Rohpapier bei gleichzeitig erhöhter Wasserabsorption und noch ungenügender Elastizität des imprägnierten Papiers.
Die ungenügende Imprägnierung machte sich außerdem in einer unzureichenden Ribbelfestigkeit der Papieroberfläche bemerkbar. Die Imprägnierung des Rohpapiers mit der wasserverdünnten Kunstharz- Lösung (Rezeptur 3) führt zwar zu einer verbesserten Elastizität, jedoch auf Kosten einer stark verschlechterten Schichtfestigkeit.
Auch der Zusatz von Naßverfestigungsmittel (Rezeptur 4) bewirkt keine wesentliche Eigenschaftsänderung des imprägnierten Papiers.
Erst durch die erfindungsgemäße Kunstharz-Mischung von Dispersion und Lösung (Rezeptur 5) werden der gewünschte hohe Imprägniereffekt der Leimflotte und damit alle angestrebten guten Papiereigenschaften erreicht, charakterisiert durch eine um ca. 10% höhere Schichtfestigkeit als bei Rezeptur 2, relativ niedrige Wasserabsorption und höchste Elastizität (ca. 10% niedrigere Steifigkeit als bei Rezeptur 3).
Dieser anhand der Wirkung der Einzelkomponenten (Dispersion, Lösung, Naßverfestigungsmittel) nicht zu erwartende überproportional hohe Imprägniereffekt ist auf den Synergismus von Dispersion und Lösung zurückzuführen.
In einer weiteren Versuchsreihe wurde die mittelharte Kunstharzdispersion 5) durch eine harte Dispersion mit einer Teilchengröße von ca. 0,15 µm, Mindest-Filmbildetemperatur ca. 25°C, ausgetauscht. Bei dieser Dispersion handelte es sich um eine wäßrige Copolymerdispersion auf Basis von Acrylsäureester und Styrol.
Folgende Eigenschaften des damit imprägnierten Rohpapiers wurden erhalten (die mit der Rezeptur 5 aus der vorhergehenden 1. Versuchsreihe erreichten Ergebnisse wurden zum besseren Verständnis nochmals aufgeführt):
6 - Kunstharz-Dispersion, mit Wasser verdünnt, mit Zusatz von formaldehydfreiem Naßfestmittel, Feststoffgehalt ca. 25%
7 - erfindungsgemäße Kunstharzmischung, bestehend aus Dispersion und der Lösung gemäß Beispiel 3 im Verhältnis 20 : 1, mit Zusätzen von:
- formaldehydfreiem Naßverfestigungsmittel und
- Entschäumer,
verdünnt mit Wasser auf einen Feststoffgehalt von ca. 25%.
Interpretation der Ergebnisse
Mit einer reinen Kunstharz-Dispersion gemäß Rezeptur 6 ist, wie auch bereits bei den Rezepturen 1 und 2 belegt, nicht der angestrebte hohe Imprägniereffekt zu erreichen. Erst die erfindungsgemäße Kombination von Dispersion und Lösung führt wiederum zu den gewünschten Papiereigenschaften, wobei aufgrund der hohen Filmhärte der gewählten Dispersion die Elastizität des imprägnierten Papieres schlechter als bei Verwendung der Rezeptur 5 ausfällt.
Durch eine nachfolgende Satinage dieser erfindungsgemäß imprägnierten Papiere wird die Steifigkeit um 10 bis 20%, die Wasserabsorption um 15 bis 20% erniedrigt, während die Schichtfestigkeit nahezu konstant bleibt.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung einer mit Kunstharzen im­ prägnierten Papierbahn in einer Leimpresse in der Trockenpartie der Papiermaschine, wobei die Papier­ bahn aus einem Eukalyptus-Zellstoff und Kiefernholz­ sulfat-Zellstoff im Verhältnis 50 : 50 bis 10 : 90 mit einem Mahlgrad von maximal 35° SR gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß man eine formaldehydfreie Imprägnierflüs­ sigkeit aus einem Gemisch aus
wäßrigen, anionischen Copolymerdispersionen auf der Basis von Acrylsäure, Acrylsäureestern, Acrylnitril, Vinylacetat und/oder Styrol einer mittleren Teilchen­ größe unter 0,2 µm, geringer bis mittlerer Filmhärte und einer Mindest-Filmbildetemperatur von unter 30°C und aus
wäßrigen, anionischen Lösungen von Copolymerisaten auf der Basis von Maleinsäureanhydrid oder Maleinsäure mit Styrol, Acrylsäure oder Acrylsäureestern
im Ver­ hältnis 100 bis 10 : 1 (auf die Wirksubstanz berechnet) einsetzt,
die Imprägnierflüssigkeit einen pH-Wert zwischen 7,5 und 10 und einen Feststoffgehalt von 5 bis 60% auf­ weist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den pH-Wert auf einen Bereich zwischen 8 und 9 einstellt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Verhältnis Eukalyptus-Zellstoff zu Kiefernholzsulfat-Zellstoff 30 : 70 bis 15 : 85 beträgt und wahlweise in Verbindung mit syn­ thetischen Faserstoffen und vorzugsweise einer schneidenden Mahlung bis zu einem Mahlgrad von 15 bis 25° SR unterworfen wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man dem Faserstoff der Papier­ bahn weitere chemische Hilfsmittel als pH-Regulie­ rer, Naß- und Trockenverfestiger, Kunststoffdisper­ sionen, Fällungsmittel (Fixiermittel), Tenside und Farbstoffe zusetzt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Verhältnis wäßrige, an­ ionische Copolymerdispersionen zu wäßrigen, anio­ nischen Lösungen von Copolymerisaten von 25 : 1 bis 15 : 1 einstellt und als weitere Zusätze Härtungs-, Viskositätsregulierungs-, Antihaft- und Penetrations­ hilfsmittel sowie Pigmente und Farbstoffe einsetzt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man das Faservlies der Papier­ bahn innerhalb der Papiermaschine in einer ersten Prozeßstufe beidseitig in der Leimpresse mit der Imprägnierflüssigkeit durchtränkt, eine Beschichtung in einer zweiten Prozeß­ stufe einseitig mittels Rakelauftrag aufbringt und anschließend die Oberfläche der Papierbahn glättet.
7. Verwendung einer nach den Ansprüchen 1 bis 6 herge­ stellten getrockneten Papierbahn zur Umhüllung von Möbelteilen (Gehäuseummantelung) durch Aufkleben der­ selben auf eine steife Unterlage und Weiterverarbei­ tung eines solchermaßen erhaltenen Verbundstoffs durch Anbringung von Gehrungsschnitten und Faltung im Bereich der Gehrungsschnitte zu dreidimensionalen Möbelteilen (Faltkorpus).
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