DE9419333U1 - Beschichtungsmittel für Papieroberflächen - Google Patents
Beschichtungsmittel für PapieroberflächenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Beschichtungsmittel für Papieroberflächen.
Mit Beschichtungsmitteln können Papieroberflächen mit hoher Glätte und hohem Glanz sowie
verminderter Permeabilität gefertigt werden.
So ist es bekannt, Papieroberflächen mit Streichmitteln aus Polymerdispersionen, bei welchen
die dispersen Phasen aus ca. 95 % Polymerteilchen eines Durchmessers von größer als 0,003
mm bestehen. Derartige Dispersionen werden üblicherweise mit Pigmenten oder sonstigen mineralischen,
kleinteiligen Füllstoffen oder Füllstoffgemischen gemischt (Beispiele hierfür sind
Aerosil, Kreide, Carbonate wie Calciumcarbonat, Tonerde usw.) und im Streichverfahren auf
die Papieroberfläche aufgebracht. Die Dicke der fertigen Schicht beträgt etwa 0,01 mm. Eine
so beschichtete Oberfläche wird zur weiteren technischen Wertsteigerung für Papiere in der
Verpackungsanwendung mit einer Lösung von Polymeren in organischen Lösemitteln beschichtet.
Diese nachträgliche Beschichtung mit in organischen Lösemitteln gelösten Polymeren
war bisher insbesondere für solche Papieroberflächen erforderlich, die im Vakuum mit
Aluminium bedampft werden sollen. Bei dieser Technologie, bei der vor der Vakuumbedampfung
mit Metall Lösungen von organischen Polymeren zwecks Aufbringung eines Polymerfilms
auf der Papieroberfläche eingesetzt werden, wird eine erhebliche Menge an organischen Lösemitteln
verbraucht, und zwar je nach Feststoffgehalt der Polymerlösung etwa 5,5 g Lösemittel
pro m^ Papier. Bei der üblichen Arbeitsgeschwindigkeit von 300 m/min und einer Breite
von 1,60 m ergibt sich daraus ein Anfall von ca. 2,6 kg dampfförmigem Lösungsmittel pro Minute.
Zwar kann das Lösemittel zurückgewonnen werden, jedoch erfordert dies einen vergleichsweise
hohen Kostenaufwand sowohl hinsichtlich der hierfür nötigen Anlagen als auch deren laufende Betriebskosten. Noch wesentlich kostenintensiver ist die thermische Beseitigung
des Lösemitteldampfes. Die hohen Anlagekosten zur Entfernung des Lösemittels gehen
einmal darauf zurück, daß die Anlagen und Geräte explosionssicher ausgerüstet sein müssen,
zum anderen darauf, daß auch das Bedienungspersonal vor toxischen Lösemitteldämpfen geschützt
werden muß.
Es ist weiter bekannt, Papieroberflächen mit Polymerdispersionen einer Teilchengröße von
größer 0,01 mm und einem Verteilungsmaximum bei etwa 0,05 mm auf der spezifischen Verteilungskurve
aus wäßriger Dispersion zu beschichten. Diese Beschichtungen sind jedoch für die Rasterwalzen-Technologie ungeeignet, d. h. sie können hierfür nicht eingesetzt werden.
Wegen ihrer Partikelgröße weisen derartige Beschichtungen entsprechende grobe Oberflä-
chenstrukturen auf. Außerdem muß zur optimalen Filmbildung nach dem eigentlichen Abtrocknen
des Dispergiermittels die Papierbahn mit erheblichem thermischen Energieaufwand erwärmt werden, was wiederum Kühlenergie zur Kühlung der Papierbahn vor dem Aufrollen
erforderlich macht, um ein Verkleben der einzelnen Lagen beim Aufwickeln zu verhindern. Für
diese Technologie mußten daher besondere Auftragswerke entwickelt und konstruiert werden,
um die inherente Koagulationstendenz der Dispersionssysteme auszuschalten. Nachteilig ist
gegenüber dem Aufbringen der Polymerbeschichtung aus der Lösung in einem organischen Lösemittel
auch die Schichtstärkentoleranz, d. h. der aus organischen Lösemitteln aufgebrachte
Polymerfilm ist gleichförmiger und weist eine gleichförmigere Dicke auf als die aus wäßriger
Dispersion aufgebrachten Polymeren.
Zur Schonung der natürlichen Ressourcen und der Umwelt werden zwar in neuerer Zeit Papiere
in zunehmendem Maße umweltfreundlich ausgerüstet, und zwar im Hinblick auf die sinnvolle
Wiederverwendung von bei der Ausrüstung bzw. Herstellung eingesetzten Produkten durch Recycling, jedoch war es bisher für die Herstellung von im Vakuum metallbedampften
Papieren, insbesondere mit Aluminium bedampften Papieren nicht möglich, zur Erzielung einer
ausreichenden Oberflächenqualität auf eine Beschichtung unter Verwendung von großen Mengen
von organischen Lösungsmitteln zu verzichten
Aufgabe der Erfindung ist es daher, unter Vermeidung von organischen Lösemitteln ein Beschichtungsmittel,
insbesondere für im Vakuum mit Metall zu bedampfenden Papieroberflächen bereitzustellen, mit dem aus wäßriger Dispersion eine homogene Beschichtung nach Entfernung
des Wassers ebenso erzielt wird wie eine gleichmäßige Schichtdicke und das darüber hinaus
auch mit Rasterwalzen- oder Tiefdrucktechnologie applizierbar ist. Insbesondere der Anwendung
der Rasterwalzen-Technologie kommt hierbei wegen der genauen Dosierbarkeit des Auftrages Bedeutung zu. Die Näpfchen der Raster oder auch die Tiefdruckwalzen setzen sich
nach kurzer Laufzeit zu. Selbst bei hohem Verdünnungsgrad mit Feststoffgehalten um 13 %
tritt dieses Zusetzen nach längerer Betriebszeit Koagulation unter der Rakel ein.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Beschichtungsmittel gelöst, welches in wäßriger
Phase dispergiert eine Mischung aus Polymerteilchen einer mittleren Teilchengröße von 0,2
bis 5 &mgr;, bevorzugt 0,3 bis 2 &mgr; sowie Teilchen einer mittleren Teilchengröße von kleiner 0,1
&mgr;&eegr;&igr;, bevorzugt kleiner 0,07 enthält.
Das Mischungsverhältnis von gröberen Polymerteilchen, die vernetzt oder auch unvernetzt sein
können, zu den feineren als Mikrodispersion bzw. Hydrosol vorliegenden feineren Polymerteil-
chen kann in weiten Bereichen schwanken, beträgt jedoch bevorzugt 1 : 1 (50 : 50) bis 9 : 1 (9
: 1), liegt jedoch bevorzugt im Bereich von 1,5 : 1 (60 : 40) bis 3 : 1.
Die wäßrige Dispersion bestehend aus Polymerteilchen größeren Durchmessers und aus sehr
feinteiligen Polymeren mit Hydrosolcharakter weist üblicherweise Dispergiermittel für die beiden
Polymerkomponenten auf, die vorteilhaft unterschiedliche Oberflächenspannungen aufweisen.
Geeignete Dispergiermittel sind z. B. Fettalkoholoxethylate und/oder Carbonsäuresalze.
Als Polymere sowohl für den grobteiligeren Anteil als auch die feinteilige Mikrodispersion
bzw. das Hydrosol sind die bekannten, für die Papierbeschichtung verwendbaren Polymeren,
bevorzugt auf der Basis Acrylester wie Ethylacrylat, Butylacrylat, 2-Ethylhexylacrylat, ebenso
geeignet wie Polymere auf der Basis von Ethyl/Vinylacetat-Copyolymeren, Polyurethanen,
Copolymeren von Acrylat/Vinylacetat sowie Copolymeren auf Basis von Styrol und Acrylaten.
Der Feststoffgehalt des erfindungsgemäßen Beschichtungsmittels liegt im Bereich von 20 bis
50 % Feststoff- bzw. Polymergehalt, jedoch kann je nach anwendungstechnischer Anpassung
der Feststoffgehalt auch stärker variieren.
Die erfindungsgemäß eingesetzten Polymere sind bekannte Handelsprodukte.
Die Teilchengröße des feinteiligen Polymeren ist so klein, daß die Lösung nahezu glasklar erscheint
und kaum bei Lichtdurchfall optisch erfaßbar ist, vielmehr nahezu den gleichen Brechungsindex
wie Wasser aufweist. Derartige Produkte können auch als Hydrosole bezeichnet werden. Die feinteiligen Polymeren sind aufgrund ihres Hydrosolcharakters nicht vernetzt.
Das erfindungsgemäße Beschichtungsmittel genügt höchsten qualitativen Ansprüchen. Außerdem
zeichnet sich das erfindungsgemäße Beschichtungsmittel durch außerordentliche Wirtschaftlichkeit
aus, weil Dosierung und damit einhergehende Genauigkeit der Einstellung der Schichtstärken durch Anwendung der Rasterwalzen-Technologie erfolgen kann.
Die mit dem erfindungsgemäßen Beschichtungsmittel beschichteten Papiere zeichnen sich
durch eine hohe Homogenität der aufgebrachten Schicht sowie eine nur geringe Schichtdickentoleranz
aus. Dieses vorteilhafte Ergebnis wird sowohl mit Rasterwalzen als auch unter Anwendung
der Tiefdrucktechnologie erreicht.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.
• · · I
Figur 1 zeigt die Verteilung von gröberen Polymerteilchen (5) und der feinsten Teilchen des
Hydrosols (6), wobei erkennbar ist, daß der Zwischenraum zwischen den relativ großen Polymerpartikeln
aufgefüllt ist mit den bis um den Faktor 50 kleineren Teilchen des Hydrosols (6).
Figur 2 veranschaulicht die Eindringtiefe PE in die Papieroberfläche, wobei der Vektor PTg die
Teilchengröße der Beschichtung ergibt.
Figur 3 zeigt einen Schnitt durch ein beschichtetes Papier. Die eigentliche, durch Fasern gebildete
Papierschicht (3) wird nach oben durch den herkömmlichen Papierstrich (2) und nach unten
durch die Rückseitenpräparation (4) abgeschlossen. In der oberen Abschlußschicht (1) sind
keine Fasern des Basispapiers mehr enthalten (Wert 0), während noch einige Fasern in den
herkömmlichen Papierstrich (2) und vermehrt in die Rückseitenpräparation (4) hineinragen.
Das erfindungsgemäße Beschichtungsmittel bietet den weitere Vorteil, jede Polymerkomponente
für spezielle Aufgaben variieren zu können. Beispielhaft sei erwähnt, daß die feinstteilige
Komponente weich und flexibel gehalten werden kann und dadurch erfahrungsgemäß tiefer in
den Papierstrich eindringt (siehe Figur 2 schematisch), während die gröberen Dispersionspartikel,
zur kratzfesten Oberflächenbildung bestimmt, sich näher an der Oberfläche anordnen.
Ferner kann zwecks weiterer Variierung der Oberflächeneigenschaften kann auch eine dritte
Komponente, z. B. feinstemulgiertes synthetisches Wachs oder Polyethylen verwendet werden,
um z. B. hydrophobe Oberflächen zu erzielen. Auch die Gaspermeabilität läßt sich steuern. So
kann die geforderte hohe Wasserundurchlässigkeit durch eine dritte Komponente erzielt werden,
z. B. Grundieren wegen Wasserdampfsperre mit Ethylen-Acrylat-Copolymeren. Auch die
Kompostierbarkeit kann durch geeignete Zusätze wie von nitrierter wasserlöslicher Zellulose
so beeinflußt werden. Es hat sich gezeigt, daß durch einen solchen Zusatz die Anwendungsmöglichkeiten
von Fäulnisbakterien vergrößert werden können, was zu kürzeren Kompostierzeiten des so beschichteten Papiers führt.
Das erfindungsgemäße Beschichtungsmittel mit zwei verschiedenen Polymerphasen ist nicht
nur als Beschichtung als Vorbereitung einer Aufdampfiing von Metall, insbesondere im Vakuum
geeignet, sondern darüber hinaus auch noch als Primerschicht, die nach dem Auftrag der
Metallschicht aufgebracht wird, um z. B. das Papier bedrucken zu können. Eine gute Haftung
der Druckfarbe derart, daß sie nicht ablöst, wurde bisher nur mit Polymerbeschichtungen aus
organischen Lösemitteln erzielt. Bei der Anwendung von wäßrigen Polymerdispersionen zeigte
sich, daß z. B. bei der Reinigung von Bierflaschen, die mit 2%iger Lauge gewaschen werden,
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| ft | * | • · | • | ||
| • | |||||
sich die Primerschicht, d. h. die auf die Metallschicht aufgebrachte Schicht einschließlich der
Druckfarbe ablöst und das Reinigungsbad verunreinigt.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß wenn das erfindungsgemäße Beschichtungsmittel
als Haftvermittler oder Druckprimer auf die aluminisierte Oberfläche aufgebracht wird, keine
Anlösung von Primer und/oder Druckfarbe auftritt und somit jegliche Kontaminierung der
Abwaschlauge mit bereits auf der Papieroberfläche befindlichen Substanzen vermieden wird.
Die Erfindung wird durch das folgende Beispiel erläutert., wobei Teile Gewichtsteile bedeuten:
70 Teile einer wäßrigen Acrylsäureesterdispersion einer Teilchengröße von 0,5 bis 2 &mgr;&eegr;&igr; (Typ
Lefasol 206, Hersteller Lefatex-Chemie GmbH) werden mit 30 Teilen Hydrosol einer Teilchengröße
von 0,05 &mgr; (Typ Hydrosol 900, Hersteller Lefatex) unter Rühren gemischt, wobei
ein flüssiger Dispersionslack mit einem Polymergehalt von 37 (+ 2 %) entsteht. Dieser Lack
wird auf ein Etikettenpapier von 70 g/m^ mit einer Rasterwalze aufgetragen und danach getrocknet.
Es bleibt ein glänzender, geschlossener Film auf dem Papier, der sehr gut metallisierbar
ist. Nach der Vakuumbedampfüng mit Aluminium wird die empfindliche Aluminiumschicht
mit dem Primer, der über Rasterwalzen aufgetragen und getrocknet wird, geschützt.
Der Primer dient außerdem als Haftvermittler für eventuell weitergehende Behandlungen, z. B.
für Drucke.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Beschichtungsmittels besteht in dem hohen Feststoffgehalt
bei üblichen Gebrauchsviskositäten. Die im organischen Lösemittel gelösten Polymeren
nach dem Stand der Technik haben bei einem Feststoffgehalt von 20 % eine Viskosität
von etwa 18 bis 22 Sekunden im DIN-Becher. Bei einer angewandten Rasterwalzentechnologie
mit den geforderten Viskositäten kann ein Feststoffgehalt von 40 % (Polymer) erzielt werden,
was zu einer erheblichen Kostenminderung führt.
Claims (9)
- AnsprücheBeschichtungsmittel zur Papieroberflächenbeschichtung, insbesondere für mit Aluminium zu bedampfenden Papier, enthaltend eine wäßrige Polymerdispersion, dadurch gekennzeichnet, daß es in wäßriger Phase dispergiert eine Mischung aus Polymerteilchen einer mittleren Teilchengröße von 0,2 bis 5 &mgr;, bevorzugt 0,3 bis 2 &mgr; sowie Teilchen einer mittleren Teilchengröße von kleiner 0,1 &mgr;&idiagr;&eegr;, bevorzugt kleiner 0,07 enthält.
- 2. Beschichtungsmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischungsverhältnis von gröberen Polymerteilchen zu den feineren Teilchen im Bereich von 1 : 1 bis 9 : 1, bevorzugt im Bereich von 1,5 : 1 bis 3 : 1 liegt.
- 3. Beschichtungsmittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es unterschiedliche Dispergiermittel für die beiden Polymerkomponenten mit unterschiedlicher Oberflächenspannung enthält.
- 4. Beschichtungsmittel nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschichtungsmittel Verdicker, bevorzugt auf Zellulosebasis, enthält.
- 5. Beschichtungsmittel nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es Pigmente mit physikalischer Sperrwirkung, bevorzugt blättchenförmige Pigmente auf Basis von Glimmer, Schichtsilikaten und/oder Clay enthält.
- 6. Beschichtungsmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Komponente mit wasserlöslichem Farbstoff gefärbt ist.
- 7. Beschichtungsmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es einen oberflächenaktiven Zusatz, bevorzugt Siliconöl, ein Fluortensid und/oder Glättungsmittel, bevorzugt Wachs oder Aluminiumstearat, enthält.
- 8. Beschichtungsmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Erweichungsbereich einer Polymerkomponente durch einen Zusatz, bevorzugt von Ethylen/Vinylacetat-Copolymeren, so weit herabgesetzt wird, daß die Beschichtung heißsiegelbar ist.
- 9. Beschichtungsmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch einen Feststoffgehalt von 20 bis 50 %, bezogen auf den Polymergehalt.
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