DE1281258B - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung hochglaenzender Streichpapiere - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES Mj9s!k PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL: D 21h -1/22

B 05 c

Deutsche Kl.: 55 f-15/20
75a-20

Nummer: 1281258

Aktenzeichen: P 12 81 258.7-45 (L 50371)

Anmeldetag: 2. April 1965

Auslegetag: 24. Oktober 1968

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von hochglänzenden Streichpapieren und eine speziell auf die Durchführung dieses Verfahrens eingestellte Vorrichtung.

Es wurde bereits früher gefunden, daß man Papierprodukte mit einer einen verhältnismäßig großen Anteil an Pigment enthaltenden Beschichtung herstellen kann, wobei diese Schicht einen außerordentlich hohen Glanz und eine glatte Oberfläche aufweist und sehr biegsam und gut bedruckbar ist, wenn man in die Beschichtungsmasse neben anderen Bestandteilen ein thermoplastisches Harz und einen nicht thermoplastischen Klebstoff einarbeitet. Nach dem Aufbringen dieser Beschichtungsmasse wird das Papier einer Anzahl von Arbeitsgängen unter bestimmten Temperatur- und Druckbedingungen unterworfen.

Gemäß diesem früheren Vorschlag bildet man zwecks Herstellung der Beschichtungsmasse zunächst eine Aufschlämmung der Streichmasse in Wasser, die man nach gründlichem Homogenisieren auf bekannte Weise, z. B. durch Auf streichen oder Aufsprühen, auf das Papier aufbringt. Das beschichtete Papier wird nun teilweise getrocknet und einer Polierbehandlung, z. B. durch Bearbeitung mit Bürsten, unterworfen und dann zur Glanzverpressung mit Hilfe einer elastischen Andrückwalze gegen eine polierte Metallfläche gepreßt.

Bei der Weiterentwicklung dieses Verfahrens wurde nun gefunden, daß man besonders gute Resultate erhält, wenn man den Feuchtigkeitsgehalt der beschichteten Bahn vor dem Glanzverpressen auf bestimmte Art einstellt und die Glanzverpressung entsprechend steuert.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung hochglänzender Streichpapiere, wobei die mit der Streichmasse beschichte Bahn vor dem Glätten teilweise getrocknet wird und die anschließende Glanzverpressung an einer polierten Metallfläche erfolgt, ist daher dadurch gekennzeichnet, daß der Feuchtigkeitsgehalt der beschichteten Bahn vor dem Einzug in die Glanzverpressungsanlage mittels auf die nicht bestrichene Seite der Bahn einwirkenden Heizelementen eingestellt und hiervon abhängig die Glanzverpressung in an sich bekannter Weise gesteuert wird.

Eine besonders erfolgreiche Durchführungsart des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Trocknung vor der Glanzerzeugungsanlage bei einer Temperatur von 68,5 bis 74° C so durchgeführt wird, daß eine Feuchtigkeit von 8% des beschichteten Papiers noch vorhanden ist, und die darauf-Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung
hochglänzender Streichpapiere

Anmelder:

Lowe Paper Company,

Ridgefield, N. J. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. F. Wuesthoff, Dipl.-Ing. G. Puls
und Dr. E. v. Pechmann, Patentanwälte,
8000 München 9, Schweigerstr. 2

Als Erfinder benannt:

John C. Rice, Tenafly, N. J. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 12. Oktober 1964
(403 242)

folgende Glanzverpressung bei einer Trommeloberflächentemperatur von 102 bis 107° C, einem Liniendruck von 179 bis 214 kg/cm bei einer Maschinengeschwindigkeit von etwa 60 m/min durchgeführt wird.

Selbstverständlich wird der Glanz des Fertigproduktes auch durch die Härte der elastischen Andrückwalze beeinflußt.

Als besonders zweckmäßig erwies es sich, wenn sämtliche Vorgänge, d. h. das Beschichten, das Polieren bzw. Glattbürsten und das Pressen, in einem einzigen, kontinuierlichen Arbeitsgang durchgeführt werden.

Zur erfolgreichen Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde die in der Zeichnung schematisch dargestellte Vorrichtung geschaffen. Im folgenden seien Verfahren und Vorrichtung an Hand der Zeichnung näher erläutert.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung enthält eine erste Beschichtungseinrichtung mit einem Walzenpaar 12,12 und eine zweite Beschichtungseinrichtung mit einem Walzenpaar 14, 14; zwischen den beiden zusammenarbeitenden Walzenpaaren wird von einem nicht dargestellten Vorrat her eine Papierbahn 10

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kontinuierlich hindurchgeführt, wobei sie mit einer Erfindung ist dagegen so eingerichtet, daß in der Beschichtung versehen wird. Die Bahn läuft dann Überzugsschicht der richtige Feuchtigkeitsgehalt über eine Umlenkrolle 16 in eine Einrichtung 18 zum zurückgehalten wird, während gleichzeitig der Trocknen der Beschichtung. Beim Austritt aus dem Feuchtigkeitsgehalt der Unterlage verhältnismäßig Trockner wird die Bahn nach Passieren einer Um- 5 gering bleibt. Dies wird dadurch erreicht, daß man lenkrolle 20 an einer Reihe von Bürsten oder Polier- sofort nach dem Beschichten preßt, also bevor die scheiben 22 vorbeigeführt. Zwei weitere Umlenk- Feuchtigkeit aus der Schicht vollkommen in die rollen 24 und 26 führen die Bahn im Zusammen- Unterlage eingedrungen ist, und daß man die bewirken mit der Rolle 32 an mehreren Heizelementen schichtete Bahn von rückwärts trocknet, wobei die (z. B. Gasbrennern) 22 vorbei, wo die beschichtete io Vorheizeinrichtung an der Rückseite der Bahn, Bahn vorgewärmt wird, bevor sie dem Pressen unter- unmittelbar vor dem Preßkalander angeordnet ist. worfen wird. Über die Rolle 32 erreicht nun die Unter diesen Bedingungen beträgt der Gesamt-Papierbahn die Glanzpresse, die aus der Trommel 30 feuchtigkeitsgehalt der Unterlage und der Schicht und einer Andrückwalze 34 besteht. Die Trommel 30 beispielsweise 8%, wobei jedoch der Feuchtigkeitsweist eine spiegelglatte Oberfläche auf, deren Tem- 15 gehalt der Überzugsschicht allein schätzungsweise peratur genau gesteuert ist; die Andrückwalze 34 ist 12% beträgt. Auf diese Weise wird die geringe in mit einem elastischen Belag versehen. der Beschichtung vorhandene Wassermenge rasch

Nach dem Durchgang zwischen diesen beiden verdampft und dringt in die Unterlage ein, was zum Walzen nimmt die Rolle 36 die Bahn auf und leitet leichten Ablösen von der Kalandertrommel beiträgt, sie über zwei Umlenkrollen 38 zu einem Zugwalzen- 20 Die Ablösung erfolgt ohne Festkleben auch bei paar 40, von dem aus sie zur üblichen Weiter- größeren Geschwindigkeiten und gegebenenfalls ohne verarbeitung weitergeleitet wird. zusätzlichen Zug unter dem Eigengewicht der Bahn.

Bei Durchführung des erfindungsgemäßen Ver- Der bevorzugte Temperaturbereich für die be-

fahrens müssen gewisse Bedingungen genau einge- schichtete Fläche, kurz vor dem Durchgang zwischen halten werden, vor allem die Temperatur und der 25 den Preßwalzen, liegt bei 68,5 bis 74° C. Diese Feuchtigkeitsgehalt der beschichteten Fläche am Temperatur läßt sich mit Hilfe einer entsprechenden Spalt zwischen den Kalanderwalzen 30 und 34. Da Anzahl Heizelemente ohne weiteres einstellen, wobei das Pressen erfolgen muß, bevor die gesamte Feuch- entsprechende Einrichtungen zur Konstanthaltung tigkeit von der Beschichtung in die Unterlage hinein- der Temperatur vorgesehen sind,
gewandert ist, ist es besonders zweckmäßig, die 30 Der Druckbereich (Liniendruck), für den der Überzugsschicht zu trocknen, indem man auf die Kalander eingerichtet ist, umfaßt 136 bis 286 kg/cm, zugeführte Papierbahn die Wärme von rückwärts Der Liniendruck beim normalen Arbeiten beträgt einwirken läßt, so daß die Feuchtigkeit nicht in die 179 bis 214 kg/cm.

Unterlage eintritt, sondern im wesentlichen in der Die Oberflächentemperatur an der Kalander-

Schicht zurückgehalten wird. Dies wird erreicht 35 trommel liegt vorzugsweise zwischen 102 und 107° C. durch eine entsprechende Anordnung der Heiz- Zur Konstanthaltung dieser Temperatur sind die notelemente 28 vor der Walze 32; die Heizelemente wendigen Einrichtungen vorgesehen. Die Trommel können Brenner oder andere Einrichtungen, wie kann entweder von innen her durch überhitztem dampfbeheizte Rollen sein, oder das Erhitzen erfolgt Dampf beheizt werden, oder es könnenEinrichtungen durch Infrarotbestrahlung. Wichtig ist in jedem Fall, 40 zum Beheizen mit Gas oder Elektrizität vorgesehen daß die Wärmezufuhr von der Papierseite, nicht von sein. Bei einer Temperatur an der Trommeloberfläche der Schichtseite her erfolgt. von ungefähr 104° C, einem Liniendruck von etwa

Der Gesamtfeuchtigkeitsgehalt der Unterlage und 179 bis 214 kg/cm und einer Geschwindigkeit von der Schicht liegt an der Stelle, wo das beschichtete rund 60 m/min hat der Glanz des Papiers eine Wert-Papier die Bürsten oder Polierscheiben 22 erreicht, 45 ziffer von 50 bis 55, gemessen auf einem »Gardnerbei mindestens 8%, praktisch meist zwischen 9 und 20°-Gloss-Meter«.

11 Gewichtsprozent. Diese Feuchtigkeit wird zum Vorzugsweise benutzt man eine Stahltrommel mil

größten Teil in der Schicht und nur zum kleineren einer Wanddicke von 50 mm und einem Durch-Teil in der Papierunterlage festgehalten, was zweck- messer von 114 cm. Es zeigte sich, daß mit den mäßigerweise auch nicht geändert werden soll. 50 obigen Werten eine gute Wärmeübertragungs-Erwärmt man nun die Papierbahn mit Hilfe der geschwindigkeit erreicht werden kann, die berechnet Heizelemente, z. B. mit zwei Gasbrennern, kräftig werden kann durch folgende Formel:
von rückwärts, so daß die Temperatur an der 5485 (A-10 °/1 kcal/m · h · °C

Schichtfläche erst ansteigt, kurz bevor die Bahn die Kv

Walzenspalte erreicht, so wird die Feuchtigkeit in 55 Der Trommeldurchmesser ist selbstverständlich Richtung der Schicht vorgetrieben. Auf diese Weise nicht auf 114 cm beschränkt. Wenn das Verpressen kann der Preßvorgang schneller verlaufen als üblich, mit höherer Geschwindigkeit erfolgen soll, verwendet wodurch sich die Gefahr, daß die Bahn an der Preß- man eine Trommel von größerem Durchmesser. Die fläche klebenbleibt, wesentlich vermindert. Arbeitsgeschwindigkeit drückt sich aus in der

Bei dem bisherigen Verfahren, bei dem in ge- 60 Berührungsdauer zwischen Papier und Trommeltrennten Arbeitsgängen gearbeitet wurde, stellte sich oberfläche. Mit anderen Worten, eine Kalanderzwischen dem Feuchtigkeitsgehalt des Papiers und trommel mit dem doppelten Durchmesser kann, falls des Überzuges während der Beschichtungs- und man die gleiche Anzahl Windungen voraussetzt, den Glättungsvorgänge ein Gleichgewicht ein. Wenn gleichen Glanz mit der doppelten Geschwindigkeit während des Glanzpressens ein hoher Feuchtigkeits- 65 erzeugen.

gehalt (ζ. B. 12^β/ο) vorhanden war, mußte daher Wie bereits erwähnt, wird der Glanz des Papiers

wesentlich langsamer gearbeitet werden, damit die außerdem beeinflußt durch die Härte der Andruck-Schicht nicht hängenblieb. Die Vorrichtung nach der walze 34, welche im Zusammenwirken mit der Preß-

trommel die Walzenspalte bildet, durch die die Bahn hindurchgeführt wird. Die Andrückwalze ist eine Stahlrolle mit einem Belag aus Gummi oder einem anderen elastischen Material. Die Dicke des Belages liegt zwischen 9,5 und 25 mm, vorzugsweise bei etwa 16 mm. Die Härte des Belages (gemessen durch ein P & J-Plastometer) liegt zwischen 4 und 12, vorzugsweise zwischen 4 und 8, bei welchen Werten man den besten Glanz und die glatteste Oberfläche erhält.

Wie bereits bemerkt, enthalten die erfindungsgemäß herzustellenden Glanzpapiere einen großen Anteil an Pigmenten, die mindestens 70⁰Zo der Beschichtungsmasse darstellen. Bevorzugt als Pigmente sind Tone des Kaolinittyps, bei denen mindestens 85 °/o der Teilchen kleiner als 2 μ sind, jedoch können auch andere Pigmente, wie Titandioxyd, Zinksulfid, Calciumcarbonat usw., zugesetzt werden, wenn es sich darum handelt, den Glanz, die Deckkraft oder die Aufnahmefähigkeit der Beschichtungen für Tinte und Druckfarben zu verbessern. Die Schichtmassen ent- ao halten vorzugsweise einen nicht themoplastischen Klebstoff, wie Protein, Casein, Polyvinylalkohol usw., der die Haftung an der Unterlage verbessert. Der bevorzugte Mengenbereich für den Klebstofizusatz liegt bei 1 bis 5°/» des Gewichtes an Ton plus Pigment.

Thermoplastische Polymere, wie Acrylsäureharze, Vinylcopolymerisate und synthetischer Kautschuk stellen einen wesentlichen Teil der Beschichtungsmasse dar. Bevorzugt ist ein Gehalt an 10 bis 15% thermoplastischem Polymerisat, berechnet auf das Gewicht an Ton plus Pigment. Der Gesamtanteil der Massen an thermoplastischen Polymeren und Klebstoff beträgt demnach 11 bis 20% des Gewichtes an Ton plus Pigment.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung näher.

Zunächst sei die Zusammensetzung einiger besonders gut geeigneter Beschichtungsmassen wiedergegeben:

Masse 3:

Masse 2:

Teile

Kaolinton 90

Rutil TiO₂ 5

Calciumcarbonat 5

Vinylaryl-Copolymer-Latex 12

Protein 1,5

Paraffinwachs 2,5

Calciumstearat 2,5

Wasser 120

Beschichtungsgewicht: 3,4 bis 3,9 kg Pigment je 100 m².

35

40

Masse 1:

Teile

Kaolinton 80,0

Rutil TiO₂ 20,0

Acrylsäurelatex 12.6

Casein 2,3

Mikrokristallines Wachs 3,2

Calciumstearat 1,0

Wasser 110,0

Beschichtungsgewicht: 1,95 bis 2,44 kg Pigment

je 100 m².

Kaolinton 75

Talk 5

Anatas TiO₂ 20

Styrol-Butadien 10

Polyvinylacetat 5

Casein 2

Mikrokristallines Wachs 1,5

Calciumstearat 1,3

Wasser 135

Beschichtungsgewicht: 1,7 bis 2,2	I	H je	100 m2.
	44 61	Π	III
Gewicht der Papiergrundlage, kg/100 m2 rund Geschwindigkeit, m/min rund	24 122	34 107

Kalandertrommel aus Stahl

Trommeldurchmesser 114 cm

Wanddicke 25 cm

Temperatur an der

Trommeloberfläche 102 bis 107° C

Druck 179 bis 214 kg

je laufenden Zentimeter

Gesamtfeuchtigkeit

beim Bürsten 10%

beim Pressen 8%

Temperatur der beschichteten
Oberfläche kurz vor dem
Walzenspalt 68,5 bis 74° C *

Anzahl der vor dem Pressen
an der Rückseite angeordneten Gasbrenner I: 2; II: 1; III: 2

* Diese Temperatur wird erreicht, wenn man an der Rückseite der Bahn angeordnete Gasbrenner benutzt, die stündlich etwa 1700 kcal je laufenden Zentimeter Bahnbreite liefern.

Wie bereits bemerkt, haben die erfindungsgemäß hergestellten Papierprodukte einen besonders guten Glanz, der, gemessen auf einem »Gardner-20°-Gloss-Meter« einen Wert im Bereich von 45 bis 60 ergibt.

Zu den nachfolgenden Patentansprüchen sei bemerkt, daß die Vorrichtungsansprüche nur in Verbindung mit dem Hauptanspruch zum Gegenstand der Erfindung zu rechnen sind.

6s

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung hochglänzender Streichpapiere, wobei die mit der Streichmasse beschichtete Bahn vor dem Glätten teilweise getrocknet wird und die anschließende Glanzverpressung an einer polierten Metallfläche erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß der Feuchtigkeitsgehalt der beschichteten Bahn vor dem Einzug in die Glanzverpressungsanlage mittels auf die nicht bestrichene Seite der Bahn einwirkenden Heizelementen eingestellt und hiervon abhängig die Glanzverpressung in an sich bekannter Weise gesteuert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trocknung vor der Glanzerzeugungsanlage bei einer Temperatur von 68,5 bis 74° C so durchgeführt wird, daß eine Feuchtigkeit von 8% des beschichteten Papiers noch vorhanden ist, und die darauffolgende Glanzverpressung bei einer Trommeloberflächentemperatur von 102 bis 107° C, einem Liniendruck von 179 bis 214 kg/cm und einer Maschinengeschwindigkeit von etwa 60 m/min durchgeführt wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Mittel (12 bis 18) zum Aufbringen und

Trocknen der Überzugsmasse auf der Papierunterlage (10), Mittel (22) zum Polieren der beschichteten Fläche, Mittel (28) zum Vorheizen des beschichteten Papiers von der nicht beschichteten Seite her, eine mit einer Andrückrolle (34) zusammenarbeitende polierte Metalltrommel (30) zum Pressen des beschichteten Papierproduktes sowie durch Mittel (40) zur kontinuierlichen Zu- und Abführung des Papiers.

3. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Andrückrolle (34) versehen ist mit einem elastischen Belag, der eine Härte von 4 bis 12, bestimmt auf einem »P & J-Plastometer«, aufweist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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