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Imgrägniertes, verdichtetes, dehnbares Papier mit hohem Aufspaltwiderstand
und Verfahren zu seiner Herstellung Zur Herstellung von Haftklebebändern, Sandpapier,
Kunstleder od. dgl. werden imprägnierte Papierunterlagen benötigt, die einen hohen
Aufsp-altwiderstand und gute Einreißfeestigkeit mit Biegsamkeit und ausreichendem
Dehnungsvermögen vereinen. Sie besitzen den für druckempfindliche Haftklebebänder
erforderlichen Aufspaltwiderstand, wenn sich die aus diesen Papierunterlagen hergestellten
und zu einer Rolle aufgewickelten Haftklebebänder wieder abziehen lassen, ohne daß
das Papier unter der Wirkung der Adhäsion einer Rollenlage an der darüberliegenden
Lage beschädigt oder aufgespalten wird. Aufspaltwiderstand und Einreißfestigkeit
der Papiere lassen sich unter weitgehender Erhaltung der Biegsamkeit des Rohpapiers
verbessern, wenn man dieses mit dehnfähigem, gummiartigen Stoffen imprägniert. Diese
Imprägniermittel binden die Fasern und verfestigen und verdichten dadurch das Rohpapier.
Es wurde schon früh erkannt, daß die Wahl des Imprägniermittels und vor allem des
Rohpapiers die Eigenschaften brauchbarer Papierunterlagen für Haftklebebänder entscheidend
bestimmen. Die Fachwelt war sich darin einig, daß das Rohpapier für die Herstellung
dieser imprägnierten Papierunterlagen hochporös, sehr absorptionsfähig bzw. saugfähig
sein mußte, eine geringe Dichte haben und sich in seiner Struktur dem Fließpapier
nähern sollte. Bei der Herstellung derartiger Rohpapiere und ihrer Behandlung vor
bzw. während der Imprägnierung mußten alle Maßnahmen ausgeschlossen werden, die
die genannten Eigenschaften wesentlich verändern, weil sich das auf die mit der
Imprägnierung erhaltenen Produkte in höchstem Maße nachteilig auswirkt.
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Beim Imprägnieren derartiger Rohpapiere mit weichen und dehnbaren
polymeren Stoffen wird die Dehnbarkeit jedoch nur geringfügig verbessert, und sie
reicht bei diesen glatten imprägnierten Papierunterlagen für viele Verwendungszwecke
nicht aus, und das Papier reißt ein. Um den Klebestreifen für solche Fälle das erforderliche
Dehnungsvermögen zu verleihen, wird die Papierunterlage üblicherweise gekreppt.
Durch das Kreppen wird zwar eine erhöhte Dehnung und auch eine gewisse Verbesserung
der Saugfähigkeit erreicht, dafür haben gekreppte Papierunterlagen für Haftklebebänder
einige ausgesprochene Nachteile: Sie sind wesentlich dicker als die glatten Papiere,
und infolgedessen dringt bei ihrer Verwendung zum Abdecken gestrichener Flächen
die Farbe in die Hohlräume unter das Band, sammelt sich an den Kanten an, und es
lassen sich keine sauberen und glatten Begrenzungslinien erhalten. Durch die rauhe
Oberfläche der gekreppten Haftklebebänder kam es außerdem wiederholt zu Verletzungen
an den Händen der Arbeiter bei der Verwendung dieser Haftklebebänder.
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Zur Vermeidung dieser Nachteile ist es bekannt, imprägnierte Papierunterlagen
zu verwenden, die in der Weise erhalten wurden, daß ein gekrepptes Papier trocken
kalandriert und anschließend in der üblichen Weise imprägniert wurde. Durch das
trockene Kalandrieren sollen die Spitzen der Kreppfalten flachger walzt werden,
damit sich das Papier dann nicht mehr so rauh anfühlt und glatter aussieht. Hierbei
wird lediglich die makroskopische Struktur des Krepppapiers geändert, nicht aber
das innere Gefüge der Papierbahn. Die so behandelten Papiere unterschieden sich
hinsichtlich ihrer Dichte und Porosität nicht von den zur Herstellung imprägnierter
Papierunterlagen üblicherweise verwendeten Rohpapieren. Die mit dem Glätten der
Oberfläche verbundenen Vorteile werden durch den Nachteil erkauft, daß die nach
dem Kreppen trocken kalandrierten und dann imprägnierten Papiere als Folge des Kalandrierens
wesentlich geschwächt sind und geringere Zugfestigkeits- und Streckwerte besitzen
als nicht kalandriertes imprägniertes Kreppapier.
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Gegenstand der Erfindung ist ein imprägniertes, verdichtetes, dehnbares
Papier mit hohem Aufspaltwiderstand, dessen Fasern im Innern parallel zu den ebenen
Oberflächen des Papiers zusammengepreßt, verzerrt, in sich verankert und durch ein
gleichmäßig verteiltes polymeres Faserbindemittel verbunden sind.
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Dieses imprägnierte dehnbare Papier, das sich hervorragend als Unterlage
für normal klebrige und
druckempfindliche Klebstreifen eignet, läßt
sich dadurch herstellen, daß man ein im wesentlichen aus Zellulosefasern bestehendes
Rohpapier in feuchtem Zustand unter erheblichem Druck und ohne es zu kreppen bei
einer Temperatur von etwa 100° C in an sich bekannter Weise um 5 bis 4011/o verdichtet,
das verdichtete Papier mit einer Lösung oder Dispersion eines dehnbaren, polymeren
Faserbindemittels imprägniert und das Lösungsmittel durch Trocknen entfernt. Bei
diesem Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Papiers wird also zunächst
in an sich bekannter Weise ein Papier dadurch verdichtet, daß .es in feuchtem Zustand
in der Laufrichtung parallel zur Oberfläche zusammengeschoben wird. Der gleichzeitig
senkrecht auf die Oberfläche der Bahn ausgeübte Druck verhindert hierbei ein Kreppen,
so daß die Oberflächen im wesentlichen eben bleiben und die Papierbahn lediglich
krompressiv verkürzt bzw. gestaucht wird. Dadurch erhöht sich die Dichte des so
behandelten und anschließend getrockneten Papiers gegenüber jener Papierbahn, aus
der es hergestellt wurde. Mit dem Ausdruck »verdichtet« ist im Sinne der vorliegenden
Erfindung stets diese Verringerung der Oberfläche des Papiers gemeint, bei der sich
die innere Struktur des Papiers grundlegend ändert, weil die Fasern zum Teil aus
ihren früher vorhandenen Bindungen gelöst, parallel zu den Oberflächen des Papiers
zusammengepreßt, verzerrt und in sich verankert werden. Mit der Verdichtung war
das Rohpapier Maßnahmen unterworfen worden, die nach der bisherigen Kenntnis der
Fachwelt die Eigenschaften des Papiers in einer Weise verändern, die es zur Herstellung
imprägnierter Papierunterlagen für Haftklebebänder u. dgl. völlig ungeeignet erscheinen
ließen. Die Dichten liegen mit etwa 640 bis 910 g/1 vollständig außerhalb und weit
oberhalb des Bereichs von 256 bis 545 g%1 für die bisher üblichen. imprägnierfähigen
Papiere oder die gekreppten und anschließend trocken kalandrierten Papiere mit 320
bis 510 g/1. Das bekannte Verdichtungsverfahren hat ferner eine entschiedene Verringerung
der Porosität der damit erhaltenen Papiere zu Folge. Die hohe Adsorptionsfähigkeit
wurde aber bisher als eine der wichtigsten Eigenschaften der imprägnierfähigen Roh,
papiere zur Herstellung imprägnierter Papierunterlagen für Haftklebebänder od. dgl.
angehen. Aus der nachfolgenden Tabelle 1 ist ersichtlich, daß durch das Verdichtungsverfahren
nach der deutschen Patentschrift 1003 564 die Porosität eines gegebenen Papiers
verringert, durch Kreppen und Kalandrieren nach der britischen Patentschrift 643
413 jedoch beachtlich erhöht wird.
| Tabelle 1 |
| Dichte nach |
| Gurley, |
| zwei Lagen, |
| 400 cma |
| (Sekunden) |
| F-61 flach ...................................... 123 |
| F-61 gekreppt (0,203 mm) . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . 7 |
| F-61 gekreppt, gemäß der britischen Patentschrift auf |
| 0,152 mm kalandriert . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . 10 |
| F-61 gekreppt, gemäß der britischen Patentschrift auf |
| 0,114 mm kalandriert . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . 12 |
| F-61 flach, gemäß der deutschen Patentschrift |
| 1003 564 verdichtet........................... 224 |
Die Dichte nach G u r 1 e y wird als Zeit in Sekunden ausgedrückt, die erforderlich
ist, um eine bestimmte Luftmenge unter festgelegten Bedingungen durch das Papier
zu führen. Einer Zunahme der Dichte nach Gurley .entspricht also einer Verringerung
der Porosität. Bei dem Papier »F-61 flach« handelt es sich um das gleiche Papier,
das in der britischen Patentschrift beschrieben wird, vor dem Kreppen. Das Papier
»F-61 gekreppt« ist ein übliches lockeres, poröses, saugfähiges Papier. Der Abfall
der Dichte nach Gurley von 123 auf 7 Sekunden als Folge des Kreppens läßt eine starke
Zunahme der Porosität erkennen. Durch das Kalandrieren wird die Porosität nicht
wesentlich beeinflußt, wie die geringe Änderung der Dichtewerte von 7 auf 10 bzw.
12 Sekunden erkennen läßt. Insgesamt wird also durch das übliche Kreppen mit Rakel
und anschließendes Trockenkalandrieren des Papiers »F-61 flach« die Dichte nach
Gurley von 123 auf 12 Sekunden gesenkt, das entspricht zugleich :einer deutlichen
Zunahme der Porosität. Dagegen hat das Verdichten des Papiers »F-61 flach« nach
der deutschen Patentschrift 1003 564 eine Zunahme der Dichte nach Gurley von 123
auf 224 Sekunden - also eine entschiedene Verringerung der Porosität - zur Folge.
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Darüber hinaus sind in der deutschen Patentschrift
1003564
weder Angaben über den Aufspaltwiderstand nicht imprägnierter verdichteter Papiere
zu finden, noch wird eine Erhöhung der Festigkeit als Folge des Verdichtens beschrieben.
Aus der britischen Patentschrift 643 413 ergibt sich eine Verminderung der Festigkeit
durch das Kalandrieren. Es ist daher überraschend, daß durch die Kombination von
Verdichtung und Imprägnierung Papiere mit besonders hohem Aufspaltwiderstand erhalten
werden. Da auch die übrigen Eigenschaften, wie gezeigt wurde, im krassen Gegensatz
zu den Eigenschaften standen, die bisher als wesentliche Voraussetzungen für ein
imprägnierfähiges Papier angesehen wurden, war für den Fachmann in keiner Weise
vorauszusehen, daß er durch Imprägnieren eines in an sich bekannter Weise verdichteten
Papiers mit einer Lösung oder Dispersion eines dehnbaren, polymeren Faserbindemittels
und anschließendes Trocknen imprägnierte Papiere mit erhöhtem Aufspaltwiderstand
und anderen überlegenen Eigenschaften erhalten würde.
Die Verbesserung
des Aufspaltwiderstandes eines imprägnierten, verdichteten Papiers, verglichen mit
einem imprägnierten. Kreppapier einerseits und einem erst kalandrierten und dann
imprägnierten Krepppapier andererseits, wird aus der nachfolgenden Tabelle 2 besonders
deutlich.
| Tabelle 2 |
| Aufspaltwiderstand imprägnierter Papiere |
| Imprägnier- Aufspaltwiderstand |
| Probe Dicke mittelmenge |
| ("1'o) (g/2,54 cm Breite) |
| 1 Rohes Kreppapier, unbehandelt ..................... 0,2 I
0 226 |
| 2 Rohes Kreppapier, mit Lösungsmittel imprägniert
..... 0,23 40,0 851 |
| 3 Rohes Kreppapier, kalandriert und dann mit Lösungs- |
| mittel imprägniert (gemäß britischer Patentschrift |
| 643413) ....................................... 0,14 35,0 539 |
| 4 Rohes Kreppapier, verdichtet und dann mit Lösungs- |
| mittel imprägniert (gemäß der Erfindung) . . . . . . . . .
. 0,216 35,7 1475 |
Die erste Probe ist ein rohes, gekrepptes Krepppapier. Probe 2 ist das gleiche Papier
wie Probe 1, jedoch imprägniert mit einem organischen Lösungsmittel, das folgende
Bestandteile enthält:
| Depolymerisierter Naturkautschuk ....... 100 |
| Titandioxyd ........................... 6 |
| »Amersol S. T. 137« (in der Hitze reak- |
| tionsfähiges Octylphenol - Formaldehyd- |
| Harz, hergestellt durch Rohm & Haas) . . 60 |
| »Staybelite Ester No.10« (Glycerinester |
| von hydriertem Kolophonium, hergestellt |
| durch Hercules Powder Co.) . . . . . . . . . . 32,5 |
| Zinkresinat (»Zirex«) .................. 3 |
| 2,5-ditertiäres Amylhydrochinon ......... 1 |
| 2,6-ditertiäres Butyl-4-methylphenol ..... 1 |
Probe 3 ist das gleiche Papier wie Probe 1, jedoch gemäß der britischen Patentschrift
643 413 kalandriert und anschließend mit der gleichen Imprägniermasse wie bei Probe
2 imprägniert.
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Probe 4 ist das gleiche Papier wie Probe 1, jedoch gemäß der Erfindung
verdichtet und anschließend mit dem gleichen Imprägniermittel wie Probe 2 imprägniert.
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Die Werte in der vorstehenden Tabelle veranschaulichen, daß durch
Kalandrieren gemäß der britischen Patentschrift 643 413 der Aufspaltwiderstand des
imprägnierten Papiers um 37 % sinkt, während durch die Verdichtung der Aufspaltwiderstand
des imprägnierten Papiers um 73 % steigt.
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Die erfindungsgemäßen neuen imprägnierten Papiere werden vorzugsweise
durch unmittelbare Verbindung der Papierfabrikation mit der Verdichtung selbst hergestellt,
indem man das Rohpapier mit der wäßrigen Latex-Emulsion sättigt und dann das feuchte,
imprägnierte Papier unter erheblichem Druck und ohne es zu kreppen bei einer Temperatur
von etwa 100° C in an sich bekannter Weise um etwa 5 bis 40% verdichtet und das
imprägnierte, verdichtete Papier trocknet. Bei diesem Verfahren zur Herstellung
der erfindungsgemäßen Papiere befindet sich das elastische Bindemittel bereits in
der Papierbahn, wenn diese der Verdichtung unterzogen wird. Es ist überraschend,
daß sich ein solches imprägniertes Papier überhaupt verdichten läßt. Der Raum zwischen
den Fasern ist dann nämlich nicht nur von Wasser ausgefüllt, das bei der Verdichtung
über den beheizten Walzen verdampfen kann und so zu Leerstellen führt, die von den
verzerrten und zusammengedrückten Fasern ausgefüllt werden können, sondern auch
von dem nicht verdampfbaren Bindemittel, von dem man höchstens erwarten konnte:,
daß es die Fasern bereits in ihrer ursprünglichen Lage festhält. Tatsächlich sind
aber die in Gegenwart des dehnbaren polymeren Bindemittels verdichteten Papiere
in Bezug auf Dehnung und Aufspaltwiderstand sogar den erst verdichteten und dann
imprägnierten erfindungsgemäßen Papieren überlegen.
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Allen Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Papiere gemeinsam
ist eine erhebliche und unerwartete Erhöhung des Aufspaltwiderstandes, die zum Teil
durch einen synergistischen Effekt bedingt ist. Es zeigt sich nämlich, daß unabhängig
von der verwendeten Menge des Papierbindemittels der Aufspaltwiderstand einer imprägnierten
und verdichteten Bahn wesentlich größer ist als die Summe der Aufspaltwiderstände
von einer in gleicher Weise verdichteten, aber nicht imprägnierten und einer im
gleichen Maße imprägnierten, aber nicht verdichteten Bahn. Der außerordentlich hohe
Aufspaltwiderstand der erfindungsgemäßen Papiere ermöglicht nach einer Beschichtung
mit einer druckempfindlichen Klebschicht die Herstellung von Haftklebebändern, die
sich rasch von einer Rolle abziehen lassen, ohne sich zu spalten und die sich bei
ihrer Anwendung durch eine bisher nicht gekannte Dehnbarkeit auszeichnen.
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Während die bekannten Unterlagen von Haftklebebändern einen Zusatz
des elastischen Faserbindemittels in einer Menge von 80 bis 100 Gewichtsprozent
an imprägnierenden Feststoffen, bezogen auf das Gewicht des Rohpapiers, erforderten,
genügen in den neuen Papieren zur Erzielung der gleichen Eigenschaften bereits 30
Gewichtsprozent und weniger. Eine geringfügige Erhöhung der Menge der elastischen
Faserbindemittel bewirkt dann bereits eine wesentliche Verbesserung des vorgegebenenAufspaltwiderstandes.
Während bisher die imprägnierfähigen Rohpapiere sehr sorgfältig ausgesucht werden
mußten und entsprechend teuer waren, können für das erfindungsgemäße Verfahren billige
Papiere, wie gewöhnliches Trockenkreppapier, verwendet werden.
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Auch bezüglich der übrigen Rohstoffe ist eine wesentlich größere Auswahl
gegeben. Das gilt in gleicher Weise für das Fasermaterial wie für die Imprägniermittel.
Selbst für die Herstellung der erfindungsgemäßen hochwertigen Papiere können dem
Papier-
Brei billige kurze Hartholzfasern beigemischt werden, und
es können billigere und härtere Papierbindemittel, wie nicht plastifizierte Polyvinylacetatpolymere
oder -Mischpolymere, verwendet werden, die sogar wegen ihrer größeren Zugfestigkeit
gewisse Vorteile haben. An Stelle der bisher ausschließlich benutzten Lösungen der
Imprägniermittel in einem organischen Lösungsmittel werden bevorzugt wäßrige Lösungen
und Emulsionen verwendet, wie z. B. Latex-Emulsionen, und das mit optimalen Ergebnissen.
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Das Verfahren zur Herstellung des neuen imprägnierten, dehnbaren Papiers
mit hohem Aufspaltwiderstand sei nachstehend an Hand der Figuren näher erläutert,
die schematisch an sich bekannte Vorrichtungen zum Verdichten bzw. Trocknen wiedergeben,
für die im Rahmen der vorliegenden Erfindung kein Schutz begehrt wird.
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Fig. 1 ist ein schematischer Seitenriß einer einfachen Vorrichtung
zur Verdichtung; Fig. 2 ist ein schematischer Seitenriß einer in Verbindung mit
der Vorrichtung gemäß Fig. 1 anzuwendenden Vorrichtung.
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Die Vorrichtung nach Fig. 1 besteht aus den Walzen 10, 11, 12 und
einer erwärmten Antriebswalze 13 sowie einem dicken Riemen 15 mit einer zusammenziehbaren
Oberflächenschicht, vorzugsweise aus Gummi mit ausreichender Durometerhärte, damit
die Papierbahn nicht gekreppt wird. Der Riemen kann aus Natur- oder Kunstkautschuk
bestehen. Eine relativ nicht dehnbare Schicht ist mit einer leicht dehnbaren und
zusammenziehbaren Oberflächenschicht aus einem Material mit glatter zusammenziehbarer
Oberfläche ausreichender Härte und Dehnbarkeit belegt. Die Walzen 10 und 13 sind
einstellbar zu- und voneinander beweglich, damit der Riemen 15 in den Walzenmund
zwischen den Walzen 10 und 13 eingezogen wird. Walze 12 ist genügend weit von Walze
13 entfernt, so daß der Riemen eine kurze gerade Strecke von Walze 13 zu Walze 12
durchläuft. Läuft der Riemen von Walze 10 auf Walze 13. so wird seine auf Walze
10 konvex gebogene äußere Oberfläche auf Walze 13 konkav gebogen und dabei verkürzt.
Wenn ein mit einem Imprägniermittel auf Wasserbasis imprägniertes Papier zwischen
dem Riemen und der Walze 13 an die Stelle kommt, an der die Verkürzung der Riemenoberfläche
erfolgt, dann ist der Reibungskontakt mit der zusammengezogenen Oberfläche des Riemens
so stark, daß die Riemenoberfläche die Papierbahn parallel zu seinen Oberflächen
verdichtet. Die Walze 13 muß ein sorgfältig geglätteter Zylinder mit glatter Oberfläche
sein. Die Walze wird erwärmt, nicht nur um die Papierbahn teilweise zu trocknen,
sondern auch um den Reibungskoeffizienten zwischen Trommel und feuchter Bahn zu
verringern und das in der Papierbahn vorhandene Wasser zu erwärmen und damit eine
Erweichung und eine erhöhte Biegsamkeit der Fasern herbeizuführen. Der auf diese
Weise erzielte Wasservertust in der Papierbahn läßt Hohlräume zwischen den Fasern
entstehen und ermöglicht eine weitere Verdichtung der Fasern im Papier. Der Reibungskoeffizient
zwischen dem feuchten Papierband und der erhitzten Walze 13 wird am wirksamsten
bei einer Trommeltemperatur von etwa 100° C verringert. Der Reibungskoeffizient
der Oberfläche der Walze 13 ist relativ niedrig, verglichen mit dem Reibungskoeffizienten
der Oberfläche des Riemens 15, so daß das Papier unter der Kontraktionswirkung der
Riemenoberfläche dieser Kontraktion folgen und auf der Walzenoberfläche gleiten
wird.
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üblicherweise wird ein mit Wasser weichgemachtes Vlies behandelt,
zuweilen macht das. Wasser aber auch nur einen geringen Prozentsatz des Gewichtes
des zu behandelnden Vlieses aus. Der Wassergehalt hängt sowohl von der Art des Rohpapiers
als auch von dem beabsichtigten Verwendungszweck ab. Je dichter das unbehandelte
Papier ist, desto größer muß im allgemeinen der Wassergehalt beim Verdichten sein,
damit das fertige imprägnierte Papier wieder Festigkeit hat. Ein glattes Papier
mit verhältnismäßig dichter Struktur wird deshalb am vorteilhaftesten mit einem
Wassergehalt behandelt, der so hoch ist, wie es die Vorrichtung und das Verfahren
zulassen, d. h. der der maximalen Menge entspricht, die das Papier unter den Kompressionsbedingungen
festhält. Offenere Papiere, beispielsweise offenes saugfähiges Kraftpapier, werden
vorteilhafter mit einem Wassergehalt behandelt, wie er bei den Papierprüfungen normalerweise
vorgeschrieben ist, nämlich 50% relative Feuchtigkeit bei 22° C oder der sogar etwas
darunter liegt. Eine Behandlung unter verschärften Verfahrensbedingungen mit wenig
weichmachendem Wasser führt im allgemeinen zu einer höheren Dehnung durch Verdichtung
in Längsrichtung und bei gewöhnlichen Verfahrensbedingungen zu einem höheren Grad
der Vereinigung und inneren Festigkeit des behandelten Papiers.
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Während der Verdichtung des Papiers in oder quer zur Laufrichtung
wird die Spannung im Gummiriemen genügend hoch gehalten, so daß der Druck zwischen
dem Gummiriemen 14 und der Walze 13 bei der gewählten Härte der Riemenoberfläche
ein Kreppen des Papiers verhindert und seine Oberflächen eben und parallel gehalten.
werden und bei der Verdichtung des Papiers die einzelnen Fasern, die im allgemeinen
quer oder längs zur Papierbahn oder in Richtung der Verkürzung liegen, unter Druck
innerhalb der Papierbahn längs oder quer verzerrt werden.
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Gummi wird als Material für die sich zusammenziehende Oberfläche,
z. B. für den Riemen 15, bevorzugt verwendet, da er starken Zug und schweren Druck
quer zur Oberfläche aushält und damit die Möglichkeit bietet, eine relativ große
und wirksame Kontraktion dieser Oberfläche herbeizuführen, ohne daß das Papier gekreppt
wird. Gummi wird auch wegen seiner fortlaufend glatten Oberfläche bevorzugt und
weil er das Papier unter Friktion erfaßt, so daß es in Quer- oder Längsrichtung
verdichtet werden kann, während starker Druck zwischen dem Riemen und der Walze
13 ein Kreppen verhindert. In der dargestellten Vorrichtung ist es vorteilhaft,
den Gummi mit einem wenig dehnbaren Material, wie starkem Segeltuch oder Schichten
aus festem Cord, zu verstärken, damit die notwendige hohe Spannung des Riemens aufrechterhalten
bleibt und sich die Oberfläche des Riemens gleichmäßig beim Laufen über die Walze
10 und die erhitzte Antriebswalze 13 ausdehnt oder zusammenzieht.
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Die Vorrichtung gemäß Fig. 2 kann in Verbindung mit der Vorrichtung
gemäß Fig. 1 verwendet werden, um ein Trocknen der Papierbahn zu erleichtern. Wie
dargestellt, läuft ein feuchtigkeitsdurchlässiger Riemen 21 über die Einlaufwalze
21 a und von dieser über und um die erhitzte Trommel 20, dabei die Papierbahn gegen
die Trommel drückend.
Die Erfindung wird in den nachstehenden Beispielen
erläutert. Soweit nichts anderes angegeben, sind alle Teile Gewichtsteile.
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Beispiel 1 Ein auf einer Zylindermaschine hergestelltes Papier aus
Seilfasern mit einem Rohgewicht von 8,2k- (480 Bogen von 61 - 91,4 cm) wird
in einer Laboratoriumsausführung der oben beschriebenen und in den Figuren dargestellten
Vorrichtung auf 65 % seiner Ausgangslänge verdichtet.
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Eine nicht behandelte Probe des gleichen Papiers hat folgende Eigenschaften:
| MD-Zugfestigkeit ..... 428,40 kg/m |
| Dicke (Kaliber) ....... 0,050 mm |
| Gurley-Dichte . . . . . . . . 45 Sekunden |
| (2 ,`; 400 ccm), |
| 142-g-Zylinder, |
| Öffnung 6 mm |
Die vorstehend behandelte Probe hat die folgenden Eigenschaften: MD-Zugfestigkeit
..... 142,8 kg/m Dicke ................ 0,114 mm Gurley-Dichte . . . . .
. . . 25 Sekunden Proben des behandelten und nicht behandelten Papiers werden mit
einer wäßrigen kolloiden Dispersion, enthaltend 33 % Gesamtfeststoffe der folgenden
Zusammensetzung imprägniert: 66,0 Gewichtsprozent eines Mischpolymeren von Butadien
und Acrylnitril (75 Teile Butadienauf 25 Teile Acrylnitrilemulsion polymerisiert
in Gegenwart von fettsaurer Seife auf eine Mooney-Viskosität von 40), 33,5 Gewichtsprozent
eines Mischpolymeren von Butadien und Styrol durch Emulsionspolymerisation auf eine
Mooney-Viskosität von 35 gebracht, 0,5 % polymere Feststoffe eines Antioxydationsmittels
für den Kautschuk.
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Prüfungen an dem behandelten Papier und einer Kontrollprobe, zu 100
Gewichtsprozent mit Feststoffen der obigen Latexmischung gesättigt, ergaben folgende
Ergebnisse:
| Verdichtete Kontroll- |
| Probe probe |
| Zugfestigkeit, kg/m ........ 440,9 510,5 |
| Aufspaltwiderstand, g ...... 2835 1701 |
Beispiel 2 Flaches Kraftpapier mit einem Grundgewicht von 17,2 kg (480 Bogen von
61 - 91,4 cm), einer MD.-Zugfestigkeit von 9,52 kg und einer Gurley-Dichte von 100
Sekunden läßt sich in unbehandeltem Zustand nicht imprägnieren. Nachdem das Papier
in Längsrichtung verdichtet und um 10% seiner Länge verringert wurde, ließ sich
das Papier sättigen.
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Die physikalischen Eigenschaften des verdichteten Papiers sind folgende:
MD-Zugfestigkeit . . . . . . . . . . 178,5 kg/m Gurley-Dichte . . . . . . . . .
. . . . . 52 Sekunden Die physikalischen Eigenschaften des bis zu 80% seines Rohgewichts
mit der im Beispiel 1 beschriebenen Latexmischung gesättigten verdichteten Papiers
sind folgende: MD-Zugfestigkeit . . . . . . . . . . 401,6 kg/m MD-Dehnung . . .
. . . . . . . . . . . 14,8% Aufspaltwiderstand . . . . . . . . . 992,25 g Der Aufspaltwiderstand
der Kontrollprobe beträgt infolge der schlechten Imprägnierung nur 567 g. Beispiel
3 Gekrepptes Kraftpapier mit einem Ausgangsgewicht von 12,24 kg hat folgende Eigenschaften:
Zugfestigkeit . . . . . . . . . . . . . . . 169,6 kg/m Dehnung ..................
10% Dieses Papier wird in nassem und trockenem Zustand in Längsrichtung in einer
Laboratoriumsvorrichtung der beschriebenen Art behandelt.
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Die physikalischen Eigenschaften des behandelten Papiers sind folgende:
Zugfestigkeit . . . . . . . . . . . . . . . 182 kg/m Dehnung ..................
10% Das behandelte Papier und eine Kontrollprobe werden bis zu 100 % des Fasergewichts
mit trockenem Feststoff der synthetischen gummiartigen Latexmischung des Beispiels
1 imprägniert. Hierbei wurden folgende Ergebnisse erhalten:
| Behandelte Kontroll- |
| Probe probe |
| Zugfestigkeit, kg/m ........ 303,4 303,5 |
| Dehnung, 0/0 .............. 29,1 23,9 |
| Aufspaltwiderstand, g ...... 1375 1361 |
Beispiel 4 Ein auf einer Zylindermaschine hergestelltes Papier aus Seilfasern mit
einem Ausgangsgewicht von 13,6 kg (480 Bogen von 61 - 91,4 cm) wird quer zur Laufrichtung
in einer Laboratoriumsausführung der beschriebenen Vorrichtung verdichtet. Eine
Probe des Blattes wird einmal, eine andere Probe zweimal durch die Verdichtungsvorrichtung
geführt.
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Beide Proben sowie eine Kontrollprobe werden mit einer wäßrigen kolloiden
Dispersion mit 35 % Gesamtfeststoff imprägniert, deren dispergierte Phase folgende
Bestandteile enthält: 75 Gewichtsteile eines Mischpolymeren von Butadien und Acrylnitril
(75 Teile Butadien und 25 Teile Acrylnitril, in Gegenwart von fettsaurer Seife auf
eine Mooney-Viskosität von 40 polymerisiert), 25 Gewichtsteile eines Mischpolymeren
von Butadien und Styrol, die durch Emulsionspolymerisation auf eine Mooney-Viskosität
von 35 gebracht wurde, 2 Teile Phenolharz zum Härten.
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Die imprägnierten Proben werden anschließend getrocknet und in einem
Luftumlaufofen 1 Minute auf 193° C erwärmt. Mit den verdichteten Proben und der
Kontrollprobe werden. folgende Ergebnisse erhalten:
| Aufspalt- |
| Probe widerstand |
| (g) |
| Kontrollprobe ..................... 1587,6 |
| Einmal verdichtete Probe . . . . . . . . . . . 2239,6 |
| Zweimal verdichtete Probe . . ....... 3770,5 |
Beispiel 5 Ein übliches saugfähiges Kreppapier, hergestellt aus verhältnismäßig
wenig gemahlenen, gebleichten Weichholz-Kraftzellstoffasem, wird mit einemüblichen
Latex eines Kautschuks von niedrigem Modul imprägniert, indem die Bahn durch ein
Bad des Imprägniermittels und durch übliche Abquetschwalzen geführt und dann auf
übliche Weise getrocknet wird. Die Imprägnierung wird so geregelt, daß die nach
dem Trocknen an der Bahn haftende Imprägniermittelmenge etwa 251/o des Gewichts
der trockenen Bahn beträgt. Die Zusammensetzung des Latex, der insgesamt etwa 27
% Feststoffe enthält, ist nachstehend angegeben.
| Bestandteile Gewichtsteile |
| Butadien-Acryhiitril-Mischpolymerisat |
| (72:28) .. ......« ................. 762 |
| Butadien-Styrol-Mischpolymerisat (50: 50) 182 |
| Butadien-Styrol-Mischpolymerisat (10 : 90) 83 |
| Hitzehärtbares Phenol-Formaldehyd-Harz 13 |
| Tetranatriumsalz von Athylendiamintetra- |
| essigsäure .......................... 7 |
| Antioxydans .......................... 0,5 |
| Wasser............................... 551. |
Die imprägnierte Bahn wird dann. mit einer Vorrichtung der in Fig. 1 dargestellten
Art im wesentlichen auf die beschriebene Weise verdichtet. Die Bahn wird vor der
Verdichtung durch Behandlung mit Wasserdampf auf einen Feuchtigkeitsgehalt von etwa
15 bis 20% des Gewichts der trockenen, imprägnierten Bahn eingestellt und dann bei
einer Walzentemperatur von etwa 120° C und einer Bandtemperatur von etwa
771 C bei einer Spannung des Bandes von etwa 21 kg pro Zentimeter Breite
und einem Klemmdruck von etwa 40 kg pro Zentimeter Breite mit einem Durchgang durch
die Vorrichtung auf etwa 751/o der ursprünglichen Länge verdichtet. Nach dem Trocknen
stellt die Bahn das erfindungsgemäße verdichtete Papier dar. Nach der Verdichtung
wird das Imprägniermittel in der Bahn ausgehärtet, indem die Bahn in einem Umluftofen
etwa 1 Minute einer Temperatur von 193° C ausgesetzt wird.
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Das erhaltene verfestigte Papier hat einen unerwartet hohen Aufspaltwiderstand
für die geringe Imprägniermittelmenge, die es enthält. Es ist außergewöhnlich anschmiegsam,
sehr elastisch und geschmeidig, flach, sehr einreißfest und zugfest und hat verschiedene
andere Eigenschaften, auf Grund derer es sich besonders als Träger für druckempfindliche
Abdeckklebstreifen sowie für andere Zwecke eignet. Bei der hier beschriebenen, nur
etwa 25o/oigen Imprägnierung werden große Kosteneinsparungen erzielt und dennoch
hervorragende Ergebnisse erhalten.
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Für Vergleichszwecke wird eine Vergleichsprobe in genau der gleichen
Weise wie die vorstehende erfindungsgemäße Probe hergestellt, wobei jedoch die Imprägnierung
weggelassen wird. Die Zugfestigkeit, Einreißfestigkeit, Reißdehnung in Längs- und
Querrichtung, der Aufspaltwiderstand, das Flächengewicht und die Luftdurchlässigkeit
sind in Tabelle 3 für die ursprüngliche Ausgangsbahn, die Vergleichsprobe, die imprägnierte
Ausgangsbahn und das imprägnierte und verdichtete Papier gemäß der Erfindung, bezeichnet
als »verdichtetes, imprägniertes Papier«, unter »Kreppapier F-61« genannt.
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Die gleiche Papierbahn, die jedoch in diesem Falle nicht gekreppt
ist, wird in der gleichen Weise wie das gekreppte Papier behandelt. Erhalten wird
ein imprägniertes, verfestigtes Papier gemäß der Erfindung, das unerwartet hohen
Aufspaltwiderstand, hohe Anschmiegsamkeit, Elastizität und Dehnung in der gleichen
Größenordnung wie das gekreppte Material; jedoch eine höhere Zugfestigkeit, geringere
Einreißfestigkeit und geringere Luftdurchlässigkeit oder Porosität hat. Die Werte
für diese imprägnierte und verdichtete flache Bahn und die nicht imprägnierte verdichtete
Vergleichsprobe sind in Tabelle 1 unter »F-61 flach« genannt.
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Die Werte der Zugfestigkeit und der prozentualen Dehnung in Tabelle
3 wurden durch Prüfung der Papiere gemäß dem ASTM-Test D-1000 ermittelt. Bei den
Dehnungswerten handelt es sich um die Reißdehnung, wie bereits erwähnt. Die Einreißfestigkeit
wird nach einem modifizierten Finch-Test ermittelt, wie er bei den Herstellern von
Papier-Abdeckklebstreifen üblich geworden ist. Der Aufspaliwiderstand wird gemessen,
indem Proben hergestellt und geprüft werden, wie es von Dunlap in »Some Factors
Affecting Ply Adhesion in Latex Saturated Papers«, veröffentlicht in »Tappi«, Vol.
40, Heft 8, August 1957, S. 677, beschrieben ist. Das Flächengewicht ist in Kilogramm
pro 267,56 m2 ausgedrückt. Die Luftdurchlässigkeit ist in Sekunden ausgedrückt und
stellt die Zeit in Sekunden dar, die 400 cms Luft brauchen, um durch eine Papierbahn
zu treten, die in einen Luftdurchlässigkeitsprüfer nach Gurley, Modell 4110, eingespannt
ist, wobei die Bedingungen gemäß Tappi-Spezifikation T-460, M-49, eingestellt sind.
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Der Aufspaltwiderstand der aus dem flachen und gekreppten Ausgangspapier
hergestellten imprägnierten, verdichteten Papiere ist im Vergleich zum Aufspaltwiderstand
beispielsweise der imprägnierten, nicht verdichteten Ausgangspapiere unerwartet
hoch. Der Aufspaltwiderstand der Vergleichsprobe, d. h. des verdichteten, jedoch
nicht imprägnierten Ausgangspapiers ist ebenfalls höher als der Wert für das nicht
imprägnierte Ausgangspapier. Dies ist an sich überraschend, da die bisherigen Ansichten
und Erfahrungen lehren, daß die Verdichtung der Bahn, wenn sie überhaupt etwas bewirkt,
den Aufspaltwiderstand schwächen kann. Der erhöhte Aufspaltwiderstand der erfindungsgemäßen
Papiere ist somit überraschend.
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Selbst wenn man annimmt, daß es nicht überraschend sei, wenn der erhöhte
Aufspaltwiderstand eines bestimmten imprägnierten, verdichteten Papiers gemäß der
Erfindung der Summe von a) dem Aufspaitwiderstand des imprägnierten, nicht verdichteten
Papiers und b) dem auf die Verdichtung allein zurückzuführenden Steigerungsbetrag
des Aufspaltwiderstandes, d. h. dem Unterschied zwischen dem Aufspaltwiderstand
der verdichteten Vergleichsprobe und des nicht imprägnierten Papiers
entspräche,
so ist der Aufspaltwiderstand von imprägnierten, verdichteten Papieren gemäß der
Erfindung trotzdem unerwartet, weil er ganz erheblich über die obengenannte Summe
hinausgeht und daher eindeutig ein synergistischer Effekt vorliegt-
| Tabelle 3 |
| Ver- Im- Aufspalt- Gewicht Luft- |
| dich- prägnie- Zugfestigkeit (kg) Einreißfestigkeit
o/o Dehnung wider- in Kilo- durch- |
| Papier tungs- rang stand gTamm Lässigkeit |
| pro in |
| grad (%) MD I XD MD @ XD MD I XD (kg) 267,56 m2 Sekunden |
| Flaches Kraft- |
| papier F-61 |
| Rohpapier .... - - 12,5 . 5 43,5 46 2,2 4,3 0,227 14,15
123,2 |
| Vergleichs- |
| probe ...... 25 - 4,5 I 3,9 58;06 75 31,3 5,1 0,383 18,71 .224,5 |
| Inprägniertes |
| Rohpapier .. - 25 9,6 6,6 31,4 38,7 2,3 10,5 0,765 17.87 489,6 |
| Imprägniertes |
| und verdich- |
| tetes Papier . . 25 25 11,3 7,34 43,5 63,0 37 12,3 1,42
23,84 1068,2 |
| Kreppapier F-61 |
| Rohpapier .... - - 4,4 4,1 36,3 38,7 6,2 4,0 0,51 12,25
12,9 |
| Vergleichs- |
| probe ...... 23 - 2,9 f 3,5 67,6 55,6 33,3 4,3 0,595 16,3 34,1 |
| Imprägniertes |
| Rohpapier .. - 27,5 6,3 6,2 43,5 43,5 11,7 7,08 0,964 15,9
16,02 |
| Imprägniertes j |
| und verdich- |
| tetes j |
| Papier .. 23 28 5,8 I 6,5 116,1 43,5 44 ( 9,25 1,191 20,2 91,5 |
| MD = in der Laufrichtung der Maschine. |
| XD = quer zur Laufrichtung der Maschine. |
Beispiel 6 365,6m eines billigen saugfähigen Papiers, das hauptsächlich an Molkereien
verkauft wird (Gewicht 16,33 kg/267,56 m2) wird auf einen Kern gewickelt und etwa
2 Wochen bei Raumtemperatur gelagert. Das Papier wird mit dem Buchstaben »K« gekennzeichnet.
Eine weitere Probe des gleichen Papiers von 365,6 m Länge wird auf die im Beispiel
5 beschriebene Weise mit einem wäßrigen Latex in einer Menge imprägniert, daß der
Imprägniermittelgehalt nach dem Trocknen 15 Gewichtsprozent des ursprünglichen Papiergewichts
beträgt. Der Latex hat folgende Zusammensetzung:
| Gewichtsteile |
| Butadien-Acrylnitril-Mischpolymeri- |
| sat (72: 28) . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3320 |
| Butadien-Styrol-Mischpolymerisat |
| (50:50) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3320 |
| Hitzehärtbares Phenol-Form- |
| aldehyd-Harz ................. 81,5 |
| Tetranatriumsalz von Äthylen- |
| diamintetraessigsäure .......... 40 |
| Wasser ......................... 11240 |
Die imprägnierte Probe der genannten Länge wird getrocknet und 2 bis 3 Wochen bei
Raumtemperatur gelagert, auf einen Kern gewickelt und mit dem Buchstaben »L« gekennzeichnet.
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Die vorstehend genannten beiden Proben werden dann unter den folizenden
Bedingungen verdichtet. Anpreßwalze Klemmdruck . . . . . . . . . . etwa 41 kg/cm
Breite Durchmesser . . . . . . . . . . 15,2 cm Gummiband Dicke . . . . . . . . .
. . . . . . . 31,75 mm Härte . . . . . . . . . . . . . . . . Durometer-Härte 55
Spannung . . . . . . . . . . . . etwa 21,4 kg/cm Beheizte Walze Durchmesser . .
. . . . . . . . 58,4 cm Umfangsgeschwindigkeit 8,14 m/Sek. Oberflächentemperatur
121° C Während der beiden Behandlungen wurde der Dampf in der Dampfkammer abgestellt,
um mögliche Unterschiede in der prozentualen Feuchtigkeitsaufnahme auszuschalten.
Mit anderen Warten, die beiden Proben (K und L) werden während des Verdichtens nur
durch die Feuchtigkeitsmenge weichgemacht, die sie während der Lagerung für 2 bis
3 Wochen bei Raumtemperatur und der herrschenden Luftfeuchtigkeit aufgenommen haben.
Nach der Verdichtung wird das Imprägniermittel in der Papierprobe »L« auf die in
Beispiel 5 beschriebene Weise ausgehärtet.
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Mit der imprägnierten Probe »L« wird eine erheblich stärkere Verdichtung
erzielt als mit der nicht imprägnierten Probe »K«, wie aus der folgenden Tabelle
4 ersichtlich ist, in der die Zahlen unter D, B, C, V, 1 und O die Oberflächengeschwindigkeiten
der Walze und des Bandes sowie die Papiergeschwindigkeit an den angegebenen Stellen
bedeuten.
| Tabelle 4 |
| Arbeitsbedingungen |
| Papier- |
| Oberflächen- Geschwindigkeit der Bandoberfläche geschwindigkeit
Ver- Wirkungsgrad |
| Probe geschwindigkeit dichtung der Verdich- |
| der Walze 13 vor Walze 10 # über Walze 10 auf Walze
13 Eintritt Ausgang tung' /o |
| Eber.] |
| (C) |
| (y) (1) (O) (Q)* (E)** |
| I |
| K 8,14 6,8 8,6 6,22 8,29 6,43 20,9 74,6 |
| (nicht |
| imprägniert) |
| L 8,14 6,8 8,66 6,22 8,6 6,5 24,5 87,5 |
| (imprägniert) |
| Tatsächliche prozentuale Verdichtung . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (1-0)/I - 100 = Q. |
| ** Maximale theoretische Verdichtung . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (C-V)/C - 100 = Z. |
| Prozentualer Wirkungsgrad der Verdichtung somit E = Q/Z # 100
= Q/28 - 100: |
Aus den in Tabelle 4 genannten Werten für diese direkt vergleichbaren Versuche wird
deutlich, daß bei der imprägnierten Bahn (L) der Verdichtungsgrad erheblich höher
ist als der mit der nicht imprägnierten Bahn (K) erzielte Verdichtungsgrad. Ferner
ist ersichtlich, daß der mit dem imprägnierten Papier (L) erzielte Verdichtungswirkungsgrad
wesentlich höher ist (um 12,9%) als der bei der Verarbeitung des nicht imprägnierten
Papiers (K) erreichte Wert.
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Die Verbesserung des Verdichtungswirkungsgrades, der mit der imprägnierten
Bahn erzielt wird, läßt sich theoretisch dadurch erklären, daß das Bindemittel in
der Bahn eine Greifwirkung auf die Oberfläche des zusammenziehbaren Gummibandes
ausübt, wodurch der Reibungswiderstand der Bahn gegen eine Bewegung relativ zur
Bandoberfläche erhöht wird. Ohne Rücksicht darauf, ob diese Erklärung richtig ist
oder nicht, ergibt normalerweise die Verdichtung eines imprägnierten Papiers unter
bestimmten Bedingungen in jeder bestimmten Apparatur einen wesentlich höheren Verdichtungsgrad
und einen höheren Verdichtungswirkungsgrad als die Verarbeitung eines nicht imprägnierten,
aber im übrigen identischen Papiers in der gleichen Apparatur unter den gleichen
Arbeitsbedin gungen.
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Trotz des billigen Ausgangsmaterials und der verhältnismäßig geringen
Bindemittelmenge hat das erhaltene erfindungsgemäße imprägnierte und verdichtete
Papier einen beachtlich verbesserten Aufspaltwiderstand. Es ist äußerst elastisch
und geschmeidig sowie anschmiegsam, so daß es sich besonders als Träger für Abdeckstreifen
eignet.