DE69802442T2

DE69802442T2 - Verfahren und Streichfarbe zum Auftragen auf Papier und Karton

Info

Publication number: DE69802442T2
Application number: DE69802442T
Authority: DE
Inventors: Jyrki Kettunen; Anne Rutanen; Petri Silenius
Original assignee: M Real Oyj
Current assignee: Metsa Board Oyj
Priority date: 1997-01-13
Filing date: 1998-01-12
Publication date: 2002-07-18
Anticipated expiration: 2018-01-13
Also published as: ATE208844T1; JP3332212B2; DE69802442D1; FI108283B; FI970133A0; EP0853159B1; NO980121D0; EP0853159A1; NO324302B1; NO980121L; JPH10202181A; FI970133L; NZ329565A; CA2226773A1; US6117491A; AU724650B2; ES2166135T3; CA2226773C; AU5204198A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren gemäss dem Oberbegriff von Anspruch 1 zur Beschichtung von Papier, Karton und ähnlichen Cellulose-Materialien.
Gemäss einem solchen Verfahren wird eine wässrige Streichfarbe auf die Oberfläche eines Gewebes aufgebracht.
Papiere und Karton sind mit verschiedenen Mineralbeschichtungen versehen, um die Bedruckbarkeit der Produkte zu verbessern, d. h., um die Eigenschaften der Druckoberfläche und das Druckverfahren zu verbessern. Die Aufgabe der Beschichtung ist es, die Fasern und fasrigen Flocken des Papiers oder des Kartons zu bedecken, und dadurch die Rauhigkeit der Oberfläche und die Größe der Oberflächenporen zu verringern. Die Beschichtungen bestehen üblicherweise aus Pigmenten und Bindemitteln von verschiedenen Zusätzen.
Es ist im Stand der Technik bekannt, die Beschichtung dadurch durchzuführen, dass im Verhältnis auf die End- Beschichtungsmenge, eine vielfache Menge der Streichfarbe aufgebracht wird, die anschließend üblicherweise mit einem Messer auf die Endmenge abgeschabt wird. Das Ziel ist es, die bestmögliche Bedeckung und andere gewünschte Eigenschaften mit einer minimalen Verwendung von Streichfarbe zu erzielen. Ein weiteres Ziel ist es, die Beschichtung bei einer hohen Geschwindigkeit durchzuführen. Eines der Probleme, die mit der oben beschriebenen Beschichtungstechnik mit Papiermaschinenschaber verbunden ist, ist, dass eine große Menge der Mischung recycelt werden muss.
Eine der alternativen, neuen Beschichtungsverfahren, ist ein Verfahren, das als Filmpressung bekannt ist. Es basiert auf dem Transfer der Streichfarbe auf das zu beschichtende Material in einem Nip, der aus zwei Walzen besteht. Die Streichfarbe wird auf die Walze aufgetragen, und ein Teil der aufgetragenen Menge wird auf das Gewebe transferiert. Die Menge, die transferiert wird, hängt von den Eigenschaften der Mischung und des Grundgewebes ab. Die Menge, die in den Kreislauf recycelt wird ist beim Filmpressverfahren viel kleiner als bei anderen üblichen Beschichtungsverfahren und daher treten auch geringere Veränderungen in der Mischung bei längeren Anwendungszeiten auf. Der Vorteil des Filmpressverfahrens schließt die Möglichkeit ein, eine große Beschichtungsgewichtfläche bei höherer Geschwindigkeit als zuvor zu erhalten, und die Tatsache, dass die Deckfähigkeit des Grundgewebes selbst mit kleinen Mengen an Beschichtung, besser ist als mit dem Verfahren mit dem Papiermaschinenschaber.
Entwässern wird als der Mechanismus betrachtet, der zu der Beschichtung und der Ausbildung der Beschichtungsstruktur führt. Da die Poren des Grundgewebes, die als ein Filter wirken, größer sind als die durchschnittliche Partikelgröße der Mischung, ist es wesentlich, die Infiltration der Komponenten der Mischung in die Poren des Gewebes zu verhindern, um eine hohe Beschichtung zu erhalten. Je schneller die Mischung ihren Immobilisierungs (Verfestigungs)-punkt erreicht - ein Zustand, in dem die Partikel sich nicht länger im Verhältnis zueinander bewegen können - desto kleiner ist die Menge der Mischung, die in die Poren des Papiers infiltriert. Dadurch bedeckt die Mischung besser das zu beschichtende Gewebe. Die Deckfähigkeit der Mischung ist ein wesentlicher Faktor, wenn kleinere Mengen an Beschichtung gewünscht sind.
Schleierbildung, d. h. die Bildung von Tropfen der Streichfarbe beim Öffnen des Nips ist ein Problem, das mit der Durchführung des Filmpressverfahrens bei hoher Geschwindigkeit verbunden ist. Die ausgesandten Mischungspartikel können auf dem beschichteten Gewebe landen und ebenfalls den Beschichter und seine Umgebung kontaminieren. Beim Transferieren der auf die Walze in dem Nip aufgebrachten Mischung auf die Oberfläche des zu beschichtenden Gewebes verfestigt sich ein Teil dieser Mischungsschicht zu einem Zustand, in dem sie nicht länger bricht, wenn der Nip geöffnet wird. Teile der Mischungsschicht verbleiben unverfestigt.
Nach jüngstem Wissen hängt die Schleierbildung überwiegend von der Dicke der unverfestigten Aufspaltschicht der Mischung und der Aufspaltgeschwindigkeit des Films ab (der unter anderem von der Betriebsgeschwindigkeit und dem Durchmesser der Walzen abhängt). Wenn die Beschichtungsschicht sich schnell absetzt und die verfestigte Schicht dick ist, bleibt die Dicke der freien Schicht, die als Ergebnis des Aufspaltens abgegeben wird, klein. Unter diesen Umständen wird die Schleierbildung minimiert. Ebenfalls wird die Menge an Beschichtung bei dem Filmpressverfahren bestimmt durch die Gesamtsumme der verfestigten Schicht und der Mischungsschicht, die auf dem Grundgewebe in der Aufspaltphase der unverfestigten Mischungsschicht verbleibt. Der Bruchteil der auf die Walze aufgetragene Mischung, der auf das zu beschichtende Gewebe transferiert wird, wird größer; und die Menge an recycelter Mischung wird kleiner, wenn Mischungen verwendet werden, die sich schnell verfestigen und einen niedrigen Immobilisierungspunkt haben, als bei Verwendung von Mischungen, die sich langsam verfestigen und einen hohen Immobilisierungspunkt besitzen. Die Interaktion zwischen den Komponenten der Beschichtung beeinflusst die Verfestigung der Beschichtung. Die folgenden Mittel sind verfügbar, um die Immobilisierung der Beschichtung zu beschleunigen und somit zur Verbesserung der Deckfähigkeit der Beschichtung und, in Beschichtungsverfahren, die auf Filmpressen basieren, zur Verringerung der Menge an Schleierbildung und Reduzieren der Menge der Beschichtung im Kreislauf.
1) Entfernen von Wasser aus der Mischung durch die Verwendung eines absorbierenden Grundpapiers und durch Verwendung einer Mischung, die eine schlechte Wasserretention besitzt; schnelles Entfernen von Wasser verursacht schnelle Verfestigung der Streichfarbe;
2) Verwendung einer Streichfarbe, die einen hohen Gehalt an Trockensubstanz besitzt, beim Beschichten, um so die Viskosität in dem Nip schon durch eine geringe Zunahme des Gehalts an Trockensubstanz zu erhöhen;
3) Verwendung von kationischen Komponenten in der anionischen Beschichtungsmischung.
Im ersten Fall werden die Eigenschaften der Kreislaufmischung konstant während des Prozesses verändert (d. h. der Gehalt an Trockensubstanz nimmt zu und die Bindemittelkonzentration nimmt ab). Bei hohen Beschichtungsgeschwindigkeiten können beim Filmpressverfahren keine Verbesserungen mit dieser Methode erhalten werden.
Die zweite Alternative beeinflusst nicht die transferierte Menge an Mischung bei hohen Beschichtungsgeschwindigkeiten (über 1200 m/min) im Filmpressverfahren, jedoch wird die Schleierbildung verringert, wenn der Gehalt an Trockensubstanz zunimmt. Die Zunahme des Gehalts an Trockensubstanz der Mischung wird durch den Gehalt an Trockensubstanz der Komponenten und die Interaktionen zwischen diesen (Viskosität) limitiert. Im dritten Fall können kationische Komponenten im anionischen Papierherstellungsverfahren nur zu einem begrenzten Ausmaß eingesetzt werden.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, diese Probleme des Standes der Technik zu beseitigen und eine völlig neue Lösung bereitzustellen, die es ermöglicht, die Deckfähigkeit der Streichfarben zu verbessern und ferner die oben beschriebenen Probleme, die mit dem Filmpressverfahren verbunden sind, zu vermeiden.
Die Erfindung basiert auf dem Konzept, ein Polymer als ein Verdickungsmittel in der Streichfarbe zu verwenden, dessen Viskosität bei steigender Temperatur zunimmt. Dies ermöglicht es, ein Gewebe mit einer Mischung, die das Polymer enthält, bei einer niedrigeren Temperatur und bei einer geeignet niedrigen Viskosität zu beschichten.
Die Verwendung von Methylcellulose als ein Verdickungsmittel in wässrigen Flüssigkeits-Beschichtungssuspensionen ist als solches bekannt (EP-A-0496269). Allerdings schlägt der Stand der Technik nicht vor, die Temperatur der wässrigen Beschichtungssuspension unmittelbar nach der Beschichtung zu erhöhen, um eine rasche Immobilisierung der Beschichtungsschicht zu erzielen.
Die rasche Immobilisierung der Beschichtung sollte stattfinden vor der Trocknungsausstattung und teilweise schon während der Beschichtung, wenn ein heißes Gewebe beschichtet wird.
Erfindungsgemäß enthält die Streichfarbe vor allem 100 Teile Gewichtsteile Pigmente (ein Pigment oder eine Kombination von zwei oder mehr Pigmenten), 0,1 bis 50 Gewichtsteile von zumindest einem Bindemittel, 0 bis 10 Gewichtsteile andere Zusätze, die an sich bekannt sind, und 0,1 bis 10 Gewichtsteile eines wasserlöslichen Polymers, das in Wasser eine wässrige Lösung bildet, dessen Viskosität bei steigender Temperatur zunimmt.
Genauer gesagt ist das erfindungsgemäße Verfahren hauptsächlich durch das gekennzeichnet, was im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 angegeben ist.
Es werden erhebliche Vorteile mittels der Erfindung erhalten. Beispielsweise ist die Menge an zurückgeführter Mischung kleiner und es tritt, als eine Folge des Polymers, das die Eigenschaften der Streichfarben verbessert, weniger Schleierbildung bei dem Filmpressverfahren bei hoher Geschwindigkeit auf. Eine starke Abnahme der Viskosität nach einer Temperaturerhöhung verlangsamt die Verfestigung, wenn Polymere verwendet werden, die per se als Verdickungsmittel bekannt sind. Weiterhin besitzen erfindungsgemäß die Streichfarben eine ausgezeichnete Deckfähigkeit.
Die Erfindung ist insbesondere für das Filmpressverfahren geeignet, wodurch die Mischung in dem Nip rasch verfestigt wird, d. h. mit einem relativ kleinen Anstieg in der Temperatur unter Verwendung des beheizten Zuführzylinders (Gegenzylinder). Die Immobilisierung der Beschichtungsmischung wird ebenfalls als Folge der Zunahme des Gehalts an Trockensubstanz, die in dem Nip vorkommt, verbessert.
Die Erfindung wird ausführlicher mit der Hilfe der folgenden detaillierten Beschreibung von einigen Arbeitsbeispielen untersucht.
Fig. 1 zeigt die Viskosität gegen die Temperatur für eine Streichfarbe, die Methylcellulose mit niedrigem Molekulargewicht enthält;
Fig. 2 zeigt die Viskosität gegenüber der Temperatur für eine Streichfarbe mit Methylcellulose mit hohem Molekulargewicht, und
Fig. 3 zeigt die Viskosität gegenüber der Temperatur für die (Referenz-) Streichfarbe, die Carboxymethylcellulose enthält.
In der vorliegenden Erfindung bedeutet "Streichfarbe" eine Zusammensetzung, die für die Beschichtung oder Oberflächenbearbeitung von Papier oder Karton ausgestaltet ist, die Wasser und an sich bekannte Komponenten wie Pigmente, Bindemittel und eine Komponente, die die Viskosität reguliert (ein Verdickungsmittel), enthält. Pigmente sind z. B. Calciumcarbonat, Calciumsulfat, Aluminiumsilikat, Kaolin (Kristallwasser enthaltendes Aluminiumsilikat), Aluminiumhydroxid, Magnesiumsilikat, Talk (Kristallisationswasser enthaltendes Magnesiumsilikat), Titanoxid und Bariumsulfat und Mischungen von diesen. Es können ebenfalls synthetische Pigmente verwendet werden. Primäre Pigmente von denjenigen, die oben genannt sind, sind Kaolin und Calciumcarbonat, die üblicherweise bis über 50% der Trockensubstanz der Beschichtungszusammensetzung ausmachen. Calciniertes Kaolin, Titanoxid, präzipitiertes Carbonat, Satin-Weiß, Aluminiumhydroxid, Natriumsilikaaluminat und plastische Pigmente sind zusätzliche Pigmente und die Menge von diesen beträgt üblicherweise unter 25% der Trockensubstanzgehalts der Mischung. Spezielle zu erwähnende Pigmente sind spezielle Kaoline und Calciumcarbonate und Bariumsulfat und Zinkoxid.
Jedes an sich bekannte Bindemittel, das häufig für die Papierherstellung verwendet wird, kann als Bindemittel verwendet werden. Zusätzlich zu individuellen Bindemitteln ist es ebenfalls möglich, Mischungen von Bindemitteln zu verwenden. Als spezifische Beispiele von typischen Bindemitteln können die folgenden erwähnt werden: synthetische latexartige Bindemittel, die aus Polymeren oder Copolymeren von ethylenisch ungesättigten Verbindungen bestehen wie Copolymere des Butadien-Styroltyps, die ein Comonomer mit einer Carbonsäure-Gruppe enthalten können, wie Acrylsäure, Itaconsäure und Maleinsäure und Poly(vinylacetat), das Comonomere mit Carbonsäure-Gruppen enthält. In Kombination mit den zuvor genannten Substanzen können beispielsweise wasserlösliche Polymere, Stärke, CMC, Hydroxyethylcellulose und Polyvinylalkohol) als Bindemittel verwendet werden.
In den Beschichtungsmischungen können weiterhin herkömmliche Additive und Zuschlagsstoffe wie Dispergiermittel (z. B. Natriumsalz von Poly(acrylsäure)), Substanzen zum Einstellen der Viskosität und Wasserretention der Mischung (z. B. CMC, Hydroxyethylcellulose, Polyacrylate, Alginate, Benzoate, Schmiermittel, Härter zur Verbesserung der Wasserbeständigkeit, optische Mittel, Antischaummittel und Substanzen zur Regulierung des pH's und zur Verhinderung des Produktabbaus verwendet werden. Die Schmierstoffe schließen sulfonierte Öle, Ester, Amine, Calcium- und Ammoniumstearate ein; die die Wasserbeständigkeit verbessernden Mittel schließen Glyoxal ein, optische Reagenzien schließen Diaminostilben und Derivate von Disulfonsäure ein; die Antischaummittel schließen Phosphatester, Silikone, Alkohole, Ether, Pflanzenöle ein; die pH-Regulatoren schließen Natriumhydroxid und Ammoniak ein; und schließlich schließen die den Abbau verhindernden Mittel Formaldehyd, Phenol und quaternäre Ammoniumsalze ein.
Der Begriff "Cellulosematerial" bezeichnet Papier oder Karton oder ein entsprechendes Cellulose enthaltendes Material, das aus einem Lignocellulose-Ausgangsmaterial, insbesondere aus Holz oder aus einjährigen oder mehrjährigen Pflanzen abgeleitet ist. Dieses Material kann holzhaltig oder holzfrei sein und es kann aus mechanischer, halbmechanischer (chemimechanischer) oder chemischer Pulpe hergestellt werden. Die Pulpe kann gebleicht oder ungebleicht sein. Das Material kann ebenfalls wiedergewonnene Fasern enthalten, insbesondere wiedergewonnenes Papier oder wiedergewonnener Karton.
Üblicherweise liegt das Quadratmetergewicht des Materialgewebes im Bereich von 50 bis 250 g/m².
Die Beschichtungszusammensetzung gemäss der vorliegenden Erfindung können sowohl als Vorbeschichtungs-Mischungen und als Oberflächenstreichfarben verwendet werden. Auf 100 Gewichtsteile Pigment enthält die Streichfarbe üblicherweise 0,1 bis 10 Gewichtsteile des Verdickungsmittels und 1 bis 20 Teile eines Bindemittels.
Die Zusammensetzung einer üblichen Vorstreichmischung ist die folgende:
Pigment/Füllstoff (z. B. grobes Calciumcarbonat) 100 Gewichtsteile
Verdickungsmittel 0,1 bis 2,0 Gewichtsteile
Bindemittel 1 bis 20 Gewichtsteile
Zusätze 0,1 bis 10 Gewichtsteile
Wasser Rest
Der Gehalt an Trockensubstanz einer Vorstreichmischung beträgt üblicherweise 40 bis 70% und der pH 7,5 bis 9.
In den Streichfarben gemäss der Erfindung bestehen 1 bis 100 Gew.-%, vorzugsweise ungefähr 75 bis 100 Gew.-% des Verdickungsmittels, aus einem Polymer, dessen Viskosität bei steigender Temperatur zunimmt (vgl. die nachfolgende detaillierte Beschreibung). Der Rest des Verdickungsmittels besteht aus an sich bekannten Verbindungen wie Carboxymethylcellulose.
Die Zusammensetzung der Oberflächenstreichfarbe gemäss der Erfindung ist beispielsweise die folgende:
Pigment/Füllstoff I (z. B. feines Calciumcarbonat) 30 bis 90 Gewichtsteile
Pigment/Füllstoff II (z. B. feines Kaolin) 10 bis 30 Gewichtsteile
Gesamtpigment 100 Gewichtsteile
Verdickungsmittel 0,1 bis 2,0 Gewichtsteile
Bindemittel 1 bis 20 Gewichtsteile
Zusätze 0,1 bis 10 Gewichtsteile
Wasser Rest
Der Gehalt an Trockensubstanz einer Streichfarbe beträgt üblicherweise 50-75%.
In der oben genannten Streichfarbe kann zumindest ein Teil (1 bis 100%, vorzugsweise ungefähr 20-100%) des feinverteilten Calciumcarbonats durch präzipitiertes Calciumcarbonat (PCC) ersetzt werden.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren umfasst das verwendete Verdickungsmittel ein Polymer oder eine Polymermischung, die eines oder mehrere Polymere zusammen mit Zusätzen, falls vorhanden, enthält. Ein wesentlicher Teil des Verdickungsmittels umfasst ein Polymer, das wasserlöslich ist und dessen Viskosität sich in Abhängigkeit von der Temperatur verändert. Es ist insbesondere bevorzugt, ein Polymer zu verwenden, das eine wässrige Lösung bildet, deren Viskosität stark ansteigt, wenn die Temperatur über ein relativ kleines Temperaturintervall steigt. Polymere dieser Art sind beispielsweise Methylcellulose (MC) und Etherderivate davon wie Hydroxyalkylether, wie Hydroxypropyl-Methylcellulose (HPMC), Hydroxyethyl-Methylcellulose (HEMC) und Hydroxybutyl- Methylcellulose (HBMC). Diese Substanzen sind kommerziell erhältlich und beispielsweise unter den Markennamen Methocel, (Methocel A, Methocel E, F, J, K und 310 Serie; Lieferant The Dow Chemical Co.) und Marpolose (Lieferant Matsumot Yushi Seiyaku Co. Ltd) geliefert.
Die Viskosität von Methylcellulose und der obigen Ether davon nimmt zuerst ab, wenn die Temperatur über eine gewisse Temperatur ansteigt. Anschließend steigt die Viskosität stark an. Die Temperatur, bei der der Viskositätszuwachs beginnt, wird die Gelbildungstemperatur genannt. Erfindungsgemäß wird das Verfahren durchgeführt, indem die Temperatur des Gewebes nach dem Aufbringen der Streichfarbe erhöht wird, um ein Gelieren des Polymers zu erreichen, das gleichzeitig eine Versteifung und Verfestigung der Streichfarbe erzielt.
Üblicherweise nimmt bei der Gelbildungstemperatur die Viskosität des Polymers um mindestens 10%, vorzugsweise um ungefähr 30 bis 50% zu. Die Viskosität einer Beschichtungsmischung gemäß der Erfindung wächst über den Temperaturbereich von Raumtemperatur bis ungefähr 60 bis 70ºC deutlich mehr als es auf die Zunahme des Gehalts an Trockensubstanz aufgrund der Verdampfung von Wasser und Flüssigkeit zurückgeführt werden kann. Vorzugsweise steigt die Viskosität der Streichfarbe um mindestens 10%, vorzugsweise um mindestens 20% und insbesondere um ungefähr 25 bis 50% im Temperaturbereich von 25 bis 60ºC.
Die Gelbildungstemperatur ist nicht von der Viskositätsklasse des Produktes abhängig (dem Verhältnis des Polymerisationsgrads zur Molekülgröße). Statt dessen beeinflussen die Rate des Temperaturanstiegs, die Scherkräfte und die Additive die Gelbildungstemperatur. Salze erniedrigen die Gelbildungstemperatur in Abhängigkeit von der Salzkonzentration und der kationischen und anionischen Ladung. Die Gelbildungstemperatur kann ebenfalls erhöht werden, indem kurzkettige Alkohole und Glykole verwendet werden, welche daher in das Verdickungsmittel, das als Komponente der Beschichtungsmischung verwendet wird, aufgenommen werden können.
Die Festigkeit der dreidimensionalen Struktur, die durch das Gel gebildet wird, steigt an, wenn die Konzentration der Methylcellulose und seine Viskosität (Viskositätsklasse) zunimmt. Das Gelieren ist reversibel, das bedeutet, das bei Temperaturabfall unterhalb der Gelbildungsemperatur die Viskosität wiederum abnimmt. Bestimmte Elektrolyte können mit der Methylcellulose um Wasser konkurrieren und Präzipitation verursachen.
Die Rheologie der Methylzellulose unterhalb der Gelbildungstemperatur ist pseudoplastisch und sie nähert sich dem Newton'schen bei niedrigen Scherraten an. Der pseudoplastische Charakter nimmt zu, wenn die Konzentration des Polymers und die molare Masse zunehmen. Bei kleinen molaren Massen überwiegt das Newton'sche Verhalten über einen ziemlich breiten Bereich der Scherkräfte. Diese Art von rheologischem Verhalten verursacht keine Probleme in den frühen Schritten des Verfahrens.
Gemäss "Encyclopedia of Polymer Science and Engineering", Vol. 3, Seite 252" sind die Gelbildungstemperaturen der reinen Produkte in wässrigen Lösungen die folgenden:
MC 48ºC
HPMC 54-77ºC
HBMC 49ºC
Weiterhin besitzen die Mengen der Substituenten, die während der Herstellung der Celluloseether verwendet werden, einen Einfluss auf die Gelbildungstemperatur (Encyclopedia of Chemical Technologies, Kirk-Othmer, Vol. 5, Seite 150) und sie kann auf einen Wert im Bereich von 45 bis 90ºC eingestellt werden. Ein Beispiel des Einflusses der Substituenten auf die Gelbildungstemperatur von Methylcellulose werden die Gelbildungstemperaturen der folgenden kommerziellen (Marpolose) Produkte offenbart; die erste Klasse ist ein MC und die zwei letzten sind HPMC's (Matsumoto Yushi Seiyaku Co. Ltd.) Tabelle 1. Gelbildungstemperaturen von substituierten Celluloseethern
Im Maschinenkreislauf betragen die für das erfindungsgemäße Verfahren verwendeten Temperaturen üblicherweise 40 bis 60ºC. Das Polymer und seine Viskositätsklasse werden vorzugsweise so ausgewählt, dass eine relativ kleine Zunahme der Temperatur ausreichend ist, um eine Versteifung und Immobilisierung der Mischung zu erzielen. Die Viskosität vor dem Temperaturschock sollte nicht zu hoch sein. Weiterhin kann, falls notwendig, eine Feinabstimmung der Gelbildungstemperatur unter Verwendung der oben genannten Zusätze durchgeführt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Beschichtung von Papier und/oder Karton kann online oder off-line unter Verwendung konventioneller Beschichter, einschließlich beispielsweise Papiermaschinenschaber-Beschichter und Luftbürstenbeschichter durchgeführt werden. Um eine schnelle Immobilisierung der Streichfarbe, die auf das Papiergewebe aufgetragen ist, bereitzustellen, wird es bevorzugt, Strahler wie Heizstrahler (z. B. IR-Strahler) zu haben, die nahe den Auftragungsmitteln angebracht sind. Es wird bevorzugt, die Beschichtung vor dem tatsächlichen Trocknen des Papiers zu erwärmen, wie es heute üblicherweise im Stand der Technik durchgeführt wird. Der entscheidende Punkt ist es, die Temperatur der Beschichtungsschicht (vorzugsweise bis zu der Gelbildungstemperatur) sofort nach dem Beschichten zu erhöhen. Abhängig von der Maschinengeschwindigkeit bedeutet dies eine Entfernung von beispielsweise ungefähr weniger als 150 cm, vorzugsweise weniger als 100 cm und insbesondere weniger als 70 cm vom Beschichter. Die Heizenergie, die auf die Beschichtung zur Erhöhung deren Temperatur aufgebracht wird, kann kleiner sein als für das Trocknen der Beschichtung. Vorzugsweise wird die Temperatur innerhalb der ganzen Schicht erhöht, die üblicherweise eine Dicke von ungefähr 10 bis 50 um, üblicherweise ungefähr 15-25 um, besitzt.
Die Erfindung ist insbesondere für die Filmbeschichtung geeignet, in welchem Fall eine konventionelle Beschichtungskonstruktion, die für eine Filmbeschichtung gedacht ist, vorzugsweise modifiziert werden kann, indem der (gewebetragenden) Zuführzylinder mit Heizmitteln versehen wird zur Erhöhung der Oberflächentemperatur davon auf den gewünschten Bereich. Während der Filmpressbeschichtung wird die Temperatur daher schon in dem Beschichtungsnip erhöht. Ein weiterer Zuführzylinder kann ebenfalls verwendet werden, falls notwendig, um einen längeren Zylindernip bereitzustellen. Insbesondere ist das Grundpapier während eines Online-Beschichtens bereits warm, wenn es zu der Beschichtung gelangt, was das Erwärmen der Mischung schneller gestaltet und bei deren Absetzen hilft. Falls notwendig, kann das Gewebe ebenfalls separat vor der Beschichtung erwärmt werden.
In Abhängigkeit von der geeigneten Beschichtungstemperatur des Verfahrens wird das Polymer so ausgewählt, dass seine Gelbildungstemperatur normalerweise zumindest einige Grad (2- 3ºC), vorzugsweise ungefähr 5-10ºC, höher als diese Temperatur liegt. Weiterhin werden die Viskositätsklasse des Polymers und seine Konzentration so ausgewählt, um eine Streichfarbe geeigneter Viskosität vor der Beschichtung bereitzustellen. Dies ermöglicht es, die verwendeten Mengen der anderen Verdickungsmittel wie Carboxymethylcellulose zu verringern oder sie insgesamt zu ersetzen. Die Temperatur des Zuführzylinders und des Grundpapiers wird abhängig von dem Papier und seinem Quadratmetergewicht und von der Maschinengeschwindigkeit angepasst, so dass die Temperatur des Gewebes nach dem Zylindernip ausreicht, um das Gelieren des Polymers zu erzielen. Üblicherweise ist ein Temperaturanstieg von 3 bis 10ºC ausreichend. Fall Temperaturvariationen in dem Maschinenkreislauf vorkommen, kann eine größere Verlässlichkeitsgrenze zwischen der Temperatur des Kreislaufes und der Gelbildungstemperatur ausgewählt werden.
Die folgenden nicht einschränkenden Beispiele veranschaulichen die Erfindung:

Beispiel 1

Bestimmung des Verfestigungspunkts und der Verfestigungsrate

Dieses Beispiel offenbart, wie sich die Viskosität der in der vorliegenden Erfindung verwendeten Streichfarbe bei Temperaturerhöhung verändert im Vergleich zu einer üblichen Streichfarbe, in der Carboxymethylcellulose als ein Verdickungsmittel verwendet wird.
Für diesen Versuch wurde eine Anzahl von Lösungen aus Methylcellulosen unterschiedlicher Viskositätsklassen hergestellt. Die Trockensubstanzgehalte dieser Lösungen betrugen 3,4%. Die Lösungen wurden durch ein als Heiß/Kalt- Verfahren bekanntes Verfahren hergestellt, das umfasst, zu Beginn MC (Methylcellulose) in heißem Wasser (90ºC), das ein Volumen von zwei Dritteln des Endvolumens besitzt, zu dispergieren. Nach Dispergierung wurden Eis und kaltes Wasser zu der Lösung hinzugegeben, um das Endvolumen zu ergeben und die Temperatur zu erniedrigen. Wenn die Temperatur der Mischung fiel, löste sich die MC auf und danach stieg ebenfalls die Viskosität.
Zusätzlich zu einer Referenz wurden zwei zu untersuchende Streichfarben hergestellt. Die Viskosität aller Streichfarben betrug ungefähr 1500 mPas (unter Verwendung eines Brookfield- Viskometers bei einer Spindelgeschwindigkeit von 100 upm). Die in den Streichfarben verwendeten MC-Grade stammten aus unterschiedlichen Viskositätsklassen. Die molare Masse des Grads A4C-MC betrug 41,000, seine Viskosität in einer 2%igen Lösung betrug ungefähr 400 cP. Die molare Masse des Grads A4M-MC betrug wiederum 86,000 und seine Viskosität bei den entsprechenden Bedingungen ungefähr 4000 cP. Beides waren Celluloseether, die von The Dow Chemical Company bezogen und unter dem Markennamen Methocel vermarktet werden.
Die in dem Versuch verwendeten Pigmente waren vermahlenes Calciumcarbonat (HC-90, Lieferant: Suomen Karbonaatti Oy) und Kaolin (AMAZON, Lieferant Kaolin International BV) und das Bindemittel ein Styrol-Butadien-Latex (DL 925, Lieferant: Dow Latex). In dem Referenzversuch wurde CMC verwendet. Das CMC wurde unter dem Markennamen FF-10 geliefert. (Lieferant: Metsa Specialty Chemicals Oy).
Die Viskosität der Streichfarbe wurde auf den zuvor bestimmten Wert unter Verwendung einer geeigneten Menge von MC eingestellt (die geeignete Menge wurde experimentell durch Zugabe verschiedener Mengen von zuvor hergestellter MC-Lösung bestimmt). Die Zusammensetzung und die Reihenfolge der Zugabe der Komponenten der Streichfarben wird in den folgenden Tabellen dargestellt (die Substanzen werden in derselben Reihenfolge hinzugegeben, wie sie dargestellt werden). Tabelle 2. Referenz Tabelle 3. Die Streichfarbe, die aus Methylcellulose kleiner molarer Masse hergestellt wurde Tabelle 4. Streichfarbe, hergestellt aus Methylcellulose hoher molarer Masse
Die Streichfarben wurden erwärmt (leichtes Vermischen) und die Brookfield Viskositäten wurden bei verschiedenen Temperaturen gemessen. Die Behälter wurden bedeckt, um Verdampfung und somit eine Veränderung des Gehalts an Trockensubstanz zu vermeiden.
Die Ergebnisse sind in Tabellen 5 bis 7 aufgeführt. Die korrespondierenden graphischen Darstellungen sind in Fig. 1 bis 3 aufgeführt; Fig. 1 entspricht Tabelle 5, Fig. 2 Tabelle 6 und Fig. 3 Tabelle 7: Tabelle 5. Methylcellulose (M = 41,000, Viskositätsklasse in einer 2%igen Lösung = 400 cP) Tabelle 6. Methylcellulose (M = 86,000, Viskositätsklasse in einer 2%igen Lösung = 4,000 cP) Tabelle 7. CMC Referenz
Obwohl die Behälter abgedeckt waren, fand einige Verdampfung statt, was eine geringe Zunahme des Gehalts an Trockensubstanz verursachte. Dennoch wird bei Überprüfung der beigefügten Zeichnungen, die die relative Zunahme von Viskosität und Gehalt an Trockensubstanz als Funktion der Temperatur zeigen, leicht erkannt, dass der Anstieg in der Viskosität wesentlich größer ist, wenn MC verwendet wird, als für CMC. Genauer gesagt beträgt die Viskositätszunahme für MC fast 35% im Temperaturbereich von 25 bis 60ºC, während die Zunahme in der Viskosität für CMC, die durch die Zunahme des Gehalts an Trockensubstanz verursacht wurde, weniger als 5% betrug.

Beispiel 2

Die Funktion des Polymers beim Beschichten

Die in Beispiel 1 offenbarten Streichfarben werden zur Beschichtung eines Papiergewebes in einem Heli-Coater Laborbeschichter (Klingenbeschichter) eingesetzt. Der Beschichter wurde mit einem Infrarotstrahler ausgestattet zur Erhöhung der Temperatur der Streichfarbe sofort nach dem Aufbringen der Streichfarbe auf das Gewebe.
Das Papiergewebe umfasst ein holzfreies Papier mit einem Oberflächengewicht von 60 g/m², und 10 g/m² der Streichfarbe wird auf ihm aufgebracht. Das zu beschichtende Gewebe wird erwärmt und die Temperatur der auf das Gewebe aufgebrachten Beschichtungsschicht wird schnell unter Verwendung des IR- Strahlers über die Gelbildungstemperatur erhöht. Die Geschwindigkeit beträgt 900 m/min und die Streichfarbe ist ebenfalls warm (45ºC).
Es kann gefunden werden, dass die Beschichtung schnell getrocknet wird, was eine gleichförmige und ebene Beschichtungsoberfläche hinterlässt. Die Immobilisierung ist aufgrund der Gelbildung schnell, wodurch die Beschichtung eine gute Deckfähigkeit bereitstellt.

Claims

1. Verfahren zur Beschichtung eines Cellulosegewebes, wobei bei dem Verfahren

- eine wässrige Streichfarbe auf die Oberfläche des Gewebes aufgebracht wird, um eine Beschichtungsschicht bereitzustellen, und

- eine Streichfarbe verwendet wird, die ein wasserlösliches Polymer enthält, dessen Viskosität in einer wässrigen Lösung bei steigender Temperatur zunimmt, dadurch gekennzeichnet, dass

- die Temperatur der Beschichtungsschicht unmittelbar nach dem Auftrag der Streichfarbe und vor dem eigentlichen Trocknen des Gewebes erhöht wird, um eine schnelle Immobilisierung der Streichfarbe zu erzielen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Streichfarbe verwendet wird, die ein Polymer enthält, das eine Gelbildungstemperatur besitzt, die mindestens 2 bis 3ºC, vorzugsweise 5 bis 10ºC, höher ist als die Temperatur, bei der die Streichfarbe eingesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das verwendete Polymer Methylcellulose oder dessen Etherderivate umfasst.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Etherderivat der Methylcellulose Hydroxypropylmethyl-, Hydroxyethylmethylcellulose oder Hydroxybutylmethylcellulose umfasst.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Gelbildungstemperatur des Polymers durch die Verwendung von Additiven wie kurzkettigen Alkoholen und Glykolen eingestellt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das verwendete Polymer eine Mischung umfasst, deren Gelbildungstemperatur durch den Substitutionsgrad der Methylcellulose eingestellt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Beschichtung mittels des Filmpressverfahrens durchgeführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Temperatur des Gewebes nach dem Auftrag der Streichfarbe erhöht wird, indem das Gewebe mit einem beheizten Zuführzylinder erwärmt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Gewebe bereits erwärmt wird, bevor es der Beschichtung unterworfen wird.

10. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Beschichtung als Rackelstreichverfahren durchgeführt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das beschichtete Gewebe unmittelbar nach der Beschichtung mit Wärmestrahlern erwärmt wird.