Verfahren zur Herstellung von Trennrohpapieren mit speziellen Oberflächenstrichen

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Trennroh­papieren mit speziellen Oberflächenstrichen (Primerstriche) inner­halb oder außerhalb der Papiermaschine.

[0002] Es ist bekannt, Trennrohpapiere innerhalb der Papiermaschine zu beschichten. Dazu werden übliche Imprägnier- oder Oberflächen­lösungen aus Polyvinylalkohol (PVA), Stärkederivaten, Carboxy­methylcellulose (CMC), Alginat, Protein u.a.m. sowie Polymerdis­persionen (Latices) allein oder in Kombination mit bekannten Auf­tragsvorrichtungen wie Walzen-, Klingen- oder Luftbürsten-Auftrags­werke oder Tauchimprägniervorrichtungen auf die Papieroberfläche auf­getragen. Je nach Konzentration, Temperatur und Viskosität dieser Beschichtungsmassen wird eine reine Oberflächenabdeckung des Papiers, eine teilweise oder vollständige Penetration der Beschichtungs­massen in das Rohpapier erreicht (s. "Coating" (1986), Nr. 7, S. 218-221 sowie (1986), Nr. 8, S. 262-268).

[0003] Trennrohpapiere können aber auch mit Pigment-Bindemittel Kombinationen mit den bereits genannten Auftragsvorrichtungen beschichtet werden. Dazu werden vorwiegend Latices als Binde­mittel und Weißpigmente wie Kaolin und/oder Calciumcarbonat verwendet (s. "Coating" (1987), Nr. 10, S. 366-372 und (1987), Nr. 11, S. 396-398).

[0004] Es ist weiterhin bekannt, Trennrohpapiere innerhalb der Papiermaschine mit wäßrigen Silikonsystemen (Emulsionen) zur Erzielung einer gewissen Abhäsivwirkung zu beschichten, wobei diesen wäßrigen Silikonsystemen verschiedene Filmbildner und Ver­dickungsmittel, meist PVA oder CMC, zugemischt werden können. Das verwendete Silikonharz bildet dabei aber immer die Hauptkomponente, da es die Abhäsivwirkung der so beschichteten Papiere mit speziellem Verwendungszweck (z.B. Backtrennpapiere, Sackpapiere mit hydrophoben Eigenschaften u.a.m.) primär beeinflußt.

[0005] Diese so beschichteten Papiere sind jedoch nicht für den technischen Sektor mit dem dort geforderten streng definierten und reprodzierbaren Trennkraftniveau einsetzbar. Dafür muß auf se­paraten Beschichtungsanlagen eine Silikonisierung, u.a. mit Sili­konemulsionen, erfolgen. Die meist 40..50 %igen wäßrigen, thermisch vernetzbaren Emulsionen werden dann mit bekannten Auftragsvor­richtungen, wie z.B. der Rasterwalze, auf das Rohpapier aufgetragen.

[0006] Die wäßrigen Silikonsysteme enthalten als Basispolymer Organo­polysiloxane, z.B. Polydimethylsiloxane, denen Katalysatoren, Ver­netzer (z.B. auf der Basis von Methylwasserstoffsiloxanen), ge­gebenenfalls noch Haftmittel (z.B. wasserlösliche reaktive Silan­ester) sowie "Controlled Release"-Additive zugesetzt werden (s. "Adhäsion" (1973), Nr. 7). Die Hersteller dieser wäßrigen Sili­konsysteme bieten vorwiegend bereits das Basispolymer mit Ver­netzer- oder Katalysatorzusatz an (Vernetzer- bzw. Katalysator­emulsionen). Die weiteren Komponenten werden dann erst kurz vor der Verwendung (Rohpapierbeschichtung) vom Verarbeiter zugesetzt, um die gewünschten Abhäsiveigenschaften der so beschichteten Papiere zu erreichen.

[0007] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es jedoch, innerhalb der Papiermaschine Trennrohpapiere mit speziellen Oberflächenstrichen, aber ohne irgendwelche zusätzlichen Abhäsivwirkungen herzustellen, die eine bessere Haftung und schnellere Vernetzung nachfolgender üblicher separater Beschichtungen mit den unterschiedlichsten Silikonharzen ermöglichen.

[0008] Gelöst wird die Aufgabe dadurch, daß innerhalb oder außerhalb der Papiermaschine mittels üblicher Auftragsaggregate auf die Papier­bahn eine Suspension von filmbildenden Substanzen, gegebenenfalls unter Zusatz von Weißpigmenten aufgetragen wird, welche anteilig bis zu 25 % (fest gerechnet) Katalysator in Form einer wäßrigen Emulsion enthält.

[0009] Überraschenderweise wurde gefunden, daß ein relativ geringer Zusatz von Katalysatoren in Form von wäßrigen Katalysatoremulsionen zu üblicherweise verwendeten Oberflächenpräparationen für Trennroh­papiere zu Verbesserungen der Haftung und Vernetzung nachfolgender separater Silikonaufträge unterschiedlichen chemischen Aufbaus führt, ohne daß dem so erfindungsgemäß oberflächenbehandelten (primerge­strichenen) Trennrohpapier dadurch zusätzliche abhäsive Eigen­schaften verliehen worden wären.

[0010] Als Katalysatorkomponente für die wäßrige Emulsion können beispielsweise folgende Substanzen eingesetzt werden:
Feinteiliges Platin, Ruthenium, Rhodium, Palladium, Iridium und Verbindungen oder Komplexe dieser Ele­mente, insbesondere Platinhalogenide wie PtCl₄ Platin(IV)-chlorsäure und Na₂PtCl_n·4H₂O, Platin-­Olefin-Komplexe, Platin-Alkohol-oder Platin-­ Alkoholat-Komplexe, Platin-Äther-Komplexe, Platin-­Aldehyd-Komplexe, Platin-Keton-Komplexe und Platin-­Vinyl-Siloxan-Komplexe; ferner Eisen-, Nickel- und Kobaltcarbonyle.

[0011] Nachfolgende Beispiele verdeutlichen diese unerwarteten Reaktionen besser.

Beispiel 1

[0012] a) Es wird eine Mischung aus 22 g Polyvinylalkohol und 3 g Carboxymethylcellulose in 475 g Wasser in einem Glas­behälter angesetzt und im Wasserbad auf 90 °C aufgewärmt. Die Kochzeit der PVA-CMC-Suspension beträgt 20 min, wobei sich CMC und PVA völlig im Wasser lösten. Nach dem Kochvorgang wird unter Rühren 3 g von mindestens 3 Si-gebundenen Wasserstoff­atomen je Molekül aufweisenden Organopolysiloxan als Basis­polymer mit einem Zusatz von Pt-Katalysator in Form einer 40 %igen Emulsion zugegeben. Die ph-Wert-Einstellung dieser Mischung auf 4,0 erfolgte mit Schwefelsäure.

[0013] Die auf diese Weise hergestellte Dispersion wird mit einer Laborleimpresse auf ein unsatiniertes Silikonrohpapier mit einem Flächengewicht von 66 g/m² aufgetragen. Das Auf­tragsgewicht ist etwa 1,5 g/m² (fest gerechnet). Das unge­strichene Rohpapier wies einer Porosität nach Schopper von ca. 60 ccm³/min und einen Leimungsgrad nach Cobb-Unger von 50 g/m² auf.
Nach erfolgter Trocknung und Wiederbefeuchtung wurde das damit oberflächenbehandelte Papier in einem Zweiwalzen-Laborkalander satiniert. Der Liniendruck betrug dabei 4000 dN/cm. Die Ober­flächentemperatur der Stahlwalze betrug 100 °C.

[0014] b) Das so erhaltene Papier wurde in einem Laborverfahren sili­konisiert. Die Silikonisierung erfolgte mit einem Rakelauftrags­gerät des Typs KCC 302, das mit Hilfe verschiedener drahtum­wickelter Metallstäbe das jeweilige Silikon mit konstanter Ge­schwindigkeit auf die Papierbogen aufträgt.
Für die Silikonbeschichtung wurde ein herkömmliches lösungs­mittelfreies Polysiloxansystem mit folgender Zusammensetzung eingesetzt:
100 Teile Basispolymer-Silikon der Fa. Wacker
80 Teile Testbenzin (Siedebereich 60-80 °C)
2,5 Teile Vernetzer
1,0 Teile Katalysator
Die Silikonauftragsmenge betrug etwa 1 g/m² (fest gerechnet).

[0015] Zur Vernetzung der aufgetragenen Silikonschicht wurde das beschichtete Papier in einem bei 150 °C betriebenen Um­luftofen auf ein Metallsieb gelegt.

[0016] Die Vernetzungszeit wurde unterschiedlich eingestellt, um den Einfluß der Katalysatoremulsionen auf den Vernetzungs- und Verankerungsvorgang zu verfolgen. In der nachstehenden Tabelle 1 sind nur die kürzesten Vernetzungszeiten aufge­zeichnet, bei denen noch eine völlige Aushärtung und Ver­ankerung (Haftung) der Silikonschicht gewährleistet ist. Die bei verschiedenen Zeiten gehärteten Papiermuster wurden sofort einem Rubbeltest unterworfen, wobei mit dem Finger 8-10 mal über den Silikonfilm gerieben wird. Der Druck wird so gewählt, daß sich die Fingerspitze beim Reiben deutlich erwärmt. Eine Störung in der Silikonbeschichtung zeigt sich in Form von abgeriebenen Wülsten ("rub off") und als matte Stelle ("smear"), wenn man den Papier­bogen unter dem Schräglicht betrachtet.

[0017] Als Vergleichspapier (Nullprobe), d.h. ein Papier ohne Zu­satz von Katalysatoren, wurde ein Papier eingesetzt, das eben­falls die oben beschriebenen Behandlungsstufen durchlaufen hatte, aber keine weiteren Zusätze in der PVA/CMC-Lösung enthielt.

Beispiel 2

[0018] Die Arbeitsweise des Beispiels 1 wurde wiederholt. Nach Zugabe der Katalysatoremulsion wurde jedoch der ph-Wert mit Hilfe von Ammoniak auf 9,0 angehoben. Die Ergebnisse der Vernetzungstests sind aus der nachfolgenden Tabelle 1 zu entnehmen.

Beispiel 3

[0019] Die Arbeitsweise des Beispiels 1 wurde wiederholt, aber an­stelle einer Beschichtung des Versuchspapiers mit dem in Teil b) des Beispiels 1 beschriebenen lösungsmittelfreien Silikonsystem wurde ein lösungsmittelhaltiges System mit folgender Zusammen­setzung gewählt:
74 Teile Testbenzin
20 Teile Basispolymer-Silikon
0,2 Teile Vernetzer
0,8 Teile Katalysator
Die Silikonisierung erfolgte analog Beispiel 1, Teil b) mit einem Laborrakelgerät, wobei der Silikonauftrag wiederum etwa 1 g/m² (fest gerechnet) betrug. Die ermittelten kürzesten Vernetzungs­zeiten sind der Tabelle 1 zu entnehmen.

Beispiel 4

[0020] Die Arbeitsweise des Bespiels 2 wurde wiederholt. Die Laborsili­konisierung erfolgte jedoch mit dem in Beispiel 3 beschriebenen lösungsmittelhaltigen Silikonsystemen. Die minimal erforder­lichen Vernetzungszeiten sind der Tabelle 1 zu entnehmen.

Beispiel 5

[0021] Die Arbeitsweise des Beispiels 1 wurde wiederholt. Zu der Lösung aus 22 g Polyvinylalkohol und 3 g Carboxymethylcellu­lose in 475 g Wasser wurde jedoch unter Rühren statt 3 g diesmal 6 g Katalysatoremulsion zugegeben. Der ph-Wert dieser Mischung wurde wiederum mit Schwefelsäure auf 4,0 eingestellt. Die weitere Verarbeitung entsprach der in Beispiel 1 beschriebenen Arbeitsweise. Die Ergebnisse des Vernetzungstests sind in der Tabelle 1 zusammengestellt.

Beispiel 6

[0022] Die Arbeitsweise des Beispiels 5 wurde wiederholt, der ph-Wert der Strichmischung jedoch mit Ammoniak auf 9,0 angehoben. Die Ergebnisse der Vernetzungsprüfung gehen aus der Tabelle 1 hervor.

Beispiel 7

[0023] Die Arbeitsweise des Beispiels 5 Wurde wiederholt. Das Versuchs­papier wurde jedoch mit einem lösungsmittelhaltigen Silikonsystem der Firma ICI beschichtet. Die Zusammensetzung dieser Beschichtungs­masse ist bereits in Beispiel 3 beschrieben worden. Die Ergebnisse der Vernetzungsprüfung sind in der Tabelle 1 dargestellt.

Beispiel 8

[0024] Die Arbeitsweise des Beispiels 6 wurde wiederholt. Die Laborsili­konisierung erfolgte jedoch mit dem in Beispiel 3 beschriebenen lösungsmittelhaltigen Silikonsystem. Die erforderlichen kürzesten Vernetzungszeiten sind in der Tabelle 1 zu entnehmen.

Beispiele 9 - 12

[0025] Als Vergleich (Nullprobe) wurden Papierproben herangezogen, die mit einer Mischung, bestehend aus 22 g Polyvinylalkohol und 3 g Carboxymethylcellulose in 475 g Wasser, ober ohne jeg­liche Zugabe von Katalysatoremulsion, oberflächenveredelt worden waren. Die ph-Werte dieser Oberflächenpräparationen wurden sowohl auf 4,0 als auch auf 9,0 eingestellt. Die Laborsilikonisierung erfolgte mit den im Teil b) des Beispiels und im Beispiels 3 beschriebenen Katalysatoremulsionen. Die erforderliche minimale Vernetzungskraft ist aus der Tabelle 1 zu entnehmen.

Tabelle 1

Beispiel	ph-Wert der Oberflächenpräparation		kürzeste Vernetzungszeit in s, bei der eine völlige Aushärtung gegeben ist (150 °C)
	4,0	9,0	LF*	LH*
1	x		5
2		x	5
3	x			5
4		x		10
5	x		3
6		x	3
7				5
8				10
9,10 (Nullprobe)	x		10	20
11,12 (Nullprobe)		x	15	20

*LF= lösungsmittelfreies Silikonsystem ) jeweils ca. 1g/m² (fest)

LH= lösungsmittelhaltiges Silikonsystem) Silikonauftrag

Ansprüche

1. Verfahren zur Oberflächenmodifikation von Trennrohpapieren, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb oder außerhalb der Papiermaschine mittels üblicher Auftragsaggregate auf die Papierbahn eine Suspension von filmbildenden Substanzen, gegebenenfalls unter Zusatz von Weißpigmenten aufgetragen wird, welche anteilig bis zu 25 % (fest gerechnet) Kata­lysator in Form einer wäßrigen Emulsion enthält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Katalysatorkomponente beispielsweise Platin, Ruthenium, Rhodium, Palladium, Iridium und Verbindungen der Komplexe dieser Elemente, insbesondere Platinhalogenide wie PtCl₄ Platin(IV)-chlorsäure und Na₂PtCL_n·4H₂O, Platin-Olefin-­Komplexe, Platin-Alkohol- oder Alkoholat-Komplexe, Platin-­Äther-Komplexe, Platin-Aldehyd-Komplexe, Platin-Keton-­Komplexe und Platin-Vinylsiloxan-Komplexe; ferner Eisen-, Nickel- und Kobaltcarbonyle verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß diese Katalysatoren in Form von wäßrigen Katalysator­emulsionen in Anteilen von 1 bis 25 % (fest gerechnet), vorzugsweise in Anteilen von 3 bis 10 % üblichen Ober­flächenpräparationen aus filmbildenden Substanzen für Trennrohpapiere wie z.B. Polyvinylalkohol, Carboxymethyl­ cellulose, Stärkederivate, Alginat oder Polymerdispersionen (Latices) allein oder in Kombination in einem ph-Bereich von 2 bis 11, vorzugsweise 4 bis 9,5, zugesetzt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß diese Katalysatoren in Form von wäßrigen Katalysatoremulsionen in Anteilen von 1 bis 25 % (fest gerechnet), vorzugsweise in Anteilen von 3 bis 10 % üblichen pigmentierten Beschichtungs­massen aus Bindemitteln, wie z.B. Copolymerdispersionen (Latices) auf der Basis von Acrylsäure, Acrylsäureester, Acrylnitril, Vinylacetat und/oder Styrol, Polyvinylalkohol, Carboxymethylcellulose oder Polyvinylalkohol allein oder in Kombination mit Weißpigmenten, z.B. Kaolin, Calciumcarbonat, Titandioxid allein oder in Kombination, in einem ph-Bereich von 5 bis 11, vorzugsweise 7 bis 9,5 , zugesetzt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichent, daß der Oberflächenauftrag mittels üblicher Auftragsaggregate, basierend z.B. auf dem Walzen- (z.B. Leimpresse) und/oder Rakel - (z.B. Blade) Prinzip, auf eine bereits gebildete Papierbahn mit einem Restfeuchtegehalt zwischen 1 und 14 %, vorzugsweise 2 bis 8 %, innerhalb oder außerhalb der Papier­maschine erfolgt.

6. Verwendung eines Trennrohpapieres hergestellt nach dem Ver­fahren nach Anspruch 1 bis 5 als Verpackungsmaterial für klebrige Güter, für Backwaren, Lebensmittelverpackungen, für Kunststofflaminate wie sogenannte Schichtstoffplatten, Spannplatten oder dergleichen und für den Selbstklebesektor.