Base paper for silicone release paper preparation, processes for the preparation thereof and for the preparation of silicone release paper
Kind Code:
B1
Abstract of EP0399079
A process for superficially modifying release papers by addition of various organosiloxanes or organopolysiloxanes having at least three hydrogen atoms bound to silicon per molecule in proportions of about 5 to 10% (calculated as solid) to conventional surface preparations for release papers is described, whereby a substantial acceleration of crosslinking for the subsequent coating with solvent-containing or solvent-free addition-crosslinking silicone systems is achieved.

Inventors:
Reinhardt, Dr. Bernd -Ing (Bohnenkampstrasse 24, Osnabrück, D-4500, DE)
Frilund, Dipl. Leif -Ing (Kurt-Schuhmacher-Strasse 43, Wallenhorst, D-4512, DE)
Viehmeyer, Volker (Albert-Schweitzer-Strasse 5, Osnabrück, D-4500, DE)
Application Number:
EP19890109499
Publication Date:
08/17/1994
Filing Date:
05/26/1989
View Patent Images:
Assignee:
KÄMMERER GMBH (Römereschstrasse 33, Osnabrück, D-49090, DE)
International Classes:
(IPC1-7): D21H19/32; D21H19/62
Foreign References:
FR1556008A
Other References:
ABSTRACT BULLETIN OF THE INSTITUTE OF PAPER CHEMISTRY, Band 53, Nr. 10,April 1983, Seite 1193, Zusammenfassung Nr. 11065, Appleton, Wisconsin, US
F. Hockemeyer, " Die Anwendung von Silikonen in der papierveredelnden Industrie" Sonderdruck aus der Zeitschrift "Adhäsion", Heft 7, 1973
B. Reinhardt et al.:"Herstellung von Trennrohpapieren unter chemischen Aspekten"; Allgemeine Papierrundschau 14/1986, S. 367-368
"Some release and water repellent agents"; Paper, 193, No. 11, June 1980, S. 36-37
R. Thomas, "Silikonpapiere, Herstellung und Eigenschaften"; Das Papier 39. Jg., Sondernummer 10A, Oktober 1985, S. V92-V96
Attorney, Agent or Firm:
Minderop, Dr. Ralph Rer Nat H. (Cohausz & Florack Patentanwälte Postfach 33 02 29, Düsseldorf, D-40435, DE)
Claims:
1. Method of manufacturing antiadhesive base papers by the application of a fluid surface preparation to a base paper web, characterized in that the surface preparation consists of an impregnating or surface-sizing compound for antiadhesive base papers which contains, in addition, from 1 to 25% (calculated as solids) of organic silicon compounds, the organic silicon compounds being selected from the two main groups A) organofunctional alkoxysilanes and/or B) organopolysiloxanes comprising at least three silicon-bonded hydrogen atoms.

2. Method according to Claim 1, characterized in that, preferably, the organofunctional alkoxysilanes used are 3-glycidyloxypropyltrimethoxysilane, N-aminoethyl-3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, 3-aminopropylmethyldiethoxysilane, 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltris(2-methoxyethoxy)-silane, 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane, 3-mercaptopropyltriethoxysilane, 3-mercaptopropyltrimethoxysilane, 3-mercaptopropylmethyldimethoxysilane, 3-chloropropyltriethoxysilane, 3-chloropropyltrimethoxysilane, 3-chloropropylmethyldimethoxysilane, α-chloromethyldimethylmethoxysilane, vinyltriethoxysilane, vinyltrimethoxysilane and/or vinylmethyldimethoxysilane and/or alkylalkoxysilanes, particularly methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, propyltrimethoxysilane, propyltrimethoxysilane, propylmethyldimethoxysilane, propylmethyldiethoxysilane, isobutyltrimethoxysilane and/or butyltrimethoxysilane.

3. Method according to Claim 1 or Claim 2, characterized in that, preferably, the organosiloxanes used are copolymers with dimethylhydrogensiloxane, methylhydrogensiloxane, dimethylsiloxane and trimethylsiloxane components, copolymers with trimethylsiloxane, dimethylhydrogensiloxane and methylhydrogensiloxane components, copolymers with trimethylsiloxane, dimethylsiloxane and methylhydrogensiloxane components, copolymers with methylhydrogensiloxane and trimethylsiloxane components, copolymers with methylhydrogensiloxane, diphenylsiloxane and trimethylsiloxane components, copolymers with methylhydrogensiloxane, dimethylhydrogensiloxane and diphenylsiloxane components, copolymers with methylhydrogensiloxane, phenylmethylsiloxane, trimethylsiloxane and/or dimethylhydrogensiloxane components, copolymers with methylhydrogensiloxane, dimethylsiloxane, diphenylsiloxane and trimethylsiloxane and/or dimethylhydrogensiloxane components and/or copolymers with dimethylhydrogensiloxane, trimethylsiloxane, phenylhydrogensiloxane, dimethylsiloxane and/or phenylmethylsiloxane components, in which all the silicon bonds which are not saturated by hydrogen and siloxane oxygen atoms are preferably saturated by methyl residues.

4. Method according to any one of Claims 1 to 3, characterized in that the organic silicon compounds are added, alone or in combination, in portions of from 3 to 15% (calculated as solids), to the surface preparations of film-forming substances for antiadhesive base papers, particularly polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose, starch derivatives, alginate or polymer dispersions (lattices), with a pH range of from 2 to 11, preferably from 4 to 9.5.

5. Method according to any one of Claims 1 to 4, characterized in that the application of the mass of coating takes place in the paper machine.

6. Method according to any one of Claims 1 to 5, characterized in that the surface coating takes place by means of coating aggregates according to the roller or doctor-blade principle onto an already-formed paper web with a residual moisture content of between 1 and 14%, preferably from 2 to 8%.

7. Method according to any one of Claims 1 - 6, characterized in that the surface coating also contains a white pigment, particularly calcium carbonate, kaolin, talc and titanium dioxide.

8. Antiadhesive base paper obtainable by a method according to any one of Claims 1 to 7.

9. Method of manufacturing silicon antiadhesive paper, characterized in that an antiadhesive base paper according to Claim 8 is coated with a thermal addition-cross-linking silicon system.

Description:

Die Erfindung betrifft Trennrohpapiere, ein Verfahren zur Herstellung von Trennrohpapieren und ein Verfahren zur Herstellung von Silicontrennpapier.

Es ist bekannt, daß spezielle Siliconpolymere hervorragende Trenneigenschaften gegenüber klebrigen Stoffen, z.B. Haftklebstoffen besitzen. Diese Siliconpolymere werden z.B. in Mengen von 0,3 g/m bis 3 g/m (festgerechnet), meist nur in Mengen von 0,5 g/m bis 1,0 g/m auf das Beschichtungsrohpapier als Trägermaterial aufgebracht, um dem Papier abhäsive Eigenschaften zu verleihen. Als zu beschichtende Rohpapiere werden zu ca. 50% hochsatinierte Natronkraftpapiere, daneben aber auch noch eine Vielzahl anderer Papiere verwendet ("Das Papier"(1985), Nr. 10 A, S. V 92 - V 96).

Die als dünner Film auf das Trägerpapier aufgebrachten Siliconpolymere können

  • Lösungsmittelsilicone,
  • Dispersionssilicone (wässrige Emulsione) oder
  • lösungsmittelfreie Silicone
sein, deren Polymerisation durch
  • Wärme,
  • UV-Strahlung oder
  • Elektronenstrahlung
erfolgen kann.

Bis auf wenige Ausnahmen werden aber heute thermisch vernetzende Systeme verwendet.

Je nach Wahl des thermisch vernetzenden Systems läuft dabei eine

  • Kondensationspolymerisation oder eine
  • Additionspolymerisation
ab.

Aufgrund kürzester Aushärtezeiten werden heute Trennrohpapiere mit einer speziellen Oberflächenverleimung vorwiegend mit additionsvernetzenden Siliconsystemen beschichtet, wobei kettenförmige Polymere mit Vinylendgruppen durch Reaktion mit Wasserstoffsiloxanen unter Temperatureinwirkung und in Gegenwart von vorwiegend Platinkatalysatoren vernetzt werden (Sonderdruck aus der Zeitschrift "Adhäsion" (1973), Nr. 7).

Die Polyaddition benötigt jedoch relativ hohe Mindesttemperaturen als sogenannte Anspringtemperaturen. Aus wirtschaftlichen Erwägungen wird diese Mindesttemperatur oft weit überschritten, um zu kürzeren Vernetzungszeiten (entspricht höheren Beschichtungsgeschwindigkeiten) zu gelangen.

Übliche Verarbeitungstemperaturen bei der Konvektionstrocknung sind deshalb
&numsp &numsp &numsp ca. 180°C bei lösungsmittelhaltigen Siliconsystemen,
&numsp &numsp &numsp ca. 120°C bis 150°C bei wässrigen Siliconsystemen (Emulsionen) und
&numsp &numsp &numsp ca. 150°C bei losungsmittelfreien Siliconsystemen.

Die Aushärtegeschwindigkeit beträgt dann je nach Art des verwendeten Siliconsystems (einschließlich Additive) und des einwirkenden Temperaturniveaus zwischen 2 und 25 Sekunden.

Daraus ergeben sich industriell zu realisierende Beschichtungsgeschwindigkeiten zwischen 150m/min bis 300m/min.

Die Polyaddition kann außerdem bereits durch geringe Anteile inhibierender Bestandteile im Papier gestört werden. Diese sogenannten "Katalysatorgifte" können zur Verzögerung oder im extremen Fall zur Verhinderung der Vernetzungsreaktion führen (s."Allgemeine Papierrundschau" (1986), Nr. 14, S. 367-368). Diese Literaturstelle gibt einen Überblick über die bisher üblichen Trennrohpapiere. Ebenso wird durch längere Lagerung der Siliconsysteme vor ihrer Verwendung die Vernetzungszeit erhöht. Bei extrem glatten Papieroberflächen können außerdem aufgrund ungünstiger Grenzflächenspannungen zwischen Papier und Siliconsystemen Verlaufsstörungen und Haftungsschwierigkeiten auftreten ( s. "Papier- und Kunststoffverarbeiter" (3-1982), Nr. 17, S. 30).

Im allgemeinen wird die Beschichtung von Trennrohpapier mit den verschiedenen Siliconpolymeren auf separaten Anlagen durchgeführt. Das erklärt sich vor allem aus den hohen Anforderungen an die Oberflächengüte des Trägermaterials vor der Siliconbeschichtung, insbesondere geringe Mikrorauheit, hohe Lösungsmitteldichtigkeit und gleichmäßige Dicke in Längs- und Querrichtung der Papierbahn. Deshalb wird der größte Anteil aller Rohpapiere in einem separaten Superkalander nachgeglättet. Nur dadurch ist es möglich, später mit relativ geringen Beschichtungsmengen einen gleichmäßigen Siliconfilm hoher Abhäsivwirkung auf das Trägerpapier aufzubringen. Es ist bisher noch nicht gelungen, Abhäsivpapiere für den technischen Sektor mit definiertem und reproduzierbarem Trennkraftniveau innerhalb der Papiermaschine zu siliconisieren. Lediglich bei geringen Anforderungen an die Abhäsivwirkung, z.B. bei Backtrennpapieren und Sackpapieren mit hydrophoben Eigenschaften wird eine on-line-Siliconisierung vorgenommen. Dabei wird die getrocknete Papierbahn innerhalb der Papiermaschine mittels üblicher Auftragseinrichtungen, wie Leimpresse oder Blade mit Siliconharzen beschichtet.

Hierzu werden wässrige Siliconsysteme (Emulsionen) verwendet, denen lt. technischer Informationsblätter der Siliconhersteller verschiedene Filmbildner und Verdickungsmittel (z.B. Stärke, Alginate, Carboxymethylcellulose (CMC) oder Polyvinylalkohol (PVA) in geringen Anteilen zugesetzt werden können, siehe z.B. "Paper", Jg.193, N o 11, Juni 1980, S.36-37. Das verwendete Siliconharz bildet dabei immer die Hauptkomponente, da es die Abhäsivwirkung des beschichteten Papiers primär beeinflußt. Den meist 50%igen wässrigen Emulsionen mit Katalysatorzusatz, z.B. auf der Basis von Polydimethylsiloxanen, werden noch Vernetzer, z.B. auf der Basis von Methylwasserstoffsiloxanen und oft auch noch Haftmittel (z.B. wasserlösliche reaktive Silanester) sowie "Controlled Release"-Additive zugesetzt.

Vor einer evtl. weiteren (separaten) Siliconbeschichtung wird das so vorbehandelte Rohpapier z.T. noch satiniert. Es sollen stets mehr oder weniger starke Abhäsiveigenschaften der somit (on-line) beschichteten Rohpapiere erzielt werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Trennrohpapiere, vorzugsweise innerhalb der Papiermaschine, mit Oberflächeneigenschaften herzustellen, die eine bessere Haftung und schnellere Vernetzung bei niedrigerer Temperatur nachfolgender separater Beschichtungen mit üblichen unterschiedlichen Siliconsystemen gestattet.
Dadurch wird ebenfalls eine schnellere Vernetzung bei niedriger Temperatur als bisher und eine Erhöhung der bisher üblichen Beschichtungsgeschwindigkeit erreichbar. Ein weiterer Vorteil ist die problemlosere Verwendung von gelagerten Siliconsystemen, deren Reaktionsfähigkeit bereits mehr oder weniger beeinträchtigt ist.

Zusätzlich sollte damit eine evtl. Schädigung des Papiers durch zu hohe oder zu lange Temperatureinwirkung, die zu Festigkeitsverlusten des Papiers führt, verhindert oder reduziert werden.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Silicontrennpapieren bereitzustellen.

Das Trennrohpapier kann dabei maschinenglatt hergestellt werden oder einer nachträglichen Glättung, z.B. in einem Superkalander unterworfen werden, bevor es in einer separaten Beschichtungsanlage siliconisiert wird. Vor allem bei letztgenannten hochsatinierten und damit besonders glatten Trennrohpapieren sollte damit die ideale Möglichkeit eröffnet werden, auch Oberflächen geringer Mikrorauheit mit minimalen Siliconaufträgen ohne Verlaufstörungen und Haftungsschwierigkeiten wirtschaftlich vorteilhaft zu beschichten. Siliconeinsparungen durch dünnere Beschichtungen bei gleichzeitiger Sicherung der gewünschten (meist niedrigen) Trennkräfte waren bisher nur bei Verwendung von Kunststoffolien möglich, die aber wiederum den Nachteil einer geringeren thermischen Beanspruchbarkeit aufweisen.
Ein weiterer Vorteil der angestrebten Oberfläche von Trennrohpapieren sollte die weitgehende Unterdrückung des negativen Einflusses von inhibierend wirkenden Papierbestandteilen (Katalysatorgifte) auf die Siliconvernetzung sein.

Gelöst werden diese Aufgaben durch den Einsatz einer Oberflächenpräparation gemäß dem Kennzeichen von Anspruch 1 bzw. durch das Verfahren gemäß Anspruch 9.

Die Erfindung umfaßt auch Trennrohpapiere, welche durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 erhältlich sind.

Die Organopolysiloxane der Hauptgruppe B weisen mindestens 3 Silicium-gebundene Wasserstoffatome je Molekül auf und sind vorzugsweise Mischpolymerisate aus:
&numsp &numsp &numsp Dimethylhydrogensiloxan-, Methylhydrogensiloxan-, Dimethylsiloxan- und Trimethylsiloxaneinheiten, Mischpolymerisate aus Trimethylsiloxaneinheiten, hydrogensiloxan- und Methylhydrogensiloxaneinheiten, Mischpolymerisate aus Trimethylsiloxan-, Dimethylsiloxan- und Methyhydrogensiloxaneinheiten, Mischpolymerisate aus Methyhydrogensiloxan- und Trimethylsiloxaneinheiten, Mischpolymerisate aus Methylhydrogensiloxan-, Diphenylsiloxan- und Trimethylsiloxaneinheiten, Mischpolymerisate aus Methylhydrogensiloxan-, Dimethylhydrogensiloxan- und Diphenylsiloxaneinheiten, Mischpolymerisate aus Methylhydrogensiloxan-, Phenylmethylsiloxan-, Trimethylsiloxan und/oder Dimethylhydrogensiloxaneinheiten, Mischpolymerisate aus Methylhydrogeneinheiten, Mischpolymerisate aus Methylhydrogensiloxan-, Dimethylsiloxan-, Diphenylsiloxan- und Trimethylsiloxan und/oder Dimethylhydrogensilosaneinheiten und/oder Mischpolymerisate aus Dimethylhydrogensiloxan, Trimethylsiloxan, Phenylhydrogensiloxan-, Dimethylsiloxan- und/oder Phenylmethylsiloxaneinheiten.

Vorzugsweise sind jedoch in den Organopolysiloxanen alle nicht durch Wasserstoff und Siloxansauerstoffatome abgesättigten Siliciumvalenzen durch Methylreste abgesättigt. Verfahren zur Herstellung von Organopolysiloxanen dieser Art sind allgemein bekannt.

Die für die Anwendungszwecke der Erfindung eingesetzten Organopolysiloxane sind in Wasser emulgiert. Dabei können alle für das Emulgieren von Organopolysiloxanen in Wasser bekannten Arbeitsweisen und Dispergiermittel angewandt werden.

Die der Hauptgruppe A zugeordneten organofunktionelle Alkoxysilane, die erfindungsgemäß ebenfalls eingesetzt werden, umfassen auch Alkylalkoxysilane. Als Beispiele für organofunktionelle Alkoxysilane seien genannt:
&numsp &numsp &numsp 3-Glycidyloxypropyltrimethoxysilan, N-Aminoethyl-3-aminopropyltrimethoxysilan, 3-Aminopropyl-triethoxysilan, 3-Aminopropylmethyldiethoxysilan, 3-Aminopropyltrimethoxysilan, 3-Aminopropyl-tris(2-methoxyethoxyethoxy) silan, 3-Methacryloxypropyltrimethoxysilan, 3-Mercaptopropyltriethoxysilan, 3-Mercaptopropyltrimethoxysilan, 3 Mercaptopropylmethyldimethoxysilan, 3-Chlorpropyltriethoxsilan, 3-Chlorpropyltrimethoxysilan, 3-Chlorpropylmethyldimethoxysilan, α-Chlormethyldimethylmethoxysilan, Vinyltriethoxysilan-Viniyltrimethoxysilan und Vinylmethyldimethoxysilan.

Als typische Vertreter für die Alkylalkoxysilane werden folgende Verbindungen bezeichnet:
&numsp &numsp &numsp Methyltrimethoxysilan, Methyltriethoxysilan, Propyltrimethoxysilan, Methyltriethoxysilan, Propyltrimethoxysilan, Propylmethyldimethoxysilan, Propylmethyldiethoxysilan, Isobutyltrimethoxysilan und Butyltrimethoxysilan.

Es ist bekannt, daß solche Organsilane die Fähigkeit besitzen, sowohl mit einem anorganischen Untergrund als auch mit organischen Polymeren unter Ausbildung fester Bindungen zu reagieren. Das ist bedingt durch den Aufbau des Silanmoleküls, das Alkoxygruppen besitzt, die nach erfolgter Hydrolyse mit den aktiven Stellen des anorganischen Materials reagieren können. Außerdem besitzen Silane eine funktionelle Gruppe, die über eine Kohlenstoffkette fest an das Siliciumatom gebunden ist. Diese Gruppe kann mit geeigneten Harzen chemische Reaktionen eingehen.

Die genannten organischen Siliciumverbindungen werden allein oder in Kombination üblichen Imprägnier- oder Oberflächenleimzusammensetzungen für Trennrohpapiere, die meist aus den Filmbildnern Alginat, Stärke, CMC, PVA oder anderen Polymerlösungen sowie Polymerdispersionen (Latices) unterschiedlicher chemischer Struktur bestehen, anteilig zugesetzt.

Die organischen Siliciumverbindungen werden vorzugsweise in Anteilen von 1 bis zu 15 % (fest gerechnet) der üblichen Oberflächenpräparation zugesetzt. Zu große Anteile führen zu unerwünschten Nebenwirkungen wie zu abhäsiven Eigenschaften des Papiers. Außerdem stellen diese Zusätze organischer Siliciumverbindungen einen zusätzlichen Kostenfaktor dar.

Erfindungsgemäß wird die angestrebte Oberfläche von Trennrohpapieren durch Siliconzusätze völlig anderer chemischer Struktur und Eigenschaften als die der angeführten wässrigen Siliconsysteme (Emulsionen) zur üblichen Imprägnier- oder Oberflächenlösung, die in der Papiermaschine auf die nahezu trockene Papierbahn mit einem Festfeuchtgehalt von 2 bis 12 % mit üblichen Auftragsvorrichtungen aufgebracht werden, erreicht. Als übliche Auftragsvorrichtungen zur Flächenveredelung von Trennrohpapieren sind Walzen- und Rakelauftragswerke oder Tauchimprägniervorrichtungen bekannt.

Nachfolgende Beispiele sollen die Erfindung erläutern. In den folgenden Beispielen beziehen sich alle Angaben von Prozentsätzen und Teilen jeweils auf das Gewicht (fest gerechnet).

Beispiel 1

Herstellung der Oberflächenpräparation für das Trennrohpapier

  • a. In einen Glasbehälter mit 500 g Wasser wurden 50 g eines vollverseiften Polyvinylalkoholproduktes gegeben. Die pH-Wert-Einstellung der Suspension erfolgte mit Schwefelsäure auf 4,0, wonach die Mischung in einem Wasserbad auf 90°C aufgewärmt wurde. Die Kochzeit der Polyvinylalkohol (PVA)-Suspension betrug 20 min, wobei sich das PVA-Granulat völlig im Wasser löste. Nach dem Kochvorgang wurden in die PVA-Lösung 5 g 3-Aminopropyltriethoxysilan mit Hilfe eines Rührwerkes eingerührt, wonach die Mischung eine Stunde bei 60°C stehen gelassen wurde. Bei Bedarf erfolgte eine Korrektur des pH-Wertes auf 4,0 mit Schwefelsäure nach der Silanzugabe. Die in diese Weise aufbereitete Mischung wurde später mit einr Laborleimpresse auf ein unsatiniertes Papier mit einem Flächengewicht von 66 g/m² aufgetragen. Das Auftragsgewicht lag bei etwa 1,5 g/m². Vor dem Auftragen wurde die Oberflächenpräparation mit Wasser auf einen Feststoffgehalt von 5% verdünnt. Das unbehandelte Rohpapier wies eine Luftdurchlässigkeit nach Schopper von 62 cm 3 /min und einen Leimungsgrad nach Cobb-Unger von 50 g/m² auf.

    Nach erfolgter Trocknung und Wiederbefeuchtung wurde das damit oberflächenbeschichtete Papier in einem Zweiwalzen-Laborkalander satiniert. Der Liniendruck betrug dabei 4000 dN/cm. Die Stahlwalze wies eine Oberflächentemperatur von 100°C auf.

    Das so erhaltene Papier wurde in einem Laborverfahren siliconisiert. Die Siliconisierung erfolgte mit einem Rakelauftragsgerät des Typs KCC 302, das mit Hilfe verschiedener drahtumwickelter Metallstäbe das jeweilige Silicon mit konstanter Geschwindigkeit auf die Papierbogen aufträgt.

    Für die Siliconbeschichtung wurde ein herkömmliches lösungsmittelfreies Polysiloxansystem mit folgener Zusammensetzung eingesetzt.
    &numsp &numsp &numsp 100 Teile Si-Dehäsiv 920 der Fa. "Wacker Chemie GmbH" basispologener Silicone, lösungsmittelfrei
    &numsp &numsp &numsp 80 Teile Testbenzin (Siedebereich 60-80°C)
    &numsp &numsp &numsp 2,5 Teile Vernetzer für das Silicon
    &numsp &numsp &numsp 1,0 Teile Katalysator für Silicon
    Die Siliconauftragsmenge betrug etwa 1 g/m² (fest gerechnet).

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

    Die Vernetzungszeit wurde unterschiedlich eingestellt, um den Einfluß der Silane 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 der Siliconschicht gewährleistet ist. Die bei verschiedenen Zeiten gehärteten Papiermuster wurden sofort einem Rubbeltest unterworfen, wobei mit dem Finger 8-10 mal über den Siliconfilm gerieben wird. Der Druck wird so gewählt, daß sich die Fingerspitze beim Reiben deutlich erwärmt. Eine Störung in der Siliconbeschichtung zeigt sich in Form von abgeriebenen Wülsten ("rub off") und als matte Stelle ("smear"), wenn man den Papierbogen unter dem Schräglicht betrachtet.

    Als Vergleichspapier (Nullprobe), d.h. ein Papier ohne Silanzusatz, wurde ein Papier eingesetzt, das ebenfalls die oben beschriebenen Behandlungsstufen durchlaufen hatte, aber keinen Zusatz der im Teil a) erwähnten Organsilane in der PVA enthielt.

    Beispiel 2

    Die Arbeitsweise des Beispiels 1 wurde mit einer Ausnahme wiederholt, lediglich der pH-Wert der PVA-Mischung wurde mit Ammoniak auf 9,5 eingestellt. Die Mindestvernetzungszeit dieses so hergestellten Papiers ist aus der Tabelle 1 zu entnehmen.

    Beispiel 3

    Die Arbeitsweise des Beispiels 1 wurde wiederholt, aber statt 5 g 3-Aminopropyltriethoxysilan in die PVA-Lösung wurden 5 g N-Aminoethy-3-aminopropyltrimethoxysilan zugegeben. Die kürzeste Vernetzungszeit eines so beschichteten Papiers ist in der nachstehenden Tabelle 1 ausgewiesen.

    Beispiel 4

    Die Arbeitsweise des Beispiels 3 wurde wiederholt, lediglich der pH-Wert der PVA-Mischung wurde diesmal mit Ammoniak auf 9,5 angehoben. Das Ergebnis des Vernetzungstests ist der Tabelle 1 zu entnehmen.

    Beispiel 5

    Die Arbeitsweise des Beispiels 1 wurde wiederholt. Statt 5 g 3-Aminopropyltriethoxysilan zur PVA-Lösung wurden aber 5 g einer Mischung aus Vinyltriacetoxysilan und Triemethoxyepoxyfunktionellem Silan zugegeben. Die kürzeste Vernetzungszeit bei mit einem solchen Strich versehenen Papier ist aus der Tabelle 1 zu entnehmen.

    Beispiel 6

    Die Arbeitsweise des Beispiels 5 wurde wiederholt, der pH-Wert der PVA-Mischung aber mit Ammoniak auf 9,5 angehoben. Das Ergebnis des Vernetzungstests ist in der nachstehenden Tabelle aufgezeichnet.

    Tabelle 1
    Beispiel Menge, bezoggen auf PVA pH-Wert kürzeste Vernetzungszeit in s,bei der eine völlige Aushärtung gegeben ist
    1 10 % 4,0 13
    2 10 % 9,5 5
    3 10 % 4,0 4
    4 10 % 9,5 4
    5 10 % 4,0 5
    6 10 % 9,5 18
    Null-probe 1 4,0 20
    Null-probe 2 9,5 20

    Durch den erfindungsgemäßen Zusatz der aufgeführten Organosilane zur Modifizierung der Papieroberfläche wurde gegenüber den Nullproben (ohne Siliconzusatz) die Vernetzungszeit für die nachfolgende Siliconbeschichtung um 10 bis 80% reduziert.

    Beispiel 7

    Es wurde oberflächengeleimtes Rohpapier mit Silanzusätzen auf einer Papiermaschine hergestellt. Die Papiermaschine wies eine Breite von ca. 2,20 m auf und erreichte bei dem Versuch eine Geschwindigkeit von ca. 410 m/min. Der silanhaltige Oberflächenauftrag wurde in einer Leimpresse, einem Zweiwalzenauftragswerk, auf die Bahn aufgetragen. Das Papier bestand aus je 50% aus vollgebleichtem Langfaserzellstoff und Kurzfaserzellstoff. Es wurden keine Füllstoffe zudosiert. Das Flächengewicht des auf diese Weise produzierten Papiers lag bei 67 g/m . Als Organosilankomponente wurde 3-Aminopropyltriethoxysilan eingesetzt. Dieses hatte einen Wirkstoffgehalt von 40%. Die Oberflächenpräparation, die in der Leimpresse der Papiermaschine auf das Rohpapier aufgetragen wurde, hatte folgende Zusammensetzung:
    &numsp &numsp &numsp 100 Teile PVA
    &numsp &numsp &numsp 10 Teile CMC
    &numsp &numsp &numsp 28 Teile Aminosilan (HW), handelsüblich.

    Der pH-Wert dieser Mischung wurde mit Ammoniak auf 9,7 gehoben. Dieses so oberflächenveredelte Papier wurde zusätzlich in einem 16-Walzen-Superkalander bei einem Druck von 330 kN/m und einer Geschwindigkeit von 300 m/min satiniert.

    Beispiel 8

    Nach dem im Beispiel 7 beschriebenen Herstellungsverfahren, jedoch mit einer anderen Oberflächenrezeptur, wurde der Versuch wiederholt. In diesem Fall wurde Organosilan eingesetzt. Die hierbei verwendete Strichrezeptur wies folgende Zusammensetzung auf:
    &numsp &numsp &numsp 100 Teile PVA
    &numsp &numsp &numsp 10 Teile CMC
    &numsp &numsp &numsp 11 Teile Silanmischung gemäß Beisp. 5
    Der pH-Wert dieser Mischung wurde mit Schwefelsäure auf 4,0 eingestellt.

    Beispiel 9

    Die gemäß der Beispiele 7 und 8 hergestellten Papiere wurden mit einer Breite von 1 m auf einer Beschichtungsanlage des Typs Revo 303 A von der Maschinenfabrik Kroenert/Hamburg silikonisiert. Diese Technikumsanlage ist für eine Höchstgeschwindigkeit von 200 m/min ausgelegt. Die beiden oberflächenveredelten Versuchspapiere wurden zusammen mit einem Papierprodukt, das ebenfalls nach dem in den Beispielen 7 und 8 beschriebenen Verfahren hergestellt worden war, aber kein Organosilan im Strich enthielt (Null-Probe), mit einem Siliconsystem auf Lösungsmittelbasis folgender Zusammensetzung beschichtet:
    &numsp &numsp &numsp 80 Teile Testbenzin
    &numsp &numsp &numsp 15 Teile Si-Dehäsiv 930
    &numsp &numsp &numsp 0,5 Teile Vernetzer V 93
    &numsp &numsp &numsp 0,05 Teile Katalysator OL
    Der Feststoffgehalt dieser Beschichtungsmasse betrug 5% und die Viskosität nach Ford-Becher lag bei 12 s.Das Silicon wurde auf die Papierbahn mittels einer Rasterwalze (40 Raster pro cm) aufgetragen. Die Lufttemperatur im Schwebetrockner war auf 190°C eingestellt.

    Der Grad der Aushärtung wurde sofort nach der Siliconisierung direkt an den beschichteten Rollen mit dem in Beispiel 1 beschriebenen Fingerabriebtest und mit Hilfe von Klebeband Tesa 104 bestimmt. In dieser Versuchsreihe wurde die Bahngeschwindigkeit variiert, während die Trockungstemperatur bei 190°C konstand blieb.

    Die Ergebnisse dieser Versuche sind in der Tabelle 2 zusammengestellt:

    Tabelle 2
    Papiersorte Siliconauftrag g/m max. Geschwindigkeit m/min Trennkraft, mN/cm
    nach 20 h nach 4 Wochen
    K-7476 A-8475 K-7476 A-7475
    Nullprobe 0,4 150 303 74 210 103
    Papier aus dem Beispiel 7 0,4 163 308 69 244 72
    Papier aus dem Beispiel 8 0,4 165 281 63 197 60

    Die Beschichtungsgeschwindigkeit konnte im Vergleich zur Nullprobe um etwa 10% bei etwa gleichem Niveau der Trennkräfte nach Siliconisierung erhöht werden.

    Die Trennkräfte wurden nach der FINAT-Testmethode Nr.10(FTM 10) gemessen. Als Klebebänder wurden ein Kautschukklebeband K-7476 und ein Acrylatklebeband A-7475 verwendet. Die Messungen erfolgten in einem Zugprüfgerät, indem das Klebeband von dem mit Silicon beschichteten Versuchspapier unter einem Winkel von 180° und einer Klemmengeschwindigkeit von 300 mm/min abgeschält wurde. Die Siliconauftragsmengen wurden mittels Röntgenfluoreszenz-Messungen ermittelt.

    Beispiel 10

    Die gemäß der Beispiele 7 und 8 hergestellten Versuchspapiere wurden ebenfalls auf der oben genannten Beschichtungsanlage mit Siliconsystemen auf lösungsmittelfreier Basis beschichtet. Hierzu wurde ein Vier-Walzen-Auftragswerk benutzt. Da schon mit dem Vergleichspapier (Nullprobe) die maximale Geschwindigkeit der Anlage von 200 m/min erreicht wurde, wurde in dieser Versuchsreihe stattdessen nach der Mindesttemperatur für eine völlige Aushärtung der Siliconbeschichtung bei einer konstanten Höchstgeschwindigkeit von 200 m/min gesucht.

    Für die Papierbeschichtung wurde folgendes Siliconsystem eingesetzt:
    &numsp &numsp &numsp 100 Teile Wacker Si-Dehäsiv 920
    &numsp &numsp &numsp 2,5 Teile Vernetzer VP 1524
    &numsp &numsp &numsp 1,0 Teile Katalysator OL
    Die Ergebnisse dieser Versuchsreihe sind aus Tabelle 3 zu entnehmen.

    Tabelle 3
    Papiersorte Siliconauftrag g/m Mindesttemp.°C für Aushärtung Trennkraft, mN/cm
    nach 20 h nach 4 Wochen
    K-7476 A-7475 K-7476 A-7475
    Nullprobe 1,4 150 196 38 164 35
    Papier des Beispiels 7 1,5 145 205 35 187 36
    Papier des Beispiels 8 1,5 138 193 32 174 33

    Bei vergleichbarem Trennkraftniveau konnte die Mindesttemperatur für die Aushärtung der Siliconbeschichtungen um ca. 5 bis 10% reduziert werden.

    Die Siliconauftragsmengen und Trennkraftwerte wurden wie im Beispiel 9 bestimmt.

    Beispiel 11

    Die Arbeitsweise des Beispiels 10 wurde wiederholt. Für die Siliconbeschichtung wurde jedoch ein anderes System, ebenfalls auf lösungsmittelfreier Basis, eingesetzt. Die Beschichtungsmasse hatte folgende Zusammensetzung:
    &numsp &numsp &numsp 100 Teile Silcolease 8000 (ICI) Basispolymersilicon der Fa. ICI
    &numsp &numsp &numsp 2 Teile Silicone Crosslinker 95 A
    &numsp &numsp &numsp 2 Teile Silicone Crosslinker 96 A
    &numsp &numsp &numsp 4 Teile Catalyst 95 B.

    Die Siliconisierung der drei Versuchspapiere erfolgte bei einer Geschwindigkeit von 200 m/min, wobei wiederum die Mindesttemperatur bei der Konvektionstrocknung für eine vollständige Aushärtung der Siliconfilme gesucht wurde. Die Ergebnisse sind der Tabelle 4 zu entnehmen.

    Tabelle 4
    Papiersorte Siliconauftrag g/m Mindesttemp.°C für Aushärtung Trennkraft,mN/cm
    nach 20 h nach 4 Wochen
    K-7476 A-7475 K-7476 A-7475
    Nullprobe 1,4 150 192 34 174 43
    Papier des Beispiels 7 1,5 135 189 37 170 39
    Papier des Beispiels 8 1,6 140 192 47 168 45

    Bei etwa vergleichbarem Trennkraftniveau konnte wiederum die Mindesttemperatur für die Aushärtung der Siliconbeschichtungen um ca. 5 bis 10% gesenkt werden.

    Die Trennkraftwerte und die Siliconauftragsmengen wurden wie in Beispiel 9 bestimmt.

    Beispiel 12

    Die Arbeitsweise der Beispiele 10 und 11 wurde wiederholt.

    Für die lösungsmittelfreie Siliconisierung wurde folgendes Beschichtungssystem verwendet:
    &numsp &numsp &numsp 100 Teile Basispolymer Silicon Rhodorsil 11347 der Fa.Rhone-Poulanc
    &numsp &numsp &numsp 3 Teile Katalysator 11091 für das Basispolymer.

    Die Beschichtung der Versuchspapiere wurde bei einer Geschwindigkeit von 200 m/min durchgeführt. Es wurden wiederumg die niedrigsten Aushärtungstemperaturen ermittelt, wie aus der Tabelle 5 hervorgeht. Die Bestimmung der Trennkraftwerte und der Siliconauftragsmengen erfolgte gemäß Beispiel 9.

    Tabelle 5
    Papiersorte Siliconauftrag g/m Mindesttemp.°C für Aushärtung Trennkraft,mN/cm
    nach 20 h nach 4 Wochen
    K-7476 A-7475 K-7476 A-7475
    Null-Probe 2,0 150 152 225 140 246
    Papier des Beispiels 7 2,0 135 151 297 143 239
    Papier des Beispiels 8 2,1 135 144 253 160 213

    Wie die Beispiele 1 bis 12 zeigten, wird durch den erfindungsgemäßen Zusatz verschiedener Organosilane in Anteilen von ca. 10 - 15% (fest gerechnet) zu üblichen Oberflächenpräparationen für Trennrohpapiere eine Verbesserung der Haftung und eine Beschleunigung der Vernetzungszeit für nachfolgende Beschichtungen von lösungsmittelhaltigen oder lösungsmittelfreien additionsvernetzenden Siliconsystemen erreicht. Bei ausreichender Verankerung des Siliconfilms auf der Papieroberfläche sind dadurch meßbare Steigerungen in der Beschichtungsgeschwindigkeit und/oder Reduzierungen in der Mindesttemperatur für die Siliconaushärtung zu verzeichnen. Inhibierende Effekte durch das Rohpapier tragen in keinem Fall auf. Das Trennkraftniveau der Siliconbeschichtungen wurde durch die Zusätze von Organosilanen zur Oberflächenpräparation der Trennrohpapiere nicht oder nur geringfügig verändert.

    Ähnliche Effekte wurden ebenfalls bei einer nachfolgenden Beschichtung derart oberflächenveredelter Trennrohpapiere mit wässrigen Siliconsystemen festgestellt.

    Bei Verwendung von kaltvernetzenden Siliconsystemen (UV- bzw. Elektronenstrahl-vernetzende Systeme) sind ähnliche Effekte ebenfalls nicht auszuschließen.

    Dagegen sind bei kondensationsvernetzenden Siliconsystemen (thermische Vernetzung) keine Verbesserung in Haftung und/oder Vernetzung von Siliconfilmen zu erwarten.

    B Organpolysiloxane (mindestens 3 Siliziumgebundene Wasserstoffatome je Molekül aufweisend)

    Beispiel 13

    Zu einer Mischung aus 22 g Polyvinylalkohol und 3 Carboxymethylcellulose in 475 g Wasser, die nach den in Beispiel 1 beschriebenen Methoden für die Aufbereitung und das Kochen der oben genannten Polymere behandelt wurden, wurden unter Rühren 3,5 g von mindestens 3 Si-gebundenen Wasserstoffatomen je Molekül aufweisenden Organpolysiloxan in Form einer Emulsion (Feststoffgehalt: 35%), zugegeben. Der pH-Wert dieser Mischung wurde mit Schwefelsäure auf 4,0 eingestellt. Die in dieser Weise hergestellte Disperson wurde mit einer Laborleimpresse auf ein unsatiniertes Siliconrohpapier mit einem Flächengewicht von 66 g/m aufgetragen.

    Das Auftragsgewicht lag bei etwa 1,5 g/m (fest gerechnet). Das ungestrichene Rohpapier wies eine Luftdurchlässigkeit nach Schopper von 62 cm/min und einen Leimungsgrad nach Cobb-Unger von 50 g/m auf.

    Nach erfolgter Trocknung und Wiederbefeuchtung wurde das damit oberflächenbehandelte Papier in einem Laborkalander satiniert. Der Liniendruck betrug dabei 4000 dN. Die Oberflächentemperatur der Stahlwalze betrug 100°C.

    Die Weiterbehandlung des Versuchspapiers erfolgte so, wie im Teil b) des Beispiels 1 beschrieben. Die Ergebnisse des Vernetzungstests sind in Tabelle 6 zusammengestellt.

    Beispiel 14

    Die Arbeitsweise des Beispieles 13 wurde wiederholt. Nach Zugabe der Organopolysiloxan -Emulsion stellte sich ein pH-ert von 5,5 ein. Die Ergebnisse des Vernetzungstests sind aus der nachfolgenden Tabelle 6 zu entnehmen.

    Beispiel 15

    Die Arbeitsweise des Beispieles 13 wurde wiederholt, aber anstelle einer Beschichtung des Versuchspapiers mit dem in Teil b) des Beispiels 1 beschriebenen lösungsmittelfreien Siliconsystem wurde ein lösungsmittelhaltiges System mit folgender Zusammensetzung gewählt:
    &numsp &numsp &numsp 74 Teile Testbenzin
    &numsp &numsp &numsp 20 Teile Silcolease 7420 (ICI) Basissiloxan
    &numsp &numsp &numsp 0,2 Teile Crosslinking Agent 91 A Vernetzer
    &numsp &numsp &numsp 0,8 Teile Catalist 90 B
    Die Siliconisierung erfolgte analog Beispiel 1, Teil b) mit einem Laborrakelgerät, wobei der Siliconauftrag wiederum etwa 1 g/m (fest gerechnet) betrug. Die ermittelten kürzesten Vernetzungszeiten sind der Tabelle 5 zu entnehmen.

    Beispiel 16

    Die Arbeitsweise des Beispiels 14 wurde wiederholt. Die Laborsiliconisierung erfolgte jedoch mit dem in Beispiel 15 beschriebenen lösungsmittelhaltigen Siliconsystem. Die minimal erforderlichen Vernetzungszeiten sind der Tabelle 6 zu entnehmen.

    Beispiel 17

    Die Arbeitsweise des Beispiels 13 wurde wiederholt. Zu der Lösung aus 22 g Polyvinylalkohol und 3 g Carboxymethylcellulose in 475 g Wasser wurden jedoch unter Rühren statt 3,5 diesmal 7 g der Organopolysiloxan -Emulsion zugegeben. Der pH-Wert dieser Mischung wurde wiederum mit Schwefelsaure auf 4,0 eingestellt. Die weitere Verarbeitung entsprach der in Beispiel 13 beschriebenen Arbeitsweise. Die Ergebnisse des Vernetzungstests sind in der Tabelle 6 zusammengestellt.

    Beispiel 18

    Die Arbeitsweise des Beispiels 17 wurde wiederholt, der pH-Wert der Strichmischung jedoch auf 5,5 eingestellt. Die Ergebnisse der Vernetzungsprüfung gehen aus der Tabelle 6 hervor.

    Beispiel 19

    Die Arbeitsweise des Beispiels 17 wurde wiederholt. Das Versuchspapier wurde jedoch mit einem lösungsmittelhaltigen Siliconsystem der Firma ICI beschichtet. Die Zusammensetzung dieser Beschichtungsmasse ist bereits in Beispiel 15 beschrieben worden. Die Ergebnisse der Vernetzungsprüfung sind in der Tabelle 6 dargestellt.

    Beispiel 20

    Die Arbeitsweise des Beispiels 18 wurde wiederholt. Die Laborsiliconisierung erfolgte jdoch mit dem in Beispiel 15 beschriebenen lösungsmittelhaltigen Siliconsystem. Die erforderlichen kürzesten Vernetzungszeiten sind der Tabelle 6 zu entnehmen.

    Beispiele 21 - 24

    Als Vergleich (Nullprobe) wurden Papierproben herangezogen, die mit einer Mischung, bestehend aus 22 g Polyvinylalkohol und 3 g Carboxymethylcellulose in 475 g Wasser, aber ohne jegliche Zugabe von Organopolysiloxan -Emulsion, oberflächenveredelt worden waren. Die pH-Werte dieser Oberflächenpräparationen wurden sowohl auf 4,0 als auch auf 5,5 eingestellt. Die Laborsilikonisierung erfolgte mit den im Teil b) des Beispiels 1 und im Beispiel 15 beschriebenen Silikonsystemen. Die erforderliche minimale Vernetzungszeit ist aus der Tabelle 6 zu entnehmen.

    Tabelle 6
    Versuchspapier pH-Wert der Oberflächenpräparation minimal erforderliche Vernetzungszeit,s (150°C)
    4,0 5,5 LF * LH *
    1.Beispiel 13 X 8
    2.Beispiel 14 X 12
    3.Beispiel 15 X 15
    4.Beispiel 16 X 18
    5.Beispiel 17 X 5
    6.Beispiel 18 X 8
    7.Beispiel 19 X 15
    8.Beispiel 20 X 18
    9.Nullprobe 1 als Vergleich (Beisp.21-22) X 10 20
    10.Nullprobe 2 als Vergleich (Beisp.23-24) X 15 20 * LF = lösungsmittelfreies Silikonsystem ) jeweils ca.
    LH = lösungsmittelhaltiges Silikonsystem ) 1 g/m (fest) Silikonauftrag.





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