способ изготовления антиадгезионной силиконизированной бумаги и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ изготовления антиадгезионной силиконизированной бумаги, содержащий операции смешения компонентов силиконовой композиции на основе полиорганосилоксанов, нанесение слоя полученной композиции на перемещаемую бумажную основу и последующую термообработку до полного отверждения слоя покрытия, отличающийся тем, что в качестве бумажной основы используют влагопрочное бумажное полотно, имеющее влажность 6-8%, предварительно подвергнутое каландрированию до плотности 1,0-1,1 г/см³ и гладкости 230-400 с, при этом силиконовую композицию наносят ракельным методом из локальной ванны при перемещении бумажного полотна между лезвием ракеля и тыльной опорой, по крайней мере часть которой в зоне контакта с лезвием выполнена упругой, причем степень прогиба бумажного полотна при внедрении лезвия ракеля в тыльную опору регулируют изменением упругости.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что лезвие ракеля установлено под острыми углами к направлению ввода бумажного полотна и к направлению, перпендикулярному основанию тыльной опоры и проходящему через линию контакта упругой опоры с лезвием, а локальная ванна образована в пространстве между лезвием ракеля и бумажным полотном.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что по крайней мере часть тыльной опоры в месте ее контакта с лезвием ракеля представляет собой мембрану из упругого материала, причем величину прогиба бумажного полотна регулируют изменением давления газа под упомянутой мембраной.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что тыльная опора представляет собой газонаполненную цилиндрическую оболочку из упругого материала, а величину прогиба бумажного полотна в тело оболочки регулируют изменением давления газа.

5. Способ по п.2, отличающийся тем, что лезвие ракеля установлено под углом 15-30° к направлению, перпендикулярному основанию тыльной опоры и проходящему через линию контакта опоры с лезвием.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что термообработку проводят при температуре 100-150°С в течение 6-10 с.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что белизна бумажного полотна составляет 80-90%.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что силиконовая композиция включает пигменты, которые вводят в композицию на операции смешения ее компонентов.

9. Устройство для изготовления антиадгезионной силиконизированной бумаги, содержащее установленные по ходу перемещения бумажного полотна средство для нанесения слоя силиконовой композиции, связанное со средством смешения и гомогенизации ее компонентов, и тепловую камеру, отличающееся тем, что средство для нанесения силиконовой композиции представляет собой ракель и тыльную опору, по крайней мере часть которой в зоне контакта с лезвием ракеля выполнена с регулируемой упругостью, установленные друг напротив друга с возможностью силового взаимодействия с бумажным полотном, лезвие ракеля установлено под острым углом к направлению, перпендикулярному основанию тыльной опоры и проходящему через линию контакта опоры с лезвием, а локальная ванна силиконовой композиции образована в пространстве между лезвием ракеля и подаваемым бумажным полотном.

10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что тыльная опора содержит мембрану из упругого материала, установленную со стороны открытой стенки герметичного металлического короба, и снабжена средствами, обеспечивающими регулирование давления газа в его полости.

11. Устройство по п.9, отличающееся тем, что тыльная опора представляет собой газонаполненную цилиндрическую оболочку с упругими стенками, связанную со средствами создания и регулирования избыточного давления газа.

12. Устройство по п.10, отличающееся тем, что на внешней поверхности тыльной опоры установлена гибкая прокладка из антифрикционного материала, преимущественно полиэтилентерефталата.

13. Устройство по п.11, отличающееся тем, что лезвие ракеля установлено под углом 15-30° к направлению, перпендикулярному основанию тыльной опоры и проходящему через линию контакта опоры с лезвием.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к изготовлению антиадгезионной бумаги и может быть использовано при производстве силиконизированной упаковочной бумаги.

Антиадгезионная бумага представляет собой бумажное полотно, обработанное кремнийорганичсскими соединениями, и предназначена для упаковывания липких продуктов различного назначения. В патентной литературе рассматриваются различные аспекты технологии создания такой бумаги, которые касаются подбора характеристик бумаги, методов нанесения слоя, а также состава кремнийорганических соединений.

Известна антиадгезионная бумага для рулонных кромочных материалов (SU 1320316 А1, Крамаренко и др., 1987), которую готовят из не каландрированной бумаги нанесением антиадгезионного покрытия плотностью 2 г/м² на основе композиции из полиметилсилоксановой жидкости, карбоксиметилцеллюлозы, поливинилового спирта, катализатора отверждения. В другом изобретении (SU 1500708 А1, Литвиненко и др., 1989) патентуется состав на основе сложных винил- и гидридсилоксанов с платиновым катализатором. Покрытие наносят на основу и отверждают при 150-180°С в течение 0,5-1 мин.

Описаны другие композиции для получения антиадгезионных покрытий на основе органополисилоксанов (RU 2027815 С1, Федорова и др., 1995; RU 2138528 C1, Байер А.Г., 1999). В последнем источнике приведены режимы термообработки бумажного полотна 110-160°С при скоростях перемещения полотна до 300 м/мин. Известен и ряд других составов для тех же целей (RU 2009292 C1, RU 2010071 C1, RU 2011723 C1, Богданова и др., 1994). Известно введение пигмента (гидроокиси алюминия) при изготовлении бумаги-основы с антиадгезионным слоем кремнийорганического полимера, при этом толщина пигментного слоя составляет 3-10 г/м² (RU 97118603 А, Кеммерер ГмбХ, 1999).

Описан способ нанесения антиадгезионных средств и термомеханической обработки плоских полотен бумаги и картона (RU 98120926 А, Штокхаузен ГмбХ унд Ко. и др., 2000). Антиадгезионное средство наносят различными методами, например в машине для нанесения покрытия или непосредственно перед лощильным валком. Антиадгезионное средство применяют в количестве 0,1-10,0 г/м² обрабатываемого материала; бумажное полотно рекомендуется применять с содержанием воды менее 50 мас.%.

Вместе с тем, широко распространенным является ракельный способ нанесения покрытий. Он позволяет наносить покрытия с контролируемой толщиной, успешно агрегатируется в технологический цикл окончательной тепловой обработки, но менее сложен, чем валковый. Устройство обычно содержит собственно ракельное устройство, тепловую камеру с транспортирующим устройством, намоточное и размоточное устройство, систему автоматического регулирования технологического процесса (см., например, US 4072775, James et al., 1978; RU 2048210 C1, Авдеев и др., 1995; RU 2209689 C1, Прохоров и др., 10.08.2003). Так, в аппарате для покрытия движущегося полотна ракель установлен под острым углом к направлению перемещения полотна и подпружинен в сторону тыльной опоры (DE 3931793, Eriksson, 1990), а в изобретении (US 4613526, Takashi et al., 1986) - лезвие ракеля изогнуто в направлении перемещения и подпружинено, что дает возможность удерживать контакт с полотном.

Однако описанные ракельные устройства не затрагивают особенностей технологии производства силиконизированной бумаги для защиты липкого слоя.

Наиболее близким по технической сущности является способ придания бумажному материалу антиадгезионных свойств с использованием термически полимеризуемой силиконовой композиции на основе полиорганосилоксанов и устройство для его осуществления (US 6395338 B1, Benayoun et al., 2002 - ближайший аналог для обоих изобретений группы). Способ содержит операции смешения компонентов силиконовой композиции, ее гомогенизации, операции нанесения приготовленной композиции на перемещаемое полотно и термической полимеризации. Устройство для нанесения силиконовой композиции содержит средства для дозирования и предварительного смешения компонентов, блок нанесения композиции, а также средства для термической вулканизации. Как предпочтительный вариант, нанесение композиции рекомендуется проводить либо многовалковыми, либо ножевыми (ракельными) методами.

Вместе с тем, важным обстоятельством в процессе изготовлении антиадгезионной силиконизированной бумаги является как отбор бумажной основы по физико-механическим характеристикам: степени гладкости, плотности и влажности, требующий предварительной доработки бумажного полотна, так и собственно технология нанесения покрытия и приспособления, которые при этом используются. Сведения, изложенные в приведенном обзоре уровня техники, затрагивают лишь отдельные частные аспекты либо химии силиконовых композиций, либо общие вопросы нанесения покрытий на бумагу или картон, без связи с приданием им по всей площади бумажного полотна гарантированных антиадгезионных свойств посредством силиконизации.

Задачей настоящей группы изобретений является способ изготовления антиадгезионной бумаги и устройство для его осуществления, которые позволяют обеспечить высокое качество потребительских свойств бумаги. К этим свойствам относятся гарантированное усилие отслаивания от клеевого слоя в широком диапазоне температур от -50° до + 100°С, а также обеспечение разрушающего усилия в машинном направлении - не менее 8,5 Н. Устройство должно реализовать способ изготовления бумаги, быть простым по конструктивному выполнению и удобным в обслуживании.

Технический результат способа состоит в повышении качества потребительских свойств антиадгезионной бумаги, прочности и обеспечения гарантированного усилия отслаивания от клеевого слоя в широком диапазоне температур.

Технический результат достигается тем, что способ изготовления антиадгезионной силиконизированной бумаги содержит операции смешения компонентов силиконовой композиции на основе полиорганосилоксанов, нанесение слоя полученной композиции на перемещаемую бумажную основу и последующую термообработку до полного отверждения слоя покрытия. В качестве бумажной основы используют влагопрочное бумажное полотно, имеющее влажность 6-8%, предварительно подвергнутое каландрированию до плотности 1,0-1,1 г/см³ и гладкости 250-400 сек. При этом силиконовую композицию наносят ракельным методом из локальной ванны при перемещении бумажного полотна между лезвием ракеля и тыльной опорой, по крайней мере часть которой в зоне контакта с лезвием выполнена упругой, причем степень прогиба бумажного полотна при внедрении лезвия ракеля в тыльную опору регулируют изменением упругости.

Способ может характеризоваться тем, что лезвие ракеля установлено под острыми углами к направлению ввода бумажного полотна и к направлению, перпендикулярному основанию тыльной опоры и проходящему через линию контакта упругой опоры с лезвием, а локальная ванна образована в пространстве между лезвием ракеля и бумажным полотном, а также тем, что по крайней мере часть тыльной опоры в месте ее контакта с лезвием ракеля представляет собой мембрану из упругого материала, причем величину прогиба бумажного полотна регулируют изменением давления газа под упомянутой мембраной.

Способ может характеризоваться, кроме того, тем, что тыльная опора представляет собой газонаполненную цилиндрическую оболочку из упругого материала, а величину прогиба бумажного полотна в тело оболочки регулируют изменением давления газа, а также тем, что лезвие ракеля установлено под углом 15-30° к направлению, перпендикулярному основанию тыльной опоры и проходящему через линию контакта опоры с лезвием.

Способ может характеризоваться, также и тем, что термообработку проводят при температуре 100-150°С в течение 6-10 сек, и тем, что белизна бумажного полотна составляет 80-90%, а кроме того, тем, что силиконовая композиция включает пигменты, которые вводят в композицию на операции смешения ее компонентов.

Технический результат второго изобретения группы состоит в реализации назначения способа с обеспечением качественного нанесения композиции на бумажное полотно за счет более полного внедрения композиции в приповерхностный слой бумаги.

Технический результат обеспечивается тем, что устройство для изготовления антиадгезионной силиконизированной бумаги содержит установленные по ходу перемещения бумажного полотна средство для нанесения слоя силиконовой композиции, связанное со средством смешения и гомогенизации ее компонентов, и тепловую камеру. Средство для нанесения силиконовой композиции представляет собой ракель и тыльную опору, по крайней мере часть которой в зоне контакта с лезвием ракеля выполнена с регулируемой упругостью, установленные напротив друг друга с возможностью силового взаимодействия с бумажным полотном, лезвие ракеля установлено под острым углом к направлению, перпендикулярному основанию тыльной опоры и проходящему через линию контакта опоры с лезвием, а локальная ванна силиконовой композиции образована в пространстве между лезвием ракеля и подаваемым бумажным полотном.

Устройство может характеризоваться тем, что тыльная опора содержит мембрану из упругого материала, установленную со стороны открытой стенки герметичного металлического короба, и снабжена средствами, обеспечивающими регулирование давления газа в его полости.

Устройство может характеризоваться и тем, что тыльная опора представляет собой газонаполненную цилиндрическую оболочку с упругими стенками, связанную со средствами создания и регулирования избыточного давления газа.

Устройство может характеризоваться также и тем, что на внешней поверхности тыльной опоры установлена гибкая прокладка из антифрикционного материала, преимущественно полиэтилентерефталата, а также тем, что лезвие ракеля установлено под углом 15-30° к направлению, перпендикулярному основанию тыльной опоры и проходящему через линию контакта опоры с лезвием.

Существо изобретений поясняется на чертежах, где:

на фиг.1 представлена схема устройства для изготовления антиадгезионной силиконизированной бумаги в соответствии с патентуемым способом;

на фиг.2 - то же, что на фиг.1, - с мембраной из упругого материала.

В основе патентуемых изобретений лежат экспериментальные данные, полученные заявителем при обосновании существенных признаков. Известно, что характеристики силиконизированной бумаги требуют ее достаточной прочности (не менее 8,5 кгс) при отделении без разрушения от упаковываемого липкого продукта, и в то же время должен исключаться нецелесообразный запас по прочности, повышающий массовые характеристики. Для интервала рабочих температур -50 +100°С должно быть стабильно гарантировано заданное усилие отслаивания от клеевого слоя. Получению стабильных характеристик бумаги способствует патентуемый режим нанесения композиции, предусматривающий деформирование бумажного полотна на упругом основании и вследствие этого проявление капиллярных явлений при пропитке поверхностного слоя бумаги. Предварительное уплотнение бумаги позволяет исключить расход композиции для внутренних слоев бумажного полотна, не участвующих в процессе защиты липкого материала, и в то же время обеспечить более высокий градиент концентрации силиконовой композиции в поверхностных слоях.

Повышение качества покрытия обеспечивает и возникновение в локальной ванне гидравлического "клина" в зоне контакта "лезвие-бумажное полотно". Кроме того, вращение силиконовой композиции по линии контакта лезвия в локальной ванне вызывает дополнительное перемешивание и гомогенизацию композиции, что также способствует повышению адгезии слоя к бумажному полотну.

Способ реализуется с помощью устройства для изготовления антиадгезионной силиконизированной бумаги, схематично показанного на фиг.1 и 2.

Устройство для нанесения покрытия на бумажное полотно содержит лезвие 10 ракеля в держателе 12, установленное под углом . Лезвие 10 ракеля выполнено из традиционного для этих целей материала - пружинной стали, например, марки 65 Г, 60 С2А. Размеры использованного лезвия: толщина 0,3-0,4 мм, ширина 40 мм, длина 1600 мм, являются не критичными. Тыльная опора 13 образована ложементом 14, в котором размещена газонаполненная цилиндрическая оболочка 16, имеющая стенку 18 из упругого материала (фиг.1). Оболочка 16 снабжена средствами, обеспечивающими регулирование давления газа (не показаны). Для достижения эффекта достаточно выполнение из упругого материала только той части оболочки, которая непосредственно примыкает к зоне нанесения покрытия. Например, это может быть мембрана 17 из упругого материала, герметично прикрепленная со стороны открытой стенки к герметичному металлическому коробу 19, который подсоединен к источнику сжатого воздуха (фиг.2). Газонаполненная оболочка 16, как и мембрана 17, могут быть выполнены из резины, полимерного материала - поливинилхлорида или другого подобного материала.

Цилиндрическая оболочка 16 (фиг.1) или мембрана 17 (фиг.2) имеют защитную антифрикционную прокладку 20, по поверхности которой осуществляется перемещение бумажного полотна 22. Антифрикционная прокладка 20 может быть выполнена из любого известного материала, например из пленки полиэтилентерефталата, ее концы закреплены.

Оболочку 16 удобно выполнить из трубы диаметром 20-60 мм из поливинилхлорида или из другого материала с толщиной стенки не менее 1 мм. Эта оболочка в наддутом состоянии должна быть достаточно упругой, чтобы обеспечить необходимое внедрение лезвия ракеля в бумажное полотно (давление в оболочке регулируют в диапазоне 0,2-0,5 кГ/см²). Труба может быть подсоединена к источнику избыточного давления либо обоими торцами, либо только одним. В последнем случае на одном из торцевых уплотнений имеется штуцер для подсоединения сжатого воздуха, а второй заглушен. В настоящей заявке средства создания избыточного давления и регистрации его величины не рассматриваются ввиду их известности для специалистов.

Лезвие 10 установлено под углом =15-30° к оси 24, проходящей перпендикулярно основанию 26 тыльной опоры 13 через линию контакта лезвия 10 ракеля и оболочку 16 или мембрану 17. Такое значение угла обеспечивает устойчивость существования локальной ванны 28 из композиции, наносимой на поверхность бумажного полотна.

Способ реализуют следующим образом. Сначала проводят подготовку бумажной основы. Используют влагопрочное бумажное полотно, имеющее влажность 6-8%, предварительно подвергнутое каландрированию до плотности 1,0-1,1 г/см³ и гладкости 250-400 сек. Для этого роль бумаги, например, кабельной, диаметром до 900 мм устанавливают на размоточное устройство суперкаландера, имеющего от 8 до 12 уплотняющих валов. Полотно бумаги, проходя между валами, уплотняется под давлением до 30 кг/см² и сматывается в рулон. Далее торцы откаландрированного рулона выравнивают, для чего их подрезают. Роль бумаги через каландр пропускается один раз.

Затем рулон подготовленного бумажного полотна 22 направляют на нанесение композиции, для чего его заправляют в устройство, показанное на фиг.1, 2 и обеспечивают перемещение слева направо (показано стрелками). Смешение компонентов композиции на основе полиорганосилоксанов, например композиции для безрастворной термической вулканизации производства фирмы "General Electric", проводят в соответствии с инструкциями фирмы-изготовителя. Наполнение локальной ванны 28, а также подливка силиконовой композиции осуществляется дозатором непрерывно в количестве, необходимом для поддержания размеров сечения силиконового "валика" в пределах 20-30 мм. Расход силиконовой композиции устанавливают в пределах 1,5-6 г/м² в зависимости от плотности и гладкости бумажного полотна: чем выше плотность и гладкость бумаги-основы, тем меньше расход композиции и тем выше качество антиадгезионного покрытия. Линейная скорость бумажного полотна может изменяться в пределах от 10 м/мин (в начале процесса нанесения) до 60 м/мин (в конце изготовления каждого рулона), и для этой цели устройство включает известные средства для плавного регулирования скорости движения полотна.

Степень прогиба бумажного полотна 22 при внедрении лезвия 10 ракеля в упругую тыльную опору 13, и, соответственно, прочность адгезионной связи покрытия и толщину слоя наносимой композиции из локальной ванны изменяют упругостью оболочки 16 или мембраны 17. Для этого регулируют избыточное давление в упругой опоре 13 в указанном диапазоне. Бумажное полотно 22 с нанесенным слоем покрытия 30 направляют на термообработку, которую проводят в камере для термической обработки (не показана). Камера состоит из ряда секций кварцевых галогенных ламп. Температуру в камере (до 350°С) регулируют путем периодического включения и выключения ламп. Термообработку до полного отверждения слоя покрытия проводят при температуре 100-150°С в течение 6-10 сек. Полученную антиадгезионную силиконизированную бумагу сматывают в рулон. Аналогичным образом, при необходимости, осуществляют нанесение слоя на другую сторону бумажного полотна для получения двухстороннего покрытия.

Если имеется потребность в белом бумажном полотне с антиадгезионным покрытием, то используется бумажное полотно с белизной 80-90%. В том случае, если требуется окрашенная поверхность, то пигменты могут быть введены в композицию на операции смешения ее компонентов.

Исследование характеристик партий полученной антиадгезионной силиконизированной бумаги показало, что бумага удовлетворяет заданным прочностным параметрам, имеет высокую сплошность антиадгезионного слоя, обеспечивает гарантированное усилие отслаивания от клеевого слоя в широком диапазоне температур, при малом расходе композиции от 1,5 до 2 г/м².