DE3750255T2

DE3750255T2 - Verfahren und apparat zur herstellung von antistatischem papier und dabei erhaltene produkte.

Info

Publication number: DE3750255T2
Application number: DE3750255T
Authority: DE
Inventors: Steven Armington; Stephen Halperin; Barbara Metz; Gordon Pickett
Original assignee: Ranpak Corp
Current assignee: Ranpak Corp
Priority date: 1986-09-18
Filing date: 1987-09-14
Publication date: 1995-03-09
Anticipated expiration: 2007-09-15
Also published as: KR930008285B1; JP2595276B2; KR880701590A; NO882087L; NO882087D0; FI882204A0; DK269688A; WO1988001910A1; US4806410A; DK269688D0; EP0282571B1; FI882204A; CA1332134C; EP0282571A1; DE3750255D1; JPH01500842A; EP0282571A4

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen antistatische (oder, wie es im folgenden auch heißt, statische Elektrizität zerstreuende) Papiere oder andere flexible folienartige Materialien, die beispielsweise in Maschinen zur Umformung von Abstützprodukten verarbeitet werden, die so ausgelegt sind, daß sie ein antistatisches oder statische Elektrizität zerstreuendes elastisches, bauschartiges und polsterndes Abstützprodukt erzeugen, das zum Beispiel in der Verpackungsindustrie Verwendung findet, sowie Verfahren zur Herstellung derartiger Materialien. Die Erfindung betrifft insbesondere Verfahren zur Herstellung von statische Elektrizität zerstreuenden Kraftpapieren, die in Maschinen zur Umformung von Abstützprodukten eingesetzt werden, sowie von Papieren, die bei niedriger relativer Feuchtigkeit bestimmte elektrische Spezifikationen in bezug auf spezifischen Oberflächenwiderstand und Spannungsabfallzeit erfüllen.
Die bisherige Technologie kennt unterschiedliche antistatische oder statische Elektrizität zerstreuende folienartige Materialien.
U.S.-Patent 3,405,001 erläutert ein Verfahren, mit dem die Entwicklung einer elektrostatischen Aufladung auf festen Stoffen wie beispielsweise Papier oder Kunststoff verhindert wird, indem auf den festen Stoff ein Hydrocarbyloniumsalz eines Tetraarylborons aufgebracht wird, so daß ein Material entsteht, das eine verminderte Neigung zur Entwicklung einer elektrostatischen Aufladung auf seiner Oberfläche zeigt.
US-A-3,682,696 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von antistatischem Papier, bei dem ein Schutzmittel gegen statische Elektrizität genutzt wird, das unlöslich oder schwer löslich in Wasser, jedoch löslich in organischen Lösungsmitteln ist und in dem sich eine antistatische Menge eines in Wasser unlöslichen anorganischen Pulvers befindet, wobei das anorganische Pulver mit einem antistatischen oberflächenaktiven Stoff imprägniert ist, der in Wasser unlöslich oder schwer löslich, jedoch in organischen Lösungsmitteln löslich ist.
US-A-3,830,655 offenbart die Herstellung von elektrisch leitfähigem Papier, wobei das Papier mit einem Polymer beschichtet oder imprägniert wird, der Quartärdialkylaminomethylenacrylamid- oder Methacrylamidgruppen enthält und der anschließend ausgehärtet wird. Durch das Verfahren wird eine hohe Beständigkeit gegenüber der Beseitigung der Leitfähigkeit durch Wasser sichergestellt. In dem Patent wird festgestellt, daß sich eine Vielzahl von Papieren einschließlich Karton beschichten läßt.
US-A-3,881,988 offenbart ein Druckpapier, bei dem das antistatische Mittel veranlaßt wird, die Papiereinlage vollständig oder teilweise zu absorbieren oder an ihr zu haften, und zwar in größerer Dichte als an den Papierfasern, wobei die Menge des antistatischen Mittels gegenüber der Masse der Einlage maximal 5% und die Menge der Einlage maximal 30 Masse% des Papiers beträgt. Dieses Verfahren und das resultierende Produkt betreffen im allgemeinen gebleichtes Druckpapier.
US-A-4104175 offenbart Verbindungen, die Substraten antistatische Eigenschaften verleihen sollen.
US-A-4154344 offenbart Folienstoffe zur Herstellung von Schutzverpackungen für elektronische Bauteile, beschreibt eine Mehrfachschichtung von Polyester, dem ein antistatischer Stoff zugesetzt wurde, und besagt, daß zu den zur Kombination mit Polyethylen geeigneten herkömmlichen antistatischen Stoffen Quartärammoniumverbindungen gehören.
US-A-4454199, das im European Search Report zitiert wird, offenbart ein durch Wärme und Druck zusammengefügtes duroplastisches Verbundmaterial, das beispielsweise als Oberflächenbeschichtung für Schalter- und Tischplatten eingesetzt wird. Die oberste Schicht des Verbundmaterials enthält einen elektrisch leitenden Werkstoff, bei dem es sich um eine Quartärammoniumverbindung in Form eines Polymers handeln kann, so daß die elektrische Leitfähigkeit und der Oberflächenwiderstand des Verbundmaterials verbessert werden. Da es sich hier um ein starres, d. h. nicht flexibles Material handelt, ist dieser Verbundwerkstoff nicht für die Verpackungsindustrie geeignet und natürlich auch nicht für derartige Zwecke vorgesehen.
Die vorliegende Erfindung sieht ein neues antistatisches oder statische Elektrizität zerstreuendes flexibles folienartiges Material vor, insbesondere statische Elektrizität zerstreuendes Verpackungspapier, das sich beispielsweise in Abstützungsproduktumformern bewährt, die so ausgelegt sind, daß sie ein statische Elektrizität zerstreuendes, elastisches, bauschartiges Polsterungsmaterial für Verpackungszwecke, Abpolsterung u. ä. produzieren.
Im engeren Sinn bietet die vorliegende Erfindung in einem ihrer Aspekte ein in der Verpackungsindustrie brauchbares antistatisches oder statische Elektrizität zerstreuendes flexibles, folienartiges Material an, umfassend eine flexible Bahn eines folienartigen Materials, das mindestens auf einer seiner Oberflächen mit einem antistatischen Stoff behandelt wurde, der so ausgelegt ist, daß er die Zerstreuung einer statischen Aufladung erleichtert, wobei dieser antistatische Stoff aus einer Lösung eines wasserlöslichen, nicht-quervernetzenden antistatischen Polymers besteht und wobei dieses folienartige Material zuvor mit diesem antistatischen Stoff behandelt wurde, der eine mit einem Gurley- Dichtemesser gemessene Porosität im Bereich von etwa 5 bis etwa 25 s/100 ml aufweist, damit die Lösung die besagte Bahn durchdringen und dem folienartigen Material Eigenschaften zur Einschränkung der statischen Aufladung verleihen kann, wobei der antistatische Stoff auf der besagten Bahn getrocknet wird und für einen spezifischen Oberflächenwiderstand im Bereich von etwa 1 · 10&sup5; Ohm je Quadrat bis 1 · 10¹² Ohm je Quadrat bei einer relativen Feuchtigkeit von maximal etwa 15% sorgt sowie für eine maximale Spannungsabfallzeit /von maximal zwei Sekunden/¹ bei einer relativen Feuchtigkeit von etwa 15%, wenn die Spannung 5 000 angelegte Volt bis zu technischer Nullspannung (d. h. etwa 50 V) bei Erdung der besagten Bahn beträgt.
Die Erfindung sieht außerdem ein Verfahren zur Herstellung eines antistatischen oder statische Elektrizität zerstreuenden flexiblen, folienartigen Verpackungsmaterials vor, das folgendes umfaßt: Bereitstellung einer Bahn des folienartigen Materials mit einer mit einem Gurley-Dichtemesser gemessenen Porosität im Bereich von etwa 5 bis etwa 25 s/100 ml, Aufbringung eines flüssigen antistatischen Stoffs auf mindestens eine Oberfläche der besagten Bahn, wobei dieser antistatische Stoff aus einer Lösung eines wasserlöslichen, nicht-quervernetzenden Polymers besteht und diese Mischung zum Durchdringen der Bahn veranlaßt wird, Trocknung der imprägnierten Bahn sowie die abschließende Herstellung des folienartigen Materials, das über folgende elektrischen Eigenschaften verfügt: spezifischer Oberflächenwiderstand im Bereich von etwa 1 · 10&sup5; Ohm je Quadrat bis 1 · 10¹² Ohm je Quadrat bei einer relativen Feuchtigkeit von maximal etwa 15% und eine maximale Spannungsabfallzeit von maximal zwei Sekunden bei einer relativen Feuchtigkeit von maximal etwa 15%, wenn die angelegte Spannung etwa 5 000 V bis technische Nullspannung nach Erdung beträgt.
Weiterhin stellt die vorliegende Erfindung ein Abstützprodukt zur Verfügung, das einen bauschartigen Artikel zur Verwendung in der Verpackungsindustrie umfaßt, der gebildet
¹ Diese Textpassage wurde an dieser Stelle entsprechend dem nachfolgenden Absatz eingefügt, fehlt aber im englischen Original - Anm. d. Übers.
wird aus einer Bahn von Papier oder gleichartigem flexiblem Folienmaterial, wobei die seitlichen Ränder der Bahn im allgemeinen leicht einwärtsgerollt sind und zerknitterte, die seitlichen Enden des bauschartigen Artikels abgrenzende kissenartige Abschnitte bilden, sowie ein Mittel zum Miteinanderverbinden der gerollten, einander gegenüber befindlichen Ränder der zerknitterten kissenartigen Abschnitte entlang dem im allgemeinen mittleren Teil des bauschartigen Artikels dessen Länge nach, wobei das letztgenannte Mittel sich quer erstreckende gesteppte Teile der besagten einander gegenüberliegenden Ränder umfaßt, die in dem besagten mittleren Teil sich im allgemeinem in einem einander überlappenden Verhältnis befinden, die besagten seitlich angeordneten kissenartigen Abschnitte des besagten Artikels eine erhebliche Rückprallelastizität aufweisen und jeweils wesentlich dicker sind als der besagte mittlere Verbindungsteil, und die besagte Bahn auf mindestens einer Oberfläche mit einem antistatischen Stoff imprägniert wurde, der anschließend darauf getrocknet wird und so wirkt, daß er die Zerstreuung statischer Aufladung erleichtert, wodurch das Produkt mit einem Schutz gegen elektrische Aufladung sowie mit Polsterungseigenschaften ausgestattet wird. Dabei weist die Bahn vor der Behandlung mit dem antistatischen Stoff bei Messung mit einem Gurley-Dichtemesser eine Porosität in einem Bereich von etwa 5 bis etwa 25 s/100 ml auf, wobei der antistatische Stoff aus einer Lösung eines wasserlöslichen, nicht-quervernetzenden antistatischen Polymers besteht, der Polymer auf der besagten Bahn vor deren Formung zu besagtem Produkt getrocknet wird, wodurch bewirkt wird, daß das Produkt bei einer relativen Feuchtigkeit von maximal etwa 15% einen spezifischen Oberflächenwiderstand im Bereich von etwa 1 · 10&sup5; Ohm je Quadrat bis etwa 1 · 10¹² Ohm je Quadrat sowie bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von maximal etwa 15% eine maximale Spannungsabfallzeit von maximal zwei Sekunden aufweist, wenn die angelegte Spannung etwa 5 000 V bis technische Nullspannung bei Erdung des besagten Produkts beträgt.
Bei einer der offenbarten Ausführungen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der flüssige antistatische Stoff auf die noch feuchte Papierbahn, die auf einer herkömmlichen Langsiebpapiermaschine hergestellt wird, aufgetragen, und zwar in einer vorher festgelegten Menge, bevor die vollständige Trocknung des Papiers abgeschlossen ist. Bei einer anderen offenbarten Ausführung wird der flüssige antistatische Stoff auf eine Bahn trocknen Papiers, die von einer Rolle abgewickelt wird, aufgebracht, die danach durch Preßwalzen geleitet wird. Anschließend wird die Bahn für die weitere Verwendung getrocknet und wieder aufgerollt.
Im folgenden werden Ausführungen der vorliegenden Erfindung ausführlich anhand der dazugehörigen Abbildungen beschrieben:
Fig. 1 ist eine allgemeine grafische Darstellung eines Verfahrens zur erfindungsgemäßen Herstellung von antistatischem oder statische Elektrizität zerstreuendem Papier, wobei ein flüssiger antistatischer Stoff auf eine vorgetrocknete, jedoch noch feuchte Papierbahn aufgetragen wird, die auf einer herkömmlichen Langsiebpapiermaschine hergestellt wurde, wonach die Papierbahn mit der darauf aufgetragenen antistatischen Flüssigkeit mittels einer herkömmlichen Trockenvorrichtung vollständig getrocknet wird.
Fig. 2 ist eine allgemeine grafische Darstellung eines weiteren Verfahrens zur Herstellung von antistatischem oder statische Elektrizität zerstreuendem Papier, wobei eine Bahn trocknen Papiers von einer Rolle abgewickelt wird, durch ein Becken oder Bad mit der antistatischen Flüssigkeit und anschließend durch Preßwalzen geleitet wird, so daß die antistatische Flüssigkeit gleichmäßig aufgetragen und das Papier damit imprägniert wird und überschüssige Mengen dieser Flüssigkeit entfernt werden, wonach die Bahn zum Trocknen der antistatischen Flüssigkeit auf der Papierbahn durch eine Trockenvorrichtung geschickt und dann für die weitere Verwendung wieder aufgerollt wird.
Fig. 3 ist eine vergrößerte, allgemeine Teildraufsicht eines Streifens des bauschartigen polsternden Abstützprodukts, das aus erfindungsgemäß hergestelltem antistatischem Papier hergestellt ist und über die antistatischen Merkmale und die Spannungsabfalleigenschaften des antistatischen Papiers verfügt, wobei das bauschartige polsternde Abstützprodukt eine allgemein bekannte Struktur aufweist und mit einem herkömmlichen Abstützproduktumformer hergestellt worden ist. Das abgebildete polsternde Abstützprodukt umfaßt elastische kissenartige Seitenabschnitte und einen gesteppten oder geprägten Mittelteil, der in Längsrichtung des bauschartigen Produkts verläuft und die kissenartigen Abschnitte in einer Weise verbindet, die im folgenden ausführlicher beschrieben wird.
Fig. 1 offenbart in grafischer Form eine mehr oder weniger herkömmliche Anordnung für die Herstellung von Papier aus Faserstoffbrei mittels des Langsiebs der herkömmlichen Papierherstellungsmaschine 10. Gereinigter, gewaschener, sortierter und/oder gemischter Faserbrei, der auf übliche Weise aufbereitet worden ist, wird in den Stirnkasten 12 der Papiermaschine gegeben, aus dem der größtenteils aus Wasser bestehende Faserbrei entnommen und dann auf die Langsiebpartie aufgebracht wird, wobei im Prozeß der Blattbildung ein beträchtlicher Anteil des Wassers aus der Faserbreilösung entfernt wird. Während der Faserbrei und das Wasser auf das Sieb auflaufen, neigen die Fasern des Breis dazu, sich in Fließrichtung anzuordnen. Das Langsieb bewegt sich rasch vorwärts und ist so ausgelegt, daß es in Querrichtung schüttelt oder vibriert, so daß sich die Fasern miteinander verknüpfen, während das Wasser durch die Siebmaschen abfließt. Die Saugkästen unterhalb des Siebs unterstützen die Entfernung des Wassers aus der Faserbreilösung.
Bei dem in den Stirnkasten 12 eingefüllten Brei kann es sich um ungebleichten Neupapierbrei handeln wie beispielsweise ungebleichten Neubrei, der mit Harnstoff-Formaldehyd behandelt ist. Dieser ist auf herkömmliche Weise verfügbar und den Fachleuten, die sich in der Kraftpapierherstellung auskennen, bestens bekannt. Verständlicherweise können jedoch auch andere Sorten Papierbrei eingesetzt werden wie zum Beispiel gebleichter Faserbrei oder Kraftpapierbrei aus der Wiederverwertung. Dennoch wird Neubrei mit hohem Weichholzanteil und hoher Naßfestigkeit im allgemeinen bevorzugt.
Von der Langsiebpartie der Papiermaschine kann die Bahn aus verfilzten Fasern und Feuchtigkeit durch die herkömmliche Naßpressenpartie 14 der Maschine und danach durch die herkömmliche Trockenpartie 16 geschickt werden, der die Bahn zum Trocknen zugeführt wird, so daß ein wesentlicher Anteil des Wassers aus der Bahn entfernt wird, und zwar möglich-st bis zu einem solchen Grad, daß die aus der Trockenpartie 16 kommende Bahn einen Restfeuchtigkeitsgehalt von annähernd 5 bis 10 Masse% im Vergleich zum annähernden Feuchtigkeitsgehalt vor dem Durchlaufen der Trockenpartie 16 aufweist.
Bei der dargestellten erfindungsgemäßen Ausführung wird diese aus der Trockenpartie 16 kommende und teilweise getrocknete Papierbahn w anschließend der Vorrichtung 18 zum Auftragen oder Zuführen des flüssigen antistatischen Stoffs zugeleitet, wo der flüssige antistatische Stoff auf die teilweise getrocknete Papierbahn in der nachfolgend beschriebenen Weise aufgetragen wird.
Eine derartige Auftragsvorrichtung 18 für die antistatische Flüssigkeit umfaßt bei der dargestellten Ausführung einen Sammelbehälter oder ein Auffanggefäß 20, der oder das sich unterhalb der paarweise angeordneten, motorgetriebenen Walzen 22 und 24 befindet, zwischen denen die teilweise getrocknete Papierbahn w aus der Trockenpartie 16 der herkömmlichen Papiermaschine aufgenommen und weitergeleitet wird.
Die Motorwalzen 22 und 24 sind so ausgelegt, daß sie auf die Papierbahn mit einem geeigneten Druck wie beispielsweise 207 · 10³ Pa (30 psig) [der am Walzenspalt etwa 23,2 kg/cm (130 engl. Pfund je Inch) betragen kann] einwirken. Es kann sich um Balligwalzen (ballig in Längsrichtung der jeweiligen Walze) handeln, wie sie üblicherweise in Formatierungsvorrichtungen herkömmlicher Papiermaschinen anzutreffen sind. Die zusammenwirkenden Walzen 22 und 24 können über einen herkömmliche Hilfsmechanismus 25 zur Regulierung des Druckes zwischen ihnen verfügen, so daß die Bahn beim Passieren auf zweckdienliche Weise gewalzt wird.
Die Auftragsvorrichtung 18 enthält bei der dargestellten Ausführung weiterhin ein Paar perforierter Zuführungsrohre 26a und 26b für die antistatische Flüssigkeit, die sich längs der zusammenwirkenden Walzen 22 und 24 erstrecken und so ausgelegt sind, daß sie den flüssigen antistatischen Stoff aufnehmen und ihn durch Druck und Schwerkraft auf die zusammenwirkenden und vorzugsweise horizontal versetzten Walzen 22 und 24 und somit auf die Bahn aufbringen, so daß der antistatische flüssige Stoff im allgemeinen einheitlich und gleichmäßig auf beide Flächen der Papierbahn w aufgetragen wird, während die teilweise getrocknete Papierbahn w aus der Trockenpartie 16 zwischen den zusammenwirkenden Walzen 22 und 24 durchläuft.
In diesem Zusammenhang zeigt sich, daß das Aufbringen der antistatischen Flüssigkeit auf die Walzen sowie das Zusammenwirken der Walzen 22 und 24 die Ansammlung 28 der antistatischen Flüssigkeit unmittelbar oberhalb des Bereiches der stärksten Berührung oder des Walzenspaltes dieser Walzen verursacht, so daß die teilweise getrocknete Papierbahn w durch diese von den Zuführungsrohren 26a und 26b erzeugte Ansammlung 28 der antistatischen Flüssigkeit geleitet wird, wodurch zusätzlich sichergestellt wird, daß die antistatische Flüssigkeit vollständig in die Papierbahn eindringt, während diese die Walzen 22 und 24 durchläuft. Das Passieren der Bahn zwischen den Walzen 22 und 24 bewirkt, daß die gesamte überschüssige antistatische Flüssigkeit von der Papierbahn abgequetscht wird, und unterstützt außerdem die einheitliche Befeuchtung der Bahn sowie die Durchdringung oder Imprägnierung der Bahn mit der antistatischen Flüssigkeit.
Die beispielsweise unter Verwendung des obenerwähnten und mit Harnstoff-Formaldehyd behandelten ungebleichten Neubreis auf der Papiermaschine 10 hergestellte Papierbahn ergibt verständlicherweise eine relativ poröse Art von Kraftpapier, das vorzugsweise vor der Behandlung eine mit dem Gurley- Dichtemesse ermittelte Porosität von etwa 5 bis etwa 15 s/100 ml aufweist. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Verfahren läßt sich ein unbehandeltes Papier, für das mit dem Dichtemesser maximal 25 s/100 ml ermittelt wurden, leicht imprägnieren, doch werden Werte von etwa 5 bis etwa 15 Sekunden bevorzugt und gelten als optimal für die Herstellung des erfindungsgemäßen antistatischen Papiers.
Der Sammelbehälter 20 kann mit der Pumpe 30, dem Filter 30a und den Leitungen 32 ausgestattet sein, die zu den obenerwähnten Zuführungsrohren 26a und 26b führen, um diesen mit dem Vorrat 33 an antistatischer Flüssigkeit im Sammelbehälter 20 zu versorgen, wobei der Pumpendruck sowie die Schwerkraft die antistatische Flüssigkeit aus den Rohren 26a und 26b auf die zusammenwirkenden rotierenden Walzen 22 und 24 (bei denen es sich bei dieser erfindungsgemäßen Ausführung um Stahlwalzen handeln kann) sowie auf die Bahn w abwärts fließen oder strömen lassen. Die die Auftragsvorrichtung 18 für die antistatische Flüssigkeit durchlaufende Bahn w wurde in der Trockenpartie 16 in der oben beschriebenen Weise auf einen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 5 bis 10% getrocknet, und zusätzlich zu dem Harnstoff-Formaldehyd, das der Papierbahn w eine beträchtliche Naßfestigkeit verliehen hat, haben das Passieren der Papierbahn durch die Ansammlung 28 des antistatischen Stoffs in der Vorrichtung 18 und zwischen deren Walzen 22 und 24 eine unterstützende Wirkung.
Bei der in der Vorrichtung 18 der bevorzugten Ausführung aufgebrachten antistatischen Flüssigkeit handelt es sich um einen wasserlöslichen, elektrisch leitfähigen Quatärammoniumpolymer, der in Fachkreisen als Conductive Polymer 261 der Marke "Calgon" bekannt ist, oder um ein Äquivalent. Hier kann zur Information über die vollständige Offenbarung dieses antistatischen flüssigen Stoffs US-A-3,288,770 herangezogen werden, wobei das genannte Patent zahlreiche Beispiele für denselben anführt (z. B. in Beispiel 1: Diallyldimethylainmoniumchloridpolymer). Im wesentlichen handelt es sich bei einer solchen antistatischen Flüssigkeit um einen wasserlöslichen Quartärainmoniumpolymer, der über viele ionengeladene Transport- und Wasserhaltestellen verfügt, die ihm elektrische Leitfähigkeit geben. "Calgon" Polymer 261 LV kann von der Calgon Corporation of Pittsburgh, Pennsylvania, bezogen werden, ist gegenwärtig als wäßrige Lösung mit 40 ± 1 Masse% festen Stoffen erhältlich und weist bei Messung mit einem Brookfield-Gerät bei 20 rpm eine Viskosität von etwa 1 bis 3 Pa·s (1.000 bis 3.000 cps) auf. Die erworbene Lösung hat bei 25ºC eine relative Dichte von etwa 1.085 g je cm³ und ist sowohl in Methanol als auch in Wasser löslich.
Die antistatische Flüssigkeit wird vorzugsweise im Sammelbehälter 20 der Vorrichtung 18 auf eine Temperatur von etwa 48,9ºC (120ºF) erwärmt, wofür eine damit verbundene herkömmliche steuerbare Heizvorrichtung (nicht dargestellt) benutzt wird, und kann in Form einer Lösung mit einem beliebigen Wert zwischen etwa 4 bis etwa 11 Masse% fester Stoffe und darüber aufgetragen werden, um mit diesem Verfahren antistatisches Papier mit den gewünschten elektrischen Eigenschaften herzustellen. Je höher der Masseprozentsatz der festen Stoffe liegt, um so höher sind selbstverständlich die Kosten für das Auftragen des antistatischen Stoffs auf das Papier. Deshalb wird für die meisten Zwecke der obenerwähnte Masse%-Bereich an festen Stoffen bevorzugt, um elektrische Spezifikationen zu erfüllen, die das fertiggestellte Papier mit einem spezifischen Oberflächenwiderstand in einem Bereich von etwa 1 · 10&sup5; bis etwa 1 · 10¹² Ohm je Quadrat bei einer relativen Feuchtigkeit von maximal etwa 15% (bei etwa 20 bis 25ºC) und mit einer maximalen Spannungsabfallzeit von maximal zwei Sekunden bei einer relativen Feuchtigkeit von maximal etwa 15% (bei etwa 20 bis 25ºC) ausstatten, und zwar bei etwa 5.000 angelegten Volt bis zu technischer Nullspannung nach Erdung der besagten Bahn. Die gegenwärtigen EIA-Spezifikationen erfordern eine Konditionierung von 48 Stunden bei 12% RH (± 3%), bei 21 ± 2ºC (70 ± 6ºF) sowie eine Prüfung unter derselben Bedingungen.
Außerdem sollte ein elektrischer Wert des Durchgangswiderstands von maximal 1 · 10¹¹ Ohm je cm erzielt werden. Durchgangswiderstand ist das Verhältnis zwischen der Gleichstromspannung je Dickeeinheit, die über zwei in Kontakt mit dem Prüfstück stehende Elektroden angelegt wird, und der Strommenge je Flächeneinheit, die das System durchfließt. Wie bereits erwähnt, wird der Durchgangswiderstand im allgemeinen in Ohm je cm angegeben, und bei Verwendung einer konzentrischen Ringvorrichtung wird der Durchgangswiderstand anhand der Formel Durchgangswiderstand = Π D1²/4T · R berechnet, wobei D1 der Durchmesser der inneren Elektrode oder Scheibe, R der gemessene Widerstand in Ohm und T die Dicke des Prüfstücks ist. Das gewünschte Leistungskriterium ist ein Papier mit einem Durchgangswiderstand von maximal 1,0 E + 11 Ohm je cm, wobei die Messung gemäß ASTM-D-257-78 oder einer Entsprechung erfolgt.
Die folgende Tabelle 1 zeigt Werte, die in sechs Versuchsreihen mit einer Langsiebmaschine, wie sie allgemein in Fig. 1 beschrieben ist, gesammelt wurden, und veranschaulicht für jede Reihe (numeriert von 1 bis 6) den pH-Wert, den Anteil an festen Stoffen (in Masse%) in der antistatischen Flüssigkeit 33 in der Auftragsvorrichtung 18 sowie die Viskosität bei 48,9ºC Pa·s · 10&supmin;³ (120ºF in cps) der bei der jeweiligen Reihe eingesetzten antistatischen Flüssigkeit, wobei für jede Reihe die bei 60, 30 und 12 rpm mit einem Viskosimeter vom Typ Brookfield LVT mit Spindel Nr. SC4-18 ermittelte Viskosität angegeben wird. Tabelle 1 Meßwerte für die antistatische Flüssigkeit Versuchsreihe Nr. pH-Wert Feste Stoffe (Masse%) Viskosität
Weiterhin weist die folgende Tabelle 2 für die obengenannten sechs Papierversuchsreihen den Anteil festen Stoffen (gemessen in Masse%) in der antistatischen Flüssigkeit in der Auftragsvorrichtung 18, die gemessene Aufnahme der antistatischen Flüssigkeit in Liter je Stunde, die errechnete Trockenmasse des antistatischen Stoffs, der je Stunde auf die Papierbahn aufgetragen wird, sowie die errechnete Aufnahme der antistatischen festen Stoffe in Masse% und in kg je Ries Papier aus. Tabelle 2 Versuchsreihe Nr. Grundmasse kg je Ries Pfund Feuchtigkeit Masse% Herstellungsgeschwindigkeit Papier je h antistatische Lösung Feststoffaufnahme Trockenmasse (berechnet) berechnete Feststoffaufnahme leitfähiger Polymer Prozent
Anmerkungen:
(1) Behandelte Grundmasse bei Feuchtigkeit gemäß Werten von Measurex (Computer).
(2) Durchschnittliche Papierrollenfeuchtigkeit gemäß Werten von Measurex.
(3) Herstellungsgeschwindigkeit auf der Grundlage von Measurex-Werten für tatsächlichen Randbeschnitt an der Papierrolle, für tatsächliche durchschnittliche behandelte Grundmasse und Maschinengeschwindigkeit.
(4) Auf der Grundlage von Messungen der tatsächlichen Volumenaufnahme und gemessener Feststoffe der einzelnen antistatischen Lösungen.
(5) Antistatischer Gehalt berechnet anhand von Werten aus den voranstehenden Spalten.
Es zeigt sich, daß die bei den sechs Versuchsreihen eingesetzte Menge des antistatischen Polymers je Ries, d. h. je 279 m² (3000 Quadratfuß), zwischen etwa 0,18 kg (0,4 engl. Pfund) bei Reihe 6 und etwa 1,77 kg (3,9 Pfund) bei Reihe 1 lag. Ebenso variierten die gemessenen Anteile an festen Stoffen (in Masse%) in der antistatischen Flüssigkeit 33 in der Vorrichtung 18 zwischen etwa 1,66% bei der sechsten und etwa 11,15% bei der ersten Reihe.
Die Papierbahn bewegte sich mit etwa 426 m je Minute (1.400 Fuß je Minute) durch die Vorrichtung 18 zum Auftragen der antistatischen Flüssigkeit und anschließend in den Trockner 36, in dem die dampfbeheizten Trockenzylinder in einem Temperaturbereich von etwa 115 bis 117ºC (240 bis 260ºF) gehalten wurden, was sich als ausreichend erwies, um die beschichtete und imprägnierte Papierbahn zu trocknen, wonach sie auf die Aufrolltrommel 38 zur nachfolgenden Verwendung gewickelt wurde. Die behandelte Papierbahn kam innerhalb der Trockenpartie 36 bei der obenerwähnten Geschwindigkeit von etwa 426 m/min (1.400 Fuß je Minute) nur verhältnismäßig kurz (d. h. bis zu drei Minuten) mit den beheizten Zylindern 36a der Trockenpartie 36 in Berührung, was sich als ausreichend erwies, um verbliebene Feuchtigkeit und flüssigen antistatischen Stoff auf die Bahn auf zutrocknen. Dabei ergaben sich für das fertiggestellte Papier in den sechs Versuchsreihen die in Tabelle 2 aufgeführten Feuchtegehalte.
Die nachfolgende Tabelle 3 zeigt die obengenannte Anordnung in sechs Versuchsreihen und gibt für das in den einzelnen Reihen hergestellte Papier die durchschnittliche Abfallzeit (in Sekunden), den durchschnittlichen oberen Oberflächenwiderstand, den durchschnittlichen unteren Oberflächenwiderstand und den durchschnittlichen Oberflächenwiderstand (in Ohm je Quadrat) sowie den durchschnittlichen korrigierten Durchgangswiderstand (in Ohm je cm und in Ohm je cm/mm) an. Tabelle 3 Versuchsreihe Nr. Dicke des Prüfstücks durchschn. Abfallzeit (Sekunden) durchschnittl. oberer Oberfl.-widerst. (korr.) ASTM 257 (Ohm/Quadrat) durchschnittl. korr. Durchgangswiderstand Ohm je cm
Anmerkung:
Die Versuche wurden bei einer relativen Feuchtigkeit von 11,9% (±3%) und bei einer Temperatur von etwa 20,4ºC (68,8ºF) durchgeführt.
Aus Tabelle 3 geht hervor, daß die Versuchsreihen 1 bis 4 den Anforderungen der obengenannten elektrischen Spezifikationen in bezug auf die Abfallzeiten und den Oberflächenwiderstand vollauf nachkommen, wobei die Reihen 1 und 2 den Empfehlungen der EIA (Electronic Industries Association) für statische Elektrizität zerstreuende Werkstoffe mit Oberflächen- und Volumenwirkung entsprechen. Die Versuchsreihen 5 und 6 ergaben kein Papier, das die genannten elektrischen Anforderungen erfüllt, aber immerhin ein Papier, das gewisse antistatische Eigenschaften aufweist (insbesondere gilt das für das Papier der Reihe 5). Das Papier der Reihe 6 könnte eher als Papier mit isolierenden als mit "antistatischen" Eigenschaften eingestuft werden, obwohl selbst bei dem Papier aus der Reihe 6 während der Herstellung eine Unterdrückung statischer Entladungen registriert wurde.
Somit wird deutlich, daß bei diesen sechs Versuchsreihen mit Papier, das auf einer herkömmlichen Langsiebpapiermaschine hergestellt wurde, wobei der antistatische flüssige Stoff Polymer 261 gemäß der oben besprochenen Tabelle 1 in einem Bereich von etwa 4,9 bis etwa 11,2 Masse% fester Stoffe in der Flüssigkeit 33 bei einer Temperatur der antistatischen Flüssigkeit von etwa 49ºC (120ºF) aufgebracht wurde, antistatische oder statische Elektrizität zerstreuende Papiere erzeugt wurden, die die gewünschten elektrischen Spezifikationsanforderungen an ein antistatisches oder statische Elektrizität zerstreuendes Papier erfüllen, die einen spezifischen Oberflächenwiderstand im Bereich von etwa 1 · 10&sup5; Ohm je Quadrat bis etwa 1 · 10¹² Ohm je Quadrat bei einer relativen Feuchtigkeit von maximal etwa 15% (bei einer Temperatur von etwa 20 bis 25ºC) sowie eine Spannungsabfallzeit von maximal zwei Sekunden bei einer maximalen Feuchtigkeit von etwa 15% aufweisen, und zwar bei angelegten etwa 5.000 Volt bis zu technischer Nullspannung nach Erdung der beschichteten Bahn, wie Tabelle 3 veranschaulicht.
Obwohl sich der antistatische leitfähige Polymer 261 "Calgon" oder ein Äquivalent als bevorzugter Polymer erwiesen haben, können selbstverständlich auch andere wasserlösliche, nicht-quervernetzende antistatische Polymere im allgemeinen in denselben Mengen wie der bezeichnete Stoff eingesetzt werden. Einer dieser anderen Polymere ist als "Versa-TL" bekannt, wobei es sich um wasserlösliche Polystyrolsulfonsäure (PSSA) handelt, und kann in dem Verfahren von Fig. 1 in annähernd denselben Mengen wie das obengenannte "Calgon" 261 verwendet werden, was etwa die gleichen Beschichtungsmassen für das hergestellte Papier ergibt. "Versa-TL" ist erhältlich bei der National Starch & Chemical Corp. of Bridgewater, New Jersey.
Eine weitere antistatische Flüssigkeit mit dem Handelsnamen "Staticide", zu beziehen von den Analytical Chemical Laboratories of Elk Grove Village, Chicago, Illinois, kann in den nachfolgend genannten Mengen und Anwendungsweisen eingesetzt werden. Bei diesem antistatischen "Staticide" handelt es sich um eine elektrisch leitfähige Kombination von Ammonium- oder anderen anorganischen Salzen und oberflächenaktiven Stoffen; es ist wasserlöslich, trocknet klar und wurde von Anwendern als geeignet für den Einsatz auf Papier erkannt, um antistatisches Papier herzustellen, wie im folgenden beschrieben wird.
Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Behandlung von Papiermaterial mit einer antistatischen Flüssigkeit, so daß ein antistatisches oder statische Elektrizität zerstreuendes Papier entsteht.
Bei dieser weiteren Ausführung ist auf die Auflage 41 die Ausgangsrolle 40 mit trockenem Papier montiert, von der die Papierbahn w' abgewickelt wird, die danach über die Bandrolle 42 in die Vorrichtung 43 zum Auftragen der antistatischen Flüssigkeit läuft, die vorzugsweise eine weitere Bandrolle 44 im Auffanggefäß 46 umfaßt, das die Ansammlung oder das Bad 48 mit dem antistatischen flüssigen Stoff wie beispielsweise dem obenerwähnten "Calgon" enthält. Das Papier auf Rolle 40 ist porös und kann einen Dichtemesserwert von ähnlicher Art besitzen, wie er im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben wurde. Auf jeden Fall ist jedoch für den Einsatz im Verfahren der Fig. 2 ein mit dem Gurley-Dichtemesser bestimmter Wert von maximal 25 s/100 ml vorzuziehen.
Die Papierbahn w' durchläuft das Bad 48 mit der antistatischen Flüssigkeit und kommt auf beiden Seiten mit der antistatischen Flüssigkeit in Berührung, wird dann aufwärts zwischen die Preßwalzen 50 und 50a der Vorrichtung 43 geleitet, um die überschüssige Flüssigkeit aus der Papierbahn entfernen; anschließend wird das Papier über die Bandrolle' 52 geführt und dann in die Trockenvorrichtung 54, wo (in der dargestellten Ausführung) die Infrarottrockner 56 den antistatischen flüssigen Beschichtungs- und Imprägnierstoff auf der Papierbahn trocknen. Bei den zuvor erwähnten Preßwalzen 50 und 50a kann es sich um zusammenwirkende Stahlwalzen oder um zusammenwirkende Gummiwalzen handeln, so daß ein enger Kontakt zwischen ihnen sowie ein wirkungsvolles Entfernen überschüssiger antistatischer Flüssigkeit von der Papierbahn möglich sind. Die gesamte überschüssige Flüssigkeit wird über Walze 50a in das Bad aus antistatischer Flüssigkeit zurückgeführt. Die Walzen 50 und 50a verfügen vorzugsweise über herkömmliche Hilfseinrichtungen (nicht dargestellt) zur Regulierung des Drucks zwischen ihnen, wobei die Walzen auf die Papierbahn bei deren Passieren vorzugsweise einen Druck von etwa 4,2 kg/cm² (60 psi) ausüben.
Die Bahn w' kann durch die Vorrichtung 43 zum Aufbringen der antistatischen Flüssigkeit mit einer geeigneten Geschwindigkeit geschickt werden, die bei der beschriebenen Ausführung etwa 15,2 in/min (50 Fuß je Minute) betrug. Der Trockner 54 kann mit einer geeigneten Temperatur betrieben werden, die bei dieser Ausführung bei 100ºC lag, was für das Trocknen der beschichteten Papierbahn mit der antistatischen Flüssigkeit darauf ausreicht. Die Trockenvorrichtung kann mit einem Gebläse 58 ausgestattet sein, das bei der dargestellten Ausführung genutzt werden kann, um die aufgeheizte Luft mit einer Geschwindigkeit von etwa 1.128 m/min (3700 Fuß je Minute) durch den Trockner zu bewegen. Aus dem Trockner 54 wird die getrocknete und imprägnierte Bahn aufgenommen, über den Kühlzylinder 60 und anschließend über die Bandrolle 62 zur Aufwickelspule 64 geleitet, wo die mit antistatischem Stoffimprägnierte, getrocknete Bahn für weitere Verwendung aufgerollt wird.
Daraus wird ersichtlich, daß bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführung der antistatische flüssige Stoff mittels der Auftragsvorrichtung 43 auf eine Papierbahn aufgebracht wird, die zuvor auf einer Papiermaschine hergestellt wurde.
Die folgende Tabelle 4 nennt die elektrischen Eigenschaften verschiedener handelsüblicher Kraftpapiere, auf die gemäß dem oben beschriebenen Verfahren von Fig. 2 antistatische "Calgon"-Flüssigkeit aufgebracht wurde, und zwar in einer Menge von 10 Masse% an festen Stoffen insgesamt, wobei im einen Fall-Wasser und im anderen ein 50 : 50-Gemisch aus Wasser und Alkohol als Trägersubstanz verwendet wurde. Das jeweils auf der Ausgangsrolle 40 befindliche Kraftpapier wird mit seiner Herkunftsbezeichnung benannt. Die Porosität der einzelnen fertiggestellten antistatischen oder statische Elektrizität zerstreuenden Papiere (nach Abschluß des Auftragens des antistatischen Mittels sowie des Trocknens) wird sowohl in Bendtsen-Meßwerten als auch in errechneten Gurley- Dichtemesser-Werten angegeben. Bemerkenswerterweise erfüllen alle diese antistatischen (oder statische Elektrizität zerstreuenden) Papiere die oben besprochenen gewünschten elektrischen Spezifikationen in bezug auf den statischen Abfall und den spezifischen Oberflächenwiderstand. Tabelle 4 Auswirkungen der Papiersorte und der Art der Trägerlösung auf die Porosität und die elektrischen Eigenschaften maschinenbeschichtet unter Verwendung von 10 Masse% Calgon Kraftpapiersorte Trägerlösung durchschnittl. (gemessene) Beschichtungsmasse kg/Ries Pfund/Ries Porosität Bendtsen Gurley statischer Abfall Oberflächenwiderstand Ohm/Quadrat Old Longview Neupapier Wasser MeOH New Mosinee
Die folgenden Tabellen 5 und 6 veranschaulichen die mit verschiedenen porösen Kraftpapieren (sowohl Neupapier als auch Recycling-Papier) erzielten Ergebnisse, wobei die oben beschriebenen antistatischen flüssigen Stoffe in den angegebenen Schichtmassen eingesetzt wurden, und zeigen die Langzeitergebnisse für Oberflächenwiderstand und statischen Abfall bei antistatischen oder statische Elektrizität zerstreuenden Papieren, die gemäß dem Verfahren und mit den Vorrichtungen der Fig. 2 hergestellt worden sind. Dabei ist auffällig, daß die Versuche zum spezifischen Oberflächenwiderstand in der angegebenen Weise unter Bedingungen von 100 V durchgeführt wurden, was kennzeichnenderweise zu höheren Oberflächenwiderstandswerten führt, als die üblicheren 500-V-Bedingungen, die eingesetzt werden, wenn die Messung des Oberflächenwiderstands gemäß ASTM-D-257-78 oder einem Äquivalent erfolgt. Die Versuche zum statischen Abfall wurden in Übereinstimmung mit den Anforderungen des MIL-B-81705B durchgeführt, wobei im allgemeinen der Federal Test Standard 101C, Method 4046.1 oder ein Äquivalent Anwendung finden. Das Ziel bestand darin, die Fähigkeit der Prüfstücke zu ermitteln, 99% einer 5-kV-Ladung innerhalb einer bestimmten Zeit (d. h-. maximal zwei Sekunden) in die Erde abzuleiten. Anzumerken ist, daß bei diesen Papieren als Trägersubstanz ein 50 : 50-Gemisch aus Wasser und Methanol eingesetzt wurde. Tabelle 5 Langzeitergebnisse für den spezifischen Oberflächenwiderstand Beschtung Kraftpapiersorte Sollwert Schichtmasse kg/Ries Pfund/Ries Zeit nach Beschichtung Monate Calgon+ Neupapier Recycl.-Pap. Staticide
* nicht geprüft
geprüft bei 100 V
Spezifikationsanforderung: < 1,00·10¹²
+ Beschichtungen in 50 : 50-Wasser : Methanol aufbereitet, beide Seiten beschichtet Tabelle 6 Langzeitergebnisse für den statischen Abfall Beschtung Kraftpapiersorte Sollwert Schichtmasse kg/Ries Pfund/Ries Zeit nach Beschichtung Monate Calgon+ Neupapier Recycl.-Pap. Staticide
* nicht geprüft
Spezifikationsanforderung: < 2,00 a
+ Beschichtungen in 50 : 50-Wasser : Methanol aufbereitet, beide Seiten beschichtet
Die nachfolgende Tabelle 7 offenbart Versuchsergebnisse in bezug auf statischen Abfall und spezifischen Oberflächenwiderstand bei Papieren, die gemäß Verfahren und mit Vorrichtungen der Fig. 2 hergestellt und einer beschleunigten Alterung ausgesetzt wurden, indem das Papier für eine Dauer von 20 Tagen (nachdem die Prüfstücke bereits ein Alter von sechs Monaten hatten) einer Umgebungstemperatur von 71ºC (160ºF) ausgesetzt wurde. Ein derartiges Verfahren zur beschleunigten Alterung entspricht im allgemeinen drei bis sechs Monaten üblicher Alterung. Tabelle 7 Versuchsergebnisse nach beschleunigter Alterung von maschinenbeschichtetem Papier Beschichtung Kraftpapiersorte Sollwert Schichtmasse kg/Ries Pfund/Ries statischer Abfall in s Ausgangswert nach Alterung Oberfl.-wider Ausgangswert nach Alterung Calgon* Neupapier Recycl.-Pap. Versa TL* Staticide
20 Tage bei 160ºF gealtert
Prüfstücke waren bei Beginn der Alterung 6 Monate alt
* Beschichtungen wurden in 50 : 50-Wasser/Methanol aufbereitet, beide Seiten beschichtet Oberflächenwiderstand bei 100 V geprüft
Die folgende Tabelle 8 offenbart Versuchsergebnisse hinsichtlich elektrischer Spezifikationen für maschinenbeschichtete Papiere, die nach dem Verfahren und mit den Vorrichtungen in Fig. 2 hergestellt wurden, wobei der "Calgon"-haltige antistatische flüssige Stoff mit bestimmten Modifikatoren für Papier in den angegebenen Masseverhältnissen gemischt wurde. Wie aus der Tabelle eindeutig hervorgeht, lassen die Modifikatoren eine verringerte Porosität des Papiers erwarten, und die Kombination scheint einen erhöhten Oberflächenwiderstand bei allen beschichteten Papieren zu bewirken. Tabelle 8 Versuchsergebnisse für maschinenbeschichtete Kraftpapiere (antistatische Lösung mit 10% "Calgon" und ausgewählten Modifikatoren) Modifikator Masse%verhältnis "Calgon"/Modifikator feste Stoffe gesamt durchschnittl. gemessene Schichtmasse kg/Ries Pfund/Ries Viskosität statischer Abfall spezifischer Oberflächenwiderstand (Ohm/Quadrat) ohne, 10% Calgon Penford Gum Pennick & Ford Ltd.-Cedar Rapids, Iowa Superfilm Cargill-Cedar Superfilm/Kelgin Kelgin (Kelco-Rahway, New Jersey) Vinol
Beschichtungen nur in Wasser aufbereitet, beide Seiten beschichtet Oberflächenwiderstand bei 100 V geprüft
Natürlich ist das Leimen von Papieren mit unterschiedlichen Stoffen wie Stärke und Terpentinharzen als Verfahren bekannt, mit dem die Oberflächeneigenschaften und die Resistenz gegenüber Fett, Öl und Wasser verbessert werden können.
Tabelle 9 offenbart Versuchsergebnisse hinsichtlich elektrischer Spezifikationen für die 10%ige "Calgon"-haltige antistatische Lösung und verschiedene weitere Modifikatoren in den angegebenen Masseverhältnissen, und Tabelle 10 führt die gleichen Versuchsergebnisse für eine 10%ige "Versa TL"-haltige antistatische Lösung und dieselben Modifikatoren wie in Tabelle 9 an, allerdings für handbeschichtete, poröse Papierstücke, die nur auf einer Seite beschichtet wurden. Wie zu erkennen ist, führten einige der Kombinationen Modifikator/antistatische Flüssigkeit zu unbefriedigenden Ergebnisse in bezug auf den Oberflächenwiderstand und den statischen Abfall, was die obenerwähnten gewünschten elektrischen Spezifikationen des Papiers anbetrifft. Tabelle 9 Versuchsergebnisse für handbeschichtetes Kraftpapier (10% "Calgon", antistatische Lösung und verschiedene Modifikatoren) Modifikator Masseverh. "Calgon"/Modifikat. feste Stoffe gesamt durchschnittl. gemessene Schichtmasse kg/Ries Pfund/Ries Viskosität statischer Abfall spezifischer Oberflächenwiderstand (Ohm/Quadrat) ohne, 10% Calgon QR-708, Acrylmodifikator (Rohm & Hass, Philadelphia, Pennsylvania) CMC, Carboxymethylcellulose Stärke, kationisch modifiziert kVinol, Polyvinylalkohol (Air Products Vinol 125, Allentown, Pennsylvania) Polyhall 195, Polyacrylamid mit hoher Molkularmasse (Stein Hall Co.) Stärke
Beschichtungen nur in Wasser zubereitet, eine Seite beschichtet Kraftpapier von "Longview" wurde verwendet Oberflächenwiderstand bei 100 V geprüft Tabelle 10 Versuchsergebnisse für handbeschichtetes Kraftpapier (10% "Versa TL", antistatische Lösung und verschiedene Modifikatoren) Modifikator Masseverh. "Versa TL/Modifikator feste Stoffe gesamt durchschnittl. gemessene Schichtmasse kg/Ries Pfund/Ries Viskosität stat. Abfall Oberflächenwiderstand (Ohm/Quadrat) ohne, 10% Versa TL QR-708 CMC Stärke Vinol Polyhall
Beschichtungen nur in Wasser aufbereitet, eine Seite beschichtet
Kraftpapier von "Longview" wurde verwendet
Oberflächenwiderstand bei 100 V geprüft
Auch andere Arten von Vorrichtungen können für die Massenproduktion von antistatischem Papier aus zuvor hergestelltem Rohpapier eingesetzt werden. So könnte beispielsweise ein drahtgewickelter rotierender Rundstab des allgemein bekannten Typs anstelle der Preßwalzen 50 und 50a in die Vorrichtung von Fig. 2 montiert werden, der so eingesetzt wird, daß er die antistatische Flüssigkeit im allgemeinen gleichmäßig auf die von Rolle 40 gezogene Bahn des Ausgangsmaterials aufträgt, so daß die Bahn imprägniert wird. Allerdings ist möglicherweise die allgemeine Anordnung von zusammenwirkenden, motorgetriebenen Walzen, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, für die Massenproduktion des erfindungsgemäßen antistatischen Papiers vorzuziehen, wenn zuvor hergestellte Rollen von Papierausgangsmaterial eingesetzt werden.
Ein Vorteil im Zusammenhang mit der Herstellung von antistatischem Papier unter Anwendung beispielsweise der Vorrichtungen und des Verfahrens von Fig. 1 besteht darin, daß der Aufbau elektrischer Ladungen auf der Papierbahn, die nach der Behandlung mit antistatischer Flüssigkeit aus der Trockenpartie kommt, verhindert wird, so daß eine Wölbung, wie sie üblicherweise bei der Papierherstellung am Ausgang des Trockners auftritt, ausgeschlossen wird, da jeder Ladungsaufbau auf der Bahn des antistatischen Papiers rasch zur Erde abgeleitet wird, lange bevor es zu einer Wölbung kommen kann.
Bei Fig. 3 handelt es sich um eine allgemeine Teildraufsicht des bauschartigen polsternden Abstützprodukts 66, das gemäß der vorliegenden Erfindung aus antistatischem Papier mittels einer bekannten Vorrichtung zum Umformen von gepolsterten Abstützprodukten hergestellt wird, wie sie beispielsweise in US-A-3,509,798 oder US-A-4,026,198 offenbart wird. Diese Patente können für Informationen über die vollständige Offenbarung und Diskussion der Konstruktion und Handhabung von Abstützpapierumformern sowie über die Herstellung eines bauschartigen polsterndes Abstützprodukts herangezogen werden, das in Anordnung und Aufbau dem in Fig. 3 der vorliegenden Anmeldung gezeigten polsternden Abstützprodukt allgemein ähnlich ist. US-A-4,750,896 offenbart eine weitere Umformvorrichtung zur Herstellung eines bauschartigen polsternden Abstützprodukts, das im wesentlichen dem in Fig. 3 gezeigten Typ entspricht.
Fig. 3 zeigt das Abstützprodukt 66, das beispielsweise mit einem der obenerwähnten Umformer hergestellt wurde und aus antistatischem Papier der in der vorliegenden Anmeldung beschriebenen Art angefertigt wurde und daher die elektrischen Eigenschaften des antistatischen Papiers dieser Anmeldung besitzt.
Ein solches Abstützprodukt aus Papier umfaßt einen bauschartigen Artikel, wie er in der Verpackungsindustrie Verwendung findet, der aus einer Bahn von Papier oder ähnlichem gebildet ist, wobei die seitlichen Ränder der Bahnen im allgemeinen locker einwärtsgerollt sind und die radial angeordneten, zerknitterten kissenartigen Abschnitte 68 bilden, die die seitlichen Enden des länglichen Bausches begrenzen, sowie das Mittel 70 zum Miteinanderverbinden der gerollten, einander gegenüber befindlichen Ränder der kissenartigen Abschnitte entlang dem im allgemeinen mittleren Teils des bauschartigen Artikels dessen Länge nach. Das Verbindungsmittel der dargestellten Ausführung umfaßt die längsweise unterteilten, sich quer erstreckenden geprägten Teile 72 des Papiermaterials, die die gerollten, einander gegenüberliegenden Ränder der kissenartigen Abschnitte zusammenhalten, wobei die letztgenannten Ränder so angeordnet sind, daß sie sich im allgemeinen reichlich überlappen, und zwar wie bei 74 entlang des mittleren zusammengepreßten und geprägten Teils 70 des bauschartigen Artikels.
Die seitlich angeordneten kissenartigen Abschnitte 68 des bauschartigen Artikels verfügen über eine beträchtliche Elastizität, wobei beide erheblich dicker sind als der mittlere geprägte und verbindende Teil 70.
Das bauschartige Produkt 66 läßt sich mit jedem der obengenannten Umformer formen, jedoch vorzugsweise mit dem in US-A- 4,740,896 offenbarten Umformer, der ein Polsterungsprodukt mit verstärkter Polsterungswirkung erzeugt und der beispielsweise mehrlagige (z. B. dreilagige) Rollen antistatischer Papierbahnen [nominell 13,6 kg (30 engl. Pfund)] verarbeiten kann, wobei die Rolle etwa 76,2 cm (30 Inch) breit ist und aus drei übereinandergelagerten, im wesentlichen gleich breiten Bahnen Kraftpapier [nominell 13,6 kg (30 Pfund)] besteht, von denen mindestens eine das erfindungsgemäß hergestellte antistatische Papier ist.
Das fertige bauschartige Produkt 66 hat eine Dichte von etwa 0,01 bis 0,12 kg/cm³ (0,6 bis 0,75 Pfund je Kubikfuß), wenn es beispielsweise mit einem Umformer vom im zuvor erwähnten US-A- 4,750,896 beschriebene Typ hergestellt wurde, wobei entsprechend der erläuterten Ausführung das polsternde und antistatische Produkt eine Breite von etwa 21,6 bis 24,1 cm (8,5 bis 9,5 Inch) aufweist und die kissenartigen Abschnitte 68 5,1 bis 8,9 cm (2 bis 3,5 Inch) dick sind. Somit gibt dieses Produkt Handelswaren nicht nur einen Polsterungsschutz, sondern schützt die Waren, wie beispielsweise elektronische Bauteile, auch gegen Beschädigung durch elektrische Ladungen.
Aus der vorangegangenen Beschreibung und den beigefügten Abbildungen wird deutlich, daß die Erfindung neue antistatische und statische Elektrizität zerstreuende Papiere sowie Verfahren zu ihrer Herstellung zur Verfügung stellt, wobei sich die neuen antistatischen Papiere in Abstützproduktumformern einsetzen lassen, die so ausgelegt sind, daß ein neues bauschartiges Abstützprodukt hergestellt wird, das Handelswaren einen Polsterungsschutz sowie einen Schutz gegen elektrische Ladungen verleiht.
Bezugszeichenliste
1) Faserstoffbehälter
2) Stirnkasten
3) Vordruckwalze
4) Langsieb
5) Naßpresse
6) Trockner
7) Pumpe
8) Chemikalienrückführung
9) Abfall
10) Wiederverwertung
11) Auftragsvorrichtung für antistatische Flüssigkeit
12) Aufrollung
13) Filter
14) Gebläse
15) Kühlzylinder
16) Ausgangsrolle
17) Wiederaufwicklung

Claims

1. Ein im Verpackungswesen nützliches antistatisches oder statische Elektrizität zerstreuendes, flexibles, folienartiges Material, umfassend eine flexible Bahn des folienartigen Materials, die an mindestens einer Oberfläche der besagten Bahn mit einem antistatischen Material behandelt wurde und so benutzt werden kann, daß es die Zerstreuung statischer Aufladung erleichtert, wobei das besagte antistatische Material aus einer Lösung eines wasserlöslichen, nicht-quervernetzenden antistatischen Polymers gebildet wird, und zwar weist das besagte folienartige Material vor Behandlung mit dem besagten antistatischen Material bei Messung mit einem Gurley- Dichtemesser eine Porosität im Bereiche von etwa 5 bis etwa 25 sek/100 ml auf, um zu gewährleisten, daß die besagte Lösung die besagte Bahn durchdringt, und um dem besagten folienartigen Material statische Aufladung einschränkende Merkmale zu vermitteln, wobei das besagte antistatische Material an der besagten Bahn getrocknet und bewirkt wird, daß das besagte folienartige Material bei einer relativen Feuchtigkeit von nicht mehr als etwa 15% oder weniger einen spezifischen Oberflächenwiderstand im Bereiche von etwa 1 · 10&sup5; Ohm je Quadrat bis 1 · 10¹² Ohm je Quadrat und bei einer relativen Feuchtigkeit von nicht mehr als etwa 15% oder weniger eine maximale Spannungsabfallzeit von etwa zwei Sekunden oder weniger aufweist, wenn die Spannung etwa 5 000 angelegte Volt bis zu technischer Nullspannung bei Erdung der besagten Bahn beträgt.

2. Ein folienartiges antistatisches Material nach Anspruch 1, bei dem der besagte antistatische Polymer im wesentlichen ein elektrisch leitfähiger Quartärammoniumpolymer ist.

3. Ein folienartiges antistatisches Material nach Anspruch 1, bei dem der besagte antistatische Polymer im wesentlichen Polystyrolsulfonsäure ist.

4. Ein folienartiges antistatisches Material nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der besagte Polymer an der behandelten Bahn eine elektrisch leitfähige Harzmasse in einem Maße je betreffende Seitenoberfläche von etwa 50,227 kg - 0,906 kg (0,5 - 2 engl. Pfund je 3 000 Quadratfuß) je 279 m² der Bahn ist, wenn die besagte Harzmasse an der besagten betreffenden Seitenoberfläche getrocknet wurde.

5. Ein folienartiges antistatisches Material nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die besagte Bahn aus Kraftpapier der besagten Porosität besteht.

6. Ein folienartiges antistatisches Material nach Anspruch 1, bei dem der besagte Polymer im wesentlichen eine elektrisch leitfähige Kombination von Ammonium- oder anderen anorganischen Salzen und grenzflächenaktiven Stoffen ist.

7. Ein Abstützprodukt, umfassend einen bauschartigen Artikel zum Gebrauch für Verpackungszwecke, der aus einer Bahn von Papier oder gleichartigem flexiblem Folienmaterial gebildet ist, wobei die seitlichen Ränder der Bahn im allgemeinen locker einwärtsgerollt sind und zerknitterte, die seitlichen Enden des besagten bauschartigen Artikels abgrenzende kissenartige Abschnitte bilden, sowie ein Mittel zum Miteinanderverbinden der gerollten, einander gegenüber befindlichen Ränder der kissenartigen Abschnitte entlang dem im allgemeinen mittleren Teil des kissenartigen Artikels dessen Länge nach, wobei das letztgenannte Mittel sich quer erstreckende gesteppte Teile der besagten einander gegenüber befindlichen Ränder umfaßt, die in dem besagten mittleren Teil in im allgemeinen einander überlappenden Verhältnis sind, die besagten seitlich angeordneten kissenartigen Abschnitte des besagten Artikels erhebliche Rückprallelastizität aufweisen, jeder der besagten kissenartigen Abschnitte erheblich dicker ist als der besagte mittlere Verbindungsteil, und die besagte Bahn an mindestens einer Oberfläche davon mit antistatischem flüssigem Material imprägniert wurde, das danach daran getrocknet wird und so verwertet werden kann, daß es die Zerstreuung statischer Aufladung erleichtert, wodurch das besagte Produkt mit einem Schutz gegen elektrische Aufladung sowie mit Polsterungseigenschaften ausgestattet wird, und zwar weist die besagte Bahn vor Behandlung mit dem besagten antistatischen Material bei Messung mit einem Gurley-Dichtemesser eine Porosität im Bereiche von etwa 5 bis etwa 25 sek/100 ml auf, wobei das besagte antistatische Material aus einer Lösung eines wasserlöslichen, nichtquervernetzenden antistatischen Polymers gebildet ist, während der besagte antistatische Polymer an der besagten Bahn vor deren Formung zu dem besagten Produkt getrocknet und bewirkt wird, daß das besagte Produkt bei einer relativen Feuchtigkeit von nicht mehr als etwa 15% oder weniger einen spezifischen Oberflächenwiderstand im Bereiche von etwa 1 · 10&sup5; Ohm je Quadrat bis 1 · 10¹² Ohm je Quadrat und bei einer relativen Feuchtigkeit von nicht mehr als etwa 15% oder weniger eine maximale Spannungsabfallzeit von etwa zwei Sekunden oder weniger aufweist, wenn die Spannung etwa 5 000 angelegte Volt bis zu technischer Nullspannung bei Erdung des besagten Produkts beträgt.

8. Ein Abstützprodukt nach Anspruch 7 mit einer Dichte von etwa 0,01 - 0,12 g/cm³ (0,6 bis 0,75 engl. Pfund je Kubikfuß), wenn das besagte Produkt aus drei einander überlagernden Papierbahnen von 13,6 kg (30 engl. Pfund) Kraftpapier gebildet ist, von denen eine oder mehrere vor Behandlung mit dem besagten antistatischen Material und vor Formung der besagten überlagerten Bahn zu dem besagten Produkt eine Porosität innerhalb des besagten Bereichs aufweist, und bei dem jede der besagten Bahnen etwa 76,2 cm (30 Zoll) breit ist, bevor sie zwecks Formung des besagten Produkts einwärtsgerollt wird, wobei das besagte Produkt etwa 21,6 - 24,1 cm (8,5 - 9,5 Zoll) breit und jeder der besagten kissenartigen Abschnitte etwa 5,1 - 8,9 cm (2 - 3,5 Zoll) dick ist.

9. Ein Abstützprodukt aus Papier nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, bei dem der besagte Polymer im wesentlichen aus einer Quartärammoniumverbindung besteht.

10. Ein Abstützprodukt aus Papier im Einklang nach einem 5 der Ansprüche 7 bis 9, bei dem der besagte Polymer an der imprägnierten Bahn aus einer elektrisch leitfähigen Harzmasse in einem Maße je betreffende Seitenfläche von etwa 0,227 kg - 0,906 kg (0,5 - 2 engl. Pfund je 3 000 Quadratfuß) je 279 m² der Bahn besteht, wenn die besagte Harzmasse an der besagten betreffenden Oberfläche getrocknet wurde.

11. Ein Verfahren zur Herstellung von antistatischem oder statische Elektrizität zerstreuendem, flexiblem, folienartigem Material für Verpackungszwecke, umfassend die Stufen des Erstellens einer Bahn aus dem folienartigen Material mit bei Messung mit einem Gurley-Dichtemesser einer Porosität innerhalb eines Bereiches von etwa 5 bis etwa 25 sek/100 ml, des Auftragens eines flüssigen antistatischen Materials auf mindestens eine Seitenoberfläche der besagten Bahn, wobei das besagte antistatische Material aus einer Lösung eines wasserlöslichen, nicht-quervernetzenden Polymers gebildet wird, des zum Durchdringen der besagten Bahn Veranlassens des besagten Gemisches und des Trocknens der besagten imprägnierten Bahn, mit dem Ergebnis, daß dem folienartigen Material elektrische Eigenschaften vermittelt werden, u. a. bei einer relativen Feuchtigkeit von nicht mehr als etwa 15% oder weniger ein spezifischer Oberflächenwiderstand im Bereiche von etwa 1 · 10&sup5; Ohm je Quadrat bis 1 · 10&sub1;&sub2; Ohm je Quadrat und bei einer relativen Feuchtigkeit von nicht mehr als etwa 15% oder weniger eine maximale Spannungsabfallzeit von etwa zwei Sekunden oder weniger, wenn die Spannung etwa 5 000 angelegte Volt bis zu technischer Nullspannung bei Erdung der besagten Bahn beträgt.

12. Ein Verfahren nach Anspruch 11 einschließlich des Auftrags des besagten antistatischen Gemisches auf mindestens die besagte eine Seitenoberfläche der besagten Bahn in einem Maße, das nach dem Trocknen des besagten Gemisches an der besagten Bahn zur Folge hat, daß die Menge des besagten Polymers in einem Bereich von etwa 0,227 kg - 0,906 kg (0,5 - 2 engl. Pfund je 3 000 Quadratfuß) je 279 m² der Bahn je betreffende besagte Seitenoberfläche davon beträgt.

13. Ein Verfahren nach Anspruch 11, bei dem das besagte antistatische Gemisch Wasser als flüssiges Medium umfaßt.

14. Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei dem der besagte-Polymer im wesentlichen eine Quartärammoniumverbindung ist.

15. Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei dem der besagte Polymer im wesentlichen eine wasserlösliche Polystyrolsulfonsäure ist.