9.3.3 Imprägnieren
Das Imprägnieren ist eine Veredelungsform, die sowohl in der Papiererzeugung als auch in der Papierverarbeitung in vielen Formen Anwendung findet. Ziel ist es, Eigenschaften des Papiervolumens zu modifizieren, die Dicke aber nicht zu verändern. Das kann die Faseroberflächen und damit die Wände von Kapillaren, aber auch den Inhalt von Kapillaren und Poren betreffen. Das Papier bekommt dadurch Merkmale, die es ohne Imprägnierung nicht hätte. Die Flüssigkeitsmenge, die pro Zeiteinheit durch das Papier transportiert wird, hängt unter anderem vom Porenradius des Papiers ab. Papier kann deshalb nur flüssigkeitsdicht sein, wenn es porenfrei ist. Dieser Zusammenhang war bei der Extrusionsbeschichtung von Papier und der Folienlaminierung genutzt worden.
Eine weitere Möglichkeit eröffnet sich durch das Imprägnieren, wenn durch das Imprägniermittel die Poren des Papiers vollständig zum Beispiel mit Kunststoff ausgefüllt werden und das Papier dadurch dicht wird. Dies wird bei den unten näher beschriebenen so genannten Imprägnaten angewendet.
Die Menge der durch Papier transportierten Flüssigkeit hängt auch von deren Viskosität ab. So kann beispielsweise ein saugfähiges Küchenpapier mit einem Füllfederhalter nicht beschrieben werden, weil die dünnflüssige Tinte sofort in die Poren und Kapillaren des Papiers wegschlagen und dadurch die Schrift unleserlich werden würde. Mit einem Kugelschreiber, dessen Tinte sehr dickflüssig ist, kann das Papier dagegen problemlos beschrieben werden. Beim Imprägnieren will man aber, dass das Imprägniermittel schnell in das Papier eindringt; es muss also möglichst dünnflüssig sein.
Nicht alle Imprägnierverfahren haben die vollständige Füllung der Poren im Papier zum Ziel, es gibt auch solche Verfahren, bei denen nur die Faseroberflächen beschichtet werden sollen. Als eine solche Form der Imprägnierung kann man das Leimen von Papier bezeichnen. So behandelte Papiere verhindern das Eindringen wässriger Flüssigkeiten in die Poren. Geleimte Papiere lassen sich mit einem Füllfederhalter beschreiben, weil die Tinte nicht wegschlägt, sondern auf der Papieroberfläche trocknet und damit die Erzeugung randscharfer Schriften möglich macht.
Geleimt wird Papier bereits im Rahmen der Papiererzeugung. Ziel ist es, die Oberflächen der Fasern für Wasser schlechter benetzbar zu machen. Um das zu schaffen, muss die normalerweise hohe Oberflächenspannung der Fasern abgesenkt werden. Ein Weg dazu ist die Bedeckung der Faseroberflächen mit Harzen, die eine niedrige Oberflächenspannung haben. Dazu wird in der Regel eine wässrige Harzlösung dem Faserstoff in der Masse zugegeben. Durch die Einstellung geeigneter Bedingungen während des Blattbildungsprozesses auf dem Papiermaschinensieb werden Harzmoleküle auf den Faseroberflächen fixiert. Die Bedeckung mit Harz muss nicht vollflächig sein. Im Kontakt mit Wasser kann deshalb ein geleimtes Papier nach wie vor quellen und schließlich in seine Einzelfasern zerfallen. Beim Beschreiben genügt aber schon ein schwacher Grad der Wasserabweisung, um die Tinte am schnellen Wegschlagen und Verlaufen zu hindern.
Mit Harz geleimte Papiere sind zwar beschreibbar, aber – wie erwähnt – nicht wasserbeständig oder gar wasserdicht. Wird statt Harz ein geeignetes Fluorpolymer, dessen Oberflächenspannung viel geringer als die des Harzes ist, verwendet, lässt sich die Oberflächenspannung der Faserwände im Vergleich zur Harzleimung noch weiter absenken. Auf diese Weise können sogar öl- und fettabweisende (oleophobe) Eigenschaften erzeugt werden. Auch hier braucht die Bedeckung der Faserwände nicht vollflächig zu sein, die fettabweisenden Eigenschaften bleiben im Gegensatz zu den Wasser abweisende Eigenschaften dennoch dauerhaft, weil die Fasern von Fett nicht angequollen werden können. Bei der Herstellung fettdichter Lebensmittel- und Tierfutterverpackungen finden solche Imprägnierungen breite Anwendung.
Eine weitere bedeutende Anwendung von Imprägnierverfahren in der Papierverarbeitung ist die Herstellung von Imprägnaten aus Dekorpapier für die Herstellung von Möbelplatten, Paneelen und Laminatfußböden. Hier ist es das Ziel, die Poren des Dekorpapiers vollständig mit Harz zu füllen, um es auf diese Weise völlig dicht, porenfrei und beständig gegen Flüssigkeiten zu machen. Als Imprägniermittel werden wässrige Lösungen reaktiver Harze zum Beispiel auf der Basis von Melamin-Formaldehyd verwendet. Wie das Schema in Abbildung 9.3.20 zeigt, ist wesentlicher Bestandteil des Imprägnierverfahrens die möglichst vollständige Tränkung des Papiers mit dem Harz, wobei der Überschuss mit einem Abquetschwalzenpaar entfernt wird.
Abb. 9.3.20: Schema eine Imprägniermaschine zur Herstellung von Harz-Imprägnaten aus Dekorpapier
Während der anschließenden Trocknung beginnt zwar die chemische Reaktion der Harzkomponenten, sie wird aber nicht abgeschlossen. Das geschieht erst im letzten Produktionsschritt, in dem alle Lagen eines Laminats unter hohem Druck und hoher Temperatur miteinander verpresst werden.