DE102011076718A1

DE102011076718A1 - Verfahren zum herstellen eines gestrichenen papiers oder kartons zum flexographischen bedrucken

Info

Publication number: DE102011076718A1
Application number: DE102011076718A
Authority: DE
Inventors: Pekka Linnonmaa; Jouni Haavisto; Henri Vaittinen
Original assignee: Metso Paper Oy
Current assignee: Valmet Technologies Oy
Priority date: 2011-05-30
Filing date: 2011-05-30
Publication date: 2012-12-06
Also published as: AT511562A3; AT511562A2

Abstract

Es ist ein Verfahren zum Herstellen eines gestrichenen Papiers oder Kartons zum flexographischen Bedrucken vorgesehen, gekennzeichnet durch den Schritt des Versehens des Papiers oder Kartons mit einem Pigmentstrich, der wenigstens eine poröse Schicht umfasst.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines gestrichenen Papiers oder Kartons zum flexographischen Bedrucken.
Deckenpapier bzw. -karton („Linerboard“) wird als Decklage für Wellpappe verwendet. Der typische Riesgewichtsbereich für Deckenpapier beträgt 125 bis 350 g/m², obwohl sich auch Riesgewichte unterhalb von 100 g/m² für kleine Verpackungen eignen.
Es gibt verschiedene Klassen von Deckenpapier auf dem Markt. Deckenpapier ist fast immer ein zweilagiges Produkt bestehend aus einer oberen Lage und einer Basislage. Deckenpapier wird mit verschiedenen oberen Lagen und aus verschiedenen Rohmaterialien hergestellt. Sowohl Primärfasern (typischer Weise Weichholzzellstoff, in einigen Fällen Hartholz- oder Sägemehlzellstoff) als auch recycelte Fasern werden zur Deckenpapierherstellung verwendet. Deckenpapier, das hauptsächlich aus Primärfasern hergestellt wird, wird gewöhnlich „Kraftliner“ genannt, wohingegen Deckenpapier, das recycelte Fasern enthält, „Testliner“ genannt wird. Während der vergangenen Jahre basierten jedoch fast alle neuen Deckenpapiere auf recycelten Fasern. In Nordamerika werden alte Verpackungen aus Wellpappe (OCC) als recycelte Fasern verwendet; in Zentraleuropa und Asien wird auch Mischabfall verwendet. Falls ein Sulfatzellstoff aus Weichholzprimärfasern („virgin softwood kraft pulp“) verwendet wird, wird der Zellstoff für eine Basislage zuerst gekocht und anschließend geringfügig refined. Der Zellstoff der oberen Lage wird mit einer höheren Kappa-Zahl gekocht und wird auch stärker refined als die Basislagenfaserstoffschicht. Deckenpapier wird zur Feuchtebeständigkeit harzbeleimt. Falls eine recycelte Faser von niedriger Qualität als ein Rohmaterial verwendet wird, ist ein Leimpressen zur Oberflächenleimung notwendig, um zufriedenstellende Festigkeitseigenschaften zu erreichen.
Deckenpapier/-karton mit weißer Oberfläche („white top linerboard“) wird für anfordernde Druckaufgaben eingesetzt; deshalb sind eine Glattheit und ein Erscheinungsbild der Oberfläche sehr wichtig. Gewöhnlich wird gebleichter chemischer Zellstoff in der oberen Lage verwendet. Falls eine exzellente Ausbildung erreicht werden soll, sollte Hartholzzellstoff die Hauptkomponente der oberen Lage sein. Ein Füllmaterial wird oft in der oberen Lage verwendet, um die Opazität und damit das Erscheinungsbild der oberen Seite zu verbessern. Hier sollte für ein gutes visuelles Erscheinungsbild die Ausbildung der oberen Lage so gut wie möglich sein. Herkömmlich besteht eine Basislage (oder Unterseitenlage) eines Deckenpapiers mit weißer Oberfläche hauptsächlich aus nicht gebleichtem Weichholzzellstoff. Jedoch kann die Basislage heutzutage auch aus recycelten Fasern bestehen. Dieses Produkt wird auch Testliner mit weißer Oberfläche („white top testliner“) genannt.
Gestrichenes Deckenpapier bzw. gestrichener Karton mit weißer Oberfläche („coated white top linerboard“) ist das anforderndste Produkt in der Deckenpapierfamilie. Die obere Lage ist aus gebleichtem Zellstoff gemacht, und deren Riesgewicht ist dasselbe wie bei Deckenpapier/-karton mit weißer Oberfläche. Das Papier/der Karton kann entweder innerhalb oder außerhalb der Maschine gestrichen werden. Ein typisches Streichen ist ein Einfachstreichen mit einer Rakelstreichmaschine. Gestrichenes Deckenpapier bzw. gestrichener Karton mit weißer Oberfläche wird für herausfordernde Anwendungen von Wellpappe verwendet, beispielsweise für Behälter, die in Schaufenstern ausgestellt werden. Testliner mit weißer Oberfläche, die auf recycelten Fasern basieren, können auch gestrichen werden.
Flexodrucken ist das Hauptdruckverfahren für Deckenpapiere bzw. -kartons. Die verwendete Druckplatte ist eine elastische Platte aus Gummi oder Fotopolymer, das das Druckbild im Relief trägt. Für Details zu dem flexographischen Druckprozess sowie den Aufbau dazu eingesetzter Druckvorrichtungen wird bspw. auf das Buch „Flexography: Principles & Practices“, 5. Auflage (1999) von Foundation of Flexographic Technical Association verwiesen.
Beim dem Flexodrucken erfordert ein ungestrichenes Deckenpapier bzw. ungestrichener Karton erfordert kein externes Trocknen, weil die ungestrichene Oberfläche ein absorbierendes Substrat ist. Eine schnelle Druckfarbenabsorption ist einer der wichtigsten Faktoren, der die flexographische Bedruckbarkeit beeinflusst, falls es keine Trocknung zwischen den Druckwerken gibt. Ein Abliegen und Verschmieren der Flexodruckfarbe kann auftreten, falls eine Druckfarbenabsorption nicht schnell und nicht hoch genug ist. Im Allgemeinen verringert ein Streichen von Decklagen mit Standardpigmenten, wie GCC oder Ton, eine Druckfarbenabsorption der Oberfläche. Gestrichene Decklagen werden daher gewöhnlich nicht mit Flexodruckvorrichtungen ohne Trocknungseinheiten (wie bei ungestrichenen Decklagen) bedruckt, weil für die gestrichene Oberfläche Druckfarbenvolumina zu hoch sind und eine Trocknungszeit zu kurz ist. Auch sind entsprechende sogenannte Postprint-Prozesse für gestrichene Decklagen üblicherweise ungeeignet.
Des Weiteren, wenn ein ungestrichenes Produkt durch ein gestrichenes Produkt ersetzt werden soll (d.h. in Verbindung mit für ungestrichene Produkte gedachten Verfahren eingesetzt werden soll), stellt die gewünschte mattartige Oberfläche auch ihre eigenen Anforderungen dar. Üblicherweise werden die gestrichenen Produkte am Ende des Druckprozesses lackiert, um die mattartige Oberfläche vor einer mechanischen, reibenden, und so auch glättenden Kraft zu schützen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen eines gestrichenen Papiers oder Kartons bereitzustellen, das/der sich besonders zum flexographischen Bedrucken eignet.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß den nachfolgend dargelegten Punkten gelöst:

1. Verfahren zum Herstellen eines gestrichenen Papiers oder Kartons zum flexographischen Bedrucken, gekennzeichnet durch den Schritt des Versehens des Papiers oder Kartons mit einem Pigmentstrich, der wenigstens eine poröse Schicht umfasst.
2. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine durchschnittliche Porengröße der Poren der wenigstens einen porösen Schicht 1 bis 400 nm beträgt.
3. Verfahren nach Punkt 2, dadurch gekennzeichnet, dass die durchschnittliche Porengröße 1 bis 100 nm, vorzugsweise 1 bis 70 nm, insbesondere 20 bis 70 nm beträgt.
4. Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Pigmente eine innere Porosität im Nanometerbereich aufweisen.
5. Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die verwendeten Pigmente eine Durchschnittsgröße im Nanometerbereich haben und in enger Größenverteilung vorliegen.
6. Verfahren nach Punkt 5, dadurch gekennzeichnet, dass die verwendeten Pigmente eine Durchschnittsgröße von 10–1000 nm, vorzugsweise von 10–50 nm und insbesondere von 20–30 nm haben.
7. Verfahren nach einem der Punkte 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Pigmente Calciumcarbonat, Gips und/oder silikatbasierte Pigmente enthalten.
8. Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine poröse Schicht die äußerste Schicht des Papiers oder Kartons bildet.
9. Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Karton ein White Top Liner ist.
10. Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die flächenbezogene Masse des Pigmentstrichs 0,5 bis 20 g/m² beträgt.
11. Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Pigmentstrich durch Vorhang-Streichen aufgebracht wird.
12. Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 11, gekennzeichnet durch den Schritt des Kalandrierens des Papiers oder Kartons nach dem Aufbringen des Pigmentstrichs.
13. Verfahren nach Punkt 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenrauheit einer verwendeten Kalandrierwalze 0,5 bis 10 Ra beträgt.
14. Verfahren nach Punkt 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenrauheit 0,5 bis 3 Ra beträgt.
15. Verfahren nach Punkt 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Kalandrierwalze mit Karbid oder einer keramischen Mischung beschichtet ist.
16. Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das flexographische Bedrucken ohne gesondertes Trocknen durchgeführt wird.
17. Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wassermenge, die eine Druckeinheit zum flexographischen Bedrucken einsetzt, mindestens 1g/qm Wasser beträgt.
18. Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine Druckzeitverzögerung zwischen Druckeinheiten zum flexographischen Bedrucken maximal 200 ms beträgt.

Durch die Lösung gemäß Punkt 1 (und auch Punkt 2), d.h. Vorsehen der porösen Schicht, wird eine Oberflächenstruktur des hergestellten Papiers oder Kartons gewährleistet, welche sehr schnell große Wassermengen absorbieren kann. Insbesondere durch die sehr schnelle Absorptionsfähigkeit wird gewährleistet, dass sich der erfindungsgemäß hergestellte gestrichene Karton (bzw. Papier) für das Flexodrucken (flexographisches Bedrucken) eignet.
Die Erhöhung der Absorptionsgeschwindigkeit wird insbesondere durch die Weiterbildungen gemäß Punkten 3 bis 7 gewährleistet. Durch diese Weiterbildungen wird insbesondere auch die Hydrophilität der Oberfläche verbessert, wodurch eine Beschleunigung der Absorption besonders zu Beginn erreicht wird. Und zwar führen die ausgebildeten Poren zu einem Kapillareffekt, d.h. sie erzeugen eine Kapillarkraft, wodurch auf die Oberfläche des Papiers/Kartons aufgebrachtes Wasser (bzw. Farbe) ins Innere des Papiers/Kartons gesaugt wird. Je feiner die Poren (kleinere Porengröße) und je mehr Poren (höhere Porendichte bzw. enge Größenverteilung) an der Oberfläche ausgebildet sind, desto stärker ist dieser Effekt.
Der gemäß Punkten 1 bis 15 hergestellte gestrichene Karton (bzw. Papier) eignet sich aufgrund der hohen Absorptionsfähigkeit besonders für das Flexodrucken mit einer Flexodruckmaschine, bei der keine zusätzlichen Trocknungseinrichtungen vorgesehen sind (Punkt 16) und/oder hohe Wassermengen auftreten (Punkt 17) und/oder eine Zeitspanne zwischen Druckvorgängen in zwei benachbarten Druckwerken (Druckeinheiten) sehr gering ist (Punkt 18). Der erfindungsgemäß hergestellte gestrichene Karton (bzw. Papier) eignet sich für den Einsatz in allen üblichen Flexodruckmaschinen, bspw. in Reihenbauweise, Satelliten- bzw. Zentralbauweise oder Mehrzylinderkompaktbauweise. Diese können unterschiedlich viele Druckwerke (Druckeinheiten) aufweisen, wobei bevorzugt die Anzahl der eingesetzten Druckfarben 1 bis 7 beträgt. Beispiele für eingesetzte Flexodruckmaschinen finden sich in dem anfangs genannten Buch „Flexography: Principles & Practices“.
Obwohl das hergestellte Produkt kalandriert oder unkalandriert sein kann, ist eine Kalandrierung gemäß Punkten 12 bis 15 vorteilhaft. Dabei kann die Kalandrierwalze gemäß Punkten 13 bis 15 in jedem beliebigen Kalandertyp, z.B. in einem Hartnip-, Soft-, Schuh- oder Metallbandkalander eingebaut werden. Die gewünschte Oberflächenrauheit der Kalandrierwalze kann durch eine Beschichtung der Kalandrierwalze mit einem Material aus Teilchen geeigneter Größe erzeugt werden, wie bspw. in Punkt 15 beschrieben ist. Alternativ kann die gewünschte Oberflächenrauheit der Walze durch direktes Korrodieren bzw. Gravieren der Walzenoberfläche erreicht werden. Eine Kalandrierwalze mit einer Oberflächenrauheit von 0,5 bis 10 Ra bildet einen sogenannten „Mattkalander“, der eine gewünschte Mattartigkeit des Papiers/Kartons erzielt.
Der hergestellte Karton bzw. das hergestellte Papier, der/das vorteilhafterweise ein Deckenkarton bzw. -papier ist, besteht vorzugsweise aus einem Basismaterial und einer darauf vorgesehenen Oberflächenschicht. Das Basismaterial aus Karton bildet eine Art tragende Schicht bzw. Lage, die vorzugsweise aus recyceltem Zellstoff (wie bspw. aus OCC oder DIP=deinked pulp) hergestellt ist. Es kann auch ein weißer Fabrikzellstoff als Basismaterial verwendet werden.
Die Oberflächenschicht zur Bildung der porösen Oberfläche (Pigmentstrich) kann im Wege eines Rakelstreichverfahrens erzeugt werden. Vorteilhafterweise wird durch dieses Verfahren eine Vorbeschichtung erzeugt, auf welche anschließend die poröse Oberflächenschicht im Wege eines Vorhangstreichverfahrens aufgebracht wird. Die Erzeugung der Oberflächenschicht kann auch im Wege eines Filmübertragungsverfahrens oder durch Sprühen erreicht werden. Vorzugsweise soll die Oberflächenschicht den Bereich von 0,5 bis 20 g/m² nicht verlassen.
Nachfolgend werden kurz einige Möglichkeiten der Zusammensetzung der wenigstens einen porösen Schicht beschrieben. Und zwar kann die wenigstens eine poröse Schicht beispielsweise folgende Pigmente aufweisen:

– Große Pigmente mit einer inneren Porosität im Nanometerbereich (wie Siliziumdioxid), Pigmente im Nanometerbereich und „Standardpigmente“;
– Große Pigmente mit einer Porosität im Nanometerbereich (wie Siliziumdioxid) und „Standardpigmente“;
– Pigmente im Nanometerbereich und „Standardpigmente“, oder
– Große Pigmente mit einer inneren Porosität im Nanometerbereich (wie Siliziumdioxid) und Pigmente im Nanometerbereich.

Die angefügte Figur zeigt beispielsweise schematisch den Aufbau einer porösen Schicht aus Siliziumdioxid, die große Pigmente sind und in diesem Beispiel eine Durchschnittsgröße von ca. 10 µm aufweisen, und Pigmenten im Nanometerbereich (hier: PCC = ausgefälltes Calciumcarbonat).

Claims

Verfahren zum Herstellen eines gestrichenen Papiers oder Kartons zum flexographischen Bedrucken, gekennzeichnet durch den Schritt des Versehens des Papiers oder Kartons mit einem Pigmentstrich, der wenigstens eine poröse Schicht umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine durchschnittliche Porengröße der Poren der wenigstens einen porösen Schicht 1 bis 400 nm beträgt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die durchschnittliche Porengröße 1 bis 100 nm, vorzugsweise 1 bis 70 nm, insbesondere 20 bis 70 nm beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Pigmente eine innere Porosität im Nanometerbereich aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die verwendeten Pigmente eine Durchschnittsgröße im Nanometerbereich haben und in enger Größenverteilung vorliegen.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die verwendeten Pigmente eine Durchschnittsgröße von 10–1000 nm, vorzugsweise von 10–50 nm und insbesondere von 20–30 nm haben.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Pigmente Calciumcarbonat, Gips und/oder silikatbasierte Pigmente enthalten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine poröse Schicht die äußerste Schicht des Papiers oder Kartons bildet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Karton ein White Top Liner ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die flächenbezogene Masse des Pigmentstrichs 0,5 bis 20 g/m^{2 beträgt.}
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Pigmentstrich durch Vorhang-Streichen aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch den Schritt des Kalandrierens des Papiers oder Kartons nach dem Aufbringen des Pigmentstrichs.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenrauheit einer verwendeten Kalandrierwalze 0,5 bis 10 Ra beträgt.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenrauheit 0,5 bis 3 beträgt.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Kalandrierwalze mit Karbid oder einer keramischen Mischung beschichtet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das flexographische Bedrucken ohne gesondertes Trocknen durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wassermenge, die eine Druckeinheit zum flexographischen Bedrucken einsetzt, mindestens 1g/qm Wasser beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine Druckzeitverzögerung zwischen Druckeinheiten zum flexographischen Bedrucken maximal 200 ms beträgt.