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Die Erfindung betrifft ein Oberflächenleimungsmittel für ein Papiererzeugnis, ein Papiererzeugnis, das insbesondere als Banknotenpapier ausgebildet ist, und das das Oberflächenleimungsmittel umfasst. Darüber hinaus betrifft die Erfindung auch eine Verwendung des Oberflächenleimungsmittels sowie ein Verfahren zum Beschichten eines Papiererzeugnisses.
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Bei der Herstellung eines Papiererzeugnisses, das insbesondere als Sicherheitspapier verwendet wird, das eine oder mehrere Lagen und/oder Sicherheitselemente aufweist, die in oder an der einen oder an einer der Lagen oder in oder an mehreren Lagen angeordnet sind, wird, zur Verminderung der Kapillarität, also zum Verschließen der Poren des Papiererzeugnisses, und um im Papiererzeugnis enthaltene Füllstoffe zu fixieren und damit ein Stauben derselben zu verhindern, die Oberfläche des Papiererzeugnisses mit einer Leimung versehen, einer sogenannten Oberflächenleimung. Die Oberflächenleimung hat neben den oben erwähnten Funktionen auch die Eigenschaft das Papiererzeugnis zu veredeln, wodurch die Festigkeitseigenschaften des Papiererzeugnisses, wie z.B. seine Rupffestigkeit und seine Nassabriebfestigkeit, verbessert werden. Eine gute Oberflächenleimung ist ferner dazu vorgesehen, die Bedruckbarkeit des Papiererzeugnisses, beispielsweise in einem nachfolgenden Druck- und Veredelungsprozess, zu verbessern.
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Aus dem Stand der Technik sind Oberflächenleimungsmittel auf unterschiedlicher Basis bekannt. Zumeist enthalten die Oberflächenleimungsmittel polymere Verbindungen, da diese die Poren von Papier und Papiererzeugnissen sehr gut verschließen. Aus
DE 4040347 C2 ist ein Verfahren zur Leimung von Papier auf Baumwoll- oder Leinenbasis oder auf Basis eines Papiers aus anderen pflanzlichen Fasern, unter Verwendung eines Leimungsmittels, das einen niedrigviskosen Polyvinylalkohol enthält, bekannt. Des Weiteren können dem Leimungsmittel Carboxymethylcellulose (CMC), Stärke oder Alginate zugesetzt werden. Nachteilig an auf Polyvinylalkohol basierenden Leimungsmitteln ist deren Eigenschaft, Fasermaterialien zu umschließen. Die Fasermaterialien sind somit in einem nachfolgenden farbgebenden Prozess, beispielsweise in einem Druckverfahren, der Druckfarbe nicht mehr zugänglich. Dies bedeutet, dass die Druckfarbe nicht mehr ausreichend auf den Fasermaterialien verankert werden kann. Hierdurch werden die Beständigkeit (Farbbeständigkeit) des bedruckten Papiers, wie insbesondere seine Waschbeständigkeit, und daneben auch die Nassknittereigenschaften verschlechtert. Die Farben lösen sich bereits unter üblichen Gebrauchsbedingungen, wie z.B. bei hoher Luftfeuchtigkeit oder bei Regen, ab. Auch durch die zugesetzten Alginate, Stärke und CMC können diese Nachteile nicht vollständig überwunden werden.
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Aus
DE 000003742330 A1 ist ein anionisches Oberflächenleimungsmittel für Papier in Form einer wässrigen kolloidalen Lösung eines Salzes eines Copolymers, das aus (Meth)-Acrylsäure, (Meth)-Acrylsäureester eines C 10 bis C 22 Fettalkohols, Styrol, N,N-Dimethylaminoethylacrylat oder -methacrylat, Methyl-(meth)-acrylat und Isobutyl-(meth)-acrylat besteht, bekannt. Durch den hohen Anteil an auf Acrylsäure basierenden Monomeren bildet dieses Oberflächenleimungsmittel einen guten Oberflächenfilm auf Papier. Allerdings wird die Porosität eines mit dem Oberflächenleimungsmittel beschichteten Papiers nicht ausreichend vermindert. Somit werden weder ausreichend hohe Festigkeiten des Papiers erzielt noch im Papier enthaltene Füllstoffe effizient an einem Sich-Ablösen, dem sogenannten Stauben, gehindert.
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DE 000003731434 A1 offenbart Oberflächenleimungsmittel für Papier und papierähnliche Materialien, die wässrige oder wässrig-alkoholische Alkali-, Amin- oder Ammoniumsalzlösungen von Copolymerisaten aus Maleinsäureanhydrid und Diisobutylen und gegebenenfalls einem oder mehreren Vinylmonomeren enthalten. Auch diese Oberflächenleimungsmittel weisen keine ausreichenden porenschließenden Eigenschaften auf, so dass sich dieselben Nachteile, wie bereits vorstehend für
DE 000003742330 A1 offenbart, ergeben.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Oberflächenleimungsmittel bereitzustellen, das die Kapillaren von Papier bzw. Papiererzeugnissen füllt und dabei die Bedruckbarkeit des Papiers oder Papiererzeugnisses erhält bzw. verbessert.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es auch, ein Papiererzeugnis anzugeben, das sich durch eine sehr gute Beständigkeit, eine hohe Festigkeit und eine gute Bedruckbarkeit auszeichnet.
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Ferner ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Beschichten eines Papiererzeugnisses anzugeben, das einfach, ohne hohen technischen Aufwand umsetzbar ist, die Kapillaren des Papiererzeugnisses füllt und damit ein Bedrucken des Papiererzeugnisses unter Erzeugung eines dauerhaft stabilen Farbfilms, oder allgemein eines Veredelungsfilms, ermöglicht.
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Die Aufgaben werden gelöst durch das Oberflächenleimungsmittel, das Papiererzeugnis und das Verfahren zum Beschichten eines Papiererzeugnisses wie in den jeweiligen unabhängigen Ansprüchen angegeben. Spezielle Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß wird ein Oberflächenleimungsmittel für ein Papiererzeugnis bereitgestellt, das mindestens einen Polyvinylalkohol, eine Dispersion umfassend mindestens ein auf Acrylsäure basierendes Polymer und/ oder mindestens ein auf Acrylsäure basierendes Copolymer, mindestens ein Vernetzungsmittel für das auf Acrylsäure basierende Polymer und/ oder auf Acrylsäure basierende Copolymer und mindestens ein Lösungsmittel enthält.
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Unter einem Oberflächenleimungsmittel wird im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Zubereitung verstanden, die im Wesentlichen keine farbgebenden Eigenschaften aufweist und damit weitestgehend keine Pigmente und/oder Füllstoffe enthält, wie sie für herkömmliche Streichmittel für Papier üblich sind. Vorzugsweise umfasst die erfindungsgemäße Oberflächenleimung keine Pigmente und/ oder Füllstoffe. Handelsübliche Streichmittel sind aufgrund ihrer Zusammensetzung, die eben einen hohen Anteil an Pigmenten und Füllstoffen aufweist, nicht dazu geeignet, die Poren eines Papiererzeugnisses zu füllen, bzw. die Kapillarität des Papiererzeugnisses zu vermindern und gleichzeitig die Bedruckbarkeit zu verbessern. Vielmehr liegen die Streichmassen auf der Oberfläche des Papiererzeugnisses vor, ohne eine wesentliche Verankerung in den Poren des Papiererzeugnisses zu bewirken.
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Das erfindungsgemäße Oberflächenleimungsmittel liegt in Form einer Dispersion vor.
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Das erfindungsgemäße Oberflächenleimungsmittel wird zur Oberflächenleimung für Papiererzeugnisse, also insbesondere für Papiere, und hierunter z.B. Sicherheitspapier, wie Banknotenpapier und dergleichen, verwendet, die faserhaltig sind und insbesondere Cellulose basierende Fasern enthalten, und enthält mindestens einen Polyvinylalkohol. Der Polyvinylalkohol ist im Wesentlichen nicht beschränkt. Unter dem Begriff „mindestens ein Polyvinylalkohol“ wird verstanden, dass ein oder mehrere Polyvinylalkohole enthalten sein können, wobei sich die Polyvinylalkohole z.B. in ihrer chemischen Struktur, wie beispielsweise ihrer Kettenlänge, oder in einer oder mehreren physikalischen Eigenschaften, wie z.B. ihrer Viskosität, ihren adhäsiven Eigenschaften oder ihrer Löslichkeit, unterscheiden können. Sofern mehrere Polyvinylalkohole verwendet werden, gelten die angegebenen Anforderungen und Eigenschaften für jeden einzelnen in dem erfindungsgemäßen Oberflächenleimungsmittel enthaltenen Polyvinylalkohol.
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Ohne an die Theorie gebunden zu sein wird angenommen, dass bei Kontakt des Polyvinylalkohols mit der Oberfläche des Papiererzeugnisses der Polyvinylalkohol in die Poren und Kapillaren des Papiererzeugnisses eindringt und diese füllt und somit verschließt. Hierdurch wird eine mehr oder weniger geschlossene Oberfläche des Papiererzeugnisses erzielt, wodurch im Papiererzeugnis enthaltene Füllstoffe am Stauben gehindert werden und eine gewisse Grundfestigkeit des Papiererzeugnisses erzielt wird. Insbesondere wird dadurch die Porosität des Papiererzeugnisses gesenkt.
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Als Polyvinylalkohole eignen sich z.B. die Produkte Kuraray Poval 10-98, Kuraray Poval 28-99, Kuraray Poval 23-88, Kuraray Poval 26-88, Kuraray Poval 32-88, Kuraray Poval 40-88, Kuraray Poval 47-88, Kuraray Poval 23-95 von Kuraray, Jp.
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Als weiteren wesentlichen Bestandteil enthält das erfindungsgemäße Oberflächenleimungsmittel eine Dispersion umfassend mindestens ein auf Acrylsäure basierendes Polymer und/ oder mindestens ein auf Acrylsäure basierendes Copolymer. Im einfachsten Fall kann es sich hierbei um ein Acrylsäurepolymer oder ein Methacrylsäurepolymer, also ein Homopolymer der (Meth)Acrylsäure, handeln. Zur Modifizierung der für das Oberflächenleimungsmittel gewünschten Eigenschaften, kann das erfindungsgemäße Oberflächenleimungsmittel aber auch mindestens ein auf Acrylsäure basierendes Copolymer enthalten. Dies bedeutet, dass neben (Meth)Acrylsäureeinheiten eine weitere Monomereinheit oder mehrere weitere Monomereinheiten vorgesehen sind, beispielsweise zur Hydrophobierung des Copolymers. Hierbei gilt für den Begriff „mindestens ein auf Acrylsäure basierendes Polymer und/oder mindestens ein auf Acrylsäure basierendes Copolymer“ analog das bereits für den mindestens einen Polyvinylalkohol Angeführte: es kann ein auf Acrylsäure basierendes Polymer oder ein auf Acrylsäure basierendes Copolymer enthalten sein, es können mehrere auf Acrylsäure basierende Polymere enthalten sein, es können auch mehrere auf Acrylsäure basierende Copolymere enthalten sein oder es können Mischungen eines oder mehrerer auf Acrylsäure basierender Polymere mit einem oder mehreren auf Acrylsäure basierenden Copolymeren in dem erfindungsgemäßen Oberflächenleimungsmittel enthalten sein, die jeweils die hierin beschriebenen Eigenschaften bzw. Funktionen erfüllen.
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Ohne an die Theorie gebunden zu sein wird insbesondere angenommen, dass das auf Acrylsäure basierende Polymer und/oder das auf Acrylsäure basierende Copolymer die Ausbildung eines Netzwerks auf der Oberfläche des Papiererzeugnisses sowie mit dem Polyvinylalkohol ermöglicht. Unter Verwendung des mindestens einen Vernetzungsmittels für das auf Acrylsäure basierende Polymer und/oder das auf Acrylsäure basierende Copolymer, wird ein Polymernetzwerk ausgebildet, das eine Fixierung der Polymermischung auf dem Papiererzeugnis ermöglicht. Vielmehr bildet sich zwischen dem Polyvinylalkohol und dem auf Acrylsäure basierenden Polymer und/oder das auf Acrylsäure basierende Copolymer ein interpenetrierendes Netzwerk aus, durch das eine gute Fixierung der Polymere am Papiererzeugnis und damit ein hoher Füllgrad der Poren und Kapillaren des Papiererzeugnisses bereitgestellt werden kann. Das mindestens eine auf Acrylsäure basierende Polymer und/ oder das auf Acrylsäure basierende Copolymer verhindert zudem aufgrund seiner Vernetzung und Penetration des Polyvinylalkoholnetzes auch ein Umschließen der Fasern des Papiererzeugnisses durch den Polyvinylalkohol, so dass neben einer hohen Festigkeit des Papiererzeugnisses auch eine gute und dauerhafte Bedruckbarkeit desselben erhalten wird.
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Das zur Vernetzung vorgesehene Vernetzungsmittel dient dabei hauptsächlich der Vernetzung des auf Acrylsäure basierenden Polymers und/oder auf Acrylsäure basierenden Copolymers. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass das Vernetzungsmittel insbesondere mit den Carboxylgruppen des auf Acrylsäure basierenden Polymers und/ oder das auf Acrylsäure basierende Copolymers reagiert.
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Durch die Vernetzung des mindestens einen auf Acrylsäure basierenden Polymers und/ oder des mindestens auf Acrylsäure basierende Copolymers und das sich dabei ausbildende interpenetrierende Polymernetzwerk aus Polyvinylalkoholketten und Ketten des auf Acrylsäure basierenden Polymers und/ oder das auf Acrylsäure basierende Copolymers, wird die Beständigkeit eines mit Druckfarbe und/oder einer Veredelungsschicht bedruckten Papiers, das mit dem Oberflächenbehandlungsmittel behandelt wurde, verbessert. Die aufgebrachte Schicht (Farbschicht oder allgemein: Veredelungsschicht) zeichnet sich durch eine dauerhafte Beständigkeit auf dem Papiererzeugnis aus. Hierdurch werden auch die Waschbeständigkeit und die Nassknittereigenschaften des verarbeiteten Papiererzeugnisses verbessert.
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Das erfindungsgemäße Oberflächenleimungsmittel zeichnet sich somit einerseits durch sehr gute Poren und Kapillaren verschließende Eigenschaften aus und ermöglicht andererseits eine sehr gute und dauerhafte Bedruckbarkeit eines mit dem Oberflächenleimungsmittel behandelten Papiererzeugnisses, bei gleichzeitiger Bereitstellung guter Festigkeits- und Gebrauchseigenschaften des behandelten Papiererzeugnisses. Das erfindungsgemäße Oberflächenleimungsmittel bietet damit auch eine gute Haftgrundlage für Druckfarben und weitere Applikationen, was vielfältige Anwendungsmöglichkeiten eröffnet. Insbesondere führt das Bedrucken von Papier, das mit der erfindungsgemäßen Oberflächenleimung ausgestattet ist, mittels Stichtiefdruckverfahren zu deutlich verringerten Farbausbrüchen im Endergebnis bei Gleichzeit verringertem und damit Papier schonendem Anpressdruck.
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Zur Verbesserung der Löslichkeit des Polyvinylalkohols und damit zur Erhöhung der Kapillaren und Poren penetrierenden Eigenschaften des Oberflächenleimungsmittels, weist der Polyvinylalkohol einen Verseifungsgrad von mindesten 97 mol% und weiter vorzugsweise von mindestens 98 mol% auf.
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Eine weitere Verbesserung der Kapillaren und Poren verschließenden Eigenschaften kann durch eine besonders geeignete Viskosität des Polyvinylalkohols erhalten werden. Gemäß einer weiteren vorteilhafte Ausführungsform weist somit eine 4%-ige wässrige Lösung des Polyvinylalkohols bei 20 °C eine Viskosität, gemessen nach DIN 53015 2001:2, in einem Bereich von 5 bis 35 mPa·s und vorzugsweise von 9 bis 30 mPa·s, auf. Liegt die Viskosität des Polyvinylalkohols unterhalb von 35 mPa·s, kann die Fließfähigkeit des als Dispersion vorliegenden Oberflächenleimungsmittels verbessert werden, was der Kapillargängigkeit zuträglich ist. Oberhalb von 35 mPa·s kann die Dispergierfähigkeit des Polyvinylalkohols reduziert sein. Der Polyvinylalkohol neigt dann dazu, sich als kolloidale Phase aus der Dispersion auszuscheiden. Eine Viskosität von maximal 35 mPa·s ist daher bevorzugt. Liegt die Viskosität unterhalb von 5 mPa·s, könnte die Handhabung des Oberflächenleimungsmittels verschlechtert sein. Eventuell wird die Penetrationsfähigkeit des Oberflächenleimungsmittels in die Poren und Kapillaren eines Papiererzeugnisses erhöht, jedoch könnte es bei der Verarbeitung des Oberflächenleimungsmittels auch zu einem Abtropfen oder Abfließen vom Applikationsort bei reduzierten Poren und Kapillaren schließenden Eigenschaften kommen. Im Lichte der abzuwägenden Vorteilte und Nachteile ist daher eine Viskosität des Polyvinylalkohols in einem Bereich von 9 bis 30 mPa·s besonders vorteilhaft.
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Die Eigenschaft Kapillaren und Poren eines Papiererzeugnisses zu verschließen nimmt mit dem Gehalt an Polyvinylalkohol in dem Oberflächenleimungsmittel zu. Bei zu hohen Gehalten kann jedoch auch ein negativer Effekt der Umschließung des Fasermaterials des Papiererzeugnisses auftreten, wodurch die Bedruckbarkeit des Papiererzeugnisses, insbesondere mit Druckfarbe, reduziert wird. Zudem wird durch höhere Gehalte an Polyvinylalkohol die Viskosität des Oberflächenleimungsmittels erhöht, was, wie vorstehend ausgeführt, z.B. die Lagerstabilität des Oberflächenleimungsmittels verschlechtern kann. Vorteilhaft beträgt damit die Gesamtmasse an Polyvinylalkohol, bezogen auf die Gesamtmasse des Oberflächenleimungsmittels, 1,5 bis 6 Masse %. Besonders vorteilhaft beträgt die Gesamtmasse des Polyvinylalkohols 2,5 bis 3,5 Masse%, wodurch eine besonders gute Dispergierbarkeit des Polyvinylalkohols bei gleichzeitig sehr guten Fließeigenschaften und damit sehr guten Poren und Kapillaren füllenden Eigenschaften erhalten werden kann.
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Im Lichte einer Verbesserung der Wetterbeständigkeit, also insbesondere der Waschbeständigkeit bzw. allgemein der Feuchtigkeitsbeständigkeit, ist das auf Acrylsäure basierende Polymer und/ oder das auf Acrylsäure basierende Copolymer ein hydrophobiertes Polymer und/oder Copolymer. Als hierbei besonders geeignet haben sich auf Acrylsäure basierende Copolymere herausgestellt, die Acrylateinheiten und Styroleinheiten umfassen. Die Copolymerisierung mit Styroleinheiten hat zudem den Vorteil, dass ein sehr engmaschiges Netzwerk des vernetzten auf Acrylsäure basierenden Copolymers erhalten werden kann, wodurch der ferner in dem Oberflächenleimungsmittel enthaltene Polyvinylalkohol aufgrund der interpenetrierenden Polymernetzbildung besonders effizient am Umschließen der Fasermaterialien eines mit dem Oberflächenleimungsmittel behandelten Papiererzeugnisses gehindert wird. Die Kombination aus Acrylsäuremonomeren (was auch Methacrylsäuremonomere mit einschließt) und Styrolmonomeren ermöglicht zudem eine sehr glatte und kratzfeste Filmbildung auf der Applikationsoberfläche, die sich ferner durch eine gewisse Elastizität auszeichnet, wodurch einer Rissbildung im Polymerfilm vorgebeugt werden kann.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform beträgt die Gesamtmasse an Dispersion umfassend mindestens ein auf Acrylsäure basierendem Polymer und/ oder mindestens ein auf Acrylsäure basierendem Copolymer, bezogen auf die Gesamtmasse des Oberflächenleimungsmittels, 2 bis 7 Masse% und insbesondere 3 bis 5,5 Masse %. Gehalte an auf Acrylsäure basierendem Polymer und/ oder auf Acrylsäure basierendem Copolymer von weniger als 2 Masse% können in manchen Fällen nicht ausreichend sein, um ein interpenetrierendes Polymernetzwerk zu bilden. Durch die Verwendung von mindestens 2 Masse% an auf Acrylsäure basierendem Polymer und/ oder an auf Acrylsäure basierendem Copolymer kann ein Umfließen und damit ein Umschließen von Fasermaterialien eines Papiererzeugnisses durch den in dem Oberflächenleimungsmittel enthaltenen Polyvinylalkohol besonders effizient reduziert bzw. verhindert werden. Gehalte von mehr als 7 Masse% können sich hingegen nachteilig auf die Dispergierbarkeit des auf Acrylsäure basierenden Polymers und/oder auf Acrylsäure basierenden Copolymers auswirken. Besonders geeignete Mengen an auf Acrylsäure basierendem Polymer und/ oder an auf Acrylsäure basierenden Copolymer liegen daher in einem Bereich von 3 bis 5,5 Masse%.
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Die Dispersion umfassend mindestens ein auf Acrylsäure basierendem Polymer und/oder mindestens ein auf Acrylsäure basierendem Copolymer umfasst vorzugsweise 20-60% Festkörperanteil, besonders bevorzugt 50% Festkörperanteil an auf Acrylsäure basierendem Polymer und/oder an auf Acrylsäure basierendem Copolymer. Als Dispersion eignet sich vorzugsweise Acronal 310 S von Fa. BASF.
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Eine besonders gute und stabile Vernetzung des auf Acrylsäure basierenden Polymers und/oder auf Acrylsäure basierenden Copolymers ist insbesondere dann möglich, wenn das Vernetzungsmittel mit den Carboxylgruppen des Polymers bzw. Copolymers reagiert. Als in diesem Sinne besonders vorteilhaft haben sich Vernetzungsmittel herausgestellt, die aus der Gruppe beste-. hend aus: Aziridinen, Carbodiimiden und Polyisocyanaten ausgewählt sind. Die Vernetzungsmittel können einzeln oder in Kombination, und dabei in beliebigen Mischungsverhältnissen zueinander eingesetzt werden. Carbodiimide sind hierunter aufgrund ihrer guten Verfügbarkeit und sehr guten Dispergierbarkeit besonders bevorzugt.
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Eine besonders gute und engmaschige Vernetzung lässt sich vorteilhaft dadurch erzielen, dass die Gesamtmasse an Vernetzungsmittel, bezogen auf die Gesamtmasse des auf Acrylsäure basierenden Polymers und/oder Copolymers, 5 bis 20 Masse % und insbesondere 8 bis 15 Masse % beträgt. Ein hoher Vernetzungsgrad bei gleichzeitig sehr guter Dispergierbarkeit und damit auch hoher Stabilität des Oberflächenleimungsmittels bei Lagerung ist ferner durch die vorteilhafte Ausführungsform möglich, in der die Gesamtmasse an Vernetzungsmittel, bezogen auf die Gesamtmasse des Oberflächenleimungsmittels, 0,5 bis 2 Masse% und insbesondere 0,8 bis 1,2 Masse % beträgt.
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Ein besonders ausgewogenes Eigenschaftsprofil von Poren und Kapillaren schließenden Eigenschaften auf der einen Seite und hoher Bedruckbarkeit auf der anderen Seite bei gleichzeitig hoher Dispersionsstabilität des Oberflächenleimungsmittels kann vorzugsweise dadurch erzielt werden, dass ein Masseverhältnis des Polyvinylalkohols zu der Dispersion umfassend mindestens ein auf Acrylsäure basierenden Polymers und/ oder mindestens ein auf Acrylsäure basierenden Copolymers größer als 1 und insbesondere größer als 1,2 ist. Der Gehalt an Polyvinylalkohol in Masse % ist vorteilhaft auch deshalb höher als der Gehalt an auf Acrylsäure basierendem Polymer und/oder an auf Acrylsäure basierendem Copolymer, da hierdurch ein nahezu vollständiges Verschließen der Poren und Kapillaren gewährleistet werden kann, so dass eine porenfreie Oberfläche eines mit dem Oberflächenleimungsmittel behandelten Papiererzeugnisses erzielt werden kann, die auch vorteilhaft im Lichte der Ausbildung eines Haftgrunds für weitere Veredelungsschichten ist.
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Aufgrund der guten Verfügbarkeit, der guten Umweltverträglichkeit und der einfachen Handhabung besteht das Lösungsmittel vorzugsweise aus Wasser. Weitere, insbesondere mit Wasser bei Raumtemperatur beliebig mischbare Lösungsmittel können zugefügt werden. Hierzu zählen insbesondere niedermolekulare Alkohole wie Ethanol und Propanol, aber auch Ethylenglykole und Propylenglykole. Aus vorstehend genannten Gründen ist Wasser bevorzugt als alleiniges Lösungsmittel enthalten.
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Zur Verbesserung der Fließfähigkeit des Oberflächenleimungsmittels, wodurch das Füllen der Kapillaren und Poren eines Papiererzeugnisses erleichtert werden kann, beträgt die Gesamtmasse an Lösungsmittel, bezogen auf die Gesamtmasse des Oberflächenleimungsmittels, 75 bis 95 Masse%. Je niedriger dabei der Gehalt an Lösungsmittel ist, desto höher ist die Gefahr eines Absetzens bzw. eines Verblockens der Polymere des Oberflächenleimungsmittels, zum Beispiel während der Lagerung des Oberflächenleimungsmittels. Liegt jedoch die Gesamtmasse an Lösungsmittel bei mindestens 75 Masse%, kann ein Absetzen bzw. Verblocken sehr gut verhindert werden. Gehalte an Lösungsmittel von mehr als 95 Masse% können hingegen zum Abfließen des Oberflächenleimungsmittels vom Applikationsort führen und sind daher weniger bevorzugt. Besonders vorteilhaft im Lichte einer sehr guten Dispergierfähigkeit des Oberflächenleimungsmittels bei sehr guten Poren und Kapillaren füllenden Eigenschaften beträgt die Gesamtmasse an Lösungsmittel 80 bis 90 Masse %.
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Zur Verbesserung der filmbildenden Eigenschaften des Oberflächenleimungsmittels, und insbesondere zur Erhöhung der Elastizität eines unter Verwendung des Oberflächenleimungsmittels gebildeten Polymernetzwerks, und damit zur Verringerung der Rissbildungsneigung, enthält das Oberflächenleimungsmittel vorzugsweise ferner mindestens einen Weichmacher.
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Als Weichmacher kommen insbesondere kleinere Moleküle in Frage, die sich in das Polymernetzwerk integrieren bzw. zwischen die Polymerketten legen. Als besonders geeignet haben sich Weichmacher herausgestellt, die ausgewählt sind aus Polyalkoholen, wie insbesondere Glycerin. Darüber hinaus kommen Neopentylalkohol, Trimethylolpropan, Ethylenglykol, Di- und Triethylenglykol und Polyethylenglykol vorzugsweise zur Anwendung.
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Um einerseits die Elastizität des sich aus dem Oberflächenleimungsmittel bildenden Polymernetzwerks zu optimieren und andererseits die Bedruckbarkeit eines mit dem Oberflächenleimungsmittel behandelten Papiererzeugnisses nicht nachteilig zu beeinflussen, sowie auch um eine ausreichende Festigkeit des mit dem Oberflächenleimungsmittel behandeltem Papiererzeugnisses zu erzielen, beträgt vorteilhafterweise die Gesamtmasse an Weichmacher, bezogen auf die Gesamtmasse des Oberflächenleimungsmittels, 0,5 bis 10 Masse% und insbesondere 1,5 bis 5 Masse%.
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Das Oberflächenleimungsmittel zeichnet sich durch sehr gute Poren und Kapillaren von faserhaltigen Papiererzeugnissen füllende Eigenschaften und zudem durch eine sehr gute Bedruckbarkeit bzw. Verarbeitbarkeit mittels weiterer Applikationen aus. Hierzu ist es ferner von Vorteil, wenn die Gesamtmasse an Füllstoffen und Pigmenten, bezogen auf die Gesamtmasse des Oberflächenleimungsmittels, weniger als 3 Masse% und insbesondere weniger als 0,5 Masse% beträgt. Besonders bevorzugt enthält die Oberflächenleimung keine Füllstoffe und/ oder Pigmente.
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Ein weiterer erfindungsgemäßer Aspekt betrifft ein Papiererzeugnis. Das Papiererzeugnis ist mit dem vorstehend beschriebenen Oberflächenleimungsmittel ausgestattet, was bedeutet, dass mindestens ein Teil einer Oberfläche des Papiererzeugnisses mit dem Oberflächenleimungsmittel ausgestattet ist. Vorzugsweise ist das Papiererzeugnis vollständig, d.h. auf beiden Seiten des Papiererzeugnisses, mit dem Oberflächenleimungsmittel ausgestattet. Unter „ausgestattet“ ist auf die Oberfläche aufgebracht zu verstehen, insbesondere ein weiteres Eindringen in das Papiervolumen. Vorzugsweise wird das Papiererzeugnis mit der Oberflächenleimung imprägniert. Als Papiererzeugnis kommen sämtliche Papiere, insbesondere Sicherheitspapiere, wie Banknoten und dergleichen, in Frage. Ein Papiererzeugnis im Sinne der vorliegenden Erfindung ist hierbei insbesondere ein faserhaltiges Material, wobei als bevorzugte Fasern Cellulosefasern, insbesondere Baumwollfasern, zur Anwendung kommen. Aufgrund der Beschichtung des Papiererzeugnisses mit dem Oberflächenleimungsmittel, weist das Papiererzeugnis eine gute Festigkeit auf. Die Poren und Kapillaren des Papiererzeugnisses sind gefüllt, so dass im Wesentlichen keine Poren bzw. Kapillaren an der Oberfläche des Papiererzeugnisses freiliegen. Bei einer Messung der Luftdurchlässigkeit nach Bendtsen (ISO 5636-3) zur Bestimmung der Porosität weist das erfindungsgemäße Papiererzeugnis vorzugsweise eine Luftdurchlässigkeit von 10 bis 35 ml/min auf. Das Papiererzeugnis zeichnet sich damit durch eine ebene Oberfläche mit guter Oberflächenfestigkeit aus, die als sehr gute Haftgrundlage für eine aufzubringende Druckfarbe oder Veredelungsschicht dienen kann. Mit anderen Worten ist aufgrund des in bzw. an dem Papiererzeugnis ausgebildeten interpenetrierenden Polymernetzwerks aus Polyvinylalkoholketten und Ketten des auf Acrylsäure basierenden Polymers und/oder auf Acrylsäure basierenden Copolymers die Bedruckbarkeit des Papiererzeugnisses, beispielsweise mittels Farbdruck, bzw. die Applikationsfähigkeit einer Veredelungsschicht verbessert. Eine aufzubringende Farbe oder anderweitige Veredelungszubereitung kann auf die Fasern des Papiererzeugnisses aufziehen und dort dauerhaft verankern, verteilt sich aber nicht in etwaigen Poren oder Kapillaren, die im Wesentlichen mit Polyvinylalkohol gefüllt sind, so dass z.B. Farbkonturen scharf ausgebildet werden können. Insbesondere der aus dem mindestens einen auf Acrylsäure basierenden Polymer und/ oder auf Acrylsäure basierenden Copolymer bestehende Anteil des interpenetrierenden Polymernetzwerks verhindert zudem ein Auswaschen der aufgebrachten Farbe und/oder Veredelungszubereitung.
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Bezüglich der erfindungsgemäß erzielten Effekte, der Vorteile, vorteilhaften Eigenschaften und Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Papiererzeugnisses wird ergänzend Bezug genommen auf die Ausführungen zu dem erfindungsgemäßen Oberflächenleimungsmittel. Insbesondere finden die Vorteile, vorteilhaften Effekte und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Oberflächenleimungsmittels auch Anwendung auf das erfindungsgemäße Papiererzeugnis.
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Als weiterer erfindungsgemäßer Aspekt wird ein Verfahren zum Beschichten eines Papiererzeugnisses beschrieben. Das Verfahren umfasst einen Schritt des In-Kontakt-Bringens einer Oberfläche eines Papiererzeugnisses mit einem wie vorstehend offenbarten Oberflächenleimungsmittel. Das Oberflächenleimungsmittel kann dabei lediglich partiell oder aber vollflächig auf eine oder mehrere Oberflächen des Papiererzeugnisses aufgebracht werden. Das Verfahren zum Aufbringen des Oberflächenleimungsmittels ist nicht beschränkt. Beispielhaft kann das Papiererzeugnis mit dem Oberflächenleimungsmittel getränkt werden, oder aber das Oberflächenleimungsmittel wird auf das gewünschte Applikationsareal aufgepinselt oder aufgesprüht. Bevorzugt wird das Papiererzeugnis mit der Oberflächenleimung getränkt. Im Anschluss daran erfolgt ein Trocknen und Vernetzen des Oberflächenleimungsmittels, ggf. unter Einwirkung von Wärme. Das Vernetzen wird hierbei insbesondere auf das Bilden eines Polymernetzwerks des auf Acrylsäure basierenden Polymers und/oder des auf Acrylsäure basierenden Copolymers mit dem im Oberflächenleimungsmittel enthaltenen Vernetzungsmittel bezogen.
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Durch das Verfahren kann ein mit Oberflächenleimungsmittel beschichtetes Papiererzeugnis hergestellt werden, das sich durch eine hohe Festigkeit, geschlossene Poren und Kapillaren und eine sehr gute Bedruckbarkeit, beispielsweise in einem Farbdruckverfahren oder Veredelungsverfahren, auszeichnet. Das Verfahren ist dabei einfach, ohne hohen technischen Aufwand und damit auch kostengünstig umsetzbar.
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Ferner erfindungsgemäß wird auch die Verwendung eines wie vorstehend beschriebenen Oberflächenleimungsmittels zum Leimen einer Oberfläche eines Banknotenpapiers offenbart.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen noch weiter veranschaulicht. Die Beispiele sollen die Erfindung lediglich näher erläutern und sind in keiner Weise beschränkend zu verstehen.
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Beispiel 1 - Oberflächenleimungsmittel
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Aus den nachfolgenden Komponenten wurde durch Rühren bei Raumtemperatur eine homogene Dispersion hergestellt:
- 3 Masse% Polyvinylalkohol (PVA)
- 5 Masse% einer Dispersion eines auf Acrylsäure basierenden Copolymers
- 1,5 % Glycerin
- 1 % Vernetzungsmittel
- 89,5 % Wasser
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Als PVA wurde Poval 10/98 verwendet, das von Kuraray, Jp. hergestellt wurde. Als Dispersion umfassend ein auf Acrylsäure basierendem Copolymer wurde Acronal A 310 S verwendet, das von der BASF hergestellt wurde. Als Vernetzungsmittel wurde ein auf Carbodiimidbasis basierendes Vernetzungsmittel des Herstellers Stahl, Holland (Permutex XR-5577) verwendet. Glycerin fungiert als Weichmacher. Optional kann zusätzlich Harnstoff zugesetzt werden. Wasser diente als alleiniges Lösungsmittel.
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Die chemische Zusammensetzung des Oberflächenleimungsmittels konnte mittels FT-IR Spektroskopie analysiert werden, wobei im Wesentlichen Banden der Carbonylgruppen des auf Acrylsäure basierenden Copolymers und Banden der OH-Gruppen des Polyvinylalkohols ersichtlich waren.
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Beispiel 2 - Papiererzeugnis
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Das in Beispiel 1 hergestellte Oberflächenleimungsmittel wurde dazu verwendet ein Papier (hergestellt mittels Rundsieb, aus 100% Baumwollfasern, Flächengewicht 85 bis 95 g/m2) beidseitig zu beschichten. Die Verarbeitung des Oberflächenleimungsmittels war unproblematisch und die Applikation gleichmäßig ohne Tropfnasenbildung. Durch die Verwendung des Oberflächenleimungsmittels konnte ein niedriges Porositätsniveau des Papiers erzielt werden. Mit anderen Worten waren die Poren und Kapillaren des Papiers geschlossen. Ferner zeichnete sich das Papier durch eine sehr gute Festigkeit im Doppelfalztest und in Bezug auf eine einwirkende Bruchlast aus, was auch eine sehr gute Oberflächenfestigkeit belegte. Beim Doppelfalztest nach ISO 5626 (23°C und 50% relative Feuchte) ergaben sich längs mindestens 2500 und quer mindestens 1500, für die Bruchkraft ergaben sich längs mindestens 5,0 kN/m und quer mindestens 3,0 kN/m. Die Bedruckbarkeit war ebenfalls sehr gut.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4040347 C2 [0003]
- DE 000003742330 A1 [0004, 0005]
- DE 000003731434 A1 [0005]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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