DE3038573A1

DE3038573A1 - Aufzeichnungspapier

Info

Publication number: DE3038573A1
Application number: DE19803038573
Authority: DE
Inventors: Shigehiko Kamagaya Miyamoto; Yoshinobu Matsudo Watanabe
Original assignee: Mitsubishi Paper Mills Ltd
Current assignee: Mitsubishi Paper Mills Ltd
Priority date: 1979-10-15
Filing date: 1980-10-13
Publication date: 1981-04-23
Also published as: JPS5657177A; US4335184A; DE3038573C2; JPS6150795B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Aufzeichnungspapier, das für Aufzeichnungsverfahren, bei denen Druckfarbendüsen verwendet werden, geeignet ist. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Aufzeichnungspapier mit verbesserter Druckfarbenabsorption, verbesserter Verhinderung des Schmutzens durch nicht getrocknete Druckfarbe und einer Verbesserung hinsichtlich des Auslaufens von Druckfarben.

Aufgrund der Aufzeichnungsgeschwindigkeit, der Betriebskosten und der Vermeidung von Umweltstörungen haben in jüngerer Zeit Düsen-Druckfarben-AufZeichnungssysteme an Bedeutung gewonnen. Allerdings ist holzfreies Papier oder Papier mittlerer Qualität (ein Papier mit gemahlener Holzpulpe in einer Menge von 30 % oder weniger) wie es bisher auf dem Markt für Aufzeichnungspiere verwendet wird, nicht für die Verwendung in Aufzeichnungspapieren für Druckfarbendüsen geeignet. Für Papiermaterialien, die in Druckfarben-Düsenaufzeichnungsvorrichtungen verwendet werden, müssen die Druckfarbentröpfchen, die auf die Papieroberfläche geschleudert werden, schnell in die Papierschicht

130017/0836

eindringen, um ein Verwischen auf der Papieroberfläche zu vermeiden, wenn die frisch gedruckte Aufzeichnung unmittelbar nach dem Drucken gerieben wird (dieser Vorgang wird nachfolgend als Verschmutzung bezeichnet), und ausserdem sollen sich die Tintenpunkte auf der Papieroberfläche nicht ausbreiten, um ein Verwischen des Bildes während des Druckes zu vermeiden.

Wird ein handelsübliches, holzfreies Papier oder ein Papier mittlerer Qualität beschichtet, so wird dieses Papier im allgemeinen vor dem Beschichtungsvorgang in einem gewissen Grad einer Leimungsbehandlung mit einem geeigneten Leimungsmittel unterworfen, um einen Abfall der Papierfestigkeit aufgrund der Befeuchtung und des Eindringens des BeSchichtungsmittels zu vermeiden, und auch um eine Wanderung des Überzugs zu verhindern. Infolgedessen ist das beschichtete Papier in einem gewissen Masse gegen die Absorption von Druckfarbe und gegen das Auslaufen beständig.

Bei den Aufzeichnungseigenschaften von Papier liegen unvereinbare Beziehungen insofern vor, als einerseits eine Beziehung zwischen der Druckfarbenabsorptionsfähigkeit und dem Auslaufen und andererseits dem Verschmutzen besteht. Bei einer Erhöhung der Druckfarbenabsorptionsfähigkeit erhöht sich das Auslaufen, während bei einer Verminderung der Druckfarbenabsorptionsfähigkeit zum Verbessern des Auslaufens eine Erhöhung der Verschmutzung eintritt. Verwendet man gewöhnliches holzfreies Papier oder Papier mittlerer Qualität, das nicht für spezielle Zwecke beabsichtigt ist, als Aufzeichnungspapier, so ist die Auflösungskraft des aufgezeichneten Bildes unbefriedigend. Bei einer polychromatischen Aufzeichnung haften Tröpfchen unterschiedlicher Farben auf dem gleichen Fleck,und wenn die früheren Tröpfchen noch nicht vollständig von dem Papier

130017/0836

038578

absorbiert sind, treffen die nachfolgenden Tröpfchen auf eine gesättigte Fläche auf, und dadurch ergibt sich ein Druckfarbenfluss, welcher die Bildqualität verschlechtert. Man hat versucht, diese Schwierigkeit durch eine Verbesserung der Druckfarbenabsorptionsfähigkeit zu überwinden, jedoch hat man hierbei nur geringe Erfolge erzielt. Eine zu grosse Erhöhung der Druckfarbenpenetration bewirkt andererseits den Nachteil eines verwaschenen Bildes.

Erfindungsgemäss wurde nun festgestellt, dass die Aufzeichnungseigenschaften von Aufzeichnungspapier, wie die Druckfarbenabsorptionsfähigkeit, das Verlaufen von Druckfarbenpunkten und das Verschmutzen von Druckfarbenpunkten in grossem Masse von dem Leimungsmittel, dem Fixiermittel und dein in dem Aufzeichnungspapier enthaltenen Füllstoff abhängig ist= Weitere ausführliche Untersuchungen über die Auswahl und die Anwendungstechnik der Leimungsmittel haben zu der vorliegenden Erfindung geführt_? die ein Aufzeichnungspapier mit verbesserter Bildqualität zur Verfügung stellt, welches aus einem Grundpapier besteht,, dessen Kaltwasserextrakt einen pH von 5,0 bis 10_y und vorzugsweise von 6,5 bis 9,0 aufweist, und auf dem sich eine Überzugsschicht, enthaltend ein verseiftes Petrolharz-Leimungsmittel, befindet» Vorzugsweise verwendet man ein im wesentlichen vollständig von einem ' Fixiermittel freies Basispapier„ Der pH-Wert des Kaltwasserextraktes ist der Wert des Extraktes, den man erhält, wenn man eine Probe mit kaltem Wasser extrahiert gemäss JIS P 8133_O

Die üblichen Überzugsmaterialien für die Oberflächenleimung r-oT: Papier sehliessen Gelatine, Proteine, Stärke, Stärke-

derivate und Cellulosederivate und synthetisches Leimungsmittel, wie Polyvinylalkohol, Polyacrylamide, Styrol-Maleinsäure-Copolymere, Petrolharz-Leimungsmittel und cellulosereaktive Leimungsmittel ein. Die erfindungsgemäss verwendeten

130017/0838

Petrolharz-Leimungsmittel sind bekannt. Die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung wird jedoch nur gelöst unter Verwendung von verseiften Petrolharzen als Oberflächenleimungsmittel auf dem Basispapier, welches vorzugsweise ungeleimt und frei von Fixiermitteln ist. Diese Art von Petrolharz weist die Druckfarbenaufnahmefähigkeit beim erfindungsgemässen Aufzeichnungspapier auf, die man nicht erhalten kann mit Leimungsmittel von emulsionsartigen Petrolharzen sowie allen anderen bekannten natürlichen oder synthetischen Leimungsmitteln · Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein im wesentlichen ungeleimtes Basispapier, welches kein Fixiermittel enthält, verwendet, weil man dann die besten Abbildungsqualitäten erzielt. Der Verseifungsgrad des verseiften Petrolharzes kann so eingestellt werden, dass man Wasserlöslichkeit und eine für das Verfahren geeignete Viskosität erzielt, wobei ein Verseifungsgrad von . 50 oder mehr im allgemeinen geeignet ist„ Die Zugabe eines Fixiermittels, wie Aluminiumsulfat, vermindert den pH des Basispapiers und bringt aktive Aluminiumionen ein, die mit dem verseiften Petrolharz reagieren können und dann ein hydrophobes Petrolharz bilden, welches nun wiederum nicht nur die Druckfarbenaufnahmefähigkeit, vermindert, sondern in einigen Fällen auch eine Verfärbung und Koagulierung der Druckfarbe bewirkt. Deshalb verwendet man vorzugsweise ein ungeleimtes und von Fixiermittel freies Basispapier. Der vorerwähnte pH-Abfall kann jedoch vermieden werden durch gleichzeitige Anwendung von Aluminiumsulfat und Alkali, z.B. Natriumhydroxid, oder durch gleichzeitige Anwendung von Natriumaluminat und Aluminiumsulfat; durch eine solche Neutralisierungsbehandlung wird im wesentlichen die Bildung von aktiven Aluminiumionen unterdrückt. Die Verwendung eines Basispapiers, das frei von aktiven Aluminiumionen ist, ist in die vorliegende Erfindung eingeschlossen.

130017/0836

Der genaue Grund für die Überlegenheit eines verseiften Petrolharzes gegenüber solchen auf Emulsionsbasis als Leimungsmittel bei dem, vorliegenden Aufzeichnungspapier ist nicht bekannt. Es scheint jedoch so zu sein, dass im Vergleich zu einem verseiften Petrolharz-Leimungsmittel ein emulsionsartiges Leimungsmittel hydrophober ist und einen höheren Leimungsgrad ergibt, selbst wenn man es beispielsweise zum Leimen eines ungeleimten und fixiermittelfreien Grundpapiers verwendet, und dadurch wird eine Verminderung des Auslaufens von Druckfarbenpunkten und gleichzeitig eine Verminderung der Eindringung der Druckfarbe in die Papierschicht bewirkt, was wiederum eine erhöhte Verschmutzung ergibt, während ein verseiftes Leimungsmittel sowohl hydrophobe als auch hydrophile Gruppen in geeigneter Verteilung aufweist, und dann das Auslaufen verhindert, ohne die Eindringung der Druckfarbe zu stören. Tatsächlich ist die Leimungswirkung von verseiftem Leimungsmittel ganz ausserordentlich unterschiedlich von der eines Leimungsmittels auf Emulsionsbasis.

Das verseifte Petrolharz-Leimungsmittel wird bei dem erfindungsgemässen Aufzeichnungspapier vorzugsweise in einer Menge von 0,2 bis 2,0%,bezogen auf die Feststoffe in der Pulpe, verwendet. Obwohl die Obergrenze nicht genau bestimmbar ist, ist die Anwendung einer zu grossen Menge hinsichtlich der Wirkung und aus wirtschaftlichen Gründen bedeutungslos. Die Verwendung einer zu geringen Menge reicht nicht aus, um die Druckfarbenabsorptionsfähigkeit bei einem ungeleimten Grundpapier zu bewirken. Der obige Bereich der anzuwendenden Mengen des Leimungsmittels auf Basis eines Petrolharzes bezieht sich auf das Grundpapier mit einem Gewicht von 60 g/m?, wie es im nachfolgenden Beispiel 1 verwendet wird.

1300 17/0836

Das Petrolharζ-Leimungsmittel wird vorzugsweise in einer Menge von 0,10 bis 1,05 g/m²,bezogen auf die Feststoffe, angewendet, aber es kann auch ausserhalb dieses Bereiches angewendet werden, wenn das Grundgewicht des Papiers besonders gross oder klein ist. Es ist deshalb selbstverständlich, dass man die Menge des Petrolharz-Leimungsmittels in oder ausserhalb des oben genannten Bereiches unter Berücksichtigung des Zweckes, des Grundgewichtes, der Dicke und dergleichen des Aufzeichnungspapiers auswählt. Das hier genannte verseifte Petrolharz-Leimungsmittel ist ein Produkt, wie man es im allgemeinen erhält, indem man eine α,ß-ungesättigte Carbonsäure oder -anhydrid in ein Polymerisat oder in ein modifiziertes Polymerisat einer C,-C* ..-Fraktion eines Naphtha-Crack-Produktes einführt und die polaren Gruppen dann verseift. Solche Leimungsmittel sind als Handelsprodukte erhältlich, z.B. unter dem Handelsnamen Coropal P-110S£3

(S (Seiko Kagaku Co.) und Homosize 900RS (Kindai Kagaku Co.).

Füllstoffe und die Überzugskomponenten, die zusammen mit dem verseiften Petrolharz-Leimungsmittel verwendet werden, werden nachfolgend beschrieben. Geeignete Füllstoffe für das erfindungsgemässe Aufzeichnungspapier sind Ton, Talkum, gemahlener Kalkstein, gefälltes Calciumcarbonat, Siliciumdioxid, Aluminiumhydroxid, Titanoxid und organische Substanzen, wie Harnstoff-Formaldehydharze. Ein Basispapier, in dem 1 bi!s 30%,vorzugsweise 5 bis- 20%, bezogen auf die Pulpe, an gefall- ^: tem Calciumcarbonat oder gemahlenem Kalkstein eingebracht sind, ist besonders als Basispapier zur Herstellung des erfindungsgemässen Aufzeichnungspapiers geeignet.

Andere Komponenten, die in der Oberflächenbeschichtungszusammensetzung verwendet werden können, sind oxidierte '* Stärke, modifizierte Stärke und Stärkederivate, Polyvinylalkohol, Natriumalginat, Carboxymethylcellulose, andere
wasserlösliche Cellulosederivate, Casein und Gelatine. Diese

130017/0838

Überzugskomponenten können in Kombination mit CaIciumcarbonat, kolloidaler Kieselsäure, Titanoxid und anderen Pigmenten verwendet werden. Calciumcarbonat wird in dem Fall besonders bevorzugt, bei dem der pH des Kaltwasserextraktes des Grundpapiers im schwachsauren Bereich ist. Die Menge an Calciumcarbonat auf der Papieroberlfäche liegt zwischen 0,2 bis 30 und vorzugsweise bei 1 bis 20 g/m², bezogen auf die Feststoffe.

Die Überzugszusammensetzung, welche das verseifte Petrolharz enthält, wird auf das Grundpapier mittels einer üblichen Leimungspresse, Leimungswanne, Kalanderleimungsvorrichtung, Walzenbeschichtungsvorrichtung, durch Luftmesserbeschichtung oder mit anderen BeSchichtungsvorrichtungen aufgetragen. Die Mitverwendung eines hydrophoben synthetischen Harzemulsion mit.hoher Filmbildungsfähigkeit in der Beschichtungszusammensetzung muss vermieden werden, damit die Druckfarbenabsorptionsfähigkeit nicht gehindert wird. Ein so hergestelltes Aufzeichnungspapier hat als Papiereigenschaft einen niedrigen Leimungsgrad und weist vorteilhafte Verbesserungen hinsichtlich der Druckfarbenabsorptionsfähigkeit, des Auslaufens und der Verschmutzung auf, was die Bildqualität insgesamt verbessert.

Die Erfindung wird ausführlich in den Beispielen erläutert. Beispiel 1

In diesem Beispiel wird die Veränderung der Bildqualität bei Verwendung unterschiedlicher Leimungsmittel gezeigt.

Zu einer Pulpenaufschlämmung (LBKP: gebleichte Kraftpulpe von Hartholz) mit einer Canadian-freeness (Mahlungsgrad) von 380 ml werden 15 Gew.-%, bezogen auf die Pulpe, gefälltes

1300 17/0836

Calciumcarbonat und 0,5 Gew.-%, bezogen auf die Pulpe, Cato 2^ (ein kationisches Stärkederivat der National Starch and Chemical Corp.) als Papierverfestigungsmittel sowie als Retentionshilfe gegeben. Der so hergestellte Papierrohstoff wurde zu einem Papier von 60 g/m² Grundgewicht mittels einer Fourdrinier-Pilot-Papiermaschine verarbeitet, wobei man ein Grundpapier erhielt, dessen pH bei Kaltwasserextraktion 8,3 betrug. Die Überzugszusammensetzung, die in Tabelle 1 gezeigt wird, enthielt die Leimungsmittel Nr. 1 bis 5, die jeweils auf das Grundpapier in einer Menge von 0,26 g/m², bezogen' auf die Feststoffe, mittels einer Leimungspresse unter Bildung verschiedener Typen des Aufzeichnungspapiers aufgetragen wurden. Auf den jeweiligen Proben des Aufzeichnungspapiers wurden Punkte mit einer Druckfläche von 0,08 mm² eingedruckt. Die Ergebnisse werden in Tabelle 1 gezeigt, wo der Grad des Auslaufens angegeben wird als Verhältnis (in %) der Druckfläche der Anfangsfläche (0,08 mm²} der Punkte.

130017/0836

Tabelle

Leimungsmittel

Stoekigt-

Leimungsgrad

(Sekunden)

Grad des Auslaufens

Schmutzen

1 Beisp.1· Verseiftes Petrolharz

1,4

220

nein

	2	Vergl.	Styrol-Maleinsäuretyp
		Beisp.	Styrolacryltyp
co	3	Il	Acryltyp
σ	4	Il	Polyacrylamid
	5	Il	keines
	6	Il
CD
OO

1,9

0,5

160	Da
320	ja
500	nein
1600	nein
2000	nein

O CjO OO

Aus Tabelle 1 wird ersichtlich, dass nur gemäss Beispiel 1, bei dem ein Petrolharz-Leiraungsmittel gemäss der Erfindung verwendet wurde, ein Aufzeichnungspapier erhalten wird, das sowohl gegen Auslaufen als auch gegen Verschmutzen beständig

Beispiele 2 und 3

Das gleiche Basispapier wie in Beispiel 1 wurde mit einer Zusammensetzung aus 8 Teilen oxidierter Stärke, einem Teil des jeweils in Tabelle 2 angegebenen Petrolharz-Leimungsmittel und 91 Teilen Wasser mittels einer Leimungspresse in einer Menge von 3,6 g/m², bezogen auf die Feststoffe, beschichtet, wobei verschiedene Proben von Aufzeichnungspapier erhalten wurden. Die Ergebnisse der Versuche, die wie in Beispiel 1 durchgeführt wurden, werden in Tabelle 2 gezeigt.

130017/0836

Tabelle 2

Vergl. Beisp.

Petrolzarζ-Leimungsmittel

Beisp.2 verseiftes Petrolharz A Beisp.3 verseiftes Petrolharz B

Emulsions-Petrolharz C Emulsions-Petrolharz D Emulsions-Petrolharz E Stoekigt-Leimungsgrad (Sekunden)

Grad des

Auslaufens

Schmutzen

1,8 3,0

(Seiko Kagaku Co.) (Kindai Kagaku Co.)

Anmerkung: A: Coropal P 110SS
B: Homosize 900SS
C: Homosize 900 " D: Pearl Gum E (Seiko Kagaku Co.) E: Aporon N (Hamano Kogyo Co.)

180 176

nein nein

17,2	160	Da	_^
12,9	180	ja	ω
8,2	190	ja	I

Aus Tabelle 2 wird ersichtlich, dass bei Verwendung eines sogenannten Emulsions-Petrolharz-Leimungsmittel mit niedrigem Verseifungsgrad ein unbrauchbares Aufzeichnungspapier wegen des hohen Leimungsgrades erhalten wird, das eine erhöhte Schmutzung aufweist, während bei Verwendung von verseiften Typen gemäss der Erfindung gute Ergebnisse erzielt werden, nämlich keine Verschmutzung und ein Auslaufen der gedruckten Punkte auf eine Minimalfläche beschränkt werden konnte.

Beispiel 4

Eine Aufschlämmung eines Papierrohstoffes wurde hergestellt durch Vermischen von 80 Gew.-% einer Pulpe (LBKP) mit einer Canadian-freeness (Mahlungsgrad) von 350 ml und 20 Gew.-% einer Pulpe (NBKP-gebleichte Kraftpulpe von Weichholz) mit einer Canadian freeness von 450 ml und Zugabe von 1 % kationischer Stärke als Papierfestigungsmittel·. Papier wurde aus dieser Grundmasse auf der gleichen Papiermaschine, wie in Beispiel 1 verwendet..hergestellt, wobei man ein Grundpapier von 60 g/m² Grundgewicht mit einem Kaltwasserextrakt mit einem pH von 5,5 erhielt. Für Vergleichszwecke wurden zu dem obigen Papieransatz 3 % Aluminiumsulfat gegeben und die entstandene Aufschlämmung (pH 4,2) wurde zu einem anderen Papier verarbeitet, das bei der Kaltwasserextraktion einen pH von 4,2 aufwies. ;

Auf das Grundpapier wurde in einer Menge von jeweils 9 g/m², bezogen auf die Feststoffe, eine Überzugszusammensetzung (21 % Feststoffgehalt) aus 10 Teilen ausgefällten Calciumcarbonat, 10 Teilen oxidierter Stärke und einem Teil verseiftes Petrolharz-Leimungsmittel (Coropal P 11022 ) aufgetragen. Diese so beschichteten Papiere wurden als Aufzeichnungspapiere verwendet und es wurden die gleichen Untersuchungen wie in Beispiel 1 durchgeführt. Die erzielten Ergebnisse werden in Tabelle 3 gezeigt.

130017/0836

Tabelle 3

Basispapier

Oberflächen-Leimungsmittel

Stoekigt- Grad des Schmutzen Leimungsgrad Auslau-(Sekunden) fens (%)

Beisp. 4 Papier ohne Aluminium- verseiftes Petrol- 1,5 190 nein sulfat harz

Vergleichsbeisp. saures Papier

verseiftes Petrol- 21,0 harz

155

Aus Tabelle 3, geht hervor, dass bei einem beschichteten Papier aus einem Grundpapier, das ein Fixiermittel, wie Aluminiumsulfat enthält, der pH des Kaltwasserextraktes auf 5,0 oder darunter absinkt, und dass das entstandene beschichtete Papier nicht geeignet ist als Aufzeichnungspapier für Düsendruckfarben-Auftrag, weil zwar das Auslaufen ausreichend vermindert wird, aber der Verschmutzungsgrad der Druckfarbenpunkte nicht akzeptabel ist.

Claims

HOFFMANN · 131X1,23 & PARTNER 3 Q 3 P 5 7 3

DR. ING. E. HOFFMANN (1930-1976) . D! PL.-! N G. W. EITLE · D R. R ER. N AT. K. H O FFMAN N · D IFL.-] N G. W. LEHN

DIPL.-ING. K. FOCHSLE · DR. RER. NAT. 3. HANSEN ARABELLASTRASSE 4 · D-8000 M 0 N CH EN 81 · TELE FON (069) 911087 · TELEX 05-25619 (PATH E)

34 087 o/fg

Mitsubishi Paper Mills, Ltd., Tokyo / Japan

Aufzeichnungspapier

Patentansprüche

J. Aufzeichnungspapier mit verbesserter Bildwiedergabequalität, dadurch gekennzeichnet , dass es ein Basispapier, dessen Kaltwasserextrakt einen pH von 5,0 bis 10,0 aufweist und darauf verteilt eine Überzugsschicht aus einem . verseiften Petrolharz-Leimungsmittel enthält.
2. Aufzeichnungspapier gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass der pH des Kaltwasserextrakts des Basispapiers 6,5 bis 9,0 beträgt.
3. Aufzeichnungspapier gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass das Basispapier im wesentlichen kein Leimfixierungsmittel enthält.

130017/0836
4. Aufzeichnungspapier gemäss Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , dass das Basispapier im wesentlichen kein Leimungsmittel enthält»
5. Aufzeichnungspapier gemäss Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet , dass die aufgetragene Menge der überzugsschicht 0,10 bis 1,04 g/m² an verseiftem Petrolharz-Leimungsmittel beträgt.
6. Aufzeichnungspapier gemäss Ansprüchen 1 oder 3, dadurch
gekennzeichnet , dass das Basispapier Calciumcarbonat als Füllstoff enthält.
7. Aufzeichnungspapier gemäss Anspruch 6, dadurch g e k e η η zeichnet , dass das Basispapier 1 bis 30 Gew.-%, bezogen auf die Pulpe, Calciumcarbonat enthält.
8. Aufzeichnungspapier gemäss Anspruch 7, dadurch g e k e η η zeichnet , dass das Basispapier 5 bis 20 Gew.-%,
bezogen auf die Pulpe, Calciumcarbonat enthält-
9. Aufzeichnungspapier gemäss Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet , dass die Überzugsschicht Calciumcarbonat enthält. '
10. Aufzeichnugnspapier gemäss Anspruch 9, dadurch g e k e η η zeichnet, dass der Calciumcarbonatgehalt in der Überzugsschicht 0,2 bis 30 g/m² beträgt.
11. Verwendung eines Aufzeichnungspapiers gemäss Anspruch 1 für ^ Aufzeichnungen mit Druckfarbendüsen.

130017/0836