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Verfahren zum Streichen von Papier und Karton
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Papier und Karton werden bekanntlich mit wäßrigen Streichmassen gestrichen,
die pro 100 Gew.-Teile eines Streichpigments 4 bis 40 Gew.-Teile mindestens eines
natürlichen und/oder synthetischen Bindemittels enthalten. Je nach gewünschter Papierqualität
wird die Oberfläche des Papiers ein- oder mehrmals gestrichen. Durch das Auftragen
der Streichmassen auf die Oberfläche von Papier oder Karton erreicht man eine Glättung
der Oberflächen der beschichteten Substrate und gleichzeitig damit auch eine Veränderung
anderer Eigenschaften des Papiers bzw. des Kartons, z.B.
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der Druckfarbenaufnahme, der Bedruckbarkeit, der Opazität und des
Glanzes. Besonderer Aufmerksamkeit wird der Bedruckbarkeit des Papiers beigemessen,
weil die Qualitätsanforderungen an das Papier aufgrund der ständig gesteigerten
Geschwindigkeit beim Drucken laufend zugenommen haben.
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Außerdem ist es erwünscht, Papiere eines möglichst geringen Flächengewichts
zu bedrucken.
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Trägt man eine wäßrige Papierstreichmasse auf die Oberfläche des
Papiers bzw. des Kartons auf, so kommt es auch bei einem gleichmäßigen Auftrag der
wäßrigen Papierstreichmasse auf das Papier zu einer unterschiedlichen Penetration
der Papierstreichmasse in das Papier. Besonders bei Rohpapieren mit einer geringen
Flächenmasse, z.B. 30 bis 60 g/m , beobachtet man häufig ein Durchschlagen der Streichfarbe
durch das Papier. Hierdurch kommt es zu Abrissen des Papiers während des Streichens.
Da außer der Penetration die Migration der wäßrigen Papierstreichmassen im Papier
wegen der Unebenheiten im Papier zu einem ungleichmäßigen Pigmentstrich führt, läßt
die Bedruckbarkeit der Papiere noch zu wünschen übrig.
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Aus der DE-AS 27 55 189 ist es bekannt, zur Ausbildung geschlossener
und festhaftender Lackschichten aus UV- oder Elektronenstrahl-härtbaren Lacken auf
inhomogenen, insbesondere teilweise bedruckten Substratoberflächen aus Papier, Karton,
Holz oder Metall, die zu beschichtenden Oberflächen vor dem Lackauftrag mindestens
einer einmaligen Koronaentladung auszusetzen. Bei diesen Lacken handelt es sich
jedoch um wasserfreie, fotopolymerisierbare, Monomere enthaltende Zubereitungen,
die erst nach ihrer Applikation auf den Träger zu einer geschlossenen Lackschicht
polymerisiert werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Streichen von Papier
und Karton zur Verfügung zu stellen, nach dem es möglich ist, wäßrige Papierstreichmassen
möglichst gleichmäßig auf die Oberfläche von Papier oder Karton aufzubringen. Die
Penetration und Migration der wäßrigen Papierstreichmasse in das zu beschichtende
Substrat soll weitgehend zurückgedrängt sein, so daß man die Bedruckbarkeit und
das Blisteringverhalten des Papiers verbessert.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren zum Streichen
von Papier und Karton durch Aufbringen einer wäßrigen Papierstreichmasse, die pro
100 Gew.-Teile eines feinteiligen Pigments 4 bis 40 Gew.-Teile mindestens eines
natürlichen und/oder synthetischen Bindemittels enthält, auf die Oberfläche des
Papiers oder Kartons dadurch gelöst, daß man das Papier oder den Karton zunächst
einer Koronaentladung unterwirft und danach die wäßrige Streichmasse in bekannter
Weise aufbringt. Die Behandlung des Papiers mittels Koronaentladung erfolgt vorzugsweise
in einer Papiermaschine oder Streichmaschine vor dem AuStragssystem.
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tBeit Auftrag einer wäßrigen Papierstreichmasse auf ein Paier, das
einer Koronaentladung unterworfen wurde, beobachtet man überraschenderweise eine
ausgeprägte Immobilisierung der wäßrigen Papierstreichmasse, so daß im Gegensatz
zum unbehandelten Papier kein Durchschlagen der wäßrigen Papierstreichmasse erfolgt
und aufgrund der Immobilisierung keine störende Migration der wäßrigen Papierstreichmasse
eintritt.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden beispielsweise Rohpapiere
veredelt, die entweder ungeleimt oder geleimt sind. Die Papiere können ungestrichen
oder pigmentiert bis vorgestrichen sein, sie können holzhaltig oder auch holzfrei
sein. Das Rohpapier kann auch direkt aus einer Papiermaschine stammen, dann einer
Koronabehandlung unterworfen und anschließend gestrichen werden. Das Gewicht der
unge-2 strichenen Rohpapiere beträgt 30 bis 240 g/m2. Vorzugsweise werden diejenigen
Rohpapiere, die entweder geleimt oder geleimt sein können, gestrichen, deren Flächenge
2 wicht bei 30 bis 6o g/m liegt.
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Die Behandlung von Papier und Karton mit einer Koronaentladung kann
in den üblichen, im Handel erhältlichen Koronaentladungsanlagen vorgenommen werden.
Solche Anlagen sind beispielsweise aus der obengenannten DE-AS 27 55 189 bekannt,
weitere Koronaentladungsvorrichtungen sind aus den deutschen Patentschriften 1 779
023 und 1 941 096 sowie der DE-AS 25 40 681 bekannt. Vorzugsweise werden solche
Anlagen direkt in die Papiermaschine oder in die Streichmaschine vor dem Streichaggregat
eingebaut, so daß die Papierbahn über die gesamte Breite einer Koronaentladung ausgesetzt
werden kann. Die Papierbahn läuft dabei zweckmäßigerweise um eine geerdete Walze,
die mit einem Dielektrikum versehen ist.Oberhalb der Papierbahn befindet sich die
Behandlungs-Elektrode, die in unterschiedlichen-Formen
ausgeführt
sein kann. Danach erfolgt dann der Auftrag des Pigmentstrichs auf die einer Coronabehandlung
unterworfene Papierbahn.
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Die Koronabehandlung der Substrate kann auch so durchgeführt werden,
daß man das Papier von einer Rolle abnimmt, durch eine Entladungsvorrichtung laufen
läßt und wieder aufwickelt. Das so behandelte Papier behält über einen längeren
Zeitraum, z.B. 4 bis 5 Wochen, die Fähigkeit, wäßrige.Papierstreichmassen zu immobilisieren.
Führt man die mit Koronaentladung behandelte Papierbahn jedoch huber mehrere Rollen,
so gehen die durch die Koronaentladung erzeugten positiven Eigenschaften für den
Strichauftrag verloren. Die Koronabehandlung des Papiers oder Kartons kann einmal
oder auch mehrmals durchgeführt werden. Die auf das Papier aufgebrachte Energie
soll mindestens 10 mWs/cm2 betragen. Vorzugsweise behandelt man das Papier mit 20
bis 40 mWs/cm2. Man hat so die Möglichkeit, durch änderung der Stärke der Koronaentladung,
direkt Einfluß nehmen zu können auf das Penetrations- und Migrationsverhalten von
wäßrigen Papierstreichmassen im so behandelten Substrat. Die Stärke der Koronabehandlung
kann somit den jeweiligen Erfordernissen leicht angepaßt werden.
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Falls ein zweiter Pigmentstrich erforderlich sein sollte, empfiehlt
es sich, das Papier vor dem Streichen wiederum einer Koronaentladung zu unterwerfen.
Sofern auch die Rückseite des Substrats mit einem Pigmentüberzug versehen werden
soll, so ist diese Seite getrennt von der anderen einer Koronaentladung zu unterwerfen
und danach zu beschichten.
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Die mit einer Koronaentladung vorbehandelten Substrate aus Papier
und Karton werden mit einer wäßrigen Papierstreichmasse gestrichen. Hierzu werden
die in der Technik ilbll-
9 cheh Papierstreichaggregate verwendet,
z.B. Bürsten-, Luftbürsten-, Walzen- oder Rakelstreichanlagen. Der Strichauftrag
auf das Papier bzw. den Karton beträgt 5 bis 30, vor-2 zugsweise 7 bis 12 g/m2 und
Seite.
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Die Papierstreichmassen enthalten auf 100 Gew.-Teile eines feinteiligen
Pigments 4 bis 40, vorzugsweise 5 bis 15 Gew.--Teile eines Binders. Feinteilige
Pigmente sind beispielsweise die unterschiedlichsten Clay-Sorten, Kalziumcarbonat,
Talkum, Kaolin und Titandioxid. Als Bindemittel in Papierstreichmassen kommen sowohl
Produkte auf Basis von Naturstoffen in Betracht, wie Kasein, Stärke, Protein und
Carboxymethylcellulose als auch synthetische Bindemittel oder Mischungen aus synthetischen
und natürlichen Bindemitteln. Solche Bindemittelmischungen sind beispielsweise aus
der US-PS 3 081 189 bekannt. Aus dieser Literaturstelle ist ebenfalls bekannt, Mischungen
aus einem alkalilöslichen und einem alkaliunlöslichen Latex als alleiniges synthetisches
Bindemittel für Papierstreichmassen zu verwenden.
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Weitere geeignete synthetische Bindemittel sind beispielsweise carbóxylierte
Styrol-Butadien-Latices, die beispielsweise aus der US-PS 3 399 080 bekannt sind.
Eine weitere wichtige Gruppe von synthetischen Latices sind Mischpolymerisat-Latices
auf Basis von Acrylaten, z.B. Copolymerisate aus Styrol und Alkylacrylaten, die
gegebenenfalls weitere Monomere, wie Acrylamid, Methacrylamid oder Acrylsäure und/oder
Methacrylsäure einpolymerisiert enthalten.
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TJm die Wasserretention der synthetischen Binder zu erhöhen, verwendet
man sie in Mischung mit Verdickungsmitteln, d.h. Copolymerisaten auf Basis von Acrylsäure
oder Methacrylsäure, die in Alkalien löslich bzw. quellbar sind, wobei die Viskosität
des wäßrigen Systems stark ansteigt.
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Solche Copolymerisate bestehen vorzugsweise aus 15 bis
'55
Gew.% Acryl- und/Dder Methacrylsäure, die gegebenenfalls bis 10 Gew.% Acrylamid
und/oder Methacrylsäureamid und 85 bis 45 Gew.% anderen, wasserunlö3liche Homopolymerisate
bildenden Monomeren, wovon mindestens 20 Gew.%, bezogen auf die hydrophoben Monomeren,
Ester der Acrylsäure und/oder Methacrylsäure mit Alkoholen sind, die 1 bis 4 Kohlenstoffatome
aufweisen. Bindemittelmischungen der genannten Art sind beispielsweise aus der DEPS
1 696 163 und 1 546 316 bekannt.
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Weitere Bestandteile der wäßrigen Papierstreichmasse sind Dispergiermittel,
z.B. Polyphosphate oder niedrigmolekulare Polyacrylsäuren mit einem K-Wert nach
Fikentscher von 10 bis 30 (gemessen in 5 %iger Kochsalzlösung bei einer Temperatur
von 200C). Die Dispergiermittel werden in einer Menge von 0,01 bis zu 1 Gew.% eingesetzt.
Die Papierstreichmassen können außerdem Calciumstearat und optische Aufheller in
den üblichen Mengen enthalten. Durch Zugabe von Alkali, z.B. in Form von Ammoniak
oder Natronlauge, wird der pH-Wert der Papierstreichmassen auf 6 bis 12, vorzugsweise
6,5 bis 8,5, eingestellt. Der Feststoffgehalt der wäßrigen Papierstreichmassen beträgt
35 bis 70, vorzugsweise 50 bis 65 Gew.%.
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Die in den Beispielen angegebenen Teile sind Gew.-Teile, die Angaben
in Prozent beziehen sich auf das Gewicht der Stoffe.
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Beispiel 1 Ein holzhaltiges ungeleimtes Rohpapier vom Flächengewicht
LLO g/m2 wurde einer Blade-Streicheinrichtung zugeführt, in der vor dem Streichkopf
eine Vorrichtung filr eine Koronabehandlung eingebaut war. Die Behandlungselektrode,
die in Form einer Schiene ausgebildet war, überdeckte die gezahnte
Seite
der Papierbahn. Die Streicheinrichtung wurde mit einer Geschwindigkeit des Papiers
von 800 m/min betrieben.
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Das Rohpapier wurde innerhalb der Streichmaschine mit einer Intensität
von 20 mWs/cm2 behandelt. Es lief über eine Walze, die mit einem Dielektrikum beschichtet
war, und 2 wurde dann mit 10 g/m auf der der Koronabehandlung ausgesetzten Seite
mit einer Streichfarbe folgender Zusammensetzung beschichtet: 100 Teile English-Clay
0,2 Teile einer handelsüblichen niedrigmolekularen Polyacrylsäure als Dispergiermittel
Teile eines Copolymerisats aus 53 % Styrol, 43 % n-Butylacrylat und 4 % Acrylsäure
1 Teil eines Copolymerisats aus 40 ß Acrylsäure und 60 % Ethylacrylat 1,5 Teile
Calciumstearat.
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Die wäßrige Präparation wurde durch Zugabe von 0,1 Teilen Natronlauge
auf einen pH-Wert von 8 eingestellt. Die Viskosität der Papierstreichmasse betrug
850 m.Pas (gemessen mit dem Brookfield-Viskosimeter bei 100 Üpm). Der Feststoffgehalt
der wäßrigen Streichmasse lag bei 58,2 %.
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Nach dem Beschichten wurde das Papier getrocknet und aufgewickelt.
Danach erfolgte eine Satinage bei einem Liniendruck von 200 kN/m und einer Walzentemperatur
von 700C.
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Man erhielt ein fleckenfreies Tiefdruckpapier mit einem 2 Flächengewicht
von 56 g/m2.
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Um die Qualität des so hergestellten Papiers zu beurtei len, wurde
die Bedruckbarkeit im Tiefdruck mit dem Haindl--Tiefdruck-Probedruckgerät geprüft.
Es ergab sich eine sehr gute Druckbenotung und eine sehr gute Druckgleichmässigkeit,
die sogenannte Ruhe in der Tiefe. Beim Bedrucken
im Halbtonbereich
wurden auf einer Fläche von 25 cm2 6 missing dots (Fehlstellen) ausgezählt.
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Mit dem IGT-Testgerät wurde eine Trockenrupffestigkeit von 31 cm/sec
ermittelt. Die Gleichmäßigkeit der Strichoberfläche war sehr gut. Die Prüfung mit
einem Tastschnittgerät (Hommel-Tester) lieferte Mittenrauhwerte RA von 2,05 für
unsatiniertes und 0,95 für satiniertes Papier.
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Vergleichsbeispiel 1 Das in Beispiel 1 angegebene Rohpapier wurde
auf derselben Streichmaschine wie in Beispiel 1 angegeben beschichtet, jedoch wurde
zum Unterschied der Arbeitsweise gemäß Beispiel 1 auf eine Vorbehandlung des Papiers
mittels Koronaentladung verzichtet. Das so gestrichene Papier war teilweise fleckig
und enthielt bei der Prüfung mit dem Haindl--Tiefdruck-Probedruckgerät im Halbtonbereich
auf einer Fläche von 25 cm2 35 missing dots.
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Die Trockenrupffestigkeit des Papiers, die mit Hilfe des ITG-Testgeräts
ermittelt wurde, betrug 25 cm/sec.
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Auch die Strichgleichmäßigkeit war weniger gut. Mit dem Hommel-Tester
wurden Mitterauhwerte RA von 2,60 für unsatiniertes und 1,25 für satiniertes Papier
ermittelt.
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Beispiel 2 Ein holzfreies, geleimtes Rohpapier mit der Flächenmasse
60 g/m2 wurde auf einer Streichmaschine, die mit einer Bahngeschwindigkeit von 600
m/min lief und die vor dem Streichkopf eine Koronaentladungsvorrichtung eingebaut
enthielt, einer Koronaentladung unterworfen, wobei die Intensität der Behandlung
25 mWs/cm2 betrug. Danach wurde
die mit Koronaentladung behandelte
Seite der Warenbahn mit 15 g/m2 einer wäßrigen Papierstreichfarbe folgender Zusammensetzung
gestrichen: 70 Teile English-Clay 30 Teile Calciumcarbonat (Omyalite 90) 0,3 Teile
einer handelsüblichen, niedrigmolekularen Polyacrylsäure als Dispergiermittel 0,5
Teile eines handelsüblichen, optischen'Aufhellers 1,5 Teile Calciumstearat 0,8 Teile
eines handelsüblichen Nassfestmittels auf Basis eines Harnstoff-Formaldehyd-Harzes
und 0,1 Teile Natronlauge 12 Teile eines Copolymerisates aus 53 % Styrol, 44 % Butadien
und 3 % Acrylsäure als Bindemittel und 1 Teil Carboxymethylcellulose.
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Die Viskosität der wäßrigen Papierstreichmasse betrug 1050 mPas (gemessen
wie im Beispiel 1 angegeben), der Feststoffgehalt 60 %, der pH-Wert 8,5.
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Das zunächst einseitig gestrichene Papier wurde dann auch auf der
noch nicht beschichteten Seite mit einer Koronaentladung mit ebenfalls 25 mWs/cm
behandelt und anschließend mit derselben Menge der genannten wäßrigen Papierstreichmasse
beschichtet.
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Danach erfolgte die Satinage in einem Kalander bei einer Temperatur
von 800C und einem Liniendruck von 180 kN/m.
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Man erhielt ein Bogen-Offset-Papier, das sich beim Bedrucken im Offset-Druck
durch eine gleichmässige Farbabsorption auszeichnete. Außerdem zeigte das Papier
eine hohe Trockenrupffestigkeit, Mit dem IGT-Gerät wurden
b172
cm/s bei der Punktauswertung und 124 cm/s bei der Normalauswertung ermittelt. Die
Prüfung erfolgte bei 70 kg Druck mit Testfarbe Orange 3806.
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Vergleichsbeispiel 2 Das Beispiel 2 wird mit der Ausnahme wiederholt,
daß die Koronabehandlung des Rohpapiers unterbleibt. Man erhält ein Bcgell-Offset-Papier,
das nicht so gut bedruckbar ist wie das Papier gemäß Beispiel 2. Neben einer ungleichmäßi--gen
Farbabsorption (mottling) weist das Papier auch niedrigere Trockenrupffestigkeiten
auf. Die IGT-Prüfung ergab 88 cm/s bei der Punktauswertung und 69 cm/s bei der Normalauswertung.
Die Prüfung erfolgte unter gleichen Bedingungen wie beim Vergleichsbeispiel 1.
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Beispiel 3 Ein holzhaltiges, ungeleimtes Rohpapier mit einer Flächen-2
masse von 38 g/cm- wurde auf einer' Streichmaschine bei 800 m/min Bahngeschwindigkeit
mit 10 g/m2 je Seite einer wäßrigen Papierstreichfarbe folgender Zusammensetzung
gestrichen: 85 Teile English-Olay 15 Teile CaC03 0,6 Teile eines handelsüblichen
Dispergiermittels auf Basis eines niedrigmolekularen Polyacrylats 0,5 Teile eines
handelsüblichen optischen Aufhellers 1,5 Teile Calciumstearat 1,5 Teile eines handelsüblichen
Nassfestmittels auf Basis eines Harnstoff-Formaldehyd-Harzes 0,1 Teile Natronlauge
0,8 Teile Carboxymethylcellulose und
10 Teile eines Copolymerisats
aus 53 % Styrol, 43 % 9 Butylacrylat und 4 % Acrylsäure.
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Die Viskosität der wäßrigen Papierstreichmasse betrug 930 mPa.s (gemessen
wie im Beispiel 1 angegeben), der Feststoffgehalt 57,1 % und der pH-Wert 8,4.
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Vor dem Einlauf in das Streichaggregat war das Papier von einer vor
dem Auftragswerk eingebauten Koronaentladungsvorrichtung einer Koronaentladung mit
der Intensität 25 mWs/cm2 unterworfen worden.
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Das auf diese Weise beidseitig gestrichene Papier wurde anschließend
in einem Kalander bei einer Temperatur von 800C und einem Liniendruck von 180 kN/m
satiniert. Das so erhaltene Rollenoffsetpapier zeichnete sich erneut durch eine
gleichmäßige Farbabsorption und gute Trockenrupffestigkeit (65 und 87 cm/s gemessen
nach IGT wie im Beispiel 2 beschrieben) aus. Außerdem erwies sich das Rollenoffsetpapier
als noch beständig gegen Blasenbildung (Blistering) bei einer Temperatur von 24000.
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Vergleichsbeispiel 3 Das Beispiel 3 wird mit der Ausnahme wiederholt,
daß die Koronabehandlung des Rohpapiers unterbleibt. Man erhält ein Bogenoffsetpapier,
dessen Farbabsorption weniger gleichmäßig und dessen Trockenrupffestigkeit mit 49
und 72 cm/s (geprüft nach IGT wie in Beispiel 2 beschrieben) geringer ist. Das so
erhaltene Rollenoffsetpapier war gegen Blasenbildung nur bis 2000C beständig.