DE3841199A1 - Druckpapier, verfahren zu seiner herstellung und seine verwendung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Druckpapier nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, das insbesondere für den Offset- oder Tiefdruck eingesetzt werden soll. Desweiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des Druckpapiers sowie seine Verwendung.

Die DE-AS 12 21 893 beschreibt die Herstellung von gestrichenen Druckpapieren, wobei Stärke durch mechanisches Behandeln in einem Kollergang teilweise kaltlöslich gemacht wird, so daß sie bei der im Anschluß an den Streichvorgang erfolgenden Trocknung durch das verdampfende Wasser der Streichmasse doch noch gelöst wird und in gelöster bzw. verkleisterter Form in an sich bekannter Weise als Bindemittel zur Fixierung der Pigmente wie Kreide beiträgt. Den hergestellten Papieren wird hoher Glanz bescheinigt. Das Problem der Scheuerfestigkeit der Druckfarben ist nicht angesprochen.

Die hervorragende Eignung matter, nicht glänzender Druckpapiere für hochwertige Druckarbeiten, wie Bildbände, repräsentative Werbeprospekte und Geschäftsberichte, wurde in den vergangenen Jahren zunehmend erkannt. Matte Druckpapiere haben den großen Vorteil, daß einerseits die damit hergestellten Druckerzeugnisse beim Betrachten keine störenden Lichtreflexe erzeugen und andererseits in Verbindung mit geeigneten Druckfarben der eigentliche Druck, insbesondere der Mehrfarbendruck einen ganz hervorragenden Druckglanz aufweist, womit die Qualität des Druckerzeugnisses gesteigert wird.

Zur Erzeugung derartiger mattgestrichener Druckpapiere hat sich in den vergangenen Jahren Calciumcarbonat in breiter Front durchgesetzt.

In der DE-Zeitschrift "Wochenblatt für Papierfabrikation, Jahrgang 112, Heft 17, Seiten 609 bis 613 (1984)" wird ausführlich auf die Eigenschaften mattgestrichener Papiere - u.a. auch solcher, die Calciumcarbonat als Strichkomponente aufweisen, eingegangen. Als entscheidender Nachteil dieser Papiere wird trotz ihrer großen Verbreitung seit Mitte der 70er Jahre ein wesentlicher Mangel in bezug auf die Scheuerfestigkeit und die Bildung von Glanzstreifen hervorgehoben.

Unter Scheuerfestigkeit wird dabei der Widerstand einer Druckfarbenschicht gegen mechanische Beanspruchung durch Druckbelastung und Reibung bei der Weiterverarbeitung der Druckbogen und bei Verwendung der fertigen Druckerzeugnisse verstanden.

Scheuern kann aber auch schon bei unbedruckten Papieren in den Ausrüstungsmaschinen der Papierfabrik, wie zum Beispiel Querschneidern, zu unerwünschten Glanzeffekten führen, so daß die Gebrauchsfähigkeit eines mattgestrichenen Papieres dadurch bis auf Null reduziert werden kann.

Zur Verbesserung der Scheuerfestigkeit werden in der obigen Literaturstelle verschiedene Maßnahmen vorgeschlagen, die aber alle zum einen relativ umständlich sind oder das Endprodukt verteuern, wenn beispielsweise der fertige Druckbogen mit einer zusätzlichen Mattlackschicht überzogen wird, zum anderen haben die vorgeschlagenen Maßnahmen noch nicht zu einer befriedigenden Lösung geführt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, ein mattgestrichenes Druckpapier zur Verfügung zu stellen, das eine verbesserte Scheuerfestigkeit und verminderte Anfälligkeit gegen Glanzstreifen aufweist.

Zur Lösung der Aufgabe sieht die Erfindung bei einem Druckpapier nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 dessen kennzeichnende Merkmale vor. Die Patentansprüche 2 bis 9 kennzeichnen bevorzugte Ausgestaltungsmöglichkeiten des Druckpapiers. Ein Verfahren zur Herstellung des mattgestrichenen Druckpapiers wird in den Patentansprüchen 10 und 11 und die Verwendung des Druckpapiers im Patentanspruch 12 angegeben.

Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß durch die erfinderische Mitverwendung unverkleisterter Stärkekörnchen, die praktisch als Streichpigment im Strich in einer Menge von 10 bis 15 Gew.-% vorliegen, bezogen auf den Trockengehalt des Striches zur Aufnahme der Druckfarbe, wobei der Strich als weiteres Pigment Calciumcarbonat enthält, ein für die Herstellung von hochwertigen Druckarbeiten geeignetes Papier hergestellt werden kann, dessen Scheuerfestigkeit und Anfälligkeit gegen Glanzstreifenentwicklung wesentlich verbessert ist.

Während derartige Papiere für den Offsetdruck auch bisher nicht durch eine Kalanderbehandlung zur Erzielung einer höheren Glätte nachbehandelt werden mußten, da das Offsetdruckverfahren keine besonders hohe Anforderungen an die Glätte des Mattpapieres stellt, war ein Einsatz derartiger Papiere für den Tiefdruck nur unter Inkaufnahme eines sehr mangelhaften Druckausfalls bei minderwertigen Druckerzeugnissen möglich. Das Tiefdruckverfahren stellt an die Oberfläche eines gestrichenen Papieres sehr hohe Anforderungen bezüglich Glätte und Ebenheit des Striches. Wollte man bei den bisher bekannten Calciumcarbonat-haltigen Streichmassen für Tiefdruckpapiere eine höhere Glätte erzielen, so mußte das gestrichene Papier einer Kalandernachbehandlung unterzogen werden. Mit in der Papierindustrie üblichen Superkalandern konnte zwar die Glätte erhöht werden, wobei diese Erhöhung jedoch unweigerlich mit einer Glanzsteigerung verbunden war und letztendlich der auch hier erwünschte Matteffekt nicht zu erreichen war.

Mit dem erfindungsgemäßen beschichteten Papier können nun auch glatte, jedoch nichtglänzende Papiere für das Tiefdruckverfahren zur Verfügung gestellt werden, wie sie insbesondere für Druckerzeugnisse mit hohen Auflagen benötigt werden.

Bevorzugt enthält das erfindungsgemäße Druckpapier Stärkekörnchen, deren Verkleisterungstemperatur durch an sich bekannte chemische Modifizierung erhöht ist. Eine derartige Modifizierung wird ganz bevorzugt durch die im kennzeichnenden Teil der Ansprüche 3 und 4 bezeichneten Stärkekörnchen erreicht, wobei durch die Wahl des Verätherungs- bzw. Veresterungsgrades die Verkleisterungstemperatur beeinflußt werden kann.

Die Größe der Stärkekörnchen wird zweckmäßigerweise in Abhängigkeit der mittleren Größe des Calciumcarbonatpigmentes gewählt. Bevorzugt werden Stärkekörnchen mit einem mittleren Korndurchmesser von 71 µm bis 50 µm, besonders bevorzugt werden jedoch Stärkekörnchen mit einem mittleren Korndurchmesser von 15 bis 25 µm. Die Auswahl kann dabei durch die bekannten Auftrenntechniken, wie zum Beispiel Hydrozyklonscheidung gemäß der DE-OS 23 41 570, erfolgen.

Als unverkleisterte Stärkekörnchen kommen insbesondere in Betracht: Mais-, Kartoffel-, Weizen-, Roggen-, Reis- oder Tapiokastärke. Besonders bevorzugt sind jedoch Mais- oder Kartoffelstärke, da sie ausreichend verfügbar und preiswert sind.

Der Strich zur Aufnahme der Druckfarbe kann neben 25 bis 70 Gew.-% Calciumcarbonat und 10 bis 65 Gew.-% unverkleisterten Stärkekörnchen noch weitere, in der Papierstreichtechnik bekannte und übliche Weißpigmente enthalten. So können übliche Streichkaoline, Titandioxid zur Erhöhung der Weiße und Opazität, Satinweiß zur Weißeerhöhung, Gips als preiswertes Pigment aus Rauchgasentschwefelungsanlagen, Talkum, aber auch bekannte synthetische Pigmente auf Silikat- Aluminiumoxid- oder Kunststoffbasis mitverwendet werden. Zweckmäßigerweise soll der Anteil dieser Pigmente 15 Gew.-%, bezogen auf den Feststoffgehalt des Striches, nicht überschreiten, wobei sich alle Anteile, einschießlich Bindemittel und Hilfsmittel, auf 100 Gew.-% ergänzen.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Druckpapieres besteht darin, daß ein übliches Streichrohpapier mit einer Flächenmasse von 30 bis 170 g/m² atro mit einer Streichmasse nach den üblichen Streichtechniken, wie Walzenauftrag, Luftbürste-, Draht- oder Rollrakel- oder Streichmesserauftrag mit einer Auftragsstärke von 8 bis 24 g/m² (gerechnet als Gewichtsteile absolut trocken=atro) ein- oder beidseitig gestrichen wird, wobei die Streichmasse neben Calciumcarbonat noch 10 bis 65 Gew.-% unverkleisterte Stärkekörnchen, bezogen auf ihren Feststoffgehalt enthält. Als weitere Bestandteile enthält die Streichmasse 5 bis 14 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 10 Gew.-% üblicher Bindemittel wie Kunststofflatices, verkleisterte, abgebaute Stärke oder andere bekannte Bindemittel der Papierstreichtechnik, Dispergiermittel, gegebenenfalls weitere Weißpigmente und Viskositätsregulierer. Der Feststoffgehalt dieser Streichmasse wird auf 40 bis 72 Gew.-%, vorzugsweise auf 55 bis 63 Gew.-%, eingestellt. Die Viskosität dieser Streichmasse wird auf 500 bis 4000 mPas, gemessen mit dem Brookfield-Viskosimeter, Spindel Nr. 4 bei 50 U/min eingestellt. Dabei wird eine höhere Viskosität für den Walzenauftrag und eine niedrigere Viskosität für den Rakel-, Luftbürsten- oder Klingenauftrag bevorzugt, wobei die Viskositätseinstellung durch Zugabe üblicher, bekannter wasserlöslicher Polymere, wie Polyvinylalkohol, Carboxymethylcellulose oder Polyacrylsäurederivate erfolgen kann. Der pH-Wert der aufzutragenden Streichmasse beträgt 8 bis 10, vorzugsweise 8,8 bis 9,2 und wird bei der Herstellung der Streichmasse, gegebenenfalls durch Zugabe von Alkali eingestellt. Bei der Zubereitung der Streichmasse hat es sich als besonders bevorzugt erwiesen, die unverkleisterte Stärke als letzte Komponente dem Ansatz zuzufügen, um eine zu starke Scherung der Stärkekörnchen zu vermeiden. Werden höhere Mengen von Stärkekörnchen dem Ansatz zugefügt, ist es zweckmäßig, den Anteil an anorganischen oder organischen Dispergiermitteln auf 0,5 bis 1 Gewichtsteil anzuheben, da es sich gezeigt hat, daß native unverkleisterte Stärke ein dilatantes Fließverhalten der Streichmasse zur Folge hat.

Nach dem Auftragen und Egalisieren der Streichmasse wird das damit gestrichene Papier mittels bekannter Trocknungsverfahren, wie IR-Strahler, Heißluft-Schwebetrockner oder Zylindertrockner auf eine Endfeuchte von 82 bis 96% atro getrocknet und anschließend auf die gewünschte Rollen- oder Formatbreite beschnitten.

Soll das so hergestellte gestrichene Papier für den Tiefdruck eingesetzt werden, wird es einer an sich bekannten Kalanderbehandlung unterzogen, wobei 2 bis 8 Walzenspaltdurchgänge bei einem Liniendruck von 50 bis 400 da N/cm auf dem Papier die notwendige Glätte erzeugen, ohne dabei eine merkliche Glanzerhöhung zu verursachen.

Sind matte gestrichene Druckpapiere mit einer höheren Flächenmasse im Bereich von 80 bis 250 g/m² Endgewicht erwünscht, ist es angezeigt, auf dem Streichrohpapier zunächst einen sogenannten Vorstrich anzubringen und erst auf diesem Vorstrich den eigentlichen Mattstrich zur Aufnahme der Druckfarbe anzuordnen.

Eine übliche Vorstrichrezeptur enthält beispielsweise als Calciumcarbonat-Pigment 100 Gewichtsteile gemahlene Kreide mit einer Korngröße 70% <2 µm, 10 Gewichtsteile oxidierte, verkleisterte Stärke und 9 Gewichtsteile atro eines Styrol-Butadien-Kunststoffbinders als Bindemittel sowie weitere Hilfsmittel zur pH-Wert- und Viskositätssteuerung. Der Feststoffgehalt einer derartigen Vorstreichmasse wird je nach der Auftragsweise des Vorstrichaggregates auf 55 bis 72 Gew.-% atro eingestellt, wobei der Strichauftrag pro Seite zwischen 6 bis 15 g/m atro gewählt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann zur Herstellung ein- oder beidseitig gestrichener Mattpapiere herangezogen werden.

In den folgenden Beispielen wird die Erfindung näher erläutert:

A. Vorstrichrezeptur

100 Gewichtsteile gemahlenes Calciumcarbonat
10 Gewichtsteile oxidierte Stärke
9 Gewichtsteile Butadien-Sytrol-Latexs (atro)
0,5 Gewichtsteile Harnstofformaldehydharz als Naßfestmittel

pH-Wert 9,0
Feststoffgehalt 60,4%
Viskosität Brookfield Spindel Nr. 4
5100 mPa s bei 50 U/min

B. Strichrezeptur zur Aufnahme der Druckfarbenaufnahmeschicht Beispiel 1

80 Gewichtsteile gemahlenes Calciumcarbonat
20 Gewichtsteile chemisch modifizierte native Maisstärke
0,7 Gewichtsteile Dispergiermittel
3 Gewichtsteile oxidativ abgebaute Stärke
6 Gewichtsteile Butadien-Styrol-Latex (atro)
1 Gewichtsteil Calcium-Stearat

Feststoffgehalt: 60,5 Gew.-%
pH-Wert: 9,0

Beispiel 2

60 Gewichtsteile gemahlenes Calciumcarbonat
40 Gewichtsteile chemisch modifizierte native Maisstärke
übrige Anteile wie Beispiel 1

Feststoffgeahtl: 57,0 Gew.-%
pH-Wert: 9,1

Beispiel 3

50 Gewichtsteile gemahlenes Calciumcarbonat
50 Gewichtsteile chemisch modifizierte native Maisstärke
übrige Anteile wie Beispiel 1

Feststoffgehalt: 56,1 Gew.-%
pH-Wert: 9,0

C. Vergleichsbeispiel

100 Gewichtsteile gemahlenes Calciumcarbonat
0,4 Gewichtsteile Carboxymethylcellulose
0,9 Gewichtsteile Polyvinylalkohol
10 Gewichtsteile Kunststofflatexbinder
0,5 Gewichtsteile Harnstofformaldehydharz

Feststoffgehalt: 62,6 Gew.-%
pH-Wert: 9,0

Ein holzfreies Streichrohpapier mit einer Flächenmasse von 67 g/m² wurde zunächst beidseitig mit je 11 g/m² (atro) Vorstrichmasse beschichtet und dann getrocknet. Daran anschließend wurden mittels eines Streichmessers in einem weiteren Arbeitsgang beidseitig je 13 g/m² (atro) der Streichmassen von Beispiel 1 bis 3 und zusätzlich die Vergleichsstreichmasse aufgetragen und getrocknet. Ein Teil der so gestrichenen Papiere wurde zusätzlich noch mit einem Laborkalender zur Erreichung einer glatten Oberfläche nachbehandelt. Die Untersuchung der Proben und die erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle dargestellt.

Tabelle

Die gestrichenen Papiere weisen jeweils eine Flächenmasse von 115 g/m², gemessen nach DIN 53 102 und ISO 536, auf. Das spezifische Volumen wurde nach DIN 53 105, die Glätte nach DIN 53 107 und der Glanz mit dem Glanzmeßgerät nach Lehmann bei 75 Grad Reflektionswinkel gemessen.

Die Bestimmung des Rupftestes wurde gemäß Mitteilungsblatt zum IGT-Gerät durchgeführt, wobei die Auswertung anhand einer Beurteilungsskala von 1 bis 6 erfolgte.

Zur Bewertung der Scheuerfestigkeit wurde zunächst von den unsatinierten Mustern der Beispiele 1 bis 3 sowie von dem Vergleichsbeispiel Andrucke mit definierter Farbmenge, sogenannte gewogene Andrucke, mit dem Probeandruckgerät von Prüfbau hergestellt. Nach Durchtrocknen der Druckfarbe während einer Zeit von mindestens 24 h erfolgte die Scheuerfestigkeitsprüfung mit dem Scheuerfestigkeitsprüfgerät von Oser unter definierten Bedingungen. Gescheuert wird die bedruckte Fläche gegen die gleiche Seite oder die Rückseite des Papieres, jeweils unbedruckte Stellen, während einer Zeit von 3 Minuten mit einer Belastung von 625 g. Die Beurteilung kann visuell oder mittels Kontrastmessung mit dem Elrepho-Gerät am der unbedruckten Stelle erfolgen. Dabei ergab sich bei visueller Beurteilung mit einer Notenabstufung von 1 bis 6 folgende Einstufung der Beispiele:

Beispiel 1
Note 2
Beispiel 2	Note 1
Beispiel 3	Note 1
Vergleichsbeispiel	Note 5

Aus der obigen Tabelle kann entnommen werden, daß die erfindungsgemäßen Beispiele sowohl im unsatinierten wie auch im satinierten Zustand einen wesentlich geringeren Glanz aufweisen als das Vergleichsbeispiel, und daß mit steigendem Anteil an nativer unverkleisterter Stärke in der Streichmasse der sogenannte Matteffekt zunimmt, ohne daß die Anfälligkeit des unsatinierten getrockneten Striches zur Glanzstreifenbildung zunimmt. Wird das gestrichene Papier jedoch satiniert, steigt einerseits der Glanz nicht wesentlich über den Wert des unsatinierten Vergleichsbeispiels, andererseits ist jedoch eine ausreichende Glättesteigerung zu erzielen, die das erfindungsgemäße Druckpapier für das Tiefdruckverfahren geeignet macht.

Claims (12)

1. Mattes Druckpapier, insbesondere für den Offset- oder Tiefdruck, mit einem Calciumcarbonat als Streichpigment und Bindemittel enthaltenden Strich zur Aufnahme der Druckfarbe, dadurch gekennzeichnet, daß der Strich unverkleisterte Stärkekörnchen in einer Menge von 10 bis 65 Gew.-%, bezogen auf seinen Gesamtfeststoffgehalt, enthält.

2. Druckpapier nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärkekörnchen chemisch modifiziert sind.

3. Druckpapier nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärkekörnchen veräthert sind.

4. Druckpapier nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärkekörnchen verestert sind.

5. Druckpapier nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärkekörnchen einen mittleren Korndurchmesser von 7 bis 50 µm aufweisen.

6. Druckpapier nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärkekörnchen aus Kartoffel-, Mais-, Weizen-, Roggen-, Reis- oder Tapiokastärke oder einer Mischung dieser Stärkesorten bestehen.

7. Druckpapier nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Strich Calciumcarbonat in einer Menge von 25 Gew.% bis 70 Gew.-%, bezogen auf seinen Feststoffgehalt, enthält.

8. Druckpapier nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Strich gemahlenes oder gefälltes Calciumcarbonat enthält.

9. Druckpapier nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Strich neben Calciumcarbonat als weiteres Pigment Kaolin und/oder Titandioxid und/oder Satinweiß und/oder Gips und/oder Talkum und/oder weitere übliche natürliche oder synthetische Weißpigmente enthält.

10. Verfahren zur Herstellung eines matten Druckpapieres nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem eine Calciumcarbonat und Bindemittel enthaltende Streichmasse auf ein Streichrohpapier, das gegebenenfalls mit einem Vorstrich versehen ist, aufgetragen und getrocknet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Streichmasse unverkleisterte Stärkekörnchen in einer Menge von 10 bis 65 Gew.-%, bezogen auf ihren Feststoffgehalt, enthält, wobei die Zugabe der Stärkekörnchen erst nach Zugabe der übrigen Streichkomponenten erfolgt.

11. Verfahren zur Herstellung eines Druckpapiers nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckpapier im Anschluß an die Trocknung des Striches durch einen an sich üblichen Kalanderprozeß geglättet wird.

12. Verwendung eines mattgestrichenen Druckpapiers, das mit einem zur Aufnahme der Druckfarbe dienenden Strich versehen ist, der unverkleisterte Stärkekörnchen in einer Menge von 10 bis 65 Gew.-%, bezogen auf seinen Feststoffgehalt, und Calciumcarbonat aufweist, zur Herstellung scheuerfester und/oder glanzstreifenfreier Druckerzeugnisse.