DE4118340A1 - Papiererzeugnis und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Papiererzeugnis mit einer Papierträ­ gerschicht und einer hierauf mindestens einseitig aufgetragenen Deckschicht aus einer Pigmente und Bindemittel enthaltenden Mi­ schung sowie ein Verfahren zur Herstellung solcher Papierer­ zeugnisse.

Bis heute werden hochwertige und insbesondere hochwertig be­ druckbare Papiere stets aus Papieren hergestellt, die mit gro­ ßem Aufwand gebleicht und gegebenenfalls mit optischen Aufhel­ lern versehen wurden, um dem Papier ein möglichst weißes Ausse­ hen zu verleihen.

Es ist ferner bekannt, solche hochwertigen Papiere bei deren Einsatz als selbstdurchschreibende Papiere im Hinblick auf Aus­ sehen und Bedruckbarkeit weiter zu verbessern, indem auf diese Papiere eine Pigmente enthaltende Beschichtung aufgebracht wird.

Die für die hochwertigen Papiere empfohlenen Beschichtungs­ massen umfassen eine waßrige Mischung aus Bindemittel und Pig­ menten, wobei der Pigmentanteil 60 bis 95 Gew.%, vorzugsweise 75 bis 82 Gew.%, der Mischung ausmacht.

Im Hinblick auf die hohen Kosten und im Hinblick auf die Um­ weltprobleme, die die Herstellung solcher Papiere erfordern, stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, ein hochwer­ tig bedruckbares Papiererzeugnis der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, welches auf Papiergrundstoffen aufbaut, die auf umweltverträglichere Art hergestellt sind, wobei trotzdem eine hochwertige Bedruckung der Papiererzeugnisse möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei ei­ nem Papiererzeugnis der eingangs beschriebenen Art die Mischung auf die Trägerschicht mit einer Eindringtiefe aufgebracht wird, die kleiner als 50% der Schichtdicke der Trägerschicht ist.

Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß sich zum einen we­ sentlich geringerwertige Papiere, als dies im Stand der Technik beschrieben ist, und zum anderen Mischungen mit einem wesent­ lich kleineren Feststoffanteil auf diese auftragen lassen, wo­ bei Papiererzeugnisse in hoher Qualität in bezug auf Aussehen und Bedruckbarkeit erhalten werden.

Wichtig ist, daß die Mischung mit ihren Feststoffanteilen und ihrer Viskosität so auf die physikalischen Eigenschaften der Papierträgerschicht abgestimmt ist, daß sich eine Eindringtiefe der Mischung in die Trägerschicht ergibt, die kleiner als 50% der Schichtdicke der Trägerschicht ist.

Bevorzugt wird eine Eindringtiefe angestrebt, die kleiner als 30% der Schichtdicke der Trägerschicht ist. Weiter bevorzugt wird die Eindringtiefe zwischen ca. 5 bis 15% der Schichtdicke der Trägerschicht gewählt.

Für die Zwecke der Erfindung ist es ausreichend, wenn die Deck­ schicht mit einer Beschichtungsmasse von 2 g/m² aufgetragen wird, während eine weitere Verbesserung des Aussehens und der Bedruckbarkeit bei einer Beschichtungsmasse von mehr als 20 g/m² nicht mehr erreicht wird.

Zum Erzielen einer optimalen Eindringtiefe der Mischung in die Trägerschicht wird vorzugsweise mit einer wäßrigen Mischung be­ schichtet, deren Feststoffanteil ca. 25 bis 70 Gew.% der Mi­ schung beträgt.

In den angegebenen Feststoffanteilsgrenzen läßt sich eine brei­ te Auswahl von preisgünstigen Papieren zu hochwertig bedruckba­ ren Papieren verarbeiten, wobei einerseits sichergestellt ist, daß eine ausreichende Verheftung der Deckschicht mit der Pa­ pierlage erzielt wird und andererseits sichergestellt ist, daß die Trägerschicht durch keinen zu großen Wasseranteil in ihrer Festigkeit so beeinträchtigt wird, daß bei der Produktion die Formstabilität der Trägerschicht beeinträchtigt wird oder gar das Papier zerreißt.

Die Pigmentanteile der Mischung betragen ca. 25 bis 60 Gew.%; innerhalb dieser Grenzen läßt sich ein optimales Aussehen auch stark grauer Papiere erreichen.

Der Bindemittelanteil der Mischung wird bevorzugt 10 bis 20 Gew.% des Pigmentanteils betragen. Diese Anteile des Bindemit­ tels an der Mischung sind zum einen ausreichend, um die Pigmen­ te innerhalb der Deckschicht miteinander zu verbinden und ande­ rerseits eine ausreichende Verheftung mit der Trägerschicht zu begründen, so daß die Deckschicht ausreichend abriebfest ist.

Insbesondere bei wasserempfindlichen Papieren sollte der Was­ seranteil der Mischung im Bereich von 40 Gew.% gewählt werden, wobei bei Papieren mit festerer Struktur der Wasseranteil bis ca. 75% gesteigert werden kann.

Als Trägerschicht lassen sich insbesondere Recycling-Papiere verwenden, sogar solche, die keinem Deinking-Prozeß unterworfen worden sind. Daneben sind Papiere von der Qualität des Zei­ tungspapiers, insbesondere solche mit wesentlichen Holzschliff­ anteilen verwendbar, ebenso wie im wesentlichen leimfreie Pa­ piere.

Die leimfreien Papiere sind im Hinblick auf die Aufbringung der wäßrigen Mischung am empfindlichsten, und überraschenderweise lassen sich selbst solche Papiere mit Mischungen, die einen Wasseranteil von 40 Gew.% und mehr aufweisen, ebenfalls verar­ beiten, wobei allerdings dann dafür gesorgt werden muß, daß nachfolgend zu der Beschichtung der Papiere eine rasche, for­ cierte Trocknung erfolgt.

Die Pigmente lassen sich aus den bekannten weißen Pigmenten auswählen, wobei jedoch insbesondere Calciumkarbonat und/oder Mikrotalkum bevorzugt sind, da diese Pigmente zum einen bereits in der zu verwendenden Form in der Natur vorkommen und aber als Nebenprodukte in industriellen Fertigungsprozessen anfallen.

Die Deckschicht kann gegebenenfalls zur Verbesserung der Be­ druckbarkeit Calciumsilikate umfassen, was insbesondere auf die freien positiven und negativen Ladungen dieser Silikate zurück­ geführt wird. Als Bindemittel kommen beispielsweise Styrol-Bu­ tadien und/oder Zelluloseprodukte, wie z. B. teilweise abgebaute Stärke, in Frage, wobei je nach Verwendungszweck der Papiere der Bindemittelanteil selbst und der Anteil der Styrol-Buta­ dien-Polymere innerhalb des Bindemittels variiert werden kann.

Insbesondere für die Verwendung in Laserprintern werden die Pa­ piererzeugnisse einen geringeren Bindeanteil aufweisen, wobei bevorzugt auf die organische Kunststoffkomponente (z. B. Styrol- Butadien) verzichtet wird.

Um die Pigmente besser in der wäßrigen Mischung zu benetzen und zu stabilisieren, werden bevorzugt Polyacrylsäuresalze in klei­ neren Mengen zugesetzt.

Die Deckschicht führt nicht nur zu einer Verbesserung des Aus­ sehens der Papiere, sondern gleichzeitig zu einer Glättung der Oberfläche durch Einbinden von freien Papierfasern an der Ober­ fläche in die Deckschicht. Ferner erhält man gleichzeitig durch die Deckschicht eine UV-Filterwirkung, so daß selbst bei länge­ rem Liegenlassen der Papiere in der Sonne kein merkliches Ver­ gilben der Papiere erfolgt, sogar in den Fällen, wo als Aus­ gangsmaterial für die Papierträgerschicht ein stark holz­ schliffhaltiges Material verwendet wurde.

Die Qualitätserfordernisse in bezug auf Aussehen lassen sich auch aufgrund der erfindungsgemäß aufgebrachten Deckschicht aufhellerfrei erzeugen, ohne daß darunter die Eignung des Pa­ pieres für OCR-Belegleseverfahren leidet. Ferner können Papier­ erzeugnisse von der Deckschicht her für die optische Abtastung in Fernkopier- und/oder Fotokopiergeräten optimiert werden.

Selbstverständlich lassen sich die erfindungsgemäßen Papierer­ zeugnisse, deren Trägerschicht auf preisgünstigerem Material basiert, ebenfalls zu sogenanntem SD- oder Selbstdurch­ schreibepapier verarbeiten, wobei auf die Frontseite die soge­ nannte CF-(coated front) und auf die Rückseite die CB-(coated back) Schicht aufgebracht wird. Die CF- und die CB-Schicht ent­ halten zwei verschiedene Komponenten, wobei die CB-Schicht in der Regel in einem Lösungsmittel gelöste und mikroverkapselte Farbvorläufer enthält, die mit den Reagenzien der CF-Schicht zu einer Farbreaktion führen, sobald die Kapseln der CB-Schicht, beispielsweise durch einen Schreibdruck, zerbrochen werden.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von Papiererzeugnissen der eingangs beschriebenen Art so zu verbessern, daß ausgehend von preisgünstigen Papier­ rohstoffen ein hochwertig bedruckbares Papier erhalten werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Herstellung von Pa­ piererzeugnissen, bei denen auf eine Papierträgerschicht minde­ stens einseitig mittels einer wäßrigen, Pigmente und Bindemit­ tel enthaltenen Mischung eine Deckschicht aufgebracht ist, da­ durch gelöst, daß die aufgebrachte Mischung mit einem Fest­ stoffanteil von ca. 25 bis 60 Gew.% verwendet wird.

Wichtig ist, daß mit dem Aufbringen der Deckschicht oberfläch­ lich freie Papierstoffasern eingebunden werden, so daß dies zu einer zusätzlichen Glättung der Papieroberfläche führt.

Die Papierträgerschicht kann für das erfindungsgemäße Verfahren aus sogenanntem Recycling-Papier, insbesondere auch solchem, das keinem Deinking-Prozeß unterworfen wurde, Papier mit merk­ lichen Holzschliffanteilen oder sogar im wesentlichen leimfrei­ es Papier verwenden.

Bevorzugt wird die Deckschicht im sogenannten Akkugravur-Re­ verse-Coating-Verfahren aufgetragen und direkt nachfolgend ei­ ner Trocknung unterzogen.

Um eine möglichst umweltschonende Herstellung des Papiererzeug­ nisses insgesamt zu garantieren, werden die zu verwendenden Pigmente vorzugsweise aus natürlich vorkommenden oder in indu­ striellen Prozessen als Nebenprodukte anfallenden Produkten ausgewählt, insbesondere werden hier Mikrotalkum und/oder Sul­ fate und Carbonate von Erdalkalielementen verwendet.

Als Bindemittel werden in dieser Hinsicht möglichst solche aus­ gewählt, die aus nachwachsenden Rohstoffen gewonnen werden kön­ nen, wie z. B. teilabgebaute Stärke, Zellulose und ähnliches.

Häufig reichen diese Bindemittel für die Sicherstellung einer ausreichenden Qualität im Hinblick auf Aussehen und Bedruckbar­ keit aus. Bei sehr hochwertigen Papieren sollte allerdings ein Bindemittelanteil auf Kunststoffbasis, insbesondere auf Styrol- Butadien-Basis zugemischt werden.

Unter Umweltschutzgesichtspunkten werden die Papierträger­ schicht sowie die Komponenten der Deckschicht vorzugsweise im Hinblick auf deren Verrottbarkeit und/oder Bodenverträglichkeit ausgewählt. Die zuvor genannten beispielhaften Komponenten bzw. Papierträgerschichtmaterialien genügen dieser Forderung.

Daneben ist es wichtig, daß sowohl die Papierträgerschicht als auch die Komponenten der Deckschicht unschädlich verbrennbar sind bzw. lediglich unschädliche Rückstände ergeben.

Diese und weitere Vorteile der Erfindung werden im folgenden anhand eines Beispiels noch näher erläutert.

Für die Beschichtung eines Recycling-Papieres, welches keinem Deinking-Verfahren unterzogen wurde, wird eine Mischung mit folgenden Komponenten vorbereitet:
720 Teile Wasser,
8 Teile Polyacrylsalz (Polysalz F der Firma BASF),
30 Teile eines Bindemittels auf Stärkebasis (Solvicol der Firma AVEBE),
200 Teile Mikrotalkum,
200 Teile Calciumcarbonat,
100 Teile eines Calciumsilikats (Zeo Copy der Firma Zeotinn Oy),
150 Teile einer 50%igen wäßrigen Styrol-Buta­ dien-Lösung.

Das Papier wird mit einem Beschichtegewicht von vorzugsweise 6 g/m² im Akkugravur-Reverse-Coating-Verfahren belegt und nach­ folgend bei einer Temperatur von ca. 100 bis 150° C in stark bewegter Luft getrocknet.

Das erhaltene Papier ist für sämtliche Einsatzbereiche von Pa­ pier verwendbar, insbesondere für die Bedruckung mit hochwerti­ gen Drucken, zum Fotokopieren, für Telefax-Zwecke, insbesondere auch für OCR-Lesebelege.

Die Beschichtung schützt die darunterliegenden Papierfasern vor ungewolltem Vergilben durch UV-Anteile des Sonnenlichtes.

Bei Verwendung des Papiermateriales mit Laser-Printern läßt sich aufgrund der erfindungsgemäßen Oberflächenstruktur des Ma­ terials ein kleinerer Toner-Anteil verwenden. Das Papier ist, obwohl auf Recycling-Papierbasis aufgebaut, mit hochwertigen Papieren vergleichbar, und das Papier läßt sich auch in kriti­ schen Druckverfahren einsetzen, insbesondere auch dem Naß-Off­ set-Verfahren, das drucktechnisch an das Papier die höchsten Qualitätsanforderungen stellt.

Von den zuvor für die Mischung beschriebenen einzelnen Bestand­ teilen trägt insbesondere Mikrotalkum für die Glätte der erhal­ tenen Papieroberfläche bei, während die Calciumsilikate mit ih­ ren freien positiven und negativen Ladungen insbesondere die Bedruckbarkeit des Papieres verbessern.

Der Anteil an Styrol-Butadien-Bindemittel dient nicht nur der Haftung der Pigmente innerhalb der Deckschicht und auf dem Pa­ pier, sondern ebenfalls der Verbesserung der Bedruckbarkeit. Deshalb werden Styrol-Butadien-Anteile im Bindemittel vor allem dann vorhanden sein, wenn es darum geht, besonders hochwertige Papiere herzustellen.

Die Bindemittelanteile auf Stärkebasis bzw. Zellulose sind in vielen Fällen als Bindemittel ausreichend, insbesondere bei Pa­ pieren, die für Laser-Printer-Zwecke geschaffen werden.

Die Polyacrylsäuresalze dienen als Benetzungsmittel für die Pigmente und erlauben ein besseres und gleichmäßigeres Vertei­ len dieser Pigmente in der Gesamtmischung.

Die vorstehend beispielhaft genannte Beschichtungsmasse läßt sich nicht nur bei relativ festen Papieren verwenden, sondern auch bei solchen, die im wesentlichen als leimfrei gelten, ohne daß hierbei eine zu große Durchdringung des Papiers mit der Mi­ schung erfolgt und das Papier nachfolgend reißt.

Die Oberfläche des erfindungsgemäß hergestellten Papiererzeug­ nisses ist so für die Aufnahmefähigkeit für Druckfarben verbes­ sert, daß es jederzeit mit ansonsten wesentlich teurerem Papier konkurrieren kann.

Durch die Verwendung von Recycling-Papieren oder Papieren, die ungebleicht sind und merkliche Anteile an Holzschliff beinhal­ ten, kann das Papiererzeugnis zumindest als chlorarm, wenn nicht gar chlorfrei gelten.

Die bevorzugte Verwendung von direkt aus Naturvorkommen gewinn­ baren Pigmenten bzw. von Pigmenten, die als Abfallprodukte in anderen industriellen Prozessen anfallen, läßt sich die Umwelt­ verträglichkeit der Herstellung des Papiers steigern. Dem glei­ chen Zweck dient die bevorzugte Auswahl der Bindemittel aus solchen Produkten, die aus nachwachsenden Rohstoffen gewonnen werden können, wie z. B. Stärke- und Zelluloseprodukte.

Durch die Verwendung eines relativ hohen Feststoffgehaltes in der als Deckschicht aufzubringenden Mischung wird zum einen ei­ ne schnellere Trocknung erzielt und andererseits der Energie­ einsatz bei der Trocknung auf ein vertretbares Maß beschränkt.

Die Aufhellqualitäten der verwendeten Pigmente sind für die al­ lermeisten Anwendungszwecke ausreichend, so daß optische Auf­ heller in der Deckschicht entfallen können.

Insbesondere kann jedoch die sogenannte Chlorbleiche der Roh­ stoffe des Papiers bzw. des Papiers selbst sich erübrigen, so daß hier Papiere angeboten werden können, die zurecht den Namen umweltverträglich tragen.

Zur weiteren Verbesserung der Oberfläche kann diese gegebenen­ falls nachgewachst werden, so daß die Bedruckbarkeit der Ober­ fläche weiter gesteigert werden kann. Selbstverständlich ist eine beidseitige Beschichtung der Papierträgerschicht möglich, falls die hohe Papierqualität auf beiden Seiten gewünscht ist.

Claims (27)

1. Papiererzeugnis mit einer Papierträgerschicht und einer hier­ auf mindestens einseitig aufgetragenen Deckschicht aus einer Pigmente und Bindemittel enthaltenden Mischung, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Mischung auf die Trägerschicht mit ei­ ner Eindringtiefe aufgebracht ist, die kleiner als 50% der Schichtdicke der Trägerschicht ist.

2. Papiererzeugnis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eindringtiefe kleiner als 30% der Schichtdicke der Trä­ gerschicht ist.

3. Papiererzeugnis nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Eindringtiefe ca. 5 bis ca. 15% der Schichtdicke der Trägerschicht beträgt.

4. Papiererzeugnis nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Deckschicht mit einer Beschichtemasse von 2 bis 20 g/m² aufgetragen ist.

5. Papiererzeugnis nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Trägerschicht mit einer wäßrigen Mi­ schung beschichtet ist, deren Feststoffanteil ca. 25 bis 70 Gew.% beträgt.

6. Papiererzeugnis nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Pigmentanteil der Mischung ca. 25 bis 60 Gew.% beträgt.

7. Papiererzeugnis nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeich­ net, daß der Bindemittelanteil der Mischung ca. 10 bis 20 Gew.% des Pigmentanteils beträgt.

8. Papiererzeugnis nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Mischung einen Wasseranteil von ca. 40 bis ca. 75% umfaßt.

9. Papiererzeugnis nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als Pigmente Calciumcarbonate und/oder Mi­ krotalkum enthalten sind.

10. Papiererzeugnis nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Deckschicht Calcium-Silikate zur Ver­ besserung der Bedruckbarkeit umfaßt.

11. Papiererzeugnis nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Bindemittel Styrol-Butadien-Polymere und/oder Stärke- oder Zelluloseprodukte in der Deckschicht enthalten sind.

12. Papiererzeugnis nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht UV-Filterwirkung hat.

13. Papiererzeugnis nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht aufhellerfrei ist.

14. Papiererzeugnis nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß es für OCR-Belegleseverfahren geeignet ist.

15. Papiererzeugnis nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß es für die optische Abtastung in Fernko­ piergeräten und/oder Fotokopiergeräten geeignet ist.

16. Papiererzeugnis nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß es eine oder mehrere Beschichtungen um­ faßt, welche Komponenten für Selbstdurchschreibepapiere ent­ halten.

17. Verfahren zur Herstellung von Papiererzeugnissen, wobei auf eine Papierträgerschicht mindestens einseitig mittels einer wäßrigen, Pigmente und Bindemittel enthaltenen Mischung eine Deckschicht aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgebrachte Mischung einen Feststoffanteil von ca. 25 bis ca. 70 Gew.% umfaßt.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Deckschicht oberflächlich freie Papierstoffasern einge­ bunden werden.

19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß als Papierträgerschicht sogenanntes Recycling-Papier, Pa­ pier mit merklichen Holzschliffanteilen und/oder im wesentli­ chen leimfreies Papier verwendet wird, wobei vorzugsweise ein Recycling-Papier verwendet wird, welches keinem Deinking-Ver­ fahren unterzogen wurde.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Deckschicht im Akkugravur-Re­ verse-Coating-Verfahren aufgetragen und direkt nachfolgend einer Trocknung unterzogen wird.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Pigmente natürlich vorkommende oder in in­ dustriellen Prozessen als Nebenprodukte anfallende Produkte, insbesondere Mikrotalkum und/oder Sulfate und Carbonate von Erdalkalielementen verwendet werden.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Bindemittel aus nachwachsenden Rohstoffen gewonnen sind.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Papierträgerschicht und Komponenten der Deckschicht verrottbar und/oder bodenverträglich sind.

24. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 23, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Papierträgerschicht und Komponenten der Deckschicht unschädlich verbrennbar sind.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 24, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Pigmentanteil der Mischung ca. 25 bis ca. 60 Gew.% beträgt.

26. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 25, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Bindemittelanteil der Mischung ca. 10 bis ca. 20 Gew.% des Pigmentanteils der Mischung beträgt.

27. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 26, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Wasseranteil der Mischung so gewählt ist, daß eine Eindringtiefe der Deckschicht in die Trägerschicht erhalten wird, die kleiner als 30% der Dicke der Träger­ schicht, vorzugsweise 5 bis 15% der Dicke der Trägerschicht ist.