DE4224718C2

DE4224718C2 - Verfahren zur Herstellung einer eine CB-Schicht aufweisenden Papierbahn für druckempfindliche Aufzeichnungspapiere

Info

Publication number: DE4224718C2
Application number: DE19924224718
Authority: DE
Inventors: Horst Schoen; Horst Walter Heyer
Original assignee: Stora Feldmuehle AG
Current assignee: Mitsubishi HiTec Paper Bielefeld GmbH
Priority date: 1992-07-27
Filing date: 1992-07-27
Publication date: 1994-12-22
Anticipated expiration: 2012-07-28
Also published as: DE4224718A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer eine CB-Schicht aufweisenden Papierbahn für druckempfindliche Aufzeichnungspapiere durch Auftragen einer Streichfarbe, die eine in Mikrokapseln eingeschlossene Farbvorläuferlösung enthält.

Unter CB-Schichten (coated back) werden auf der Rückseite eines Papierbogens angeordnete Schichten verstanden, die als Farbbildner oder Farbvorläufer bezeichnete Verbindungen enthalten, die, wenn sie in Kontakt mit sog. Farbakzeptoren gebracht werden, unter Auslösung einer Farbreaktion ein Bild erzeugen.

Unter CF-Schichten (coated front) werden sog. Farbnehmer- oder Farbakzeptorschichten verstanden, die üblicherweise auf der Oberseite eines Papierbogens angeordnet sind und zum Kontakt mit den vorstehend angegebenen Farbvorläufern oder Farbbildnern vorgesehen sind.

Die Farbbildner werden üblicherweise als Lösung in geeigneten Ölen bzw. Lösungsmitteln in Mikrokapseln eingeschlossen, die nach ihrer Zerstörung, z. B. durch den Druck einer Schreibmaschinentype, die Lösung des Farbbildners für den Kontakt mit dem Farbakzeptor freisetzen, so daß die gewünschte Farbreaktion erfolgt. Sowohl während der Herstellung als auch während der Lagerung oder Weiterverarbeitung der die Mikrokapseln enthaltenden Streichfarben bzw. der mit den sog. CB-Schichten versehenen Papierbögen ist eine besondere Sorgfalt erforderlich, um eine vorzeitige Zerstörung der Mikrokapseln zu vermeiden. Als Schutzmaßnahme gegen die Zerstörung der gebildeten CB-Schichten werden der CB-Streichfarbe sog. Abstandshalter, z. B. aus ungelösten Stärkekörnchen oder aus feinen Zellulosefasern zugefügt. Für die Herstellung der CB-Schichten, d. h. den Auftrag der Mikrokapseln enthaltenden Streichfarbe dienen vielfach Luftbürstenstreicheinrichtungen, die einen Auftrag der Streichfarbe ermöglichen, ohne daß auf die Mikrokapseln Druck ausgeübt wird. Der Nachteil dieser Auftragstechnik besteht darin, daß höhere Geschwindigkeiten nicht möglich sind, da bei hohen Bahngeschwindigkeiten schädliche Luftwirbel entstehen, die eine ungleichmäßige Egalisierung der Streichfarbe zur Folge haben. Auch können sich an der Luftdüse Verschmutzungen absetzen und zu einer ungleichmäßigen Egalisierung führen. Die Verwendung einer Luftbürstenstreicheinrichtung zum Auftrag einer Mikrokapseldispersion ist in der DE-21 43 636 A1 angegeben.

Die DE-19 06 823 B2 betrifft ein Auftragsverfahren für eine Kapseln enthaltende Flüssigkeit, bei dem die zu beschichtende Papierbahn zwischen zwei Walzen durchgeführt wird, von denen die eine als Gegenwalze und die andere als Auftragswalze dient. In der Oberfläche der Auftragswalze sind kleine Vertiefungen vorgesehen, die mit der die Mikrokapseln enthaltenden Flüssigkeit gefüllt und von dort aus auf die Papierbahn übertragen werden. Die Auftragswalze taucht in einen die Mikrokapselflüssigkeit enthaltenden Behälter ein und ihre Oberfläche ist mit einer Abstreifeinrichtung versehen, die zwischen dem Behälter und dem Spalt mit der Gegenwalze angebracht ist. Als max. Feststoffgehalt der aufzubringenden Mikrokapselflüssigkeit werden 24 Gew.% angegeben. Nachteilig bei dieser Auftragstechnik ist die aufwendige Herstellung der Auftragswalzen und die Abhängigkeit des Auftragsgewichtes von der Größe der in der Auftragswalze angebrachten Vertiefungen bzw. deren Musterung.

Gemäß der DE-21 43 635 B2 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem eine Seite der Papierbahn mit einer dort als Emulsionsschicht bezeichneten Mikrokapseldispersion und die andere Seite mit einer Tonaufschlämmung beaufschlagt wird. Der Auftrag erfolgt mittels einer von einer Speisewalze mit Streichfarbe beaufschlagten gravierten Walze über eine Auftragswalze auf eine Papierbahn.

Aus der DE-29 03 972 A1 ist ein Verfahren zum gleichzeitigen Beschichten der beiden Seiten einer Papierbahn bekannt, wobei eine Seite mit einer Mikrokapselschicht und die andere Seite mit einer Farbakzeptorschicht versehen werden kann. Zum Auftrag der Mikrokapselbeschichtung dient eine Übertragungswalze, auf deren Oberfläche mittels einer gravierten Walze die Mikrokapseldispersion vordosiert wird. Die andere Seite der Papierbahn kann wahlweise ebenfalls unter Verwendung einer gravierten Walze oder alternativ mittels eines Rakelklingenbeschichtungsverfahrens mit einer Farbakzeptorschicht versehen werden.

Gemäß der DE-21 59 343 B2 ist ein Verfahren zur Beschichtung einer Warenbahn mit Mikrokapseln bekannt, bei dem eine Beschichtungsmasse im Überschuß aufgebracht und durch Anpressen einer festen Einrichtung der Überschuß entfernt und die verbleibende Beschichtungsmasse auf der Warenbahn egalisiert wird. Das Anpressen bzw. Egalisieren kann dabei mit einem gegen eine Gegendruckwalze gestellten Rakelmesser oder mit einem Dosierrakel erfolgen, der entweder nur gegen die Warenbahn oder gegen eine von der Warenbahn umschlungene Gegendruckwalze drückt. Die angegebenen Maschinenlaufgeschwindigkeiten liegen bei wenig mehr als 100 m/Min. Durch den auf die Papierbahn ausgeübten Druck besteht, insbesondere, wenn der Auftrag mittels einer Schleppwalze erfolgt und die Papierbahn bereits durchfeuchtet ist, die Gefahr- daß die Papierbahn abreißt.

Die DE 39 19 736 C1 betrifft ein auf der Rückseite mit einer CB-Schicht versehenes Erstblatt eines Durchschreibesatzes, bei dem eine sichere Selbsttrennverleimung ermöglicht werden soll. Die vorgeschlagene Lösung sieht den Zusatz eines nichtreaktiven Hydrophobierungsmittels der Oberseitenbeschichtung vor, d. h. zu der Beschichtung, die auf der CB-Schicht gegenüberliegenden Seite des Papiers angeordnet ist. Soweit Streichaggregate erwähnt sind, sind diese - für die Oberseitenbeschichtung - nur sehr allgemein als Rakel- oder Stabdosiervorrichtungen erwähnt. Das Streichrohpapier wird zunächst in einer Leimpresse mit Stärke präpariert, getrocknet und satiniert und erst anschließend auf der Rückseite der eigentliche Kapselstrich aufgetragen. Beiläufig wird die Leimung des Rohpapiers erwähnt, ohne daß sich ein Hinweis auf den Grad der Leimung findet.

Die üblichen CB-Streichfarben enthalten zum Schutz der Mikrokapseln Abstandshalter, z. B. unlösliche Stärkekörnchen oder feine Zellulosefasern. Beim Auftrag von CB-Streichfarben mittels Rakelstreicheinrichtungen einschließlich Luftbürsten findet eine Separierung der Abstandshalter von der Streichfarbe statt.

Zur Verwendung in Formularsätzen werden die auf ihrer Rückseite mit einer Mikrokapselschicht (CB-Schicht) versehenen Bögen, sofern sie nicht als erstes Blatt eines Formularsatzes eingesetzt werden, auf ihrer Vorderseite mit einer sog. CF-Schicht (coated front) versehen und es entsteht ein sog. CFB-Blatt. Werden die Mikrokapseln bei Benutzung des CFB-Blattes zerstört, besteht die Gefahr, daß sich die Farbbildnerlösung auch innerhalb des CFB-Blattes ausbreitet und auf die Vorderseite, d. h. die CF-Schicht durchschlägt, wodurch hier eine unerwünschte Farbreaktion ausgelöst wird. Zur Vermeidung werden die entsprechenden Papiere bereits in der Masse voll geleimt, so daß eine Sperrwirkung gegenüber der sich innerhalb des Papierbogens ausbreitenden Farbvorläuferlösung erfolgt. Gleichzeitig wird aber auch das Saugvermögen des Papiers beeinträchtigt, so daß die Erzielung einer gleichmäßigen Strichstruktur bei niedrigen Auftragsmengen, etwa unter 7 g/m², erschwert wird.

Zur Verbesserung der Papierfestigkeit, insbesondere der Bedruckbarkeit der Frontseite, ist es insbesondere bei Erstblättern eines Formularsatzes üblich, die zur Anbringung von CB-Schichten vorgesehenen Papierbahnen auf der Papiermaschine mit einer die Papierfestigkeit erhöhenden Präparation zu versehen. Solche Präparationen, z. B. eine Stärkelösung, werden in bekannter Weise mit einer Leimpresse aufgetragen. Soll die CB-Schicht mit Hilfe einer in der Papiermaschine installierten Streicheinrichtung aufgetragen werden, ist neben der Trocknungseinrichtung für die Leimpressenpräparation eine weitere Trocknungseinrichtung zum Trocknen der CB-Schicht erforderlich.

Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, ein Verfahren zum Auftrag einer eine CB-Schicht aufweisenden Papierbahn zur Verfügung zu stellen, das die folgenden Anforderungen erfüllt:

- Erzeugung einer gleichmäßigen Strichstruktur auch bei hohen Maschinengeschwindigkeiten und unter der Voraussetzung, daß ein in der Masse vollgeleimtes Streichrohpapier zum Einsatz kommt;
- Verarbeitbarkeit von CB-Streichfarben in einem weiten Feststoff- und Viskositätsbereich;
- Vermeidung der Separierung von Abstandshaltern;
- Anwendbarkeit des Verfahrens auch in der Papier maschine;
- Auftragsmöglichkeit der CB-Streichfarbe bei gleich zeitigem Auftrag einer Präparation auf die der CB-Schicht gegenüberliegende Seite der Papierbahn und gleichzeitige Trocknung von CB-Streichfarbe und Präparation in einer gemeinsamen Trocknungsein richtung.

Zur Lösung der vorliegenden Aufgabe greift die Erfindung auf die auch unter der Bezeichnung "speedsizer" bekanntgewordenen und in der DE-Literaturstelle: Wochenblatt für Papierfabrikation 23/24 (1987), S. 1063 ff. und der DE-34 17 487 A1 beschriebenen Vorrichtungen zurück. In diesen Schriften ist der Einsatz der bekannten Vorrichtungen als Leimpresse und zum Auftrag von Streichfarben angegeben, ohne daß jedoch die speziellen Probleme beim Auftrag von CB-Streichfarben angesprochen sind. Die Erfindung schlägt nun ein Verfahren zur Herstellung einer eine CB-Schicht aufweisenden Papierbahn durch Auftragen einer Streichfarbe vor, die eine in Mikrokapseln eingeschlossene Farbvorläuferlösung enthält und das durch die Kombination der folgenden Merkmale gekennzeichnet ist:

- die Papierbahn wird zur Erzielung einer Volleimung in der Masse geleimt,
- der Auftrag der CB-Schicht erfolgt mit einer Streicheinrichtung, bei der die Papierbahn zwischen zwei Übertragungswalzen geführt wird, die auf einen Spalt eingestellt sind, der nicht kleiner als die Dicke des ungestrichenen Papiers ist;
- von denen eine Übertragungswalze die mittels eines drehbaren und angetriebenen oberflächenprofilierten Rakelstabes volumetrisch vordosierte Streichfarbe zur Ausbildung der CB-Schicht auf eine Seite der Papierbahn überträgt,
- und die andere eine ebenfalls mittels drehbar ange triebenem oberflächenprofilierten Rakel auf ihre Oberfläche volumetrisch vordosierte wäßrige Präparation auf die andere Seite der Papierbahn überträgt.

Die Oberflächenprofilierung des Rakelstabes umfaßt die Ausbildung von Vertiefungen, z. B. in Form von Rillen, die auch als Gewinde ausgebildet sein können, wobei der Rakelstab vorzugsweise durch Fräsen als solcher profiliert ist bzw. kann der Rakelstab zur Erzeugung seines Profils drahtumwickelt sein. Die Profiltiefe und der Anpreßdruck des Rakels an die Übertragungswalze regulieren die Auftragsmenge der CB-Streichfarbe. Die Drehrichtung des Rakelstabes ist der Drehrichtung der Übertragungswalzen entgegengesetzt.

Um die Zerstörung der Mikrokapseln zu vermeiden, ist es erforderlich, zwischen den Übertragungswalzen einen Spalt einzustellen, wobei die Einstellung des Spaltes erfindungsgemäß so erfolgt, daß der Spalt nicht kleiner als die Dicke des ungestrichenen Papiers ist. Erfindungsgemäß können Streichfarben mit einem Feststoffgehalt zwischen 15 und 45 Gew.% gleichmäßig und bei hohen Maschinengeschwindigkeiten auf vollgeleimte Papierbahnen aufgetragen werden.

Als wäßrige Präparation kann Wasser eingesetzt werden, womit jedoch lediglich die Rollneigung der Papierbahn eingeschränkt bzw. verhindert wird. Vorzugsweise wird als Lösung jedoch eine Stärkelösung eingesetzt, so daß auch eine Verbesserung der Bedruckbarkeit auf der Frontseite infolge der besseren Einbindung der Papierfasern erzielt wird.

Unter dem Begriff Stärke sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch Stärkederivate, wie z. B. Stärkeäther oder -ester zu verstehen. Desweiteren sind auch Lösungen von Polyvinylalkohol und CMC geeignet.

Zur Verbesserung der Bedruckbarkeit auf der der CB-Schicht gegenüberliegenden Seite der Papierbahn hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, zumindest diese Seite vor dem Streichprozeß einem Glättprozeß zu unterziehen. Unter einem Glättprozeß sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung alle an sich bekannten Einrichtungen zu verstehen, mit denen auf einer oder auf beiden Seiten einer Papierbahn eine Glättung erfolgen kann. Hierzu gehören sowohl die mit mehreren, miteinander in Kontakt stehenden Metallwalzen arbeitenden Einrichtungen als auch solche Einrichtungen, bei denen Metallwalzen mit mehr oder weniger elastischen Walzen in Kontakt stehen. Eine Glättung der Seite, die der CB-Schicht gegenüberliegt, ist vor allen Dingen dann zweckmäßig, wenn auf dieser Seite noch eine sog. CF-Schicht aufgetragen werden soll. Zwar wird die erzeugte Glätte durch den nachfolgenden Streichprozeß mit CF-Streichfarbe oder mit z. B. einer wäßrigen Stärkelösung beeinträchtigt, jedoch kann die Glätte der Streichrohpapierbahn so eingestellt werden, daß auch nach Aufbringung der CB-Schicht und CF-Schicht bzw. einer Stärkelösung noch eine ausreichende Glätte zur Erzeugung eines Bildes von befriedigender Intensität vorliegt. Vorteilhaft wird die Glätte vor dem Streichprozeß auf einen Wert von mindestens 80 Bekk sec eingestellt.

Von besonderer wirtschaftlicher Bedeutung ist das erfindungsgemäße Verfahren, wenn gleichzeitig mit dem Auftrag der CB-Streichfarbe rückseitig eine CF-Streichfarbe aufgetragen wird.

Unter dem in Beschreibung und Ansprüchen verwendeten Begriff CB-Streichfarbe bzw. CB-Schicht sind wäßrige Streichfarben zu verstehen, die neben den Mikrokapseln noch ein Bindemittel für diese, z. B auf Latexbasis oder auf Stärkebasis, enthalten. Der Begriff Stärke umfaßt dabei auch Stärkederivate, wie Stärkeester. Ferner enthält die CB-Streichfarbe auch noch sog. Abstandshalter auf Basis von sich nicht lösenden Stärkekörnchen oder auf Basis von feinen und kurzen Zellulosefasern. Der Durchmesser der Abstandshalter liegt bei 20 bis 60 µm. Der Feststoffgehalt der CB-Streichfarbe liegt vorzugsweise in einem Bereich zwischen 15 und 45 Gew.%.

Wird die erfindungsgemäß einzusetzende Streicheinrichtung statt einer der bisher üblichen Leimpressen in einer Papiermaschine installiert, entsteht der in wirtschaftlicher Hinsicht besonders günstige Vorteil, daß in nur einer Anlage die Fertigstellung der Papierbahn erfolgen kann. Die Anwendung des Verfahrens in der Papiermaschine ist daher besonders bevorzugt.

Zur näheren Erläuterung des Verfahrens dient die Figur.

Auf der Oberfläche einer ersten Übertragungswalze (2) befindet sich eine vordosierte Schicht einer wäßrigen Stärkelösung (5), während auf der Oberfläche der anderen Übertragungswalze (2′) eine zur Ausbildung einer CB-Schicht (4′) dienende Streichfarbe (4) vordosiert ist. Die Vordosierung erfolgt bei der Stärkelösung mittels des in vereinfachter Form dargestellten gerillten Rakels (3) und bei der CB-Streichfarbe (4) mittels des gerillten Rakels (3′). Beide Rakel sind entgegengesetzt zur Drehrichtung der Übertragungswalzen angetrieben. Von den Übertragungswalzen erfolgt der Übertrag der vordosierten Stärkelösung (5) bzw. CB-Streichfarbe (4) auf die Papierbahn (1). Im linken Teil der Figur ist in vereinfachter Darstellungsweise eine Vorrichtung dargestellt, umfassend in ebenfalls schematisch dargestellter Weise eine Rakelhalterung (7), von der die Stärkelösung (5) im Überschuß gegen die Oberfläche der Übertragungswalze (2) gebracht wird. Überschüssige Stärkelösung läuft, wie mit dem Pfeil angedeutet, ab. Im rechten Teil der Figur kann eine gleiche Rakelhalterung bzw. Farbwanne installiert werden. Rakelhalterung, Farbwanne und Farbführungseinrichtungen sind nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung und können daher auch durch andere geeignete Vorrichtungen, wie z. B. Farbauftragsrohre ersetzt sein.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer eine CB-Schicht aufweisenden Papierbahn für druckempfindliche Aufzeichnungspapiere durch Auftragen einer CB- Streichfarbe, die eine in Mikrokapseln eingeschlossene Farbvorläuferlösung enthält, gekennzeichnet durch die Kombination der nachfolgenden Merkmale:

- die Papierbahn (1) wird zur Erzielung einer Volleimung in der Masse geleimt;
- der Auftrag der CB-Schicht (4′) erfolgt mit einer Streicheinrichtung, bei der die Papierbahn (1) zwischen zwei Übertragungswalzen (2, 2′) geführt wird, die auf einen Spalt eingestellt sind, der nicht kleiner als die Dicke des ungestrichenen Papiers ist;
- von denen eine Übertragungswalze die mittels eines drehbaren und angetriebenen oberflächenprofilierten Rakelstabes (3′) volumetrisch vordosierte Streichfarbe (4) zur Ausbildung der CB-Schicht (4′) auf eine Seite der Papierbahn (i) überträgt
- und die andere eine ebenfalls mittels drehbar angetriebenem oberflächenprofilierten Rakelstab (3) volumetrisch vordosierte wäßrige Präparation (5) auf die andere Seite der Papierbahn (1) überträgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Feststoffgehalt der CB-Streichfarbe 15 bis 45 Gew.% beträgt.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die wäßrige Präparation eine Stärkelösung ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die wäßrige Präparation eine CF-Streichfarbe ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Papierbahn vor dem Auftrag der CB-Streichfarbe zumindest auf der Seite, die der zum Auftrag der CB-Streichfarbe vorgesehenen Seite gegenüberliegt, geglättet ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es in einer Papiermaschine durchgeführt wird.