DE4224719C2 - Verfahren zur Herstellung einer eine CF-Schicht aufweisenden Papierbahn für druckempfindliches Durchschreibepapier - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer eine CF-Schicht aufweisenden Papierbahn für druckempfindliches Durchschreibpapier durch Auftragen einer organische Farbakzeptoren enthaltenden Streichfarbe.

Unter CF-Schichten (coated front) werden sog. Farbnehmer- oder Farbakzeptorschichten verstanden, die üblicherweise auf der Oberseite eines Papierbogens angeordnet sind. Unter organischen Farbakzeptoren sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung allgemein öllösliche sauer reagierende organische Substanzen zu verstehen, die mit geeigneten Farbvorläufern auf Basis von basischen chromogenen Verbindungen zu einer Farbrekation führen. Dazu gehören phenolische Substanzen, wie Phenol, Resorcin, Naphthole und Salicylsäure, die auch alkylsubstituiert sein können, die als Monomere, Oligomere oder Polymere (Harze) vorliegen können und metallmodiziert sind, vorzugsweise zinkmodifiziert. Aus der DE-14 21 395 C3 sind dazu als organische Farbakzeptoren Phenoldi- oder trioxybenzole und 1- oder 2-Naphthol bekannt. In der DE-12 75 550 B1 sind als organische Farbakzeptoren die Polymere des Phenolaldehyds und Phenolacetylens angegeben, während in der DE-22 28 431 B2 öllösliche Metallsalze von Phenol-Formaldehydharzen, z. B. Zink (II) -para-phenylphenolformaldehyd-Resinat beschrieben sind. Die DE-16 71 642 B2 nennt Phenolkarbonsäurealkylester; gemäß der DE-21 30 456 B2 sind Phenolaldehydharze unter Zusatz von Vanadiumsalz oder anderen Metallsalzen bekannt. Eine andere Gruppe von organischen Farbakzeptoren betrifft die Salicylsäure und ihre Derivate, wozu aus der DE-21 52 763 A1 ein polymeres Reaktionsprodukt einer aromatischen Carbonsäure mit einem Aldehyd- oder Acetylen, z. B. ein Salicylsäure-Aldehydpolymeres bekannt ist. Die DE-21 47 585 B2 betrifft Salicylsäure oder Derivate unter Zusatz von Metallverbindungen.

Der Auftrag der organischen Farbakzeptoren auf eine Papierbahn erfolgt aus einer wäßrigen Streichfarbe, in der neben den organischen Farbakzeptoren noch ein oder mehrere nichtfarbreaktive mineralische Pigmente, z. B. Calciumcarbonat oder Kaolin, ein Bindemittel, z. B. eine Stärkelösung oder ein Latex sowie die üblichen Hilfsmittel, wie z. B. Dispergiermittel, Entschäumer oder die Viskosität der Streichfarbe regulierende Hilfsmittel enthalten sind. Es wurden auch bereits Abmischungen von organischen Farbakzeptoren mit anorganischen Farbakzeptoren - farbreaktive mineralische Pigmente, wie saurer Ton - vorgeschlagen. Für organische Farbakzeptoren enthaltende Streichfarben sind Feststoffgehalte zwischen 25 und 60 Gew.% bekannt. Bekannt ist der Auftrag von organische Farbakzeptoren enthaltenden Streichfarben mittels einer Luftbürstenstreicheinrichtung, einer Messerstreicheinrichtung und mittels eines Rollrakels. Diese Streicheinrichtungen weisen jedoch noch bestimmte Nachteile auf. Auf Luftbürsten können Streichfarben lediglich bis zu einem Feststoffgehalt von 30 Gew.% verarbeitet werden. Zudem können Luftbürstenstreicheinrichtungen nur mit aus heutiger Sicht geringen Geschwindigkeiten betrieben werden, da bei höheren Geschwindigkeiten Luftwirbel entstehen und der Strichauftrag ungleichmäßig wird. Es können ferner Intensitätsverluste der Farbakzeptorschicht eintreten, weil die nasse Streichfarbe infolge ihrer geringen Viskosität in das Papier eindringt, so daß die in das Papier eingedrungenen Streichfarbenkomponenten für die Reaktion mit der Farbvorläuferverbindung nicht mehr voll zur Verfügung stehen.

Bei Messerstreicheinrichtungen, bei denen das Auftragsgewicht über den Anpreßdruck gesteuert wird, entsteht eine ungleichmäßige Strichstruktur infolge der Rauhigkeit der Papieroberfläche, denn das Rakelmesser füllt die Vertiefungen der Papieroberfläche mit Streichfarbe und entblößt die vorstehenden Bereiche der Papieroberfläche (Spachteleffekt).

Streichvorrichtungen mit Rollrakelegalisierung der Streichfarbe führen bei einer Rakeleinrichtung ohne Gegenwalze zum Bahnflattern bei hohen Geschwindigkeiten, bei Zusammenwirken des Rollrakels mit einer Gegenwalze wird keine gleichmäßige Strichstruktur bei hoher Geschwindigkeit und geringem Auftragsgewicht erzielt. Bei Walzenauftragseinrichtungen kommt es durch die zwischen Auftragswalze und bereits auf das Papier aufgetragene Streichfarbe stattfindende Filmspaltung zur Ausbildung einer ungleichmäßigen Strichstruktur, auch als Orangenschaleneffekt bezeichnet. Ein weiteres Problem bei der Herstellung von mit CF-Schichten versehenen Bögen ergibt sich daraus, daß diese, sofern sie nicht als letztes Blatt in einem Formularsatz eingesetzt werden, auf ihrer Rückseite mit einer sog. CB-Schicht (coated back) versehen werden, wobei ein sog. CFB-Blatt entsteht. Die CB-Schicht enthält Mikrokapseln, in denen sich in einem geeigneten Lösungsmittel die Farbvorläufer befinden. Bei Beschriftung des CFB-Blattes, d. h. Zerstörung der Mikrokapseln, besteht nun 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 verliert das Papier aber auch sein Saugvermögen, so daß die Erzielung einer gleichmäßigen Strichstruktur bei niedrigen Auftragsmengen, etwa unter 7 g/m², erschwert wird.

Zur Verbesserung der Papierfestigkeit, insbesondere der Bedruckbarkeit, ist es vielfach üblich, die zur Aufbringung von CF-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 CF-Schicht mit Hilfe einer in der Papiermaschine installierten Streicheinrichtung aufgetragen werden, ist neben der Trocknungseinrichtung für die Leimpressenpräparation eine weitere Trocknungseinrichtung zum Trocknen der CF-Schicht erforderlich.

Die DE 39 23 586 A1 betrifft ein Aufzeichnungspapier mit einer Akzeptorschicht, die aus einer Beschichtungszusammensetzung aufgebracht wird, in der neben einem organischen Farbakzeptor, ein Latex eines Copolymers, der eine ungesättigte Carbonsäure als monomere Komponente enthält und ein Immobilisierungsmittel sowie inaktive Pigmente vorliegen. Durch das Immobilisierungsmittel soll eine Akzeptorschicht mit verbesserter Beständigkeit gegenüber Reib-Schmierflecken und mit zufriedenstellender Bedruckbarkeit hergestellt werden. Das Immobilisierungsmittel soll dabei die Absorptionsrate des Grundblattes für das in der Beschichtungszusammensetzung enthaltene Wasser sowie die Viskosität und andere rheologische Eigenschaften der Beschichtungszusammensetzung verändern und zur Ausbildung einer gleichmäßigeren Beschichtung führen. Es werden auch verschiedene Leimungsverfahren erwähnt, die bei der Herstellung des bekannten Akzeptorblattes zum Einsatz kommen können, wobei ein in der Masse vollgeleimtes Streichrohpapier nicht offenbart wird. Die Akzeptorbeschichtung wird mit den bekannten Streicheinrichtungen, wie z. B. einer Luftbürste, einer Rakelstreicheinrichtung oder einer Leimpresse aufgetragen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Überwindung der bestehenden Nachteile, insbesondere soll ein Verfahren zur Verfügung gestellt werden, das bei hoher Maschinengeschwindigkeit einen gleichmäßigen Auftrag einer organische Farbakzeptoren enthaltenden CF-Streichfarbe bei Erhalt einer befriedigenden Strichstruktur, insbesondere einer guten Abdeckung der Papieroberfläche auch unter der Voraussetzung ermöglicht, daß nur ein geringes Strichgewicht aufgetragen wird. Ein Wegschlagen der noch nassen CF-Streichfarbe in die Papierbahn soll weitestgehend vermieden werden. Eine weitere Aufgabe sieht die Erfindung darin, den Auftrag der CF-Streichfarbe auf die eine Seite der Papierbahn und einer wäßrigen Präparation auf die andere Seite der Papierbahn gleichzeitig zu ermöglichen, wobei die Trocknung von CF-Streichfarbe und wäßriger Präparation in einer gemeinsamen Trocknungseinrichtung erfolgen soll.

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. 1.063 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 organische Farbakzeptoren enthaltenden CF-Streichfarben angesprochen sind. Die Erfindung schlägt nun ein Verfahren zur Herstellung einer eine CF-Schicht aufweisenden Papierbahn für druckempfindliche Durchschreibpapiere durch Auftragen einer organische Farbakzeptoren enthaltenden Streichfarbe vor, das durch die folgenden Merkmale gekennzeichnet ist:

• - die Papierbahn wird in der Masse vollgeleimt
• - der Auftrag der CF-Schicht erfolgt mit einer Streicheinrichtung, bei der die Papierbahn zwischen zwei auf Spalt oder mit minimalem Preßdruck eingestellten Übertragungswalzen geführt wird,
• - von denen eine die mittels eines drehbaren und angetriebenen oberflächenprofilierten Rakelstabes volumetrisch vordosierte Streichfarbe zur Ausbildung der CF-Schicht auf eine Seite der Papierbahn überträgt,
• - und die andere eine ebenfalls mittels drehbar ange­ triebenem oberflächenprofiliertem Rakel volumetrisch vordosierte wäßrige Lösung auf die andere Seite der Papierbahn überträgt,
• - die Menge der organischen Farbakzeptoren in der getrockneten CF-Schicht beträgt 0,2 bis 2,0 g/m² (gerechnet als Trockengewichtsteile).

Die Oberflächenprofilierung kann in Form von Rillen vorliegen, wobei die Rillen des Rakelstabes als Gewinde ausgebildet sein können. Der Rakelstab kann vorzugsweise durch Fräsen als solcher profiliert sein bzw. kann der Rakelstab zur Erzeugung seines Profils drahtumwickelt sein. Die Profiltiefe und der Anpreßdruck des Rakels an die Übertragungswalze regulieren die Auftragsmenge der CF-Streichfarbe. Die Drehrichtung des Rakelstabes ist der Laufrichtung der Papierbahn entgegengesetzt.

Beim Auftrag niedriger Strichgewichte wird vorteilhafterweise zur Vergleichmäßigung des Auftrages ein minimaler Preßdruck, vorzugsweise im Bereich zwischen 10 und 40 kN/m eingestellt. Dagegen hat es sich als zweckmäßig erwiesen, beim Auftrag höherer Strichgewichte einen Spalt einzustellen, wobei die Einstellung des Spaltes vorzugsweise so vorgenommen wird, daß zwischen den beiden Auftragswalzen ein Spalt eingestellt ist, der kleiner als die Dicke des ungestrichenen Papiers ist. Erfindungsgemäß können Streichfarben mit einem Feststoffgehalt von mehr als 40 Gew.% unter Ausbildung einer gleichmäßigen Strichstruktur und unter Erhalt einer gleichmäßigen Abdeckung der Papieroberfläche eingesetzt werden, wobei gemäß weiteren vorzugsweisen Ausführungen eine Streichfarbe für die CF-Schicht zum Einsatz kommt, deren Feststoffgehalt bei mehr als 42 Gew.%, ganz besonders bevorzugt bei mehr als 45 Gew.% liegt. Die Viskositäten der einzusetzenden CF-Streichfarben können dabei zwischen 200 und 2.000 mPa·s liegen.

Als wäßrige Lösung für die Rückseitenpräparation kann Wasser eingesetzt werden, womit jedoch lediglich die Rollneigung der Papierbahn eingeschränkt bzw. verhindert wird. Vorzugsweise wird als wäßrige Lösung jedoch eine Stärkelösung eingesetzt, so daß auch eine Verbesserung der Bedruckbarkeit 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. Durchgeführte Versuche haben gezeigt, daß auch bei relativ niedrigen Auftragsgewichten der CF-Schicht im Bereich von 3 bis 6 g/m², ein gleichmäßiger Strichauftrag, ein konstantes Auftragsgewicht und eine gute Abdeckung der Streichrohpapieroberfläche erzielt werden konnten, was auf die volumetrische Vordosierung mittels eines gerillten Rakelstabes zurückgeführt wird. Die an sich bekannte Maßnahme, organische Farbakzeptoren enthaltenden CF-Streichfarben noch mineralische nichtfarbreaktive Pigmente, z. B. Calciumcarbonat oder Kaolin zuzumischen, wird auch beim erfindungsgemäßen Verfahren beibehalten. Die mineralischen Pigmente dienen dabei als Träger für die organischen Farbakzeptoren und verbessern deren Wirksamkeit. Der Anteil an mineralischen nichtfarbreaktiven Pigmenten kann bis zu 90 Gew.%, bezogen auf den Gesamtfeststoffgehalt der Streichfarbe, betragen. Vorzugsweise wird neben Calciumcarbonat Kaolin, Bariumsulfat, Talkum, Chlorit, gefälltes Silikat, Aluminiumhydroxid oder eine Mischung dieser Substanzen eingesetzt.

Der eigentliche Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Möglichkeit, auch mit geringen Strichauftragsgewichten eine gleichmäßige Strichstruktur und damit eine gute Abdeckung der Streichrohpapieroberfläche bei Einhaltung eines gleichbleibenden Auftragsgewichtes einstellen zu können, wodurch es ermöglicht wird, auch bei sehr geringen Auftragsgewichten eine ausreichende Menge der organischen Farbakzeptoren innerhalb der CF-Schicht aufzubringen, wodurch eine ausreichende Intensität des durch Reaktion zwischen Farbvorläufer und Farbakzeptor erzeugten Bildes resultiert. Vorzugsweise werden lediglich 0,4 bis 1,0 g/m² an organischen Farbakzeptoren innerhalb der getrockneten CF-Schicht aufgebracht. Aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten ist eine Menge von mehr als 2 g/m² organischer Farbakzeptoren in der CF-Schicht nicht erforderlich.

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 einer einzigen Trocknungseinrichtung sowohl die auf der Vorderseite aufgebrachte CF-Streichfarbe als auch die rückseitige Präparation aus z. B. einer Stärkelösung getrocknet werden kann. Der Auftrag der CF-Schicht auf eine Papierbahn in der Papiermaschine ist daher besonders bevorzugt.

In der nachfolgenden Tabelle sind verschiedene CF-Streichfarben und die Ergebnisse angegeben, die bei einem Pilotversuch mit einer in einer Papiermaschine installierten Streicheinrichtung entsprechend der Erfindung erhalten wurden.

Tabelle

Die Angaben zu den Anteilen der einzelnen Komponenten der Streichfarbe beziehen sich auf Trockengewichtsanteile. Rest: Wasser. Die Strichstruktur war bei allen Versuchen gleichmäßig.

Zur weiteren 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 CF-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 CF-Streichfarbe (4) mittels des gerillten Rakels (3′). Beide Rakel sind entgegengesetzt zur Drehrichtung der Übertragungswalzen (2) angetrieben. Von den Oberflächen der Übertragungswalzen (2) erfolgt der Übertrag der vordosierten Stärkelösung (5) bzw. CF-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 (8)

1. Verfahren zur Herstellung einer eine CF-Schicht aufweisenden Papierbahn für druckempfindliches Durchschreibpapier durch Auftragen einer organische Farbakzeptoren enthaltenden Streichfarbe, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

• - die Papierbahn wird in der Masse vollgeleimt;
• - der Auftrag der Streichfarbe erfolgt mit einer Streicheinrichtung, bei der die Papierbahn (1) zwischen zwei auf Spalt oder mit minimalem Preßdruck eingestellten Übertragungswalzen (2; 2′) geführt wird;
• - von denen eine die mittels eines drehbaren und angetriebenen oberflächenprofilierten Rakelstabes (3′) volumetrisch vordosierte Streichfarbe (4) zur Ausbildung der CF-Schicht (4′) auf eine Seite der Papierbahn (1) überträgt
• - und die andere eine ebenfalls mittels drehbar angetriebenem oberflächenprofilierte Rakel (3) volumetrisch vordosierte wäßrige Lösung (5) auf die andere Seite der Papierbahn (1) überträgt;
• - die Menge der organischen Farbakzeptoren in der getrockneten CF-Schicht beträgt 0,2 bis 2,0 g/m² (gerechnet als Trockengewichtsteile).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Auftragswalzen (2; 2′) ein Preßdruck zwischen 10 und 40 kN/m eingestellt ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt zwischen den beiden Auftragswalzen (2; 2′) ein Spalt ist, der kleiner als die Dicke des ungestrichenen Papiers ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Feststoffgehalt der CF-Streichfarbe < 40 Gew.% ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die wäßrige Lösung eine Stärkelösung ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die CF-Streichfarbe außer den organischen Farbakzeptoren bis zu 90 Gew.% - bezogen auf Gesamtfeststoffgehalt - eines nicht farbreaktiven Pigmentes, ausgewählt aus der Gruppe Calciumcarbonat, Kaolin, Bariumsulfat, Talkum, Chlorit, gefälltes Silikat, Aluminiumhydroxid oder eine Mischung dieser Verbindungen enthält.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die CF-Schicht in einer Auftragsmenge von 3 bis 6 g/m² (gerechnet als Trockengewichtsteile) aufgetragen wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es in der Papiermaschine durchgeführt wird.