DE60022635T2 - Polymerlaminiertes Trägermaterial - Google Patents

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Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung von mit einem Polymer laminierten Substrat sowohl für fotografische als auch für nicht-fotografische Abbildungen, mit einer spezifischen Oberflächenrauhigkeit. Die vorliegende Erfindung schließt auch ein Herstellungsverfahren für eine Kühlwalze ein, welche geeignet ist, um diese Rauhigkeit der Polymeroberfläche zu erzeugen und welche ein hohes Maß an Reproduzierbarkeit aufweist.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Die verschiedenen Oberflächen von laminierten Trägern, welche sowohl in der fotografischen wie auch in der nicht-fotografischen Abbildungsindustrie verwendet wird, werden hauptsächlich durch die Oberflächenstruktur der Kühlwalze bestimmt, welche während der Extrusionsbeschichtungsverfahren verwendet wurde. Bei diesem Verfahren wird ein Polymerharz geschmolzen und auf einen Träger extrudiert. Die heiße Polymerschmelze, welche auf dem Träger aufliegt, wird durch die Kühlwalze abgekühlt, welche eine spezifische Oberflächenrauhigkeit besitzt. Die Oberflächenrauhigkeit der Kühlwalze bestimmt das Erscheinungsbild des laminierten Erzeugnisses. Glänzendes mit einem Polymerlaminiertes Papier wird durch die Verwendung einer glatten Kühlwalzenoberfläche erzeugt, wohingegen mattes Papier durch eine Kühlwalze erzeugt wird, welche eine Oberflächenrauhigkeit Rz von zwischen 5 μm und 9 μm aufweist.
  • Es gibt verschiedene Wege, eine spezifische Oberflächenrauhigkeit auf der Kühlwalze zu erzielen. Eins der herkömmlichen Verfahren umfasst Elektroplattier- bzw. Galvanisier-, Polier- und Anrauschritte. Das herkömmliche Verfahren zur Erzeugung einer spezifischen Struktur auf der Kühlwalze ist in JP 101 04 788 beschrieben. Die Herstellung der Kühlwalze besteht aus den folgenden Schritten:
    (1) Verkupfern der Oberfläche der Ausgangskühlwalze, (2) Polieren der Oberfläche, um etwas der unerwünschten Oberflächenrauhigkeit zu entfernen, (3) Sandstrahlen der Oberfläche auf eine gewünschte Oberflächenrauhigkeit, (4) Entfernen der unerwünschten kleinen Rauhigkeit durch Polieren, (5) zweifaches Beschichten der rauen Oberfläche mit einer Verchromung, um die Oberfläche zu härten, (6) erneutes Sandstrahlen, um die Rauhigkeit einzustellen und gefolgt durch (7) Polieren.
  • Die Beschränkung dieses Verfahrens ist, dass es relativ schwierig ist, die gewünschte Oberflächenrauhigkeit des Endproduktes zu steuern. Die Feinabstimmung der Endrauhigkeit muss durchgeführt werden, indem die harten Chromoberflächen poliert werden, was zeit- und arbeitsaufwendig ist.
  • Ein weiterer Nachteil des obengenannten Verfahrens ist es, dass ein Teil der harten Chrombeschichtung während der Sandstrahlschritte entfernt wird. Als ein Ergebnis wird die Lebensdauer der Kühlwalze reduziert.
  • In der fotografischen Industrie wird das mit einem Polymer-laminierte Substrat anschließend mit einigen lichtempfindlichen Emulsionsflüssigkeiten beschichtet. Aus ökonomischen Gründen sollen diese Emulsionen mit so hohen Beschichtungsgeschwindigkeiten wie möglich beschichtet werden. Einer der wichtigen Faktoren, welcher die Beschichtungsgeschwindigkeit der Emulsionsflüssigkeiten auf der Polymeroberfläche beeinflusst, ist die Oberflächenrauhigkeit des mit einem Polymer-laminierten Substrats.
  • US 5212005 beschreibt den Bereich der Parameter der Oberflächenrauhigkeit, dargestellt durch die mittlere Rauhigkeit der Mittelebene SRa, die Peakhöhe der Mittelebene SRp und durch die Tiefe der Täler der Mittelebene SRv, die die Beschichtungsgeschwindigkeit der Emulsion in der fotografischen Industrie erhöhen kann. Die Kühlwalze, welche die gewünschte Oberflächenrauhigkeit aufweist, wird hergestellt durch (1) Bereitstellen einer Kupferschicht auf der Stahlwalze, (2) Ausarbeiten der Kupferschicht (3), Sandstrahlen der ausgearbeiteten Oberfläche, (4) Formen einer Verchromung darauf und (5) Unterwerfen der plattierten Oberfläche einer schleifenden Endbearbeitung.
  • Obwohl gezeigt wurde, dass die Beschichtungsgeschwindigkeit durch die Oberflächenrauhigkeit erhöht werden konnte, fand man heraus, dass die Geschwindigkeit auf 180 m/min. beschränkt ist.
  • Eine der Gegenmaßnahmen zur Erhöhung der Beschichtungsgeschwindigkeit ohne die Emulsionsflüssigkeiten zu verändern, ist durch Polieren der Kühlwalze. Der Gewinn bezüglich der Erhöhung der Beschichtungsgeschwindigkeit ist jedoch bedeutungslos und gleichzeitig beeinflusst es das Erscheinungsbild des beschichteten Materials negativ.
  • Es gibt daher eine Notwendigkeit, das Herstellungsverfahren der Kühlwalze auf solch eine Weise zu verbessern, dass die gewünschte Oberflächenrauhigkeit auf einem mit einem Polymer-laminierten Substrat realisiert werden kann, während die Beschichtungsgeschwindigkeit bei den nachfolgenden Beschichtungsverfahren deutlich erhöht wird.
  • Das von dem Erfinder zu lösende Problem
  • Es bleibt ein Bedarf nach einem Herstellungsverfahren einer Kühlwalze, wobei die Oberfläche der Kühlwalze solch eine Struktur aufweist, dass die gewünschte Oberflächenrauhigkeit des mit einem Polymer-laminierten Substrats erzielt werden kann, mit einem hohen Maß an Reproduzierbarkeit, während die Beschichtungsgeschwindigkeit der Emulsionsflüssigkeiten auf dem mit einem Polymer-laminierten Substrat deutlich erhöht wird.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, ein mit einem Polymer-laminierten Substrat bereitzustellen, insbesondere einen Träger sowohl für fotografische wie auch nicht-fotografische Abbildungsmedien, welcher eine gewünschte Oberflächenrauhigkeit aufweist und geeignet ist, anschließend mit einer hohen Beschichtungsgeschwindigkeit beschichtet zu werden. Überraschenderweise hat man herausgefunden, dass die Oberfläche des mit einem Polymer-laminierten Substrats durch die Abwesenheit einer Raumfrequenz (spatial frequency) von mehr als 1.800 peaks/cm gekennzeichnet sein.
  • Demzufolge wird in der vorliegenden Erfindung ein mit einem Polymer-laminiertes Substrat bereitgestellt, dessen Rauhigkeit durch eine Raumfrequenz von weniger als 1.800 peaks/cm gekennzeichnet ist.
  • Des Weiteren ist es ein Gegenstand der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer Kühlwalze bereitzustellen, wodurch die gewünschte Oberflächenrauhigkeit mit einem hohen Maß an Reproduzierbarkeit erzielt werden kann und wobei die Oberfläche eine Raumfrequenz von weniger als 1.800 peaks/cm besitzt.
  • Die Erfindung stellt auch ein Herstellungsverfahren für eine Kühlwalze zur Verfügung, welche zur Herstellung des mit einem Polymer-laminierten Substrats geeignet ist, welches eine Oberflächenrauhigkeit aufweist, wobei die Oberflächenrauhigkeit der Kühlwalze strukturiert wird durch (1) Verkupfern der Stahloberfläche der Kühlwalze und Polieren, (2) Anrauen der Kupferoberfläche durch Anwendung des Sandstrahlverfahrens gefolgt von einem Polieren und (3) Verchromen der rauen Oberfläche.
  • Detaillierte Beschreibung
  • Während der Untersuchungen hat man herausgefunden, dass das herkömmliche Verfahren zur Herstellung einer Kühlwalze neben der gewünschten Parameter der Oberflächenrauhigkeit, wie Ra und/oder Rz, auch eine Oberflächenstruktur erzeugt wird, mit einer Raumfrequenz, die höher als 1.800 peak/cm ist. Diese sogenannte Mikro- oder Hochfrequenzrauhigkeit ist nach jedem Sandstrahlen oder Schleifschritten vorhanden. Überraschenderweise hat man herausgefunden, dass die Anwesenheit dieser Hochfrequenzrauhigkeit auf der Polymeroberfläche die relativ niedrige Beschichtungsgeschwindigkeit der Emulsionsflüssigkeiten bewirkt.
  • Die begrenzte Geschwindigkeit der Beschichtung der Emulsionsflüssigkeiten in Anwesenheit der Raumfrequenz von mehr als 1.800 peaks/cm wird durch die Luft bewirkt, die während des Beschichtungsverfahrens eingeschlossen wird. Als ein Ergebnis enthält die beschichtete Polymeroberfläche viele Beschichtungsfehler, was für die Qualität des Erzeugnisses nachteilig ist. Durch Entfernen der hohen Raumfrequenz der Oberflächenrauhigkeit kann die Beschichtungsgeschwindigkeit deutlich erhöht werden.
  • Die Entfernung der Hochfrequenz-Oberflächenrauhigkeit kann teilweise durch Polieren durchgeführt werden. Die Wirkung auf die Erhöhung der Beschichtungsgeschwindigkeit ist jedoch sehr gering. Daneben reduziert das Polieren auch die sogenannte "Makro- Oberflächenstruktur" Parameter wie Ra und Rz, welche zu einer anderen Erscheinung des Erzeugnisses führen, insbesondere dem Glanz.
  • Das Raumfrequenzspektrum wird bestimmt durch Messen des Rauhigkeitsprofils, genannt das R-Profil, der mit einem Polymer-laminierten Oberfläche gemäß DIN/ISO 4288, und Anlegen der Fourier Transformation auf das gemessene R-Profil. Die gemessene Länge, Lt, des R-Profils ist 17,5 mm und die abgeschaltete Wellenlänge, yc, beträgt 0,8 mm.
  • Die angelegte Fourier-Transformation basiert auf dem Verfahren von Ronald Bracewell, die in McGraw-Hill in 1986 veröffentlicht ist, welches die folgende Gleichung enthält:
    Figure 00050001
    wobei ν die Raumfrequenz und τ die Länge ist.
  • Die Makrorauhigkeitsparameter Rz und Ra werden auch aus der R-Profilmessung erhalten und werden gemäß DIN/ISO 4287 berechnet:
  • Figure 00050002
  • Rz = der Mittelwert der maximalen Peak/Talhöhen von 5 aufeinanderfolgenden Probebereichen.
  • Figure 00050003
  • Ra: Das arithmetische Mittel der absoluten Peak/Talhöhen von n aufeinanderfolgenden Probenpunkten.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft in erster Linie die Herstellung der Oberflächenrauhigkeit des mit einem Polymer-laminierten Substrats, welches einen gewünschten Rz und Ra Wert und eine Raumfrequenz von weniger als 1.800 peaks/cm auf. Der Vorteil dieses mit einem Polymer-laminierten Substrat ist, dass das Substrat mit Emulsionsflüssigkeiten mit einer hohen Beschichtungsgeschwindigkeit sowohl für fotografische wie auch für andere nicht-fotografische Anwendungen beschichtet werden kann.
  • Um das mit einem Polymer-laminierte Substrat durch Extrusionsbeschichten herzustellen, ist es wichtig, eine Kühlwalze herzustellen, deren Oberfläche eine gewünschte Makrorauhigkeit aufweist und auf der gleichen Zeit eine Raumfrequenz besitzt, die niedriger ist als 1.800 peaks/cm. Um die Kühlwalze herzustellen ist es notwendig, ein hohes Maß an Reproduzierbarkeit zu besitzen, neben der obengenannten Oberflächenrauhigkeit.
  • Aus den Untersuchungen hat man herausgefunden, dass das folgende Herstellungsverfahren für die Kühlwalze ein ausgezeichnetes Verfahren ist, um die Bildung einer Raumfrequenzoberflächenrauhigkeit zu vermeiden und ist in der Lage, die notwendigen Rz und Ra Werte zu steuern. Diese Schritte sind:
    • (1) Verkupfern der Stahloberfläche der Kühlwalze und Polieren der plattierten Oberfläche, um diese zu glätten.
    • (2) Sandstrahlen der verkupferten Oberfläche auf eine gewünschte Oberflächenrauhigkeit Rz. Anschließend muss die raue Oberfläche poliert werden, um den Rz Wert zu glätten und fein abzustimmen.
    • (3) Als letzten Schritt wird die raue Kupferoberfläche verchromt. Die hohe Raumfrequenz, welche auf der rauen Oberfläche vorhanden ist, wird dann durch die Verchromung bedeckt und gleichzeitig werden die gewünschten Rz und Ra Werte erzielt.
  • Der Vorteil dieses Verfahrens ist, dass die Makrooberflächenrauhigkeitsparameter leicht während der Sandstrahl- und Polierschritte der Kupferoberfläche gesteuert werden können. Als ein Resultat kann die Kühlwalze mit einem hohen Maß an Reproduzierbarkeit hergestellt werden.
  • Die relativ harte Chromschicht, welche anschließend aufgebracht wird, besitzt die Funktion, die Oberflächenstruktur vor unerwünschtem Verschleiß und Abriss oder Kratzern oder Korrosion zu schützen und auch um die hohe Raumfrequenz abzudecken. Das Ver fahren führt zu einer harten Oberfläche der Kühlwalze, welche eine lange Lebensdauer besitzt und welche ohne Anwesenheit einer hohen Raumfrequenz hergestellt wird.
  • Der Vergleich des obigen Herstellungsverfahrens für die Kühlwalze und der Verfahren, welche in US 5212005 und JP 10104788 beschrieben sind, kann festgehalten werden, dass keine abschleifenden Schritte nach dem Verchromen eingesetzt werden sollten, um die Erzeugung von einem Raumfrequenzspektrum von mehr als 1.800 peaks/cm zu vermeiden.
  • Die Erfindung betrifft insbesondere die Herstellung von glänzenden und strukturierten Oberflächen von mit einem Polymer-laminierten Substrat durch Extrusionsbeschichten, wobei die gewünschte Rauhigkeit der Polymeroberfläche durch einen Rz von zwischen 0,5 μm und 8,0 μm und einem Ra von zwischen 0,05 μm und 3,5 μm charakterisiert wird.
  • Die gewünschte Oberflächenrauhigkeit der Kühlwalze, welche verwendet wird um die Anforderung an die Oberflächenrauhigkeit zu erzielen, welche oben genannt sind, kann erzeugt werden indem ein Sandstrahl mit einer Meshgröße zwischen 180 μm und 400 μm auf die verkupferte Oberfläche der Kühlwalze verwendet wird. Der Glanz des mit einem Polymer-laminierten Substrats, gemessen mit einem Winkel von 60° soll einen Wert von zwischen 15 % und 60 % und vorzugsweise zwischen 20 % und 45 % erzielen.
  • Die geeigneten Polymere können gewählt werden aus der Klasse der thermoplastischen Polymere, welche Polyolefine, Polyester, Polyacrylate umfasst. Das bevorzugte Polymer ist Polyethylen.
  • Beispiele
  • Die vorliegende Erfindung wird im Detail anhand der folgenden nichtbeschränkenden Beispiele erläutert.
  • BEISPIEL 1: VERGLEICHSBEISPIEL 1 UND ERFINDUNGSGMÄSSE PROBE 1
  • Rauhigkeitsmessung:
    • Rauhigkeitsmessung gemäß DIN/ISO 4288 (1998)
    • Messvorrichtung: Mahr, M3 Perthomether
    • Messlänge, Lt: 17,5 mm
    • Abgeschaltete Wellenlänge λc: 0,8 mm
    • Fourier Transformation (FFT) Berechnung wird durchgeführt unter Verwendung der
    • Software Mathsoft: Mthcad, Version 8.
    • Rz und Ra werden gemäß DIN/ISO 4287 (1998) definiert und berechnet.
  • Glanzmessung:
    • Messvorrichtung: Dr. Lange, Refo-3D
    • Der Glanzwert wird unter einem Winkel von 60° gemessen.
  • Etliche Kühlwalzen wurden gemäß des Herstellungsverfahrens, welches in Tabelle 1 beschrieben ist, hergestellt.
  • Tabelle 1
    Figure 00080001
  • Um das mit einem Polymer laminierte Substrat zu erhalten, wird ein Ausgangspapier mit einem Ausgangsgewicht von 166 g/m2 mit einem Polyethylenharz (LDPE) mit niedriger Dichte mit einer Menge von 19 g/m2 extrusionsbeschichtet, unter Verwendung der in Tabelle 1 beschriebenen Kühlwalze.
  • Das LDPE enthält Färbmittel, Titandioxid und Aufheller. Die Rückseite des Papiersubstrats wurde vorher mit einer transparenten Polyethylenschmelze extrusionsbeschichtet. Bevor die Polyethylenschichten extrudiert werden, wird die Papieroberfläche zunächst durch eine Coronabehandlung aktiviert, um die Adhäsion zwischen der Papieroberfläche und der Polyethylenschmelze zu verbessern.
  • Die Oberflächenrauhigkeit der Oberseite des mit einem Polyethylen-laminierten Papiers wurde gemessen und die Resultate sind in Tabelle 2 angegeben.
  • Tabelle 2
    Figure 00090001
  • Das Raumfrequenzspektrum gehört zu der Oberfläche des mit einem Polyethylenlaminierten Papiers, welches in Tabelle 2 genannt ist, und kann in 1 für die Vergleichsprobe 1 und in 2 für die erfindungsgemäße Probe 1 gefunden werden.
  • Diese zwei Zeichnungen zeigen, dass das Raumfrequenzspektrum der Oberfläche der erfindungsgemäßen Probe 1 niedriger als 1.800 peaks/cm ist, wohingegen die Vergleichsprobe 1 ein Raumfrequenzspektrum von bis zu 2.500 peaks/cm enthält.
  • Auf der Oberfläche des mit einem Polyethylen-laminierten Papiers wurden Farbpapierbeschichtungslösungen eingesetzt. Die Schichtstruktur bestand aus vier lichtempfindlichen Schichten enthaltend Silberhalogenid, drei Farbfilterschichten und eine Schutzschicht. Die gesamte nasse Beschichtungsmenge betrug 73 cc/cm2. Die unterste Schicht, das heißt eine gelbfärbende Schicht, besaß eine Viskosität von 4 cP (mit einer Abscherrate von 50 sec–1) und einer Nassmenge von 10 cc/m2.
  • Ein Gleittropfenbeschichtungsverfahren wurde eingesetzt. Der Druck der Druckreduktionskammer wurde auf einen Wert von weniger als 40 mm H2O als der Atmosphärendruck eingestellt. Die Spalte zwischen dem Ende der Beschichtungsdüse und dem mit einem Polyethylen-laminierten Papier betrug ungefähr 400 mm.
  • Das mit einem Polyethylen-laminierte Papier wurde bis auf 35 bis 40 °C erwärmt und wurde elektrostatisch vor dem Beschichtungsverfahren geladen. Die maximale Beschichtungsgeschwindigkeit, welche erzielt werden kann bevor der Luft-Einschluss auftritt, ist in Tabelle 3 angeführt.
  • Tabelle 3
    Figure 00100001
  • Die experimentellen Ergebnisse zeigten, dass die Beschichtungsgeschwindigkeit der Emulsionsflüssigkeiten deutlich erhöht wird, wenn die Raumfrequenz der Oberfläche des mit einem Polyethylen-laminierten Papiers weniger als 1.800 peaks/cm beträgt.
  • BEISPIEL 2:
  • Einige Kühlwalzen wurden auf die gleiche Weise wie in Experiment 1 hergestellt, um mit einem Polyethylen-laminierte Papiere zu erhalten, mit den in Tabelle 4 dargestellten Oberflächenrauhigkeiten.
  • Tabelle 4
    Figure 00100002
  • Die gleichen Schlüsse können aus diesem Experiment gezogen werden, das heißt die Anwesenheit einer Raumfrequenz von mehr als 1.800 peaks/cm begrenzt die maximale Beschichtungsgeschwindigkeit.

Claims (7)

  1. Mit einem Polymer laminiertes Substrat, dessen Rauhigkeit durch eine Raumfrequenz (spatial frequency) von weniger als 1800 Peaks pro cm gekennzeichnet ist.
  2. Substrat nach Anspruch 1, wobei die Oberfläche des mit einem Polymer laminierten Substrats Oberflächenrauhigkeitsparameter Rz zwischen 0,5 μm bis 0,8 μm und Ra zwischen 0,05 μm bis 3,5 μm aufweist.
  3. Mit einem Polymer laminiertes Substrat nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Rauhigkeit mit einer Kühlwalze gebildet ist, deren Oberfläche strukturiert ist durch: (1) Verkupfern der Stahloberfläche der Kühlwalze und Polieren, (2) Anrauen der Kupferoberfläche durch Anwendung von Sandstrahlen und Polieren und (3) Verchromen der rauen Kupferoberfläche.
  4. Substrat nach Anspruch 1 – 3, wobei das Polymer ausgewählt ist aus der Klasse der thermoplastischen Polymere, welche Polyolefine, Polyacrylate und Polyester umfasst.
  5. Substrat nach Anspruch 1 – 4, wobei das mit einem Polymer laminierte Substrat als ein Trägermaterial für die Fotographie und für nichtfotographische Anwendungen eingesetzt ist.
  6. Verfahren zur Herstellung eines mit einem Polymer laminierten Substrates mit einer Oberflächenrauhigkeit, welche durch eine Raumfrequenz von weniger als 1800 Peaks pro cm gekennzeichnet ist, umfassend das Extrudieren des Polymers auf ein Substrat und Bilden der Oberflächenstruktur des Polymers durch eine Kühlwalze, wobei die Oberfläche dieser strukturirert wird durch: (1) Verkupfern der Stahloberfläche der Kühlwalze und Polieren, (2) Anrauen der Kupferoberfläche durch Anwendungen des Sandstrahlverfahrens und Polieren und (3) Verchromen der rauen Oberfläche.
  7. Verfahren zur Herstellung einer Kühlwalze, welche zur Verwendung bei einem Verfahren zur Herstellung eines mit einem Polymer laminierten Substrats mit einer Rauhigkeit, welche durch eine Raumfrequenz von weniger als 1800 Peaks pro cm gekennzeichnet ist, geeignet ist, wobei die Oberfläche der Kühlwalze strukturiert wurde durch: (1) Verkupfern der Stahloberfläche der Kühlwalze und Polieren, (2) Anrauen der Kupferoberfläche durch Anwendung des Sandstrahlverfahrens und Polieren und (3) Verchromen der rauen Oberfläche.
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