DE60128742T2

DE60128742T2 - Verfahren zur Herstellung polymerlaminierter Papierträger und durch dieses Verfahren hergestellte polymerlaminierte photographische Papierträger

Info

Publication number: DE60128742T2
Application number: DE60128742T
Authority: DE
Inventors: Jan Bastiaan Bouwstra; Ieke De Vries
Original assignee: Fujifilm Manufacturing Europe BV
Current assignee: Fujifilm Manufacturing Europe BV
Priority date: 2000-03-03
Filing date: 2001-03-01
Publication date: 2008-02-07
Anticipated expiration: 2021-03-02
Also published as: DE60128742D1; US20010028995A1; US6544722B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung von polymerlaminierten Rohpapier (base paper), und insbesondere die Herstellung von polymerlaminierten fotografischen Rohpapier.
Polymer laminiertes Rohpapier als Druckpapier für die Fotografie wird herkömmlicherweise aus einem Rohpapier hergestellt, welches mit wenigstens einer Polymerharzschicht, im Allgemeinen ein mit Titandioxid gefülltes Polyethylen, Polypropylen oder ein Polymethylen-Metacrylatharz, durch Extrusionsbeschichtung (oder Co-Extrusionsbeschichtung) einer Polymerschmelze auf die Oberfläche des Rohpapiers laminiert ist.
Die EP-A-0 704 753 beschreibt die Vorbehandlung eines Rohpapiers durch eine Koronaentladungsbehandlung und eine Flammenbehandlung.
In der JP-A 57-102622 ist ein Verfahren zur Extrusionsbeschichtung eines Rohpapiers mit Polyethylen beschrieben, wobei das Rohpapier in dem Verfahren einer Koronabehandlung unterworfen wird, gefolgt von einer Erwärmung auf eine Temperatur von wenigstens 80°C. Dieses Verfahren zielt auf die Verbesserung der Adhäsion zwischen dem Rohpapier und der Polymerbeschichtung.
Ein wichtiger Aspekt der Qualität eines polymerlaminierten Rohpapiers ist das Erscheinungsbild der Harzoberfläche, welche keine große Anzahl von kraterartigen Defekten (oder Vertiefungen) nach der Extrusionsbeschichtung des Polymerharzes auf dem Rohpapier aufweisen sollte.
Des Weiteren sind wichtige Gesichtspunkte der fotografischen Rohpapiere die Geschwindigkeit der Herstellung und die Dicke der Polymerschichten. Beide Gesichtspunkte sind im Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens zur Herstellung eines Druckpapiers für die Fotografie wichtig. Es hat sich herausgestellt, dass die Bildung von Vertiefungen stark von diesen Gesichtspunkten abhängt.
Man hat versucht die Anzahl von Vertiefungen zu unterdrücken, indem die Dicke der Polymerharzschicht erhöht wurde. Bei hohen Extrusionsbeschichtungsgeschwindigkeiten, wie mehr als 300 m je Minute, ist dies nicht ausreichend wirksam, es sei denn es werden sehr große Mengen an Polymer verwendet. Des Weiteren sind damit wirtschaftliche Nachteile verbunden, da das Polymerharz ein wichtiger Kostenfaktor bei der Herstellung des Druckpapiers für die Fotografie bzw. fotografischen Druckpapiers ist.
Bei Extrusionsbeschichtungsgeschwindigkeiten des Polymerharzes von 300 m/Min. oder mehr hat man herausgefunden, dass es viel schwieriger ist, die Anzahl der Vertiefungen zu reduzieren.
Auf dem Gebiet der Bereitstellung von polymerlaminierten fotografischen Rohpapier besteht ein Bedarf nach Hochgeschwindigkeitsherstellung, insbesondere während der Extrusionsbeschichtung des Papiers mit dem Polymerharz, wodurch die Menge der Vertiefungen auf einem ausreichend niedrigen Wert gehalten wird.
Demzufolge ist es ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines polymerlaminierten Rohpapieres bereitzustellen, insbesondere eines polymerlaminierten fotografischen Rohpapieres, wobei die Anzahl an Vertiefungen verringert wird, insbesondere bei höheren Extrusionsbeschichtungsgeschwindigkeiten.
Es ist ein weiterer Gegenstand der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines polymerlaminierten Rohpapieres bereitzustellen, insbesondere eines polymerlaminierten fotografischen Rohpapiers, wobei die Anzahl der Vertiefungen bei höheren Extrusionsbeschichtungsgeschwindigkeiten verringert wird, ohne dass ein Bedarf besteht, das Polymergewicht zu erhöhen.
Die vorliegende Erfindung basiert darauf, dass das beschichtete Papier weniger Vertiefungen aufweist, wenn die Rohpapierbahn erwärmt wird, vorzugsweise durch Infrarotstrahlung, vor der Extrusionsbeschichtung mit dem Polymerharz.
Demzufolge richtet sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung eines polymerlaminierten Rohpapiers, wobei das Verfahren das Laminieren einer Rohpapierbahn auf wenigstens einer Seite dieser mit wenigstens einer Polymerschicht durch Extrusionsbe schichtung mit einer Beschichtungsgeschwindigkeit von 300 m/Min. oder mehr umfasst, wobei die Rohpapierbahn vor dem Laminieren erwärmt wird.
Überraschenderweise hat man herausgefunden, dass durch dieses Verfahren die Anzahl der Vertiefungen auch bei hohen Extrusionsbeschichtungsgeschwindigkeiten reduziert werden kann, wie bei Extrusionsbeschichtungsgeschwindigkeiten von mehr als 300 m/Min. Der Vorteil der Erfindung wird bereits bei Extrusionsgeschwindigkeiten von 300 m/Min. oder darüber deutlich. Es ist bevorzugt, eine Geschwindigkeit von wenigstens 350 m/Min. zu verwenden, noch bevorzugter wenigstens 400 m/Min. Zur Zeit wird eine obere Grenze von 700 m/Min. als geeignet betrachtet.
Im breitesten Sinne liegt die Erfindung darin, dass die Papierbahn gerade vor der (Co-) Extrusionsbeschichtung erwärmt wird. Diese Erwärmung kann durchgeführt werden indem erwärmte Luft, erwärmte Walzen und/oder Strahlung eingesetzt wird. Insbesondere wird der Verwendung von Strahlung in dem nahen Infrarotbereich (NIR) Vorzug gegeben. Insbesondere sollte festgehalten werden, dass die NIR-Strahlung bei einer Strahlungstemperatur von über 2.500 K, vorzugsweise über 2.900 K, und noch bevorzugter über 3.000 K emittiert werden kann. Im Allgemeinen ist die obere Grenze für die Emissionstemperatur 3.500 K.
Überraschenderweise hat man herausgefunden, dass die Verwendung von NIR-Strahlung gute Ergebnisse im Hinblick auf die Eigenschaften des Produkts bereitstellt. Des Weiteren hat man herausgefunden, dass in Bezug auf die Heizrate die Verwendung von NIR Vorteile aufweist.
Die Vorteile der Behandlung der Bahn durch Infrarotbestrahlung mit einer Wellenlänge von zwischen 0,8 μm und 1 mm, führt zu einer Zunahme der Bahntemperatur in einem extrem kurzen Zeitraum, von normalerweise weniger als 1 Sekunde. Unter Verwendung der herkömmlichen Heiztechnologien ist dies weniger leicht zu erzielen. Die schnellste Temperaturerhöhung kann mit NIR-Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen 0,8 und 1,5 realisiert werden. Vorteile dieses Verfahrens sind dass es berührungslos ist, und das Risiko von mechanischer Beschädigung ausschließt, wie in dem Fall der Verwendung von erwärmten Walzen, und sehr flexibel ist, da die Heizkraft kontinuierlich und unmittelbar auf die Notwendigkeiten des Verfahrens, wie einer Veränderung der Laminierge schwindigkeit, durch Temperatursteuerungseinrichtungen eingestellt werden kann, welche die Oberflächentemperatur steuern.
In dem Heizschritt vor dem Extrusionsbeschichten wird die Temperatur des Papiers vorzugsweise auf einen Wert von wenigstens 30°C erhöht, vorzugsweise auf einen Wert von zwischen 30 und 125°C. Noch bevorzugter beträgt die obere Grenze der Temperatur der Bahn 90°C. In dem Fall, dass der Energieverbrauch berücksichtigt wird, kann die Temperatur auf einem Wert von weniger als 80°C gehalten werden, ohne dass eine negative Wirkung auftritt.
Die Extrusionsbeschichtung kann mit einer Polymerschicht oder mit einer Kombination von Polymerschichten durch Coextrusion durchgeführt werden. Die Papierbahn kann auf einer Seite oder auf beiden Seiten beschichtet werden, wobei die letztere Ausführungsform bevorzugt ist. Die für das Extrusionsbeschichten verwendete Polymere sind herkömmliche Polymere, die bei der Papierbeschichtung verwendet werden, und insbesondere bei der Herstellung von fotografischem Rohpapier. Beispiele sind Polyolefine, Polyacrylate oder Polyester. Insbesondere wird die Beschichtung unter Verwendung von Polyethylen mit niedriger Dichte, Polyethylen mit hoher Dichte und Mischungen dieser durchgeführt. Die Menge der Polymerbeschichtung hängt von den geforderten Eigenschaften des laminierten Rohpapiers ab, wie Steifheit bzw. Festigkeit, Glanz, Anzahl von Vertiefungen und dergleichen. Des Weiteren beträgt die Menge vorzugsweise nicht mehr als 50 g/m², noch bevorzugter zwischen 25 und 50 g/m².
Der Heizschritt kann in einer Extrusionsbeschichtungsanlage für Papier eingeführt werden. Es sollte festgehalten werden, dass in dem Fall, dass mehr als eine Schicht des Polymerharzes verwendet wird, es möglich ist die Co-Extrusion einzusetzen. Der Ausdruck „Extrusion" soll daher auch Co-Extrusion einschließen.
In der Extrusionsanlage können auch andere Behandlungen der Papierbahn eingesetzt werden, wie eine Koronabehandlung, Ozonbehandlung, Flammenbehandlung und Plasmabehandlung, wobei alle Behandlungen auf die Verbesserung der Adhäsion der Polymerschmelze auf der Rohpapierbahn zielen.
Die Erfindung wird nun auf Basis der beigefügten Figur erläutert. In dieser Figur ist eine Extrusionsbeschichtungsanlage dargestellt. Die Rohpapierbahn wird über eine Anzahl von Walzen, an einer Koronabehandlung vorbei, über die Andruckwalze in die Walzenspaltzone geführt. Die Polymerschmelze und die Rohpapierbahn kommen in dem Walzenspalt zusammen. Die Polymerschmelze wird anschließend auf der Kühlwalze abgekühlt, und von der Kühlwalze an der Trennwalze bzw. Abgabewalze abgegeben, von welcher aus sie weiter befördert wird.
Zwischen der Koronabehandlung und der Andruckwalze wird die NIR-Strahlungsanlage angeordnet. Um eine sehr gute Wirksamkeit zu erzielen, wird die Infrarotstrahlung von einer Seite bereitgestellt und ein Strahlungsspiegel wird auf der anderen Seite bereitgestellt. Es ist auch möglich, das NIR-Strahlungsanlage vor der Koronabehandlung anzuordnen.
Es sollte festgehalten werden, dass die vorliegende Zeichnung nur die Laminierung auf einer Seite der Papierbahn darstellt. In dem Fall, dass die Laminierung auf beiden Seiten bereitgestellt werden soll, kann die teilweise laminierte Papierbahn auf der anderen Seite in einer vergleichbaren Co-Extrusionsanlage laminiert werden. Es ist auch möglich, einen zweiten Extruder anzuordnen und sofern notwendig, ein geeignetes Bestrahlungsgerät in dieser Anlage.
Die Erfindung wird nun anhand von einem Beispiel erläutert.
Beispiel
Zwei Papiersubstrate wurden für die Überprüfung verwendet. Diese Substrate oder Rohpapiere stellen einen Bereich von Rohpapierqualitäten dar, welche auf dem Markt gefunden werden können. Das Papiersubstrat „1" zeigt eine gute Qualität in Bezug auf die Anzahl der Vertiefungen. Das Papiersubstrat „2" stellt eine schlechtere Qualität dar.
Die Bahnbreite der Substrate betrug 47 cm. Die Substrate wurden zunächst auf der Rückseite mit 21,0 g/m² durchsichtigem Polyolefinharzfilm mit einer Anlagengeschwindigkeit von 200 m/Min. extrusionsbeschichtet.
Vor der Extrusionsbeschichtung auf der Oberseite wurde das Substrat mit Korona vorbehandelt und nachfolgend mit NIR-Strahlung auf eine Temperatur von 39°C oder 83°C vorgewärmt. Die Behandlungsbreite mit der NIR-Anlage bedeckte 24 cm in dem Mit telpunkt der gesamten Bahnbreite von 47 cm. Zu der Vorbehandlung wurden zwei NIR Einheiten verwendet. Nach der Onlinevorbehandlung (Korona und Vorwärmen) wurde das Substrat auf der Oberseite mit einem Polyolefinharz LDPE mit 28 g/m² (enthaltend Metalloxid, Farbstoffe, gefärbte Pigmente, optische Aufheller und dergleichen) mit einer Geschwindigkeit von 400 m/Min. extrusionsbeschichtet. Die heiße Schmelze (Temperatur 326°C) wurde zwischen dem Substrat und einer kühlenden Kühlwalze gepresst (Druck 6 bar). Aufgrund der NIR Vorbehandlung verringerten sich die kraterartigen Defekte oder so genannte Vertiefungsdefekte im Vergleich mit Proben ohne Wärmevorbehandlung (die auf Raumtemperatur gehalten wurden). Die NIR-Vorbehandlung zeigt keine Nachteile hinsichtlich der Anzahl der Trenndefekte, wenn die extrusionsbeschichtete Bahn von der kühlenden Kühlwalze getrennt wird.

Die folgenden Testergebnisse wurden erhalten, welche die Wirksamkeit der Vorbehandlung zeigen, um die Anzahl der Vertiefungsdefekte zu reduzieren:

	Papiertyp 1		Papiertyp 2
	Anzahl der Vertiefungen je 4 mm²		Anzahl der Vertiefungen je 4 mm²
	(800-1200 μm²)	(>1200 μm²)	(800-1200 μm²)	(>1200 μm²)
keine NIR Behandlung (23°C)	9,3	2,3	22,3	9,3
NIR Behandlung (39°C)	1,7	0,3	14,3	5,0
NIR Behandlung (83°C)	2,0	1,3	9,7	1,3

In dem Beispiel wurden folgende Verfahren verwendet, um die verschiedenen Parameter zu bestimmen:

Vertiefungen: Olympus Mikroskop; gemessene Fläche von 4 qmm
Bandtemperatur: Minolta Land Temperaturmesser.

Die Ergebnisse zeigen dass bei einer Rohpapierart mit niedrigerer Qualität, eine deutliche Reduktion der Anzahl von Vertiefungen realisiert werden konnte, auch bei Tempera turen von soviel wie 83°C. Bei einem Rohpapier mit guter Qualität wird auch eine deutliche Reduktion der Anzahl von Vertiefungen realisiert.

Claims

Verfahren zur Herstellung von polymerlaminierten Rohpapier (base paper), wobei das Verfahren das Laminieren einer Rohpapierbahn auf wenigstens einer Seite dieser mit wenigstens einer Polymerschicht durch Extrusionsbeschichtung mit einer Beschichtungsgeschwindigkeit von 300 m/Min. oder mehr umfasst, wobei die Rohpapierbahn vor dem Laminieren erwärmt wird, wobei die Erwärmung unter Verwendung einer nahen Infrarotstrahlung durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Beschichtungsgeschwindigkeit wenigstens 350, vorzugsweise wenigstens 400 m/Min. und insbesondere nicht mehr als 700 m/Min. beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Infrarotstrahlung bei Temperaturen von über 2.500 K emittiert wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 1-3, wobei die Rohpapierbahn auf beiden Seiten extrusionsbeschichtet wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 1-4, wobei das Polymer ein Polyolefin, ein Polyacrylat oder ein Polyester ist.
Verfahren nach den Ansprüchen 1-5, wobei die Rohpapierbahn auf eine Temperatur von zwischen 30 bis 125°C vorgewärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Temperatur nicht mehr als 90°C beträgt.
Verfahren nach den Ansprüchen 1-7, wobei die Rohpapierbahn vor der Extrusionsbeschichtung einer oder mehreren zusätzlichen anderen Behandlungen unterworfen wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei diese andere Behandlung wenigstens eine aus einer Koronabehandlung, einer Ozonbehandlung, einer Flammenbehandlung und einer Plasmabehandlung umfasst.
Verfahren nach den Ansprüchen 1-9, wobei das laminierte Rohpapier ein polymerlaminiertes fotografisches Rohpapier ist.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das polymerlaminierte fotografische Rohpapier mit wenigstens einer Schicht einer fotografischen Emulsion versehen wird.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das polymerlaminierte fotografische Rohpapier mit wenigstens einer Schicht aus einer Gelatineunterschicht zwischen der Polymerschicht und der fotografischen Emulsion versehen wird.
Polymerlaminiertes fotografisches Rohpapier oder Druckpapier umfassend eine Rohpapierbahn, auf wenigstens einer Seite dieser eine Polymerbeschichtung in einer Menge von zwischen 25 und 50 g/m², wobei das laminierte Papier durch das Verfahren der Ansprüche 10-12 erhaltbar ist.