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Gebiet der Erfindung
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Diese
Erfindung bezieht sich allgemein auf beschichtetes Papier. Spezieller
bezieht sie sich auf ein Verfahren zum Verwenden einer Rollrakelleimpresse
zum Herstellen eines LWC-Papiers, das zum Rotationstiefdruck-Drucken
geeignet ist, und das Papier, das erzeugt wird unter Verwenden des
Verfahrens.
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Hintergrund der Erfindung
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Der
Stand der Technik offenbart verschiedene Verfahren zum Herstellen
von Rotationstiefdruck-Papier. Siehe zum Beispiel:
US-Patent Nr. 5,861,209 für Haskins
et al.,
US-Patent Nr. 5,879,512 für McGenity
et al.,
US-Patent Nr. 4,575,477 für Werkema
et al.,
US-Patent Nr. 4,298,652 für Suzuki
et al., und
US-Patent Nr. 5,996,489 für Leube
et al.,
US-B1-6,391,155 für Wurster
et al., offenbart ein Verfahren zum Herstellen von beschichtetem
Papier wie definiert in der Präambel
des vorliegenden Anspruchs 1. Das in dem Rotationstiefdruck-Druckprozess
verwendete Papier ist normalerweise ein beschichtetes Papier, umfassend
eine Holzpulpenbahn als das Substrat und eine Beschichtung. Die
Beschichtung auf LWC-Papier, das zum Rotationstiefdruck-Drucken
verwendet wird, wird allgemein aufgebracht unter Verwenden eines
Rakelstreichverfahrens. Im Rakelstreichverfahren wird eine überschüssige Menge
der Beschichtung auf dem Papier aufgebracht unter Verwenden einer
Walze oder einer Düse
und die überschüssige Beschichtung
wird abgestreift unter Verwenden einer Rakelklinge. Rakelstreichen
erzeugt eine glatte Oberfläche
auf dem Papier, was ermöglicht,
dass es in Kontakt mit der Tinte kommt und sie aus den Kavitäten zieht.
Während
Rakelstreichen ein LWC-Papier erzeugt, das zum Rotationstiefdruck-Drucken geeignet
ist, vermittelt das Rakelstreichverfahren dem Papier hohe Spannungen
während
des Beschichtens. So erfordert Rakelstreichen ein starkes Basis papier.
Dies erfordert ein Papier, das einen hohen Prozentsatz chemischer
Pulpe (z. B. Kraft-Zellstoff) und weniger mechanische Pulpe und/oder
Füllstoff
enthält.
Dies hebt die Produktionskosten an, da chemische Pulpe teuer ist.
Eine Alternative zur Verwendung eines Rakelstreichers ist die Verwendung
einer Rollrakelleimpresse („MSP"), die manchmal bezeichnet
wird als Leimpresse oder Filmpressenbeschichter. Im MSP-Prozess
wird eine Beschichtung zuerst aufgebracht („dosiert”) durch einen Dosierstab auf
einer Applikatorwalze. Die Applikatorwalze wird dann gegen ein Papier
im Spalt einer Leimpressenwalze gedrückt. Dies überträgt die Beschichtung auf das Papier.
Anders als beim Rakelstreichen weist MSP-Beschichten keine stationären Elemente
(z. B. eine Klingel) auf, die mit dem Papier in Kontakt stehen.
So ist die Spannung auf dem Papier minimal im Vergleich zum Rakelstreichen.
Dies ermöglicht
die Verwendung eines Papiers mit weniger chemischer Pulpe, was die
Produktionskosten verringert. Weniger Spannung auf dem Papier führt zu weniger
Papierbrüchen
während
des Beschichtungsprozesses, was zu einer vergrößerten Produktionseffizienz
führt.
Jedoch zeigt Papier, das mit MSP beschichtet wurde, üblicherweise
einen minderwertigen Glättewert,
Skip-Dot und Druckglanz im Vergleich zu Papier, das mit einem Rakeistreicher
beschichtet ist.
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Deshalb
ist es stark erwünscht,
einen MSP-Prozess zum Herstellen von beschichtetem Papier zur Verwendung
in Rotationstiefdruckverfahren bereitzustellen, das relativ kostengünstig ist
und einen Glättewert, Skip-Dot
und/oder Druckglanz vergleichbar zu jenem beschichteten Papier,
das in einem Rakelstreichverfahren erzeugt wurde, zeigt.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Ein
Aspekt dieser Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zu Herstellen
eines beschichteten Papiers, das zum Rotationstiefdruck-Drucken
geeignet ist, wie definiert im vorliegenden Anspruch 1.
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Ein
anderer Aspekt dieser Erfindung bezieht sich auf ein beschichtetes
Papier, das zum Rotationstiefdruck-Drucken geeignet ist, wie definiert
im vorliegenden Anspruch 10.
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Das
beschichtete Papier dieser Erfindung kann verwendet werden in einem
Verfahren zum Erzeugen von Bildern auf einer Oberfläche eines
beschichteten Papiers in einer Rotationstiefdruck-Druckvorrichtung, das
umfasst:
- (a) Einführen des beschichteten Papiers
dieser Erfindung in die Vorrichtung; und Bilden eines Bildes auf einer
Oberfläche
des beschichteten Papiers, durch verursachen, dass Tinte aus der
Vorrichtung ausgestoßen
wird auf die behandelte Oberfläche
des beschichteten Papiers, um ein beschichtetes Papier mit einem Bild
auf einer Oberfläche
davon zu bilden.
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Die
vorliegende Erfindung zeigt einen oder mehrere Vorteile gegenüber dem
Stand der Technik. Zum Beispiel ermöglicht das Verfahren dieser
Erfindung die effiziente Verwendung einer Rollrakelleimpresse, um Rotationstiefdruck-Papier
mit einem Glättewert,
Skip-Dot und/oder Druckglanz zu erzeugen, deren Wert äquivalent
zu rakelgestrichenem Rotationstiefdruck-Papier ist, aber einen geringeren
Gehalt an chemischer Pulpe besitzen kann als rakelgestrichenes Rotationstiefdruck-Papier
und deshalb geringer ist.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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Der
erste Schritt des Verfahrens dieser Erfindung umfasst das Herstellen
einer wässrigen
Beschichtungsformulierung. Zusätzlich
zu Wasser sind die wesentlichen Komponenten der Beschichtungsformulierung ein
Tonpigment, ein plattenförmiger
Ton, ein polymeres Bindemittel und ein Beschichtungsstrukturmittel.
Der Prozentsatz von Feststoffen der Beschichtungszusammensetzung
kann breit variieren, obwohl höhere
Prozentsätze
von Feststoffen bevorzugt sind. Die Prozentsätze von Feststoffen sind bevorzugt
gleich oder größer als
ungefähr
45%, bevorzugter von ungefähr
53% bis ungefähr
61% und am meisten bevorzugt von ungefähr 56% bis ungefähr 58%.
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Verfahren
und Vorrichtungen zum Bilden von Beschichtungsformulierungen sind
in der Papier- und Pappetechnik gut bekannt. Siehe zum Beispiel „Handbook
For Pulp & Paper
Technologis", zweite
Ausgabe, G. A. Smook, Angus Wild Publications (1992) und die darin
genannten Veröffentlichungen.
Ein/eine beliebige(s) herkömmliche(s)
Verfahren zum Bilden von Beschichtungsformulierungen und Vorrichtung
kann verwendet werden.
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Als
ein wesentlicher Inhaltsstoff umfasst die Beschichtungszusammensetzung
ein Tonpigment. Die Menge des Tonpigmentes in der Beschichtungszusammensetzung
kann breit variieren und herkömmliche Mengen
können
eingesetzt werden. In den bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung
beträgt
die Menge des Tonpigmentes von ungefähr 30 bis ungefähr 95% der
Zusammensetzung.
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Beispielhaft
für nützliche
Tonpigmente sind jene, die beschrieben sind in U
SP Nrn. 6,616,749 ;
6,610,137 ;
6,564,199 ;
6,537,363 ;
6,514,333 ;
6,468,343 ;
6,402,826 ;
6,150,289 und
6,149,723 . Auch beispielhaft für nützliche
Tonpigmente mit dem/der erforderlichen Formfaktor und Teilchengrößenverteilung
sind jene mit einer chemischen Zusammensetzung von (OH)
8Si
4Al
4O
10,
die eine 1:1-Schicht aus einer oktaedrischen Alumina-Platte und
einer tetraedischen Silica-Platte besitzt. Der Ton besitzt eine
amphotere Oberfläche,
die nicht nur kationische Austauschkapazität, sondern auch anionische
Austauschkapazität
besitzt. Das Silanol SiOH auf der Oberfläche der Tonplättchen erzeugt
eine negative Ladung. Die Aluminol-Gruppen, die sich auf den Rändern der
Plättchen
befinden, sind positiv geladen bei einem pH unter 9. Bevorzugte
Töne sind
Kaolintöne,
wie ein delaminierter Kaolinton, plattenförmiger Kaolinton, grober Kaolinton,
feiner Ton, verarbeiteter delaminerter Kaolinton und kalzinierter
Ton.
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Das
Pigment kann ein erstes Pigment sein mit einem Formfaktor von mehr
als ungefähr
15 oder ungefähr
wie bestimmt durch herkömmliche
Tests und Prozeduren zum Bestimmen des Formfaktors, wie zum Beispiel
der bevorzugte „IMERYS"-Test. Der „IMERYS”-Test ist
detaillierter beschrieben in
USP
Nrn. 5,128,606 und
5,576,617 .
Der Formfaktor des ersten Tonpigments ist bevorzugt gleich oder
größer als
ungefähr
17, bevorzugter von ungefähr
17 bis ungefähr
70 und am meisten bevorzugt von ungefähr 21 bis ungefähr 65 mit einem
Pigmentformfaktor von ungefähr
21 bis ungefähr
60 in den Ausführungsformen
der Wahl. Wenn das erste Pigment bei Abwesenheit des zweiten Pigments
verwendet wird, liegt der Formfaktor des ersten Pigments bevorzugt
in einem relativen Zwischenbereich, wie beispielsweise von ungefähr 15 bis
ungefähr
30, von ungefähr
16 bis ungefähr
30, von ungefähr
17 bis ungefähr
25 und von ungefähr
17 bis ungefähr
23.
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Nützliche
erste Tonpigmente können
erhalten werden von herkömmlichen
Quellen oder abgebaut werden von natürlich auftretenden Ablagerungen
und verarbeitet werden für
die erforderlichen Formfaktoren und Teilchenverteilung. Beispielhaft
für nützliche
erste Tonpigmente mit dem/der erforderliche(n) Formfaktor und Teilchengröße, sind
jene, die unter den Handelsnamen XP8000 und Capim NP von IMERYS
verkauft werden, und der Ton, der unter dem Handelsnamen Century
von CVRD verkauft wird. Bevorzugte zweite Töne sind jene, die unter den
Handelsnamen Capim NP und Century verkauft werden, und der bevorzugtere
zweite Ton ist jener, der unter den Handelsnamen Century verkauft
wird.
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Das
Pigment kann auch eine Mischung des ersten Pigmentes und eines von
mehreren zweiten Pigmenten sein mit einem Formfaktor von weniger
als jenem des ersten Tonpigments und gleich oder weniger als ungefähr 15 bis
ungefähr
17 und mit einer Pigmentteilchengrößenverteilung mit mindestens
ungefähr
80%. Nützliche
Pigmentmischungen umfassen jene, die ungefähr 95 Gewichtsprozent verarbeiteten
delaminierten Ton (z. B. Capim NP) und ungefähr 5 Gewichtsprozent kalzinierten
Ton umfassen (z. B. Alphatex von IMERYS). Alternativ kann die Pigmentmischung
ungefähr
50 Gewichtsprozent verarbeiteten delaminierten Ton und ungefähr 45 Gewichtsprozent
delaminierten Ton (z. B. AstraPlate von IMERYS) anstelle von verarbeitetem
delaminierten Ton enthalten. In einer anderen Ausführungsform
umfasst die Pigmentmischung ungefähr 25 Gewichtsprozent verarbeiteten
delaminierten Ton (z. B. Ca pim NP) und ungefähr 45 Gewichtsprozent delaminierten
Ton (z. B. AstraPlate) und ungefähr
20 Gewichtsprozent Talk mit einem Reinheitsgrad, der zur Verwendung in
Papierbeschichtungen geeignet ist (z. B. Heliocoat, erhältlich von
Lucenac). In einer weiteren Ausführungsform
umfasst die Pigmentmischung ungefähr 38 Gewichtsprozent delaminierten
Ton (z. B. AstraPlate), ungefähr
37 Gewichtsprozent plattenförmigen
Ton (z. B. XP 8000, erhältlich
von IMERYS), ungefähr
20 Gewichtsprozent groben Ton (z. B. KCS, erhältlich von IMERYS) und ungefähr 5 Gewichtesprozent
kalzinierten Ton (z. B. Alphatex).
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Die
Gewichtsprozente der Pigmentteilchen mit einem äquivalenten sphärischen
Durchmesser von weniger als 2 μm
beträgt
bevorzugt mindestens ungefähr
60%, bevorzugter von ungefähr
70 bis ungefähr
98% und am meisten bevorzugt von ungefähr 78 bis ungefähr 90%.
Wenn es in Zumischung mit einem zweiten Pigment vorliegt, ist der
Formfaktor des ersten Pigmentes relativ hoch, wie zum Beispiel gleich
oder größer als ungefähr 30, 35,
40, 45, 50 oder 55 innerhalb des Bereiches, auf den oben Bezug genommen
wurde. In der Pigmentmischung können
die relativen Mengen der Pigmente breit variieren. Zum Beispiel
kann die Menge des Pigmentes mit niedrigem Formfaktor von ungefähr 0,5 Gewichtsprozent
bis ungefähr
60 Gewichtsprozent betragen und die Menge des Pigments mit hohem
Formfaktor beträgt
von ungefähr
20 Gewichtsprozent bis ungefähr
95 Gewichtsprozent der Mischung. Die Menge des Pigments mit niedrigem
Formfaktor beträgt
bevorzugt von 0,5 Gewichtsprozent bis ungefähr 30 Gewichtsprozent und die
Menge des Pigments mit hohem Formfaktor beträgt bevorzugt von ungefähr 30 Gewichtsprozent
bis ungefähr
80 Gewichtsprozent. Die Menge des Pigments mit geringem Formfaktor
beträgt
bevorzugter von ungefähr
0,9 Gewichtsprozent bis ungefähr
20 Gewichtsprozent und die Menge des Pigments mit hohem Formfaktor
beträgt
bevorzugter von ungefähr
40 Gewichtsprozent bis ungefähr
88 Gewichtsprozent.
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Nützliche
zweite Tonpigmente können
erhalten werden von kommerziellen Quellen oder abgebaut werden von
natürlich
auftretenden Ablagerungen und verarbeitet werden im Hinblick auf
die erforderliche(n) Formfaktoren und die Teilchenverteilung.
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Zum
Beispiel kann ein nützliches
Tonpigment mit einem Formfaktor von größer als 14 oder von einem Teilchen
(Größe geringer
als 2 μm)
85 kann erhalten werden von IMERYS unter dem Handelsnamen Capim GP.
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Als
einen anderen wesentlichen Inhaltsstoff umfasst die Beschichtungszusammensetzung
ein Bindemittel. Die Menge des Bindemittels kann breit variieren,
beträgt
aber üblicherweise
von ungefähr
4 bis ungefähr 8
Gewichtsprozent. Die Menge des Bindemittels beträgt bevorzugt von ungefähr 6 bis
ungefähr
8 Gewichtsprozent.
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Nützliche
Bindemittel können
breit variieren und umfassen jene, die typischerweise in Beschichtungsformulierungen
verwendet werden. Beispielhaft für
nützliche
und bevorzugte Bindemittel sind Latexe, wie Styrol/Butadien, Styrol/Butadien/Acrylonitril,
oder Styrol/Butadien/Acrylat/Acrylonitril.
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Nützliche
Bindemittel können
erhalten werden von kommerziellen Quellen oder hergestellt werden durch
bekannte präparative
Techniken. Zum Beispiel können
nützliche
Latex-Styrol/Butadien-Bindemittel erhalten werden von BASF unter
dem Handelsnamen Styronal 4222; ein nützliches Styrol/Butadien/Acrylonitril-Bindemittel
kann erhalten werden von RohmNova unter dem Handelsnamen XL 7614.
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Die
Beschichtungszusammensetzung umfasst bevorzugt ein Beschichtungsstrukturmittel.
Wie hier verwendet bedeutet „Beschichtungsstrukturmittel" ein kationisches,
auf Polymer-Stickstoff basierendes Polymer. Beispielhaft für ein nützliches
Beschichtungsstrukturmittel sind kationische Polymere, wie zum Beispiel Polymere,
die eine oder mehrere funktionelle quaternäre Ammoniumgruppen enthalten.
Beispielhaft für
derartige Materialien sind kationische Polyamine, kationische Polyethylenimime,
Copolymere von Diallyldimethylammoniumchlorid (DADMAC), Copolymere
von Vinylpyrrolidon mit quaternisiertem Diethylaminoethylmethacrylat
(DEAMEMA), kationischer Polyurethanlatex, kationischer Polyvinylalkohol,
Polyalkylamindicyandiamid-Copolymere,
Aminglycigyl-Additionspolymere, Poly-[oxethylen-(dimethyliminio)- ethylen-(dimethyliminio)-ethylen]-dichloride.
Bevorzugte Beschichtungsstrukturmittel sind kationische Polyamine.
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Ein
nützliches
Beschichtungsstrukturmittel kann erhalten werden von kommerziellen
Quellen oder hergestellt werden durch bekannte präparative
Techniken. Zum Beispiel kann ein nützliches Polyaminbeschichtungsstrukturmittel
erhalten werden von BASF unter dem Handelsnamen Polyamin SKA.
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Die
Menge des Beschichtungsstrukturmittels kann breit variieren, beträgt aber üblicherweise
von ungefähr
0 bis ungefähr
4 × 10–4 Gewichtsprozent.
Die Menge des Beschichtungsstrukturmittels beträgt bevorzugt von ungefähr 0 bis
ungefähr
3 × 10–4 Gewichtsprozent,
bevorzugter von ungefähr
0 bis ungefähr
2 × 10–4 Gewichtsprozent
und am meisten bevorzugt von ungefähr 0 bis ungefähr 2 × 10–4 Gewichtsprozent.
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Zusätzlich zu
den erforderlichen wesentlichen Pigmenten und Polymeren oder copolymeren
Bindemitteln kann die Mischung andere Inhaltsstoffe umfassen, mit
Ausnahme eines Pigmentes, das typischerweise auf der Oberfläche eines
Aufnahmeblattes in herkömmlichen
Mengen aufgebracht wird. Derartige optionelle Komponenten umfassen
Dispergiermittel, fluoreszierende Farbstoffe, oberflächenaktive
Mittel, Deformierungsmittel, Konservierungsmittel, Talk, Bentonit
und dergleichen. Das Beschichtungsmittel kann auch ein „Tinten-reaktives
Material" umfassen,
das eine Substanz ist, die sicherstellt, dass die Tinte auf der
Oberfläche des
Papiers bleibt, eher als in das Papier absorbiert zu werden. Ein
bevorzugtes Tinten-reaktives Material ist ein Wasser-quellfähiger Ton,
wie Bentonit (z. B. Printosol von Süd-Chemie). In einer alternativen
Ausführungsform
ist der Wasser-quellfähige
Ton ersetzt durch ein kommerziell erhältliches präzipitiertes Silikat, wie Natriummagnesiumaluminosilikat
(z. B. Hydex P von Huber Engineered Materials).
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Im
zweiten Schritt des Verfahrens dieser Erfindung wird die wässrige Beschichtungsformulierung
auf einer oder beiden Oberflächen
eines Papiersubstrats unter Verwenden einer Rollrakelleimpresse
aufgebracht. Verfahren und Vorrichtungen zum Auf bringen einer Beschichtungsformulierung
auf ein Papiersubstrat unter Verwenden einer Rollrakelleimpresse
sind in der Papier- und Pappetechnik gut bekannt. Siehe zum Beispiel G.
A. Smook, auf den oben Bezug genommen wird, und Veröffentlichungen,
die hier zitiert sind, von denen alle hierdurch durch Bezugnahme
enthalten sind. Alle derartigen bekannten Verfahren können in
der Praxis dieser Erfindung verwendet werden und werden nicht im
Detail beschrieben. Zum Beispiel wird die Beschichtungsformulierung
auf dem Basispapier unter Verwenden einer Rollrakelleimpresse eines
Typs aufgebracht, der generell zum Beschichten von LWC-Papier verwendet
wird, (z. B. die Optisizer MSP, hergestellt von Metso oder Speedsizer,
hergestellt von Voith). Die Beschichtung wird auf eine oder beide
Seiten des Basispapiers bei herkömmlichen
MSP-Beschichtungsgeschwindigkeiten aufgebracht, wie zum Beispiel
bei einer Geschwindigkeit von ungefähr 1000 bis 2000 Metern pro
Minute.
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Das
Gewicht der Beschichtung auf der Oberfläche eines Substrats kann breit
variieren und ein beliebiges herkömmliches Beschichtungsgewicht
kann verwendet werden. Im Allgemeinen beträgt das Beschichtungsgewicht
mindestens ungefähr
4 g/m2 des Aufnahmeblattes. Das Beschichtungsgewicht
beträgt
bevorzugt von ungefähr
3 g/m2 bis ungefähr 11 g/m2 pro
Seite, bevorzugter von ungefähr
4 g/m2 bis ungefähr 10 g/m2 pro Seite
und am meisten bevorzugt von ungefähr 7 g/m2 bis
ungefähr
9 g/m2 pro Seite.
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Eine
beliebige herkömmliche
Papier- oder Pappebahn kann in der Praxis dieser Erfindung verwendet werden.
Derartige Bahnen und Verfahren und Vorrichtungen für ihre Herstellung
sind in der Technik gut bekannt. Siehe zum Bespiel G. A. Smook,
auf den oben Bezug genommen wird, und darin zitierte Veröffentlichungen.
Zum Beispiel kann die Papier- und Pappebahn erzeugt sein aus Pulpefasern,
erhalten aus Hartholzbäumen,
Weichholzbäumen
oder einer Kombination von Hartholz- und Weichholzbäumen, hergestellt
zur Verwendung in einem Papierherstellungsfaserstoff durch beliebige
bekannte geeignete Verdau-, Raffinier- und Bleichbetriebsarten,
wie zum Beispiel eine bekannte mechanische, thermomechanische, chemische
und halbche mische, etc., Pulpe-Bildung und andere gut bekannte Pulpebildungsverfahren.
In bestimmten Ausführungsformen
kann mindestens ein Teil der Pulpefasern bereitgestellt werden von
nicht-holzartigen krautartigen Pflanzen, einschließlich, aber
nicht beschränkt
auf Kenaf, Hanf, Jute, Flax, Sisal, oder Manilahanf, obwohl gesetzliche
Beschränkungen
und andere Betrachtungen die Nutzung von Hanf und anderen Faserquellen
unpraktisch oder unmöglich
machen können.
Entweder gebleichte oder ungebleichte Pulpefaser kann genutzt werden im
Verfahren dieser Erfindung. Recycelte Pulpefasern sind auch nützlich zur
Verwendung. In einer bevorzugten Ausführungsform umfassen die zellulosehaltigen
Fasern in dem Papier von ungefähr
30 bis ungefähr
100 Gewichtsprozent Weichholzfasern auf trockener Basis und von
ungefähr
70 bis ungefähr
0 Gewichtsprozent Hartholzfasern auf trockener Basis.
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Das
Papier umfasst bevorzugt von ungefähr 40 bis 85 Gewichtsprozent
mechanische Pulpe und ungefähr
0 bis 50 Gewichtsprozent chemische Pulpe. Das Papier umfasst bevorzugt
von ungefähr
50 bis ungefähr
80 Gewichtsprozent mechanische Pulpe und von ungefähr 50 bis
ungefähr
30 Gewichtsprozent chemische Pulpe und umfasst am meisten bevorzugt
von ungefähr
60 bis ungefähr
70 Gewichtsprozent mechanische Pulpe und von ungefähr 40 bis
ungefähr
30 Gewichtsprozent chemische Pulpe.
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Die
Bahn kann auch andere herkömmliche
Additive umfassen, wie zum Beispiel Stärke, Mineralfüllstoffe,
Leimungsmittel, Rückhaltehilfsstoffe
und verstärkende
Polymere. Unter den Füllstoffen,
die verwendet werden können,
sind organische und anorganische Pigmente wie beispielsweise polymere
Teilchen, wie Polystyrollatex und Polymethylmethacrylat, und Mineralien
wie Calciumcarbonat, Kaolin und Talk und expandierte und expandierbare
Mikrokugeln. Andere herkömmliche
Additive umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Nassfestigkeitsharze,
Innenmaß-Trockenfestigkeitsharze,
Alaun, Füllstoffe,
Pigmente und Farbstoffe.
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Die
Gurley-Porosität
des Basissubstrats ist wie gemessen durch die Prozedur von TAPPT
T460 om-88 und beträgt
mindestens ungefähr
15-sec/100 ml, in den bevorzugten Ausführungsformen dieser Erfindung
besitzt das Substrat eine Gurley- Porosität bevorzugt
von ungefähr
20 s/100 cm3 bis ungefähr 80 s/100 cm3.
Die Gurley-Porosität beträgt bevorzugter
von ungefähr
25 s/100 cm3 bis ungefähr 70 s/100 cm3 und
am meisten bevorzugt von ungefähr
35 s/100 cm3 bis ungefähr 56 s/100 cm3.
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Der
Porendurchmesser des Substrats wie gemessen durch die Prozedur der
Mercury-Porosimetrie, beschrieben von Larondo (1995 TAPPT Coating
Conference Proceedings, Seiten 79–93) beträgt mindestens ungefähr 3,00.
In den bevorzugten Ausführungsformen
dieser Erfindung besitzt das Substrat einen Porendurchmesser, der
bevorzugt von ungefähr
3,00 bis ungefähr
2,50 beträgt.
Der Porendurchmesser beträgt
bevorzugter von ungefähr
2,5 bis ungefähr
2,0 und am meisten bevorzugt von ungefähr 1,8 bis ungefähr 1,9.
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Das
Basisgewicht des Substrats kann breit variieren und herkömmliche
Basisgewichte können
eingesetzt werden abhängig
von dem auf Papier basierendem Produkt, das von der Bahn gebildet
wird. Bevorzugt beträgt
das Substrat-Basisgewicht von ungefähr 30 bis ungefähr 56 g/m2, obwohl das Substratbasisgewicht außerhalb
dieses Bereichs liegen kann, falls erwünscht. Das Basisgewicht beträgt bevorzugter
von ungefähr 33
bis ungefähr
49 g/m2 und am meisten bevorzugt von ungefähr 35 bis
ungefähr
39 g/m2.
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Die
Formation des Substrats ist üblicherweise
gleich oder größer als
ungefähr
40 (Kajaani Formation Index). Die Formation beträgt bevorzugt von ungefähr 45 bis
ungefähr
100, bevorzugter von ungefähr
50 bis ungefähr
90 und am meisten bevorzugt von ungefähr 65 bis ungefähr 80.
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Im
Schritt (c) der bevorzugten Ausführungsform
des Verfahrens dieser Erfindung wird die Papier- oder Pappebahn
nach der Behandlung mit der Beschichtungszusammensetzung getrocknet.
Verfahren und Vorrichtungen zum Trocknen von Papier- oder Pappebahnen,
die mit einer Beschichtungszusammensetzung behandelt sind, sind
in der Papier- und Pappetechnik gut bekannt. Siehe zum Beispiel
G. A. Smook, auf den oben Bezug genommen wird und darin zitierte
Veröffentlichungen.
Ein(e) be liebige(s) herkömmliche(s)
Trocknungsverfahren und -Vorrichtung kann verwendet werden. Demzufolge
werden diese Verfahren und Vorrichtungen hier nicht in irgendeinem
großen
Detail beschrieben werden. Bevorzugt wird nach dem Trocknen die
Papier- oder Pappebahn einen Feuchtigkeitsgehalt von gleich oder
weniger als ungefähr
10 Gewichtsprozent besitzen. Die Menge der Feuchtigkeit in der getrockneten
Papier- oder Pappebahn beträgt
bevorzugter von ungefähr
5 bis ungefähr
10 Gewichtsprozent.
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Nach
dem Trocknen kann die Papier- oder Pappebahn einem oder mehreren
Nachtrocknungsschritten unterzogen werden, wie zum Beispiel jene,
die beschrieben sind in G. A. Smook, auf den oben Bezug genommen
wird, und darin zitierte Veröffentlichungen.
Zum Beispiel kann die Papier- oder Pappebahn kalandriert werden,
um den Glättewert
und andere Eigenschaften der Bahn zu verbessern, zum Beispiel durch
Durchlaufenlassen des beschichteten Papiers durch einen Spalt, der
von einer Kalanderwalze gebildet wird, die eine Temperatur von ungefähr 66–149°C (150–300 Grad
F°) und
einem Druck von ungefähr
150–350
kN/m (1000–2000
Pfund pro linearem Inch) besitzt.
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Das
durch diese Erfindung hergestellte Papier zeigt Eigenschaften, die
es speziell nützlich
in Rotationstiefdruck-Druckverfahren machen. Zum Beispiel waren
der Glättewert,
der Druckglanz und das Niveau des Missing Dots der beschichteten
Papieren vergleichbar zu kommerziell erhältlichem, rakelgestrichenen
Rotationstiefdruck-Papier.
Das Papier zeigt bevorzugt einen Glättewert (Parker bei 10 kgf/cm2, μm)
von weniger als ungefähr
1,5, bevorzugter von ungefähr
0,80 bis ungefähr
1,35 und am meisten bevorzugt von ungefähr 0,99 bis ungefähr 1,20.
Das Papier zeigt bevorzugt einen Heliotest-Wert (mm) von mehr als
ungefähr
80, bevorzugter von ungefähr
73 bis ungefähr
95 und am meisten bevorzugt von ungefähr 80 bis ungefähr 94. Das
Papier zeigt bevorzugt einen Druckglanz bei 75°(%) von mehr als ungefähr 60, bevorzugt
von ungefähr
65 bis ungefähr
90 und am meisten bevorzugt von ungefähr 70 bis ungefähr 82, wie
gemessen durch die Prozedur von TAPPT T480 om-99.
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Das
beschichtete Papier der vorliegenden Erfindung kann eingesetzt werden
im Rotationstiefdruck-Druckverfahren. Das beschichtete Papier der
Erfindung kann verwendet werden in einem Verfahren zum Erzeugen
von Bildern auf einer Oberfläche
eines beschichteten Papiers in einer Rotationstiefdruck-Druckvorrichtung,
das umfasst:
- (a) Einbringen des beschichteten
Papiers dieser Erfindung in die Vorrichtung; und
- (b) Bilden eines Bildes auf einer Oberfläche des beschichteten Papiers
durch verursachen, dass Tinte aus der Vorrichtung auf die behandelte
Oberfläche
des beschichteten Papiers ausgestoßen wird, um ein beschichtetes
Papier mit einem Bild auf einer Oberfläche davon zu bilden. Rotationstiefdruck-Druckverfahren und
-Vorrichtungen zur Verwendung in derartigen Verfahren sind gut bekannt
und sind beschrieben in beispielsweise „PULP AND PAPER Chemistry
and chemical Technology" dritte
Ausgabe, J. P. Casey, A WILEYINTERSCIENCE PUBLICATION (1983), deren
Offenbarungen hier insgesamt durch Bezugnahme enthalten sind.
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Die
vorliegende Erfindung wird mit Bezugnahmen auf die vorliegenden
Beispiele beschrieben werden. Die Beispiele sind als beispielhaft
beabsichtigt und die Erfindung ist nicht auf die Materialien, Bedingungen oder
Prozessparameter, die in den Beispielen dargelegt sind, beschränkt. Wenn
nicht anders angezeigt, sind die Mengen in Teile pro 100 (pph) angegeben.
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Beispiel 1
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(A) Herstellung von Beschichtungszusammensetzungen
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Die
Beschichtung wird im Labor unter Verwenden eines Mischers mit einer
hohen Scherrate hergestellt. Eine bestimmte Menge Wasser wird in
den Beschichtungsbehälter
gegeben, und dann wird das erste Tonpigment (Pulver) unter geeigneten
Scherbewegungen zugegeben. Dann wird der zweite Ton (Pulver) zu der
Beschichtung mit einer Scherrate zugegeben. Nach dem Erhalten eines
einheitlichen Pig mentschlammes werden Latex-Bindemittel und das
Strukturmittel zur Beschichtung in dieser Reihenfolge unter einer
Scherrate für
30 Minuten zugegeben. Die verschiedenen Beschichtungsadditive werden
zu der Beschichtung unter einer Scherrate wie folgt zugegeben:
- 1. Ein Öl-Wasser-Emulsions-Freigabemittel
(0,05 pph) (erhältlich
von BASF unter dem Handelsnamen Sterocoll BL).
- 2. NaOH in einer Menge, um einen pH von ungefähr 8 bis
8,5 zu ergeben.
- 3. Ein Polyacryl-Verdickungsmittel (0,4 pph), erhältlich von
BASF unter dem Handelsnamen Sterocoll FD.
- 4. Ein Calciumstearat-Schmiermittel (1 pph) erhältlich von
BASF unter dem Handelsnamen Casan 65.
- 5. Natriumpolyacrylat-Dispergiermittel (0,15 pph).
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Nach
dem schließlichen
Mischen ist die Beschichtung zum Beschichten bereit.
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Die
physikalischen Charakteristika der Beschichtungsformulierungen sind
in der folgenden Tabelle I dargelegt. Tabelle I
Beschichtungs-Nr. | Zweiter
Ton | Erstes Ton-Pigment | Kationisches
Polymer | Talk | Bindemittel | %
Feststoffe |
1 | 0 | 93,3
(Capim GP) | 0,047 | 0 | 6,1 | 57,7 |
2 | 93,3
(Capim NP) | 0 | 0,047 | 0 | 6,1 | 59,0 |
3 | 93,3
(Century) | 0 | 0,047 | 0 | 6,1 | 57,2 |
4 | 46,6
(XP 8000) | 46,6
(Capim GP) | 0,047 | 0 | 6,1 | 54,8 |
5 | 93,3
(Capim NP) | 0 | 0,047 | 0 | 7,8 | 59,0 |
6 | 37,2
(Astraplate) 37,2 (XP 8489) | 18,6
(KCS) | 0,047 | 0 | 6,1 | 58,4 |
7 | 37,2
(Astraplate) 37,2 (XP 8489) | 18,6
(KCS) | 0,047 | 0 | 6,1 | 58,4 |
8 | 95,2
(Capim NP) | 0 | 0,047 | 0 | 4,3 | 58,2 |
9 | 76,2
(Capim NP) | 0 | 0,047 | 19,0 | 4,3 | 58,0 |
10 | 87,6
(Capim NP) | 4,1
(RPS Vantage) 0,9 (HP 1055) | 0,047 | 0 | 6,1 | 56 |
-
Die
in der Tabelle I aufgelisteten Komponenten wurden von kommerziellen
Quellen erhalten, wie folgt:
- (a) „Capim
GP" ist ein verarbeiteter
Ton mit einem Formfaktor von 14 und wird hergestellt und verkauft
von IMERYS;
- (b) „Capim
NP" ist ein verarbeiteter
Ton mit einem Formfaktor von 17 und wird hergestellt und verkauft
von IMERYS;
- (c) „Century" ist verarbeiteter
Ton mit einem Formfaktor von 21 und wir hergestellt und verkauft
von CVRD;
- (d) „XP
8000" ist ein Ton
mit einem Formfaktor von 60 und wird hergestellt und verkauft von
IMERYS;
- (e) „AstraPlate" ist ein delaminierter
Ton mit einem Formfaktor von 35 bis 40 und wird hergestellt und
verkauft von IMERYS;
- (f) „KCS" ist ein blockförmiger Ton
mit niedrigem Formfaktor und wird hergestellt und verkauft von IMERYS;
- (g) „RPS
Vantage" ist Titandioxid
und wird hergestellt und verkauft von DuPont; und
- (h) „HP
1055" ist ein hohles
kugelförmiges
Plastikpigment und wird hergestellt und verkauft von RohmNova.
-
(B) Herstellung von beschichtetem Papier
-
Unter
Verwendung der Beschichtungszusammensetzungen der Tabelle I wurden
Papiersubstrate unter Verwenden einer Rollrakelleimpresse (Optiziser,
hergestellt von Metso) beschichtet, die bei 1500 Metern pro Minute
lief und eingestellt war, um ein Beschichtungsgewicht von 7 g/m2 auf der Oberseite des Papiers und 7,4 g/m2 auf der Unterseite des Papiers aufzubringen.
Nach dem Beschichten wurde das beschichtete Papier getrocknet und
dann kalandriert unter Verwenden eines Superkalanders (von Metsolnc.)
bei einer Temperatur von 90–105°C und einem
Druck von 280–438
kN/m (1600–2500
lbf/inch). Der Porendurchmesser des Substrats wurde gemessen durch
die Prozedur der Mercury-Porosimetrie, beschrieben von Larrondo
(1995 TAPPT Coating Conference Proceedings, Seiten 79–93). Die
Gurley-Porosität
des Substrats wurde gemessen durch die Prozedur von TAPPT T 460
om-02. Der Kajaani Formation Index des Substrats wurde gemessen
durch die Prozedur, die auf dem TAPPT T271-Verfahren basierte.
-
Die
physikalischen Parameter des verwendeten beschichteten Papiers sind
in der folgenden Tabelle II dargelegt. Tabelle II
Beschichtetes
Papier | Substrat Gurley-Porosität s/100 ml | Substrat Basisgewicht
g/m2 | Substrat-Formation (Kajaani) | Substrat-Porendurchmesser
(Faserpore 0,5 – 9,3 μm) | Mechanische
Pulpe % | Kraft
Pulpe | Beschichtungsformulierung |
A | 55,7 | 35,1 | 77,9 | 1,810 | 69 | 39 | 1 |
B | 55,7 | 35,1 | 77,9 | 1,810 | 69 | 39 | 2 |
C | 55,7 | 35,1 | 77,9 | 1,810 | 69 | 39 | 3 |
D | 55,7 | 35,1 | 77,9 | 1,810 | 69 | 39 | 4 |
E | 55,7 | 35,1 | 77,9 | 1,810 | 69 | 39 | 5 |
F | 55,7 | 35,1 | 77,9 | 1,810 | 69 | 39 | 6 |
G | 55,7 | 35,1 | 77,9 | 1,810 | 69 | 39 | 7 |
H | 35,1 | 35,4 | 68,2 | 1,925 | 69 | 39 | 8 |
I | 35,1 | 35,4 | 68,2 | 1,925 | 69 | 39 | 9 |
J | 27,8 | 36,4 | 51,8 | 1,932 | 64,5 | 35,5 | 10 |
-
(C) Bewertung des beschichteten Papiers
-
Das
bedruckte Papier wurde bewertet, um seine Effektivität zur Verwendung
in Rotationstiefdruck-Drucken zu bestimmen. Die für die Bewertung
ausgewählten
Eigen(AFNschaften waren Heliotest-Skip-Dot OR Standart Test Verfahren),
Parker-Glätte
(TAPPT T555 om-99), und Druckglanz (TAPPT T 480 om-99), von denen
geglaubt wird, dass sie zum Bestimmen der Nützlichkeit des Papiers bei
der Nützlichkeit
im Rotationstiefdruck-Drucken am kritischsten sind. Zu Vergleichszwecken
wurden vergleichbare Eigenschaften mehrerer kommerziell erhältlicher
Papiere, die in einem Rakelstreichprozess beschichtet wurden, auch
bewertet. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle III dargelegt. Tabelle III
Beschichtetes
Papier | Skip-Dot
(Heliotest, mm) | Parker-Glätte bei
10 kgf/cm2, μm | Druckglanz
% |
A | 68,5 | 1,29 | 70,7 |
B | 81,0 | 1,20 | 71,5 |
C | 92,5 | 1,14 | 70,4 |
D | 93,5 | 1,18 | 71,7 |
E | 79,5 | 1,08 | 78,4 |
F | 82,0 | 1,11 | 76,3 |
G | 87,5 | 0,99 | 81,0 |
H | 80,5 | 1,21 | 72,3 |
I | 88,0 | 1,33 | 64,0 |
J | 50,0 | 1,31 | 68,4 |
(C)A1 | 88,5 | 1,19 | 75,8 |
-
Die
durch Rakelstreichen beschichteten Papiere, die in Tabelle II aufgelistet
sind, wurden von kommerziellen Quellen wie folgt erhalten:
(1)"(C)A" ist Advocate Roto
Gloss und wird hergestellt und verkauft von International Paper
Company.
-
(D) Datenanalyse
-
Die
Daten in den Tabellen I, II und III wurden analysiert, um den Effekt
der Wahl der Töne
auf die Missing Dots zu zeigen. Die Ergebnisse sind in der folgenden
Tabelle IV dargelegt. Tabelle IV
Beschichter | Rakelstreichmesser | MSP | MSP | MSP | MSP | Ton-Formfaktor |
Capim
GP | | 100 | | | | 14 |
Capim
NP | | | 100 | | 50 | 17 |
Century
clay | | | | 100 | | 21 |
XP
8000 | | | | | 50 | 60 |
Parker-Glätte bei 10
kgf/cm2, μm | 1,19 | 1,29 | 1,20 | 1,14 | 1,18 | |
Missing
Dots (Heliotestwert, mm) | 89 | 68,5 | 81 | 92,5 | 93,5 | |
-
In
der Tabelle bedeutet „Rakelmesser", dass ein Rakelstreich-Beschichter
verwendet wurde, um das Substrat zu beschichten, und „MSP" bedeutet, dass eine
Rollrakelleimpresse zum Beschichten des Substrats verwendet wurde.
-
Die
Daten in den Tabellen I, II und III wurden analysiert, um den Effekt
auf die Wahl der Töne
auf die Missing Dots zu zeigen. Die Ergebnisse sind in den folgenden
Tabellen V und VI dargelegt. Tabelle V
| Basispapier
A | Basispapier
B | Basispapier
C |
Formation
Index | 67,8 | 74,5 | 52,9 |
Sheffield
Rauigkeit | 127 | 114 | 161 |
Parker-Glätte, bei
10 kgf/cm2, μm | 4,84 | 4,85 | 5,71 |
Bristow-Wasserabsorption,
mm | 50 | 59,5 | 47 |
Gurley-Luftwiderstand, s/100
cm3 | 35,1 | 55,7 | 27,8 |
Tabelle VI
Proben
ID | 1 | 2 | 3 |
| Mit
Basis-Papier A | Mit
Basis-Papier B | Mit
Basis-Papier C |
Parker-Glätte, bei
10 kgf/cm2, μm | 1,24 | 1,20 | 1,31 |
Skip-Dots
(Heliotest), mm | 81 | 81 | 50 |
-
Die
Daten in den Tabellen I, II und III wurden analysiert, um den Effekt
der Wahl der Töne
auf die Missing Dots zu zeigen. Die Ergebnisse sind in den folgenden
Tabellen VII dargelegt. Tabelle VII
AstraPlate | 40 | 40 |
KCS | 20 | 20 |
XP-8489 | 40 | 40 |
BASF
4222 | 6,5 | 6,5 |
Blatt-Feuchtigkeit
vor dem Superkalander, % | 6,5 | 8 |
Parker-Glätte bei
10 kgf/cm2 | 1,11 | 0,99 |
Missing
Dots (Heliotestwert, mm) | 82 | 88 |
-
Obwohl
die Erfindung mit Bezugnahme auf bevorzugten Ausführungsformen
beschrieben worden ist, wird es von einem gewöhnlichen Fachmann anerkannt
werden, dass zahlreiche Modifikationen im Licht der oben gegebenen
Offenbarung möglich
sind. Zum Beispiel kann die vorliegende Erfindung verwendet werden, um
ein Papier mit Erfordernissen zu erzeugen, die jenen von Rotationstiefdruck-Papier ähnlich sind.
Zusätzlich können die
Töne der
vorliegenden Erfindung substituiert werden mit Tönen mit ähnlichen Qualitäten, Eigenschaften
und Charakteristika. Es ist beabsichtigt, dass alle derartigen Variationen
und Modifikationen innerhalb des Umfangs der Erfindung liegen.