DE68910521T2

DE68910521T2 - Process for the production of packaging material coated and printed on a printing press.

Info

Publication number: DE68910521T2
Application number: DE1989610521
Authority: DE
Inventors: Giancarlo A Cavagna; Ernest J Groome; Joseph M Murphy; Domenick L Raschella
Original assignee: Westvaco Corp
Current assignee: Westvaco Corp
Priority date: 1989-09-12
Filing date: 1989-09-12
Publication date: 1994-03-31
Anticipated expiration: 2009-09-13
Also published as: DE68910521D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung von Außenverpackungsmaterial und insbesondere die Herstellung eines solchen Verpackungsmaterials, das auf einer Druckmaschine fertigbearbeitet wird.The present invention relates to the manufacture of outer packaging material and in particular to the manufacture of such packaging material which is finished on a printing machine.

In der Industrie wird allgemein unter Außenverpackungsmaterial verstanden, daß es Verpackungen, Träger und dergleichen für Primärbehälter wie Flaschen oder Dosen umfaßt. Das meiste Außenverpackungsmaterial ist aus Papier oder Pappe hergestellt, auf das kennzeichnend als Faltkartonmaterial oder Wellpappe Bezug genommen wird. Ungebleichte Pappe wird speziell für die Verwendung zur Außenbehälterverpackung hergestellt. Es ist eine hohe Festigkeit erwünscht, so daß die Pappe gewöhnlich aus starker Faser hergestellt wird und chemische Zusätze enthält, um Feuchtigkeit zu widerstehen. Nachdem die Pappe hergestellt worden ist, ist es in der Industrie Gewohnheit geworden, wenigstens eine Oberfläche mit einer weißen Beschichtung oder dergleichen fertigzustellen, um das Bedrucken der von Natur aus braunen rauhen Oberfläche der Naturpappe zu gestatten. Ein Verfahren hat darin bestanden, eine Oberfläche der Pappe in einem Ein- oder Aus-Maschinenbeschichtungsverfahren mit einer Beschichtungszusammensetzung zu beschichten, die Latex, Ton und Titandioxid umfaßt. In anderen Fällen wurde eine dünne Außenschicht aus Etikettenpapier hoher Qualität oder einer dünnen Kunststoffschicht auf eine Oberfläche der Rohpappe laminiert, um eine bedruckbare Oberfläche vorzusehen.In the industry, outer packaging material is generally understood to include packages, carriers and the like for primary containers such as bottles or cans. Most outer packaging material is made of paper or paperboard, typically referred to as folding carton material or corrugated paperboard. Unbleached paperboard is made specifically for use in outer container packaging. High strength is desired, so the paperboard is usually made of strong fiber and contains chemical additives to resist moisture. After the paperboard is made, it has become common practice in the industry to finish at least one surface with a white coating or the like to permit printing on the naturally brown rough surface of the natural paperboard. One method has been to coat one surface of the paperboard in an on or off machine coating process with a coating composition comprising latex, clay and titanium dioxide. In other cases, a thin outer layer of High quality label paper or a thin layer of plastic laminated to one surface of the base board to provide a printable surface.

Bei Behältern von zwei Typen wird ungebleichter Kraftkarton verwendet, der mit weißer Oberfläche versehen worden (tonbeschichtet) ist. Der erste Typ sind Wellpakete. Bei der Herstellung von Wellpaketen mit weißer Oberseite wird die Außenfläche einer Deckkartonlage in der Papierfabrik mit Ton beschichtet (beispielsweise etwa 1,5 - 3,2 g/dm² (30-65 lbs./1000 square feet)), durch Flexographie mit Grafik hoher Qualität in Bahnform vorgedruckt, dann beim Wellungsverfahren als Außendeckkarton verwendet, bevor sie in Kartonagen umgewandelt wird. Der zweite Typ sind einzelne Lagenfaltkartons wie Getränketräger. Für diese Verpackungen wird die Rohpappe (beispielsweise etwa 2,0 - 4,9 g/dm² (40-100 lbs./1000 square feet) Riesgewicht) in der Papierfabrik beschichtet, durch Tiefdruck bedruckt, stanzgeschnitten und direkt in Kartonagen umgewandelt. Die für den zweiten Verpackungstyp verwendete Pappe muß schwerer und steifer als die beim ersten Verpackungstyp verwendete Pappe sein. Derzeit ist die schwerere tonbeschichtete Pappe knapp und somit kostspielig. Unterdessen wird der leichtere beschichtete Deckkarton für Wellkartonagen nicht mehr in großem Umfang in den Vereinigten Staaten hergestellt, da für seine Produktion spezialisierte Einrichtungen benötigt werden, die im allgemeinen in einer Kraft-Fabrikanlage nicht verfügbar sind. Aus diesem Grund haben sich immer mehr Anwender auf die kostspieligeren laminierten Produkte umgestellt, bei denen dünne Kunststoffschichten und Etikettenpapier verwendet wird.Two types of containers use unbleached kraft paperboard that has been white-faced (clay-coated). The first type is corrugated packets. In the manufacture of white-faced corrugated packets, the outside surface of a linerboard layer is clay-coated (e.g., about 1.5 - 3.2 g/dm² (30-65 lbs./1000 square feet) at the paper mill, pre-printed with high-quality graphics in web form by flexography, then used as an outside linerboard in the corrugating process before being converted into boxes. The second type is single-layer folding boxes such as beverage carriers. For these packages, the baseboard (e.g., about 2.0 - 4.9 g/dm² (40-100 lbs./1000 square feet) ream weight) is coated at the paper mill, gravure-printed, die-cut, and converted directly into boxes. The paperboard used for the second type of packaging must be heavier and stiffer than the paperboard used for the first type of packaging. Currently, the heavier clay-coated paperboard is in short supply and therefore expensive. Meanwhile, the lighter coated linerboard for corrugated boxes is no longer produced on a large scale in the United States because its production requires specialized facilities that are generally not available in a Kraft plant. For this reason, more and more users have switched to the more expensive laminated products that use thin layers of plastic and label paper.

Die US-A-4779557 und US -A-4848265 offenbaren Druckverfahren, die die Zufügung einer Beschichtungsstation aufweisen. Im ersten Fall ist die Beschichtungsstation die letzte Druckstation. Im zweiten Fall ist die Beschichtungsstation vor dem Drucken angeordnet.US-A-4779557 and US-A-4848265 disclose printing methods comprising the addition of a coating station. In the first case, the coating station is the last printing station. In the second case, the coating station is arranged before printing.

Andererseits offenbart die US-A-4786532 das Aufbringen einer Beschichtung oder Farbe auf Wasserbasis auf eine Bahn auf einer Flexographie-Druckvorrichtung und betrifft auch das Beschichten einer Bahn für eine Briefhüllenveredelungsmaschine.On the other hand, US-A-4786532 discloses the application of a water-based coating or ink to a web on a flexographic printing device and also relates to the coating of a web for an envelope finishing machine.

Summary of the invention

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Pappe mit weißer Oberseite für Außenverpackungsmaterial auf einer Druckmaschine entwickelt worden. Bei dem Verfahren, das im Anspruch 1 beschrieben ist, wird beschichtete Pappe auf einer Druckmaschine hergestellt, indem ungebleichtes und unbeschichtetes Kraft-Rohmaterial genommen und dieses durch Drucken von einer oder mehreren Beschichtungslagen auf eine Oberfläche beschichtet wird und anschließend die beschichtete Oberfläche auf derselben oder einer unterschiedlichen Druckmaschine gedruckt wird. Das Verfahren kann unter Verwendung entweder von Flexographieoder Tiefdruck-Druckmaschinen ausgeführt werden. Das Ergebnis ist eine beschichtete und bedruckte Oberfläche, die mit einem im Papierwerk beschichteten Produkt vergleichbar ist, das eine gute Glattheit und Helligkeit ohne Kratzer aufweist. Die Erfindung hängt von verschiedenen Elementen ab, die den Zustand der Pappoberfläche vor dem Beschichten, den Beschichtungsansatz, die Druckmaschinenanordnung und den Beschichtungsauftrag einschließen.According to the present invention, a method of producing white-faced paperboard for outer packaging material on a printing press has been developed. In the method described in claim 1, coated paperboard is produced on a printing press by taking unbleached and uncoated kraft stock and coating it by printing one or more coating layers onto a surface and then printing the coated surface on the same or a different printing press. The process can be carried out using either flexographic or gravure printing machines. The result is a coated and printed surface comparable to a paper mill coated product, having good smoothness and brightness without scratches. The invention depends on various elements, including the condition of the paperboard surface before coating, the coating approach, the printing press arrangement and the coating application.

Der erste Schritt umfaßt die Auswahl einer Rohpappe zur Beschichtung und zum Bedrucken auf einer Druckmaschine. Die Auswahl wird auf der Grundlage der Pappoberfläche getroffen, ob das Endprodukt Deckkarton für wellenversehene Produkte oder Faltkartonmaterial für einzelne Flaschenfaltträger oder dergleichen ist. In beiden Fällen muß die Pappoberfläche glatt, gut abgedichtet und fest sein. Eine gute Gestaltung ist wesentlich und es wird eine stark geleimte Pappoberfläche bevorzugt, um die Beschichtung auf der Oberfläche zu halten. Die Oberfläche der Pappe sollte eine Sheffield-Rauhigkeit von 300 Einheiten oder weniger für Deckkarton und 330 Einheiten oder weniger für Faltkartonmaterial aufweisen. Diese Werte stehen im Gegensatz zu normalen Werten von mehr als 350 bzw. 400 für gewöhnlichen Deckkarton und Faltkartonmaterial. Ebenso ist das Ausmaß, bis zu dem die Kartonoberfläche verleimt ist, gemessen mittels Luftpermeabilität, wichtig. Für die vorliegende Erfindung zufriedenstellende Pappe sollte einen Wert von mehr als 30 Sekunden gemäß dem Gurley-Porositätstest aufweisen. Diese Eigenschaften können mittels einer von mehreren Techniken auf der Papiermaschine erreicht werden. Ein Verfahren ist sicherzustellen, daß 85 % oder mehr der Hartholzfasern im Faserstoff auf der Kartonoberfläche enden. Wenn ein Sekundärstoffauflauf auf die Oberflächenfaserschicht gegeben wird, sollte die Oberflächenfaserschicht auf 350-400 Sekunden Williams-Durchlässigkeit bei einem pH-Wert größer als 7 stark veredelt sein. Außerdem kann irgendeine Einrichtung wie die Verwendung von Reinigungsmitteln erforderlich sein, um Schäbe und Sand von der Oberfläche zu entfernen. Die so gebildete Pappe muß dann kalandriert werden, um die vorstehend ausgegebenen Sheffield-Rauhigkeitswerte zu erzielen. Pappe, die diese Standards nicht erfüllt, führt zu nicht annehmbaren Beschichtungs- und Druckeigenschaften, wie Rauhigkeit, Unebenheit und Fehlen von Glanz.The first step involves selecting a base board for coating and printing on a printing machine. The selection is made on the basis of the board surface, whether the end product is linerboard for fluted products or folding board material for individual bottle folding carriers or the like. In both cases, the board surface must be smooth, well sealed and strong. A good design is essential and a heavily sized paperboard surface is preferred to hold the coating on the surface. The surface of the paperboard should have a Sheffield roughness of 300 units or less for linerboard and 330 units or less for folding carton material. These values are in contrast to normal values of greater than 350 and 400, respectively, for ordinary linerboard and folding carton material. Also important is the extent to which the paperboard surface is glued, as measured by air permeability. Paperboard satisfactory for the present invention should have a value of greater than 30 seconds according to the Gurley porosity test. These properties can be achieved by one of several techniques on the paper machine. One method is to ensure that 85% or more of the hardwood fibers in the pulp terminate on the paperboard surface. If a secondary headbox is added to the surface fiber layer, the surface fiber layer should be heavily finished to 350-400 seconds Williams permeability at a pH greater than 7. In addition, some means such as the use of cleaning agents may be required to remove shives and grit from the surface. The board so formed must then be calendered to achieve the Sheffield roughness values given above. Board not meeting these standards will result in unacceptable coating and printing properties such as roughness, unevenness and lack of gloss.

Der zweite Schritt bei der vorliegenden Erfindung umfaßt die geeignete Auswahl von Druckeinstellungen und Druckelementen zum Aufbringen der Beschichtungen. Bei einer Flexographie- Druckmaschine sollte die Aniloxwalze vorzugsweise eine Laserformwalze sein, die eine dichtgepackte (30 Grad) Zellenanordnung für den höchst gleichmäßigen Beschichtungsauftrag aufweist. Die Tiefe der Zellen sollte 100 um nicht überschreiten. Eine Formwalze, aufweisend eine Siebgröße von etwa 47 bis 142 Reihen pro cm (120-360 Reihen pro Inch), wird bevorzugt. Das Drucktuch für die Flexographie wird vorzugsweise aus einem Gummimaterial, aufweisend eine Shore-A- Härte von 55 oder weniger, hergestellt. Eine höhere Härte könnte zu geringeren Beschichtungsgewichten führen und Fotopolymerplatten könnten zu einer gesprenkelten Druckoberfläche führen. Inzwischen wird bei einer Tiefdruckanwendung ein indirekter Tiefdruck bevorzugt, wobei die Formwalze und das Drucktuch dieselben Eigenschaften wie bei der Flexographie aufweisen.The second step in the present invention involves the appropriate selection of printing settings and printing elements for applying the coatings. In a flexographic printing machine, the anilox roll should preferably be a laser forming roll having a closely packed (30 degree) cell arrangement for the most uniform coating application. The depth of the cells should not exceed 100 µm. A forming roll having a screen size of about 47 to 142 rows per cm (120-360 rows per inch) is preferred. The blanket for flexography is preferably made of a rubber material having a Shore A hardness of 55 or less. Higher hardness could result in lower coating weights and photopolymer plates could result in a mottled printing surface. Meanwhile, in a gravure application, indirect gravure is preferred, with the forme roll and blanket having the same properties as in flexography.

Der dritte wichtige Schritt bei der vorliegenden Erfindung liegt in dem Ansatz des Beschichtungsmaterials. Ein im Papierwerk üblicherweise verwendeter Beschichtungsansatz für Papier oder Pappe wird nicht Leistung zeigen, wenn er bei einer Druckmaschine verwendet wird, da sein Widerstand gegen Fließen und Verlaufen übermäßig ist. Die Verwendung einer gewöhnlichen Papierbeschichtung auf der Druckmaschine führt zu blanken Flecken oder ausgelassenen Flächen. Das Funktionieren des Beschichtungsansatzes für eine Druckmaschine kann durch Bindemittelauswahl, Bindemittel-zu-Pigmentverhältnis und die Art des verwendeten Pigments gesteuert werden. Die Bindemittelauswahl ist kritisch. Da es keinen Weg zur Steuerung der Temperatur einer Beschichtung auf einer Druckmaschine gibt, ändert sich die Rheologie mit der Temperatur. Dementsprechend kann ein temperaturempfindliches Bindemittel wie Stärke bei einer auf einer Druckmaschine angewendeten Beschichtung nicht verwendet werden. Es wird synthetisches Latex bevorzugt. Beispielsweise können Polyvinylacetat (PVAC), Styrolbutadien (SBR) und Acrylen allein oder in Kombination verwendet werden. Eine bevorzugte Mischung wäre ein 70/30-Verhältnis von PVAC/SBR. Ebenso sind niedrige Werte von Bindemitteln im Bereich von 16 Teilen Bindemittel/100 Teilen Pigment, wie sie bei herkömmlichen Papierbeschichtungen verwendet werden, nicht akzeptabel, da sie zu einem höheren Fließwiderstand führen. Es wird ein höheres Verhältnis in der Größe von etwa 20-25 Teilen Bindemittel/100 Teilen Pigment bevorzugt. Außerdem können bei der vorliegenden Erfindung Ton, Titandioxid und Calciumcarbonat auch als Beschichtungspigmente abhängig von dem erforderlichen Helligkeitswert verwendet werden. Mischungen dieser Pigmente, die Titandioxid enthalten, sind für die hohe Opazität nützlich, die zum überdecken der ungebleichten Pappoberfläche erforderlich ist. Es können auch Zusatzstoffe zur Steuerung und Verbesserung des Fließens und Verlaufens der Beschichtung verwendet werden. Beispiele sind Calciumstearat, Glykole und wasserlösliche Polymere mit niedrigem Molekulargewicht. Ihre Konzentration überschreitet gewöhnlich 5-Gew.-% nicht. Es ist auch nicht erforderlich, den pH der bei der vorliegenden Erfindung verwendeten Beschichtungen zu steuern, anders als bei herkömmlichen, bei einer Papiermaschine verwendeten Beschichtungen zur Papierherstellung, bei denen eine pH-Steuerung benötigt wird. Die bevorzugte Viskosität der bei der vorliegenden Erfindung verwendeten Beschichtung liegt zwischen etwa 7 und 11 Sekunden bei Messung mittels eines Zahn-Prüfbechers Nr. 3.The third important step in the present invention lies in the coating material approach. A paper or paperboard coating approach commonly used in the paper mill will not perform when used on a printing press because its resistance to flow and bleed is excessive. Using a common paper coating on the printing press will result in bare patches or missed areas. The performance of the coating approach on a printing press can be controlled by binder selection, binder to pigment ratio, and the type of pigment used. Binder selection is critical. Since there is no way to control the temperature of a coating on a printing press, the rheology changes with temperature. Accordingly, a temperature sensitive binder such as starch cannot be used in a coating applied on a printing press. Synthetic latex is preferred. For example, polyvinyl acetate (PVAC), styrene butadiene (SBR), and acrylics can be used alone or in combination. A preferred blend would be a 70/30 ratio of PVAC/SBR. Likewise, low values of binders in the range of 16 parts binder/100 parts pigment, as used in conventional paper coatings, are not acceptable as they lead to a higher flow resistance. A higher ratio in the range of about 20-25 parts binder/100 parts pigment is preferred. In addition, clay, titanium dioxide and calcium carbonate can also be used as coating pigments in the present invention depending on the brightness level required. Mixtures of these pigments containing titanium dioxide are useful for the high opacity required to cover the unbleached paperboard surface. Additives can also be used to control and improve the flow and leveling of the coating. Examples are calcium stearate, glycols and water-soluble low molecular weight polymers. Their concentration usually does not exceed 5% by weight. It is also not necessary to control the pH of the coatings used in the present invention, unlike conventional papermaking coatings used on a paper machine where pH control is required. The preferred viscosity of the coating used in the present invention is between about 7 and 11 seconds when measured using a Zahn No. 3 test cup.

Vor dem Drucken können einer oder mehrere Beschichtungsaufträge auf das Rohmaterial aufgebracht werden. Die Zahl der Aufträge hängt von den gewünschten Eigenschaften und der Zahl der zur Verfügung stehenden Druckstationen ab. Für die beste Glattheit sollte das bei jedem Auftrag verwendete Beschichtungsgewicht etwa 0,05 - 0,073 g/dm² (1-1,5 lbs./1000 square feet) betragen. Die für das Drucken wichtigsten endgültigen Eigenschaften steuernden Faktoren sind Beschichtungsgewicht und Helligkeit (d.h. Konzentration heller Pigmente). Beispielsweise kann eine ausreichende Glattigkeit und Farbergiebigkeit für Glanz bei einem Gesamtbeschichtungsgewicht von etwa 0,1 g/dm² (2 lbs./1000 square feet) erreicht werden, wenn die Enddruckfläche keine weißen Flächen oder nur sehr unaufdringliche weiße Flächen enthält. Wenn andererseits eine große Helligkeit (TAPPI-Helligkeit 78-80) erforderlich ist, kann ein Beschichtungsgewicht von 0,2 g/dm² (4 lbs./1000 square feet) oder mehr bei einer hohen Konzentration (40-50 %) von Titandioxid erforderlich sein. Es hat sich mit großem Erfolg als möglich herausgestellt, nach Beschichtung auf der Druckmaschine eine weiße pigmentierte Farbe auf die Druckfläche aufzutragen. Schließlich benötigt das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung keinerlei Abänderung der Druckmaschine. Bei sorgfältiger Auswahl eines Substrats, das eine optimale Glattigkeit aufweist, geeigneter Auswahl der Druckmaschineneigenschaften und einem auf die gewünschte Endanwendung abgestellten Beschichtungsansatz kann ein erfolgreiches Produkt mit weißer Oberfläche zur Verwendung als Außenverpackungsmaterial hergestellt werden.Prior to printing, one or more coating applications may be applied to the raw material. The number of applications depends on the desired properties and the number of printing stations available. For best smoothness, the coating weight used in each application should be approximately 0.05 - 0.073 g/dm² (1-1.5 lbs./1000 square feet). The most important factors controlling final properties for printing are coating weight and brightness (i.e. concentration of bright pigments). For example, sufficient smoothness and ink yield for gloss can be achieved with a total coating weight of approximately 0.1 g/dm² (2 lbs./1000 square feet) if the final printing area contains no white areas or only very unobtrusive white areas. On the other hand, if high brightness (TAPPI brightness 78-80) is required, a coating weight of 0.2 g/dm² (4 lbs./1000 square feet) or more may be required at a high concentration (40-50%) of titanium dioxide. It has been found possible with great success to apply a white pigmented ink to the printing surface after coating on the printing press. Finally, the process of the present invention does not require any modification of the printing press. With careful selection of a substrate having optimum smoothness, appropriate selection of the printing press characteristics, and a coating approach tailored to the desired end use, a successful white surface product for use as an outer packaging material can be produced.

Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein beschichtetes Papperzeugnis auf einer Druckmaschine herzustellen, das zum Bedrucken mit hochwertiger Grafik auf derselben oder einer anderen Druckmaschine geeignet ist. Der Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, wenigstens eine Oberfläche eines ansonsten nicht teuren, ungebleichten Pappmaterials zu einer wertvolleren, gewünschten, gut abgedichteten, gleichmäßigen und glatten Oberfläche mit hoher Helligkeit zu veredeln, die geeignet ist, hochwertige Grafik unter Verwendung eines beliebigen Druckverfahrens aufzunehmen.It is therefore an object of the present invention to produce a coated paperboard product on a printing press that is suitable for printing with high quality graphics on the same or another printing press. The purpose of the present invention is to refine at least one surface of an otherwise inexpensive, unbleached paperboard material into a more valuable, desirable, well-sealed, uniform and smooth surface with high brightness that is suitable for receiving high quality graphics using any printing process.

Description of the drawing

Fig. 1(A) zeigt schematisch einen ersten Teil einer repräsentativen Druckvorrichtung, die für die vorliegende Erfindung verwendbar ist;Fig. 1(A) schematically shows a first part of a representative printing apparatus usable for the present invention;

Fig. 1(B) zeigt schematisch den zweiten Teil der Vorrichtung von Fig. 1(A); undFig. 1(B) shows schematically the second part of the device of Fig. 1(A); and

Fig. 2 ist eine schematische Teilansicht von Fig. 1(A), die eine Abwandlung für die erste Druckstation zeigt.Fig. 2 is a partial schematic view of Fig. 1(A) showing a modification for the first printing station.

Detailed description

Bei einem typischen Arbeitsvorgang kann das Verfahren der vorliegenden Erfindung auf einem beliebigen Druckmaschinentyp durchgeführt werden, wobei Flexo- oder Tiefdruckmaschinen bevorzugt werden. Ein Beispiel einer typischen Flexodruckmaschine zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Anzahl von Flexostationen, die um eine oder mehrere Druckwalzen mit großem Durchmesser angeordnet sind. Um die Druckwalzen sind zwischen Flexostationen Trockeneinheiten angebracht, und vor der Umrolleinrichtung ist eine Lackierstation hinzugekommen. Nach jeder zur Beschichtung verwendeten Flexostation kann Raum für die Anbringung eines Rakels verfügbar gemacht werden, um die beschichtete Oberfläche nach dem Auftrag der Beschichtung und vor dem Trocknen zu glätten.In a typical operation, the process of the present invention can be carried out on any type of printing machine, with flexographic or gravure printing machines being preferred. An example of a typical flexographic printing machine for use in the present invention comprises a number of flexographic stations arranged around one or more large diameter printing rolls. Drying units are mounted around the printing rolls between flexographic stations and a varnishing station is added before the rewinder. After each flexographic station used for coating, space can be made available for the mounting of a doctor blade to smooth the coated surface after application of the coating and before drying.

Ein Beispiel einer typischen Tiefdruckmaschine zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung umfaßt zwei oder mehr Tiefdruckstationen nacheinander an einer einzigen Druckmaschine. Das Drucken einer Beschichtung durch Direktgravur erzeugt kein zufriedenstellendes Produkt. Somit sollte die Druckmaschine zu einer Indirektgravur für den Beschichtungsauftrag umgewandelt werden.An example of a typical gravure printing machine for use in the present invention includes two or more gravure printing stations in sequence on a single press. Printing a coating by direct engraving does not produce a satisfactory product. Thus, the press should be converted to indirect engraving for the coating application.

Bei der veranschaulichenden, schematischen Darstellung von Fig. 1(A) und 1(B) wird eine Bahn W von Verpackungsmaterial, das schwere Pappe oder Deckkarton umfassen kann, von einer Walze 10 zur Beschichtung und zum Bedrucken auf einer Druckmaschine vom Flexodruck-Typ zugeführt. Die Bahn W läuft um eine erste Führungswalze 22 und eine zweite Führungswalze 23, bevor sie in die Klemmstelle einer ersten Flexodruckstation eintritt, die allgemein mit dem Bezugszeichen 12 bezeichnet ist, wo ein erster Auftrag des Beschichtungsansatzes der vorliegenden Erfindung aufgebracht werden kann. Eine typische Flexodruckstation 12 umfaßt eine Aniloxwalze 13, die so positioniert ist, daß sie sich im Inneren einer Beschichtungswanne 14 dreht. Der Teil der Walze 13, der in die Beschichtung eingetaucht ist, nimmt Beschichtung zur übergabe zur Auftragswalze 17 auf. Die Aniloxwalze 13 hat eine texturierte Oberfläche, deren Eigenschaften die Menge der aus der Beschichtungswanne 14 aufgenommenen Beschichtung regulieren. Typische Aniloxwalzen, die bei der vorliegenden Erfindung nützlich sind, sind chromplattierte Walzen, deren Siebgröße im Bereich von etwa 47-142 Reihen pro cm (120-360 Reihen Pro Inch) liegt, wobei die kleineren Zahlen die größeren Volumina darstellen. In der texturierten Oberfläche der Aniloxwalze 13 zurückgehaltenes Beschichtungsmaterial wird anschließend auf die Auftragswalze 17 überführt. Für einen typischen Flexodruckvorgang trägt die Auftragswalze 17 das Bildmuster, das auf die Bahn W überführt werden soll. Bei der vorliegenden Erfindung ist die Auftragswalze 17 jedoch glatt, um einen ersten Beschichtungsauftrag auf die Bahn vorzusehen. Eine Stützwalze 25 sieht eine geeignete Stützfläche für die Begrenzung der Berührungsstelle der Bahn W mit der Auftragswalze 17 vor. Folgend auf den Auftrag der Beschichtung auf die Bahn W kann wie in Fig. 2 gezeigt ein Glättungsmesser 20 dazu verwendet werden, die beschichtete Oberfläche vor dem Eintreten in die Trockeneinheit 21 zu glätten. Das Messer 20 ist vorzugsweise in einem Winkel von etwa 90 Grad in bezug auf die Bahn W für beste Ergebnisse angeordnet.In the illustrative schematic representation of Figures 1(A) and 1(B), a web W of packaging material, which may comprise heavy paperboard or linerboard, is fed from a roller 10 for coating and printing on a flexographic type printing machine. The web W passes around a first guide roller 22 and a second guide roller 23 before entering the nip of a first flexographic printing station enters a feed station generally designated by the reference numeral 12 where a first application of the coating formulation of the present invention can be applied. A typical flexographic printing station 12 includes an anilox roll 13 positioned to rotate within a coating vat 14. The portion of roll 13 immersed in the coating receives coating for transfer to applicator roll 17. Anilox roll 13 has a textured surface whose characteristics regulate the amount of coating received from coating vat 14. Typical anilox rolls useful in the present invention are chrome plated rolls having a screen size in the range of about 47-142 rows per cm (120-360 rows per inch), with the smaller numbers representing the larger volumes. Coating material retained in the textured surface of anilox roll 13 is then transferred to applicator roll 17. For a typical flexographic printing operation, the applicator roll 17 carries the image pattern to be transferred to the web W. In the present invention, however, the applicator roll 17 is smooth to provide a first coat of coating to the web. A back-up roll 25 provides a suitable support surface for defining the point of contact of the web W with the applicator roll 17. Following application of the coating to the web W, a smoothing knife 20, as shown in Figure 2, may be used to smooth the coated surface prior to entering the drying unit 21. The knife 20 is preferably disposed at an angle of about 90 degrees with respect to the web W for best results.

Nach der Trockeneinheit 21 läuft die beschichtete Bahn weiter um die Stützwalze 25 herum. Es können weitere Flexodruckstationen in Verbindung mit der Stützwalze 25 mit drei (3) weiteren, in Fig. 1(A) gezeigten Einheiten 26-28 hinzugefügt werden. Folgend auf diese weiteren Druckeinheiten ist es erforderlich, weitere Trockeneinheiten hinzuzufügen, die allgemein durch die Bezugszeichen 11, 15 und 16 gezeigt sind. Die zusätzlichen Flexostationen können dazu verwendet werden, zusätzliche Beschichtungslagen aufzutragen, oder für mehr herkömmliche Druckschritte. Nach dem Vorbeilaufen unter der Trockeneinheit 16 kann die Bahn W zu einer weiteren Stützwalze zum Drucken weiterer Farben geführt werden. Zu diesem Zweck läuft die Bahn W um Mitläuferwalzen 34 und 35 und weiter um Mitläuferwalzen 18 und 19 in Kontakt mit der zweiten Stützwalze 43, wie in Fig. 1(B) gezeigt ist. Fünf (5) durch Bezugszeichen 29-32 und 34 identifizierte weitere Flexodruckstationen sind um die Stützwalze 43 herum angeordnet. Durch die Bezugszeichen 18, 19, 24, 33 und 35 identifizierte Trockeneinheiten sind nach jeder Druckstation um die Stützwalze 43 herum angeordnet. Schließlich läuft die Bahn W um Mitläuferwalzen 36 und 37 und wird um eine Mitläuferwalze 38 zurückgeführt (Fig. 1(A)), bevor sie in die Lackierstation 39 und Trockeneinheit 40 eintritt. Von dieser Stelle läuft die Bahn W um eine Mitläuferwalze 41, bevor sie in Enddruckform wie Walze 42 endet. Es ist somit ersichtlich, daß das Verfahren der vorliegenden Erfindung auf einer üblichen Flexodruckmaschine ohne Abänderung durchgeführt werden kann, ausgenommen die Anordnung der Drucktücher (Auftragswalzen) bei jeder für Druckaufträge verwendeten Druckstation. Dasselbe Konzept gilt, ob die Druckmaschine vom Flexodruck- oder Tiefdrucktyp ist. Dementsprechend vermeidet die vorliegende Erfindung das Erfordernis einer kostspieligen Beschichtungseinrichtung bei der Maschine oder eines separaten Beschichtungsauftrags.After the drying unit 21, the coated web continues to run around the back-up roll 25. Further flexographic printing stations can be added in connection with the back-up roll 25 with three (3) further units 26-28 shown in Fig. 1(A). Following these further printing units it is necessary to add additional drying units, shown generally by reference numerals 11, 15 and 16. The additional flexo stations may be used to apply additional coating layers or for more conventional printing steps. After passing under the drying unit 16, the web W may be fed to a further backup roll for printing further colors. For this purpose, the web W passes around idler rolls 34 and 35 and further around idler rolls 18 and 19 in contact with the second backup roll 43, as shown in Fig. 1(B). Five (5) additional flexo printing stations, identified by reference numerals 29-32 and 34, are arranged around the backup roll 43. Drying units, identified by reference numerals 18, 19, 24, 33 and 35, are arranged around the backup roll 43 after each printing station. Finally, the web W passes around idler rollers 36 and 37 and is returned around an idler roller 38 (Fig. 1(A)) before entering the varnishing station 39 and drying unit 40. From this point, the web W passes around an idler roller 41 before ending in final printing form such as roller 42. It will thus be seen that the process of the present invention can be carried out on a conventional flexographic printing machine without modification except for the arrangement of the blankets (former rollers) at each printing station used for printing jobs. The same concept applies whether the printing machine is of the flexographic or gravure type. Accordingly, the present invention avoids the need for an expensive coating facility on the machine or a separate coating job.

Es wurden Druckbeschichtungsversuche unter Verwendung von Flexo- und Tiefdruckmaschinen durchgeführt. Beim ersten Versuch wurden Muster von KRAFTPAK-Pappe und PRINTKRAFT-Deckkarton, Produkte der Westvaco Corporation, auf einer Flexodruckmaschine beschichtet und gedruckt. Es wurden zwei Beschichtungsansätze aufgetragen, einschließlich eines Ansatzes mit Ganz-Polyvinylacetat-Latex-Bindemittel und eines Ansatzes mit einem gemischten Polyvinylacetat-Styrolbutadien-Bindemittelsystem. Außerdem wurde in einigen Fällen Calciumstearat hinzugefügt, um das Verlaufvermögen der Beschichtung zu verbessern. Der erste Beschichtungsansatz wurde auf eine weiche Fotopolymerdruckplatte und auch auf eine Gummidruckplatte aufgetragen. Ansatz Nr. 2 wurde lediglich mit einer Gummiplatte angewendet. Die KRAFTPAK-Pappsteuerung hatte eine stark kalandrierte, veredelte, fast ganz Hartholz-Sekundärfläche mit einer Sheffield-Rauhigkeit von 330 Einheiten. Die PRINTKRAFT-Steuerung hatte eine geringere als mittlere Sheffield-Rauhigkeit in der Größe von etwa 230 Einheiten.Print coating trials were conducted using flexographic and gravure printing machines. In the first trial, samples of KRAFTPAK paperboard and PRINTKRAFT linerboard, products of Westvaco Corporation, were coated and printed on a flexographic printing machine. Two coating approaches were applied, including a An all-polyvinyl acetate latex binder formulation and an all-polyvinyl acetate styrene butadiene binder formulation were tested. Calcium stearate was also added in some cases to improve the leveling properties of the coating. The first coating formulation was applied to a soft photopolymer plate and also to a rubber plate. No. 2 was applied to a rubber plate only. The KRAFTPAK paperboard control had a heavily calendered, finished, almost all-hardwood secondary surface with a Sheffield roughness of 330 units. The PRINTKRAFT control had a less than medium Sheffield roughness of approximately 230 units.

Jedes Laufen durch die Druckmaschine mit dem ersten Beschichtungsansatz führte zum Auftrag von dicht bei 0,05 g Beschichtung Pro dm² (1 Pfund Beschichtung pro 1000 square feet) Papier. Ansatz Nr. 2 gab etwas höhere Beschichtungsgewichte pro Durchlauf. Ein Vergleich der Sheffield- und Printsurfwerte der beschichteten Muster zeigte, daß das Gummidrucktuch einem Fotopolymertuch ähnlicher Härte und Benetzbarkeit bei der Erzielung der Glattigkeit überlegen war. Der Test mit Calciumstearat wurde auf PRINTKRAFT-Deckkarton ausgeführt. Der Zusatz von Calciumstearat zur Beschichtung war im Verhältnis von lediglich etwa 1 % basierend auf Feststoffen verbesserte die Glattigkeit um 15 Einheiten, mittels Sheffield gemessen. Die Helligkeit der beschichteten Produkte wie erwartet zum Beschichtungsgewicht proportional. Unterdessen war das Verbreiten und Verlaufen der Beschichtungsansätze bei Feststoffen von mehr als etwa 57 % nicht gleichmäßig.Each run through the press with the first coating batch resulted in the application of close to 0.05 g of coating per dm² (1 pound of coating per 1000 square feet) of paper. Batch No. 2 gave slightly higher coating weights per pass. A comparison of the Sheffield and Printsurf values of the coated samples showed that the rubber blanket was superior to a photopolymer blanket of similar hardness and wettability in achieving smoothness. The calcium stearate test was carried out on PRINTKRAFT linerboard. The addition of calcium stearate to the coating at a rate of only about 1% based on solids improved smoothness by 15 units as measured by Sheffield. The brightness of the coated products was proportional to the coating weight as expected. Meanwhile, spreading and sagging of the coating batches was not uniform at solids greater than about 57%.

Drucktests der beschichteten Produkte bestanden auf dem Auftrag einer einzigen Beschichtung mit weißer Farbe hoher Helligkeit, einer Beschichtung eines transparenten Porenfüllers über der weißen Farbe und einem Aufdruck eines Halbtonblaubildes. Das gedruckte Produkt wurde überlackiert, wie es bei Verpackungsmaterial üblich ist. Die Druckauswertung basierte auf der Bildqualität, Helligkeit der beschichteten Flächen und einem subjektiven Vergleich, wie nahe das Druckbeschichtungsverfahren der vorliegenden Erfindung der Druckqualität kommen konnte, die mit herkömmlicher tonbeschichteter Pappe erzielt wird. Aus diesen Auswertungen wurde geschlossen, daß der zweite Beschichtungsansatz (gemischtes Bindemittel) dem Ansatz Nr. 1 überlegen war und daß das Gummidrucktuch dem Fotopolymertuch überlegen war. Es gab eine positive Korrelation zwischen der Druckqualität und der Glattigkeit der beschichteten Lage. Eine höhere Glattigkeit führte zu weniger fehlenden Flecken im Halbtondruckbild und zu einer höheren Gesamtdruckqualität.Printing tests of the coated products consisted of applying a single coat of high brightness white ink, coating a transparent pore filler over the white ink, and printing a halftone blue image. The printed product was overcoated as is common with packaging materials. Print evaluation was based on image quality, brightness of the coated areas and a subjective comparison of how close the print coating process of the present invention could come to the print quality achieved with conventional clay coated paperboard. From these evaluations, it was concluded that the second coating approach (mixed binder) was superior to approach #1 and that the rubber blanket was superior to the photopolymer blanket. There was a positive correlation between print quality and the smoothness of the coated layer. Higher smoothness resulted in fewer missing spots in the halftone print image and higher overall print quality.

Bei einem Versuch unter Verwendung einer Gravurdruckmaschine stellte es sich heraus, daß die Verwendung eines direkten Tiefdruckverfahrens zum Drucken der Beschichtung ein unerwünschtes geteiltes Muster erzeugte. Die Umwandlung von einem direkten Gravurverfahren zu einer indirekten Gravuranordnung beseitigte jedoch im wesentlichen das geteilte Muster und erzeugte ein verwendbares Produkt. Der Beschichtungsgewichtsbereich für die indirekte Gravuranordnung und das direkte Gravurverfahren lag im Bereich von 0,053 bis 0,1 g/dm² (1,1 bis 2,1 lbs./1000 square feet) Papier.In a trial using a gravure printing machine, it was found that using a direct gravure process to print the coating produced an undesirable split pattern. However, converting from a direct gravure process to an indirect gravure arrangement essentially eliminated the split pattern and produced a usable product. The coating weight range for the indirect gravure arrangement and the direct gravure process was in the range of 0.053 to 0.1 g/dm² (1.1 to 2.1 lbs./1000 square feet) of paper.

Bei dem indirekten Tiefdruckaufbau nahm die gravierte Walze Beschichtung von der Beschichtungswanne auf. Die Walze wurde mit einem Rakel abgeschabt, um die Beschichtung zuzumessen, die dann zu einer Gummidruckwalze überführt wurde. Diese Walze brachte wiederum die Beschichtung auf Pappmuster in einer Kontaktstelle gegen eine weitere Hartgummistützwalze auf. Die gravierten und überführungswalzen drehten sich mit derselben Geschwindigkeit wie die Bahn während der meisten Tests, aber es konnten Geschwindigkeitsunterschiede von bis zu 20 % toleriert werden.In the indirect gravure setup, the engraved roll picked up coating from the coating pan. The roll was scraped with a doctor blade to meter the coating, which was then transferred to a rubber impression roll. This roll in turn applied the coating to paperboard samples in contact against another hard rubber back-up roll. The engraved and transfer rolls rotated at the same speed as the web during most of the tests, but speed differences of up to 20% could be tolerated.

Bei dem direkten Tiefdruckaufbau nahm die gravierte Walze Beschichtung von einer Beschichtungswanne auf, wurde durch ein Messer gerakelt und überführte dann direkt zu der sich mit derselben Geschwindigkeit bewegenden Bahn. Nach dem Beschichtungsspalt war eine Glättungsstange von etwa 1,3 cm (0,5 Inch) im Durchmesser angeordnet, um gegen die beschichtete Fläche zu drücken und diese zu glätten. Es wurde ein einziger Bindemittel (Polyvinylacetat) -Beschichtungsansatz bei 56,8 % Feststoffen verwendet, um die Beschichtung auf Deckkarton mit gewohntem 2, 1 g/dm² (42 lbs./1000 square feet) Riesgewicht aufzutragen. In jedem Fall wurde ein glattes Produkt hergestellt, das für das Bedrucken geeignet ist.In the direct gravure construction, the engraved roll received coating from a coating pan, was doctored through a knife and then transferred directly to the web moving at the same speed. A smoothing bar approximately 1.3 cm (0.5 inch) in diameter was placed after the coating nip to press against and smooth the coated surface. A single binder (polyvinyl acetate) coating formulation at 56.8% solids was used to apply the coating to conventional 2.1 g/dm2 (42 lbs./1000 square feet) linerboard. In each case, a smooth product suitable for printing was produced.

Es ist so ersichtlich, daß die vorliegende Erfindung ein auf einer Druckmaschine ausgeführtes Beschichtungs- und Druck- Kombinationsverfahren umfaßt. Das Verfahren ist dazu ausgelegt, die Qualität von ungebleichtem Papier und Pappe zur Verwendung als Verpackungsmaterial zu veredeln.It will thus be seen that the present invention comprises a combined coating and printing process carried out on a printing machine. The process is designed to improve the quality of unbleached paper and cardboard for use as packaging material.

Claims

1. A method for producing outer packaging material on a web-fed rotary machine having at least two printing stations, comprising the steps of:

(a) a web of unbleached paper is selected having surfaces which are smooth, well sealed and strong;

(b) the web is fed to a first printing station on a printing machine;

(c) at the first printing station, applying to at least one surface of the web a coating mixture comprising temperature-insensitive binders and pigments having a binder to pigment ratio of about 20-25 parts binder to 100 parts pigment, a viscosity of about 7-11 seconds when measured using a Zahn No. 3 cup, and a solids content of between about 50-60%;

(d) the coated surface is dried; and

(e) high quality graphics are printed on the coated surface of the web at a subsequent printing station on the printing press.

2. The method of claim 1, wherein the binders are selected from the group consisting of polyvinyl acetate, styrene butadiene and acrylics, including mixtures thereof.

3. The method of claim 2, wherein the pigments are selected from the group consisting of clay, titanium dioxide and calcium carbonate, including mixtures thereof.

4. The method of claim 3, wherein multiple coatings are applied on the same printing machine at different printing stations, each coating application being in an amount of about 0.05-0.073 g/dm2 (1-1.5 lbs./1000 square feet) with a total coating weight of about 0.2-0.3 g/dm2 (4-6 lbs./1000 square feet).

5. The method of claim 4, wherein the printing machine is of the flexographic type having an anilox roll at each printing station, wherein the coating is applied with a screen size of about 47-142 rows per cm (120 to 360 rows per inch) and a natural rubber blanket having a Shore A hardness of about 55 units or less.

6. A method according to claim 5, wherein the coated surface of the web is doctored after each coating application.

7. A method according to claim 4, wherein the printing machine is of the gravure type and the coated surface of the web is squeegeed after each coating application.

8. The method of claim 6, wherein the unbleached paperboard web is a linerboard having a basis weight of about 1.5-3.2 g/dm² (30-65 lbs./1000 square feet), a Sheffield roughness of about 300 units or less, and a Gurley porosity of at least about 30 seconds.

9. The method of claim 6, wherein the unbleached paperboard web is a folding carton material having a basis weight of about 2.0-4.9 g/dm² (40-100 lbs./1000 square feet), a Sheffield roughness of about 330 units or less, and a Gurley porosity of at least about 30 seconds.

10. The method of claim 6, wherein the doctor blade is disposed at an angle of about 90 degrees with respect to the web.