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Die
Erfindung bezieht sich auf die Verwendung einer Behandlungszusammensetzung
zum Verbessern der Eignung von Papier zum Drucken durch sog. "Farbdigital-Druckmaschinen", von der Art, welche
einen flüssigen
Toner oder Tinte verwendet.
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Farbdigital-Druckmaschinen
wurden erstmals um etwa die frühen
1990iger Jahre in bedeutsamem Umfang gewerblich eingeführt. Sie
sind insbesondere für
kurze Druckläufe
geeignet, für
welche das herkömmliche
Farb-Offset-Drucken unökonomisch
und langsam sein kann wegen der hohen Kosten und Zeitnachteile, die
bei der Herstellung von Druckplatten und dem Einrichten der Druckmaschine
zu Beginn des Laufs beteiligt sind. Im Gegensatz dazu hat eine Farbdigital-Druckmaschine keine
Druckplatten oder vergleichbare Einrichtkosten. Sie erlaubt daher
eine schnelle Antwort auf Druckaufträge ("schneller Turnaround"), und die Kosten pro Abdruck werden
nicht wesentlich von der gesamten Anzahl der zu machenden Abdrücke beeinflusst.
Diese Faktoren machen eine digitale Druckmaschine ideal für kurzläufiges Farbdrucken,
z.B. für
bis zu ungefähr 3.000
Abdrücke.
Da die zu druckende Information in elektronischer Form gespeichert
ist ("digitalisiert"), anstatt physisch
auf einer Druckplatte, können
anfängliche
und wiederholte Druckläufe "on demand" gemacht werden, ohne
die Notwendigkeit von physischen Änderungen an der Druckmaschine.
Ein weiterer Vorteil ist es, dass variable und nicht-variable Information
zusammengeführt
werden kann zwischen jedem aufeinander folgenden gedruckten Abzug,
so dass individuelle Abdrücke
innerhalb eines Drucklaufs personalisiert oder auf Kundenwunsch
angepasst werden kann, so dass er spezifisch zu einem bestimmten
Empfänger
oder Leser wird.
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Die
Farbdigital-Druckmaschinentechnologie basiert auf anschlagfreiem
Drucken oder Bildgebungstechnologie von der gleichen allgemeinen
Art wie sie in einfa chen Papierfotokopierern und Laserdruckern verwendet
wird, d.h. auf der Verwendung einer elektrostatisch geladenen Rolle
und geladenen Tonerteilchen zur Bildbildung. Eine elektrostatisch
geladene fotosensitive Rolle (der "Fotorezeptor") wird Licht in einer bildweisen Konfiguration
ausgesetzt, so dass sie oberflächenelektrostatische
Ladung der belichteten Bereiche des Fotorezeptors abgebaut wird.
Toner wird dann in Kontakt mit dem Fotorezeptor gebracht und haftet
stark an ihm in den nicht belichteten (und daher immer noch elektrostatisch
geladenen) Bereichen seiner Oberfläche, von wo er auf das Papier
entweder direkt oder indirekt via einer Offset-Rolle übertragen
werden kann.
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Ein
einziger Durchlauf durch die Druckeinheit stellt ein monochromes
Bild bereit, aber ein Farbdruck einer Qualität, die vergleichbar zu der
ist, welche durch herkömmliches
Farb-Offset-Drucken erhalten werden kann, kann entweder durch mehrere
Durchläufe
durch eine Druckeinheit unter Verwendung von unterschiedlich gefärbten Tonern
oder durch einen einzigen Durchlauf durch eine Anordnung von Druckeinheiten
erreicht werden, wobei jede derselben einen unterschiedlich gefärbten Toner
anwendet. Typischerweise werden vier Durchläufe oder Druckeinheiten verwendet,
von denen drei gefärbte
Toner anwenden und der andere einen schwarzen Toner anwendet. Die
gefärbten
Toner sind von der Art, dass sie, wenn sie einzeln und in geeigneten Kombinationen
verwendet werden, einen vollständigen
spektralen Bereich für
das Endprodukt bereitstellen können,
in ziemlich derselben Weise wie es im herkömmlichen Farbdrucken durch
die Verwendung einer schwarzen und dreier unterschiedlich gefärbter Tinten
erreicht wird.
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Derzeit
gewerblich erhältliche
Farbdigital-Druckmaschinen können
in zwei Gruppen unterteilt werden gemäß der verwendeten Tonerart,
d.h., ob es ein "trockener
Toner" oder ein "Flüssigtoner" ist. Trockentoner sind
von einer feinen Partikelnatur, wobei jedes Partikel Pigmentpartikel
umfasst, die zusammengebunden sind in einer thermisch schmelzbaren
polymerischen Bindungsmatrix. Sobald der Toner auf das Papier angewandt
wurde, wird Hitze verwendet, um die polymerische Bindungskomponente
des Toners zu schmelzen und so die Tonerpartikel zusam men und auf
das Papier zu "schmelzen". Im Gegensatz dazu
umfassen Flüssigtoner Tonerpartikel,
die in einem recht hoch siedenden, organischen, flüssigen Bindemittel
gelöst
sind, zusammen mit gelösten
Binderpartikeln. Während
des Druckvorgangs wird angenommen, dass der größte Teil des Bindemittels entfernt
ist und der Toner wird auf eine erhöhte Temperatur (typischerweise
70–90°C) erhitzt,
welche ausreichend ist, die Bindepartikel in einen flüssigen Zustand
zu bringen. Entfernung des Bindemittels resultiert in einer Erhöhung der
Tonerviskosität,
welche den Transfer des Toners auf die Offset-Rolle (falls verwendet) und
auf das Papier erleichtert, wobei die Papieroberfläche das
verbleibende flüssige
Bindemittel absorbiert. Der Binder kehrt zurück in einen festen Zustand,
nachdem der Toner auf das Papier angewandt wurde und fixiert so
das Bild (es gibt kein nachfolgendes "Schmelzen" des Toners nach seinem Transfer auf
das Papier, wie er in Trockentonerprozessen auftritt).
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Das
Papier, das mit Farbdigital-Druckmaschinen verwendet wird, muss
sorgfältig
ausgewählt
werden, falls gute Druckqualität
und Laufeigenschaft durch die digitale Druckmaschine erzielt werden
sollen. Wo die Presse von der Art ist, die einen Trockentoner verwendet,
sind die Papieranforderungen ähnlich
zu denen für einfaches
Papierkopieren und Laserdrucken, hauptsächlich eine glatte Oberfläche, gute
Steifigkeit, ein relativ niedriger Feuchtigkeitsgehalt, gute Stabilität der Abmessungen
unter Bedingungen von veränderlicher
Feuchtigkeit, Kompatibilität
mit Toner, um gute Toneradhäsion
zu gewährleisten
und die Fähigkeit,
der Hitze des Tonerschmelzschritts zu widerstehen, ohne exzessives
Rollen, Produzieren von gewellten Kanten oder Blasenbildung. Solche
Papiere sind leicht erhältlich
zu annehmbaren Kosten, und daher war Papierverfügbarkeit keine wesentliche
Einschränkung
zur Marktdurchdringung der Trockentoner-Farbdigital-Druckmaschinentechnologie.
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Die
Lage ist ziemlich anders in dem Fall von Farbdigital-Druckmaschinen,
welche Flüssigtoner
zur Bildbildung verwenden. Sehr gute Resultate können erzielt werden mit pigmentbeschichteten
Druckpapieren, aber gewöhnliche,
gewerblich erhältliche
Druck- und Büropapiere
ergeben keine solch guten Ergebnisse. Die hauptsächlichen Probleme sind das
Erzielen eines guten Transfers des Toners auf das Papier und nachfolgende
Adhäsion
des Toners an das Papier. Diese Einschränkungen sind gravierend, da
für viele
Anwendungen oder Verwendungen die Verwendung von unbeschichteten
Papieren aus ästhetischen
oder anderen Gründen bevorzugt
wird.
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Es
gibt daher einen Bedarf nach Papier, das nicht herkömmlich pigmentbeschichtet
ist, das aber trotzdem gute Druckleistungen mit Flüssigtoner-Farbdigital-Druckmaschinen bietet.
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WO-A-96/06384
offenbart die Verwendung von Polyethylenimin oder Derivaten davon
oder Polyamiden, um Papier eine grundlegende Wirksamkeit zu erteilen
zur Verwendung als ein Bildsubstrat in einem Flüssigtoner-Druckprozess, mit
dem Ergebnis, dass verbesserte Bildadhäsion erhalten wird.
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US-A-5
522 968 offenbart die Verwendung einer alkalischen Metallsalzbeschichtung,
um einem Tintenstrahldruckpapier einen alkalischen Oberflächen-pH-Wert zu verleihen.
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Wir
haben nun eine Zusammensetzung zur Papierbehandlung entwickelt,
welche, wenn auf ein geeignetes Basispapiersubstrat angewandt, in
wesentlich verbesserter Eignung zum Bedrucken durch Flüssigtoner-Farbdigital-Druckmaschinen
resultiert.
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In
einem ersten Aspekt beruht die Erfindung daher in der Verwendung
zum Zwecke der Steigerung der Bedruckbarkeit von Papier mit Hilfe
einer Flüssigtoner-Farbdigital-Druckmaschine,
einer Behandlungszusammensetzung, die ein Aluminiumsalz oder ein
Salz einer schwachen Säure
und einer starken Base in einer derartigen Menge umfasst, dass dem
Papier ein alkalischer Oberflächen-pH-Wert verliehen wird.
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In
einem zweiten Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zum Bedrucken
von Papier bereit mit Hilfe einer Flüssigtoner-Farbdigital-Druckmaschine,
dadurch gekennzeichnet, dass das Papier, das bedruckt wird, mit
einem Aluminiumsalz oder einem Salz einer schwachen Säure und
einer starken Base in einer derartigen Menge, dass ein alkalischer
Oberflächen-pH-Wert
erhalten wird, oberflächenbehandelt
worden ist.
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Die
Behandlungszusammensetzung, welche das Aluminiumsalz oder das Salz
einer schwachen Säure
und einer starken Base umfasst, enthält bevorzugterweise Stärke oder
ein anderes Oberflächenagens,
so dass die Behandlungszusammensetzung auch als Oberflächenleimungszusammensetzung
wirkt. Dies reduziert die Kosten der Behandlung (da keine zusätzliche
Papierverarbeitung über
die normale Leimpressbehandlung hinaus benötigt wird). Es erleichtert
auch gleichförmige
Anwendung des aktiven Behandlungsbestandteils (das Salz) über die
gesamte Oberfläche
des Papiers, da das Leimungsmittel als Füllstoff bzw. Extender wirkt. Die
Oberflächenleimung
ist typischerweise eine starke, könnte aber im Prinzip auch ein
Latex, Polyvinylalkohol, Gelatine, ein Zellulosederivat, wie z.B.
Carboxymethyl-Zellulose, oder andere bekannte Oberflächenleimungsmaterialien
sein. Kombinationen dieser Materialien könnten verwendet werden.
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Obwohl
Leimpressanwendung ein besonderes bequemes und daher bevorzugtes
Verfahren des Anwendens der Behandlungszusammensetzung ist, können Beschichten,
Sprühen
oder andere Anwendungstechniken verwendet werden. Leimpressen, wie
in dieser Anmeldung in Bezug genommen, beinhalten nicht nur traditionelle
Leimpressen, sondern auch sog. "gemessene" Leimpressen von
der Art, wie sie unter dem Namen "Speedsizer" von Voith, "Sym-Sizer" von Valmet, "Twin-HSM" von BTG und "Filmpress" von Jagenberg vermarktet werden.
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Das
Aluminiumsalz ist bevorzugterweise Natriumaluminat, und das Salz
einer schwachen Säure
und einer starken Base ist bevorzugterweise Natriumhydrogen carbonat
(Natriumbicarbonat). Weniger bevorzugte Alternativen beinhalten
Dinatriumtetraborat, Trinatriumphosphat und Natriumacetat. Man hat
sich deshalb auf Natriumsalze bezogen, da sie die am leichtesten
verfügbaren
sind, aber es wird verstanden werden, dass die entsprechenden Kaliumsalze
genauso gut verwendet werden könnten,
wie auch Kalziumsalze verwendet werden könnten, solange sie adäquat lösbar sind.
Natriumaluminat wurde bisher als die besten Ergebnisse liefernd
befunden, möglicherweise
da das Vorhandensein von polyvalentem Aluminium die Affinität zu Tonermaterialien
verbessert.
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Überraschenderweise
haben wir herausgefunden, dass die besten Ergebnisse erzielt wurden
mit einem reduzierten Niveau eines Stärkeoberflächenleimungsmittels im Vergleich
mit dem, das herkömmlicherweise
in den betroffenen Papierqualitäten
verwendet wird. Daher haben wir herausgefunden, dass, wo eine Stärkeoberflächenzusammensetzung
typischerweise eine starke Konzentration in der Größenordnung
von ca. 8% hat, bessere Ergebnisse erzielt wurden mit einer Stärkeoberflächenleimungskonzentration
von ungefähr 2%.
Obwohl die Aufnahme von Oberflächenleimungszusammensetzungen
niedrigerer Konzentration normalerweise höher ist als für konzentriertere
Zusammensetzungen, ist das Endergebnis ein reduziertes Niveau von Oberflächenleimung
in dem Papier.
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Die
Menge von Aluminatsalz oder Salz einer schwachen Säure und
einer starken Base, die zu verwenden ist, variiert in Übereinstimmung
mit der Art von Papier, das behandelt wird, z.B. seiner Absorptions-
und inhärenten
Widerstandseigenschaft und dem Niveau und der Art der verwendeten
internen Leimung. Anleitung hinsichtlich geeigneter Behandlungsniveaus
kann von den unten gegeben Beispielen erhalten werden. Im Allgemeinen
wird die Menge des Aluminatsalzes oder Salzes einer schwachen Säure und
einer starken Base derart sein, dass sie einen alkalischen Oberflächen-pH-Wert,
z.B. 8–8,5
oder höher,
herbeiführt.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung danach trachtet, die Notwendigkeit für die Verwendung
von herkömmlich
beschichteten Papieren mit einer Flüssigtoner- Farbdigital-Druckmaschine zu vermeiden,
kann eine geringe Menge von Pigment (z.B. gallertartig ausgefälltes Kalziumcarbonat)
in der Behandlungszusammensetzung vorhanden sein, wenn der Effekt
nicht derart ist, die grundlegende Eigenschaft des endgültigen behandelten
Papiers zu verändern,
d.h., es, von was als eine "unbeschichtete" Qualität wahrgenommen
werden würde,
in ein herkömmlich
beschichtetes Produkt umzuwandeln.
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Die
Erfindung wird nun durch die folgenden Beispiele veranschaulicht
werden, in welchen alle Anteile und Prozentsätze in Gewicht sind, solange
nicht anderweitig angegeben:
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Beispiel 1
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Eine
10%-ige Lösung
einer oxidierten Maisstärke
von der Art wurde bereitet, welche herkömmlicherweise zur Oberflächenleimung
von Papier verwendet wird. Diese Lösung wurde in fünf Chargen
geteilt. Eine davon wurde als eine Kontrolle verwendet und die anderen
wurden jeweils hergerichtet in Behandlungszusammensetzungen gemäß der Erfindung
durch die Zuführung
von jeweiligen Salzen, wie unten stehend aufgeführt:
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Das
Hinzufügungsniveau
der Salze war in jedem Fall 1% auf einer trockenen Basis, berechnet
als Gewicht von trockenem Salz, vorhanden (als die Hydratform, wo
angezeigt) in Bezug auf das Gewicht der vorhandenen Trockenstärke. Stärke machte
daher 99% der Behandlungszusammensetzung aus.
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Jede
Behandlungszusammensetzung wurde im Luftbürstenstreichverfahren aufgebracht
auf einen Bestand von glattem, mit matter Oberflächenanmutung, 100 gm–2 Geschäftsbriefkopf-basierten
Papiers mittels eines mittelgroßen
Testbeschichters. Dieses Ausgangspapier war intern geleimt mit Alkylketendimer
(d.h. es war neutral/alkalisch geleimt) und war auch herkömmlich oberflächengeleimt.
Zwei unterschiedliche Beschichtungsgewichte von Behandlungszusammensetzung
wurden angewandt, namentlich etwa 3 gm–2 und
etwa 2 gm–2 (trocken,
in beiden Fällen).
Die resultierenden Rollen wurden dann auf SRA3-Größe zu Blättern geschnitten
und auf einer Flüssigtoner-Farbdigital-Druckmaschine
(einer INDIGO E-PRINT 1000 Druckmaschine, geliefert von Indigo N.V.
aus den Niederlanden) testweise bedruckt. Das Ausmaß, zu welchem
die unterschiedlichen Proben die Tinte in einer zufriedenstellenden
Weise annahmen, wurde visuell bewertet, und das Niveau der Toneradhäsion wurde
durch "Bandzieh-" und "Reibtoneradhäsions-" Tests bewertet.
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In
dem Bandziehtest wurde eine Länge
eines Abdeckbandes mittlerer Klebrigkeit auf die bedruckte Fläche jeder
Probe angewandt und dann entfernt. Die adhäsive Oberfläche der Bänder und der Bereiche des Papiers,
von welchen sie entfernt wurden, wurden dann visuell untersucht,
um zu sehen, wie viel des Toners jeweils entfernt oder zurückbehalten
wurde, und die Ergebnisse zwischen den unterschiedlichen Proben
verglichen.
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In
dem Reibtoneradhäsionstest
wurden bedruckte Bereiche jeder Probe mit einem gewöhnlichen
Radiergummi für
Bleistifte gerieben (mit der gleichen Kraft und über die gleiche Zeitdauer für jede Probe).
Das Ausmaß,
mit dem der Druck entfernt wurde, wurde visuell untersucht und die
Ergebnisse für
jede Probe verglichen.
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Es
wurde gefunden, dass all die Testproben bessere Tintenakzeptanz
und Toneradhäsion
gaben als die Kontrollprobe. Von den Testproben gab Mischung D (unter
Verwendung von Natriumaluminat) bedeutend bessere Ergebnisse als
Mischung A bis C. Die Proben niedrigeren Beschichtungsgewichts (2
gm–2)
gaben bessere Ergebnisse als die höheren (3 gm–2)
für all
die Testproben.
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Beispiel 2
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Dies
illustriert die Anwendung der Behandlungszusammensetzung mittels
einer Leimpresse auf einer Papiermaschine in voller Größe als Teil
eines Papierherstellungsvorgangs, anstatt in einem separaten Beschichtungsvorgang
wie in Beispiel 1. Das verwendete Salz war Natriumhydrogencarbonat,
NaHCO3.
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Eine
Charge von 2201 einer 8%-igen Lösung
einer kationischen Kartoffelstärke
wurde hergerichtet. 3 kg Natriumhydrogencarbonat wurden in dieser
Lösung
gelöst
mit Umrühren
um eine Behandlungszusammensetzung herzustellen, von der Stärke etwa
85% ausmachte. Die erhaltene Zusammensetzung wurde der Leimpresse
einer Papiermaschine zugeführt,
welche ein 90 gm–2 Harz oder Kolophonium/Alaun
intern geleimtes Velin-Druckpapier herstellt. Das erhaltene Papier
wurde zu Blättern
geschnitten, bedruckt und getestet in der gleichen Weise wie in
Beispiel 1.
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Es
wurde gefunden, dass die erhaltenen Ergebnisse mit denen vergleichbar
waren, die mit Natriumaluminat in Beispiel 1 erhalten wurden.
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Beispiel 3
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Dies
vergleicht die Ergebnisse, die mit einer Natriumaluminat-Behandlungszusammensetzung
erhalten wurden, welche mit Hilfe eines Skalenbeschichters auf zwei
unterschiedliche Arten angewandt wurden, namentlich durch Luftbürsten-Streichverfahren
und mit Hilfe eines Leimpressen- Streichkopfs.
Die Behandlungszusammensetzung wurde hergestellt wie beschrieben
mit Bezug auf Mischung D von Beispiel 1 und das angewandte Trockenbeschichtungsgewicht
war etwa 2 gm–2 in
jedem Fall (pro Seite in dem Fall des leimpressenbehandelten Papiers).
Das Papier, auf welches die Zusammensetzungen angewandt wurden,
war nicht oberflächengeleimt,
aber ansonsten wie in Beispiel 2. Nach Behandlung wurde das Papier
in Blätter
zerschnitten, bedruckt und getestet, wie beschrieben in Beispiel
1.
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Beide
behandelten Papiere wurden beobachtet, eine bessere Tintenakzeptanz
und Toneradhäsionseigenschaften
zu haben als das Kontrollpapier von Beispiel 1. Von den beiden war
das leimpressenbeschichtete Papier das bessere und wurde als jedem
der in Beispiel 1 und 2 bewerteten Papiere überlegen beurteilt.
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Beispiel 4
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Dies
illustriert die Verwendung von Natriumhydrogencarbonat mit einem
kleineren Anteil von Stärke
in der Behandlungszusammensetzung als in Beispiel 2.
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1300
l einer 2%-igen Lösung
von kationischer Kartoffelstärke
wurden hergerichtet. 6 kg Natriumhydrogencarbonat wurden darin mit
Rühren
gelöst,
um eine Behandlungszusammensetzung herzustellen, von der die Stärke etwa
81 % ausmachte. Dies wurde angewandt an der Leimpresse einer Papiermaschine,
welche ein 120 gm–2 Geschäftsbrief-Velinbasispapier
herstellt, geleimt mit einer proprietären Mischung von Alkylketendimer
und neutralem Harz oder Kolophonium. Das erhaltene Papier wurde
zu Blättern
geschnitten, bedruckt und getestet wie in vorhergehenden Beispielen.
Die Tintenakzeptanz und Toneradhäsionsleistungen
wurden beurteilt als vergleichbar zu denjenigen des mit Natriumaluminat
behandelten Papiers in Beispiel 1.
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Beispiel 5
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1300
l einer 2%-igen Lösung
von kationischer Kartoffelstärke
wurden hergerichtet. 3 kg Natriumhydrogencarbonat wurden darin mit
Rühren
gelöst,
um eine Behandlungszusammensetzung herzustellen, von der die Stärke etwa
90% ausmachte. Dies wurde angewandt an der Leimpresse einer Papiermaschine,
welche ein 100, 120 und 170 gm–2 Geschäftsbrief-Velinbasispapier
herstellt, intern geleimt wie beschrieben in Beispiel 4, aber mit
einem Leimniveau niedriger als das herkömmliche. Das erhaltene Papier
wurde zu Blättern
geschnitten, bedruckt und getestet wie in den vorhergehenden Beispielen.
Die Tintenakzeptanz und Toneradhäsionseigenschaften
wurden als sehr gut beurteilt, und besser als die von vorherigen
Beispielen.
