EP0132668B1 - Metallbeschichtetes Papier und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a process for the production of metal-coated paper by applying a coating composition to a paper support layer, the coating composition consisting of a metal pigment paste which contains metal particles dispersed in an organic solvent and having a flake structure, and a binder and prepared by gravure printing onto the paper support layer in such a way Is applied such that the thickness of the coating corresponds to a coating weight of 0.5-10 g / m 2 and the metal content in the coating is 5-90% by weight, based on the total weight of the coating.
- Equipping a cigarette packaging with an aluminum-coated (wrapping) paper is a considerable cost factor.
- the price per square meter of the paper is approximately DM 0.30. This price mainly includes the material costs due to the aluminum content, which depend on the amount of metal used. With a thickness of the aluminum foil of 7 ⁇ m, the consumption is approximately 20 g for one square meter.
- the thickness of the aluminum coating in the known cigarette wrapping papers is between 6 and 15 ⁇ m.
- a thin, uncoated paper with a square meter weight of 22-40 g is used as the carrier layer for the aluminum foil.
- the coating composition is produced from a dispersion containing the metal powder, which has a very high water content.
- Very thin papers such as those used especially for packaging films, are difficult to coat with such a mass due to the risk of tearing that occurs.
- the passage of the paper carrier layer to be coated through the coating device would have to take place comparatively slowly, also because of the relatively long duration of the drying process.
- US Pat. No. 4,233,195 describes the method for the production of metal-coated paper which is assumed to be known in the preamble of the main claim.
- a metal pigment paste of leafing quality is used for the preparation of the coating compound to be applied to a paper carrier layer by gravure printing.
- the leafing effect of the metal particles contained in the coating composition is essential for the formation of the surface of the metal coating. It consists in the fact that the metal particles migrate out of the coating towards its surface and finally concentrate there. The prerequisite for this is first of all that the metal particles are not wetted by the solvent and binder contained in the coating composition, which is why the paste should contain a certain proportion of stearic acid.
- a cover layer consisting of the thermoplastic binder must be produced in the known method.
- the coating applied to the paper carrier layer must be subjected to a special heat treatment, in such a way that the thermoplastic binder resin to over its softening point (approx. 100-200 ° C) is heated.
- the invention is therefore based on the object to further develop the method specified in the preamble of the main claim in such a way that, compared to the prior art, metal-coated papers can be produced with a much lower coating thickness and overall thickness, so that the manufacturing costs become clear due to the lower metal consumption let reduce.
- the abrasion resistance of the metal coating should remain guaranteed, so that the metal papers obtainable according to the invention can also be used with particular advantage on fast-running packaging machines because of their low thickness.
- the metal pigment paste used for the preparation of the coating composition contains metal particles of non-leafing quality that are fully wettable by the binder and that the solvent has an evaporation number of less than 25.
- non-aqueous solvents for the preparation of the coating composition enables the use of relatively low-viscosity printing inks with a correspondingly low metal pigment content. Due to the low viscosity of the printing ink and the high volatility of the solvents contained in the printing ink, it is possible to work at a higher coating (printing) speed (up to 350 m / min.) Than when using higher-viscosity coating compositions in which the metal particles are in a non-volatile, aqueous medium are distributed. In addition, the use of such highly viscous printing inks in the gravure printing process would cause problems, above all because the printing parts of the printing form clog up slightly and the result is unclean printing results. The printing process would have to be interrupted more frequently to clean the printing form. The use of higher-viscosity, aqueous pigment systems in a gravure printing process would therefore be uneconomical in comparison to the process operating according to the invention.
- the method according to the invention in contrast to the method according to US Pat. No. 4,233,195, uses a metal paste which contains non-leafing quality metal particles, the metal particles are already prewetted by the volatile (organic) solvents contained in the paste , so that a favorable prerequisite for intensive wetting of the metal particles with the binder added later is created.
- the method according to the invention can therefore be carried out with a comparatively high coating speed using very thin coating thicknesses and using very light paper support layers.
- Coated papers are expediently coated according to the invention, the square meter weight of which is preferably 40-60 g.
- the metal coating produced according to the invention preferably consists of aluminum, a copper-zinc alloy (gold bronze) or copper.
- the coating weights used according to the invention are expediently between 0.5 and 2.5 g / m 2. In many cases the coating weight will be 1.5-2.5 g / m 2 .
- the metal content in the coating is preferably between 40-90% by weight, based on the total weight of the coating. In comparison to the previously practiced method described at the outset, in which a metal foil is laminated onto a paper carrier layer, this results in considerable savings in metal.
- the solvents contained in the metal paste used according to the invention for the preparation of the printing ink should preferably be free of aromatics.
- Ethyl acetate and isopropanol may be mentioned as examples of the solvents to be considered in this connection.
- Printing inks are preferably used based on resin-based binders (varnish). They too should preferably be free of aromatic compounds.
- the state of the art can be used to select the diluents for the printing ink.
- These are preferably (alcoholic) solvents combined under the name "Sprit”, such as. B. butanol and isopropanol.
- the invention proposes that the still moist metal coating of the web of material pulled off from the impression cylinder by means of a tool pressed against the metal coating, e.g. B. a roll, and then dry.
- a tool pressed against the metal coating e.g. B. a roll
- This spreading in which printing ink deposited on elevations is pressed into the depressions present between them, eliminates any roughness or unevenness in the surface of the printing layer.
- composition of a printing ink which can be used in the method according to the invention is given below.
- Aluminum paste with 80% metal content (non-leafing quality; particle size ⁇ 40 ⁇ m)
- the ink is received by the gravure cylinder 2 from the ink tray 1 and transferred to the paper web 3 to be printed, which is pressed against the surface of the printing cylinder 2 by means of the impression cylinder 4.
- 5 denotes a doctor blade against the surface of the impression cylinder 2.
- the contact pressure can form a uniform and smooth surface on the metal coating, so that after subsequent drying in the drying device 7, into which the coated material web runs after passing through the deflection roller 8, no unevenness (roughness) can be determined on the surface of the metal coating .
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Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von metallbeschichtetem Papier durch Aufbringen einer Beschichtungsmasse auf eine Papierträgerlage, wobei die Beschichtungsmasse aus einer Metallpigmentpaste, die in einem organischen Lösungsmittel dispergierte, eine Blättchenstruktur aufweisende Metallteilchen enthält, und einem Bindemittel aufbereitet und im Tiefdruckverfahren auf die Papierträgerlage in solcher Weise aufgebracht wird, daß die Dicke der Beschichtung einem Beschichtungsgewicht von 0,5-10 g/m2 entspricht und der Metallanteil in der Beschichtung 5-90 Gew.%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Beschichtung beträgt.
- Bisher wurden Papiere mit einer Metallbeschichtung in der Weise hergestellt, daß auf eine Papierlage eine Metallfolie aufkaschiert wird. Solche Papiere, bei denen die Metallfolie aus Aluminium besteht, werden in großem Umfange zur Verpackung von Zigaretten verwendet. Dieses Papier bildet dabei die Auskleidung der Zigarettenschachtel.
- Die Ausstattung einer Zigarettenverpackung mit einem mit Aluminium beschichteten (Einwickel) Papier ist ein erheblicher Kostenfaktor. Der Quadratmeterpreis des Papiers beträgt ca. DM 0,30. In diesen Preis gehen vor allem die durch den Aluminiumanteil bedingten Materialkosten ein, die von der Menge des verbrauchten Metalls abhängen. Bei einer Dicke der Aluminiumfolie von 7 um liegt der Verbrauch bei ca. 20 g für einen Quadratmeter. Je nach der Steifigkeit der für die Zigarettenverpackung verwendeten Außenhülle (Karton) liegt die Dicke der Aluminiumbeschichtung bei den bekannten Zigaretteneinwickelpapieren zwischen 6 und 15 um. Als Trägerlage für die Aluminiumfolie wird ein dünnes ungestrichenes Papier mit einem Quadratmetergewicht von 22-40 g verwendet.
- Es sind zwar auch bereits Verfahren der eingangs erwähnten Gattung bekannt geworden, bei denen für die Herstellung von Metallpapieren keine Metallfolie sondern eine Metallpulver enthaltende Beschichtungsmasse auf eine Papierträgerlage aufgebracht wird. Soweit ersichtlich haben sich diese Verfahren jedoch in der Praxis für die Herstellung von metallbeschichteten Verpackungspapieren nicht durchsetzen können.
- Bei den aus den US-Patentschriften 2 362 884 und 3 053 676 bekannten Verfahren wird die Beschichtungsmasse aus einer das Metallpulver enthaltenden Dispersion hergestellt, die einen sehr hohen Wasseranteil aufweist. Sehr dünne Papiere, wie sie speziell für Verpackungsfolien verwendet werden, lassen sich mit einer solchen Masse wegen der hierbei auftretenden Reissgefahr nur schwerlich beschichten. Auf alle Fälle müsste der Durchlauf der zu beschichtenden Papierträgerlage durch die Beschichtungseinrichtung vergleichsweise langsam erfolgen, dies auch wegen der verhältnismässig langen Dauer des Trocknungsprozesses. Die wegen der Nichtflüchtigkeit des Lösungsmittels (Verdunstungszahl von Wasser = 80) erforderliche intensive Wärmebehandlung der beschichteten Folienbahn brächte ebenfalls Probleme mit sich. Die Papierstruktur und auch die Abriebfestigkeit der Metallbeschichtung würde hierdurch nachteilig beeinflusst. Eine gute Abriebfestigkeit der Metallbeschichtung ist jedoch für Verpackungsfolien von besonderer Bedeutung, da sie vielfach auf elektronisch gesteuerten Faltmaschinen verwendet werden. Bei unzureichender Abriebfestigkeit besteht die Gefahr, daß im Zuge der Papierfaltung sich Teilchen von der Metallbeschichtung ablösen und dadurch in der Elektroniksteuerung Störungen hervorgerufen werden.
- Ein weiterer Nachteil der Verwendung einer stark wasserhaltigen, Metallpigmente enthaltenden Beschichtungsmasse besteht in ihrer unzureichenden Lagerstabilität. Eine solche Masse neigt zum Gelieren. Bei einem Gehalt an Aluminiumpigmenten kann es in Gegenwart von Wasser zu einer gefährlichen Wasserstoffentwicklung kommen.
- Hinzu kommt, daß die in den genannten US-Patentschriften erwähnten Techniken für das Aufbringen der Beschichtungsmasse (Aufwalzen, Aufsprühen, Tauchen) eine relativ hohe Viskosität der Beschichtungsmasse und damit einen entsprechend hohen Pigmentanteil erfordern. Dies wirkt sich kostenerhöhend aus.
- In der US-Patentschrift 4 233 195 ist das im Oberbegriff des Hauptanspruches als bekannt vorausgesetzte Verfahren zur Herstellung von metallbeschichtetem Papier beschrieben. Hierbei wird für die Aufbereitung der im Tiefdruckverfahren auf eine Papierträgerlage aufzubringenden Beschichtungsmasse eine Metallpigmentpaste der leafing-Qualität verwendet. Für die Ausbildung der Oberfläche der Metallbeschichtung ist die leafing-Wirkung der in der Beschichtungsmasse enthaltenen Metallteilchen wesentlich. Sie besteht darin, daß die Metallteilchen aus der Beschichtung in Richtung auf deren Oberfläche herauswandern und sich schließlich dort konzentrieren. Voraussetzung hierfür ist zunächst, daß die Metallteilchen von dem in der Beschichtungsmasse enthaltenen Lösungsmittel und Bindemittel nicht benetzt werden, weshalb die Paste einen gewissen Anteil an Stearinsäure enthalten soll.
- Für die Fixierung der sich an der Oberfläche der Beschichtung anreichernden Metallteilchen und damit auch für die Abriebfestigkeit der Beschichtung muß bei dem bekannten Verfahren eine aus dem thermoplastischen Bindemittel bestehende Deckschicht erzeugt werden. Hierfür und auch um die leafing-Wirkung zu erzielen, muß die auf die Papierträgerlage aufgebrachte Beschichtung einer speziellen Wärmebehandlung unterzogen werden, und zwar derart, daß das thermoplastische Bindemittel Harz bis über seinen Erweichungspunkt (ca. 100-200°C) erhitzt wird.
- Die Wirtschaftlichkeit des zuletzt beschriebenen Verfahrens leidet dadurch, daß die erwähnte Wärmebehandlung zeitaufwendig ist und damit die Beschichtungsgeschwindigkeit vermindert und die in der Beschichtung stattfindende leafing-Wirkung einschließlich der Ausbildung der Harzdeckschicht eine vergleichsweise große Beschichtungsdicke verlangt (entsprechend 2,5-8 g/m2). Abgesehen davon, daß sich hierdurch die Materialkosten erhöhen, werden für die Verarbeitung auf schnellaufenden Verpackungsmaschinen wegen der leichten Faltbarkeit Metallpapiere mit geringen Beschichtungsdicken verlangt. Da auch die mit dem Lösungsmittel der Beschichtungsmasse imprägnierte Papierträgerlage der erwähnten Wärmebehandlung ausgesetzt ist, müssen bei dem bekannten Verfahren verhältnismäßig starke Papiere (Kraftpapier) verwendet werden, um einer Reißgefahr beim Bedrucken zu begegnen.
- Der Erfindung liegt hiernach die Aufgabe zugrunde, das im Oberbegriff des Hauptanspruches angegebene Verfahren in solcher Weise weiterzuentwickeln, daß im Vergleich zum Stand der Technik metallbeschichtete Papiere mit sehr viel geringerer Beschichtungsdicke und Gesamtstärke hergestellt werden können, so daß sich aufgrund des geringeren Metallverbrauchs die Herstellungskosten deutlich reduzieren lassen. Dabei soll die Abriebfestigkeit der Metallbeschichtung gewährleistet bleiben, so daß die erfindungsgemäß erhältlichen Metallpapiere auch wegen ihrer geringen Stärke mit besonderem Vorteil auf schnell laufenden Verpackungsautomaten eingesetzt werden können.
- Die Lösung der Erfindungsaufgabe besteht darin, daß die für die Herstellung der Beschichtungsmasse verwendete Metallpigmentpaste von dem Bindemittel voll benetzbare Metallteilchen der non-leafing-Qualität enthält und das Lösungsmittel eine Verdunstungszahl von unter 25 aufweist.
- Der Einsatz von nicht-wässerigen Lösungsmitteln für die Aufbereitung der Beschichtungsmasse ermöglicht die Verwendung von verhältnismäßig niedrigviskos eingestellten Druckfarben mit einem entsprechend geringen Metallpigmentgehalt. Aufgrund der niedrigen Viskosität der Druckfarbe und der hohen Flüchtigkeit der in der Druckfarbe enthaltenen Lösungsmittel kann mit einer höheren Beschichtungs-(druck) Geschwindigkeit (bis 350 m/min.) gearbeitet werden als bei Verwendung höherviskoser Beschichtungsmassen, bei denen die Metallteilchen in einem nichtflüchtigen, wässerigen Medium verteilt sind. Im übrigen würde die Verwendung derart hochviskoser Druckfarben im Tiefdruckverfahren Probleme mit sich bringen, vor allem dadurch, daß sich die druckenden Teile der Druckform leicht zusetzen und daraus unsaubere Druckergebnisse resultieren. Der Druckprozess müßte also häufiger unterbrochen werden, um die Druckform zu reinigen. Der Einsatz höherviskoser, wässeriger Pigmentsysteme bei einem Tiefdruckverfahren wäre demnach im Vergleich zu dem nach der Erfindung arbeitenden Verfahren unwirtschaftlich.
- Da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren im Gegensatz zu dem Verfahren nach der US-Patentschrift 4 233 195, eine Metallpaste verwendet wird, die Metallteilchen der non-leafing-Qualität enthält, sind die Metallteilchen durch die in der Paste enthaltenen flüchtigen (organischen) Lösungsmittel bereits vorbenetzt, so daß eine günstige Voraussetzung für eine intensive Benetzung der Metallteilchen mit dem später zugesetzten Bindemittel geschaffen wird. Dadurch wird das erfindungsgemäß angestrebte Ziel erreicht, daß die in der Druckfarbe enthaltenen Metallteilchen auch tatsächlich mit dem Bindemittel vollständig benetzt werden und folglich eine äußerst abriebfeste Metallbeschichtung erzeugt wird. Da bei Verwendung der erfindungsgemäß eingesetzten Metallpaste für die Ausbildung der Metalloberfläche und der eine zufriedenstellende Abriebfestigkeit garantierenden Harzdeckschicht eine leafing-Wirkung nicht erforderlich ist, entfallen auch die zu diesem Zwecke bei dem Verfahren nach der US-Patentschrift angewandte Wärmebehandlung und die hiermit verbundenen Nachteile.
- Das erfindungsgemäße Verfahren kann also mit einer vergleichsweisen hohen Beschichtungsgeschwindigkeit unter Anwendung sehr dünner Beschichtungsdicken und Verwendung sehr leichter Papierträgerlagen durchgeführt werden. Zweckmäßigerweise werden erfindungsgemäß sog. gestrichene Papiere beschichtet, deren Quadratmetergewicht vorzugsweise 40-60 g beträgt.
- Die erfindungsgemäß erzeugte Metallbeschichtung besteht vorzugsweise aus Aluminium, einer Kupfer-Zink-Legierung (Goldbronze) oder Kupfer. Die erfindungsgemäß angewendeten Beschichtungsgewichte liegen zweckmäßig zwischen 0,5 und 2,5 g/m2. Vielfach wird das Beschichtungsgewicht 1,5-2,5 g/m2 betragen. Der Metallanteil in der Beschichtung liegt vorzugsweise zwischen 40-90 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Beschichtung. Im Vergleich zu dem bisher praktizierten, eingangs beschriebenen Verfahren, bei dem eine Metallfolie auf eine Papierträgerlage aufkaschiert wird, ergibt sich somit eine beträchtliche Einsparung an Metall.
- Die in der erfindungsgemäß für die Aufbereitung der Druckfarbe verwendeten Metallpaste enthaltenen Lösungsmittel sollen vorzugsweise aromatenfrei sein. Als Beispiel für die in diesem Zusammenhang in Betracht zu ziehenden Lösungsmittel seien Äthylazetat und Isopropanol genannt.
- Für die erfindungsgemäss verwendete Druckfarbe werden vorzugsweise auf Harzbasis aufgebaute Bindemittel (Firnis) eingesetzt. Auch sie sollen vorzugsweise von aromatischen Verbindungen frei sein.
- Bei der Auswahl der Verdünnungsmittel für die Druckfarbe kann auf den Stand der Technik zurückgegriffen werden. Es handelt sich hierbei vorzugsweise um unter der Bezeichnung "Sprit" zusammengefasste (alkoholische) Lösungsmittel, wie z. B. Butanol und Isopropanol.
- Für den Fall, dass eine besonders glatte Oberfläche der Metallbeschichtung des Papiers gewünscht wird, schägt die Erfindung vor, die noch feuchte Metallbeschichtung der vom Druckzylinder abgezogenen Materialbahn vermittels eines gegen die Metallbeschichtung angedrückten Werkzeugs, z. B. einer Rolle, zu verstreichen und erst hiernach zu trocknen. Durch dieses Verstreichen, bei dem auf Erhebungen abgelegte Druckfarbe in zwischen diesen vorhandene Vertiefungen hineingedrückt wird, werden etwaige Rauhigkeiten bzw. Unebenheiten in der Oberfläche der Druckschicht beseitigt.
- Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel für die Zusammensetzung einer bei dem erfindungsgemässen Verfahren einsetzbaren Druckfarbe angegeben.
-
- In der Zeichnung ist die Herstellung des erfindungsgemässen Papiers schematisch dargestellt.
- Aus der Farbwanne 1 wird die Farbe von dem Tiefdruckzylinder 2 aufgenommen und auf die zu bedruckende Papierbahn 3 übertragen, die vermittels des Gegendruckzylinders 4 gegen die Oberfläche des Druckzylinders 2 angepresst wird. Mit 5 ist eine gegen die Oberfläche des Druckzylinders 2 angestellte Abstreifrakel bezeichnet.
- Die von dem Druckzylinder 2 bzw. dem Gegendruckzylinder 4 abgezogene Materialbahn 3, die mit der noch feuchten Metallbeschichtung versehen ist, wird über eine Rollrakel 6 geführt, die so angeordnet ist, dass die Materialbahn 3 abgelenkt und dadurch mit ihrer die (feuchte) Metallbeschichtung aufweisenden Seite gegen die Oberfläche der Rollrakel 6 angedrückt wird. Durch den Anpressdruck kann sich eine einheitliche und glatte Oberfläche auf der Metallbeschichtung ausbilden, so dass nach der späteren Trocknung in der Trockeneinrichtung 7, in welche die beschichtete Materialbahn nach Passieren der Umlenkrolle 8 hineinläuft, keine Unebenheiten (Rauhigkeiten) auf der Oberfläche der Metallbeschichtung feststellbar sind.
Claims (8)
dadurch gekennzeichnet,
daß die verwendete Metallpaste von dem Bindemittel voll benetzbare Metallteilchen der non-leafing-Qualität enthält und das Lösungsmittel eine Verdunstungszahl von unter 25 aufweist.
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