EP1089882B1 - Verfahren zur markierung von papieren und kartons - Google Patents

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EP1089882B1
EP1089882B1 EP99924958A EP99924958A EP1089882B1 EP 1089882 B1 EP1089882 B1 EP 1089882B1 EP 99924958 A EP99924958 A EP 99924958A EP 99924958 A EP99924958 A EP 99924958A EP 1089882 B1 EP1089882 B1 EP 1089882B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
coating
treated
laser energy
printing
paper
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP99924958A
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English (en)
French (fr)
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EP1089882A2 (de
Inventor
Viktor Uerlings
Arnold Gillner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zanders Feinpapiere AG
Original Assignee
Zanders Feinpapiere AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Zanders Feinpapiere AG filed Critical Zanders Feinpapiere AG
Publication of EP1089882A2 publication Critical patent/EP1089882A2/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1089882B1 publication Critical patent/EP1089882B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H25/00—After-treatment of paper not provided for in groups D21H17/00 - D21H23/00
    • D21H25/04—Physical treatment, e.g. heating, irradiating
    • D21H25/06—Physical treatment, e.g. heating, irradiating of impregnated or coated paper
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21F—PAPER-MAKING MACHINES; METHODS OF PRODUCING PAPER THEREON
    • D21F1/00—Wet end of machines for making continuous webs of paper
    • D21F1/44—Watermarking devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41M—PRINTING, DUPLICATING, MARKING, OR COPYING PROCESSES; COLOUR PRINTING
    • B41M5/00—Duplicating or marking methods; Sheet materials for use therein
    • B41M5/26—Thermography ; Marking by high energetic means, e.g. laser otherwise than by burning, and characterised by the material used
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H19/00—Coated paper; Coating material
    • D21H19/02—Metal coatings
    • D21H19/08—Metal coatings applied as vapour, e.g. in vacuum
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H19/00—Coated paper; Coating material
    • D21H19/80—Paper comprising more than one coating
    • D21H19/82—Paper comprising more than one coating superposed

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a permanent Marking in the top coating of paper substrates and with This method, available in the top layer, a mark containing paper products such as paper and cardboard.
  • DE-A-34 25 086 describes a method for marking prints by allowing a special form of energy to act on the printed sheet / the printed web.
  • a form of energy it is modulated Laser light, visible light, infrared light, ultraviolet light or Ultrasound suggested.
  • Laser light visible light, infrared light, ultraviolet light or Ultrasound suggested.
  • some of the pressure at the predetermined locations is released, whereby the marking on the print results.
  • the procedure is suitable especially for the creation of single copies (unique pieces) of a print.
  • DE-A-3634098 describes a method for introducing Authenticity features on paper using a laser beam. It becomes a relief (Topographical) feature generated by the action of laser energy, which so It is clearly noticeable that it continues in a subsequent process step can be processed, in particular paint, paint or hardening Plastic are injected onto or into the relief line generated. The through the Relief lines formed by the laser beam are thus protected against abrasion.
  • DE-A-37 10 153 describes an illustration provided with Microcapsule coated paper, e.g. Carbonless paper.
  • Microcapsule coated paper e.g. Carbonless paper.
  • Process for the production of this paper is first carried out with the help of Laser energy the paper substrate with an image in the sense of a Watermark.
  • the surface of the Paper substrate as such a transparent microcapsule coating applied, which the image generated by laser energy covered but not darkened. So the image stays dry Micro capsule coating of the end product visible.
  • the Illustration is intended to illustrate the following processes, in particular printing or Do not disturb writing on the paper.
  • This object was achieved by a method for producing a marking in the uppermost coating of paper substrates in that, prior to the application of the uppermost coating, the surface of at least one of the layers arranged below the uppermost coating is laser energy with an energy density between 0.1 and less than 1 , 7 joules • cm -2 , the uppermost coating of the paper substrate being opaque and being selected from at least one printing and / or at least one varnish and / or at least one metallization or combinations thereof.
  • the object is achieved by prior to applying the uppermost coating Surface of at least one of the layers arranged below the top coating treated with laser energy with an energy density of 1.7 to 5.0 Joules • cm -2 .
  • the invention further relates to marked paper products which are obtainable by the methods described above.
  • the nonwoven substrates which can be used as paper substrates in the process according to the invention and which can optionally be coated before the laser treatment have a mass per unit area (basis weight) of 40, preferably from 60 to 400 g / m 2 , preferably up to 300 g / m 2 ,
  • Cardboard which usually has a mass per unit area of at least 150 g / m 2 , preferably at least 170 g / m 2 , is therefore also suitable for the method according to the invention.
  • the terms "paper substrate” or "substrate of the paper product” used interchangeably to describe the invention thus include not only substrates of classic papers, such as writing paper, but also substrates of a cardboard-like mass corresponding to area.
  • the opacity of the top coat is determined by subtracting the opacity (in percent) of an uncoated paper substrate from the opacity (in percent) of the identical but coated paper substrate.
  • the determination of the opacity of the coated and uncoated paper substrates as such is carried out in accordance with DIN 53146. Areas which have not been treated with laser energy are compared.
  • Such printing and / or painting and / or metallization is considered to be an opaque coating in the sense of the invention which, on conventional office paper with a mass per unit area of 80 g / m 2, has an increase in opacity of at least 5 percentage points, preferably of at least 8 percentage points causes.
  • a standard paper substrate for determining the opacity of the top coating (s) a normal writing paper treated with an unpigmented starch coat was used with an opacity (uncoated) of 80-82%.
  • this top coating consists of at least one Printing and / or at least one metallization and / or at least a paint job or combinations of these individual coatings can also be arranged in a different order.
  • the printing is in particular known in the prior art Offset, gravure and flexographic printing processes, inkjet printing processes, laser printing processes carried out.
  • the metallization of paper substrates can by the in the state of the Techniques known in the art, for example by direct or transfer processes be generated.
  • Paper substrates are in particular aluminum, copper, gold and silver suitable.
  • the top coating is made from a metallization selected from the above Metals. This metallization can also be printed and / or be painted.
  • Metallizations customary in the context of the invention with one of the metals mentioned above have an average layer thickness of 10 to 50 nm, preferably of 15 to 30 nm and particularly preferably of 15 to 25 nm.
  • Metallizations with a layer thickness of 10 nm on paper with a mass per unit area of 80 g / m 2 and an opacity of 80 - 82% already lead to an increase in opacity of over 8 percentage points compared to unmetallized paper.
  • the coating of paper substrates is also state of the art known.
  • the painting is due to the fact that it is appropriate Includes pigments and / or dyes, white or colored.
  • the procedure is as follows: that as a paper or cardboard substrate, a non-woven fabric, one on the surface prepared nonwoven, a coated nonwoven, which optionally prepared and / or metallized below the coating can be a metallized nonwoven, which may be below the metallization can be prepared and / or coated on the surface treated with laser energy.
  • the method according to the invention can also be carried out without further ado that the laser energy the still wet nonwoven fabric can take effect during the nonwoven manufacture.
  • the nonwoven can be a natural nonwoven.
  • the Nonwoven fabric itself can be transparent or opaque, white or colored and can be on the surface for example by an unpigmented or pigmented starch solution.
  • the nonwoven fabric that may be prepared on the surface can also with an unpigmented, white or colored pigmented line be coated, which additionally densifies (satin) and, if necessary can be provided with a paint.
  • a special embodiment of the method according to the invention is characterized in that the surface of a nonwoven with Treated laser energy and on the surface treated with laser energy applies at least one further coating which is selected from one Printing, painting or metallization.
  • Another special embodiment is characterized in that treated the surface of the nonwoven fabric with laser energy with Metallized laser energy treated surface and then on the metallized surface applies printing and / or painting.
  • the layer thickness of the metal layer and their generation is referred to the above statements.
  • Metallization is preferred aluminum.
  • Another special embodiment is characterized in that the metallized surface of a nonwoven fabric, optionally after Application of a varnish or printing treated with laser energy and then on the surface treated with laser energy Applying printing and / or painting.
  • a varnish or printing treated with laser energy optionally after Application of a varnish or printing treated with laser energy and then on the surface treated with laser energy Applying printing and / or painting.
  • Another special embodiment is characterized in that the one with an unpigmented, white or colored pigmented line provided surface of a nonwoven fabric treated with laser energy and then print on the surface treated with laser energy and / or applies a paint job.
  • the stroke can be additional compacted (satin) and optionally provided with a paint.
  • Another special embodiment of the method according to the invention is characterized in that the one described above Coated surface of a nonwoven fabric with laser energy treated, the surface treated with laser energy and metallized then printing on the metallized surface and / or applying a paint.
  • layer thicknesses and manufacturing processes will depend on the referenced above.
  • Another embodiment is characterized in that the surface of a nonwoven provided with the above-described line metallized, the metallized surface, which if necessary with a Painting or printing can be provided with laser energy treated and on the surface treated with laser energy Applying printing and / or painting.
  • the surface of a nonwoven provided with the above-described line metallized, the metallized surface which if necessary with a Painting or printing can be provided with laser energy treated and on the surface treated with laser energy Applying printing and / or painting.
  • Another embodiment according to the invention is characterized in that that the surface of a nonwoven fabric with laser energy treated the surface treated with laser energy with a like above defined line and then printed on this and / or applies a paint job.
  • top coating i.e. in the printing, painting or metallization recognizable marking is usually around a logo, a name, a trademark, an illustration, a pattern, around a security mark or other marking which the Identification of the printed / written paper easier.
  • the laser treatment for labeling or marking the substrate can according to the invention with the known raster scan or vector scan method with x-y galvanometer mirrors, polygon scanners or mask imaging processes respectively.
  • Laser energy can come from a pulsed laser or a continuous wave laser (continuous laser), typically one carbon dioxide laser each to be delivered.
  • Nd YAG lasers
  • frequency-converted Nd YAG laser
  • copper vapor laser excimer laser and diode lasers
  • the laser energy is left on in each case the layer immediately below the top coating act before the top coating is applied.
  • the energy density of the laser is to be set so that the image generated on the surface of the laser-treated layer is visible or at least perceptible.
  • the skilled worker is aware that this is not only dependent on the type of laser (pulsed or continuous wave laser), its energy level, but also on the type of paper and its water content.
  • DE-A-37 10 153 for paper with low to normal moisture contents (3 to 8% by weight) uses energy densities in the range from 1.7 to 5.0 joules • cm -2 for pulsed lasers and 2.2 to 4.8 joules • cm -2 for continuous wave lasers, depending on the web speed recommended. For papers with a higher moisture content, correspondingly higher laser energies are required.
  • stretching energies (quotient of laser energy / laser scanning speed) of 3 to 12 J / m, preferably 5.5 to 8 J / m, are preferred for papers with low to normal moisture contents.
  • line energies of up to 150 J / m are required.
  • the energy density of the laser is to be selected such that it does not produce any visible or perceptible images on the substrate treated with it.
  • the energy density is between 0.1 and less than 1.7 joules • cm -2 , but preferably between 0.1 and 1.6 joules • cm -2 , particularly preferably between 1.0 and 1.6 joules • cm -2 .
  • the changes on the surface of the paper or the coating of the paper produced with these energy densities are not visible or perceptible in transmitted or reflected light, but instead only lead to the generation or visibility of a marking in the subsequent coating or coatings.
  • the method according to the invention is carried out in such a way that, as described above, only the surface to be coated is modified by laser action, which is not necessarily immediately visible / perceptible, but only leads to the recognizable changes described in this top coating on the coating applied thereon ,
  • the inventive method can on one or both sides of the Paper or cardboard substrates carried out independently become.
  • a surface is set, which is then used for a further one Coating process, especially a metallization or Printing process compared to the laser-untreated material is changed.
  • This change in the surface continues in the subsequent coating (printing, painting, metallization) and leads here to readily recognizable changes in the Color density, color location, gloss and / or reflection.
  • the laser-marked layer arranged transparent coatings are such, at which the increase in opacity, according to the method described above determined, 2.5 percentage points or less, preferably 2 percentage points or less.
  • Transparent coatings for paper substrates are state of the art known and are differentiated according to whether the transparent Coating component dispersed or dissolved in a suitable Medium (aqueous or solvent) is available for application.
  • suitable Medium aqueous or solvent
  • examples for transparent coatings or varnishes are comprehensive Nitrocellulose (nitrocellulose varnishes) or acrylates (acrylate varnishes).
  • top Coating it is also possible not only before applying the top coating one but the surface of different arranged on the nonwoven fabric Treat layers with laser energy what's on top Coating leads to a marking which, as such, is different Has color density, color location, gloss and / or reflection. However, is preferred treating the surface of a single layer with laser energy.
  • the method according to the invention it is possible to transfer digitized image templates to the not yet finally coated, in particular printed, metallized and / or lacquered paper, the image then being visible in the uppermost coating after the final coating step, i.e. printing, painting or metallizing becomes.
  • the method according to the invention therefore makes it possible to make the marking visible only in the uppermost coating, whereas conventional “watermark” methods aim to make the marking visible in the paper substrate itself.
  • conventional watermarking methods cannot readily be used in the case of nonwoven substrates of higher mass per unit area, such as, for example, in cartons with at least 150 g / m 2 .
  • the markings produced by the method according to the invention are especially on metallized paper in reflected light visible or perceptible.
  • the invention further relates to a marking in the uppermost coating paper products, such as papers and boxes, which are produced by the the methods described above are available.
  • These marked papers and cartons made of a substrate as described above, which is based on the surface of which has been treated with laser energy and one on top arranged top, opaque coating, on the surface of which Marking on the underlying paper substrate by laser was generated, easily by changing the color density, the Color location, the gloss and / or the reflection is perceptible.
  • the one on the top opaque laser-coated layer of substrate Coating consists of at least one print and / or at least one metallization and / or at least one painting or a combination of these individual coatings in different Order may be appropriate.
  • the laser treated substrate of the paper product i.e. the paper and Cardboard substrate is selected from the group of non-woven fabrics on which Prepared non-woven fabrics, coated non-woven fabrics, which optionally prepared and / or metallized below the coating can be metallized nonwovens, which may be below the metallization can be prepared and / or coated.
  • the influence of various top coatings on the increase in opacity of paper substrates was determined.
  • the opacity of the paper substrate without a coating was subtracted from the opacity of the paper substrate having the top coating, in order to obtain information about the opacity or opacity of the coating itself.
  • the difference gave a percentage value, which corresponds to the absolute increase in opacity caused by the coating in percentage points.
  • the opacity of the paper before and after coating was determined in accordance with DIN 53146.
  • a continuous carbon dioxide laser with 30 watts of power was used to, using a stretching energy (laser power / laser scanning speed) of 120 J / m, a nonwoven fabric on a paper machine screen with a water content of 88% by weight with 6 x 35 mm markings.
  • the nonwoven fabric was dried to a moisture content of 6-7% by weight and had a mass per unit area of 85 g / m 2 .
  • the paper was printed using offset and inkjet printing processes. In both printing processes, the laser markings are visible in the reflecting light and are of good quality.
  • a 100 Hz (nominal) pulsed carbon dioxide laser system with a pulse energy of 3.27 J to 5.27 J was used to produce a nonwoven fabric on a paper machine screen with a water content of 88% by weight by means of a shadow projection of 0.64 cm 2 large markings.
  • the nonwoven fabric was dried to a moisture content of 6-7% by weight and had a mass per unit area of 85 g / m 2 . After drying, the paper was printed using offset and inkjet printing processes. It was found that an energy density of 8 8.0 J / cm 2 represents a minimum threshold for visible marking formation in both printing processes.
  • a continuous carbon dioxide laser with an output power of 30 watts was used to produce white and colored "natural papers" with a moisture content of approx. 6-7 wt.
  • 80 g / m 2 heavy provided with an unpigmented starch solution .-%, using a line energy of 6 J / m, with 13 x 70 mm markings.
  • the surfaces provided with a mark were printed using offset and inkjet printing processes. In both printing processes, the laser markings are visible in the reflecting light and are of good quality.
  • 200 g / m was coated 2 heavy base paper with an aqueous pigmented coating color formulation, and by means of cast-coating method on one side with dry coating weights of approximately 20 g / m 2, and finished by means of high-gloss dry conditioning.
  • a continuous carbon dioxide laser with an output power of 30 watts was then used with a test device in order to produce, with an operating power of 3 watts and a line power of 6 J / m, 13 ⁇ 70 mm markings in the coating of the paper thus finished. After the markings had been applied, the surface provided with a mark was printed using an offset printing process.
  • the markings were in the reflecting light visible and of good quality.
  • a 30 watt output continuous carbon dioxide laser was used to create 13 x 70 mm markings on various white, uncoated and coated papers using 6 J / m stretch energy, after which the papers were marked on them by laser radiation
  • Surfaces were metallized using metal vapor deposition.
  • the mass per unit area of the papers used were 55, 80 and 220 g / m 2 for the uncoated papers, 70 and 250 g / m 2 for the one-sided coated, 90 and 200 g / m 2 for the two-sided coated papers and the range of the moisture content was from 6 to 8% by weight.
  • the metallized paper was tested for its functional usability using the paper as printing material and the usability turned out to be satisfactory.
  • This example shows how the markings formed by laser radiation vary at different energy levels.
  • the papers used correspond to those in Example 5, the line energy of the laser radiation being varied from 3 to 12 J / m. It was shown that a path energy of less than 5 J / m represents an approximate minimum threshold value for uncoated and 4 J / m for coated papers for a visible marking after the metallization. Visible markings are always obtained at line energies of 5.5 to 8 J / m. Line energies of> 8 J / m gave markings with good visibility after the metallization, but the papers already showed relatively strong carbonization phenomena in the area of the markings before the metallization.
  • a continuous carbon dioxide 1 kW laser was used by means of shadow projection over a mask in order to produce markings on different papers (uncoated / coated; white / colored) at different web speeds and on a test device, as indicated in Table 2 below: paper type Mass per unit area (g / m 2 ) paper Color Web speed (m / min) 55 uncoated White 175 80 uncoated White 175 80 uncoated Light Blue 200 220 uncoated White 200 70 coated on one side White 200 250 coated on one side White 200 250 coated on one side blue 200 90 coated on both sides White 200 200 coated on both sides White 200
  • the marking size was 11 x 12 mm in each case. After applying the Markings were made using the surfaces provided with a marking Metal vaporization metallized. The ones obtained after metallization Markings were clearly visible in the reflecting light and were more acceptable Quality. The metallized papers were tested according to example 5 and turned out to be satisfactory.
  • a 100 Hz (nominal) pulsed carbon dioxide laser system with a pulse energy of 2.0 joules was used to produce a white, uncoated 55 g / m 2 paper and a white, one-sided coated 70 g / m 2 paper at web speeds of 50 to 350 m / min to be marked with shadows.
  • a continuous carbon dioxide laser with a 30 watt output line was used to produce 55 g / m 2 base papers with a moisture content of 6-7% by weight, using an operating power of 3 watts, using a line energy of 6 J / m, with 13 x 70 mm markings, according to which the base papers are coated on one side both on the marked and on the unmarked surfaces with an aqueous, microcapsule-free, pigmented coating color formulation, such as is used for cast-coated papers, with dry coating weights of approximately 20 g / m 2 were coated.
  • the papers finished by means of the high-gloss drying system showed markings with acceptable visibility in any case; they were tested for their functional usability and the usability proved to be satisfactory.
  • This example shows how the markings formed by laser radiation vary at different energy levels.
  • the base paper and the laser were as described in Example 9, the path energy of the laser radiation being varied from 5 to 12 J / m. It was shown that a path energy of less than 5 J / m represents a minimum threshold for visible marking formation. Visible markings were always obtained at line energies of 5.5 to 9 J / m. Line energies of> 9 J / m gave markings with good visibility, but the base papers already showed relatively strong signs of carbonization in the area of the markings.

Landscapes

  • Paper (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer dauerhaften Markierung in der obersten Beschichtung von Papiersubstraten und mit diesem Verfahren erhältliche, in der obersten Schicht eine Markierung aufweisende Papierprodukte, wie Papier und Kartons.
Häufig besteht das Bedürfnis, Papiersubstrate verschiedenster flächenbezogener Masse dauerhaft mit einem Namen, einer Abbildung, einem Muster, einem Logo oder einer sonstigen Kennzeichnung, insbesondere einer Sicherheitskennzeichnung zu versehen. Hierzu haben sich in der Vergangenheit Wasserzeichen bewährt. Sogenannte echte Wasserzeichen, die auf einer örtlichen Änderungen der Dicke der Papierausgangsmasse beruhen, können durch herkömmliche, im Stand der Technik umfangreich beschriebene Verfahren durch Stoffverdünnung auf dem Sieb der Papiermaschine erzeugt werden. Alternativ können, wie in der DE-A-34 31 577 beschrieben, örtliche Veränderungen der Dicke des Papiers dadurch erzeugt werden, daß die Dickenveränderung auf dem Papiermaschensieb mittels eines gepulsten Massestrahls, wie beispielsweise Wasser oder Luft, oder eines Laserimpulses vorgenommen wird. Die verdünnten Stellen erscheinen dann später im fertigen Papier als in der Durchsicht hellere Stellen. Eine weitere Möglichkeit zur Markierung von Papiersubstraten ist deren Prägung, wie in der WO-A-97/17493 beschrieben.
Die DE-A-34 25 086 beschreibt ein Verfahren zur Markierung von Drucken durch Einwirkenlassen einer besonderen Form von Energie auf den bedruckten Bogen/die bedruckte Bahn. Als Energieform wird moduliertes Laserlicht, sichtbares Licht, infrarotes Licht, ultraviolettes Licht oder Ultraschall vorgeschlagen. Als Resultat dieser Behandlung mit Energie wird ein Teil des Druckes an den vorbestimmten Stellen abgenommen, wodurch sich die Markierung auf der Bedruckung ergibt. Das Verfahren eignet sich insbesondere für die Erstellung von einzigen Ausfertigungen (Unikaten) eines Druckes.
Die DE-A-3634098 beschreibt ein Verfahren zum Einbringen von Echtheitsmerkmalen auf Papier mittels Laserstrahl. Dabei wird ein reliefartiges (topografisches) Merkmal durch Einwirkung der Laserenergie erzeugt, welches so deutlich wahrnehmbar ist, dass es in einem nachfolgenden Verfahrensschritt weiter bearbeitet werden kann, insbesondere kann Lack, Farbe oder aushärtender Kunststoff auf bzw. in die erzeugte Relieflinie gespritzt werden. Die durch den Laserstrahl gebildeten Relieflinien werden so gegenüber Abrieb geschützt.
Die DE-A-37 10 153 beschreibt ein mit einer Abbildung versehenes, mit Mikrokapseln beschichtetes Papier, z.B. Selbstdurchschreibepapier. In dem Verfahren zur Herstellung dieses Papiers wird zunächst mit Hilfe von Laserenergie das Papiersubstrat mit einer Abbildung im Sinne eines Wasserzeichens versehen. Anschließend wird auf die Oberfläche des Papiersubstrats eine als solche transparente Mikrokapselbeschichtung aufgebracht, welche die durch Laserenergie erzeugte Abbildung zwar bedeckt, aber nicht verdunkelt. Die Abbildung bleibt also durch die trockene Mikrokapselbeschichtung des Endproduktes hindurch sichtbar. Die Abbildung soll nachfolgende Verfahren, insbesondere das Bedrucken oder Beschreiben des Papiers nicht stören.
Demgegenüber war es eine Aufgabe dieser Erfindung ein Verfahren zur Verfügung zu stellen mit dem es möglich ist, eine dauerhafte Markierung in einer obersten opaken Beschichtung eines Papiersubstrats verschiedenster gebräuchlicher flächenbezogener Massen, z.B. der Bedruckung, der Metallisierung oder der Lackierung, zu erzeugen, ohne daß das bereits mit dieser obersten Beschichtung versehene Papiersubstrat nochmals einem Arbeitsgang der Markierung unterworfen werden muß.
Diese Aufgabe wurde gelöst durch ein Verfahren zur Erzeugung einer Markierung in der obersten Beschichtung von Papiersubstraten dadurch, dass man vor der Aufbringung der obersten Beschichtung die Oberfläche wenigstens einer der unterhalb der obersten Beschichtung angeordneten Schichten mit Laserenergie einer Energiedichte zwischen 0,1 und weniger als 1,7 Joules • cm-2 behandelt, wobei die oberste Beschichtung des Papiersubstrats opak ist und ausgewählt ist aus wenigstens einer Bedruckung und/oder wenigstens einer Lackierung und/oder wenigstens einer Metallisierung oder Kombinationen davon.
Für den Fall, dass die oberste Beschichtung des Papiersubstrats opak ist und ausgewählt ist aus wenigstens einer Metallisierung und wenigstens einer Metallisierung in Kombination mit wenigstens einer Bedruckung und/oder wenigstens einer Lackierung wird die Aufgabe gelöst dadurch, dass man vor der Aufbringung der obersten Beschichtung die Oberfläche wenigstens einer der unterhalb der obersten Beschichtung angeordneten Schichten mit Laserenergie einer Energiedichte von 1,7 bis 5,0 Joules • cm-2 behandelt.
Bevorzugte Ausgestaltungen des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung betrifft ferner markierte Papierprodukte, welche nach den oben beschriebenen Verfahren erhältlich sind.
Die Faservliessubstrate, die im erfindungsgemäßen Verfahren als Papiersubstrat eingesetzt werden können, und die vor der Laserbehandlung gegebenenfalls beschichtet sein können, besitzen eine flächenbezogene Masse (Flächenmasse) von 40, vorzugsweise von 60 bis 400 g/m2, vorzugsweise bis 300 g/m2. Geeignet für das erfindungsgemäße Verfahren ist daher auch Karton, der üblicherweise eine flächenbezogene Masse von wenigstens 150 g/m2, vorzugsweise wenigstens 170 g/m2 aufweist. Die zur Beschreibung der Erfindung austauschbar verwendeten Begriffe "Papiersubstrat" oder "Substrat des Papierprodukts" umfassen also nicht nur Substrate von klassischen Papieren, wie beispielsweise Schreibpapier, sondern auch Substrate einer Kartons entsprechenden flächenbezogenen Masse.
Die Opazität der obersten Beschichtung wird bestimmt durch Subtraktion der Opazität (in Prozent) eines unbeschichteten Papiersubstrats von der Opazität (in Prozent) des identischen, jedoch beschichteten Papiersubstrats. Die Bestimmung der Opazität der beschichteten und unbeschichteten Papiersubstrate als solcher erfolgt nach DIN 53146. Verglichen werden jeweils Bereiche, die nicht mit Laserenergie behandelt sind. Als im Sinne der Erfindung opake Beschichtung wird eine solche Bedruckung und/oder Lackierung und/oder Metallisierung angesehen, die auf einem konventionellen Büropapier mit einer flächenbezogenen Masse von 80 g/m2 eine Zunahme der Opazität von wenigstens 5 Prozentpunkten, vorzugsweise von wenigstens 8 Prozentpunkten bewirkt. Als Standard-Papiersubstrat zur Bestimmung der Opazität der obersten Beschichtung(en) wurde ein normales, mit einem unpigmentierten Stärkestrich behandeltes Schreibpapier mit einer Opazität (unbeschichtet) von 80 - 82% verwendet.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden die Begriffe "opak" und "nicht transparent" im Zusammenhang mit der Beschreibung der obersten Beschichtung gleichbedeutend verwendet.
Völlig überraschend wurde gefunden, daß sich die durch Einwirkung von Laserenergie (Laserstrahl) auf die Oberfläche einer unterhalb der obersten, nicht transparenten Beschichtung angeordneten Schicht des Papiersubstrats erzeugte Markierung auf der (den) darauf angeordneten Bedruckung(en), und/oder Lackierung(en) und/oder Metallisierung(en) fortsetzt und auf der Oberfläche dieser obersten Beschichtung in reflektiertem Licht ohne weiteres als Veränderung der Farbdichte, des Farborts, des Glanzes und/oder der Reflexion sichtbar bzw. wahrnehmbar ist. Dieser Effekt ist insbesondere im Zusammenhang mit Papiersubstraten höherer flächenbezogener Masse, wie Kartons mit wenigstens 150 g/m2 von Bedeutung, die als solche gar nicht mehr transparent sind, ein klassisches Wasserzeichen also ohnehin keinen Sinn machen würde.
Der durch das erfindungsgemäße Verfahren bewirkte technische Effekt ist insbesondere deshalb überraschend, da es sich bei der erfindungsgemäß auf der mit Laser markierten Schicht angeordneten obersten Beschichtung um eine nicht transparente, d.h. eine opake Beschichtung handelt. Erfindungsgemäß besteht diese oberste Beschichtung aus wenigstens einer Bedruckung und/oder wenigstens einer Metallisierung und/oder wenigstens einer Lackierung oder Kombinationen dieser einzelnen Beschichtungen, die darüber hinaus auch in verschiedener Reihenfolge angeordnet sein können.
So können auf die lasermarkierte Oberfläche des Papiersubstrats die oberste Beschichtung bildend mehrere Folgebeschichtungen folgen, ohne daß die Wahrnehmbarkeit/Sichtbarkeit der Markierung in reflektiertem Licht auf der obersten Schicht darunter leidet. Im Rahmen der Erfindung ist es daher auch möglich, mehrere Bedruckungen, Metallisierungen oder Lackierungen oder Kombinationen dieser verschiedenen Schichten übereinander anzubringen. So ist zum Beispiel für den Farbdruck mindestens ein Dreifarbendruck sowie schwarz als Kontrastverstärker notwendig. Unmittelbar unterhalb der obersten Beschichtung bestehend aus der Bedruckung und/oder Lackierung und/oder der Metallisierung kann ein unpigmentierter, weiß- oder farbig-pigmentierter Strich, der zusätzlich verdichtet (satiniert) sein kann, angeordnet sein.
So kann erfindungsgemäß die oberste, auf der lasermarkierten Oberfläche angeordnete, als solche nicht transparente Beschichtung, aus mehreren verschiedenen Einzelbeschichtungen bestehen, wie beispielsweise einer Metallisierung und einer darauf angeordneten Lackierung und/oder Bedruckung oder einem unpigmentierten, weiß- oder farbig pigmentierten Strich, welcher zusätzlich noch eine Bedruckung oder Lackierung aufweisen kann.
Die Bedruckung wird insbesondere mit im Stand der Technik bekannten Offset-, Tief- und Flexo-Druckverfahren, Inkjet-Druckverfahren, Laser-Druckverfahren durchgeführt.
Die Metallisierung von Papiersubstraten kann durch die im Stand der Technik bekannten Verfahren, beispielsweise durch Direkt- oder Transferverfahren erzeugt werden. Für die Auftragung als Metallschicht auf Papiersubstrate sind insbesondere Aluminium, Kupfer, Gold und Silber geeignet. In einer besonderen Ausgestaltung besteht die oberste Beschichtung aus einer Metallisierung die ausgewählt ist aus den genannten Metallen. Diese Metallisierung kann zusätzlich noch bedruckt und/oder lackiert sein.
Im Rahmen der Erfindung übliche Metallisierungen mit einem der oben genannten Metalle weisen eine durchschnittliche Schichtdicke von 10 bis 50 nm, vorzugsweise von 15 bis 30 nm und besonders bevorzugt von 15 bis 25 nm auf. Metallisierungen mit einer Schichtdicke von 10 nm auf Papier mit einer flächenbezogenen Masse von 80 g/m2 und einer Opazität von 80 - 82% führen bereits zu einer Opazitätszunahme von über 8 Prozentpunkten gegenüber dem unmetallisierten Papier.
Die Lackierung von Papiersubstraten ist ebenfalls im Stand der Technik bekannt. Die Lackierung ist, bedingt dadurch, daß sie entsprechende Pigmente und/oder Farbstoffe umfaßt, weiß oder farbig.
Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird so verfahren, daß man als Papier- bzw. Kartonsubstrat ein Faservlies, ein an der Oberfläche präpariertes Faservlies, ein beschichtetes Faservlies, welches gegebenenfalls unterhalb der Beschichtung präpariert und/oder metallisiert sein kann, ein metallisiertes Faservlies, welches gegebenenfalls unterhalb der Metallisierung präpariert und/oder beschichtet sein kann an der Oberfläche mit Laserenergie behandelt. Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch ohne weiteres so durchgeführt werden, daß man die Laserenergie auf das noch nasse Faservlies, während der Vliesherstellung einwirken läßt. Bei dem Faservlies kann es sich um ein Naturfaservlies handeln. Das Faservlies selbst kann transparent oder opak, weiß oder farbig sein und kann an der Oberfläche beispielsweise durch eine unpigmentierte oder pigmentierte Stärkelösung präpariert sein.
Das gegebenenfalls an der Oberfläche präparierte Faservlies kann außerdem mit einem unpigmentierten, weiß- oder farbig-pigmentierten Strich beschichtet sein, welcher zusätzlich verdichtet (satiniert) und gegebenenfalls mit einer Lackierung versehen sein kann.
Eine besondere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß man die Oberfläche eines Faservlieses mit Laserenergie behandelt und auf die mit Laserenergie behandelte Oberfläche wenigstens eine weitere Beschichtung aufträgt, die ausgewählt ist aus einer Bedruckung, Lackierung oder Metallisierung.
Eine weitere besondere Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, daß man die Oberfläche des Faservlieses mit Laserenergie behandelt, die mit Laserenergie behandelte Oberfläche metallisiert und anschließend auf die metallisierte Oberfläche eine Bedruckung und/oder eine Lackierung aufträgt. Im Zusammenhang mit der Metallschicht der Schichtdicke der Metallschicht und deren Erzeugung wird auf die obigen Ausführungen verwiesen. Als Metallisierung bevorzugt ist Aluminium.
Eine weitere besondere Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, daß man die metallisierte Oberfläche eines Faservlieses, gegebenenfalls nach Aufbringung einer Lackierung oder Bedruckung mit Laserenergie behandelt und anschließend auf die mit Laserenergie behandelte Oberfläche eine Bedruckung und/oder eine Lackierung aufträgt. Hinsichtlich der für die Metallisierung in Frage kommenden Metalle, Schichtdicken und Herstellungsverfahren wird auf die obigen Ausführungen verwiesen.
Eine weitere besondere Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, daß man die mit einem unpigmentierten, weiß- oder farbig-pigmentierten Strich versehene Oberfläche eines Faservlieses mit Laserenergie behandelt und anschließend auf die mit Laserenergie behandelte Oberfläche eine Bedruckung und/oder eine Lackierung aufträgt. Der Strich kann zusätzlich verdichtet (satiniert) und gegebenenfalls mit einer Lackierung versehen sein.
Eine weitere besondere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß man die mit dem oben beschriebenen Strich versehene Oberfläche eines Faservlieses mit Laserenergie behandelt, die mit Laserenergie behandelte Oberfläche metallisiert und anschließend auf die metallisierte Oberfläche eine Bedruckung und/oder eine Lackierung aufträgt. Hinsichtlich der für die Metallisierung in Frage kommenden Metalle, Schichtdicken und Herstellungsverfahren wird auf die obigen Ausführungen verwiesen.
Eine weitere Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß man die mit dem oben beschriebenen Strich versehene Oberfläche eines Faservlieses metallisiert, die metallisierte Oberfläche, welche gegebenenfalls mit einer Lackierung oder Bedruckung versehen werden kann, mit Laserenergie behandelt und auf die mit Laserenergie behandelte Oberfläche eine Bedruckung und/oder eine Lackierung aufträgt. Hinsichtlich der für die Metallisierung in Frage kommenden Metalle, Schichtdicken und Herstellungsverfahren wird auf die obigen Ausführungen verwiesen.
Eine weitere Ausführungsform gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß man die Oberfläche eines Faservlieses mit Laserenergie behandelt, die mit Laserenergie behandelte Oberfläche mit einem wie oben definierten Strich versieht und auf diesen anschließend eine Bedruckung und/oder eine Lackierung aufträgt.
Bei der in der obersten Beschichtung, also in der Bedruckung, Lackierung oder Metallisierung erkennbaren Markierung handelt es sich üblicherweise um ein Logo, einen Namen, ein Markenzeichen, eine Abbildung, ein Muster, um eine Sicherheitsmarkierung oder eine andere Kennzeichnung, welche die Identifikation des bedruckten/beschriebenen Papiers erleichtert.
Im Zusammenhang mit der Laserbehandlung von Oberflächen von Papier kann auf den Stand der Technik verwiesen werden, beispielsweise auf die Offenbarung der DE-A-37 10 153 und die weitere darin zitierte Literatur.
Die Laserbehandlung zur Beschriftung bzw. Markierung des Substrats kann erfindungsgemäß mit dem bekannten Verfahren Raster-Scan, bzw. Vektor-Scan mit x-y Galvanometer-Spiegeln, Polygonscannem oder auch Maskenabbildungsverfahren erfolgen.
Die für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderliche Laserenergie kann von einem gepulsten Laser oder einem Dauerstrichlaser (kontinuierlicher Laser), typischerweise jeweils einem Kohlendioxidlaser geliefert werden. Im Rahmen der Erfindung können auch Nd:YAG-Laser, frequenz-konvertierte Nd:YAG-Laser, Kupferdampf-Laser, Excimer-Laser und Dioden-Laser eingesetzt werden. Die Laserenergie läßt man jeweils auf die unmittelbar unterhalb der obersten Beschichtung angeordnete Schicht einwirken, bevor die oberste Beschichtung aufgetragen wird.
Üblicherweise ist die Energiedichte des Lasers so einzustellen, daß die auf der Oberfläche der mit Laser behandelten Schicht erzeugte Abbildung sichtbar oder zumindest wahrnehmbar ist. Dem Fachmann ist hierzu bekannt, daß dies nicht nur von der Art des Lasers (gepulster oder Dauerstrichlaser), dessen Energielevel, sondern auch abhängig vom Papiertyp und dessen Wassergehalt ist. Zur Erzeugung von sichtbaren oder wahrnehmbaren Abbildungen werden in der DE-A-37 10 153 für Papier mit niedrigen bis normalen Feuchtigkeitsgehalten (3 bis 8 Gew.-%) Energiedichten im Bereich von 1,7 bis 5,0 Joules • cm-2 für gepulste Laser und 2,2 bis 4,8 Joules • cm-2 für Dauerstrichlaser, in Abhängigkeit von der Bahngeschwindigkeit empfohlen. Bei Papieren mit einem höheren Feuchtigkeitsgehalt sind entsprechend höhere Laserenergien erforderlich. Bei der Verwendung von kontinuierlichen Lasern sind bei Papieren mit niedrigen bis normalen Feuchtigkeitsgehalten Streckenenergien (Quotient von Laserenergie/Laserscangeschwindigkeit) von 3 bis 12 J/m, vorzugsweise von 5,5 bis 8 J/m bevorzugt. Bei Papieren mit hohen Feuchtigkeitsgehalten, die bis zu 90 Gew.-% betragen können, sind Streckenenergien von bis zu 150 J/m erforderlich.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Energiedichte des Lasers so zu wählen, daß sie auf dem damit behandelten Substrat keine sichtbaren oder wahrnehmbaren Abbildungen erzeugt. Gemäß Patentanspruch 1 liegt die Energiedichte dabei zwischen 0,1 und weniger als 1,7 Joules • cm-2, vorzugsweise jedoch zwischen 0,1 und 1,6 Joules • cm-2, besonders bevorzugt zwischen 1,0 und 1,6 Joules • cm-2. Die mit diesen Energiedichten erzeugten Veränderungen an der Oberfläche des Papiers oder der Beschichtung des Papiers sind in durchfallendem oder reflektiertem Licht nicht sichtbar oder wahrnehmbar, sondern führen erst in der nachfolgenden Beschichtung bzw. den nachfolgenden Beschichtungen zur Erzeugung bzw. dem Sichtbarwerden einer Markierung. Das erfindungsgemäße Verfahren wird so durchgeführt, dass , wie oben beschrieben, nur die zu beschichtende Oberfläche durch Lasereinwirkung modifiziert wird, was nicht notwendigerweise unmittelbar sichtbar/wahrnehmbar ist sondern erst auf der darauf angebrachten Beschichtung zu den erkennbaren, nachfolgend beschriebenen Veränderungen in dieser obersten Beschichtung führt.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auf einer oder auf beiden Seiten des Papier- bzw. Kartonsubstrates unabhängig voneinander durchgeführt werden.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens, also durch die Behandlung des beschichteten oder unbeschichteten Papiersubstrats mit Laserenergie wird eine Oberfläche eingestellt, die bei einem anschließenden weiteren Beschichtungsprozess, insbesondere einem Metallisierungs- oder Druckprozess gegenüber dem mit Laser unbehandelten Material verändert ist. Diese Veränderung in der Oberfläche setzt sich in der nachfolgenden Beschichtung (Bedruckung, Lackierung, Metallisierung) fort und führt hier zu ohne weiteres erkennbaren Veränderungen in der Farbdichte, Farbort, Glanz und/oder Reflexion.
In dem Fall, daß die Laserenergie, wie oben beschrieben, so eingestellt wird, daß auf dem damit behandelten Substrat keine sichtbaren oder wahrnehmbaren Abbildungen erzeugt werden, und die darauf angeordnete Beschichtung nicht gemäß der obigeh Definition opak sondern transparent ist, kann in dieser Beschichtung dennoch die Markierung durch eine Veränderung in der Reflexion und Mattigkeit der Oberfläche der transparenten Beschichtung wahrgenommen werden.
Bei den hier in Frage kommenden auf der lasermarkierten Schicht angeordneten transparenten Beschichtungen handelt es sich um solche, bei denen die Zunahme der Opazität, nach der oben beschriebenen Methode bestimmt, 2,5 Prozentpunkte oder weniger, vorzugsweise 2 Prozentpunkte oder weniger beträgt.
Transparente Beschichtungen für Papiersubstrate sind im Stand der Technik bekannt und werden danach unterschieden, ob die, die transparente Beschichtung bildende Komponente dispers oder gelöst in einem geeigneten Medium (wässrig oder Lösungsmittel) zur Auftragung vorliegt. Beispiele für transparente Beschichtungen bzw. Lacke sind solche umfassend Nitrocellulose (Nitrocellulose-Lacke) oder Acrylate (Acrylat-Lacke).
Ebenso ist es möglich vor Auftragung der obersten Beschichtung nicht nur eine sondern die Oberfläche verschiedener auf dem Faservlies angeordneten Schichten mit Laserenergie zu behandeln, was auf der obersten Beschichtung zu einer Markierung führt, die als solche eine unterschiedliche Farbdichte, Farbort, Glanz und/oder Reflexion aufweist. Bevorzugt ist jedoch die Behandlung der Oberfläche einer einzigen Schicht mit Laserenergie.
Durch die Art der Lasermarkierung, d.h. durch entsprechende Einstellung der Laserenergie, Fokusgeometrie, Spotgröße, Linienabstand und Linienorientierung können unterschiedliche Reflexionsarten und -grade auf der nachfolgenden Beschichtung bzw. den nachfolgenden Beschichtungen erzeugt werden.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, digitalisierte Abbildungsvorlagen auf das noch nicht endgültig beschichtete, insbesondere bedruckte, metallisierte und/oder lackierte Papier zu übertragen, wobei die Abbildung dann nach dem endgültigen Beschichtungsschritt, also dem Bedrucken, Lackieren oder Metallisieren in der obersten Beschichtung sichtbar wird. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es also, die Markierung erst in der obersten Beschichtung sichtbar werden zu lassen, wohingegen herkömmliche "Wasserzeichen"-Verfahren darauf abzielen, die Markierung im Papiersubstrat selbst sichtbar werden zu lassen. Herkömmliche Wasserzeichenverfahren sind bei Faservliessubstraten höherer flächenbezogener Massen, wie beispielsweise bei Kartons mit wenigstens 150 g/m2, ohnehin nicht ohne weiteres einsetzbar.
Die durch das erfindungsgemäße Verfahren erzeugten Markierungen sind insbesondere am metallisierten Papier im reflektiertem Licht ohne weiteres sichtbar bzw. wahrnehmbar.
Die Erfindung betrifft ferner in der obersten Beschichtung eine Markierung aufweisende Papierprodukte, wie Papiere und Kartons, die durch das vorstehend beschriebene Verfahren erhältlich sind. Diese markierten Papiere und Kartons aus einem wie oben beschriebenen Substrat, welches auf dessen Oberfläche mit Laserenergie behandelt wurde und einer darauf angeordneten obersten, opaken Beschichtung, auf deren Oberfläche die Markierung, die auf dem darunter liegenden Papiersubstrat durch Laser erzeugt wurde, ohne weiteres durch eine Veränderung der Farbdichte, des Farborts, des Glanzes und/oder der Reflexion wahrnehmbar ist. Die auf der mit Laser behandelten Schicht des Substrats angebrachte oberste opake Beschichtung besteht aus wenigstens einer Bedruckung und/oder wenigstens einer Metallisierung und/oder wenigstens einer Lackierung oder einer Kombination dieser Einzelbeschichtungen, die in unterschiedlicher Reihenfolge angebracht sein können.
Das mit Laser behandelte Substrat des Papierprodukts, also das Papier- und Kartonsubstrat ist ausgewählt aus der Gruppe der Faservliese, an der Oberfläche präparierten Faservliese, beschichteten Faservliese, welche gegebenenfalls unterhalb der Beschichtung präpariert und/oder metallisiert sein können, metallisierten Faservliese, welche gegebenenfalls unterhalb der Metallisierung präpariert und/oder beschichtet sein können.
Zu den einzelnen Beschichtungen, Metallisierungen, Präparationen, den flächenbezogenen Massen und den weiteren Merkmalen des Faservlieses vor der Behandlung mit Laserenergie und den Ausgesaltungen des in der Oberfläche eine Markierung aufweisenden Papierproduktes (Papier oder Karton) wird auf die diesbezüglichen obigen Ausführungen Bezug genommen.
Die Erfindung wird durch die nachfolgenden Beispiele weiter erläutert, ohne sie jedoch zu beschränken.
Beispiele: Bezugsbeispiele
Der Einfluß von verschiedenen obersten Beschichtungen auf die Zunahme der Opazität von Papiersubstraten wurde bestimmt. Hierzu wurde die Opazität des Papiersubstrats ohne.Beschichtung von der Opazität des die oberste Beschichtung aufweisenden Papiersubstrats subtrahiert, um so eine Aussage über die Opazität bzw. Deckkraft der Beschichtung selbst zu gewinnen. Aus der Differenz ergab sich ein Prozentwert, welcher der absoluten, der durch die Beschichtung bewirkten Zunahme der Opazität in Prozentpunkten entspricht. Die Opazität des Papiers vor und nach der Beschichtung wurde jeweils nach DIN 53146 bestimmt.
- Papiersubstrat - flächenbezogene Masse oberste Beschichtung Zunahme der Opazität in Prozentpunkten gegenüber unbeschichtetem Papiersubstrat Bemerkung
- Selbstdurchschreibe-Rohpapier - Mikrokapselbeschichtung 1,3 - 2,5 1
- 55 g/m2 - 5 g/m2 Trockenbeschichtungsgewicht
- ZETA®-Büropapier - Mikrokapselbeschichtung 0,8 - 2,0 2
- 80 g/m2 - 5 g/m2 Trockenbeschichtungsgewicht
- ZETA®-Büropapier - Inkjet-Bedruckung 9,0 - 12,4 3
- 80 g/m2
- ZETA®-Büropapier - Offset-Bedruckung 8,0 - 12,3 4
- 80 g/m2
- ZETA®-Büropapier - Aluminium-Metallisierung ≥ 8,5 5
- 80 g/m2 - Schichtdicke etwa 10 nm
Bemerkungen zu Tabelle 1:
  • 1: Beispiel gemäß EP 0240259
  • 2: ZETA® = eingetragene Marke der Firma Zanders Feinpapiere AG, Deutschland, normales mit unpigmentiertem Stärkestrich behandeltes Schreibpapier mit einer Opazität von 80 - 82% (unbeschichtet)
  • 3: Hewlett Packard DeskJet 870 Inkjet-Drucker, gemessen für die Hewlett Packard Inkjet Farben rot, grün und blau, normaler Druckmodus
  • 4: Labor-Andruckgerät (Firma Prüfbau), Offset-Farben rot und blau, mittlere Farbdichte
  • 5: Metallisierung gemäß EP 0098368
    • Die Bedruckungen, Lackierungen oder Metallisierungen in den nachfolgenden Beispielen bewirkten auf dem oben genannten ZETA®-Büropapier jeweils Opazitätszunahmen um wenigstens 8 Prozentpunkte. Die Inkjet- und Offset-Bedruckungen sowie die Metallisierungen wurden jeweils, wie in den Bezugsbeispielen beschrieben, durchgeführt.
    Beispiel 1
    Bei diesem Beispiel wurde ein kontinuierlicher Kohlendioxid-Laser mit 30 Watt Leistung verwendet, um unter Verwendung einer Streckenenergie (Laserleistung/Laserscangeschwindigkeit) von 120 J/m, ein auf einem Papiermaschinensieb befindliches Faservlies mit einem Wassergehalt von 88 Gew.-% mit 6 x 35 mm großen Markierungen zu versehen. Das Faservlies wurde bis auf einen Feuchtigkeitsgehalt von 6-7 Gew.-% getrocknet und hatte eine flächenbezogene Masse von 85 g/m2.
    Nach der Papiertrocknung wurde das Papier mittels Offset- und Inkjet-Druckverfahren bedruckt.
    Bei beiden Druckverfahren sind die Lasermarkierungen im reflektierenden Licht sichtbar und von guter Qualität.
    Beispiel 2
    Bei diesem Beispiel wurde ein 100 Hz (Nennwert) gepulstes Kohlendioxidlasersystem mit einer Pulsenergie von 3,27 J is 5,27 J verwendet, um ein auf einem Papiermaschinensieb befindliches Faservlies mit einem Wassergehalt von 88 Gew.-% mittels Schattenprojektion mit 0,64 cm2 großen Markierungen zu versehen. Das Faservlies wurde bis auf einen Feuchtigkeitsgehalt von 6-7 Gew.-% getrocknet und hatte eine flächenbezogene Masse von 85 g/m2.
    Nach der Trocknung wurde das Papier mittels Offset- und Inkjet-Druckverfahren bedruckt.
    Es zeigte sich, daß für eine sichtbare Markierungsbildung bei beiden Druckverfahren, eine Energiedichte von ≥ 8,0 J/cm2 einen Minimumschwellenwert darstellt.
    Beispiel 3
    In diesem Beispiel wurde ein kontinuierlicher Kohlendioxidlaser mit 30 Watt Ausgangsleistung verwendet, um mit einer Betriebsleistung von 3 Watt, 80 g/m2 schwere, mit einer unpigmentierten Stärkelösung versehene, weiße und farbige "Naturpapiere" mit einem Feuchtigkeitsgehalt von ca. 6-7 Gew.-%, unter Verwendung einer Streckenenergie von 6 J/m, mit 13 x 70 mm großen Markierungen zu versehen.
    Nach Aufbringung der Markierungen wurden die mit einer Markierung versehenen Oberflächen mittels Offset- und Inkjet-Druckverfahren bedruckt.
    Bei beiden Druckverfahren sind die Lasermarkierungen im reflektierenden Licht sichtbar und von guter Qualität.
    Beispiel 4
    Bei diesem Beispiel wurde ein 200 g/m2 schweres Basispapier mit einer wäßrigen, pigmentierten Streichfarbenformulierung und mittels cast-coating-Verfahren einseitig mit Trockenbeschichtungsgewichten von annähernd 20 g/m2 beschichtet, und mittels Hochglanztrockenanlage fertiggestellt.
    Anschließend wurde mit einem Testgerät ein kontinuierlicher Kohlendioxid-laser mit 30 Watt Ausgangsleistung verwendet, um mit einer Betriebsleistung von 3 Watt und einer Streckenleistung von 6 J/m, 13 x 70 mm große Markierungen in der Beschichtung des so fertiggestellten Papieres zu erzeugen.
    Nach Aufbringung der Markierungen wurde die mit einer Markierung versehene Oberfläche mittels Offset-Druckverfahren bedruckt.
    Nach der Bedruckung waren die Markierungen im reflektierenden Licht sichtbar und von guter Qualität.
    Beispiel 5
    In diesem Beispiel wurde ein kontinuierlicher Kohlendioxidlaser mit 30 Watt Ausgangsleistung verwendet, um auf verschiedenen weißen, unbeschichteten und beschichteten Papieren, unter Verwendung einer Streckenenergie von 6 J/m, 13 x 70 mm große Markierungen zu erzeugen, wonach die Papiere auf den durch Laserstrahlung markierten Oberflächen mittels Metallbedampfungsverfahren metallisiert wurden.
    Die flächenbezogenen Massen der verwendeten Papiere waren 55, 80 und 220 g/m2 bei den unbeschichteten Papieren, 70 und 250 g/m2 bei den einseitig beschichteten, 90 und 200 g/m2 bei den zweiseitig beschichteten Papieren und der Bereich des Feuchtigkeitsgehaltes war von 6 bis 8 Gew.-%.
    Es zeigte sich, daß unabhängig vom Papiertyp (unbeschichtet/beschichtet) sowie der flächenbezogenen Masse, die nach der Metallisierung erhaltenen Markierungen, je nach Art der Beleuchtung, in reflektierendem Licht heller/dunkler waren und lieferten daher einen Kontrast mit der Fläche des Papiers, die keine Markierung trug.
    Das metallisierte Papier wurde auf seine funktionelle Brauchbarkeit getestet unter Verwendung des Papiers als Druckmaterial und die Brauchbarkeit erwies sich als zufriedenstellend.
    Beispiel 6
    Dieses Beispiel zeigt, wie die durch Laserstrahlung gebildeten Markierungen bei unterschiedlichen Energieniveaus variieren. Die verwendeten Papiere entsprechen denen in Beispiel 5, wobei die Streckenenergie der Laserstrahlung von 3 bis 12 J/m variiert wurde.
    Es zeigte sich, daß eine Streckenenergie von unter 5 J/m einen angenäherten Minimumschwellenwert bei unbeschichteten, und 4 J/m bei beschichteten Papieren für eine sichtbare Markierung nach der Metallisierung darstellt.
    Sichtbare Markierungen werden immer erhalten bei Streckenenergien von 5,5 bis 8 J/m. Streckenenergien von > 8 J/m ergaben nach der Metallisierung Markierungen mit guter Sichtbarkeit, aber die Papiere zeigten vor der Metallisierung schon relativ starke Carbonisierungserscheinungen im Bereich der Markierungen.
    Beispiel 7
    In diesem Beispiel wurde mittels Schattenprojektion über eine Maske ein kontinuierlicher Kohlendioxid-1 kW-Laser eingesetzt, um auf verschiedenen Papieren (unbeschichtet/beschichtet; weiß/farbig) bei verschiedenen Bahngeschwindigkeiten und auf einem Testgerät Markierungen zu erzeugen, wie in nachfolgender Tabelle 2 angegeben:
    Papiertyp
    Flächenmasse (g/m2)    		 Papierfarbe Bahngeschwindigkeit (m/min)
    55 unbeschichtet weiß 175
    80 unbeschichtet weiß 175
    80 unbeschichtet hellblau 200
    220 unbeschichtet weiß 200
    70 einseitig beschichtet weiß 200
    250 einseitig beschichtet weiß 200
    250 einseitig beschichtet blau 200
    90 zweiseitig beschichtet weiß 200
    200 zweiseitig beschichtet weiß 200
    Die Markierungsgröße war in jedem Fall 11 x 12 mm. Nach Aufbringung der Markierungen wurden die mit einer Markierung versehenen Oberflächen mittels Metallbedampfung metallisiert. Die nach der Metallisierung erhaltenen Markierungen waren im reflektierenden Licht gut sichtbar und von annehmbarer Qualität. Die metallisierten Papiere wurden gemäß Beispiel 5 getestet und erwiesen sich als zufriedenstellend.
    Beispiel 8
    In diesem Beispiel wurde ein 100 Hz (Nennwert) gepulstes Kohlendioxidlasersystem mit einer Pulsenergie von 2,0 Joule verwendet, um ein weißes, unbeschichtetes 55 g/m2 Papier sowie ein weißes, einseitig beschichtetes 70 g/m2 Papier bei Bahngeschwindigkeiten von 50 bis 350 m/min mittels Schattenprojektion mit Markierungen zu versehen.
    Bei einer Abbildungsgröße von 10 x 8 mm, entsprechend einer Energiedichte von 2,5 Joule/cm2, und unterschiedlichen Repetitionsraten, zeigten die Markierungen eine gute Sichtbarkeit in reflektiertem Licht.
    Nach Aufbringung der Markierungen wurde die mit einer Markierung versehene Oberfläche mittels Metallbedampfung metallisiert. Die nach der Metallisierung erhaltenen Markierungen waren im reflektierenden Licht sichtbar und von annehmbarer Qualität. Die metallisierten Papiere wurden gemäß Beispiel 5 getestet und erwiesen sich als zufriedenstellend.
    Beispiel 9
    In diesem Beispiel wurde ein kontinuierlicher Kohlendioxidlaser mit 30 Watt Ausgangsleitung verwendet, um mit einer Betriebsleistung von 3 Watt 55 g/m2 Basispapiere mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 6-7 Gew.-%, unter Verwendung einer Streckenenergie von 6 J/m, mit 13 x 70 mm großen Markierungen zu versehen, wonach die Basispapiere einseitig sowohl auf den markierten als auch auf den nichtmarkierten Oberflächen mit einer wäßrigen, Mikrokapseln-freien, pigmentierten Streichfarbenformulierung, wie sie bei cast-coated-Papieren verwendet wird mit Trockenbeschichtungsgewichten von annähernd 20 g/m2 beschichtet wurden.
    Die mittels Hochglanztrockenanlage fertiggestellten Papiere zeigten in jedem Fall Markierungen mit akzeptabler Sichtbarkeit; sie wurden auf ihre funktionelle Brauchbarkeit getestet und die Brauchbarkeit erwies sich als zufriedenstellend.
    Beispiel 10
    Dieses Beispiel zeigt, wie die durch Laserstrahlung gebildeten Markierungen bei unterschiedlichen Energieniveaus variieren.
    Das Basispapier und der Laser waren wie im Beispiel 9 beschrieben, wobei die Streckenenergie der Laserstrahlung von 5 bis 12 J/m variiert wurde.
    Es zeigte sich, daß eine Streckenenergie von unter 5 J/m einen Minimumschwellenwert für eine sichtbare Markierungsbildung darstellt. Sichtbare Markierungen wurden immer erhalten bei Streckenenergien von 5,5 bis 9 J/m. Streckenenergien von > 9 J/m ergaben Markierungen mit guter Sichtbarkeit, aber die Basispapiere zeigten schon relativ starke Carbonisierungserscheinungen im Bereich der Markierungen.

    Claims (18)

    1. Verfahren zur Erzeugung einer Markierung in der obersten Beschichtung von Papiersubstraten dadurch, daß man vor der Aufbringung der obersten Beschichtung die Oberfläche wenigstens einer der unterhalb der obersten Beschichtung angeordneten Schichten mit Laserenergie einer Energiedichte zwischen 0,1 und weniger als 1,7 Joules • cm-2 behandelt, wobei die oberste Beschichtung des Papiersubstrats opak ist und ausgewählt ist aus wenigstens einer Bedruckung und/oder wenigstens einer Lackierung und/oder wenigstens einer Metallisierung oder Kombinationen davon.
    2. Verfahren zur Erzeugung einer Markierung in der obersten Beschichtung von Papiersubstraten dadurch, daß man vor der Aufbringung der obersten Beschichtung die Oberfläche wenigstens einer der unterhalb der obersten Beschichtung angeordneten Schichten mit Laserenergie einer Energiedichte von 1,7 bis 5,0 Joules • cm-2 behandelt, wobei die oberste Beschichtung des Papiersubstrats opak ist und ausgewählt ist aus wenigstens einer Metallisierung und wenigstens einer Metallisierung in Kombination mit wenigstens einer Bedruckung und/oder wenigstens einer Lackierung.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar unterhalb der obersten Beschichtung ein unpigmentierter, weiß- oder farbig-pigmentierter Strich angeordnet ist, welcher zusätzlich verdichtet (satiniert) und gegebenenfalls mit einer Lackierung versehen sein kann.
    4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Faservlies, ein an der Oberfläche präpariertes Faservlies, ein beschichtetes Faservlies, welches gegebenenfalls unterhalb der Beschichtung präpariert und/oder metallisiert sein kann, ein metallisiertes Faservlies, welches gegebenenfalls unterhalb der Metallisierung präpariert und/oder beschichtet sein kann an der Oberfläche mit Laserenergie behandelt.
    5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das gegebenenfalls an der Oberfläche präparierte Faservlies beschichtet ist mit einem unpigmentierten, weiß- oder farbig-pigmentierten Strich, welcher zusätzlich verdichtet (satiniert) und gegebenenfalls mit einer Lackierung versehen sein kann.
    6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Oberfläche eines Faservlieses mit Laserenergie behandelt und auf die mit Laserenergie behandelte Oberfläche wenigstens eine weitere Beschichtung aufträgt, die ausgewählt ist aus einer Bedruckung, Lackierung oder Metallisierung.
    7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man die Oberfläche des Faservlieses mit Laserenergie behandelt, die mit Laserenergie behandelte Oberfläche metallisiert und anschließend auf die metallisierte Oberfläche eine Bedruckung und/oder eine Lackierung aufträgt.
    8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man die metallisierte Oberfläche eines Faservlieses, gegebenenfalls nach Aufbringung einer Lackierung oder Bedruckung mit Laserenergie behandelt und anschließend auf die mit Laserenergie behandelte Oberfläche eine Bedruckung und/oder eine Lackierung aufträgt.
    9. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man die mit einer Beschichtung gemäß Anspruch 5 versehene Oberfläche eines Faservlieses mit Laserenergie behandelt und anschließend auf die mit Laserenergie behandelte Oberfläche eine Bedruckung und/oder eine Lackierung aufträgt.
    10. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man die mit einer Beschichtung gemäß Anspruch 5 versehene Oberfläche eines Faservlieses mit Laserenergie behandelt, die mit Laserenergie behandelte Oberfläche metallisiert und anschließend auf die metallisierte Oberfläche eine Bedruckung und/oder eine Lackierung aufträgt.
    11. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man die mit einer Beschichtung gemäß Anspruch 5 versehene Oberfläche eines Faservlieses metallisiert, die metallisierte Oberfläche, welche gegebenenfalls mit einer Lackierung oder Bedruckung versehen werden kann, mit Laserenergie behandelt und auf die mit Laserenergie behandelte Oberfläche eine Bedruckung und/oder eine Lackierung aufträgt.
    12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Oberfläche eines Faservlieses mit Laserenergie behandelt, die mit Laserenergie behandelte Oberfläche mit einer Beschichtung gemäß Anspruch 3 versieht und auf diesen anschließend eine Bedruckung und/oder eine Lackierung aufträgt.
    13. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Faservlies transparent, opak, weiß oder farbig ist und gegebenenfalls eine Oberflächenpräparation aufweist.
    14. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 und 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Beschichtung des Faservlieses um einen unpigmentierten oder weiß- oder farbig-pigmentierten Strich handelt, welcher zusätzlich verdichtet (satiniert) und zusätzlich mit einer Lackierung versehen sein kann.
    15. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallisierung aus Kupfer, Aluminium, Gold oder Silber ist.
    16. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Markierung ein Logo, ein Name, ein Markenzeichen, eine Abbildung oder eine Sicherheitsmarkierung ist.
    17. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Papiersubstrat eine flächenbezogene Masse von 40 bis 400 g/m2 aufweist.
    18. Markiertes Papierprodukt erhältlich durch ein Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17.
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