EP1216839A1 - Tintenstrahl-Aufzeichnungsmaterial - Google Patents

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Publication number
EP1216839A1
EP1216839A1 EP01130136A EP01130136A EP1216839A1 EP 1216839 A1 EP1216839 A1 EP 1216839A1 EP 01130136 A EP01130136 A EP 01130136A EP 01130136 A EP01130136 A EP 01130136A EP 1216839 A1 EP1216839 A1 EP 1216839A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
barrier layer
paper
range
base paper
recording medium
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP01130136A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Etienne Schwizer
Eric Wetzka
Armin Weeber
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.)
SIHL
Original Assignee
SIHL
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SIHL filed Critical SIHL
Publication of EP1216839A1 publication Critical patent/EP1216839A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • B41M5/50—Recording sheets characterised by the coating used to improve ink, dye or pigment receptivity, e.g. for ink-jet or thermal dye transfer recording
    • B41M5/502—Recording sheets characterised by the coating used to improve ink, dye or pigment receptivity, e.g. for ink-jet or thermal dye transfer recording characterised by structural details, e.g. multilayer materials
    • B41M5/506—Intermediate layers

Definitions

  • the invention relates to a recording material such as that used in the ink-jet sector (ink-jet technology). Is used with a base paper and an ink receiving layer, the Base paper to the ink receiving layer is provided with a barrier layer. The barrier layer is to prevent the ink absorbed by the ink receiving layer from entering the Penetrate paper and cause it to swell. The invention also relates to a method of manufacturing such an ink jet recording medium.
  • the ink jet recording process is one of the electronic printing processes and is already have been described in many places. It is used in a wide range of manufacturing of color graphics, color images and also text prints. To those with this technology
  • the recording materials used make high demands. For this include high color density, high resolution, short ink drying times, Light stability, as well as dimensional stability.
  • the color should create dots of color on the support, which are localized as precisely as possible and only to that extent in the transverse Plane (x, y plane, paper plane) are as desired, i.e. as far as that the paper-white surface sections remaining between the points with perfect localization as far as possible be covered by the bleeding.
  • the dye must be absorbed by the carrier as quickly as possible and on or in be fixed so that on the one hand the printhead the next time the printer to be printed is run over Do not immediately smear the fresh ink and, on the other hand, the Ink cannot be blurred even when touched on the finished print. On the other Ensure that the dye does not seep too much into the carrier, otherwise as a result of the layers remaining above the color the color appearance looks dull and somewhat dull.
  • a record carrier and a method for the production of such a recording medium for the ink jet area To provide, which is particularly inexpensive and in addition to the aforementioned Requirements for such a material also convince with regard to brightness and under The influence of light tends to yellow only slightly. The latter especially with regard to prints with high light pollution, e.g. Posters that are intended to be hung outdoors to become.
  • the solution to this problem is specified with respect to the record carrier in claim 1.
  • the essence of the invention is thus that as a binder for the barrier layer a post-crosslinking polyacrylate dispersion (in which the polyacrylate is already pre-crosslinked can be used.
  • the barrier layer directly the production of the base paper on the paper machine on the base paper web. A separate operation on a coating machine combined with a and rolling up the base paper web is thus advantageously eliminated for the application of the barrier layer.
  • polyacrylate Under post-crosslinking polyacrylate as a generic term, it can be a polyacrylate act with identical monomer units, or preferably also polyacrylate comonomers with different monomer components, of which one Group is responsible for networking, and at least one of them Basis of an acrylate is based.
  • Monomer building blocks like Methacrylates, butyl acrylates, or mixtures thereof (then as a copolymer) in question.
  • the corresponding amides and especially e.g. N-methylolacrylamide groups which then responsible for networking can be used, e.g. in one Copolymer with methyl acrylates and butyl acrylates such as e.g.
  • Makrovil D7438 which is a copolymer of acrylates with N-methylolacrylamides.
  • polyacrylates also copolymers of such acrylates with e.g. styrenes, Butadienes, vinyl acetates, vinylidene chlorides, vinyl chlorides, acrylonitriles, acrylonitrile etc., as long as these copolymers are also post-crosslinking.
  • styrene acrylates also come Butadiene acrylates, styrene-butadiene acrylates, styrene-butadiene methyl acrylates, and Styrene butyl acrylates etc. in question.
  • a polyacrylate dispersion is used as the binder used, which is essentially already at least partially in a Cross-linked temperature, like a paper web on a paper machine in the drying stage undergoes a one-sided function stroke, due to the evaporation of the solvent the barrier layer, i.e. essentially of water (with blowing on between 160 ° C and 180 ° C hot air) there usually a temperature between 80 ° C and 95 ° C, especially 90 ° C is reached.
  • the barrier layer i.e. essentially of water (with blowing on between 160 ° C and 180 ° C hot air) there usually a temperature between 80 ° C and 95 ° C, especially 90 ° C is reached.
  • the barrier layer i.e. essentially of water (with blowing on between 160 ° C and 180 ° C hot air) there usually a temperature between 80 ° C and 95 ° C, especially 90 ° C is reached.
  • the networking is sufficient Size also within the drying stage, at least until Roll up, resp
  • Adequate networking until rolling up or. first contact with a roller necessary so that the base paper does not stick and then reappears at all can roll off.
  • Another embodiment of the invention is characterized in that the binder the barrier layer as a gloss-enhancing component, hollow polystyrene balls and / or Calcium carbonate are added.
  • the binder can do natural things Calcium carbonate, water-containing kaolin, and / or a silicate and / or titanium oxide are added become.
  • the invention further relates to a method for producing an inkjet recording medium according to the above type, which is characterized in that like already mentioned the base paper made on a paper machine and the barrier layer is coated on-line on the base paper on this paper machine and as a binder a post-crosslinking polyacrylate dispersion is used for the barrier layer.
  • the drawing shows a section through an exemplary embodiment of a coated ink jet recording medium 1, consisting of a base paper 2, a barrier layer 4 applied thereon and an ink receiving layer 3 applied thereon.
  • the base paper has a weight per unit area of 100 to 300 g / m 2 , whereby for Many photorealistic papers typically have basis weights of 140 or 220 g / m 2 .
  • the base paper is advantageously coated on the back with a further functional layer, for example in order to avoid curl and cockle effects with an anti-curl layer 5.
  • bales of Wisabetula ECF and 1 Bale of Ceasa Green (ECF) eucalyptus, i.e. Short fiber wood used.
  • ECF Ceasa Green
  • Dyes for coloring the paper, as well as other additives such as deaerators / defoamers and amphoteric sizing agents based on styrene-acrylate copolymers such as Perglutin 450/280 (available from BK Giulini Chemie, Ludwigshafen, DE) in Dosages as known to the expert and from this without undue effort can be determined, among other things depending on the paper machine used.
  • Wisabetula ECF is a bleached hardwood pulp (birch) available from UPM-Kymmene, Wisaforest, with a density in the range of 750 kg / m 3 and a pH in the slightly acidic range.
  • Ceasa Green (ECF) eucalyptus is a bleached eucalyptus pulp with a density in the range of 500 - 700 kg / m 3 , a pH in a slightly acidic range and an average fiber length of 0.8 mm.
  • the base paper starting from the above pulp, is made in the paper machine in a conventional manner Manufactured way.
  • on-line i.e. barrier layer 4 on the same machine applied on one side.
  • the barrier layer 4 is first in a first step applied, and then a back layer 5 such as an anti-curl layer, both on-line on the paper machine.
  • the barrier layer is manufactured according to the following procedure (a detailed description of the individual components are given at the end):
  • Makrovil D 7438 is one for the Textile division developed post-crosslinking polyacrylate dispersion. It has a solids content (DIN 53189) of approx. 50% in aqueous solution, a viscosity at 25 ° C (DIN 53019-1) of ⁇ 150 mPa ⁇ s, a pH value of 4.5 +/- 1.5, a minimum film formation temperature (DIN 53787) of approx. 16 ° C and an anionic ionicity. Areas of application are according to Data sheet Uses as a binder for strengthening nonwovens or for coating and impregnation of fabrics, in particular glass mesh fabrics for reinforcement. Makrovil D 7438 is characterized by a clear and tack-free film with a very good one Alkali resistance. When cross-linked, the film is in water and most organic solvents insoluble.
  • the data sheet also states that Makrovil D 7438 is characterized by a clear and excellent non-sticky film with a very good alkali resistance. When connected, i.e. after a thermal treatment at about 140 ° C, the film is in water and most organic solvents insoluble.
  • the data sheet assumes that for the (complete) crosslinking of Makrovil requires a temperature of approx. 140 ° C. in the Within the scope of the present invention, however, it has been found that at least one for the present application has sufficient networking even at much lower ones Temperatures in the range between 90 ° C and 100 ° C, i.e. at temperatures like them occur in the last drying stage of a paper machine can be achieved.
  • Setacarb HG GU is a selected, wet-ground, predispersed, natural calcium carbonate (marble, microcrystalline, rhombohedral particle shape) according to the data sheet of Omya GmbH, Sales Paper Industry, A-9722 Gummern 20.
  • the carbon content is> 98.5%, the density (ISO 787/10) 2.7 g / cm 3 , the refractive index 1.59 and the hardness (Mohs) 3.
  • the fineness is characterized by a sieve residue 45 ⁇ m (ISO 787/7) ⁇ 60 ppm, an upper cut (D 98% ) of 3 ⁇ m, an average particle diameter (D 50% ) of 0.5 ⁇ m and a particle fraction ⁇ 1 ⁇ m of 80%.
  • the solids content is 78%, the pH (ISO 787/9) 9 and the viscosity 800 mPas (Brookfield, Sindel No. 3, 100 rpm, 20 ° C.).
  • the main areas of application are uses as a top coat pigment for the paper and cardboard industry, whereby high-gloss surfaces can be achieved.
  • Ropaque HP 543 are small (0.5 ⁇ m), hollow polystyrene beads, which are from the company Rohm and Haas are made to be embedded in coatings, in particular to increase their gloss. They are available in the form of a dispersion with a Solids content of approx. 30%, a pH value between 8.0 and 8.7 and a viscosity of 15 - 100 mPas (Brookfiled LFV spindle 2, 60 rpm).
  • the barrier layer 4 is applied to the base paper 2 with a basis weight of 15-25 g / m 2 , optimally with 18 g / m 2 . This in the form of a 47% dispersion.
  • the paper web is first used in the first two thirds of the machine on the paper machine manufactured. In the last third, the coating is found with the first one Functional line, the barrier layer 4, and then the rear anti-curl layer 5 instead of.
  • the paper rolled up at the end is then calendered on a calendering machine and coated with an ink-receiving layer 3 on a coating machine. That of the coating stage Paper fed to the barrier layer 4 is ideally "over-dried", i.e. has a very low water content of around 2% (usually paper a water content of 5-7%). This measure means that when painting necessary drying of the barrier layer is at least partially taken over by the over-dried paper can be, i.e. that the paper absorb some of the water from the barrier stroke can.
  • the barrier layer 4 is typically at a bath temperature of the barrier coating dispersion 28 ° C onto the paper using a roller and then with an opposite one cylindrical 13/90 squeegee (spiral sawtooth structure on the outside of the Doctor cylinder with angle 90 ° and notch depth 0.13 mm) with side outflow limitation (more at the end The area of the squeegee cylinder is not notched but at the height of the tips Saw teeth held) the abundance doctored.
  • the side outflow limitation is recommended otherwise coating liquid can get to the other side of the paper web and can thus cause the webs to stick to one another or to rollers.
  • the bathroom is cleaned cyclically, i.e.
  • the paper which is fed at a speed of 75 m / min, for example, is now fed into a Sent drying stage, in which the paper web from both sides with hot air one Temperature of 160-180 ° C is blown. The paper web is thereby on one Air cushion transported. It turns out to be advantageous to keep the airflow at the top, i.e. the to drive higher towards the barrier layer than the lower one, e.g. in a flow ratio from 60:40. In such a drying stage, the paper has a temperature of approx. 90 ° C.
  • the dryer has a length of 5 m, i.e. the paper goes through the dryer typically within a period of 4 sec.
  • the paper coated on one side becomes the further coating process on the back fed. It is of course important that the barrier layer 4 before each Contact with a roller or roller, i.e. ideally at the end of the drying stage, already is so dry that no sticking occurs.
  • the applied barrier layer 4 shows an insulating behavior, it should be excessive Avoid charging the rollers and rollers involved, but also to ensure that they are attached to prevent dust and dirt particles on the damp layer, before and if necessary be electrostatically grounded after application.
  • the paper is then provided with an anti-curl layer on the back, cut off on the side to have the web homogeneous across the entire width, and then rolled up.
  • the on the barrier layer obtained above is characterized by a high smoothness and with a high gloss, which is otherwise only possible in paper production Before and a top coat can be achieved.
  • the paper web is then calendered in a calendering machine, with the polystyrene balls partially, i.e. deform into lenses, especially in the surface area.
  • the ink-receiving layer 3 is then applied in a final step, which also due to the already high degree of whiteness and gloss of the barrier layer can be kept in a transparent form.
  • the barrier layer 4 according to the invention and in the composition as described above is further characterized by the fact that the final function line, i.e. the Ink receiving layer 3, adheres very well to it, but at the same time the stickiness is not so pronounced is that the barrier layer on rollers or on rolled paper is causing problems leads. In other words, the balance between the function line liability and the anti-block resp. Anti-sticking tendency of the base paper.
  • the barrier layer 4 is largely solvent and water resistant, which in With regard to the printing of the ink jet recording medium on the one hand with solvent-based Dye inks and on the other hand with pigment inks is of great importance because the barrier layer for the corresponding inks should be as impermeable as possible.

Landscapes

  • Paper (AREA)
  • Ink Jet Recording Methods And Recording Media Thereof (AREA)

Abstract

Bei einem Tintenstrahl-Aufzeichnungsträger (1) mit einem Basispapier (2) und einer Tintenaufnahmeschicht (3) und einer dazwischen angeordneten Sperrschicht (4) wird die Sperrschicht in kostengünstiger Weise bei der Herstellung des Basispapiers on-line auf der Papiermaschine auf das Basispapier aufgestrichen. Als Bindemittel für die Sperrschicht wird hierbei eine selbstvernetzende Polyacrylatdispersion verwendet. <IMAGE>

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft ein Aufzeichnungsmaterial wie es im Tintenstrahl-Bereich (Ink-Jet Technik) Verwendung findet, mit einem Basispapier und einer Tintenaufnahmeschicht, wobei das Basispapier zur Tintenaufnahmeschicht hin mit einer Sperrschicht versehen ist. Die Sperrschicht soll verhindern, dass die von der Tintenaufnahmeschicht aufgenommene Tinte in das Papier eindringen und dieses zum Aufquellen bringen kann. Die Erfindung betrifft ausserdem ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Tintenstrahl-Aufzeichnungsträgers.
STAND DER TECHNIK
Das Ink-Jet-Aufzeichnungsverfahren zählt zu den elektronischen Druckverfahren und ist bereits vielerorts beschrieben worden. Es wird in einem breiten Anwendungsfeld zur Herstellung von Farbgraphiken, Farbbildern und auch Textdrucken eingesetzt. An die bei dieser Technologie verwendeten Aufzeichnungsmaterialien werden hohe Anforderungen gestellt. Hierzu gehören beispielsweise hohe Farbdichte, hohe Auflösung, kurze Trocknungszeiten der Tinte, Lichtstabilität, sowie Dimensionsstabilität. Die Farbe soll auf dem Träger Farbpunkte erzeugen, welche möglichst genau lokalisiert sind und nur gerade in dem Masse in der transversalen Ebene (x,y-Ebene, Papierebene) verlaufen, wie dies erwünscht ist, d.h. soweit, dass die zwischen den Punkten bei perfekter Lokalisierung verbleibenden papierweissen Flächenabschnitte möglichst durch das Verlaufen gerade abgedeckt werden. Auf der einen Seite muss der Farbstoff vom Träger so schnell wie möglich aufgenommen werden und auf oder in ihm fixiert werden, damit einerseits der Druckkopf beim nächsten Überfahren der zu bedrukkenden Stelle die frische Tinte nicht gleich wieder verschmiert und damit andererseits die Tinte auch auf dem fertigen Druck nicht bei Berühren verwischt werden kann. Auf der anderen Seite muss sichergestellt werden, dass der Farbstoff nicht zu sehr in den Träger hineinsickert, da ansonsten infolge der anschliessend oberhalb der Farbe verbleibenden Schichten die Farberscheinung matt und gewissermassen stumpf wirkt. Im Prinzip dürfen und sollen die Lösungsmittel, in denen die Farbstoffe gelöst sind, schnell von der Papieroberfläche nach unten transportiert werden, damit die Farbe auf der Oberfläche trocken zurückbleibt, auf der anderen Seite muss verhindert werden, dass dabei gewissermassen papierchromatographische Effekte entstehen oder das Aufzeichnungsmaterial sich infolge Aufquellens verzieht (sog. Curl-Effekt, d.h. Aufrollen des gesamten Papierblattes, und Cockle-Effekt, d.h. die Ausbildung von kleineren Wellen im Blatt). Eine weitere wichtige Anforderung für kommerzielle Anwendungen stellt der Oberflächenglanz dar. Dies ist insbesondere bei der Herstellung von Kunstgraphiken wichtig. Aber auch bei der Erzeugung von Bildern, bei denen ein fotoähnlicher Eindruck verlangt wird, ist der Glanz eine wichtige Anforderung.
Diverse Schriften, wie z.B. die EP 0 650 850 A und die EP 0 967 087 A beschreiben Tintenstrahl-Aufzeichnungsmaterialien, welche auf dem Prinzip beruhen, dass zwischen einem Basispapier und einer Tintenaufnahmeschicht eine Versiegelungsschicht angeordnet ist, welche verhindert, dass das Lösungsmittel der Tinte zu sehr zum Basispapier hindurchsickert und damit Verwerfungen auftreten.
Aufzeichnungsträger für die Verwendung von Dye-Tinten sind weit herum bekannt. Die EP 1 036 666 z.B. beschreibt einen derartigen Träger für Dye-Tinten. Die WO 96/39304 beschreibt z.B. auf der anderen Seite einen Tintenstrahl-Aufzeichnungsträger, welcher für die Aufnahme von Pigmentfarbstoffen geeignet ist.
Problematisch an den aus dem Stand der Technik bekannten Aufzeichnungsträgern und deren Herstellungsverfahren ist, dass jeweils die Sperrschicht und die darauf liegende Tintenfixierschicht in mehreren aufwendigen Schritten in einem Streichwerk auf das fertige, auf Rolle verfügbare Papier, wie es in einer Papiermaschine hergestellt wird, aufgetragen werden müssen.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Aufzeichnungsträger sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Aufzeichnungsträgers für den Tintenstrahlbereich zur Verfügung zu stellen, welcher insbesondere kostengünstig ist und neben den vorgenannten Anforderungen an ein solches Material auch noch bezüglich Helligkeit überzeugt und unter Lichteinfluss nur wenig zum Vergilben neigt. Letzteres vor allem im Hinblick auf Drucke mit hoher Lichbelastung, wie z.B. Plakate, welche dazu vorgesehen sind, im Freien aufgehängt zu werden.
Die Lösung dieser Aufgabe ist bezüglich des Aufzeichnungsträgers im Patentanspruch 1 angegeben. Der Kern der Erfindung besteht somit darin, dass als Bindemittel für die Sperrschicht eine nachvernetzende Polyacrylatdispersion (bei welcher das Polyacrylat bereits vorvernetzt sein kann) verwendet ist. Hierdurch wird es möglich, wie dies bei dem erfindungsgemässen Verfahren gemäss Anspruch 11 auch vorgesehen ist, die Sperrschicht direkt bei der Herstellung des Basispapiers noch auf der Papiermaschine auf die Basispapierbahn aufzustreichen. Ein separater Arbeitsgang auf einer Streichmaschine verbunden mit einem Ab- und Aufrollen der Basispapierbahn entfällt dadurch mit Vorteil für das Aufbringen der Sperrschicht. Unter nachvernetzendem Polyacrylat als Oberbegriff kann es sich dabei um ein Polyacrylat handeln mit identischen Monomerbausteinen, oder aber auch bevorzugt um Polyacrylat-Comonomere mit verschiedenen Monomerbausteinen, von welchen dann eine Gruppe für die Vernetzung verantwortlich zeichnet, und von welchen wenigstens einer auf Basis eines Acrylates beruht. In Frage kommen dabei z.B. Monomerbausteine wie Methacrylate, Butylacrylate, oder deren Gemische (dann als Copolymer) in Frage. Aber auch die entsprechenden Amide und insbesondere z.B. N-methylolacrylamid-Gruppen, welche dann für die Vernetzung verantwortlich sind, können Verwendung finden, dabei z.B. in einem Copolymer mit Methylacrylaten und Butylacrylaten, wie dies z.B. bei Makrovil D7438 der Fall ist, welches ein Copolymer von Acrylaten mit N-methylolacrylamiden ist. Weiterhin sind unter dem Oberbegriff Polyacrylate auch Copolymere von derartigen Acrylaten mit z.B. Styrolen, Butadienen, Vinylacetaten, Vinylidenchloriden, Vinylchloriden, Acrylnitrilen, Acrylnitril etc, solange auch diese Copolymere nachvernetzend sind. Insbesondere kommen auch Styrolacrylate, Butadienacrylate, Styrol-Butadienacrylate, Styrol-Butadienmethylacrylate, sowie Styrolbutylacrylate etc. in Frage.
In einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird als Bindemittel eine Polyacrylat-Dispersion verwendet, welche im wesentlichen bereits wenigstens teilweise bei einer Temperatur vernetzt, wie sie eine Papierbahn auf einer Papiermaschine in der Trocknungsstufe eines einseitigen Funktionsstrichs erfährt, wobei wegen der Verdampfung des Lösungsmittels des Sperrschichtstrichs, d.h. im wesentlichen des Wassers (unter Anblasen mit zwischen 160°C und 180°C heisser Luft) dort üblicherweise eine Temperatur zwischen 80°C und 95°C, insbesondere von 90 °C erreicht wird. Für das Vernetzen sind in diesem Fall keine besonderen weiteren Massnahmen erforderlich, insbesondere wenn die Vernetzung im ausreichenden Ausmass auch zeitlich innerhalb der Trocknungsstufe, jedenfalls aber bis zum Aufrollen, resp. dem ersten weiteren Kontakt der frisch bestrichenen Papierseite mit einer folgenden Walze, der Basispapierbahn erfolgen kann.
Eine ausreichende Vernetzung bis zum Aufrollen resp. ersten Kontakt mit einer Walze, ist erforderlich, damit das Basispapier nicht verklebt und sich anschliessend überhaupt wieder abrollen lässt.
Eine andere Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass dem Bindemittel der Sperrschicht als glanzverstärkende Komponente hohle Polystyrol-Kugeln und/oder Calciumcarbonat beigemischt sind. Als Weissverstärker kann dem Bindemittel natürliches Calciumcarbonat, wasserhaltiges Kaolin, und/oder ein Silikat und/oder Titanoxid beigemischt werden.
Die Sperrschicht im trockenen Zustand enthält dann bevorzugt:
  • 50 - 65 Gew.-% Bindemittel,
  • 10 - 30 Gew.-% glanzverstärkende Komponenten,
  • 10 - 30 Gew.-% Füllstoff und weisserzeugende Komponente
    • Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Sachansprüchen.
    Des weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahl-Aufzeichnungsträgers nach der obigen Art, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass wie bereits erwähnt das Basispapier auf einer Papiermaschine hergestellt und die Sperrschicht auf dieser Papiermaschine on-line auf das Basispapier aufgestrichen wird und wobei als Bindemittel für die Sperrschicht eine nachvernetzende Polyacrylatdispersion verwendet wird.
    Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Verfahrensansprüchen gekennzeichnet.
    KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN
    Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden, welche einen Schnitt durch einen mehrschichtigen Tintenstrahl-Aufzeichnungsträger nach der Erfindung zeigt.
    WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
    Die Zeichnung zeigt einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines beschichteten Tintenstrahl-Aufzeichnungsträgers 1, bestehend aus einem Basispapier 2 einer darauf aufgetragenen Sperrschicht 4 und einer auf dieser aufgetragenen Tintenaufnahmeschicht 3. Das Basispapier weist ein Flächengewicht von 100 bis 300 g/m2 auf, wobei für viele photorealistische Papiere typischerweise Flächengewichte von 140 oder 220 g/m2 Anwendung finden. Das Basispapier ist dabei vorteilhafterweise rückseitig mit einer weiteren Funktionsschicht bestrichen, z.B. um Curl- und Cockle-Effekte zu vermeiden mit einer Anti-Curl-Schicht 5.
    Zur Herstellung des Basispapiers 2 werden üblicherweise 1.5 Ballen Wisabetula ECF, und 1 Ballen Ceasa Green (ECF) Eukalyptus, d.h. Kurzfaserhölzer verwendet. Dazu kommen ggf. Farbstoffe zur Farbgebung des Papiers, sowie andere Zusatzstoffe wie Entlüfter/Entschäumer und amphotere Leimungsmittel auf Basis von Styrol-Acrylat-Copolymeren wie beispielsweise Perglutin 450/280 (erhältlich bei BK Giulini Chemie, Ludwigshafen, DE) in Dosierungen wie sie dem Fachmann bekannt und von diesem ohne unangemessenen Aufwand ermittelbar sind, u.a. in Abhängigkeit der verwendeten Papiermaschine.
    Wisabetula ECF ist ein gebleichter Hartholzzellstoff (Birke) erhältlich bei UPM-Kymmene, Wisaforest, mit einer Dichte im Bereich von 750 kg/m3 und einem pH im leicht sauren Bereich.
    Ceasa Green (ECF) Eukalyptus ist ein gebleichter Eukalyptuszellstoff mit einer Dichte im Bereich von 500 - 700 kg/m3, einem pH in leicht sauren Bereich und einer durchschnittlichen Faserlänge von 0.8 mm.
    Das Basispapier wird, ausgehend von der obigen Pulpe, in der Papiermaschine in konventioneller Weise hergestellt. Dabei wird on-line, d.h. auf derselben Maschine die Sperrschicht 4 einseitig aufgetragen. Vorteilhafterweise wird zuerst die Sperrschicht 4 in einem ersten Schritt aufgetragen, und anschliessend eine rückseitige Schicht 5 wie z.B. eine Anti-Curl-Schicht, beides on-line auf der Papiermaschine.
    Die Streichmasse enthält im wesentlichen folgende Komponenten (trocken):
  • 50 - 65 Gew.-% (60 Gew-%) Makrovil D 7438
  • 10 - 30 Gew.-% (20 Gew.-%) Setacarb HG-GU
  • 10 - 30 Gew.-% (20 Gew.-%) Ropaque HP 543.
    • Die Sperrschicht wird nach folgendem Verfahren gefertigt (eine detaillierte Beschreibung der einzelnen Komponenten wird am Ende angegeben):
    1333.33 kg Ropaque HP543 werden bei einer Motorengeschwindigkeit von 25 % mit 512.82 kg Setacarb HG GU versetzt und während 900 sec gerührt. Anschliessend werden 2400 kg MakrovilD 7438 beigegeben und auf eine Motorengeschwindigkeit von 65 % erhöht. Dann kommen 4.4 kg 30 %ige NaOH (mit 41 Wasser verdünnt) langsam eindosiert dazu. Die Motorengeschwindigkeit wird wieder auf 25 % abgesenkt und 1.42 kg Agitan 290 (Entschäumer), 2.13 kg Lumiten P-T (Tensid, Netzmittel), und 0.68 kg Surfynol 440 (Tensid und Verlaufmittel) zugegeben und während 600 sec gerührt. Dann wird die Motorengeschwindigkeit wieder auf 65 % erhöht, 10.4 kg 1.25 %ige Stammfarbe beigegeben, 120 sec gerührt und anschliessend ggf. 0.43 kg Biozid beigegeben. Zuletzt wird bei 25% Motorengeschwindigkeit während 600 sec gerührt.
    Makrovil D 7438 ist gemäss Datenblatt der Indulor Chemie GmbH, D-Ankum eine für den Textilbereich entwickelte nachvernetzende Polyacrylatdispersion. Sie weist einen Feststoffgehalt (DIN 53189) von ca. 50 % in wässriger Lösung, eine Viskosität bei 25°C (DIN 53019-1) von < 150 mPa·s, einen pH-Wert von 4.5 +/- 1.5, eine Mindestfilmbildetemperatur (DIN 53787) von ca. 16°C und eine anionische lonogenität auf. Anwendungsbereiche sind gemäss Datenblatt Verwendungen als Bindemittel zur Verfestigung von Faservliesen oder zur Beschichtung und Imprägnierung von Geweben, insbesondere Glasgittergeweben für Armierungen. Makrovil D 7438 zeichnet sich durch einen klaren und klebfreien Film mit einer sehr guten Alkalibeständigkeit aus. Im vernetzten Zustand ist der Film in Wasser und den meisten organischen Lösungsmitteln unlöslich.
    Auf dem Datenblatt ist weiter angegeben, dass Makrovil D 7438 sich durch einen klaren und klebfreien Film mit einer sehr guten Alkalibeständigkeit auszeichne. Im vernetzten Zustand, d.h. nach einer thermischen Behandlung bei ca. 140 °C sei der Film in Wasser und den meisten organischen Lösungsmitteln unlöslich. Das Datenblatt geht damit davon aus, dass für die (vollständige) Vernetzung von Makrovil eine Temperatur von ca. 140 °C notwendig ist. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat sich jedoch herausgestellt, dass zumindest eine für die vorliegende Applikation ausreichende Vernetzung bereits auch schon bei wesentlich niedrigeren Temperaturen im Bereich zwischen 90 °C und 100 °C, d.h. bei Temperaturen, wie sie in der letzten Trocknungsstufe einer Papiermaschine auftreten, erreicht werden kann.
    Setacarb HG GU ist gemäss Datenblatt der Omya GmbH, Verkauf Papierindustrie, A-9722 Gummern 20, ein selektioniertes, nassvermahlenes, vordispergiertes, natürliches Calciumcarbonat (Marmor, mikrokristalline, rhomboedrische Teilchenform). Der Carbongehalt beträgt >98.5 %, die Dichte (ISO 787/10) 2.7 g/cm3, die Brechzahl 1,59 und die Härte (Mohs) 3. Die Feinheit ist charakterisiert durch einen Siebrückstand 45 µm (ISO 787/7) < 60 ppm, einen Oberen Schnitt (D98%) von 3 µm, einen mittleren Teilchendurchmesser (D50%) von 0.5 µm und einen Teilchenanteil < 1 µm von 80%. Der Feststoffgehalt beträgt 78 %, der pH-Wert (ISO 787/9) 9 und die Viskosität 800 mPas (Brookfield, Sindel Nr. 3, 100 Upm, 20°C). Hauptanwendungsgebiete sind gemäss Datenblatt Verwendungen als Deckstrichpigment für die papier- und Kartonindustrie, wobei hochglänzende Oberflächen erzielt werden können.
    Ropaque HP 543 sind kleine (0.5 µm), hohle Polystyrol-Kügelchen, welche von der Firma Rohm und Haas, hergestellt werden Sie dienen dazu, eingebettet in Beschichtungen, insbesondere deren Glanz zu erhöhen. Erhältlich sind sie in Form der einer Dispersion mit einem Feststoffgehalt von ca. 30%, einem pH-Wert zwischen 8.0 und 8.7 und einer Viskosität von 15 - 100 mPas (Brookfiled LFV Spindel 2, 60 Upm).
    Die Sperrschicht 4 wird auf dem Bäsispapier 2 mit einem Flächengewicht von 15-25 g/m2, optimalerweise mit 18 g/m2 aufgetragen. Dies in Form einer 47 %igen Dispersion.
    Auf der Papiermaschine wird zunächst in den ersten zwei Dritteln der Maschine die Papierbahn hergestellt. Im letzten Drittel findet dann die Beschichtung mit zunächst dem ersten Funktionsstrich, der Sperrschicht 4, und anschliessend der rückseitigen Anti-Curl-Schicht 5 statt. Das am Ende aufgerollte Papier wird danach auf einer Kalandriermaschine kalandriert und auf einer Streichmaschine mit einer Tintenaufnahmeschicht 3 bestrichen. Das der Beschichtungsstufe der Sperrschicht 4 zugeführte Papier ist dabei idealerweise "übertrocknet", d.h. weist einen sehr niedrigen Wassergehalt von ca. 2% auf (normalerweise weist Papier einen Wassergehalt von 5-7 % auf). Diese Massnahme führt dazu, dass das beim Streichen der Sperrschicht notwendige Trocknen zumindest zum Teil vom übertrockneten Papier übernommen werden kann, d.h. dass das Papier einen Teil des Wassers des Sperrstrichs aufsaugen kann.
    Die Sperrschicht 4 wird bei einer Badtemperatur der Sperrstrichdispersion von typischerweise 28 °C mittels einer Rolle auf das Papier aufgetragen und anschliessend mit einem gegenläufigen zylindrischen 13/90 Rakel (spiralförmige Sägezahnstruktur auf der Aussenseite des Rakelzylinders mit Winkel 90° und Kerbentiefe 0.13 mm) mit Seitenausflussbegrenzung (endseitiger Bereich des Rakelzylinders ist nicht eingekerbt sondern auf der Höhe der Spitzen der Sägezähne gehalten) der Überfluss abgerakelt. Die Seitenausflussbegrenzung ist empfehlenswert, da ansonsten Strichflüssigkeit auf die andere Seite der Papierbahn gelangen kann und so zu einem Verkleben der Bahnen untereinander oder an Walzen führen kann. Das Bad wird dabei zyklisch gereinigt, d.h. die Rückflüsse vom Rakel werden aufgefangen, durch einen (Druck-)Filter geschickt (100 µm, muss ca. alle 30 min gewechselt werden) und vor Rückführung in das Bad in einer Vakuumkammer entgast. Ohne diese Massnahmen bilden sich Klumpen aus, und Blasen führen zu einer inhomogenen Schicht auf dem Papier.
    Das beispielsweise mit einer Geschwindigkeit von 75 m/min geführte Papier wird nun in eine Trocknungsstufe geschickt, in welcher die Papierbahn von beiden Seiten mit heisser Luft einer Temperatur von 160-180 °C angeblasen wird. Die Papierbahn wird dadurch auf einem Luftkissen transportiert. Es erweist sich als vorteilhaft, den Luftstrom auf der oberen, d.h. der der Sperrschicht zugewandten Seite höher zu fahren als den unteren, z.B. in einem Flussverhältnis von 60:40. Das Papier weist in einer derartigen Trocknungsstufe eine Temperatur von ca. 90 °C auf. Der Trockner hat eine Länge von 5 m, d.h. das Papier durchläuft den Trockner typischerweise innerhalb einer Zeitspanne von 4 sec.
    Anschliessend wird das einseitig bestrichene Papier dem weiteren, rückseitigen Streichvorgang zugeführt. Es ist dabei natürlich wichtig, dass die Sperrschicht 4 vor jedem weiteren Kontakt mit einer Rolle oder Walze, d.h. idealerweise am Ende der Trocknungsstufe, bereits so trocken ist, dass kein Verkleben auftritt.
    Da die aufgetragene Sperrschicht 4 ein isolierendes Verhalten zeigt, sollte, um eine übermässige Aufladung involvierter Walzen und Rollen zu vermeiden, aber auch um die Anlagerung von Staub- und Schmutzpartikeln auf der feuchten Schicht zu verhindern, vor und ggf. auch nach dem Auftragen elektrostatisch geerdet werden.
    Das Papier wird dann rückseitig mit einer Anti-Curl-Schicht versehen, seitlich abgeschnitten um die Bahn auf der ganzen Breite homogen zu haben, und anschliessend aufgerollt. Die auf die vorbeschriebene Weise erhaltene Sperrschicht zeichnet sich durch eine hohe Glätte und durch einen hohen Glanz aus, wie sie ansonsten bei der Papierherstellung nur durch einen Vor- und einen Deckstrich erzielt werden können.
    Die Papierbahn wird dann in einer Kalandriermaschine noch kalandriert, wobei sich die Polystyrolkugeln teilweise, d.h. insbesondere im Oberflächenbereich zu Linsen deformieren. In einer Streichmaschine wird dann in einem letzten Schritt die Tintenaufnahmeschicht 3 aufgetragen, welche infolge des bereits hohen Weissegrades und Glanzes der Sperrschicht auch in transparenter Form gehalten werden kann.
    Die Sperrschicht 4 nach der Erfindung und in der Zusammensetzung wie vorstehend beschrieben zeichnet sich nun weiter dadurch aus, dass der endgültige Funktionsstrich, d.h. die Tintenaufnahmeschicht 3, an ihr sehr gut haftet, aber gleichzeitig die Klebrigkeit nicht so ausgeprägt ist, dass die Sperrschicht an Walzen oder beim aufgerollten Papier zu Problemen führt. Es stimmt mit anderen Worten die Balance zwischen der Funktionsstrichhaftung und der Anti-Block- resp. Anti-Verklebneigung des Basispapiers.
    Des weiteren ist die Sperrschicht 4 weitgehend lösungsmittel- und wasserbeständig, was im Hinblick auf die Bedruckung des Tintenstrahl-Aufzeichnungsträgers einerseits mit lösungsmittelhaltigen Dye-Tinten und andererseits mit Pigment-Tinten von grosser Bedeutung ist, da die Sperrschicht für die entsprechenden Tinten ja möglichst undurchlässig sein sollte.
    Schliesslich werden mit der angegebenen Rezeptur auch Punkte wie Helligkeit, Applikationsfähigkeit, Vergilbungsneigung, Geruch, Preis und Abdeckfähigkeit beachtet.
    Vor allem braucht es für das Vernetzen des Bindemittels keine besonderen Massnahmen wie UV-Bestrahlung oder der Zugabe von Vernetzern wie Monomeren oder dergl., vielmehr erfolgt diese quasi von selbst beim Durchlaufen der sowieso nötigen Trocknungsstufe.
    BEZEICHNUNGSLISTE
    1
    Tintenstrahl-Aufzeichnungsmaterial
    2
    Basispapier
    3
    Tintenaufnahmeschicht
    4
    Sperrschicht
    5
    Anti-Curl-Schicht

    Claims (20)

    1. Tintenstrahl-Aufzeichnungsträger (1) mit einem Basispapier (2) und einer Tintenaufnahmeschicht (3), wobei das Basispapier zur Tintenaufnahmeschicht hin mit einer Sperrschicht (4) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass als Bindemittel für die Sperrschicht eine nachvernetzende Polyacrylatdispersion verwendet ist.
    2. Tintenstrahl-Aufzeichnungsträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vernetzung der verwendeten Polyacrylat-Dispersion im wesentlichen bereits bei einer Temperatur erfolgt, wie sie eine Papierbahn auf einer Papiermaschine in der Trockenstufe eines einseitigen Strichauftrags erfährt, insbesondere bei einer Temperatur im Bereich zwischen 80°C und 95°C, insbesondere bevorzugt bei einer Temperatur im Bereich von 90 °C.
    3. Tintenstrahl-Aufzeichnungsträger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Papiertemperatur durch Anblasen der Papierbahn in der Trockenstufe mit Luft einer Temperatur im Bereich von 100 bis 240 °C, insbesondere von 160 bis 180 °C erreicht wird, wobei insbesondere bevorzugt der Belüftungsluftfluss auf der Seite des aufgetragenen Strichs höher gehalten wird als jener auf der nicht bestrichenen Seite.
    4. Tintenstrahl-Aufzeichnungsträger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vernetzung der verwendeten Polyacrylat-Dispersion im wesentlichen innerhalb einer Zeit erfolgt, wie sie eine Papierbahn auf einer Papiermaschine zum Durchlaufen der für einen Strichauftrags vorgesehenen Trockenstufe benötigt, insbesondere innerhalb einer Zeit im Bereich von 3 bis 5 sec, insbesondere bevorzugt im Bereich von 4 sec.
    5. Tintenstrahl-Aufzeichnungsträger nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Bindemittel der Sperrschicht als glanzverstärkende Komponente hohle Polystyrol-Kugeln und/oder Calciumcarbonat beigemischt sind.
    6. Tintenstrahl-Aufzeichnungsträger nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass dem Bindemittel als Weissverstärker natürliches Calciumcarbonat mit einer durchschnittlichen Teilchengrösse (D50%) von 0.5 µm, wasserhaltiges Kaolin und/oder Silikate und/oder Titanoxid beigemischt ist/sind.
    7. Tintenstrahl-Aufzeichnungsträger nach den Ansprüchen 1, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrschicht im getrockneten Zustand folgende Komponenten enthält:
      50 - 65 Gew-% Bindemittel,
      10 - 30 Gew-% glanzverstärkende Komponente
      10 - 30 Gew-% Füllstoff und weisserzeugende Komponente.
    8. Tintenstrahl-Aufzeichnungsträger nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Basispapier (2) mit Sperrschicht (4) ein Flächengewicht im Bereich von 50 bis 300 g/m2, insbesondere von 100-250 g/m2, aufweist und die Sperrschicht (4) allein ein Flächengewicht im Bereich von 15 bis 25 g/m2, insbesondere bevorzugt von 17 bis 19 g/m2, aufweist.
    9. Tintenstrahl-Aufzeichnungsträger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der der Sperrschicht (4) abgewandten Seite des Basispapiers (2) eine weitere Funktionsschicht (5), insbesondere bevorzugt eine Anti-Curl-Schicht angeordnet ist.
    10. Tintenstrahl-Aufzeichnungsträger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tintenaufnahmeschicht (3) transparent ist.
    11. Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahl-Aufzeichnungsträgers nach einem der Ansprüche 1 - 10 mit einem Basispapier (2) und einer Tintenaufnahmeschicht (3), wobei das Basispapier zur Tintenaufnahmeschicht (3) hin mit einer Sperrschicht (4) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Basispapier (2) auf einer Papiermaschine hergestellt und die Sperrschicht (4) auf dieser Papiermaschine on-line auf das Basispapier (2) aufgestrichen wird und wobei als Bindemittel für die Sperrschicht (4) eine nachvernetzende Polyacrylatdispersion verwendet wird.
    12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Polyacrylatdispersion bei einer Temperatur im Bereich von 24 bis 32°C, insbesondere bevorzugt bei 28°C, aufgetragen wird, und dass insbesondere bevorzugt das dabei zugeführte Papier einen Wassergehalt unterhalb von 5%, insbesondere im Bereich von 2 bis 3% aufweist.
    13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Basispapier (2) mit dem Sperrschichtstrich (4) in der Trocknungsstufe der Papiermaschine auf eine Temperatur im Bereich von 80 bis 95 °C, insbesondere im Bereich von 95 °C, gebracht wird, wobei bevorzugterweise diese Papiertemperatur durch Anblasen der Papierbahn in der Trockenstufe mit Luft einer Temperatur im Bereich von 100 bis 240 °C, insbesondere von 160 bis 180 °C erreicht wird, wobei insbesondere bevorzugt der Belüftungsluftfluss auf der Seite des aufgetragenen Strichs höher gehalten wird als jener auf der nicht bestrichenen Seite
    14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 - 13, dadurch gekennzeichnet, dass dem Bindemittel der Sperrschicht als glanzverstärkende Komponente hohle Polystyrol-Kugeln und/oder Calciumcarbonat beigemischt sind.
    15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 - 14, dadurch gekennzeichnet, dass dem Bindemittel als Weissverstärker natürliches Calciumcarbonat mit einer durchschnittlichen Teilchengrösse (D50%) von 0.5 µm wasserhaltiges Kaolin und/oder Silikate und/oder Titanoxid beigemischt ist/sind.
    16. Verfahren nach den Ansprüchen 11, 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrschicht im trockenen Zustand folgende Komponenten enthält:
      50 - 65 Gew-% Bindemittel,
      10 - 30 Gew-% glanzverstärkende Komponenten,
      10 - 30 Gew-% Füllstoff und weisserzeugende Komponente.
    17. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 - 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Basispapier (2) mit Sperrschicht (4) mit einem Flächengewicht im Bereich von 50 bis 300 g/m2, insbesondere von 100-250 g/m2, hergestellt wird und die Sperrschicht (4) allein mit einem Flächengewicht (trocken) im Bereich von 15 bis 25 g/m2, insbesondere bevorzugt von 17 bis 19 g/m2, auf das Basispapier (2) aufgestrichen wird.
    18. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 - 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Sperrschichtstrich (4) abgerakelt wird und dass zum Abrakeln ein Rakel mit Seitenflussbegrenzung verwendet wird.
    19. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 - 18, dadurch gekennzeichnet, dass das das mit der Sperrschicht (4) und gegebenenfalls auf der der Sperrschicht (4) abgewandten Seite des Basispapiers (2) mit einer weiteren Funktionsschicht (5), insbesondere bevorzugt einer Anti-Curl-Schicht, bestrichene Basispapier kalandriert wird.
    20. Verfahren nach den Ansprüchen 14 und 19, dadurch gekennzeichnet, dass die hohlen Polystyrolkugeln beim Kalandrieren zu dünnen Linsen verformt werden.
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