EP3762542A1 - Oberflächenleimungsmittel für ein papiererzeugnis, seine verwendung, papiererzeugnis und verfahren zum beschichten eines papiererzeugnisses - Google Patents

Oberflächenleimungsmittel für ein papiererzeugnis, seine verwendung, papiererzeugnis und verfahren zum beschichten eines papiererzeugnisses

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EP3762542A1
EP3762542A1 EP19711499.4A EP19711499A EP3762542A1 EP 3762542 A1 EP3762542 A1 EP 3762542A1 EP 19711499 A EP19711499 A EP 19711499A EP 3762542 A1 EP3762542 A1 EP 3762542A1
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EP
European Patent Office
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surface sizing
sizing agent
acrylic acid
mass
paper product
Prior art date
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Pending
Application number
EP19711499.4A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Bernhard Wiedner
Rudolf Seidler
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Giesecke and Devrient Currency Technology GmbH
Original Assignee
Giesecke and Devrient Currency Technology GmbH
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Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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Definitions

  • the invention relates to a surface sizing agent for a Toileter Weg- nis, a paper product, which is particularly designed as a banknote paper, and which comprises the surface sizing agent.
  • the invention also relates to a use of the surface sizing agent and a method for coating a paper he certificate.
  • a paper product which is used in particular as a security paper having one or more layers and / or security elements, which are arranged in or on one or at one of the layers o- or in or at several layers is to reduce the capillarity, that is, to close the pores of the paper product, and to fix fillers contained in the paper product and thus prevent dusting thereof, provide the surface of the paper product with a sizing, a so-called surface sizing.
  • the surface sizing in addition to the above-mentioned functions, also has the property of refining the paper product, whereby the strength properties of the paper test certificate, such as e.g. its pick resistance and wet rub resistance.
  • a good surface sizing is also intended to improve the printability of the paper product, for example in a subsequent printing and finishing process.
  • sizing agents are known on a different basis from the prior art. For the most part, the surface sizing agents contain polymeric compounds, since these bind the pores of paper and paper close very well.
  • DE 4040347 C2 discloses a process for sizing cotton-based or linen-based paper or based on a paper made of other vegetable fibers, using a lubricant containing a low-viscosity polyvinyl alcohol. Furthermore, carboxymethylcellulose (CMC), starch or alginates may be added to the sizing agent.
  • CMC carboxymethylcellulose
  • a disadvantage of sizing agents based on polyvinyl alcohol is their property of enclosing fibrous materials. The fiber materials are thus no longer accessible to the printing ink in a subsequent dyeing process, for example in a printing process.
  • DE 000003742330 A1 discloses an anionic surface sizing agent for paper in the form of an aqueous colloidal solution of a salt of a copolymer consisting of (meth) acrylic acid, (meth) acrylic ester of a C 10 to C 22 fatty alcohol, styrene, N, N Dimethylaminoethyl acrylate or methacrylate, methyl (meth) acrylate and isobutyl (meth) acrylate is known. Due to the high proportion of acrylic acid-based monomers, this surface sizing agent forms a good surface film on paper. However, the porosity of a paper coated with the surface sizing agent is not sufficiently reduced.
  • DE 000003731434 A1 discloses surface sizing agents for paper and paper-like materials which comprise aqueous or aqueous-alcoholic alkali, amine or ammonium salt solutions of copolymers of maleic anhydride and diisobutylene and optionally one or more vinyl monomers. These surface sizing agents also do not have sufficient pore-closing properties, so that the same disadvantages as disclosed above for DE 000003742330 A1 result.
  • the object of the present invention is to provide a surface sizing agent which fills the capillaries of paper or paper products and thereby preserves or improves the printability of the paper or paper product.
  • a further object of the present invention is to specify a paper product which is distinguished by very good resistance, high strength and good printability.
  • a further object of the present invention is to provide a method for coating a paper product which is simple to implement without great technical complexity, fills the capillaries of the paper product and thus printing the paper product to produce a permanently stable color film, or generally a finishing film, allows.
  • the invention provides a surface sizing agent for a paper product comprising at least one polyvinyl alcohol, a dispersion comprising at least one acrylic acid-based polymer and / or at least one acrylic acid-based copolymer, at least one crosslinking agent for the acrylic acid-based polymer and / or or acrylic acid-based copolymer and at least one solvent.
  • a surface sizing agent is understood as meaning a preparation which has substantially no color-giving properties and therefore contains as far as possible no pigments and / or fillers such as are customary for conventional paper-based coating compositions.
  • the surface sizing according to the invention preferably does not comprise any pigments and / or fillers.
  • Commercially available coating compositions are due to their composition, which has just a high proportion of pigments and fillers, not suitable to fill the pores of a paper product, or to reduce the capillarity of the paper product, while improving the printability. Rather, the coating compositions are present on the surface of the paper product without effecting substantial anchoring in the pores of the paper.
  • the surface sizing agent according to the invention is in the form of a dispersion.
  • the surface sizing agent according to the invention is used for surface sizing for paper products, in particular for papers, and among these, for example, security paper, such as banknote paper and the like, which contain fibers and in particular contain cellulose-based fibers, and contains at least one polyvinyl alcohol.
  • security paper such as banknote paper and the like
  • the polyvinyl alcohol is not substantially limited.
  • polyvinyl alcohol is understood to mean that one or more polyvinyl alcohols may be present, the polyvinyl alcohols being, for example, in their chemical structure, such as their chain length, or in one or more physical properties, such as For example, if several polyvinyl alcohols are used, the specified requirements and properties apply to each individual polyvinyl alcohol contained in the surface sizing agent according to the invention.
  • Suitable polyvinyl alcohols are, for example, the products Kuraray Poval 10-98, Kuraray Poval 28-99, Kuraray Poval 23-88, Kuraray Poval 26-88, Kuraray Poval 32-88, Kuraray Poval 40-88, Kuraray Poval 47-88, Kuraray Poval 23-95 from Kuraray, Jp.
  • the surface sizing agent according to the invention contains a dispersion comprising at least one polymer based on acrylic acid and / or at least one acrylic acid-based copolymer. In the simplest case, this may be an acrylic acid polymer or a methacrylic acid polymer, ie a homopolymer of (meth) acrylic acid.
  • the surface sizing agent according to the invention may also comprise at least one acrylic acid-based copolymer. This means that in addition to (meth) acrylic acid units, a further monomer unit or several further monomer units are seen before, for example, for hydrophobing of the copolymer.
  • the term "at least one acrylic acid-based polymer and / or at least one acrylic acid-based copolymer" analogously applies to those already cited for the at least one polyvinyl alcohol: it may contain an acrylic acid-based polymer or an acrylic acid-based copolymer; a plurality of acrylic acid-based polymers may be included, or may include a plurality of acrylic acid-based copolymers or mixtures of one or more acrylic acid-based polymers with one or more acrylic-based copolymers may be included in the surface sizing agent of the present invention fulfill the properties or functions described herein.
  • the acrylic acid-based polymer and / or the acrylic acid-based copolymer enables formation of a network on the surface of the paper product as well as with the polyvinyl alcohol.
  • a polymer network is formed, which allows a fixation of the polymer mixture on the paper product.
  • an interpenetrating network is formed between the polyvinyl alcohol and the acrylic acid-based polymer and / or the copolymer based on acrylic acid, by means of which a good fixation of the polymers on the paper product and thus a high degree of filling of the pores and capillaries of the polymer Paper product can be provided.
  • the at least one acrylic acid-based polymer and / or the acrylic acid-based copolymer also prevents the fibers of the paper product from being surrounded by the polyvinyl alcohol owing to its crosslinking and penetration of the polyvinyl alcohol network, so that in addition to high strength of the paper product a good and lasting printability of the same is obtained.
  • the crosslinking agent provided for crosslinking serves mainly to crosslink the acrylic acid-based polymer and / or acrylic acid-based copolymer. In other words, this means that the crosslinking agent reacts in particular with the carboxyl groups of the acrylic acid-based polymer and / or the acrylic acid-based copolymer.
  • the applied layer (color layer or in general: Finishing layer) is characterized by a durable resistance on the paper product. This also improves the washing resistance and wet creasing properties of the processed paper product.
  • the surface sizing agent according to the invention is therefore distinguished on the one hand by very good pores and capillaries-occluding properties and on the other hand enables a very good and permanent printability of a paper product treated with the surface sizing agent while at the same time providing good strength and service properties of the treated paper product.
  • the Oberflä chenschleinungsmittel invention thus also provides a good primer for printing inks and other applications, which opens up diverse fürsdorfkei th.
  • the printing of paper, which he is equipped with the inventive surface sizing by means of engraving printing method leads to significantly reduced color bursts in the end result at the same time reduced and thus paper gentle contact pressure.
  • the polyvinyl alcohol has a degree of saponification of at least 97 mol% and more preferably of at least 98 mol%.
  • a further improvement of the capillary and pore-sealing properties can be obtained by a particularly suitable viscosity of the polyvinyl alcohol.
  • a particularly suitable viscosity of the polyvinyl alcohol thus has a 4% aqueous solution of polyvinyl alcohol at 20 ° C, a viscosity measured according to DIN 53015 2001: 2, in a range of 5 bis 35 mPa s and preferably from 9 to 30 mPa s, on. If the viscosity of the polyvinyl alcohol is below 35 mPa s, the flowability of the surface sizing agent present as a dispersion can be improved, which is conducive to capillary action. Above 35 mPa s, the dispersibility of the polyvinyl alcohol can be reduced.
  • the polyvinyl alcohol then tends to precipitate out of the dispersion as a colloidal phase.
  • a viscosity of at most 35 mPa.s is therefore preferred. If the viscosity is below 5 mPa s, the handling of the surface sizing agent may be deteriorated. Eventually, the penetration capacity of the surface sizing agent into the pores and capillaries of a paper will be increased, but in the processing of the top sizing agent it could also result in dripping or runoff from the site of application with reduced pores and capillaries. In light of the advantages and disadvantages to be weighed, therefore, a viscosity of the polyvinyl alcohol in a range of 9 to 30 mPa ⁇ s is particularly advantageous.
  • the property of closing capillaries and pores of a paper product increases with the content of polyvinyl alcohol in the heatlei mungsmittel. At too high levels, however, a negative Ef effect of the enclosure of the fiber material of the paper product may occur, whereby the printability of the paper product, in particular with ink, is reduced.
  • the viscosity of the surface sizing agent is increased by higher levels of Polyvi nylalkohol, which, as stated above, for example, may deteriorate the storage stability of surgicalnleimungsmit means.
  • the total mass of polyvinyl alcohol, based on the total mass of the surface sizing agent is 1.5 to 6% by weight.
  • Particularly advantageous is the total mass of the polyvinyl alcohol 2.5 to 3.5% by mass, whereby a particularly good dispersion gability of the polyvinyl alcohol with at the same time very good flow properties and thus very good pores and capillaries filling properties can be obtained.
  • the acrylic acid-based polymer and / or the acrylic acid-based copolymer is a hydrophobized polymer and / or copolymer.
  • Acrylic acid-based copolymers which comprise acrylate units and styrene units have proven to be particularly suitable.
  • the copolymerization with styrene units also has the advantage that a very close meshed network of the crosslinked acrylic acid-based copolymer can be obtained, whereby the polyvinyl alcohol further contained in the surface sizing agent is particularly efficient at encasing the fiber materials due to the interpenetrating polymer network formation Surface size treated paper product is gehin changed.
  • acrylic acid monomers which also includes methacrylic acid monomers
  • styrenic monomers allows for a very smooth and scratch-resistant film formation on the application surface, which is also characterized by a certain elasticity, whereby a cracking in the polymer film can be prevented.
  • the total amount of dispersion comprising at least one acrylic acid-based polymer and / or at least one acrylic acid-based copolymer, based on the total mass of the surface sizing agent, 2 to 7% by mass and in particular 3 to 5.5% by mass .
  • Levels of acrylic acid based polymer and / or acrylic acid based copolymer of less than 2% by weight may in some cases be insufficient to form an interpenetrating polymer network.
  • contents of more than 7% by weight may adversely affect the dispersibility of the acrylic acid-based polymer and / or acrylic acid-based copolymer.
  • Particularly suitable amounts of acrylic acid-based polymer and / or acrylic acid-based copolymer are therefore in a range of 3 to 5.5% by weight.
  • the dispersion comprising at least one acrylic acid-based polymer and / or at least one acrylic acid-based copolymer preferably comprises 20-60% solids, more preferably 50% solids per mole of acrylic acid-based polymer and / or acrylic acid-based copolymer.
  • Acronal 310 S from BASF is preferably suitable as the dispersion.
  • a particularly good and stable crosslinking of the acrylic acid-based polymer and / or acrylic acid-based copolymer is possible in particular when the crosslinking agent reacts with the carboxyl groups of the polymer or copolymer.
  • Crosslinking agents which are selected from the group consisting of: aziridines, carbodiimides and polyisocyanates have proven particularly advantageous in this sense.
  • the crosslinking agents can be used individually or in combination, and in any desired mixing ratios.
  • Carbodiimides are particularly preferred here because of their good availability and very good dispersibility.
  • a particularly good and close-meshed crosslinking can advantageously be achieved by the total mass of crosslinking agent, based on the total mass of the acrylic acid-based polymer and / or copolymer, being from 5 to 20% by mass and in particular from 8 to 15% by mass.
  • a high degree of crosslinking coupled with very good dispersibility and thus also high stability of the surface sizing agent during storage is furthermore possible by the advantageous embodiment in which the total amount of crosslinking agent, based on the total mass of the surface sizing agent, is 0.5 to 2% by mass. and in particular 0.8 to 1.2 mass% be contributes.
  • a particularly balanced property profile of pore and capillary closing properties on the one hand and high printability on the other hand with simultaneously high dispersion stability of the surface sizing agent can preferably be achieved by a mass ratio of the polyvinyl alcohol to the dispersion comprising at least one on acrylic acid based polymer and / or at least one acrylic acid-based copolymer greater than 1 and in particular greater than 1.2.
  • the solvent is preferably water. Further, in particular with water at room temperature freely miscible solvents can be added. These include, in particular, low molecular weight alcohols such as ethanol and propanol, but also ethylene glycols and propylene glycols. For the above reasons, water is preferably contained as the sole solvent.
  • the total mass of solvent is 75 to 95% by mass.
  • the lower the content of solvent the higher the risk of settling or blocking of the polymers of the surface-conducting agent, for example during storage of the surface-conducting agent.
  • contents of solvents of more than 95% by weight may lead to the outflow of the surface sizing agent from the site of application and are therefore less preferred.
  • Particularly advantageous in the light of a very good dispersibility of the surface sizing with very good pores and capillaries filling properties is the Ge total mass of solvent 80 to 90% by mass.
  • the surface sizing agent preferably further contains at least one plasticizer.
  • plasticizers are smaller molecules which integrate into the polymer network or intervene between the polymer chains.
  • Plasticizers which are selected from polyalcohols, in particular glycerin, have proven to be particularly suitable.
  • neopentyl alcohol, trimethylolpropane, ethylene glycol, di- and triethylene glycol and polyethylene glycol are preferably used.
  • the Bezier availability of a treated with the surface sizing agent Textiler- product not adversely affect, as well as to achieve sufficient de strength of treated with the surface sizing paper product is advantageously the total mass of plasticizer, based on the total mass of heatleimungsmit means, 0.5 to 10 mass% and in particular 1.5 to 5 mass%.
  • the surface sizing agent is characterized by very good pores and capillaries of fibrous paper products filling properties and also by a very good printability or processability by means of other applications.
  • the total mass of fillers and pigments is less than 3% by weight and in particular less than 0.5% by weight.
  • the heatnlei tion contains no fillers and / or pigments.
  • the paper product is provided with the surface-conducting agent described above, which means that at least a part of a surface of the paper product is finished with the surface sizing agent. is equipped.
  • the paper product is completely, ie on both sides of the paper product, equipped with the surface sizing agent.
  • the paper product is impregnated with surface sizing
  • the paper product can be any paper, in particular security paper, such as banknotes and the like
  • a fiber-containing material is used, cellulose fibers, in particular cotton fibers, being used as the preferred fibers, the paper product having good strength due to the coating of the paper product with the surface sizing agent, and the pores and capillaries of the paper product being filled so that substantially no pores or capillaries are exposed on the surface of the paper product.
  • the paper product according to the invention preferably has is an air permeability of 10 to 35 ml / min.
  • the paper product is characterized by a flat surface with good surface strength, which can serve as a very good primer for an applied printing ink or finishing layer.
  • the printability of the paper product for example, by means of color printing, or the application ability of a finishing layer is improved due to the formed in or on the Textiler certificate interpenetrating polymer network of Polyvi nylalkoholketten and chains of the acrylic acid-based polymer and copolymer
  • a paint to be applied or other finishing preparation can be applied to the fibers of the paper product and anchored there permanently, but does not spread in any pores or capillaries, which are substantially filled with polyvinyl alcohol, so that, for example, color contours can be formed sharply. NEN.
  • from the at least one based on acrylic acid polymer and / or based on acrylic acid based on part of the interpenetrating polymer network also prevents washing off the applied paint and / or finishing preparation.
  • the advantages, advantageous properties and embodiments of the paper product according to the invention reference is additionally made to the statements on the surface sizing agent according to the invention.
  • the advantages, advantageous effects and developments of the surface sizing agent according to the invention also find application to the paper product according to the invention.
  • a method for coating a paper certificate comprises a step of contacting a surface of a paper product with a surface sizing agent as disclosed above.
  • the surface sizing agent can be applied only partially or vollflä chig on one or more surfaces of the paper product.
  • the method of applying the surface sizing agent is not limited.
  • the paper product can be soaked with the surface sizing agent, or else the surface sizing agent is brushed or sprayed onto the desired application area.
  • the paper product is impregnated with the surface sizing. This is followed by drying and crosslinking of the upper surface sizing agent, possibly under the action of heat.
  • the crosslinking is based in particular on the formation of a polymer network of the acrylic acid-based polymer and / or of the acrylic acid-based polymer Copolymer with the crosslinking agent contained in the surface sizing agent.
  • the method can be used to produce a paper product coated with surface sizing agent, which is distinguished by high strength, closed pores and capillaries and very good printability, for example in a color printing process or finishing process.
  • the process is simple, without high technical complexity and thus cost feasible.
  • the PVA used was Poval 10/98, available from Kuraray, Jp. was produced.
  • As the crosslinking agent a carbodiimide-based crosslinking agent of the manufacturer Stahl, Holland (Permutex XR-5577) was used.
  • Glycerol acts as a plasticizer.
  • urea can also be added. Water served as the sole solvent.
  • the chemical composition of the surface sizing agent could be analyzed by means of FT-IR spectroscopy, whereby essentially bands of the carbonyl groups of the acrylic acid-based copolymer and bands of the OH groups of the polyvinyl alcohol were apparent.
  • the surface sizing agent prepared in Example 1 was used to coat both sides of a paper (made by means of a circular sieve made of 100% cotton fibers, basis weight 85 to 95 g / m 2 ).
  • the processing of the surface sizing agent was unproblematic and the application even without dripping noses.
  • the Oberflä chenleimungsmittels a low porosity level of the paper he could be targeted. In other words, the pores and capillaries of the piers were closed.
  • the paper was characterized by a very good Fes activity in the double fold test and in terms of an acting breaking load, which also showed a very good surface strength.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Oberflächenleimungsmittel für ein Papiererzeugnis enthaltend: - mindestens einen Polyvinylalkohol, - eine Dispersion umfassend mindestens ein auf Acrylsäure basierendes Polymer und/ oder mindestens ein auf Acrylsäure basierendes Copolymer, - mindestens ein Vernetzungsmittel für das auf Acrylsäure basierende Polymer und/ oder auf Acrylsäure basierende Copolymer und - mindestens ein Lösungsmittel.

Description

Oberflächenleimungsmittel für ein Papiererzeugnis, seine Verwendung, Pa piererzeugnis und Verfahren zum Beschichten eines Papier er Zeugnisses
Die Erfindung betrifft ein Oberflächenleimungsmittel für ein Papiererzeug- nis, ein Papiererzeugnis, das insbesondere als Banknotenpapier ausgebildet ist, und das das Oberflächenleimungsmittel umfasst. Darüber hinaus betrifft die Erfindung auch eine Verwendung des Oberflächenleimungsmittels sowie ein Verfahren zum Beschichten eines Papier er Zeugnisses.
Bei der Herstellung eines Papiererzeugnisses, das insbesondere als Sicher heitspapier verwendet wird, das eine oder mehrere Lagen und/ oder Sicher- heitselemente aufweist, die in oder an der einen oder an einer der Lagen o- der in oder an mehreren Lagen angeordnet sind, wird, zur Verminderung der Kapillarität, also zum Verschließen der Poren des Papiererzeugnisses, und um im Papiererzeugnis enthaltene Füllstoffe zu fixieren und damit ein Stauben derselben zu verhindern, die Oberfläche des Papiererzeugnisses mit einer Leimung versehen, einer sogenannten Oberflächenleimung. Die Ober flächenleimung hat neben den oben erwähnten Funktionen auch die Eigen- schaft das Papier er zeugnis zu veredeln, wodurch die Festigkeitseigenschaf ten des Papierer Zeugnisses, wie z.B. seine Rupffestigkeit und seine Nassab riebfestigkeit, verbessert werden. Eine gute Oberflächenleimung ist ferner dazu vorgesehen, die Bedruckbarkeit des Papiererzeugnisses, beispielsweise in einem nachfolgenden Druck- und Veredelungsprozess, zu verbessern.
Aus dem Stand der Technik sind Öberflächenleimungsmittel auf unter- schiedlicher Basis bekannt. Zumeist enthalten die Oberflächenleimungsmit tel polymere Verbindungen, da diese die Poren von Papier und Papierer- zeugnissen sehr gut verschließen. Aus DE 4040347 C2 ist ein Verfahren zur Leimung von Papier auf Baumwoll- oder Leinenbasis oder auf Basis eines Papiers aus anderen pflanzlichen Fasern, unter Verwendung eines Lei- mungsmittels, das einen niedrigviskosen Polyvinylalkohol enthält, bekannt. Des Weiteren können dem Leimungsmittel Carboxymethylcellulose (CMC), Stärke oder Alginate zugesetzt werden. Nachteilig an auf Polyvinylalkohol basierenden Leimungsmitteln ist deren Eigenschaft, Faser aterialien zu um- schließen. Die Faser materialien sind somit in einem nachfolgenden farbge- benden Prozess, beispielsweise in einem Druckverfahren, der Druckfarbe nicht mehr zugänglich. Dies bedeutet, dass die Druckfarbe nicht mehr aus- r eichend auf den Fasermaterialien verankert werden kann. Hierdurch wer den die Beständigkeit (Farbbeständigkeit) des bedruckten Papiers, wie insbe- sondere seine Waschbeständigkeit, und daneben auch die Nassknittereigen- schaften verschlechtert. Die Farben lösen sich bereits unter üblichen Ge- brauchsbedingungen, wie z.B. bei hoher Luftfeuchtigkeit oder bei Regen, ab. Auch durch die zugesetzten Alginate, Stärke und CMC können diese Nach- teile nicht vollständig überwunden werden.
Aus DE 000003742330 Al ist ein anionisches Oberflächenleimungsmittel für Papier in Form einer wässrigen kolloidalen Lösung eines Salzes eines Copo- lymers, das aus (Meth)- Acrylsäure, (Meth)- Acrylsäureester eines C 10 bis C 22 Fettalkohols, Styrol, N,N-Dimethylaminoethylacrylat oder -methacrylat, Methyl-(meth)-acrylat und Isobutyl-(meth)-acrylat besteht, bekannt. Durch den hohen Anteil an auf Acrylsäure basierenden Monomeren bildet dieses Oberflächenleimungsmittel einen guten Oberflächenfilm auf Papier. Aller- dings wird die Porosität eines mit dem Oberflächenleimungsmittel beschich- teten Papiers nicht ausreichend vermindert. Somit werden weder ausrei chend hohe Festigkeiten des Papiers erzielt noch im Papier enthaltene Füll stoffe effizient an einem Sich- Ablösen, dem sogenannten Stauben, gehindert. DE 000003731434 Al offenbart Oberflächenleimungsmittel für Papier und papierähnliche Materialien, die wässrige oder wässrig-alkoholische Alkali-, Amin- oder Ammoniumsalzlösungen von Copolymerisaten aus Maleinsäu- reanhydrid und Diisobutylen und gegebenenfalls einem oder mehreren Vi nylmonomeren enthalten. Auch diese Oberflächenleimungsmittel weisen keine ausreichenden porenschließenden Eigenschaften auf, so dass sich die- selben Nachteile, wie bereits vorstehend für DE 000003742330 Al offenbart, ergeben.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Oberflächenleimungsmittel bereitzustellen, das die Kapillaren von Papier bzw. Papiererzeugnissen füllt und dabei die Bedruckbarkeit des Papiers oder Papiererzeugnisses erhält bzw. verbessert.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es auch, ein Papiererzeugnis anzu- geben, das sich durch eine sehr gute Beständigkeit, eine hohe Festigkeit und eine gute Bedruckbarkeit auszeichnet. Ferner ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Beschichten eines Papiererzeugnisses anzugeben, das einfach, ohne hohen technischen Aufwand umsetzbar ist, die Kapillaren des Papiererzeugnisses füllt und damit ein Bedrucken des Papiererzeugnisses unter Erzeugung eines dauerhaft stabilen Farbfilms, oder allgemein eines Veredelungsfilms, ermög- licht.
Die Aufgaben werden gelöst durch das Oberflächenleimungsmittel, das Pa piererzeugnis und das Verfahren zum Beschichten eines Papier er Zeugnisses wie in den jeweiligen unabhängigen Ansprüchen angegeben. Spezielle Aus- führungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen An- sprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß wird ein Oberflächenleimungsmittel für ein Papierer- zeugnis bereitgestellt, das mindestens einen Polyvinylalkohol, eine Dispersi- on umfassend mindestens ein auf Acrylsäure basierendes Polymer und/ oder mindestens ein auf Acrylsäure basierendes Copolymer, mindes- tens ein Vernetzungsmittel für das auf Acrylsäure basierende Polymer und/ oder auf Acrylsäure basierende Copolymer und mindestens ein Lö- sungsmittel enthält.
Unter einem Oberflächenleimungsmittel wird im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Zubereitung verstanden, die im Wesentlichen keine farbge- benden Eigenschaften aufweist und damit weitestgehend keine Pigmente und/ oder Füllstoffe enthält, wie sie für herkömmliche Streichmittel für Pa pier üblich sind. Vorzugsweise umfasst die erfindungsgemäße Oberflächen- leimung keine Pigmente und/ oder Füllstoffe. Handelsübliche Streichmittel sind aufgrund ihrer Zusammensetzung, die eben einen hohen Anteil an Pigmenten und Füllstoffen auf weist, nicht dazu geeignet, die Poren eines Papiererzeugnisses zu füllen, bzw. die Kapillarität des Papiererzeugnisses zu vermindern und gleichzeitig die Bedruckbarkeit zu verbessern. Vielmehr liegen die Streichmassen auf der Oberfläche des Papiererzeugnisses vor, oh- ne eine wesentliche Verankerung in den Poren des Papier er Zeugnisses zu bewirken.
Das erfindungsgemäße Oberflächenleimungsmittel liegt in Form einer Dis persion vor. Das erfindungsgemäße Oberflächenleimungsmittel wird zur Oberflächen- leimung für Papiererzeugnisse, also insbesondere für Papiere, und hierunter z.B. Sicherheitspapier, wie Banknotenpapier und dergleichen, verwendet, die faserhaltig sind und insbesondere Cellulose basierende Fasern enthalten, und enthält mindestens einen Polyvinylalkohol. Der Polyvinylalkohol ist im Wesentlichen nicht beschränkt. Unter dem Begriff„mindestens ein Polyvi- nylalkohol" wird verstanden, dass ein oder mehrere Polyvinylalkohole ent- halten sein können, wobei sich die Polyvinylalkohole z.B. in ihrer chemi- schen Struktur, wie beispielsweise ihrer Kettenlänge, oder in einer oder mehreren physikalischen Eigenschaften, wie z.B. ihrer Viskosität, ihren ad häsiven Eigenschaften oder ihrer Löslichkeit, unterscheiden können. Sofern mehrere Polyvinylalkohole verwendet werden, gelten die angegebenen An forderungen und Eigenschaften für jeden einzelnen in dem erfindungsge- mäßen Oberflächenleimungsmittel enthaltenen Polyvinylalkohol.
Ohne an die Theorie gebunden zu sein wird angenommen, dass bei Kontakt des Polyvinylalkohols mit der Oberfläche des Papiererzeugnisses der Po- lyvinylalkohol in die Poren und Kapillaren des Papiererzeugnisses eindringt und diese füllt und somit verschließt. Hierdurch wird eine mehr oder weni- ger geschlossene Oberfläche des Papiererzeugnisses erzielt, wodurch im Pa piererzeugnis enthaltene Füllstoffe am Stauben gehindert werden und eine gewisse Grundfestigkeit des Papiererzeugnisses erzielt wird. Insbesondere wird dadurch die Porosität des Papiererzeugnisses gesenkt. Als Polyvinylalkohole eignen sich z.B. die Produkte Kuraray Poval 10-98, Kuraray Poval 28-99, Kuraray Poval 23-88, Kuraray Poval 26-88, Kuraray Poval 32-88, Kuraray Poval 40-88, Kuraray Poval 47-88, Kuraray Poval 23-95 von Kuraray, Jp. Als weiteren wesentlichen Bestandteil enthält das erfindungsgemäße Ober- flächenleimungsmittel eine Dispersion umfassend mindestens ein auf Acryl- säure basierendes Polymer und/ oder mindestens ein auf Acrylsäure basie- rendes Copolymer. Im einfachsten Fall kann es sich hierbei um ein Acrylsäu- repolymer oder ein Methacrylsäurepolymer, also ein Homopolymer der (Meth) Acrylsäure, handeln. Zur Modifizierung der für das Oberflächenlei- mungsmittel gewünschten Eigenschaften, kann das erfindungsgemäße Ober- flächenleimungsmittel aber auch mindestens ein auf Acrylsäure basierendes Copolymer enthalten. Dies bedeutet, dass neben (Meth) Acrylsäureeinheiten eine weitere Monomereinheit oder mehrere weitere Monomereinheiten vor gesehen sind, beispielsweise zur Hydrophobierung des Copolymers. Hierbei gilt für den Begriff„mindestens ein auf Acrylsäure basierendes Polymer und/ oder mindestens ein auf Acrylsäure basierendes Copolymer" analog das bereits für den mindestens einen Polyvinylalkohol Angeführte: es kann ein auf Acrylsäure basierendes Polymer oder ein auf Acrylsäure basierendes Copolymer enthalten sein, es können mehrere auf Acrylsäure basierende Polymere enthalten sein, es können auch mehrere auf Acrylsäure basierende Copolymere enthalten sein oder es können Mischungen eines oder mehrerer auf Acrylsäure basierender Polymere mit einem oder mehreren auf Acryl- säure basierenden Copolymeren in dem erfindungsgemäßen Oberflächen- leimungsmittel enthalten sein, die jeweils die hierin beschriebenen Eigen- schaften bzw. Funktionen erfüllen.
Ohne an die Theorie gebunden zu sein wird insbesondere angenommen, dass das auf Acrylsäure basierende Polymer und/ oder das auf Acrylsäure basierende Copolymer die Ausbildung eines Netzwerks auf der Oberfläche des Papiererzeugnisses sowie mit dem Polyvinylalkohol ermöglicht. Unter Verwendung des mindestens einen Vernetzungsmittels für das auf Acryl- säure basierende Polymer und/ oder das auf Acrylsäure basierende Copoly- mer, wird ein Polymernetzwerk ausgebildet, das eine Fixierung der Poly- mermischung auf dem Papiererzeugnis ermöglicht. Vielmehr bildet sich zwischen dem Polyvinylalkohol und dem auf Acrylsäure basierenden Poly- mer und/ oder das auf Acrylsäure basierende Copolymer ein interpenetrie- rendes Netzwerk aus, durch das eine gute Fixierung der Polymere am Pa- piererzeugnis und damit ein hoher Füllgrad der Poren und Kapillaren des Papiererzeugnisses bereitgestellt werden kann. Das mindestens eine auf Ac- rylsäure basierende Polymer und/ oder das auf Acrylsäure basierende Copo- lymer verhindert zudem aufgrund seiner Vernetzung und Penetration des Polyvinylalkoholnetzes auch ein Umschließen der Fasern des Papiererzeug- nisses durch den Polyvinylalkohol, so dass neben einer hohen Festigkeit des Papiererzeugnisses auch eine gute und dauerhafte Bedruckbarkeit desselben erhalten wird.
Das zur Vernetzung vorgesehene Vernetzungsmittel dient dabei hauptsäch lich der Vernetzung des auf Acrylsäure basierenden Polymers und/ oder auf Acrylsäure basierenden Copolymers. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass das Vernetzungsmittel insbesondere mit den Carboxylgruppen des auf Acrylsäure basierenden Polymers und/ oder das auf Acrylsäure basierende Copolymers reagiert.
Durch die Vernetzung des mindestens einen auf Acrylsäure basierenden Po- lymers und/ oder des mindestens auf Acrylsäure basierende Copolymers und das sich dabei ausbildende interpenetrierende Polymernetzwerk aus Polyvinylalkoholketten und Ketten des auf Acrylsäure basierenden Poly- mers und/ oder das auf Acrylsäure basierende Copolymers, wird die Be- ständigkeit eines mit Druckfarbe und/ oder einer Veredelungsschicht be druckten Papiers, das mit dem Oberflächenbehandlungsmittel behandelt wurde, verbessert. Die aufgebrachte Schicht (Farbschicht oder allgemein: Veredelungsschicht) zeichnet sich durch eine dauerhafte Beständigkeit auf dem Papiererzeugnis aus. Hierdurch werden auch die Waschbeständigkeit und die Nassknitter eigenschaften des verarbeiteten Papiererzeugnisses ver- bessert.
Das erfindungsgemäße Oberflächenleimungsmittel zeichnet sich somit einer- seits durch sehr gute Poren und Kapillaren verschließende Eigenschaften aus und ermöglicht andererseits eine sehr gute und dauerhafte Bedruckbarkeit eines mit dem Oberflächenleimungsmittel behandelten Papiererzeugnisses, bei gleichzeitiger Bereitstellung guter Festigkeits- und Gebrauchseigenschaften des behandelten Papiererzeugnisses. Das erfindungsgemäße Oberflä chenleimungsmittel bietet damit auch eine gute Haftgrundlage für Druck farben und weitere Applikationen, was vielfältige Anwendungsmöglichkei ten eröffnet. Insbesondere führt das Bedrucken von Papier, das mit der er findungsgemäßen Oberflächenleimung ausgestattet ist, mittels Stichtief druckverfahren zu deutlich verringerten Farbausbrüchen im Endergebnis bei Gleichzeit verringertem und damit Papier schonendem Anpressdruck.
Zur Verbesserung der Löslichkeit des Polyvinylalkohols und damit zur Er höhung der Kapillaren und Poren penetrierenden Eigenschaften des Ober flächenleimungsmittels, weist der Polyvinylalkohol einen Verseifungsgrad von mindesten 97 mol% und weiter vorzugsweise von mindestens 98 mol% auf.
Eine weitere Verbesserung der Kapillaren und Poren verschließenden Eigenschaften kann durch eine besonders geeignete Viskosität des Polyvinylalko hols erhalten werden. Gemäß einer weiteren vorteilhafte Ausführungsform weist somit eine 4%-ige wässrige Lösung des Polyvinylalkohols bei 20 °C eine Viskosität, gemessen nach DIN 53015 2001:2, in einem Bereich von 5 bis 35 mPa s und vorzugsweise von 9 bis 30 mPa s, auf. Liegt die Viskosität des Polyvinylalkohols unterhalb von 35 mPa s, kann die Fließfähigkeit des als Dispersion vorliegenden Oberflächenleimungsmittels verbessert werden, was der Kapillargängigkeit zuträglich ist. Oberhalb von 35 mPa s kann die Dispergierfähigkeit des Polyvinylalkohols reduziert sein. Der Polyvinylal- kohol neigt dann dazu, sich als kolloidale Phase aus der Dispersion auszu- scheiden. Eine Viskosität von maximal 35 mPa-s ist daher bevorzugt. Liegt die Viskosität unterhalb von 5 mPa s, könnte die Handhabung des Oberflä chenleimungsmittels verschlechtert sein. Eventuell wird die Penetrationsfä higkeit des Oberflächenleimungsmittels in die Poren und Kapillaren eines Papier er Zeugnisses erhöht, jedoch könnte es bei der Verarbeitung des Ober flächenleimungsmittels auch zu einem Abtropfen oder Abfließen vom Ap plikationsort bei reduzierten Poren und Kapillaren schließenden Eigenschaf ten kommen. Im Lichte der abzuwägenden Vorteilte und Nachteile ist daher eine Viskosität des Polyvinylalkohols in einem Bereich von 9 bis 30 mPa s besonders vorteilhaft.
Die Eigenschaft Kapillaren und Poren eines Papiererzeugnisses zu verschlie ßen nimmt mit dem Gehalt an Polyvinylalkohol in dem Oberflächenlei mungsmittel zu. Bei zu hohen Gehalten kann jedoch auch ein negativer Ef fekt der Umschließung des Fasermaterials des Papiererzeugnisses auftreten, wodurch die Bedruckbarkeit des Papiererzeugnisses, insbesondere mit Druckfarbe, reduziert wird. Zudem wird durch höhere Gehalte an Polyvi nylalkohol die Viskosität des Oberflächenleimungsmittels erhöht, was, wie vorstehend ausgeführt, z.B. die Lagerstabilität des Oberflächenleimungsmit tels verschlechtern kann. Vorteilhaft beträgt damit die Gesamtmasse an Po lyvinylalkohol, bezogen auf die Gesamtmasse des Oberflächenleimungsmit tels, 1,5 bis 6 Masse %. Besonders vorteilhaft beträgt die Gesamtmasse des Polyvinylalkohols 2,5 bis 3,5 Masse%, wodurch eine besonders gute Disper- gierbarkeit des Polyvinylalkohols bei gleichzeitig sehr guten Fließeigenschaf- ten und damit sehr guten Poren und Kapillaren füllenden Eigenschaften er- halten werden kann.
Im Lichte einer Verbesserung der Wetter beständigkeit, also insbesondere der Waschbeständigkeit bzw. allgemein der Feuchtigkeitsbeständigkeit, ist das auf Acrylsäure basierende Polymer und/ oder das auf Acrylsäure basierende Copolymer ein hydrophobiertes Polymer und/ oder Copolymer. Als hierbei besonders geeignet haben sich auf Acrylsäure basierende Copolymere her ausgestellt, die Acrylateinheiten und Styroleinheiten umfassen. Die Copoly- merisierung mit Styroleinheiten hat zudem den Vorteil, dass ein sehr eng maschiges Netzwerk des vernetzten auf Acrylsäure basierenden Copolymers erhalten werden kann, wodurch der ferner in dem Oberflächenleimungsmit tel enthaltene Polyvinylalkohol aufgrund der interpenetrierenden Polymer netzbildung besonders effizient am Umschließen der Fasermaterialien eines mit dem Oberflächenleimungsmittel behandelten Papiererzeugnisses gehin dert wird. Die Kombination aus Acrylsäuremonomeren (was auch Methac- rylsäuremonomere mit einschließt) und Styrolmonomeren ermöglicht zu dem eine sehr glatte und kratzfeste Filmbildung auf der Applikationsober fläche, die sich ferner durch eine gewisse Elastizität auszeichnet, wodurch einer Rissbildung im Polymerfilm vorgebeugt werden kann.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform beträgt die Gesamt masse an Dispersion umfassend mindestens ein auf Acrylsäure basierendem Polymer und/ oder mindestens ein auf Acrylsäure basierendem Copolymer, bezogen auf die Gesamtmasse des Oberflächenleimungsmittels, 2 bis 7 Mas se % und insbesondere 3 bis 5,5 Masse %. Gehalte an auf Acrylsäure basieren dem Polymer und/ oder auf Acrylsäure basierendem Copolymer von weni ger als 2 Masse % können in manchen Fällen nicht ausreichend sein, um ein inter penetrierendes Polymernetzwerk zu bilden. Durch die Verwendung von mindestens 2 Masse % an auf Acrylsäure basierendem Polymer und/ oder an auf Acrylsäure basierendem Copolymer kann ein Umfließen und damit ein Umschließen von Faser materialien eines Papiererzeugnisses durch den in dem Oberflächenleimungsmittel enthaltenen Polyvinylalkohol besonders effizient reduziert bzw. verhindert werden. Gehalte von mehr als 7 Masse % können sich hingegen nachteilig auf die Dispergierbarkeit des auf Acrylsäure basierenden Polymers und/ oder auf Acrylsäure basierenden Co- polymers auswirken. Besonders geeignete Mengen an auf Acrylsäure basie- rendem Polymer und/ oder an auf Acrylsäure basierenden Copolymer liegen daher in einem Bereich von 3 bis 5,5 Masse %.
Die Dispersion umfassend mindestens ein auf Acrylsäure basierendem Po- lymer und/ oder mindestens ein auf Acrylsäure basierendem Copolymer umfasst vorzugsweise 20-60% Festkörperanteil, besonders bevorzugt 50% Festkör per anteil an auf Acrylsäure basierendem Polymer und/ oder an auf Acrylsäure basierendem Copolymer. Als Dispersion eignet sich vorzugsweise Acronal 310 S von Fa. BASF.
Eine besonders gute und stabile Vernetzung des auf Acrylsäure basierenden Polymers und/ oder auf Acrylsäure basierenden Copolymers ist insbesonde- re dann möglich, wenn das Vernetzungsmittel mit den Carboxylgruppen des Polymers bzw. Copolymers reagiert. Als in diesem Sinne besonders vorteil haft haben sich Vernetzungsmittel herausgestellt, die aus der Gruppe beste- hend aus: Aziridinen, Carbodiimiden und Polyisocyanaten ausgewählt sind. Die Vernetzungsmittel können einzeln oder in Kombination, und dabei in beliebigen Mischungsverhältnissen zueinander eingesetzt werden. Car- bodiimide sind hierunter aufgrund ihrer guten Verfügbarkeit und sehr guten Dispergierbarkeit besonders bevorzugt. Eine besonders gute und engmaschige Vernetzung lässt sich vorteilhaft dadurch erzielen, dass die Gesamtmasse an Vernetzungsmittel, bezogen auf die Gesamtmasse des auf Acrylsäure basierenden Polymers und/ oder Copo- lymers, 5 bis 20 Masse% und insbesondere 8 bis 15 Masse% beträgt.
Ein hoher Vernetzungsgrad bei gleichzeitig sehr guter Dispergierbarkeit und damit auch hoher Stabilität des Oberflächenleimungsmittels bei Lagerung ist ferner durch die vorteilhafte Ausführungsform möglich, in der die Gesamt- masse an Vernetzungsmittel, bezogen auf die Gesamtmasse des Oberflächen- leimungsmittels, 0,5 bis 2 Masse % und insbesondere 0,8 bis 1,2 Masse % be trägt.
Ein besonders ausgewogenes Eigenschaftsprofil von Poren und Kapillaren schließenden Eigenschaften auf der einen Seite und hoher Bedruckbarkeit auf der anderen Seite bei gleichzeitig hoher Dispersionsstabilität des Ober- flächenleimungsmittels kann vorzugsweise dadurch erzielt werden, dass ein Masseverhältnis des Polyvinylalkohols zu der Dispersion umfassend min- destens ein auf Acrylsäure basierenden Polymers und/ oder mindestens ein auf Acrylsäure basierenden Copolymers größer als 1 und insbesondere grö- ßer als 1,2 ist. Der Gehalt an Polyvinylalkohol in Masse % ist vorteilhaft auch deshalb höher als der Gehalt an auf Acrylsäure basierendem Polymer und/ oder an auf Acrylsäure basierendem Copolymer, da hierdurch ein na hezu vollständiges Verschließen der Poren und Kapillaren gewährleistet werden kann, so dass eine porenfreie Oberfläche eines mit dem Oberflächen- leimungsmittel behandelten Papiererzeugnisses erzielt werden kann, die auch vorteilhaft im Lichte der Ausbildung eines Haftgrunds für weitere Ver- edelungsschichten ist. Aufgrund der guten Verfügbarkeit, der guten Umweltverträglichkeit und der einfachen Handhabung besteht das Lösungsmittel vorzugsweise aus Wasser. Weitere, insbesondere mit Wasser bei Raumtemperatur beliebig mischbare Lösungsmittel können zugefügt werden. Hierzu zählen insbeson- dere niedermolekulare Alkohole wie Ethanol und Propanol, aber auch Ethy- lenglykole und Propylenglykole. Aus vorstehend genannten Gründen ist Wasser bevorzugt als alleiniges Lösungsmittel enthalten.
Zur Verbesserung der Fließfähigkeit des Oberflächenleimungsmittels, wodurch das Füllen der Kapillaren und Poren eines Papiererzeugnisses er- leichtert werden kann, beträgt die Gesamtmasse an Lösungsmittel, bezogen auf die Gesamtmasse des Oberflächenleimungsmittels, 75 bis 95 Masse %. Je niedriger dabei der Gehalt an Lösungsmittel ist, desto höher ist die Gefahr eines Absetzens bzw. eines Verblockens der Polymere des Oberflächenlei- mungsmittels, zum Beispiel während der Lagerung des Oberflächenlei- mungsmittels. Liegt jedoch die Gesamtmasse an Lösungsmittel bei mindes- tens 75 Masse%, kann ein Absetzen bzw. Verblocken sehr gut verhindert werden. Gehalte an Lösungsmittel von mehr als 95 Masse % können hinge- gen zum Abfließen des Oberflächenleimungsmittels vom Applikationsort führen und sind daher weniger bevorzugt. Besonders vorteilhaft im Lichte einer sehr guten Dispergierfähigkeit des Oberflächenleimungsmittels bei sehr guten Poren und Kapillaren füllenden Eigenschaften beträgt die Ge samtmasse an Lösungsmittel 80 bis 90 Masse % .
Zur Verbesserung der filmbildenden Eigenschaften des Oberflächenlei- mungsmittels, und insbesondere zur Erhöhung der Elastizität eines unter Verwendung des Oberflächenleimungsmittels gebildeten Polymer netz werks, und damit zur Verringerung der Rissbildungsneigung, enthält das Oberflä- chenleimungsmittel vorzugsweise ferner mindestens einen Weichmacher. Als Weichmacher kommen insbesondere kleinere Moleküle in Frage, die sich in das Polymernetzwerk integrieren bzw. zwischen die Polymerketten legen. Als besonders geeignet haben sich Weichmacher herausgestellt, die ausge- wählt sind aus Polyalkoholen, wie insbesondere Glycerin. Darüber hinaus kommen Neopentylalkohol, Trimethylolpropan, Ethylenglykol, Di- und Triethylenglykol und Polyethylenglykol vorzugsweise zur Anwendung.
Um einerseits die Elastizität des sich aus dem Oberflächenleimungsmittel bildenden Polymernetzwerks zu optimieren und andererseits die Bedruck barkeit eines mit dem Oberflächenleimungsmittel behandelten Papierer- zeugnisses nicht nachteilig zu beeinflussen, sowie auch um eine ausreichen de Festigkeit des mit dem Oberflächenleimungsmittel behandeltem Papier erzeugnisses zu erzielen, beträgt vorteilhafterweise die Gesamtmasse an Weichmacher, bezogen auf die Gesamtmasse des Oberflächenleimungsmit tels, 0,5 bis 10 Masse % und insbesondere 1,5 bis 5 Masse %.
Das Oberflächenleimungsmittel zeichnet sich durch sehr gute Poren und Kapillaren von faserhaltigen Papiererzeugnissen füllende Eigenschaften und zudem durch eine sehr gute Bedruckbarkeit bzw. Verarbeitbarkeit mittels weiterer Applikationen aus. Hierzu ist es ferner von Vorteil, wenn die Ge samtmasse an Füllstoffen und Pigmenten, bezogen auf die Gesamtmasse des Oberflächenleimungsmittels, weniger als 3 Masse % und insbesondere weni ger als 0,5 Masse % beträgt. Besonders bevorzugt enthält die Oberflächenlei mung keine Füllstoffe und/ oder Pigmente.
Ein weiterer erfindungsgemäßer Aspekt betrifft ein Papiererzeugnis. Das Papiererzeugnis ist mit dem vorstehend beschriebenen Oberflächenlei mungsmittel ausgestattet, was bedeutet, dass mindestens ein Teil einer Ober fläche des Papiererzeugnisses mit dem Oberflächenleimungsmittel ausge- stattet ist. Vorzugsweise ist das Papiererzeugnis vollständig, d.h. auf beiden Seiten des Papiererzeugnisses, mit dem Oberflächenleimungsmittel ausge- stattet. Unter„ausgestattet" ist auf die Oberfläche aufgebracht zu verstehen, insbesondere ein weiteres Eindringen in das Papiervolumen. Vorzugsweise wird das Papiererzeugnis mit der Oberflächenleimung imprägniert. Als Pa piererzeugnis kommen sämtliche Papiere, insbesondere Sicherheitspapiere, wie Banknoten und dergleichen, in Frage. Ein Papiererzeugnis im Sinne der vorliegenden Erfindung ist hierbei insbesondere ein faserhaltiges Material, wobei als bevorzugte Fasern Cellulosefasern, insbesondere Baumwollfasern, zur Anwendung kommen. Aufgrund der Beschichtung des Papiererzeugnis ses mit dem Oberflächenleimungsmittel, weist das Papiererzeugnis eine gute Festigkeit auf. Die Poren und Kapillaren des Papiererzeugnisses sind gefüllt, so dass im Wesentlichen keine Poren bzw. Kapillaren an der Oberfläche des Papiererzeugnisses freiliegen. Bei einer Messung der Luftdurchlässigkeit nach Bendtsen (ISO 5636-3) zur Bestimmung der Porosität weist das erfin dungsgemäße Papiererzeugnis vorzugsweise eine Luftdurchlässigkeit von 10 bis 35 ml/ min auf. Das Papiererzeugnis zeichnet sich damit durch eine ebene Oberfläche mit guter Oberflächenfestigkeit aus, die als sehr gute Haft- grundlage für eine aufzubringende Druckfarbe oder Veredelungsschicht dienen kann. Mit anderen Worten ist aufgrund des in bzw. an dem Papierer zeugnis ausgebildeten interpenetrierenden Polymernetzwerks aus Polyvi nylalkoholketten und Ketten des auf Acrylsäure basierenden Polymers und/ oder auf Acrylsäure basierenden Copolymers die Bedruckbarkeit des Papiererzeugnisses, beispielsweise mittels Farbdruck, bzw. die Applikations fähigkeit einer Veredelungsschicht verbessert. Eine aufzubringende Farbe oder anderweitige Veredelungszubereitung kann auf die Fasern des Papier erzeugnisses aufziehen und dort dauerhaft verankern, verteilt sich aber nicht in etwaigen Poren oder Kapillaren, die im Wesentlichen mit Polyvinylalko hol gefüllt sind, so dass z.B. Farbkonturen scharf ausgebildet werden kön- nen. Insbesondere der aus dem mindestens einen auf Acrylsäure basierenden Polymer und/ oder auf Acrylsäure basierenden Copolymer bestehende An teil des interpenetrierenden Polymernetzwerks verhindert zudem ein Aus waschen der aufgebrachten Farbe und/ oder Veredelungszubereitung.
Bezüglich der erfindungsgemäß erzielten Effekte, der Vorteile, vorteilhaften Eigenschaften und Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Papierer zeugnisses wird ergänzend Bezug genommen auf die Ausführungen zu dem erfindungsgemäßen Oberflächenleimungsmittel. Insbesondere finden die Vorteile, vorteilhaften Effekte und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Oberflächenleimungsmittels auch Anwendung auf das erfindungsgemäße Papiererzeugnis.
Als weiterer erfindungsgemäßer Aspekt wird ein Verfahren zum Beschich ten eines Papierer Zeugnisses beschrieben. Das Verfahren umfasst einen Schritt des In-Kontakt-Bringens einer Oberfläche eines Papiererzeugnisses mit einem wie vorstehend offenbarten Oberflächenleimungsmittel. Das Oberflächenleimungsmittel kann dabei lediglich partiell oder aber vollflä chig auf eine oder mehrere Oberflächen des Papiererzeugnisses aufgebracht werden. Das Verfahren zum Aufbringen des Oberflächenleimungsmittels ist nicht beschränkt. Beispielhaft kann das Papiererzeugnis mit dem Oberflä chenleimungsmittel getränkt werden, oder aber das Oberflächenleimungs mittel wird auf das gewünschte Applikationsareal aufgepinselt oder aufge sprüht. Bevorzugt wird das Papiererzeugnis mit der Oberflächenleimung getränkt. Im Anschluss daran erfolgt ein Trocknen und Vernetzen des Ober flächenleimungsmittels, ggf. unter Einwirkung von Wärme. Das Vernetzen wird hierbei insbesondere auf das Bilden eines Polymernetzwerks des auf Acrylsäure basierenden Polymers und/ oder des auf Acrylsäure basierenden Copolymers mit dem im Oberflächenleimungsmittel enthaltenen Vernet- zungsmittel bezogen.
Durch das Verfahren kann ein mit Oberflächenleimungsmittel beschichtetes Papiererzeugnis hergestellt werden, das sich durch eine hohe Festigkeit, ge- schlossene Poren und Kapillaren und eine sehr gute Bedruckbarkeit, bei- spielsweise in einem Farbdruckverfahren oder Veredelungsverfahren, aus- zeichnet. Das Verfahren ist dabei einfach, ohne hohen technischen Aufwand und damit auch kostengünstig umsetzbar.
Ferner erfindungsgemäß wird auch die Verwendung eines wie vorstehend beschriebenen Oberflächenleimungsmittels zum Leimen einer Oberfläche eines Banknotenpapiers offenbart.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen noch weiter veran- schaulicht. Die Beispiele sollen die Erfindung lediglich näher erläutern und sind in keiner Weise beschränkend zu verstehen.
Beispiel 1 - Oberflächenleimungsmittel
Aus den nachfolgenden Komponenten wurde durch Rühren bei Raumtem- peratur eine homogene Dispersion hergestellt:
3 Masse % Polyvinylalkohol (PVA)
5 Masse % einer Dispersion eines auf Acrylsäure basierenden Copolymers
1.5 % Glycerin
1 % Vernetzungsmittel
89.5 % Wasser Als PVA wurde Poval 10/98 verwendet, das von Kuraray, Jp. hergestellt wurde. Als Dispersion umfassend ein auf Acrylsäure basierendem Copo- lymer wurde Acronal A 310 S verwendet, das von der BASF hergestellt wurde. Als Vernetzungsmittel wurde ein auf Carbodiimidbasis basieren des Vernetzungsmittel des Herstellers Stahl, Holland (Permutex XR-5577) verwendet. Glycerin fungiert als Weichmacher. Optional kann zusätzlich Harnstoff zugesetzt werden. Wasser diente als alleiniges Lösungsmittel.
Die chemische Zusammensetzung des Oberflächenleimungsmittels konn te mittels FT-IR Spektroskopie analysiert werden, wobei im Wesentlichen Banden der Carbonylgruppen des auf Acrylsäure basierenden Copoly mers und Banden der OH-Gruppen des Polyvinylalkohols ersichtlich wa ren.
Beispiel 2 - Papiererzeugnis
Das in Beispiel 1 hergestellte Oberflächenleimungsmittel wurde dazu ver wendet ein Papier (hergestellt mittels Rundsieb, aus 100% Baumwollfasern, Flächengewicht 85 bis 95 g/m2) beidseitig zu beschichten. Die Verarbeitung des Oberflächenleimungsmittels war unproblematisch und die Applikation gleichmäßig ohne Tropfnasenbildung. Durch die Verwendung des Oberflä chenleimungsmittels konnte ein niedriges Porositätsniveau des Papiers er zielt werden. Mit anderen Worten waren die Poren und Kapillaren des Pa piers geschlossen. Ferner zeichnete sich das Papier durch eine sehr gute Fes tigkeit im Doppelfalztest und in Bezug auf eine einwirkende Bruchlast aus, was auch eine sehr gute Oberflächenfestigkeit belegte. Beim Doppelfalztest nach ISO 5626 (23°C und 50% relative Feuchte) ergaben sich längs mindes tens 2500 und quer mindestens 1500, für die Bruchkraft ergaben sich längs mindestens 5,0 kN/m und quer mindestens 3,0 kN/m. Die Bedruckbarkeit war ebenfalls sehr gut.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Oberflächenleimungsmittel für ein Papiererzeugnis umfassend:
- mindestens einen Polyvinylalkohol,
eine Dispersion umfassend mindestens ein auf Acrylsäure basie- rendes Polymer und/ oder mindestens ein auf Acrylsäure basierendes Copolymer,
mindestens ein Vernetzungsmittel für das auf Acrylsäure basier en- de Polymer und/ oder auf Acrylsäure basierende Copolymer und
mindestens ein Lösungsmittel.
2. Oberflächenleimungsmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Polyvinylalkohol einen Verseifungsgrad von mindestens 97 mol%, insbesondere von mindestens 98 mol% aufweist.
3. Oberflächenleimungsmittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn- zeichnet, dass eine 4%-ige wässrige Lösung des Polyvinylalkohols bei 20 °C eine Viskosität, gemessen nach DIN 53015 2001:2, in einem Be- reich von 5 bis 35 mPa-s, insbesondere von 9 bis 30 mPa-s aufweist.
4. Oberflächenleimungsmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtmasse an Polyvinylalkohol, bezogen auf die Gesamtmasse des Oberflächenleimungsmittels, 1,5 bis 6 Mas- se%, insbesondere 2,5 bis 3,5 Masse % beträgt.
5. Oberflächenleimungsmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das auf Acrylsäure basierende Polymer und/ oder das auf Acrylsäure basierende Copolymer ein Copolymer ist, das Ac- rylateinheiten und Styroleinheiten umfasst.
6. Oberflächenleimungsmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtmasse an auf Acrylsäure basierendem Polymer und/ oder auf Acrylsäure basierendem Copolymer, bezogen auf die Gesamtmasse des Oberflächenleimungsmittels, 2 bis 7 Masse %, insbesondere 3 bis 5,5 Masse % beträgt.
7. Oberflächenleimungsmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Vernetzungsmittel ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: Aziridinen, Carbodiimiden und Polyisocyana- ten und Mischungen daraus.
8. Oberflächenleimungsmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtmasse an Vernetzungsmittel, bezogen auf die Gesamtmasse des auf Acrylsäure basierenden Polymers und/ oder auf Acrylsäure basierenden Copolymers, 5 bis 20 Masse %, insbesondere 8 bis 15 Masse % beträgt.
9. Oberflächenleimungsmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtmasse an Vernetzungsmittel, bezogen auf die Gesamtmasse des Oberflächenleimungsmittels, 0,5 bis 2 Mas- se%, insbesondere 0,8 bis 1,2 Masse % beträgt.
10. Oberflächenleimungsmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Masseverhältnis des Polyvinylalkohols zu dem auf Acrylsäure basierenden Polymer und/ oder auf Acrylsäure ba- sierenden Copolymer größer als 1, insbesondere größer als 1,2 ist.
11. Oberflächenleimungsmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Lösungsmittel aus Wasser besteht.
12. Oberflächenleimungsmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtmasse an Lösungsmittel, be zogen auf die Gesamtmasse des Oberflächenleimungsmittels, 75 bis 95 Masse %, insbesondere 80 bis 90 Masse % beträgt..
13. Oberflächenleimungsmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, dass das Oberflächenleimungsmittel ferner mindestens einen Weichmacher enthält, wobei der Weichmacher insbe sondere ausgewählt ist aus Polyalkoholen, insbesondere aus Glycerin; Neopentylalkohol, Trimethylolpropan, Ethylenglykol, Di- und Triethy- lenglykol und Polyethylenglykol.
14. Oberflächenleimungsmittel nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich net, dass die Gesamtmasse an Weichmacher, bezogen auf die Gesamt masse des Oberflächenleimungsmittels, 0,5 bis 10 Masse %, insbesonde re 1,5 bis 5 Masse% beträgt.
15. Oberflächenleimungsmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtmasse an Füllstoffen und Pigmenten, bezogen auf die Gesamtmasse des Oberflächenleimungs mittels, weniger als 3 Masse %, insbesondere weniger als 0,5 Masse % beträgt.
16. Oberflächenleimung nach einem der Ansprüchen 1 bis 15, dadurch ge kennzeichnet, dass diese keine Füllstoffe und/ oder Pigmente umfasst.
17. Papiererzeugnis, insbesondere Banknotenpapier, beschichtet mit einem Oberflächenleimungsmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 16.
18. Verfahren zum Beschichten eines Papiererzeugnisses umfassend die
Schritte:
- In-Kontakt-Bringen einer Oberfläche eines Papiererzeugnisses mit ei- nem Oberflächenleimungsmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 16 und
- Trocknen und Vernetzen des Oberflächenleimungsmittels.
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