WO2001021891A1 - Gestrichenes, optisch aufgehelltes druckpapier und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Gestrichenes, optisch aufgehelltes druckpapier und verfahren zu dessen herstellung Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a coated, optically brightened printing paper according to the preamble of claim 1 and a method for its production according to the preamble of claim 4.
  • optical brighteners are also known. In addition to their main area of application in the detergent industry, they have also been used in the paper industry for decades to increase the whiteness of the paper produced. From a chemical point of view, optical brighteners are derivatives of diaminostilbenedisulfonic acid. Their effect is based on the absorption of UV light in a wavelength range of 300 - 400 nm and radiation in the blue range of visible light in the range of 400 - 450 nm. This leads to a shift in the yellow cast of fibers and fillers in the blue white range and ultimately to an increase in the spectral reflection factor.
  • Optical brighteners can be used in various ways during papermaking. When producing coated printing paper, it can be added to the fiber suspension before the headbox of the paper machine. If the paper machine has a so-called size press for surface treatment of the paper, the optical brightener can be added, for example, to the starch solution used there. A third possibility is to meter the optical brightener into a coating color which is applied inside or outside the paper machine to the coating base paper or, if appropriate, to an already coated base paper.
  • a device for applying glue liquors in addition to the known size press is disclosed by DE-A-34 17 487, where a paper web guided around a roller is treated with coating color on the front and with liquid media on the back.
  • EP-A-0 373 276 describes a method and an apparatus for continuously spraying additives onto a moving paper web.
  • Coated, optically brightened papers made in accordance with the prior art have certain disadvantages.
  • the optical brightener is added to the fiber suspension before the headbox or applied to the surface of the coating base paper by means of a size press, the subsequently applied coating layer dampens the UV light and the remitted blue light, so that the effect of the optical brightener is insufficient. An increase in the additional quantity is prohibited for cost reasons.
  • An addition of the optical brightener in the coating color to be applied is in principle possible, but requires the addition of so-called carrier substances, since the optical brightener itself does not adhere to the pigments of the coating color and therefore, for. T. strikes away with the water of the coating color in the base paper. This problem was solved by adding carrier substances. These are e.g. B. starch, CMC and polyvinyl alcohol. Due to their anionic charge, they are able to hold the cationically charged optical brightener in the applied coating color layer and to bring it into effect under the influence of light.
  • the disadvantage of using carrier substances is their relatively high intrinsic viscosity in aqueous solution, which adds to the already relatively high viscosity of the coating color used.
  • this leads to viscosity problems which either limit the working speeds, lead to uneven coating applications or require thinning of the coating color, which in turn leads to problems with the drying capacity of the downstream drying device.
  • the object of the present invention is to provide a coated, optically brightened printing paper and a method for the production thereof, which overcomes the problems mentioned above overcomes.
  • a one-sided or double-sided, single or multiple coated, optically brightened printing paper which consists of a coating base paper and a coating layer applied thereon of pigment, binder and coating color aid, which is characterized in that the optical brightener on the Is arranged outside of a coat layer.
  • One-sided coated printing paper means papers of this type which are only intended for one-sided printing. These include e.g. B. Label papers for bottles and can bands. Correspondingly, coated papers coated on both sides are printed on both sides. These include e.g. B. so-called magazine papers for magazines or catalogs, but also art paper. High-quality printed products require the highest surface quality of the page to be printed. This can no longer be achieved with a single line. That is why the coating base paper is first coated with one or two so-called primers and the so-called top coat is arranged on it.
  • All common coating pigments such as kaolin, calcium carbonate, talc, titanium dioxide, gypsum, etc., are suitable as pigments for the coat layer.
  • coating color binders such as starch, protein, casein, plastic latices, etc.
  • the coating layer also contains conventional coating color aids, such as defoamers, deaerators, lubricants and viscosity regulators. Pigments, binders and coating color auxiliaries are active in this area Expert familiar.
  • the arrangement of the optical brightener on the outside of the coat layer means that it is arranged both on the outside of the coat layer and in the outer layer below the outside.
  • the always present porosity of the coating layer possibly also after a previous smoothing process, has the effect of this arrangement with the advantageous effect that UV portion of the light hits the optical brightener with little or no attenuation and as visible blue light in the range from 400 to 450 nm is emitted with little or no attenuation, which shifts the yellow tinge of the fibers and pigments into the blue white area. This ultimately leads to an increase in the spectral reflection factor and to an improvement in the paper quality.
  • a reduction in the amount of brightener is also possible because of the improved mode of operation, so that a cost reduction is possible.
  • the optical brightener is arranged on the outside of the top coat of a coat layer consisting of one or more primers and a top coat.
  • This version has the advantage that the white quality of the pre-coat pigments does not have to be too high, since the lower whiteness of these pigments is compensated for by the brightening effect on the outer layer of the top coat. This makes it possible to reduce costs.
  • the optical brightener is arranged on the outside of a first coat layer and, above that, another coat layer without an optical brightener is arranged. It is known that optical Brighteners are destroyed by constant exposure to UV light and the paper turns gray. On the other hand, however, it cannot be avoided in certain applications of optically brightened printing paper that it is constantly exposed to the light. This applies e.g. B. with illuminated advertising posters. In this case, the optical brightener arranged on a first coat layer is protected from too much UV light by the further coat layer arranged above it, without losing its brightening effect.
  • a method according to the invention for producing optically brightened printing paper coated on one or both sides, one or more coats is characterized by the combination of the following features:
  • a coating base paper containing cellulose and / or wood pulp and / or recycling fibers and / or fillers is coated with a coating color containing white pigments, binders and coating color aids in a manner known per se by roller, nozzle, doctor blade or doctor application.
  • the applied coating is dried directly in a manner known per se by means of infrared emitters, hot air or cylinder contact. A combination of the different drying systems is also possible.
  • An aqueous solution containing an optical brightener is then applied to the dried top of the coat layer and dried again.
  • roller applicators can be used to apply the aqueous solution.
  • Another tried and tested application technique is the nozzle application of the aqueous solution.
  • Such nozzle applicators are familiar to the person skilled in the art.
  • a preferred embodiment of the method is that the application of the aqueous solution is carried out on one or both sides of the coated paper web by means of a roller or nozzle moistener, the solution of the optical brightener being added to the fountain solution. This embodiment is particularly useful when a moisture correction has to be carried out on the coated paper web.
  • the aqueous solution of the optical brightener can be applied in the coating machine directly downstream of the paper machine or in a coating machine which is operated separately. However, it is also possible to apply the aqueous solution of the optical brightener to the smoothed coat layer in a remoistening device arranged after a calender, the solution of the optical brightener being added to the fountain solution.
  • the binder contained in the coat layer has carrier properties, such as starch, polyvinyl alcohol or CMC, then a purely aqueous solution of an optical brightener can be used for application. However, if the coating layer lacks these carrier properties, then a water-soluble carrier such as starch, CMC or polyvinyl alcohol is added to the aqueous solution.
  • carrier properties such as starch, polyvinyl alcohol or CMC
  • a water-soluble carrier such as starch, CMC or polyvinyl alcohol
  • a wood-containing, pre-coated paper was provided with an additional top coat with an application weight of 8 g / m 2 .
  • the primer and top coat contained no optical brightener.
  • the whiteness of the coated paper was 75.2%.
  • a 10% aqueous solution of an optical brightener was then applied to the top coat and dried.
  • the absolutely dry application quantity of optical brightener was 0.32 g / m 2 of merchandise. The whiteness increased to 97.1%.

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Abstract

Ein gestrichenes, optisch aufgehelltes Druckpapier, bestehend aus Streichrohpapier und einer darauf aufgebrachten Strichschicht aus Pigment, Bindemittel und Streichfarbenhilfsmittel ist dadurch gekennzeichnet, dass der optische Aufheller auf der Aussenseite einer Strichschicht angeordnet ist. Ein Verfahren zur Herstellung eines gestrichenen, optisch aufgehellten Druckpapieres ist gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale: ein Streichrohpapier wird mit einer Streichfarbe, enthaltend Weisspigmente und Bindemittel, in an sich bekannter Weise mittels Walzen-, Düsen-, Rakel- oder Schaberauftrag beschichtet, die Beschichtung wird in an sich bekannter Weise durch IR-Strahler, Heissluft oder Zylinderkontakt getrocknet, eine wässrige Lösung, enthaltend einen optischen Aufheller, wird auf die getrocknete Oberseite der Strichschicht aufgetragen und ggf. erneut getrocknet.

Description

Gestrichenes, optisch aufgehelltes Druckpapier und Verfahren zu dessen Herstellung
Die Erfindung betrifft ein gestrichenes, optisch aufgehelltes Druckpapier gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und ein Verfahren zu dessen Herstellung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 4.
Gestrichene, optisch aufgehellte Druckpapiere sind an sich bekannt und finden vielfältigen Einsatz bei höherwertigen Druckprodukten, wie Bildbänden, Prospekten und Firmenberichten. Optische Aufheller sind ebenfalls bekannt. Neben ihrem Haupteinsatzgebiet in der Waschmittelindustrie werden sie auch schon seit Jahrzehnten in der Papierindustrie eingesetzt, um den Weißgrad des hergestellten Papieres zu erhöhen. Chemisch gesehen sind optische Aufheller Derivate der Diaminostilbendisulfonsäure. Ihre Wirkung beruht auf der Absorption von UV-Licht in einem Wellenlängenbereich von 300 - 400 nm und Abstrahlung in blauem Bereich des sichtbaren Lichtes im Bereich von 400 - 450 nm. Dieses führt zu einer Verschiebung des Gelbstiches von Fasern und Füllstoffen in den blauen Weißbereich und letztlich zu einer Steigerung des spektralen Reflexionsfaktors. Der Einsatz von optischen Aufhellern während der Papierherstellung kann auf verschiedenartige Weise geschehen. Bei der Herstellung von gestrichenen Druckpapieren kann er in die Faserstoffsuspension vor dem Stoffauflauf der Papiermaschine zugesetzt werden. Weist die Papiermaschine eine sogenannte Leimpresse zur Oberflächenvergütung des Papieres auf, kann der optische Aufheller beispielsweise der dort eingesetzten Stärkelösung zudosiert werden. Eine dritte Möglichkeit besteht darin, den optischen Aufheller einer Streichfarbe zuzudosieren, die inner- oder außerhalb der Papiermaschine auf das Streichrohpapier oder ggf. auf ein bereits vorgestrichenes Streichrohpapier aufgetragen wird.
Im Wochenblatt für Papierfabrikation Nr. 15, S. 529 - 534, (1983), wird über den Leimpressenauftrag von optischem Aufheller zusammen mit einer Stärkeflotte berichtet. Es wurde auch schon vorgeschlagen, die Menge des optischen Aufhellers aufzuteilen auf Rohpapier, Leimpresse und Strich, s. PTS-Vortragsband 02/91, S. 172 - 175, 15. Streichereisymposium 1991.
Eine Einrichtung zum Auftragen von Leimflotten neben der bekannten Leimpresse ist durch die DE-A-34 17 487 offenbart, wo eine um eine Walze geführte Papierbahn auf der Vorderseite mit Streichfarbe und auf der Rückseite mit flüssigen Medien behandelt wird.
Die EP-A-0 373 276 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Sprühen von Zusätzen auf eine bewegte Papierbahn.
Gemäß dem Stand der Technik gefertigte gestrichene, optisch aufgehellte Papiere weisen gewisse Nachteile auf. Wird der optische Aufheller der Faserstoffsuspension vor dem Stoffauflauf zugesetzt oder mittels einer Leimpresse auf die Oberfläche des Streichrohpapieres aufgetragen, erfolgt durch die nachträglich aufgebrachte Strichschicht eine Dämpfung des UV-Lichtes und des remittierten blauen Lichtes, so daß die Wirkung des optischen Aufhellers nur ungenügend eintritt. Eine Erhöhung der Zusatzmenge verbietet sich aus Kostengründen. Eine Zugabe des optischen Aufhellers in die aufzutragende Streichfarbe ist zwar grundsätzlich möglich, erfordert aber den Zusatz von sogenannten Carrier- Substanzen, da der optische Aufheller selbst nicht an den Pigmenten der Streichfarbe haftet und daher z. T. mit dem Wasser der Streichfarbe in das Rohpapier wegschlägt. Dieses Problem wurde durch den Zusatz von sogenannten Carrier-Substanzen gelöst. Diese sind z. B. Stärke, CMC und Polyvinylalkohol. Sie sind aufgrund ihrer anionischen Ladung in der Lage, den kationisch geladenen optischen Aufheller in der aufgetragenen Streichfarbenschicht festzuhalten und unter Lichteinfluß zur Wirkung zu bringen.
Nachteilig bei Verwendung von Carrier-Substanzen ist aber deren relativ hohe Eigenviskosität in wässriger Lösung, die sich zur bereits relativ hohen Viskosität der verwendeten Streichfarbe addiert. Dieses führt bei der Verarbeitung in Glättschaberstreichmaschinen bei hohen Arbeitsgeschwindigkeiten zu Viskositätsproblemen, die entweder die Arbeitsgeschwindigkeiten begrenzen , zu ungleichmäßigen Strichaufträgen führen oder eine Verdünnung der Streichfarbe erforderlich machen, die wiederum Probleme mit der Trocknungskapazität der nachgeordneten Trockeneinrichtung nach sich zieht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gestrichenes, optisch aufgehelltes Druckpapier und ein Verfahren zu dessen Herstellung zur Verfügung zu stellen, das die oben angeführten Probleme überwindet.
Zur Lösung des Problems wird ein ein- oder beidseitig, ein- oder mehrfach gestrichenes, optisch aufgehelltes Druckpapier vorgeschlagen, das aus einem Streichrohpapier und einer darauf aufgebrachten Strichschicht aus Pigment, Bindemittel und Streichfarbenhilfsmittel besteht, das dadurch gekennzeichnet ist, daß der optische Aufheller auf der Außenseite einer Strichschicht angeordnet ist.
Unter einseitig gestrichenem Druckpapier versteht man derartige Papiere, die nur für einseitigen Druck vorgesehen sind. Dazu zählen z. B. Etikettenpapiere für Flaschen und Dosenbanderolen. Sinngemäß werden beidseitig gestrichene Druckpapiere auf beiden Seiten bedruckt. Dazu zählen z. B. sogenannte Magazinpapiere für Illustrierte oder Kataloge, aber auch Bilderdruckpapiere. Hochwertige Druckerzeugnisse erfordern eine höchste Oberflächenqualität der zu bedruckenden Seite. Diese ist mit einem sogenannten Einfachstrich nicht mehr zu erreichen. Deshalb wird das Streichrohpapier zunächst mit einem oder zwei sogenannten Vorstrichen beschichtet und darauf der sogenannte Deckstrich angeordnet.
Als Pigmente für die Strichschicht kommen alle gängigen Streichpigmente, wie Kaolin, Calciumcarbonat, Talkum, Titandioxid, Gips etc. in Betracht.
Als Bindemittel für die Strichschicht kommen ebenfalls alle gängigen Streichfarbenbinder, wie Stärke, Protein, Kasein, Kunststoff latices etc. in Betracht. Ebenso enthält die Strichschicht übliche Streichfarbenhilfsmittel, wie Entschäumer, Entlüfter, Gleitmittel und Viskositätsregulierer. Pigmente, Bindemittel und Streichfarbenhilfsmittel sind dem auf diesem Gebiet tätigen Fachmann geläufig.
Die Anordnung des optischen Aufhellers auf der Außenseite der Strichschicht besagt, daß dieser sowohl auf der Außenseite der Strichschicht als auch in der äußeren Schicht unter der Außenseite angeordnet ist. Die stets vorhandene Porosität der Strichschicht, ggf. auch nach einem vorangegangenen Glättungsvorgang bewirkt diese Anordnung mit der vorteilhaften Wirkung, daß UV-Anteil des Lichtes ohne oder nur mit geringer Dämpfung auf den optischen Aufheller trifft und als sichtbares blaues Licht im Bereich von 400 - 450 nm ohne oder nur mit geringer Dämpfung abgestrahlt wird, wodurch der Gelbstich der Fasern und Pigmente in den blauen Weißebereich verschoben wird. Das führt letztlich zu einer Steigerung des spektralen Reflektionsfaktors und zu einer Verbesserung der Papierqualität. Mit dieser Anordnung des optischen Aufhellers ist auch wegen der verbesserten Wirkungsweise eine Reduktion der Aufhellermenge möglich, so daß eine Kostenreduzierung möglich ist.
In einer bevorzugten Ausführung des optisch aufgehellten Durckpapieres ist der optische Aufheller auf der Außenseite des Deckstriches einer aus einem oder mehreren Vorstrichen und einem Deckstrich bestehenden Strichschicht angeordnet. Diese Ausführung hat den Vorteil, daß an die Weißequalität der Vorstrichpigmente keine allzu großen Ansprüche gestellt werden müssen, da die niedrigere Weiße dieser Pigmente durch den Aufhellereffekt auf der Außenschicht des Deckstriches kompensiert werden. Damit ist eine Kostenreduzierung möglich.
In einer weiteren Ausführung des optisch aufgehellten Druckpapieres ist der optische Aufheller auf der Außenseite einer ersten Strichschicht angeordnet und darüber einer weiteren Strichschicht ohne optischen Aufheller angeordnet. Es ist bekannt, daß optische Aufheller durch ständige UV-Lichteinwirkung zerstört werden und das Papier vergraut. Andererseits läßt es sich aber bei bestimmten Anwendungen des optisch aufgehellten Druckpapieres nicht vermeiden, daß dieses ständig dem Licht ausgesetzt ist. Dieses trifft z. B. bei beleuchteten Werbeplakaten zu. In diesem Falle wird der auf einer ersten Strichschicht angeordnete optische Aufheller durch die darüber angeordnete weitere Strichschicht vor zuviel UV-Licht geschützt, ohne seine aufhellende Wirkung zu verlieren.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines ein- oder beidseitig, ein- oder mehrfach gestrichenes, optisch aufgehelltes Druckpapieres ist durch die Kombination der folgenden Merkmale gekennzeichnet:
Ein Streichrohpapier, enthaltend Zellstoff- und/oder Holzstoff- und/oder Recyclingfasern und/oder Füllstoffe wird mit einer Streichfarbe, enthaltend Weißpigmente, Bindemittel und Streichfarbenhilfsmittel in an sich bekannter Weise mittels Walzen-, Düsen-, Rakel- oder Schaberauftrag beschichtet. Die aufgetragene Beschichtung wird unmittelbar in an sich bekannter Weise mittels Infrarotstrahler, Heißluft oder Zylinderkontakt getrocknet. Dabei ist auch eine Kombination der verschiedenen Trocknungssysteme miteinander möglich. Auf die getrocknete Oberseite der Strichschicht wird anschließend eine wässrige Lösung, die einen optischen Aufheller enthält, aufgetragen und erneut getrocknet.
Zum Auftrag der wässrigen Lösung können an sich bekannte Walzenauftragsvorrichtungen herangezogen werden. Eine weitere bewährte Auftragstechnik besteht im Düsenauftrag der wässrigen Lösung. Derartige Düsenauftragswerke sind dem Fachmann geläufig. Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens besteht darin, daß der Auftrag der wässrigen Lösung mittels eines sogenannten Walzen- oder Düsenfeuchters ein- oder beidseitig auf die beschichtete Papierbahn vorgenommen wird, wobei die Lösung des optischen Aufhellers dem Feuchtwasser zugefügt wird. Diese Ausführungsform bietet sich insbesondere dann an, wenn an der beschichteten Papierbahn eine Feuchtekorrektur vorgenommen werden muß.
Der Auftrag der wässrigen Lösung des optischen Aufhellers kann in der der Papiermaschine direkt nachgeordneten Streichmaschine oder in einer separat betriebenen Streichmaschine erfolgen. Es ist aber auch möglich, die wässrige Lösung des optischen Aufhellers in einer einem Kalander nachgeordneten Rückbefeuchtungseinrichtung auf die geglättete Strichschicht aufzutragen, wobei die Lösung des optischen Aufhellers dem Feuchtwasser zugesetzt wird.
Besitzt das in der Strichschicht enthaltene Bindemittel Carrier- Eigenschaften, wie etwa Stärke, Polyvinylalkohol oder CMC, dann kann eine rein wässrige Lösung eines optischen Aufhellers zum Auftrag verwendet werden. Fehlen der Strichschicht jedoch diese Carrier-Eigenschaften, dann wird der wässrigen Lösung ein wasserlöslicher Carrier, wie Stärke, CMC oder Polyvinylalkohol zugesetzt. Die erforderliche Menge an optischem Aufheller und ggf. Carrier kann der Fachmann leicht selbst ermitteln. Eine wässrige Lösung von 10 Gew.% optischem Aufheller (Handelsware) und 3 % aufgelöster Stärke hat sich bewährt.
Beispiel
Ein holzhaltiges, vorgestrichenes Papier wurde mit einem zusätzlichen Deckstrich mit einem Auftragsgewicht von 8 g/m2 versehen. Vor- und Deckstrich enthielten keinen optischen Aufheller. Die Weiße des gestrichenen Papieres betrug 75,2 %. Danach wurde auf den Deckstrich eine 10 %ige wässrige Lösung eines optischen Aufhellers aufgetragen und getrocknet. Die absolut trockene Auftragsmenge an optischem Aufheller betrug dabei 0,32 g/m2 Handelsware. Die Weiße erhöhte sich dabei auf 97,1 %.

Claims

Patentansprüche
1. Ein- oder beidseitig, ein- oder mehrfach gestrichenes, optisch aufgehelltes Druckpapier, bestehend aus Streichrohpapier und einer darauf aufgebrachten Strichschicht aus Pigment, Bindemittel und Streichfarbenhilfsmittel, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Aufheller auf der Außenseite einer Strichschicht angeordnet ist.
2. Ein- oder beidseitig gestrichenes, optisch aufgehelltes Druckpapier nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Aufheller auf der Außenseite des Deckstriches einer aus einem oder mehreren Vorstrichen und einem Deckstrich bestehenden Strichschicht angeordnet ist.
3. Ein- oder beidseitig gestrichenes, optisch aufgehelltes Druckpapier nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Aufheller auf der Außenseite einer ersten Strichschicht angeordnet ist und darüber eine weitere Strichschicht angeordnet ist.
4. Verfahren zur Herstellung eines ein- oder beidseitig, ein- oder mehrfach gestrichenen, optisch aufgehellten Druckpapieres, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale: - ein Streichrohpapier, enthaltend Zellstoff-, und/oder Holzstoff- und/oder Recyclingfasern und/oder Füllstoffe wird mit einer Streichfarbe, enthaltend Weißpigmente und Bindemittel in an sich bekannter Weise mittels Walzen-, Düsen-, Rakel- oder Schaberauftrag beschichtet,
- die Beschichtung wird in an sich bekannter Weise durch IR- Strahler, Heißluft oder Zylinderkontakt getrocknet,
- eine wässrige Lösung, enthaltend einen optischen Aufheller, wird auf die getrocknete Oberseite der Strichschicht aufgetragen und erneut getrocknet.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Auftrag der Lösung mittels Walzenauftrag vorgenommen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Auftrag der Lösung mittels Düsenauftrag vorgenommen wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Auftrag der Lösung mittels sogenannten Walzen- oder Düsenfeuchters ein- oder beidseitig vorgenommen wird und die Lösung des optischen Aufhellers dem Feuchtwasser zugefügt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Auftrag der Lösung des optischen Aufhellers in der der Papiermaschine direkt nachgeordneten Streichmaschine oder in einer separat betriebenen Streichmaschine erfolgt.
9. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung des optischen Aufhellers in einer einem Kalander nachgeordneten Rückbefeuchtungseinrichtung zusammen mit dem Feuchtwasser aufgetragen wird.
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