AT511619B1 - Verfahren zur oberflächenbehandlung von papier sowie papier - Google Patents
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Abstract
Bei einem Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Papier, insbesondere von mit Tintenstrahldruck bedruckbarem Papier, bei welchem auf ein Basispapier, enthaltend Cellulosefasern sowie gegebenenfalls Füllstoffe, einen optischen Aufheller, Retentionshilfsmittel oder Färbemittel bzw. Pigmente, eine wässrige Lösung, enthaltend wenigstens ein wasserlösliches Salz eines zweiwertigen Metalls sowie gegebenenfalls eine oder mehrere Substanzen gewählt aus einem Bindemittel, einem Pigment, einem Oberflächenleimungsmittel und/oder kationischen Polymer aufgebracht wird, wird aus einer Pulpe enthaltend als Hauptbestandteil Cellulose, zwischen 0 und 50 Gew.-%, insbesondere 10 und 30 Gew.-% CaCO3 als Füllstoff sowie gegebenenfalls einen optischen Aufheller oder ein Retentionshilfsmittel, ein nicht geleimtes Basispapier gebildet und das Basispapier wird mit einem flüssigen Oberflächenbehandlungsmedium enthaltend zwischen 1 und 15 kg/t Papier MgSO4 beschichtet und das Papier gegebenenfalls einem Nachbehandlungsschritt unterworfen.
Description
Beschreibung [0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Oberflächenbehandlungvon Papier, insbesondere von mit Tintenstrahldruck bedruckbarem Papier, bei welchem auf einBasispapier, enthaltend Cellulosefasern sowie gegebenenfalls Füllstoffe, einen optischen Auf¬heller, Retentionshilfsmittel oder Färbemittel bzw. Pigmente, eine wässrige Lösung, enthaltendwenigstens ein wasserlösliches Salz eines zweiwertigen Metalls sowie gegebenenfalls eineoder mehrere Substanzen gewählt aus einem Bindemittel, einem Pigment, einem Oberflächen¬leimungsmittel und/oder kationischen Polymer aufgebracht wird, sowie auf ein derart hergestell¬tes Papier.
[0002] Papier, welches ein komplexes, aus verschiedenen natürlichen Zellulosefasern mitPigmenten, Füllstoffen und dgl. zusammengesetztes Produkt ist, weist je nach Zusammenset¬zung bzw. verwendeten Ausgangsmaterialien stark unterschiedliche Eigenschaften auf. Um dieEigenschaften des Papiers an die spezifischen Erfordernisse anzupassen, kann einerseitsdieser komplexen Zusammensetzung, welche den Grundstoff von Papier ausbildet, eine Mehr¬zahl unterschiedlicher Substanzen zugesetzt werden oder aber das Papier kann nach Ausbil¬dung eines Basispapiers aus einer Pulpe sowie gegebenenfalls einem Pressen und Trockneneiner Oberflächenbehandlung unterzogen werden, um dem Papier die gewünschten spezifi¬schen Eigenschaften zu verleihen. Hierbei spielt beispielsweise die Wahl der Zusatzstoffe zudem Papier in dem Entwässerungsverfahren, während des Trocknens und bei der Verbesse¬rung der Retention eine große Rolle. Zur Verbesserung der Retention werden hierzu beispiels¬weise kationische Polymere, Nanopartikel oder mehrere Polymere gleichzeitig zugesetzt. DieWirkung dieser Polymeren ist es, kolloidale Teilchen an den Faseroberflächen zurückzuhalten,ohne eine Ansammlung derselben zwischen den Fasern zu bewirken. Andere wichtige Zusatz¬stoffe für die Modifikation des Basispapiers sind hydrophobe Leimungsmittel, welche häufig inForm von Emulsionen und/oder Dispersionen zugesetzt werden und dafür dienen, sich an denFaser- bzw. Füllstoffoberflächen anzulagern und diese somit hydrophob zu machen.
[0003] Im Falle von bedruckbaren Papieren ist es seit einer Vielzahl von Jahren bekannt, spe¬zielle Oberflächenbehandlungen vorzunehmen, wie beispielsweise Salze zweiwertiger Metalleals Fällungsmittel, Farbstofffixiermittel bzw. Koagulationshilfsmittel für Farbstoffe (Tinte) demOberflächenbehandlungsmittel zuzusetzen, um die Eigenschaften des Papiers für eine Be¬druckbarkeit zu verbessern.
[0004] So beschreibt beispielsweise die EP 0 999 937 B1 eine Zusammensetzung, die für dieOberflächenbehandlung eines Substrats für Tintenstrahldruck und insbesondere die Erhöhungder Farbdichte einer Druckertinte auf Papier geeignet ist, welche Zusammensetzung ein ineinem wässrigen Leimungsmedium lösbares Salz eines zweiwertigen Metallions enthält und alsLeimungsmedium zusätzlich Stärke und ein Leimungsagens enthält. Mit dieser Zusammenset¬zung soll die Tintenstrahlbedruckbarkeit von bzw. die Farbdichte der Tinte auf Papier verbessertwerden.
[0005] Aus der US 2009/0297738 A1 ist eine Beschichtungszusammensetzung für ein mitTintenstrahldruck bedruckbares Papier bekannt geworden, umfassend ein Calziumcarbonat¬pigment, ein Metallsalztrocknungsagens, ein kationisches Farbstofffixierungsagens, ein Pig¬mentbindemittel und gegebenenfalls ein Kunststoffpigment sowie fakultativ einen optischenAufheller, wobei die Menge des Calziumcarbonatpigmentes in der Größenordnung 70-95 Gew.-% der Beschichtungszusammensetzung vorliegt.
[0006] Aus der WO 96/39304 ist ein Tintenstrahlaufzeichnungsblatt bekannt geworden, zurVerwendung mit auf Pigment basierenden Tinten, wobei wenigstens eine der benutzbarenOberflächen des Aufzeichnungsblattes eine Kombination aus einer wasserlöslichen kationi¬schen Substanz und einer wasserlöslichen Bindesubstanz wie Polyvinylpyrrolidon, Polyac¬rylamiden, Stärken und Gelatine bekannt geworden.
[0007] Aus US 6,350,507 B1 ist ein Aufzeichnungsblatt für Tintenstrahldruck bekannt gewor- den, bei welchem auf einem Basispapier eine Aufzeichnungsschicht aufgebracht ist, welche auswenigstens einem Pigment und wenigstens einem Bindemittelharz, welches auf einem Basis¬material abgeschieden ist, besteht, wobei zusätzlich ein wasserlösliches, wenigstens bivalentesMetallsalz und ein Glanzeinstellungsagens enthalten sind.
[0008] Aus der US 2005/0107255 A1 ist ein Aufzeichnungsblatt zur Verwendung für Digital¬druck bekannt geworden, umfassend eine Oberflächenbehandlungsschicht, welche eine was¬serlösliche kationische Substanz wie ein lösliches mehrwertiges Metallsalz und eine wasserlös¬liche Bindersubstanz enthält, welches derartig beschichtete Papier einer Handhabungsvorrich¬tung in einem digitalen Druckverfahren unterworfen wird.
[0009] Der EP 1 775 141 B1 ist ein Aufzeichnungsblatt aus Papier entnehmbar, dessen Ober¬fläche mit wasserlöslichem Calziumchlorid zur Verbesserung der Bedruckbarkeit behandeltwurde.
[0010] Die vorliegende Erfindung zielt nun darauf ab, ein Verfahren zur Herstellung von Papierbzw. ein Papier zur Verfügung zu stellen, welches einfach ausführbar ist und in welchem durchEinsatz weniger Bestandteile ein Papier hergestellt werden kann, auf welchem eine wenigstensgleichwertige Farbdichte wie mit Produkten gemäß dem Stand der Technik beim Bedruckenerreicht werden kann und gleichzeitig ein geringeres Ausbluten, Verwerfen des Papiers, Aus¬fransen sowie ein verbesserter Farb-in-Farb-Verlauf des Papiers nach dem Bedrucken sowieeine schnellere Trocknungszeit der Drucktinte auf dem Papier ermöglicht wird.
[0011] Zur Lösung dieser Aufgabe ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeich¬net, dass aus einer Pulpe enthaltend als Hauptbestandteil Cellulose, zwischen 0 und 50 Gew.-%, insbesondere 10 und 30 Gew.-% CaC03 als Füllstoff sowie gegebenenfalls einen optischenAufheller oder ein Retentionshilfsmittel, ein nicht geleimtes Basispapier gebildet wird und dassdas Basispapier mit einem flüssigen Oberflächenbehandlungsmedium enthaltend zwischen 1und 20 kg/t Papier MgSÜ4 beschichtet wird und dass das Papier gegebenenfalls einem Nach¬behandlungsschritt sowie einem Trocknen unterworfen wird. Indem zuerst ein nicht geleimtesBasispapier hergestellt wird, und dieses nicht geleimte Basispapier mit einem flüssigen Oberflä¬chenbehandlungsmedium enthaltend zwischen 1 und 20 kg/t Magnesiumsulfat sowie gegebe¬nenfalls weiteren Zusatzstoffen beschichtet wird und das Papier gegebenenfalls einem Nach¬behandlungsschritt unterworfen wird, gelingt es mit extrem wenigen Arbeitsschritten, ein Papierherzustellen, auf welches neben den das Basispapier ausbildenden Hauptbestandteilen Cellu¬lose und Calciumcarbonat als Füllstoff zusätzlich lediglich Magnesiumsulfat als Oberflächenbe¬handlungsmedium aufgebracht werden muss. Magnesiumsulfat bildet hiebei während der Pa¬pierherstellung auf der Oberfläche des Papiers ein Monohydrat, da während der Trocknung ander Oberfläche höhere Temperaturen als 68 °C vorherrschen. Bei Raumtemperatur ist diestabile Form das Magnesiumsulfat.Heptahydrat, weshalb bei einem nachfolgenden Bedruckendes Papiers mit Tinten auf Wasserbasis pro Masseeinheit eingesetzten trockenen Magnesi¬umsulfates 0,90 Masseeinheiten Wasser aufgenommen werden können. Während eines nach¬folgenden Bedruckens, insbesondere im Inkjetverfahren ist ein so hergestelltes Papier her¬kömmlichen Papieren deutlich in Bezug auf die Trocknungsgeschwindigkeit überlegen. Zusätz¬lich wird die Formstabilität des Papiers verbessert, da das vom Magnesiumsulfat absorbierteWasser nicht zur Quellung der Fasern beitragen kann und somit das Aufwölben des Papiers anden bedruckten Stellen unterbunden wird. Zum Vergleich bildet beispielsweise das häufig inOberflächenbehandlungsmitteln eingesetzte Calciumchlorid bei den Temperaturen der Papier¬herstellung ein Dihydrat, bei Raumtemperatur aber ein Hexahydrat. Somit kann eine Masseein¬heit eingesetzten trockenen Calciumchlorides lediglich etwa 0,65 Masseeinheiten Wasser ab¬sorbieren, so dass das im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung eingesetzte Magne¬siumsulfat um 38 % effektiver beim Absorbieren von Wasser als das üblicherweise eingesetzteCalciumchlorid ist. Wenn in diesem Zusammenhang von einem bereits getrockneten Basispa¬pier ausgegangen wird, gelingt es durch Aufbringen einer Magnesiumsulfatlösung auf der Pa¬pieroberfläche somit, während eines Bedruckens des gemäß der Erfindung hergestellten Pa¬piers, die in der Tinte enthaltene Flüssigkeit durch das Oberflächenbehandlungsmedium Mag¬nesiumsulfat rasch und zuverlässig aufzusaugen, so dass insbesondere die Punktgröße eines mit Magnesiumsulfat behandelten Papiers deutlich geringer als jene eines mit Calciumchloridbehandelten Papiers ist, wodurch es bei einer derartigen Verfahrensführung in überraschenderWeise gelingt, durch Einsatz von extrem wenigen und gezielt ausgewählten Inhaltsstoffen einPapier herzustellen, welches in der Qualität wenigstens einem herkömmlichen Papier, welchesneben der Oberflächenbehandlung üblicherweise auch Leimungsmittel, Pigmente sowie weitereZusatzstoffe enthält, entspricht.
[0012] Beim Bedrucken mit wasserbasierten Pigmenttinten bzw. Pigmenttinte auf Wasserbasiskann sich das wasserlösliche Magnesiumsulfat teilweise in der Tinte lösen, wodurch die Pig¬mentdispersion destabilisiert wird und es zur Koagulation der Farbpigmente kommt. Das koagu¬lierte Farbpigment bleibt an der Oberfläche des Papiers und dringt nicht mit der Flüssigkeit indas Innere desselben ein, weshalb das mit Magnesiumsulfat gemäß der Erfindung behandeltePapier beim Bedrucken mit wasserbasierenden Pigmenttinten eine höhere Farbdichte aufweist,als ein unbehandeltes Papier.
[0013] Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Ersatz des üblicherweiseenthaltenen, hochkorrosivem Chlorids durch weniger korrosiv wirkendes Sulfat, so dass dieLebensdauer des Auftragsaggregates für die Oberflächenbehandlung verlängert wird sowie dieStandzeiten der Verschleißteile im Auftragsaggregat, wie beispielsweise der Rakelstäbe, erhöhtwerden. Ebenso wird bei der Wiederverwertung von Ausschussware der Eintrag korrosivenChlorids in den Wasserkreislauf der Papiermaschine reduziert.
[0014] Indem, wie dies einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrensentspricht, das Papier als Nachbehandlungsschritt einem Kalandern oder Glätten unterworfenwird, gelingt es trotz des Fehlens von inneren Leimungsmitteln oder weiteren Zusatzstoffen, einglattes Papier, welches keinerlei Verwerfungen aufweist, und welches in jedem modernenDrucker eingesetzt werden kann, zur Verfügung zu stellen. Es ist hiebei auch unerheblich, obes sich um einen Tintenstrahldruck oder auch Laserdruck handelt.
[0015] Indem gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens dasPapier bis zu einer Glätte zwischen 60 und 150 Bekk s. geglättet bzw. kalandert wird, wird dasAusfransen der Tinte entlang der Fasern vermindert und ist vergleichbar einem Papier, das miteiner Hydrophobierung durch ein inneres und/oder ein Oberflächenleimungsmittel behandeltwurde. Somit ist das erfindungsgemäße Papier für den Einsatz im Tintenstrahldruck bzw. auchim Laserdruck ohne Ausbildung von Verwerfungen gut und vorteilhaft geeignet.
[0016] Für eine besonders einfache Verfahrensführung wird das erfindungsgemäße Verfahrenso geführt, dass die MgS04 Lösung als 0,5 bis 20 gew.-%ige, insbesondere 1 bis 6 gew.-%igewässrige Lösung eingesetzt wird. Durch Zusatz von Magnesiumsulfat als 0,5 bis 20 gew.-%igeLösung gelingt eine besonders homogene Verteilung des Fixiermittels in dem Oberflächenbe¬handlungsmedium und somit nachfolgend auf der Oberfläche des damit behandelten Papiers,so dass gleichbleibende Eigenschaften über die gesamte Oberfläche des mit dem Verfahrengemäß der Erfindung hergestellten Papiers sichergestellt werden können.
[0017] Indem das erfindungsgemäße Verfahren bevorzugt so geführt wird, dass das Basispa¬pier mit MgS04 sowie einem Polydiallyldimethylammoniumchlorid-Polymer beschichtet wird,gelingt es insbesondere, eine verbesserte Fixierung von Farbstofftinten an der Oberfläche desPapiers zu erzielen, bei gleichzeitig schnellem Trocknen der auf der Oberfläche eines so herge¬stellten Papiers aufgebrachten, flüssigen Farbstoffzusammensetzung, so dass ein Verlaufender Farben mit Sicherheit ausgeschlossen wird und gleichzeitig eine gute Anhaftung derselbenan der Oberfläche erzielt wird.
[0018] Eine besonders gute Fixierung der Papieroberfläche wird dadurch erzielt, dass dasPolydiallyldimethylammoniumchlorid-Polymer in einer Menge von 1 bis 12 kg/t Papier in demOberflächenbehandlungsmedium eingesetzt wird. Bei einer derartigen Verfahrensführung ge¬lingt es, gleichzeitig eine schnelle Trocknung der auf das so hergestellte Papier aufgebrachtenTinte zu erzielen und ein Verlaufen derselben bei geringen eingesetzten Mengen des Oberflä¬chenbehandlungsmediums während des Herstellungsverfahrens zu vermeiden.
[0019] Insbesondere günstige Eigenschaften eines gemäß dem Verfahren der vorliegendenErfindung hergestellten Papiers können dadurch erzielt werden, dass als flüssiges Oberflä¬chenbehandlungsmedium 2 bis 20 kg/t Papier, insbesondere 6 bis 10 kg/t Papier MgS04 und 1bis 12 kg/t Papier, insbesondere 4 kg/t Papier Polydiallyldimethylammoniumchlorid-Polymereingesetzt wird.
[0020] Mit einer derartigen Abstimmung der Einsatzmengen von Magnesiumsulfat als Absorpti¬onsmittel sowie als Fixiermittel bzw. Fällungsmittel für Pigmenttinten und dem speziellen Poly-diallyldimethylammoniumchlorid-Polymer als Fixiermittel für Farbstofftinten gelingt es in extremwenigen Verfahrensschritten und gleichzeitig unter Einsatz weniger Zusatzstoffe, ein Papierherzustellen, welches vergleichbare Eigenschaften zu einem herkömmlichen Papier mit sowohlinnerer als auch Oberflächenleimung besitzt, jedoch ökonomisch bedeutend günstiger herge¬stellt werden kann.
[0021] Indem, wie dies einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens gemäß der vorliegen¬den Erfindung entspricht, das Verfahren so geführt wird, dass zusätzlich ein Bindemittel, wieeine native oder modifizierte Stärke, ein Polyvinylalkohol oder Mischungen davon eingesetztwird, gelingt es, eine durchgehende Schicht auf der Oberfläche des Papiers auszubilden, wel¬che sich durch eine extrem hohe Gleichmäßigkeit auszeichnet, so dass nicht nur die Farbstoff¬bindungseigenschaften sondern auch insbesondere die Gleichmäßigkeit der Bedruckbarkeitdes Papiers durch eine derartige Verfahrensführung deutlich verbessert wird.
[0022] Um ein Papier mit besonders hoher Weiße zur Verfügung stellen zu können, wird daserfindungsgemäße Verfahren so geführt, dass ein disulphonierter, tetrasulphonierter, hexasul-fonierter optischer Aufheller oder ein Distyrylbiphenyl Aufheller eingesetzt wird. Überra¬schenderweise wird die Effektivität eines di-, tetra- oder hexasulfonierten, optischen Aufhellersoder eines Distyrylbiphenyl-Aufhellers durch Verwendung von Magnesiumsulfat in bedeutendgeringerem Maß herabgesetzt als durch beispielsweise Calciumchlorid, so dass mit einer derar¬tigen Verfahrensführung eine bedeutend bessere Weiße des Papiers im Vergleich zu Papieren,welchen beispielsweise Salze anderer zweiwertiger Metallionen zugesetzt wurden, erzielt wer¬den kann.
[0023] Dieser Effekt kann gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch noch weiter verbessertwerden, dass, wie dies einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrensentspricht, der optische Aufheller sowohl in dem Basispapier als auch dem Oberflächenbehand¬lungsmedium eingesetzt wird.
[0024] I m Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung hat es sich überraschend gezeigt,dass bei einem nachfolgenden Bedrucken eines erfindungsgemäß hergestellten Papiers einegleichmäßig hohe Farbdichte dadurch erzielt werden kann, dass im Oberflächenbehandlungs¬medium zusätzlich ein Pigment gewählt aus der Gruppe gemahlenes, gefälltes oder modifizier¬tes CaC03 oder Mischungen davon eingesetzt wird. Die Oberflächenbehandlung mit einemPigment alleine erhöht die Farbdichte im Inkjetdruck gegenüber einem unbehandelten Papier,die erfindungsgemäße zusätzliche Verwendung von MgS04 führt zu einer darüber hinaus ge¬henden Verbesserung der Farbdichte, so dass der Einsatz dieser erfindungsgemäßen Kombi¬nation sowohl bei Papieren, welche ein Pigment enthalten, als auch Papieren, welche keinPigment enthalten, zu überraschend vorteilhaften und unerwarteten Ergebnissen führt.
[0025] Das erfindungsgemäße Verfahren kann somit sowohl für die Herstellung von pigmentier¬tem als auch für die Herstellung von nicht pigmentiertem Papier mit gleichmäßigem Erfolgeingesetzt werden.
[0026] Für eine besonders gleichmäßige Verfahrensführung und insbesondere für gleichmäßi¬ge Ergebnisse des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Verfahren bevorzugt so geführt,dass dem Oberflächenbehandlungsmedium zusätzlich ein Viskositätsregler, wie ein Polyacrylatzugesetzt wird. Mit einer derartigen Verfahrensführung gelingt es, eine gleichmäßige, insbeson¬dere gleichmäßig dicke Oberflächenbehandlungsschicht auf dem Papier zu erzielen.
[0027] Um beim Bedrucken mit wasserbasierenden Tinten unerwünschte Effekte, wie das
Quellen des Bindemittels mit damit einhergehendem Festigkeitsverlust hintanzuhalten, wird daserfindungsgemäße Verfahren bevorzugt so geführt, dass dem Bindemittel, insbesondere derStärke ein Quervernetzungsmittel, wie beispielsweise ein Zirkoniumsalz zugesetzt wird.
[0028] Zur Erhöhung der Glätte eines mit dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindunghergestellten Papiers wird das erfindungsgemäße Verfahren bevorzugt so geführt, dass demOberflächenbehandlungsmedium ein Gleitmedium zugesetzt wird. Hierbei hat sich Calciumstea-rat als vorteilhaft erwiesen, welches sowohl eine erhöhte Glätte als auch eine gute Bedruckbar¬keit des Papiers ergibt.
[0029] In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung und um insbesondere eine gleichmä¬ßig und gut bedruckbare Oberflächenschicht des insbesondere pigmentierten Papiers zu erzie¬len, wird das erfindungsgemäße Verfahren so geführt, dass der Gesamtfeststoffgehalt desOberflächenbehandlungsmediums zwischen 15 bis 70 Gew.-%, insbesondere 30 bis 50 Gew.-% gewählt wird. Indem der Gesamtfeststoffgehalt des Oberflächenbehandlungsmediums zwi¬schen 15 bis 70 Gew.%, insbesondere zwischen 30 und 50 Gew.-% gewählt wird, kann eingleichmäßiger Strich des Basispapiers erzielt werden und zusätzlich die Dicke der Oberflächen¬schicht, welche durch Aufbringen des Oberflächenbehandlungsmediums auf das Basispapiererzielt werden kann, beliebig und insbesondere auf ein Minimalerfordernis eingestellt werden.
[0030] Mit einer derartigen Verfahrensführung gelingt es daher gemäß einer bevorzugten Wei¬terbildung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung, ein insbesondere pigmentiertes Papierzu erzielen, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Gewicht einer trockenen Oberflä¬chenbeschichtung 1 bis 10 (g/m2 Seite), insbesondere etwa 4 (g/m2 Seite) aufweist, erzielt wird.Ein derartiges Gewicht einer trockenen Oberflächenbeschichtung entspricht dem Gewicht,welches herkömmlich auf Druckereipapieren aufgebracht wird und kann gemäß der vorliegen¬den Erfindung mit einer extrem einfachen Verfahrensführung, in welcher lediglich Magnesi¬umsulfat in dem Oberflächenbehandlungsmedium zwingend enthalten sein muss, erzielt wer¬den.
[0031] Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere weiters auf ein gemäß dem Verfah¬ren der vorliegenden Erfindung hergestelltes Papier, welches vorzugsweise für den Tinten¬strahldruck ersetzbar ist. Gemäß einer Weiterbildung ist ein derartiges Papier vorzugsweise imWesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass ein Kontaktwinkel von Wasser, insbesonderedestilliertem Wasser mit dem Papier zwischen 15° und 70°, insbesondere zwischen 25° und 50°beträgt. Überraschenderweise hat es sich gezeigt, dass das mit dem Verfahren gemäß dervorliegenden Erfindung hergestellte Papier über einen extrem weiten Bereich von Kontaktwin¬keln von Wasser mit Papier einsetzbar ist und es trotz dieser großen Bandbreite von verwend¬baren Kontaktwinkeln möglich ist, ein Auslaufen der Farbe bzw. ein Verbleichen der Farbe mitSicherheit hintanzuhalten, was vor allem auf den überaus guten Trockeneffekt des eingesetztenMgS04 zurückzuführen ist.
[0032] Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, inwelchen das mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellte Papier mit herkömmli¬chen Papieren verglichen wird.
[0033] Ausführungsbeispiel 1 [0034] Auf ein Testpapier sowie ein Vergleichspapier aus einem ungeleimten Rohpapier mit100 g/m2 Flächengewicht wurden mit einer Rakel wässrige Lösungen von poly-DADMAC (Poly-diallyl-dimethylammoniumchlorid) sowie im Falle eines Testpapiers gemäß der Erfindung Mag¬nesiumsulfat und im Falle eines Vergleichspapiers Calciumchlorid aufgetragen. Die Konzentra¬tionen wurden dabei so gewählt, dass bei einem beidseitigen Nassauftrag von je 12 (g/m2 Seite)der Gehalt an polyDADMAC 4,7 kg/t, an CaCI2 bzw. MgS04 3 bis 10 kg/t beschichtetem Papierbetrüge. Tatsächlich wurde jedoch nur eine Seite mit 12 g/m2 Nassauftrag der entsprechendenLösung beschichtet und getrocknet. Anschließend wurde die beschichtete Seite mit einem HPPhotosmart B9180 Drucker mit den Einstellungen "Standard / Normalpapier" unter Verwendungvon Pigmenttinten bedruckt. Mit einem X-Rite DensiEye 700 Farbdensitometer wurden die
Farbdichten von Volltonflächen von Cyan (C), Magenta (M), Gelb (Y) und Schwarz (K) sowieden binären Mischfarben Rot (100 M + 100 Y), Grün (100 C + 100 Y) und Blau (100 C + 100 M)gemessen. In Fig. 1 ist der Durchschnitt der 7 gemessenen Farbdichten gegen den Salzgehalt(berechnet auf beidseitigen Auftrag) aufgetragen.
[0035] Bei der in Fig. 1 dargestellten Auswertung dieses Druckversuchs ist eindeutig ersichtlich,dass die Farbdichte, welche mit dem ungeleimten Papier gemäß der Erfindung erzielt werdenkann, überlegen oder zumindest gleich jener des herkömmlichen, ungeleimten Vergleichspa¬piers ist.
[0036] Ausführungsbeispiel 2 [0037] Auf einer Papiermaschine wurde ein ungeleimtes Papier mit 90 g/m2 Flächengewichtaus einer Zellstoffsuspension, enthaltend als Füllstoff 15 Gew.-% präzipitiertes Calciumcarbonat(PCC) bezogen auf den Trockengehalt der Suspension, gebildet und in einer Filmpresse einOberflächenbehandlungsmedium, bestehend aus einer wässrigen Lösung von 2,0 Gew.-%Magnesiumsulfat und 1,0 Gew.-% poly-DADMAC, beidseitig so aufgebracht, dass der Gehalt anMagnesiumsulfat im fertigen Papier 7 kg/t betrug. Das Papier wurde auf eine Glätte von 105Bekk s geglättet.
[0038] Referenzbeispiel 1 [0039] Auf einer Papiermaschine wurde ein geleimtes Papier mit 90 g/m2 Flächengewicht auseiner Zellstoffsuspension enthaltend als Füllstoff 18 Gew.-% präzipitiertes Calciumcarbonat(PCC) bezogen auf den Trockengehalt der Suspension, gebildet. Als Leimungsmittel wurdeAlkenylbernsteinsäureanhydrid (ASA) verwendet, und die Leimungsmenge wurde so eingestellt,dass der 60 s Cobb Wert des fertigen Papiers 30 g/m2 betrug. In einer Filmpresse wurde einOberflächenflächenbehandlungsmedium, bestehend aus einer wässrigen Lösung von 10 Gew.-% enzymatisch abgebauter Maisstärke und 1,8 Gew.-% CaCI2 so aufgebracht, dass der Gehaltan CaCI2 in dem fertigen Papier 6 kg/t betrug. Die Rauhigkeit wurde auf einen für Naturpapiereüblichen Wert von 200 ml/min nach Bendtsen engestellt.
[0040] Die Papiere aus Ausführungsbeispiel 2 und Referenzbeispiel 1 wurden mit verschiede¬nen Druckern bedruckt und die Farbdichten, wie oben angegeben gemessen. Zusätzlich wurdedie Farbdichte des schwarzen Feldes auf der Rückseite des Papiers als Maß für das Durch¬schlagen der Tinte gemessen. Als Drucker wurden ein HP Photosmart B9180 mit den StandardPigmenttinten und den Druckeinstellungen "Standard / Normalpapier", ein Canon MP610 mitStandard Farbstofftinten und den Druckeinstellungen "Hoch / Foto Glanzpapier", ein EpsonStylus S21 gefüllt mit Kodak Versamark Farbstofftinten der FV2000 Serie und den Druckeinstel¬lungen "Entwurf / Epson glossy" und ein Epson Stylus SX218 gefüllt mit Oce Jetstream 1000Farbstofftinten und den Druckeinstellungen "Foto, Epson Photo" verwendet. Die letzten beidenDrucker wurden mit Tinten von Hochgeschwindigkeitsproduktionsinkjetdruckmaschinen befüllt,um die Leistung des Papiers auf diesen Druckmaschinen zu simulieren.
[0041] Die Ergebnisse der Farbdichtemessungen sind in Tabelle 1 angeführt. Aus den Ergeb¬nissen ist klar ersichtlich, dass die Farbdichte, welche mit dem ungeleimten Papier gemäß derErfindung erzielt werden kann, überlegen oder zumindest gleich jener eines herkömmlichen,geleimten und mit CaCI2 behandelten Papiers gemäß Referenzbeispiel 1 ist. Überraschender¬weise wurde bei einem Drucker festgestellt, dass die Tinte punktuell vollständig durch dasPapier des Referenzbeispiels 1 durchschlug, beim ungeleimten Papier gemäß Ausführungsbei¬spiel 2 auf Grund der guten Absorptionseigenschaften jedoch kein punktuelles Durchschlagenfestzustellen war.
Auswertung MgS04 & Referenz Tabelle 1 HP Photosmart Pro B9180 mit Standard PigmenttintenEinstellungen: standard, Normalpapier
Canon Pixma MP 610 mit Standard FarbstofftintenEinstellungen: hoch, Foto Glanzpapier
Epson Stylus S21 adaptiert mit Kodak Versamark Farbstofftinten (FV2000 Serien)Einstellungen: Entwurf, Epson glossy
Epson SX218 adaptiert mit Oce Jetstream 1000 FarbstofftintenEinstellungen: Foto, Epson Photo
* schlägt punktuell durch [0042] Mit einem PocketGoniometer PGX von Fibro System wurde der Kontaktwinkel auf denPapieren des Ausführungsbeispiels 2 sowie des Referenzbeispiels 1 gemessen. Das Geräterlaubt auch die Berechnung des Tropfenvolumens, wodurch eine gute Indikation der Absorpti¬onsgeschwindigkeit zu erhalten ist. Fig. 2 und 3 zeigen den zeitlichen Verlauf von Kontaktwinkelund Tropfenvolumen, nachdem ein 4 pl Tropfen destillierten Wassers auf das Papier aufge¬bracht wurde. Im Kontaktwinkel ist deutlich der Unterschied in der Hydrophobierung zwischendem geleimten Referenzbeispiel und dem ungeleimten Ausführungsbeispiel zu sehen. DieAbnahme des Tropfenvolumens zeigt den deutlichen Vorteil in der Absorptionsgeschwindigkeitdes Tropfens bei dem Papier gemäß Ausführungsbeispiel 2.
Claims (16)
- Patentansprüche 1. Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Papier, insbesondere von mit Tintenstrahldruckbedruckbarem Papier, bei welchem auf ein Basispapier, enthaltend Cellulosefasern sowiegegebenenfalls Füllstoffe, einen optischen Aufheller, Retentionshilfsmittel oder Färbemittelbzw. Pigmente, eine wässrige Lösung enthaltend; wenigstens ein wasserlösliches Salz ei¬nes zweiwertigen Metalls sowie gegebenenfalls eine oder mehrere Substanzen gewähltaus einem Bindemittel, einem Pigment, einem Oberflächenleimungsmittel und/oder kationi¬schen Polymer aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass aus einer Pulpe enthal¬tend als Hauptbestandteil Cellulose, zwischen 0 und 50 Gew.-%, insbesondere 10 und 30Gew.-% CaC03 als Füllstoff sowie gegebenenfalls einen optischen Aufheller oder ein Re¬tentionshilfsmittel, ein nicht geleimtes Basispapier gebildet wird und dass das Basispapiermit einem flüssigen Oberflächenbehandlungsmedium enthaltend zwischen 1 und 20 kg/tPapier MgS04 beschichtet wird und dass das Papier gegebenenfalls einem Nachbehand¬lungsschritt unterworfen wird.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Nachbehandlungsschrittdas Papier einem Kalandern oder Glätten unterworfen wird.
- 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Papier bis zu einer Glät¬te zwischen 60 und 150 Bekk s. geglättet bzw. kalandert wird.
- 4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die MgS04 Lösungals 0,5 bis 20 gew.-%ige, insbesondere 1 bis 5 gew.-%ige wässrige Lösung eingesetztwird.
- 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Basis¬papier mit MgS04 sowie einem Polydiallyldimethylammoniumchlorid-Polymer beschichtetwird.
- 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Polydi-allyldimethylammoniumchlorid-Polymer in einer Menge von 1 bis 12 kg/t Papier in demOberflächenbehandlungsmedium eingesetzt wird.
- 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als flüssi¬ges Oberflächenbehandlungsmedium 1 bis 20 kg/t Papier, insbesondere 6 bis 10 kg/t Pa¬pier MgS04 und 1 bis 12 kg/t Papier, insbesondere 4 kg/t Papier Polydiallyldimethylammo-niumchlorid-Polymer eingesetzt wird.
- 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlichein Bindemittel, wie eine native oder modifizierte Stärke, ein Polyvinylalkohol oder Mi¬schungen davon eingesetzt wird.
- 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass dem Bindemittel, insbeson¬dere der Stärke ein Quervernetzungsmittel, wie ein Zirkoniumsalz zugesetzt wird.
- 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein disul-phonierter, tetrasulphonierter, hexasulfonierter optischer Aufheller oder ein DistyrylbiphenylAufheller eingesetzt wird.
- 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Aufhellersowohl in dem Basispapier als auch dem Oberflächenbehandlungsmedium eingesetzt wird.
- 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlichein Pigment gewählt aus der Gruppe gemahlenes, gefälltes oder modifiziertes CaC03 oderMischungen davon eingesetzt wird.
- 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Ge¬samtfeststoffgehalt des Oberflächenbehandlungsmediums zwischen 15 bis 70 Gew.-%,insbesondere 30 bis 50 Gew.-% gewählt wird.
- 14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gewicht einertrockenen Oberflächenbeschichtung 1 bis 10 (g/m2 Seite), insbesondere etwa 4 (g/m2 Sei¬te) gewählt wird.
- 15. Verfahren nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass dem Oberflächenbe¬handlungsmedium zusätzlich ein Viskositätsregler, wie ein Polyacrylat zugesetzt wird.
- 16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gleit¬mittel, insbesondere Calciumstearat dem Oberflächenbehandlungsmedium zugesetzt wird. Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
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