DE102005057836B3

DE102005057836B3 - Haftungsverbessernde Substanz und Verwendungen für Papier und Selbstdurchschreibepapier, Mikrokapselbeschichtungsmasse für Selbstdurchschreibepapier, Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE102005057836B3
Application number: DE102005057836A
Authority: DE
Inventors: Dietrich Dipl.-Ing. Hoffmann (FH); Dieter Dipl.-Ing. Scholtz (FH); Bernd Ritzert
Original assignee: CORVUS BESCHICHTUNGSSYSTEME GM; CORVUS BESCHICHTUNGSSYSTEME GmbH
Current assignee: RITZERT, BERND, DE
Priority date: 2005-12-03
Filing date: 2005-12-03
Publication date: 2007-03-08
Anticipated expiration: 2025-12-04
Also published as: WO2007065399A1

Abstract

Es geht um eine haftungsverbessernde Substanz für Papier und Selbstdurchschreibepapier, verschiedene Verwendungen der Substanz, um Mikrokapselbeschichtungsmasse für Selbstdurchschreibepapier und um ein Verfahren zur Herstellung derselben für Selbstdurchschreibepapier. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine haftungsverbessernde Substanz für Papier und Selbstdurchschreibepapier, Verwendungen derselben, eine Mikrokapselbeschichtungsmasse für Selbstdurchschreibepapier, eine Verwendung und ein Verfahren zur Herstellung derselben anzugeben, wobei die Haftung von Druckfarbe, insbesondere auf der Geberschicht (CB) verbessert, die Trocknungszeit verkürzt und der Druckvorgang beschleunigt wird. Lösungsansatz für diese Aufgabe liegt darin, dass in der haftungsverbessernden Substanz ein Fixiermittel, ausgewählt aus Ethylenimin, Polyethylenimin und deren Derivate und zusätzlich ein Dispergiermittel, ausgewählt aus Polycarbonsäure und deren Derivaten, enthalten sind. Die haftungsverbessernde Substanz kann in den Bereichen Digitaldruck, Selbstdurchschreibepapier zur Verwendung kommen. Die Mikrokapselbeschichtungsmasse zur Ausbildung der Geberschicht (CB) des Selbstdurchschreibepapiers enthält die haftungsverbessernde Substanz. Das Verfahren zu deren Herstellung umfasst im Wesentlichen die Schritte Herstellung der haftungsverbessernden Substanz in Form einer wässrigen Lösung und anschließendes Dispergieren von Mikrokapseln, Bindemittel, Abstandshalter sowie zusätzlichem Wasser ...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine haftungsverbessernde Substanz für Papier und Selbstdurchschreibepapier, die bedruckt werden sollen.
Des weiteren betrifft die Erfindung grundsätzliche Verwendungen der haftungsverbessernden Substanz im Zusammenhang mit dem Einsatz bei Digitaldruck, mit Papier und mit Selbstdurchschreibepapier.
Außerdem betrifft die Erfindung eine Mikrokapselbeschichtungsmasse für Selbstdurchschreibepapier, deren Verwendung zum Einsatz bei Digitaldruck und ein Verfahren zur Herstellung von Mikrokapselbeschichtungsmasse für Selbstdurchschreibepapier, bei dem Mikrokapseln, Bindemittel, Abstandshalter und Wasser, dispergiert werden.

Papiere, die bedruckt werden sollen, müssen so beschaffen sein, dass die Druckfarbe darauf haftet. Solche Papiere finden sich im Druck,- Schreib- und Verpackungssektor und können bspw. eine glattgestrichene, mattgestrichene Beschaffenheit, verschiedene bedarfsabhängige Gewichte aufweisen oder auch als Verbundpapier vorliegen.

Kohlefreie Selbstdurchschreibepapiere sind aus der Praxis bekannt. Dabei geht es um beschichtete Papiere. Die Papiere können mit einer Geberschicht, der sog. CB- bzw. Coated Back-Seite, und mit einer Nehmerschicht, der sog. CF- bzw. Coated Front-Seite ausgestattet sein. Bei einer weiteren Ausführung können die Papiere auch mit einer Kombination aus Geber- und Nehmerschicht ausgerüstet sein, wobei es sich dann um eine sog. SC- bzw. Self Contained-Seite handelt.

Die Geberschicht enthält Mikrokapseln. In den Mikrokapseln sind Farbbildner enthalten. Die Nehmerschicht enthält reaktive Stoffe, die mit dem aus durch Druck zerstörten Mikrokapseln austretenden Farbstoff eine farbige Substanz bilden.

Bei dem Farbstoff innerhalb der Mikrokapseln an der Unterseite des Originals handelt es sich in der Regel um einen Leukofarbstoff, z.B. farbloses Kristallviolettacton, der in Kernöl gelöst ist. Das Reaktionsmittel der Nehmerschicht auf der Oberseite der Kopie kann aktivierter Montmorillonit sein oder in Form von phenolischen Verbindungen vorliegen, die als Elektronendonatoren fungieren. Es handelt sich dem Grunde nach um Reaktionen, wie sie von der Chemie der Säure-Base-Indikatoren bekannt sind.

Zur Herstellung von Selbstdurchschreibepapieren können Papiere zum Einsatz kommen, die bereits eine Vorbehandlung in Form einer ein- oder zweiseitigen Beschichtung durchlaufen haben. Diese Papiere können auch ohne Selbstdurchschreibefunktion für den Digitaldruck oder auch bei anderen herkömmlichen Drucktechniken, bspw. beim Tintenstrahldruck, zum Einsatz kommen. Vorbehandelte Papiere sind auch hinsichtlich ihres Einsatzes als Bildwiedergabepapier bekannt.

Anwendungsgebiete der Selbstdurchschreibepapiere sind Formblätter und Durchschreibesets. Die beschichteten Papiere können grundsätzlich sowohl bei druckformgebundenen als auch druckformlosen Druckverfahren verwendet werden. Bei den druckformlosen Druckverfahren ist der Digitaldruck hervorzuheben. Beim Digitaldruck wird das Druckbild direkt aus dem Computer in eine Druckmaschine übertragen. Zumeist handelt es sich um ein fotoelektrisches Drucksystem mit der Möglichkeit eines mehrfarbigen Ausdruckes mittels Flüssigtoner.

Nun ist es gerade bei Bankformularen, Versicherungsformularen, Lieferscheinen oder sonstigen Formblättern – bspw. auch aus dem Gesundheitswesen – wünschenswert, wenn die oben beschriebenen Selbstdurchschreibepapiere mit Farbfeldern markiert werden. Während des Bedruckens werden die Mirokapseln nicht zerstört, wohl aber, wenn das Papier mit Druck per Schreibstift beaufschlagt wird.

Selbstdurchschreibepapiere für den Digitaldruck sind aus der Praxis bereits als problematisch bekannt, da ein sauberer, gut haftender Druck zumindest auf der Geberschicht (CB) nicht erzielbar ist. Auch auf der Geberschicht müssen Markierungen für Informationen aufdruckbar sein. Großhersteller produzieren die verschieden beschichteten Papiere rollenweise, erst später werden die verschiedenen beschichteten Bahnen zusammengefügt. Kleinhersteller ermöglichen Sonderanfertigungen, wobei auf einer Bahn zwei unterschiedliche Beschichtungen nebeneinander aufgebracht werden und dann eine Faltung erfolgt, so dass die Geberschicht (CB) zur Nehmerschicht (CF) weist. Die Fixierung bzw. Trocknung des durch den Digitaldruck aufgebrachten Flüssigtoners dauert oft länger, und es kann zu einem Verwischen der aufgedruckten Farbmarkierung und damit zur Unbrauchbarkeit des Erzeugnisses kommen. Die volle Haftung der Druckfarbe wird nach ca. 5 Tagen erreicht, in vielen Fällen wird die volle Haftung nicht erreicht. Ein aus der Druckerei bekanntes Verfahren zur Prüfung der Haftfestigkeit, wobei ein durchsichtiger Klebestreifen auf den frischen Druck aufgebracht und wieder zügig entfernt wird, führt jedenfalls nicht zu dem gewünschten Effekt, dass sämtliche Farbe auf dem Papier verbleibt und kein Farbrest am Klebestreifen zu finden ist. Der Effekt der kompletten Haftung ist bei handelsüblichen Selbstdurchschreibepapieren jedenfalls nicht ausreichend.

Aus der Praxis sind verschiedene Zusätze zur Papierherstellung und zur Oberflächenbehandlung des Papiers bekannt. Diese Zusätze sollen bewirken, dass der Farbdruck besser auf dem Selbstdurchschreibepapier haftet. Diese Zusätze betreffen Acrylat-Dispersionen oder Acryl-Butadien-Dispersionen als Bindemittel, die im Hinblick auf das Papier und bedingt im Hinblick auf die Nehmerschicht (CF) Erfolg zeigen. Die Wirkung dieser Zusätze besteht darin, dass eine poröse, saugfähige Schicht erhalten wird, in die die Druckfarbe gut eindringen kann und gut haftet.

Die Acrylat-Dispersionen oder Acryl-Butadien-Dispersionen weisen jedoch im Hinblick auf die Geberschicht (CB) Nachteile auf. Zum einen wird die Haftung des Digitaldruckes nicht verbessert, zum anderen ergibt sich durch diese Bindemittel eine verminderte Kopierfähigkeit, eine Eigenschaft, die bei Selbstdurchschreibepapieren unverzichtbar ist.

Für besondere Ansprüche werden von den Digitaldruckmaschinenherstellern zur Verbesserung der Haftung der Druckfarbe auf Papier Vorbeschichtungsmittel bzw. Primer als startermolekülhaltige Vorbeschichtungsmittel mit der wirksamen, jedoch hoch reaktiven und stark giftigen Substanz Aziridin bzw. Ethylenimin oder mit einem Aziridin- bzw. Ethyleniminderivat empfohlen. Die Bezeichnungen „Aziridin" und „Ethylenimin" sind synonyme Begriffe. Dieses stark ätzende, giftige und carci nogen wirkende Fixiermittel ist nur mit besonderer Vorsicht zu gebrauchen und deshalb nachteilig im Hinblick auf eine Anwendung in der Druckerei. Ein nachträglicher Auftrag eines Ethyleniminderivates auf eine bereits vorhandene, mit Mikrokapselsubstanz beschichtete Papierbahn ist wegen der Rollneigung und wegen des erheblichen wirtschaftlichen Aufwandes eines zusätzlich nachgeschalteten Bearbeitungsschrittes nachteilig.

Die Papierindustrie bietet harmlosere Substanzen an, die das Ethylenimin in anderer Form enthalten, nämlich als Polymerisationsprodukt des Ethylenimins als Polyethylenimin. Dieses in Wasser gelöste Polyethylenimin ist unter der Bezeichnung „Polymin P" (BASF) als Flockungsmittel und Nassverfestiger mit stark kationischen Eigenschaften bekannt.

Ausgehend von dem aus der Praxis bekannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine haftungsverbessernde Substanz für Papier und Selbstdurchschreibepapier, Verwendungen derselben, eine Mikrokapselbeschichtungsmasse für Selbstdurchschreibepapier und ein Verfahren zur Herstellung derselben anzugeben, wobei die Haftung von Druckfarbe, insbesondere auf der Geberschicht (CB) verbessert, die Trocknungszeit verkürzt und der Druckvorgang beschleunigt wird.

Die voranstehende Aufgabe wird bezüglich der haftungsverbessernden Substanz durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Danach besteht die haftungsverbessernde Substanz aus einem Fixiermittel und aus einem Dispergiermittel, wobei das Fixiermittel ausgewählt ist aus Ethylenimin, Polyethylenimin und deren Derivaten und wobei das Dispergiermittel ausgewählt ist aus Polycarbonsäure und deren Derivaten.

Zunächst haben Versuche der Anmelderin ergeben, dass sowohl Ethylenimin als auch Polyethylenimin, einschließlich deren Derivaten, bei Verwendung in einer Mikrokapselbeschichtungsmasse für das Selbstdurchschreibepapier diese zum Ausflocken bringen. Dadurch ist die Verarbeitung der Mikrokapselbeschichtungs masse im Rahmen der Papierbeschichtung nicht mehr möglich. Es ist also zunächst erkannt worden, dass die haftungsverbessernden Eigenschaften der obengenannten Stoffe in der Mikrokapselbeschichtungsmasse demnach nicht zur Anwendung kommen können.

Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass eine haftungsverbessernde Substanz erhalten werden kann, wenn zu dem Fixiermittel, das aus Ethylenimin, Polyethylenimin und deren Derivaten ausgewählt ist, zusätzlich auch ein Dispergiermittel, ausgewählt aus einer Polycarbonsäure und deren Derivaten, enthalten ist.

Für sich gesehen sind Polycarbonsäuren und ihre Derivate als Dispergiermittel aus der Praxis zwar bekannt, sie haben aber keine Eigenschaften, die die Haftung der Druckfarbe verbessern könnten. Durch Versuche mit der Mikrokapselbeschichtungsmasse wurde als überraschende Wirkung herausgefunden, dass eine haftungsverbessernde Substanz, die aus einer Kombination der beiden Komponenten besteht, zusammen mit einer ansonsten üblichen Mikrokapselbeschichtungsmassenzusammensetzung eine fließfähige, homogene und mit besten Hafteigenschaften versehene Mikrokapselbeschichtungsmasse ergibt.

Die Erkenntnisse aus diesen Versuchen sind natürlich nicht nur für die Anwendung der haftungsverbessernden Substanz im Zusammenhang mit der Mikrokapselbeschichtungsmasse von Bedeutung. Vielmehr kann die haftungsverbessernde Substanz als Unterschicht auf ein Papier aufgebracht werden und mit einer danach aufgebrachten Geberschicht (CB) und ggf. auch mit einer danach aufgebrachten Nehmerschicht (CF) haftungsverbessernd zusammenwirken. Eine Steigerung des Effekts kann erreicht werden, wenn die haftungsverbessernde Substanz als Deckschicht auf die Geberschicht (CB) aufgebracht wird. Von wesentlicher Bedeutung ist die Zusammenwirkung mit der Geberschicht (CB), bei der die Farbhaftung gemäß dem Stand der Technik nicht ausreichend gegeben war. Im Hinblick auf die Geberschicht (CB) ist jedenfalls sichergestellt, dass es nicht zur Ausflockung kommt. Der Klebebandtest zeigte, dass Druckfarbe auf Papier mit einer Beschichtung, die die haftungsverbessernde Substanz enthält, sofort auf dem Papier fest verankert ist und die technische Vorgabe der festen Haftung erfüllt. Hieraus ergibt sich ein weiterer Vorteil hinsichtlich der Fälschungssicherheit der Formulare, da die aufgedruckte Farbe nicht mit Klebestreifen abgehoben und unzulässig übertragen werden kann.

Im Rahmen der Versuche wurde gefunden, dass die haftungsverbessernde Substanz das Fixiermittel und das Dispergiermittel im Verhältnis von 20 Gew.-% bis 80 Gew.-% Fixiermittel zu 80 Gew.-% bis 20 Gew.-% Dispergiermittel enthalten kann. Als vorteilhaft hat sich ein Verhältnis von 60 Gew.-% bis 40 Gew.-% Fixiermittel zu 40 Gew.-% bis 60 Gew.-% Dispergiermittel herausgestellt. Besonders bevorzugt wird eine Mischung, wobei Fixiermittel und Dispergiermittel in einem Verhältnis von 50 Gew.-% zu 50 Gew.-% vorliegen.

Zur Verbesserung der Reaktivität ist es bevorzugt, wenn das Fixiermittel und das Dispergiermittel der haftungsverbessernden Substanz in wässriger Lösung vorliegen. Die voranstehenden Mischungsverhältnisse 20 Gew.-% bis 80 Gew.-% oder 60 Gew.-% bis 40 Gew.-% oder 50 Gew.-% Fixiermittel zu 80 Gew.-% bis 20 Gew.-% oder 40 Gew.-% bis 60 Gew.-% oder 50 Gew.-% Dispergiermittel beziehen sich auch auf wässrige Lösungen der Fixier- und Dispergiermittel. Die im Handel erhältlichen Fixier- und Dispergiermittel liegen in der Regel in Form von wässrigen Lösungen vor und werden auch in den voranstehenden Mischungsverhältnissen gemischt.

Eine wässrige Lösung von Polyethylenimin, wie sie als erfindungsgemäßes Fixiermittel zum Einsatz kommen kann, ist im Handel unter der Bezeichnung „Polymin P" von der Fa. BASF erhältlich. Dieses in wässriger Lösung vorliegende Polyethylenimin weist eine Dichte von ca. 1,08 g/cm³ bei einer Temperatur von 23 °C gemäß DIN 51757 und eine dynamische Viskosität von ca. 27.000 mP.s bei 20 °C gemäß DIN EN ISO 2555 auf.

Bisherige Einsatzgebiete des für sich bekannten Polyethylenimins betreffen das Fixieren von Feinstfasern und Pigmenten, das Umladen von Cellulosefasern. Polyethylenimin wird durch Polymerisation aus dem sehr reaktiven Ethylenimin erhalten, wobei die Polymerisation abgebrochen wird, bevor die Schwelle zur Wasserunlöslichkeit überschritten wird.

Aber auch modifiziertes Polyethylenimin ist als ein mögliches Fixiermittel zu benennen. Modifiziertes Polyethylenimin ist im Handel unter der Bezeichnung „Polymin SK" von der Fa. BASF erhältlich und weist eine Dichte von ca. 1,06 g/cm³ bei 20 °C und eine dynamische Viskosität von ca. 750 mPa·s bei 20 °C gemäß ISO 2555 auf. Als Polyethyleniminderivat ist die Modifikation von Polyethylenimin durch die Vernetzung mit Polyethylenglycol-bis-chlorhydrinether zu nennen.

Ein weiteres Fixiermittel könnte durch eine Kombination aus Polyethylenimin und einem Primer erhalten werden. Als Primer könnte Ethyleniminderivat eingesetzt werden. Das Ethyleniminderivat ist bspw. im Handel unter der Bezeichnung „hp INDIGO Primer (homopolymer aziridine) sapphire 5 solution" bei der Firma HP erhältlich. Als für die Kombination der Fixiermittel besonders geeignet hat sich das im Handel erhältliche „Polymin P" herausgestellt.

Als für die haftungsverbessernde Substanz geeignetes Dispergiermittel haben sich Polyacrylsäuren oder Derivate davon herausgestellt. Insbesondere zeigte die Anwendung von einer wässrigen Lösung eines Polymerisats auf der Basis von Polyacrylsäure, konkret Natriumpolyacrylat, gelöst in Wasser Erfolge. Natriumpolyacrylat ist im Handel unter der Bezeichnung „Polysalz S" von der Firma BASF erhältlich und weist eine Dichte von 1,30 g/cm³ bei 20 °C sowie eine dynamische Viskosität von 400–750 mPa·s bei 23 °C und 100 1/s gemäß DIN EN ISO 3219 sowie einen Feststoffanteil von ca. 45% auf.

Ein weiteres geeignetes Polyacrylsäurederivat stellt ein anderes in Wasser gelöstes Natriumpolyacrylat dar, das im Handel unter der Bezeichnung „Polysalz CAL" von der Firma BASF erhältlich ist und eine Dichte von 1,23 g/cm³ bei 20 °C gemäß DIN 51757 sowie eine dynamische Viskosität von ca. 70 mPa·s bei 23 °C gemäß ISO 2555 aufweist.

Das unter der Bezeichnung „Polysalz S" erhältliche Natriumpolyacrylat zeigte in der Zusammensetzung mit Polyethylenimin oder modifiziertem Polyethylenimin sehr gute Erfolge bei der Ausbildung einer haftungsverbessernden Substanz. Dabei wurden jeweils gleiche Anteile an Fixiermittel, Dispergiermittel und Wasser zusammengegeben.

Außerdem zeigte die Anwendung von Natriumpolyacrylat, das als „Polysalz S" bei der Firma BASF erhältlich ist, zusammen mit Polyethylenimin und Ethyleniminderivat, das unter der Bezeichnung „hp INDIGO Primer (homopolymer aziridine) sapphire 5 solution" im Handel erhältlich ist, gute Erfolge als haftungsverbessernde Substanz. Dabei haben sich Zusammensetzungen mit folgenden Anteilen als vorteilhaft herausgestellt:

Es ist davon auszugehen, dass bei 0,2–1 Anteilen an Ethyleniminderivat in der obigen Gesamtzusammensetzung dieselben positiven Ergebnisse hinsichtlich der Haftung eintreten. Die voranstehenden Mischungsverhältnisse bleiben auch bei der Zugabe von Wasser bestehen. Wasser wird zur Verdünnung und besseren Verarbeitung, insbesondere zur Erreichung einer geeigneten Viskosität, hinzugegeben.

Auch die haftungsverbessernde Substanz, die aus Polyethylenimin und Natriumpolyacrylat, welches im Handel unter der Bezeichnung „Polysalz CAL" bei der Firma BASF erhältlich ist, gewonnen wird, zeigte gute Wirkungen im Hinblick auf die Haftungsverbesserung des Farbdrucks.

Die voranstehende Aufgabe wird bezüglich der verschiedenen Verwendungen der haftungsverbessernden Substanz durch die Merkmale der Patentansprüche 12, und 13 gelöst. Danach ist die haftungsverbessernde Substanz einerseits generell zum Einsatz bei Digitaldruck, andererseits zur Beschichtung von Selbstdurchschreibepapier vorgesehen.

Da gerade im Bereich Digitaldruck Defizite bei der Haftung der Druckfarbe festgestellt worden sind, soll in diesem Bereich eine Lösung angeboten und unter Schutz gestellt werden. Diese spezielle Verwendung schließt aber die Verwendung der haftungsverbessernden Substanz bei anderen, auch traditionellen formgebundenen Druckverfahren nicht aus. Die erfindungsgemäße haftungsverbessernden Substanz kann ebenso zur Oberflächenbehandlung und Beschichtung von Papieren, insbesondere aus dem Bereich der Bildwiedergabepapiere, verwendet werden. Ein solcherart beschichtetes Papier kann dann problemlos digital bedruckt werden.

Bezüglich der Verwendung der haftungsverbessernden Substanz zur Oberflächenbehandlung und Beschichtung von Selbstdurchschreibepapier ist erkannt worden, dass die Verankerung der Farbe im beschichteten Papier nachhaltiger vor sich geht und somit der Klebetest gewünscht negativ ausfällt.

Besonderes Augenmerk ist auf die Zusammenwirkung von haftungsverbessernder Substanz als Unterschicht und/oder Deckschicht für die Geberschicht (CB) zu richten. Die getestete Reaktivität von Fixier- und Dispersionsmittel, bzw. haftungsverbessernde Substanz, mit einer herkömmlichen Mikrokapselbeschichtungsmasse zeigt auch bei einer Beschichtungsanwendung die Verbesserung der Haftung.

Die haftungsverbessernde Substanz könnte auch als Unterschicht für die Nehmerschicht (CF) des Selbstdurchschreibepapiers auf das Papier aufgetragen werden. Durch die Unterschicht aus haftungsverbessernder Substanz kann bezüglich der Zusammensetzung der Nehmerschicht (CF) die Zugabe von Bindemitteln verringert werden. Dies hat zur Folge, dass sich die Intensität der aus den Mikrokapseln der Geberschicht (CB) austretenden Farbe auf der Nehmerschicht erhöht.

Eine weitere Verwendung der haftungsverbessernden Substanz als Bestandteil einer Mikrokapselbeschichtungsmasse zur Ausbildung der Geberschicht (CB) des Selbstdurchschreibepapiers führt zu einer erfindungsgemäßen Mikrokapselbe schichtungsmasse, die die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruches 16 löst. Danach ist in einer herkömmlichen Mikrokapselbeschichtungsmasse für Selbstdurchschreibepapier die oben beschriebene haftungsverbessernde Substanz nach einem der Ansprüche 1 bis 11 enthalten. Weiter wird eine Verwendung der Mikrokapselbeschichtungsmasse im Bereich Digitaldruck im Verwendungsanspruch 19 angegeben.

Die erfindungsgemäße Mikrokapselbeschichtungsmasse zur Ausbildung der Geberschicht (CB) des Selbstdurchschreibepapiers bietet den Vorteil, dass keine Unterschicht- und/oder Deckschichtaufbringung auf das Papier mehr erforderlich ist und nur ein Beschichtungsgang durchgeführt werden muss. Da die erfindungsgemäße haftungsverbessernde Substanz mit der üblichen Mikrokapselbeschichtungsmasse ohne Behinderung zusammenwirkt und die Fließeigenschaften, die Homogenität und weitere physikalische Eigenschaften der Mikrokapselbeschichtungsmasse nicht beeinträchtigt, können die Produktionsbedingungen bei der Beschichtung konstant bleiben. Lediglich die herkömmliche Mikrokapselbeschichtungsmasse ist im Vorfeld mit der haftungsverbessernden Substanz zu modifizieren. Neben der Lösung der Aufgabe durch gute Haftung, schnelle Trocknung, schnelle Druckzeiten ist der Vorteil hervorzuheben, dass hinsichtlich des Produktionsablaufes in der Beschichtung keine Änderungen vorgenommen werden müssen. Der wirtschaftliche Vorteil dieser Tatsache liegt auf der Hand.

Eine herkömmliche Mikrokapselbeschichtungsmasse, die die Geberschicht (CB) ausbildet, enthält Mikrokapseln, Bindemittel, Abstandshaltern und Wasser. Beispielhaft wird die nachfolgende allgemeine Zusammensetzung angegeben:

Mikrokapseln	60 Gew.-%–66 Gew.-%
Bindemittel	10 Gew.-%–15 Gew.-%
Abstandshalter (Stärkekörner/Celluloseschliff)	5 Gew.-%–15 Gew.-%
Fließhilfsmittel	1 Gew.-%–5 Gew.-%.
Wasser	50 Gew.-%–66 Gew.-%

Bei einer konkreten Zusammensetzung ergänzen sich die Bereiche auf 100 Gew.-%.

In den Versuchen wurde gefunden, dass die haftungsverbessernde Substanz in einer Menge von 5 Gew.-% bis 80 Gew.-%, bevorzugt 20 Gew.-% bis 50 Gew.-%, besonders bevorzugt 15 Gew.-% bis 20 Gew.-% der Gesamtzusammensetzung der Mikrokapselbeschichtungsmasse enthalten sein kann.

Die Beschichtungsmenge der erfindungsgemäßen Mikrokapselbeschichtungsmasse auf dem Papier könnte zwischen 1 g/m² und 12 g/m², bevorzugt zwischen 2 g/m² und 7 g/m², liegen. Je kompakter das Papier selbst, um so geringer kann die Auftragsmenge der Mikrokapselbeschichtungsmasse sein.

Wie die haftungsverbessernde Substanz für sich gesehen eine Rolle im Bereich Digitaldruck spielt, so trifft dies ebenfalls auf die Mikrokapselbeschichtungsmasse zu. Gerade in diesem Bereich waren Probleme bezüglich der Haftung der frischen Druckfarbe aufgetreten.

Die voranstehende Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens zur Herstellung der Mikrokapselbeschichtungsmasse für Selbstdurchschreibepapier durch die Merkmale des Patentanspruches 20 gelöst. Danach wird zunächst eine haftungsverbessernde Substanz nach einem der Ansprüche 1 bis 11 hergestellt und darin Mikrokapseln, Bindemittel, Abstandshalter und Wasser dispergiert.

Zunächst ist erkannt worden, dass die Haftung von Druckfarbe, insbesondere auf der Geberschicht (CB) verbessert, die Trocknungszeit verkürzt und der Druckvorgang beschleunigt wird, wenn in der Mikrokapselbeschichtungsmasse eine haftungsverbessernde Substanz aus einem Fixiermittel und einem Dispergiermittel enthalten sind. Durch die Kombination von Fixiermittel und Dispersionsmittel wird eine Flockulation der Mikrokapselbeschichtungsmasse ausgeschlossen, die auftreten würde, würde man nur das Fixiermittel und die Mikrokapselbeschichtungsmasse mischen.

Die Reihenfolge der Verfahrensschritte ist hier von besonderer Bedeutung und ist mit einem großen Vorteil verbunden. Wenn erfindungsgemäß zuerst die haftungsverbessernde Substanz hergestellt wird und dann Bestandteile der Mikrokapsel beschichtungsmasse hinzugefügt werden, kann sich die haftungsverbessernde Substanz wirksamer um Abstandshalter wie bspw. Cellulosefasern und/oder die Mikrokapseln legen und dadurch das Bindemittel verdrängen und die Druckfarbhaftung sowie die Durchschreibeintensität erhöhen. Während sich die haftungsverbessernde Substanz um die Mikrokapseln legt, von diesen quasi adsorbiert wird, wird die haftungsverbessernde Substanz von den Abstandshaltern, die insbesondere in Form von Cellulosefasern vorliegen, absorbiert.

Grundsätzlich ist auch die umgekehrte Reihenfolge der Mischung – erst die Mikrokapselbeschichtungsmasse, dann die haftungsverbessernde Substanz – möglich, jedoch nachteilig im Hinblick auf eine Komplizierung des Verfahrens. Dann wären zwei Arbeitsgänge erforderlich und die Mikrokapselbeschichtungsmasse könnte antrocknen, bis die haftungsverbessernde Substanz hinzugesetzt wird. Der Effekt der Umlagerung der Abstandhalter und/oder der Mikrokapseln durch die haftungsverbessernde Substanz wäre dann nicht mehr in derselben Intensität gegeben. Zwei Arbeitsgänge sind deswegen erforderlich, weil Polyethylenimin keinesfalls einzeln zugegeben werden kann, da es sonst zur Flockulation kommt.

Damit die Beschichtung der Mikrokapseln unterstützt wird, könnte das zusätzliche Wasser zugegeben werden, bevor die Mikrokapseln in die Zusammensetzung gelangen. Auf diese Weise wird die Viskosität der Zusammensetzung weiter erniedrigt und die Fließfähigkeit der Zusammensetzung erhöht.

Bindemittel setzen zum einen die Haftungsfähigkeit der Druckfarbe herab und setzen zum anderen in der Regel auch die Kopierfähigkeit des beschichteten Papiers herab, wobei die Durchschreibeintensität abnimmt. Durch die haftungsverbessernde Substanz wird der Anteil an Bindemitteln in der Gesamtzusammensetzung herabgesetzt und damit weiter zur guten Haftung, schnellen Trocknung der Druckfarbe und höheren Intensität der Kopie beigetragen.

Die haftungsverbessernde Substanz wird hergestellt, indem das Dispergiermittel in Wasser gegeben wird, danach das Fixiermittel hinzugegeben wird und danach die Mischung gerührt wird.

Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Die Erfindung wird im folgenden anhand von Beispielen näher erläutert.

Verwendete Untersuchungsmethoden

a) Klebebandhaftung

Um die Haftung der Druckfarbe auf dem beschichteten Papier festzustellen, wurde von Testpersonen der Klebtest bzw. die Untersuchung der Klebebandhaftung durchgeführt.

Der Klebetest wurde unter Benutzung eines handelsüblichen Klebebandes durchgeführt. Das Klebeband wurde auf die frisch bedruckte Seite des zuvor mit der haftungsverbessernden Substanz oder mit der die haftungsverbessernde Substanz enthaltenden Mikrokapselbeschichtungsmasse beschichteten Papiers aufgedrückt und schließlich manuell abgezogen.

Derselbe Test wurde nach 7 Tagen an derselben bedruckten Seite nochmals durchgeführt.

Die Bewertung erfolgt durch die Noten 1 bis 5, wobei 1 für sehr gute, 2 für gute Eigenschaften steht, d.h. es blieb keine Farbe am Klebeband haften und der Test verlief somit negativ und 5 für schlechte Eigenschaften, d.h. es blieb Farbe am Klebeband haften.

b) Farbannahme

Die Annahme der aufgedruckten Farbe auf dem zuvor mit der haftungsverbessernden Substanz oder mit der die haftungsverbessernde Substanz enthaltenden Mikrokapselbeschichtungsmasse beschichteten Papiers wurde visuell ermittelt.

Dazu wurde von Testpersonen ein Vergleich zwischen der aufgedruckten Farbe und einem Vergleichsblatt angestellt.

Die Bewertung erfolgt durch die Noten 1 bis 5, wobei 1 für sehr gute, 2 für gute Eigenschaften steht, d.h. beim Vergleich waren keine oder kaum Unterschiede zu erkennen und 5 für schlechte Eigenschaften, d. h. der Vergleich mit denn Vergleichsblatt erbrachte Erkenntnisse über eine verschlechterte Qualität.

c) Intensität der Durchschrift

Die Intensität der Durchschrift wurde ermittelt, indem eine Schriftprobe mit der Schreibmaschine auf der Papieroberseite aufgebracht wurde. Die Unterseite des Papiers war mit der Geberschicht (CB), enthaltend die haftungsverbessernde Substanz als Unterschicht oder mit der die haftungsverbessernde Substanz enthaltenden Mikrokapselbeschichtungsmasse, beschichtet. Unterhalb der Geberschicht war die Nehmerschicht (CF) eines weiteren, Papiers in handelsüblicher Form angeordnet.

Schließlich wurde das Durchschreiberesultat auf der Nehmerschicht (CF) des handelsüblich beschichteten Selbstdurchschreibepapiers durch Testpersonen visuell begutachtet.

Die Bewertung erfolgt durch die Noten 1 bis 5, wobei 1 für sehr gute Eigenschaften im Hinblick auf Kontrast, Kontur, Farbe steht und 5 für schlechte Eigenschaften.

d) Mikrokapselhaftung/Abstandshalterhaftung

Bei diesem Test wurde hinsichtlich Beispiel 1 die Haftung der Mikrokapselbeschichtungsmasse auf der mit haftungsverbessernder Substanz vorbeschichteten Papier und hinsichtlich der Beispiele 2 bis 5 die Haftung der die haftungsverbessernde Substanz enthaltenden Mikrokapselbeschichtungsmasse untersucht. Mit einem Klebeband wurde versucht, die nicht mehr frische Beschichtung vom Trägerpapier vor dem Druck zu entfernen.

Die Bewertung erfolgt durch die Noten 1 bis 5, wobei 1 für sehr gute, 2 für gute Eigenschaften steht, d. h. es blieb keine Farbe am Klebeband haften und der Test verlief somit negativ und 5 für schlechte Eigenschaften, d. h. es blieb Farbe am Klebeband haften.

Beispiele:
A) Zusammensetzung der Mikrokapselbeschichtungsmasse gemäß Beispiel 3

In Beispiel 3 wurde eine Mikrokapselbeschichtungsmasse mit der nachfolgenden Zusammensetzung angewendet:

	[Gew.-Teile]
Mikrokapseln (Aminoplastkapseln 50%ig, mittlerer Durchmesser ca 5μm)	296,0
Bindemittel (Styrol-Butadien, ca. 50% Feststoff)	176,0
Abstandshalter (Kartoffelstärke oder Celluloseschliff bis 30 μm)	110,0
Entschäumer (Polyetherderivat)	0,1
Leitungswasser	140,0
Summe	722,1

Die Gesamtmenge ergibt sich aus dem verfügbaren Behältnis. Eine weitere Zusatzmenge an Wasser ist hier nicht vorgesehen.
B) Zusammensetzung der Mikrokapselbeschichtungsmasse gemäß den Beispielen 1, 2, 4 bis 6
In den Beispielen 1, 2, 4 bis 6 wurde eine Mikrokapselbeschichtungsmasse mit der nachfolgenden Zusammensetzung verwendet:
Die Gesamtmenge ergibt sich aus dem verfügbaren Behältnis. Eine weitere Zusatzmenge an Wasser ist hier nicht vorgesehen.
C) Herstellung der Mikrokapselbeschichtungsmasse gemäß Variante 1 – nämlich aus haftungsverbessernder Substanz einerseits und Mikrokapselbeschichtungsmasse andererseits
Beispiel 1
Zur Herstellung der haftungsverbessernden Substanz wurden in Wasser gelöstes, hier als im Handel erhältliches „Polysalz S" vorliegendes Natriumpolyacrylat und in Wasser gelöstes, hier als im Handel erhältliches „Polymin P" vorliegendes Polyethylenimin und Ethyleniminderivat in Form eines handelsüblichen Primers unter der Bezeichnung „hp INDIGO Primer (homopolymer aziridine) sapphire 5 solution" der Firma HP im Verhältnis 1:1:0,2 gemischt. Es wurde eine Zusammensetzung hergestellt, enthaltend 50 Gew.-% der haftungsverbessernden Substanz und 50 Gew.-% der unter Buchstabe B) angegebenen Mikrokapselbeschichtungsmasse. Die Zusammensetzung wurde auf Papier aufgetragen und danach bedruckt.
Beispiel 2
Zur Herstellung der haftungsverbessernden Substanz wurden in Wasser gelöstes, hier als im Handel erhältliches „Polysalz S" vorliegendes Natriumpolyacrylat und in Wasser gelöstes, hier als im Handel erhältliches „Polymin P" vorliegendes Polyethylenimin und Aziridinderivat in Form eines handelsüblichen Primers unter der Bezeichnung „hp INDIGO Primer (homopolymer aziridine) sapphire 5 solution" der Firma HP im Verhältnis 1:1:1 gemischt. Es wurde eine Zusammensetzung hergestellt, enthaltend 50 Gew.-% der haftungsverbessernden Substanz und 50 Gew.-% der unter Buchstabe B) angegebenen Mikrokapselbeschichtungsmasse. Die Zusammensetzung wurde auf Papier aufgetragen und danach bedruckt.
Beispiel 3
Hier wurde die haftungsverbessernde Substanz hergestellt, indem in Wasser gelöstes, hier als das im Handel erhältliche „Polysalz S" vorliegende Natriumpolyacrylat, und in Wasser gelöstes, hier als das im Handel erhältliche „Polymin P" vorliegende Polyethylenimin mit Wasser im Verhältnis 1:1:1 gemischt wurden. Die so gewonnene haftungsverbessernde Substanz wurde als Unterschicht auf ein Papier aufgebracht. Nach dem Auftrag der haftungsverbessernden Substanz auf Papier wurde mit der Mikrokapselbeschichtungsmasse gemäß der unter Buchstabe A) angegebenen Zusammensetzung beschichtet, danach wurde bedruckt.
Beispiel 4
Zur Herstellung der haftungsverbessernden Substanz wurden in Wasser gelöstes, hier als im Handel erhältliches „Polysalz S" vorliegendes Natriumpolyacrylat und in Wasser gelöstes, hier als im Handel erhältliches „Polymin P" vorliegendes Polyethylenimin und Wasser im Verhältnis 1:1:1 gemischt. Die haftungsverbessernde Substanz und die unter Buchstabe B) angegebene Mikrokapselbeschichtungsmasse wurden zu gleichen Teilen zusammengegeben und dann auf Papier aufgetragen und danach bedruckt.
Beispiel 5
Zur Herstellung der haftungsverbessernden Substanz wurden in Wasser gelöstes, hier als im Handel erhältliches „Polysalz S" vorliegendes Natriumpolyacrylat und in Wasser gelöstes, hier als im Handel erhältliches „Polymin P" vorliegendes Polyethylenimin und Wasser im Verhältnis 1:1:1 gemischt. Es wurde eine Zusammensetzung hergestellt, enthaltend 10 Gew.-% der haftungsverbessernden Substanz und 90 Gew.-% der unter Buchstabe B) angegebenen Mikrokapselbeschichtungsmasse. Die Zusammensetzung wurde auf Papier aufgetragen und danach bedruckt.
Beispiel 6
Zur Herstellung der haftungsverbessernden Substanz wurden in Wasser gelöstes, hier als im Handel erhältliches „Polysalz S" vorliegendes Natriumpolyacrylat und in Wasser gelöstes, hier als im Handel erhältliches „Polymin P" vorliegendes Polyethylenimin und Wasser im Verhältnis 1:1:1 gemischt. Es wurde eine Zusammensetzung hergestellt, enthaltend 20 Gew.-% der haftungsverbessernden Substanz und 80 Gew.-% der unter Buchstabe B angegebenen Mikrokapselbeschichtungsmasse. Die Zusammensetzung wurde auf Papier aufgetragen und danach bedruckt.
D) Herstellung der Mikrokapselbeschichtungsmasse gemäß Variante 2 – nämlich sukzessive Herstellung der Mikrokapselbeschichtungsmasse aus allen Komponenten für die haftungsverbessernder Substanz und die Mikrokapselbeschichtungsmasse
Beispiel 7
Im Beispiel 7 kommt das erfindungsgemäße Verfahren zum Tragen, wobei zunächst Wasser vorgelegt wird und in einem Arbeitsgang die Komponenten sukzessive zugegeben und gemischt werden. Gestartet wird dabei mit den Komponenten für die haftungsverbessernde Substanz. Als Komponenten für die haftungsverbessernde Substanz kommen in Wasser gelöstes, hier als im Handel erhältliches „Polysalz S" vorliegendes Natriumpolyacrylat und in Wasser gelöstes, hier als im Handel erhältliches „Polymin P" vorliegendes Polyethylenimin zum Einsatz. Danach folgen die Komponenten für die Mikrokapselbeschichtungsmasse. Bevor die Mikrokapseln zugegen werden, wird zusätzliches Wasser hinzugefügt. Die nachfolgende Zusammensetzung spiegelt die Komponenten, deren Anteile und die Reihenfolge der Komponentenzugabe wider:
Die Gesamtmenge ergibt sich aus dem verfügbaren Behältnis. Eine weitere Zusatzmenge an Wasser ist hier nicht vorgesehen.
Die Zusammensetzung wurde auf Papier aufgetragen und danach bedruckt.
In der nachfolgenden Tabelle sind die Testergebnisse der Beispiele 1 bis 7 zusammengefasst.
Mit der vorliegenden Erfindung wurde in den Bereichen Papier und Selbstdurchschreibepapier die Haftung der frischen, per Digitaldruck aufgebrachten Druckfarbe auf dem mit haftungsverbessernder Substanz behandelten Papier oder der haftungsverbessernde Substanz umfassenden Mikrokapselbeschichtung bzw. auf der CB-Schicht sichergestellt.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Darstellung der Beispiele nur beispielhaften Charakter hat und die Erfindung selbst nicht einschränkt. Dies betrifft insbesondere die Herstellung der haftungsverbessernden Substanz in anderen Mischungsverhältnissen als 1:1, die Auswahl weiterer Fixiermittel, enthaltend Ethylenimine, Polyethylenimine, Derivate davon sowie weitere Dispergiermittel, enthaltend Methacrylsäure, Polycarbonsäure und deren Derivate.

Claims

Haftungsverbessernde Substanz für Papier und Selbstdurchschreibepapier, die bedruckt werden sollen, mit einem Fixiermittel und einem Dispergiermittel, wobei das Fixiermittel ausgewählt ist aus Ethylenimin, Polyethylenimin und deren Derivaten und wobei das Dispergiermittel ausgewählt ist aus Polycarbonsäuren und deren Derivaten.
Haftungsverbessernde Substanz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der haftungsverbessernden Substanz 20 Gew.-% bis 80 Gew.-% Fixiermittel zu 80 Gew.-% bis 20 Gew.-% Dispergiermittel, vorzugsweise 60 Gew.-% bis 40 Gew.-% Fixiermittel zu 40 Gew.-% bis 60 Gew.-% Dispergiermittel, besonders bevorzugt 50 Gew.-% Fixiermittel zu 50 Gew.-% Dispergiermittel enthalten sind.
Haftungsverbessernde Substanz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Fixiermittel und das Dispergiermittel in wässriger Lösung vorliegen.
Haftungsverbessernde Substanz nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Fixiermittel in Form eines Polyethylenimins und/oder eines Derivats davon, das Dispergiermittel in Form eines Polyacrylats und zusätzlich Wasser enthalten ist, wobei Fixiermittel, Dispergiermittel und Wasser in etwa gleichen Anteilen zugegen sind.
Haftungsverbessernde Substanz nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch Polyethylenimin, vorzugsweise Polyethylenimin mit einer dynamischen Viscosität von ca. 27.000 mP.s bei 20 °C, als Fixiermittel.
Haftungsverbessernde Substanz nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch modifiziertes Polyethylenimin, vorzugsweise modifiziertes Polyethylenimin mit einer dynamischen Viskosität von ca. 750 mPa·s bei 20 °C, als Fixiermittel.
Haftungsverbessernde Substanz nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Kombination von Polyethylenimin, mit einem Ethyleniminderivat als Fixiermittel.
Haftungsverbessernde Substanz nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch ein Natriumpolyacrylat als Dispergiermittel.
Haftungsverbessernde Substanz nach einem der Ansprüche 5 bis 8, gekennzeichnet durch Polyethylenimin oder modifiziertes Polyethylenimin als Fixiermittel und ein Polyacrylat, vorzugsweise ein Natriumpolyacrylat mit einer dynamischen Viskosität von 400–750 mPa·s bei 20 °C, als Dispergiermittel.
Haftungsverbessernde Substanz nach einem der Ansprüche 5 bis 8, gekennzeichnet durch Polyethylenimin und Ethyleniminderivat als Fixiermittel und ein Polyacrylat, vorzugsweise ein Natriumpolyacrylat mit einer dynamischen Viskosität von 400–750 mPa·s bei 20 °C, als Dispergiermittel.
Haftungsverbessernde Substanz nach einem der Ansprüche 5 bis 8, gekennzeichnet durch Polyethylenimin als Fixiermittel und Natriumpolyacrylat mit einer dynamischen Viskosität von ca. 70 mPa·s bei 23 °C, als Dispergiermittel.
Verwendung der haftungsverbessernden Substanz nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Beschichtung von Papier für Digitaldruck.
Verwendung der haftungsverbessernden Substanz nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Beschichtung von Selbstdurchschreibepapier.
Verwendung nach Anspruch 13 als Unterschicht und/oder Deckschicht für die Geberschicht (CB) des Selbstdurchschreibepapiers.
Verwendung nach Anspruch 13 oder 14 als Unterschicht für die Nehmerschicht (CF) des Selbstdurchschreibepapiers.
Mikrokapselbeschichtungsmasse für Selbstdurchschreibepapier, dadurch gekennzeichnet, dass sie die haftungsverbessernde Substanz nach einem der Ansprüche 1 bis 11 enthält.
Mikrokapselbeschichtungsmasse nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die haftungsverbessernde Substanz in einer Menge von 5 Gew.-% bis 80 Gew.-%, bevorzugt 20 Gew.-% bis 50 Gew.-%, besonders bevorzugt 15 Gew.-% bis 20 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtzusammensetzung, enthalten ist.
Mikrokapselbeschichtungsmasse nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungsmenge auf dem Papier zwischen 1 g/m² und 12 g/m², vorzugsweise zwischen 2 g/m² und 7 g/m², liegt.
Verwendung der Mikrokapselbeschichtungsmasse nach einem der Ansprüche 16 bis 18 zum Einsatz bei Digitaldruck.
Verfahren zur Herstellung einer Mikrokapselbeschichtungsmasse für Selbstdurchschreibepapier, bei dem Mikrokapseln, Bindemittel, Abstandshalter und Wasser, dispergiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass eine haftungsverbessernde Substanz nach einem der Ansprüche 1 bis 11 in Form einer wässrigen Lösung hergestellt wird und darin dann Mikrokapseln, Bindemittel, Abstandshalter sowie zusätzliches Wasser dispergiert werden.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst Wasser vorgelegt wird, dann die haftungsverbessernde Substanz, insbesondere deren Komponenten, Bindemittel, Abstandshalter, zusätzliches Wasser und Mikrokapseln in der genannten Reihenfolge zugegeben und dispergiert werden.
Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass die haftungsverbessernde Substanz von den Mikrokapseln adsorbiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die haftungsverbessernde Substanz von den Abstandshaltern absorbiert wird.