DE10307494A1

DE10307494A1 - Multifunktional einsetzbare Streichfarbendispersion für Druckträger

Info

Publication number: DE10307494A1
Application number: DE10307494A
Authority: DE
Inventors: Josef Weigl; Christian Weigl; Konrad Goebel
Original assignee: WEIPATECH GmbH
Current assignee: WEIPATECH GmbH
Priority date: 2003-02-21
Filing date: 2003-02-21
Publication date: 2004-09-02
Also published as: EP1597432B1; ATE333533T1; DE50304316D1; US20060235129A1; EP1597432A1; AU2003282001A1; WO2004074576A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Streichfarbendispersion zur Beschichtung von Druckträgern, insbesondere von Papier und Karton, welche sich wenigstens aus einem vorgegebenen Anteil an Wasser, einem vorgegebenen Anteil eines quellfähigen Schichtsilikates und einem vorgegebenen Anteil eines Vernetzungsmittels zusammensetzt. Das Vernetzungsmittel geht eine Bindung sowohl mit wenigstens einer funktionellen Gruppe des Schichtsilikates als auch mit wenigstens einer funktionellen Gruppe des Druckträgers ein. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Druckträgers, auf welchem eine Streichfarbendispersion maschinell aufgetragen und getrocknet wird, wobei die Streichfarbendispersion wenigstens die zuvor genannten Bestandteile aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Streichfarbendispersion zur Beschichtung von Druckträgern, insbesondere von Papier und Karton.
Wirtschaftliche Aspekte sowie die rasante Entwicklung auf dem Non-Impact-Bereich beherrschen heute die Märkte der Papierherstellung. Die qualitativen Ansprüche an Papier, insbesondere an gestrichene Produkte, steigen gleichzeitig mit den Forderungen nach kostengünstigerer Produktion. Um eine gute Rentabilität zu erzielen, muss der Wert eines Produktes steigen, während gleichzeitig die Produktionskosten sinken. Diese teilweise gegensätzlichen Forderungen, wie zum Beispiel Qualitätssteigerung, Reduzierung der flächenbezogenen Masse bei zunehmenden Produktionsgeschwindigkeiten, lassen sich mit konventionellen Veredelungsmethoden nicht mehr, oder nur mit erhöhten Kosten, erfüllen.
Heute wird verstärkt nach Wegen gesucht, durch die Auswahl spezieller, kostengünstiger Rohstoffe, deren Aufbereitung und Applikation, nicht nur bei Massenpapieren gute Druckergebnisse zu erzielen, sondern dies auch bei Spezialpapieren zu erreichen. Insbesondere die modernen Auftragssysteme erlauben eine kostengünstige Produktion von Papieren mit funktionellen Beschichtungen und Strichen. So sind beispielsweise gestrichene und aufgebesserte Papiersorten für Zeitungen und Zeitschriften auf dem Markt erhältlich, welche durch den Einsatz der sogenannten Filmtransfertechnik (Filmpressenauftrag) gefertigt werden.
Selbst traditionelle Zeitungen werden im Vier-Farben-Druckverfahren auf leichtem, gestrichenen Zeitungspapier gedruckt, wobei sie für Produktwerbung ebenso interessant werden, wie die in den Zeitungen zu findenden Beilagen es derzeit sind.
So suchen beispielsweise die Druckereien für den sogenannten Cold-Set-Druck weitere Auslastungsmöglichkeiten für die tagsüber vorhandenen Kapazitäten, die jedoch eine gewisse Anforderung an die zu verarbeitenden gestrichenen Papiere stellen.
Ferner werden beispielsweise Mehrzweckschrift- und -druckpapiere beschrieben, zum Kopieren verwendet und/oder mittels Offset- und New-Ink-Druckverfahren bedruckt.
Es wird erwartet, dass der Bedarf an multifunktionellen Papieren, insbesondere für den Ink-Jet-Druck, deutlich ansteigt. Entsprechendes wird auch für den Einsatz von Laserdruckern und Kopiergeräten erwartet.
Für das einzusetzende Papier ergibt sich ferner die Forderung nach geringerer flächenbezogener Masse, wobei dies nicht nur aus Umweltschutzgründen gefordert, sondern auch aus Gründen der Frachtkostenersparnis beim Versand von Druckerzeugnissen gefordert wird.
Der Forderung nach weiterer Senkung der Flächengewichte kann bei LWC-Papieren fast nur noch über die Menge des aufgetragenen Strichs nachgekommen werden.
Bei den gestrichenen Sorten stößt man beim Absenken der flächenbezogenen Masse des Trägers insbesondere aus Festigkeitsgründen an eine Grenze, die nicht unterschritten werden kann. Deshalb laufen seit vielen Jahren Bemühungen, eine ausreichende Faserabdeckung und optimale Bedruckbarkeit mit immer dünneren Schichten zu erreichen. Speziell auf dem Tiefdrucksektor wurden entsprechende Untersuchungen mit niedrigem Auftragsgewicht durchgeführt.

Während sich satinierte Naturpapiere, sogenannte SC-Papiere (super calendared), sowohl für den Tiefdruck als auch für den Offsetdruck eignen, ist dies bei gestrichenen LWC-Papieren sowohl aus unterschiedlichen Lauf- als auch Druckqualitätsanforderungen nicht möglich. So wirkt sich zum Beispiel der hohe Bindemittelbedarf von Offsetpapier nicht nur nachteilig auf den Tiefdruck, sondern auch auf den Cold-Set-Druck (physikalische Druckfarbentrocknung), den Flexodruck und den Ink-Jet-Druck aus, da der Binder die Porösität des gestrichenen Papiers stark verringert, was sich entsprechend negativ auf die Absorption- und das Wegschlagverhalten bzw. den Chromatografie-Effekt der genannten Druckverfahren auswirkt.

Es ist ferner bekannt, dass die spezifische Oberfläche des gestrichenen Papiers mit zunehmendem Bindemittelanteil bei konstanten Satinagebedingungen abnimmt, das heißt, die hohe spezifische Oberfläche des eingesetzten Streichpigments je nach Bindemittelanteil weitgehend verloren geht.

So wird die spezifische Oberfläche eines Streichpigments von 11,5 m²/g mit 12,5 Teilen Binder je nach Satinagebedingungen (Softkalander) bei gestrichenen Papieren bis auf 0,3 m²/g reduziert, was sich entsprechend nachteilig auf das Wegschlagverhalten und die Bedruckbarkeit auswirkt.

Bei den heute verwendeten Kieselsäuren mit spezifischer Oberfläche bis zu 750 m²/g, wie sie bei den hochqualitativen Inkjet-Formulierungen verwendet werden, wirkt sich dies noch viel dramatischer aus.

Außerdem sind sie relativ teuer im Vergleich zu üblichen Streichpigmenten. Aufgrund ihrer hohen Kapillarität, Porosität und spezifischen Oberfläche ist ihr Bindemittelbedarf sehr hoch (bis zu 30–40 Teile Binder). Bindemittel wiederum sind ebenfalls relativ teuer und belegen ihrerseits einen großen Teil der Oberfläche, so dass die aktive Oberfläche verringert wird. Weiterhin können mit diesen Pigmenten nur geringe Feststoffgehalte erreicht werden.

Ein hoher Feststoffgehalt ist andererseits Voraussetzung für das – kostengünstigere – Streichen bei hohen Geschwindigkeiten.

Die Porosität des Papiergefüges, ausgedrückt als Porenvolumen, Porengrößenverteilung, spezifische Oberfläche, oder/und Kapillarsaugfähigkeit, beeinflusst also in mehr oder weniger starkem Maße einige für Druckpapier wichtige Einzeleigenschaften.

Über 80 % der Beanstandungen im Offsetbereich stehen im engen Zusammenhang mit der Wechselwirkung Druckfarbe-Papier und den zunehmenden Druckgeschwindigkeiten.

Untersuchungsergebnisse lassen erkennen, dass Wegschlaggeschwindigkeiten und kapillare Struktur (hohe Mikroporosität mit bestimmten Porenradien und Porenvolumen) des Druckträgers für die Trennwirkung der Druckfarbe maßgebend sind.

Bei einer großen spezifischen Oberfläche (Mikroporosität) dringt vorzugsweise das Mineralöl der Druckfarbe mit etwas Bindemittel in das Papier ein, während das Pigment mit dem restlichen Bindemittel an der Oberfläche zurückbleibt. Mit abnehmender spezifischer Oberfläche nimmt das Trennvermögen bzw. der Chromatographie-Effekt ab und dies führt zu entsprechenden Problemen.

Dies ist auch für die Qualitätsentwicklung von Inkjet und Flexodruck (Trennung von Lösungsmittel Wasser und Additive vom Farbstoff) von entscheidender Bedeutung.

So sind die zukünftigen Forderungen an gestrichene Druckpapiere im wesentlichen die Verbesserung der Produktivität, Qualität, Qualitätskonstanz und vor allem Funktionalität der hergestellten Produkte.

Die Entwicklung eines kostengünstigeren Papiers mit einer Erweiterung der Funktionalität könnte die derzeit bestehende Lücke zwischen einzelnen Papierqualitäten schließen.

So wurde vor einigen Jahren nachgewiesen, dass es reaktive Verbindungen (Organophilbentonit) gibt, die mit einer ankommenden Druckfarbe, insbesondere einer toluolhaltigen Tiefdruckfarbe spontane Reaktionen eingehen. Diese physikalisch – chemischen Reaktionen führen dazu, dass sich die Strichoberfläche völlig schließt und somit eine „reaktive Sperrschicht" bildet, die auch bei niedrigen Strichaufträgen sehr gute Tiefdruckbedruckbarkeitsergebnisse aufweist.

Aus der DE-A-4038886 sind wasserhaltige organophile Schichtsilikate auf Bentonitbasis zum Beschichten von Papier bekannt.

Einen ähnlichen organophilen Bentonit und dessen Verwendung in Streichmassen auf Basis organischer Lösungsmittel beschreibt die EP-A-0192252 .

Es handelt sich in beiden Fällen um eine Modifizierung der Bentonitgrenzfläche mit organischen Additiven, die unter anderem eine Hydrophobierung des Bentonits bewirkt.

Aus der DE-A-3506278 ist ein Verfahren zur Verbesserung des Holdouts von Druckfarben, Lacken und Beschichtungsmassen enthaltend organische Lösungsmittel, auf Papier bekannt, bei dem ein organophiler Komplex aus einem quellfähigen smektitischen Schichtsilicat und einer Opiumverbindung in die Fasermasse oder in die Oberfläche des Papiers eingebracht wird, wobei der organophile Komplex durch Reaktion mit dem organischen Lösungsmittel eine Sperrschicht bildet.

Aus der DE-A-0542215 sind ähnliche wässrige Feinsuspensionen eines organophilen Schichtsilicats bekannt, die aus einem quellfähigen, kationenaustauschfähigen Schichtsilicat und einem damit umgesetzten quartären organischen Opiumsalz bestehen und 3 bis 30 Gew.-% bezogen auf das organophile Schichtsilicat, Polyvinylalkohol enthalten.

Aus der EP 0710742A2 ist eine Streichfarbe für einen Druckträger nach dem Tintenstrahl-Druckverfahren bekannt, die im wesentlichen dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Dreischichtsilicat durch saure Aktivierung eines Alkali- oder Erdalkalismektits oder durch Einbau von Metalloxid-Brücken in dessen Schichtstruktur modifiziert ist und etwa 10–50 Gew.-Teile, vorzugsweise 20 bis 25 Gew.-Teile Bindemittel und sonstige Additive enthält.

Aus der US-A-4792487 ist eine Streichfarbe für einen Druckträger nach dem Tintenstrahl-Druckverfahren bekannt, die im wesentlichen aus einem Montmorillonit mit einem hohen Quellvermögen besteht und die gegebenenfalls ein Pigment mit einer hohen Oberfläche, wie synthetische Kieselsäure oder Calciumcarbonat, und ein wasserunlösliches Bindemittel enthält.

Die DE 4438305.3 beschreibt ein Pigment zum Streichen von Druckpapier, insbesondere ein Pigment für Selbstdurchschreibepapier auf der Basis eines säureaktivierten Alkali- und/oder Erdalkalismektits, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der Alkali- und/oder Erdalkalismektit mit mindestens einer Brönstedt- und/oder Lewissäure partiell aktiviert ist und einen Gehalt an amorpher Kieselsäure von maximal 15 Gew.-% hat.

Die EP0755989A2 beschreibt ein Streichpigmentgemisch mit verbesserter Tiefdruckeignung aus Calciumcarbonat, geringen Mengen quellfähigem Schichtsilicat und einem sauer aktivierten Schichtsilikat sowie Tiefdruckbinder wie Dispersionsmittel, Verdickungsmittel und Schaumverhüter enthält. Als Auftragsgewichte werden 4–12 g/m², vorzugsweise 6–10 g/m² pro Seite angegeben.

Streichpigmente auf der Basis von quellfähigen, smektitischen Tonen sind auch aus der EP-A-0283300 bekannt.

Neben den smektitischen Tonen können diese Streichpigmente noch bis zu 30 % Sekundär- oder Extenderpigmente, wie Kaolin oder Calciumcarbonat enthalten. Der Pigmentauftrag beträgt nicht mehr als 5 g/m², vorzugsweise nicht mehr als 1 g/m². Als smektitischer Ton kann beispielsweise natürlich vorkommender Natriumbentonit (Wyoming-Bentonit) verwendet werden. Dieser hat ein Quellvermögen um 50 ml (2g in 100 ml Wasser).

Trotz seines hohen Quellvermögens ist seine Haftung an Papier ohne Bindemittel sehr schlecht, weshalb die Bedruckbarkeit nach dem Offset-Druck-Verfahren (Wasserkontakt) problematisch ist. Weiterhin ist die Verwendung von Bentoniten mit austauschbaren Natrium- und Calciumionen beschrieben.

Die mit diesen Bentoniten gestrichenen Papiere hatten nur eine geringe Rupffestigkeit, weshalb zur Verbesserung der Haftung an der Papierfaser in fast allen Beispielen Bindemittel, wie Stärke oder Latex zugegeben werden musste.

Die EP 0688376B1 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen eines Dünndruckpapiers bei hohen Produktionsgeschwindigkeiten, das sich sowohl für das Offset- bzw. Tiefdruckverfahren eignet.

Für die Umsetzung zur Herstellung solcher Papiere ist eine Mindestmenge an Zellstoff sowie eine Begrenzung der Altpapiermenge, die Verwendung von natürlichen Bindemittel wie Stärke bzw. modifizierte Stärke, Cobinder wie CMC und übliche Additive wie Farbstoffe, Stearate sowie einer Mischung aus einem quellfähigen Schichtsilikat einerseits und üblichen mineralischen Streichpigmenten wie Kaolin und/oder CaCO₃ andererseits im Gewichtsverhältnis 20:60 bis 95:5 erforderlich.

Aus der DE-B-736450 ist ein Verfahren zur Herstellung gestrichener Papiere unter Verwendung einer Bindemittel- und pigmenthaltigen Streichmasse bekannt, wobei Bentonit oder ein ähnlicher Quellton als Bindemittel in der Streichmasse dient. Eine Charakterisierung des verwendeten Materials wird jedoch nicht durchgeführt.

In der DE-A-4217779 und EP-A-0572037 ist ein Streichpigment beschrieben, das auf Papier und Karton im wesentlichen ohne Bindemittel fixierbar ist und tief- und offsetbedruckbare Strichflächen ergibt. Dieses Pigment besteht zu mindestens 30 Gew.-% aus einem quellfähigen Schichtsilicat und weist ein Quellvolumen von 5 bis 30 ml (bezogen auf eine Suspension von 2g in 100 ml dest. Wasser) auf. Als quellfähige Schichtsilicate werden vor allem Minerale der Smektitgruppe, vorzugsweise Bentonit oder synthetisches Hektorit verwendet. Die restlichen 70 Gew.-% des Streichpigments können aus konventionellen Streichpigmenten, wie Kaolin, CaCO₃, usw. bestehen.

Hier besteht bei Formulierungen ohne Binder und bei Strichaufträgen größer 1 g/m² jedoch das Problem der mangelnden Offsetfähigkeit und Nassrupffestigkeit. Dies tritt insbesondere aufgrund der physikalischen Richtung nahezu immer auf.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Streichfarbendispersion zur Beschichtung von Druckträgern bereitzustellen, die kostengünstig herzustellen ist, insbesondere ohne Binden mit dem damit verbundenen Vorteilen und hohen AP-Anteilen, und bei hohen Maschinengeschwindigkeiten verarbeitet werden kann. Ferner soll ein mit dieser Streichfarbendispersion beschichteter Druckträger sowohl für konventionelle Druckverfahren, als auch für spezielle Druckverfahren verwendbar sein.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Erfindungsgemäß weist eine Streichfarbendispersion zur Beschichtung von Druckträgern, insbesondere von Papier und Karton, wenigstens einen der vorgegebenen Anteile an Wasser, einen vorgegebenen Anteil an wenigstens einem quellfähigen Schichtsilikat und einen vorgegebenen Anteil eines Vernetzungsmittels auf, welches eine Bindung sowohl mit wenigstens einer funktionellen Gruppe des Schichtsilikates, als auch mit wenigstens einer funktionellen Gruppe des Druckträgers eingeht.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird unter chemischer Bindung wenigstens eine Bindung aus der Gruppe von Bindungen verstanden, welche kovalente Bindungen, Wasserstoffbrückenbindungen, Van-der-Waal-Bindungen, Ionenbindungen und dergleichen aufweist.

Die Streichfarbendispersion wird gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform auf dem Druckträger einer flächenbezogenen, ofentrockenen Masse (otro) zwischen 0,5 und 6 g/m², bevorzugt zwischen 0,6 und 5 g/m², besonders bevorzugt zwischen 0,8 und 4 g/m² und gemäß einer bevorzugten Ausführungsform insbesondere < 4 g/m² aufgetragen.

Als quellfähige Schichtsilikate werden gemäß der vorliegenden Erfindung Schichtsilikate, wie beispielsweise Bentonite, Alkalibentonite, wie zum Beispiel Wyoming-Bentonit, Montmorillonit, Hectorit, Saponit, Nontronit, Alkali- Schichtsilikate, Erdalkali-Schichtsilikate, Calciumbentonit und dergleichen verstanden.

Bedingt durch die Anforderungen zwischen hoher Quellung bzw. Delaminierung und guter Adhäsivwirkung (aber unbrauchbarer Viskosität) bzw. niedriger Quellung und hohem Feststoffgehalt (aber schlechter Adhäsivwirkung) ist die Einsatzmöglichkeit derartiger Pigmente vor allem bei größeren Zusätzen und ohne Bindemittel bis heute gescheitert. Da die Adhäsivwirkung der Quellfähigen Schichtsilikate ohnehin nur zu den Fasern besteht und nicht untereinander sind Auftragsmengen über 0,5 g/m² aus Festigkeitsgründen nicht umsetzbar. Insbesondere geht die Adhäsion durch den Einsatz von Wasser verloren.

Bentonite sind Dreischichtaluminiumsilicate, bei denen die zentralen AlO₆-Oktaederschichten chemisch mit zwei SiO₄- Tetraederschichten verknüpft sind. Isomorpher Ersatz von Al³⁺ durch z.B. Mg²⁺ in der Mittellamelle erzeugt negative Schichtladungen, die durch Kationen auf Zwischengitterplätzen kompensiert werden. Diese Kationen sind hydratisierbar und damit beweglich. In Abhängigkeit von der Ladungsdichte liegt die Austauschkapazität zwischen 60 und 120 mVal pro 100 g. Das hohe Quellvolumen bedingt eine einfache Delaminierung des Bentonits in die Einzellamellen, was zu hoher Viskosität und thixotropem Fließverhalten führt.

Der Aspect ratio (Formfaktor) liegt bei Bentonit im trockenen Zustand bei 20 bis 50 und erhöht sich nach vollständiger Delaminierung theoretisch auf ca. 1000. Wir haben es hier also mit extrem dünnen, flexiblen Plättchen zu tun, die eine spezifische Oberfläche von bis zu 750 m²/g in Suspension aufweisen.

Aufgrund ihrer hohen Oberfläche und deren Struktur weisen delaminierte Bentonite beim Auftragen dünner Schichten eine gute Adhäsion auf, die jedoch wegen der bereits erwähnten hohen Viskositäten und niedrigen Feststoffgehaltes kaum anwendbar sind.

Als Hauptursache der Adhäsionswirkung von stark delaminierten Bentoniten zu Faserstoffen wird eine gewisse Ausbildung von Wasserstoffbrücken sowie unter Umständen die Bindung über sogenannte van der Waals'schen Kräfte angenommen.

Die Reichweite solcher Wasserstoffbrückenbindungen ist, ebenso wie die der van der Waals'schen Anziehungskräfte begrenzt und können sich nur ausbilden, wenn der Abstand der Faser zum delaminierten Bentonit kleiner als ca. 3 Å ist.

Das heißt, der delaminierte Bentonit und die Faser müssen während des Entwässerungsvorganges bis auf diesen kleinen Abstand zueinander gebracht werden.

Man kann sich leicht vorstellen, dass jede Verkleinerung oder Verminderung dieser Bindungsflächen oder eine Reduktion der für die Bindungen verantwortlichen OH- bzw. SiOH-Gruppen, sei es durch eine zu hohe Auftragsmenge oder durch Streichpigmente wie Kaolin und/oder CaCO₃, welche die Kontaktstellen belegen oder die notwendige Annäherung von Fasern und delaminierten Bentonit verhindern, immer zur einer Reduzierung der Adhäsionseigenschaften bzw. Festigkeit führen.

Bei Kontakt mit Wasser kommt es durch Aufnahme von Wasser zur Ausbildung von Hydrathüllen von über 20 Å Durchmesser an der Faser und dem delaminierten Bentoniten, die die Wasserstoffbrückenbildung und die Wirkung von van den Waals'schen Kräften weitgehend unterbinden bzw. aufheben, was auch die geringe Nassrupffestigkeit (mangelnde Offsetfähigkeit) auch bei stark delaminierten Bentonit und bei geringen Strichaufträgen ohne Bindemittel erklärt. Es findet letztlich der gleiche Vorgang wie bei einem unbehandelten Papier statt, das beim einfachen Eintauchen in Wasser seine Festigkeit komplett verliert.

Die Untersuchungen bei der Entwicklung eines „Funktionsstriches" mit Schichtsilicaten ohne Bindemittel bei Strichaufträgen bis zu 4g/m² je Seite konzentrieren sich daher auf neue Bindungssysteme zwischen Faser und Schichtsilicat bzw. zwischen Schichtsilicaten untereinander, die sich grundsätzlich von den physikalischen Bindungsmechanismen wie z.B. den Wasserstoffbrückenbindungen unterscheiden.

Nachteile der Bindekrafterhöhung über die Zugabe von natürlichen und wasserresistenen, synthetischen Bindemitteln sind beispielsweise der Verlust der aktiven Oberfläche, das Verkleben der Mikrokapillarien bzw. spez. Oberflächen, Herstellung und Verarbeitungsprobleme, Kostenerhöhung etc. Ein weiter Aspekt der Erfindung ist somit die Verwendung von chemischen Hilfsmitteln, die über Vernetzungsreaktionen hoch stabile Bindungskräfte auch bei Befeuchtung mit Wasser entwickeln.

So zeigen alkalisch aktivierte Bentonite mit zunehmender Quellung bzw. Delaminierung und spezifischer Oberfläche ausgezeichnete Vernetzungsergebnisse mit hohen Festigkeitswerten.

Smektitische Schichtsilicate sind z.B. Bentonit, Montmorillonit, Hectorit, Saponit oder Nontronit. Bevorzugt werden aus dieser Reihe Bentonit und Montmorillonit verwendet. Die Quellfähigkeit der Schichtsilicate ist bei den Alkali-Schichtsilicaten größer als bei den Erdalkali-Schichtsilicaten. Als quellfähig können beispielsweise die natürlichen Alkalibentonite (z.B. Wyoming-Bentonit) verwendet werden.

Die erforderliche Quellfähigkeit kann auch durch alkalische Aktivierung von Erdalkali-Schichtsilicaten (z.B. Calciumbentonit) erzeugt werden. Ein übermäßig hohes Quellvermögen ergibt jedoch Streichfarben mit hoher Viskosität, so dass die hochquellfähigen Schichtsilicate im allgemeinen in geringeren Anteilen zugesetzt werden. Die weniger quellfähigen Erdalkali-Schichtsilicate können in höheren Anteilen zugesetzt werden.

Diese Schichtsilicate lassen sich in wässriger Suspension unter Schereinwirkung weitgehend in die Einzellamellen dispergieren und weisen einen hohen Anteil an SiOH-Gruppen bzw. eine hohe Oberfläche auf.

Ein hohes Quellvermögen mit hoher spezifischer Oberfläche gewährleistet eine gute Vernetzungsreaktion aber mit den bereits beschriebenen Produktions- und Herstellungsproblemen.

Für Produktionsanlagen mit geringeren Produktionsgeschwindigkeiten sowie für bestimmte Auftragsgewichtsbereiche mit einem höhergrammigen Basispapier sowie durch Mischungen mit anderen Streichpigmenten sind mit diesen Schichtsilicaten ebenfalls hochqualitative gestrichene Funktionsstriche herstellbar.

Die für die erfindungsmäßigen Zwecke verwendeten Schichtsilicate bzw. alkalisch aktivierten Bentonite sind zum Beispiel handelsüblichen Produkte wie Printosil, Lightcoat, Optigel 800 und Optigel 805.

So weist Opigel 805 als hochausgereinigtes modifiziertes Schichtsilicat (100% Na-Montmorillonit) nach ausgiebiger Quellung bzw. Delaminierung bei Quellvermögen von 70 ml/g, eine spezifische Oberfläche von ungefähr 700 m²/g und eine Brookfield-Viskosität (100 UpM) von ungefähr 800 mPa·s bei einem Farbstoffgehalt von 5 % auf. Dieses Produkt lässt sich aufgrund der niedrigen Feststoffgehaltes nur mit sog. Extender bzw. auf langsam laufenden Produktionsanlagen mit entsprechendem Basispapier verwenden.

Vorzugsweise werden alkalisch aktivierte Bentonite mit Feststoffgehalte zwischen 5 bis 30 %, vor allem Produkte zwischen 12 bis 27% bei einer Brookfield-Viskosität von ca. 100–700 mPa·s und einer spezifischen Oberfläche nach der Quellung von 100–700 m²/g, bevorzugt 200–500 m²/g verwendet.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Anteil des Schichtsilikates an der Streichfarbendispersion größer als 70 Gew.-% otro.

Bevorzugt ist der Feststoffgehalt des quellfähigen Schichtsilikates an der Streichfarbendispersion 5 bis 35 Gew.-% otro, bevorzugt 8 bis 20 Gew.-% otro. Ferner weist eine solche Dispersion eine Brookfield-Viskosität auf, welche bei einer Umdrehungszahl von 100 U/min zwischen 50–2000 mPa·s liegt und bevorzugt zwischen 250–1200 mPa·s liegt. Ferner weisen auch Silikate mit hoher Oberfläche eine gewisse Vernetzungsreaktion auf.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird als Vernetzungsmittel wenigstens eine Komponente aus einer Gruppe von Komponenten verstanden, welche Nassfestmittel, wie beispielsweise Formaldehyd, Melamin-Formaldehyd-Harze, aliphatische Epoxydharze, Epichlorhydrinharze, Polyamid-Polyamin-Epichlorhydrinharze, Zirkoniumverbindungen, Glyoxalverbindungen, Polyisocyanate, Alkylketondimere (AKD), Alkyl-Succinc-Anhydride (ASA) und Polyvinylamine und dergleichen enthält.

Es hat sich herausgestellt, dass mit einigen dieser Nassfestmittel mit Schichtsilicaten offensichtlich Vernetzungsreaktionen stattfinden wie mit Faserstoffen bzw. Hydrokolloiden wie Stärke, Guar, CMC, PVAl etc., die bei einem Strichauftrag bis zu 4 g/m² auch ohne Bindemittel hervorragende Bindefestigkeit bzw. Trocken- und Nassfestigkeiten ergeben die mit einem gestrichenen Offsetpapier mit 12–14 Teilen Binder vergleichbar sind. Dies überraschende Ergebnis kann nur so erklärt werden, dass Vernetzungsreaktionen einerseits mit den Silanolgruppen (SiOH-Gruppen) des Schichtsilicates untereinander bzw. mit den -OH, bzw. Carboxylgruppen der Faser des Basispapier und den Silanolgruppen des Schichtsilicates stattfinden.

Es zeigt sich, dass mit Zirkoniumverbindungen nur minimale Festigkeitsverbesserungen mit HF-Harzen, MF-Harzen, ASA, AKD und mit Epichlorhydrinharzen eine deutliche Verbesserung und mit Glyoxal bzw. modifizierten Glyoxal und Polyisocyanaten mit Abstand die besten Ergebnisse erzielbar sind.

Aus dem Stand der Technik ist ferner bekannt, dass Zirkoniumsalze wie z.B. Ammonium-Zirkonium-Carbonat (AZC) vorwiegend mit -COOH Gruppen und nur schwach mit -OH Gruppen reagieren.

Die Wirkung von HF-Harzen, MF-Harzen und Epichlorhydrinharzen beruht in der Hauptsache darauf, dass die Produkte vorwiegend mit sich selbst vernetzen und dadurch die bereits vorhandenen Faser-Faser-Bindungen vor der Zerstörung durch Wasser schützen.

Als Beispiel der Selbstkondensationsreaktion kann UF-Harz aufgezeigt werden. Es handelt sich hierbei um ein dreidimensionales Netzwerk, was im englischen Sprachgebrauch auch als Cross-linked Network bezeichnet wird (vgl. 1).

Ein gewisser Teil dieses Nassfestmittels reagiert auch zusätzlich mit Carboxyl-, Aldehyd- oder Hydroxyl-Gruppen.

Bei modifizierten und stabilisierten Glyoxalharze (reaktive Polyhydroxylat Verbindungen) wie zum Beispiel Glyoxal-Polyacrylamid-Derivate und Polyisocyanate treten bevorzugt Reaktionen mit OH-Gruppen auf, die offensichtlich auch mit SiOH-Gruppen reagieren können.

Gemäß eines besonders bevorzugten Ausführungsbeispieles wird als Vernetzungsmittel Glyoxal, insbesondere eine modifizierte Glyoxalverbindung, verwendet. In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform wird Polyisocyanat verwendet.

Ferner kann das Vernetzungsmittel durch die Zugabe von wenigstens einem wasserlöslichen Polymer stabilisiert und/oder in seinem Ladungscharakter und/oder in seinen Grenzflächeneigenschaften verändert bzw. den geforderten Eigenschaftskriterien angepasst werden.

Als solche wasserlöslichen Polymere werden beispielsweise Polyvinylalkohole, Polyethylenglykole, Polyvinylpyrrolidon und dergleichen verwendet.

Bezogen auf den Anteil des Vernetzungsmittels werden gemäß eines besonders bevorzugten Ausführungsbeispiels zwischen 2 bis 10 Gew.-% otro, bevorzugt zwischen 4 bis 7 Gew.-% otro an Polyvinylalkohol hinzugemischt.

Gemäß eines weiteren besonders bevorzugten Ausführungsbeispiels werden dem Vernetzungsmittel ein Anteil zwischen 2 bis 6 Gew.-% otro, bevorzugt zwischen 3 bis 5 Gew.-% otro von Polyethylenglykol, bezogen auf das Vernetzungsmittel, beigemischt.

Es liegt im Sinne der vorliegenden Erfindung, dass dem Vernetzungsmittel weitere Zusatzstoffe bzw. Additive beigemischt werden können, welche gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform aus der Gruppe von Additiven ausgewählt sind, welche optische Aufheller, Verdickungsmittel, Biozide, Konservierungsmittel, Pufferlösungen, Katalysatoren, Inhibitatoren, Dispergiermittel, Komplexbildner und dergleichen enthält.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsbeispiels werden dem Vernetzungsmittel 0,1 bis 1 Gew.-% Handelsware (HW), bevorzugt zwischen 0,2 und 0,4 Gew.-% Handelsware an optischem Aufheller beigemischt.

Bei einer Streichfarbendispersion wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Anteil an Vernetzungsmittel zwischen 0,1 bis 6 Gew.-% otro, bezogen auf das Pigment, bevorzugt zwischen 0,6 und 7,4 Gew.-% otro, bezogen auf das Pigment, und besonders bevorzugt zwischen 0,8 und 3 Gew.-%, bezogen auf das Pigment, beigemischt.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird der Streichfarbendispersion wenigstens ein Extenderpigment beigemischt, das aus einer Gruppe von Pigmenten ausgewählt ist, welche gefälltes Silikat, sauer aktivierte Bentonite, auf Hydrothermalprozess hergestellte Silikate, Aluminiumhydroxide und dergleichen aufweist.

Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform wird der Streichfarbendispersion wenigstens ein weiteres Pigment beigemischt, welches aus einer Gruppe von Pigmenten ausgewählt ist, welche Kaolin, gemahlenes Calciumkarbonat, präzipitiertes Calciumkarbonat, Talkum, Zeolith, Titandioxid und dergleichen aufweist.

Bei Mischungen mit anderen Streichpigmenten wie z.B. Kaolin, gemahlenen Calciumcarbonat (GCC), präzipitierten Calciumcarbonat (PCC), Talkum, gefällten Silicaten, sauer aktivierten Bentoniten, auf Hydrothermalprozess hergestellten Silicaten und Aluminiumhydroxiden lassen sich je nach angestrebten Papiereigenschaften mit alkalischen aktivierten Bentoniten mit diesen Streichpigmenten zwischen 5 und 20 Teilen bevorzugt zwischen 8 und 15 Teilen ohne Zugabe von Bindemittel mit 0,8 bis 3 Teilen modifizierten Vernetzer bei Auftragsgewichten zwischen 0,8 bis 4 g/m² ein Funktionsstrich herstellen, der bei allen Druckverfahren gute Druckergebnisse erbringt.

Bei höherer Zugabemenge d.h. größer 25 % solcher anderen Streichpigmente sind Bindemittelmengen zwischen 1,5 und 5 Teilen erforderlich, wobei sich Binder mit hohen OH-Gruppenanteil wie PVAl für die Vernetzungsreaktionen bevorzugt eignen.

Bei solchen Pigment-Mischungen lassen sich auch alkalisch aktivierte Bentonite hoher Quellvermögen bzw. Viskosität aufgrund der höheren Feststoffgehalte auch bei schnelllaufenden Produktionsanlagen herstellen.

Je nach Bentonitanteil beträgt der Feststoffgehalt der so zu verarbeitenden Streichfarbe zwischen 12 und 35 Gew.-% otro.

Bei Bentoniteinsatz werden zweckmäßigerweise zusätzlich auch Dispergiermittel eingesetzt. Die flächenbezogene Auftragsmasse liegt in jedem Fall unterhalb von 4 g/m² und Papierseite. Bevorzugt ist ein Auftragsgewicht zwischen 0,8 und 4 g/m² und Seite. Insbesondere bei 100 % Bentonitanteil in der Streichfarbe kann die Auftragsmenge auch unter 0,8 g/m² liegen.

Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform kann der zuvor beschriebenen Streichfarbendispersion zusätzlich ein Bindemittel beigemischt werden, das aus einer Gruppe von Bindemitteln ausgewählt ist, welches synthetische Bindemittel, natürliche Bindemittel, Polyvinylalkohol, Stärke, Carboxymethylcellulose, Latex und dergleichen enthält.

Insbesondere bei einem Anteil des Extenderpigments von größer 35 Gew.-%, bezogen auf den Gesamtpigmentanteil, wird ein Bindemittelanteil zwischen 0,5 und 10 Gew.-% otro, bevorzugt zwischen 1 und 7 Gew.-% otro und besonders bevorzugt zwischen 1,5 und 5 Gew.-% otro verwendet.

Gemäß eines bevorzugten Ausführungsbeispiels wird bei einem Anteil eines weiteren Pigmentes von größer 25 Gew.-% otro, bezogen auf den Gesamtpigmentanteil der Streichfarbendispersion, ein Bindemittelanteil zwischen 0,5 und 10 Gew.-% otro, bevorzugt zwischen 1 und 7 Gew.-% otro und besonders bevorzugt zwischen 1,5 und 5 Gew.-% otro, verwendet.

Es liegt im Sinne der vorliegenden Erfindung, dass insbesondere beim Einsatz eines Extenderpigments der Anteil des verwendeten Bindemittelanteils in der Streichfarbendispersion tendenziell niedriger ist als die benötigte Bindemittelmenge bei der Verwendung eines anderen Pigments, wie diese zuvor beschrieben worden sind.

Gemäß eines besonders bevorzugten Ausführungsbeispiels findet mittels des Vernetzungsmittels eine Bindung sowohl mit dem Schichtsilikat als auch mit Faserstoffen bzw. Hydrokolloiden, wie Stärke, Guar, Carboxymethylcellulose (CMC), Polyvinylalkohol und dergleichen statt.

Hierbei reagieren insbesondere die funktionellen Gruppen des Vernetzungsmittels mit den funktionellen Gruppen des quellfähigen Schichtsilikates, insbesondere den Silanolgruppen. Ferner reagieren die funktionellen Gruppen des Vernetzungsmittels mit den funktionellen Gruppen des Druckträgers wie beispielsweise des Faserstoffes, insbesondere mit dessen freien Hydroxylgruppen.

Bei Einsatz eines Mischproduktes aus Glyoxal mit Polyethylenglykol und/oder Polyvinylalkohol sind die funktionellen Gruppen des Vernetzungsmittels freie Hydroxylgruppen.

Als freie Hydroxylgruppen werden insbesondere bindungsaktive Gruppen verstanden.

Bei der Verwendung eines Mischproduktes aus Glyoxal mit Polyacrylamid sind die funktionellen Gruppen des Vernetzungsmittels freie Aldehydgruppen.

2 zeigt die Reaktion von Glyoxalverbindungen mit OH-Gruppen. Glyoxal-Polyarcylamid-Derivate werden durch eine Reaktion von Glyoxal mit niedermolekularen Polyacrylamid (PAM) erhalten, wobei sich eine Netz (Matrix-)Struktur und mit einem relativ hohen Aldehyd-Gruppenanteil ergibt.

Diese freien Aldehyd-Gruppen können mit den freien OH-Gruppen des Druckträgers (z.B. Zellulose) bzw. den SiOH-Gruppen der Schichtsilikate reagieren.

Es liegt im Sinne der vorliegenden Erfindung, dass auch andere funktionelle Gruppen des Vernetzungsmittels zur Bindung der Schichtsilikate bzw. des Faserstoffes und/oder von Hydrokolloiden verwendet werden können.

Gemäß eines weiteren besonders bevorzugten Ausführungsbeispiels bewirkt das Vernetzungsmittel eine temporäre Verfestigung des Druckträgers und/oder des Strichs, welche insbesondere bereits beim Herstellungsprozess in der Papiermaschine und/oder der Streichmaschine eintritt.

Gemäß eines weiteren besonders bevorzugten Ausführungsbeispiels liegt der pH-Wert der Streichfarbendispersion zwischen pH 6 und pH 9,5, bevorzugt zwischen pH 6,8 und pH 9,2 und besonders bevorzugt zwischen pH 8,1 und pH 9,0.

Der verwendete Druckträger ist gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels ein aus holzfreiem Faserstoff hergestelltes Papier oder Karton, wobei der Einsatz weiterer Komponenten wie beispielsweise Füllstoffe, Marke etc. auch in Sinn der vorliegende Erfindung ist.

Gemäß eines weiteren besonders bevorzugten Ausführungsbeispiels kann der Druckträger auch im wesentlichen aus holzhaltigem Faserstoff hergestellt sein.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird der Druckträger aus einem frei wählbaren Anteil an Altpapier zwischen 0 und 100 hergestellt. Es liegt jedoch auch im Sinne der vorliegenden Erfindung, Kombinationen aus den zuvor dargestellten Faserstoffen zu verwenden.

Der Druckträger besitzt gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform eine flächenbezogene Masse zwischen 30 g/m² otro und 250 g/m² otro, bevorzugt zwischen 32 g/m² otro und 130 g/m² otro und besonders bevorzugt zwischen 35 g/m² otro und 100 g/m² otro.

Als Basispapier eignet sich holzfreies, holzhaltiges und bis zu 100 % Altpapier enthaltenes Streichrohpapier auch mit niedrigen flächenbezogenen Massen.

Als ungeeignetes Basispapier erweist sich sehr stark hydrophobiertes Papier, d.h. hochgeleimte Masse- und oberflächengeleimte Streichrohpapiere. Als hochgeleimte Masse und/oder Oberflächengeleimte Streichrohpapiere werden Papiere verstanden, welche gemäß des Stand der Technik als vollgeleimte Papiere bezeichnet werden.

Das mit verschiedenen Schichtsilicaten sowie Mischungen mit anderen Streichpigmenten und 0,8 bis 3,0 Teilen des Vernetzer-Compounds ohne Bindemittel auf einem Basispapier mit 100 Altpapier hergestellte gestrichene Papier zeigt bei allen Druckverfahren gute Druckergebnisse und Weiterverarbeitungseigenschaften. Ferner ergeben die Vernetzer insbesondere auch eine Festigkeitssteigerung des Rohpapiers

Dabei zeigte sich, dass sich mit diesen Funktionsstrich auf Schichtsilicat bzw. Bentonit-Basis insbesondere Matt- bzw. Semimattpapiere herstellen lassen.

Der Einsatz von geeigneten Pigmenten vor allem Calciumcarbonaten und eine schonende Satinage unterstützen bei der heutigen Herstellung dieser Papiere den Matteffekt. Die dadurch erzielte Mikrorauhigkeit der Oberfläche fördert die gewünschte diffuse Reflexion des Lichtes, ist aber gleichzeitig auch Ursache der zunehmenden Zahl an Reklamationen im Mattpapierbereich, z.B. mangelnde Scheuer- bzw. Wischfestigkeit, mangelnde Kartonierfestigkeit und eine Verschlechterung der Tiefdruckbedruckbarkeit.

Mattgestrichene Papiere werden am häufigsten im Offsetdruck verarbeitet, da dieses Druckverfahren in der Lage ist, die raue Oberfläche mit Hilfe eines elastischen Gummidrucktuches auszugleichen. In letzter Zeit haben auch mattgestrichene Papiere im Tiefdruck zunehmende Marktanteile. Der Tiefdruck erfordert eine sehr glatte Oberfläche und gute Kompressibilität der Papiere. Für eine gute Bedruckbarkeit ist daher eine hohe Glätte des Papiers von zentraler Bedeutung, was im Widerspruch – bedingt durch die starken Satinagebedingungen – zu der Forderung nach niedrigem Glanz steht.

Die durch die Schichtsilikate erzielte Mikrorauhigkeit der Oberfläche, die auch bei sehr starker Satinage erhalten bleibt, die wiederum hohe Oberflächenglätte und gute Tiefdruckbedruckbarkeit gewährleistet, fördert die gewünschte diffuse Reflexion des Lichtes und somit den Matteffekt.

Mattgestrichenes Papier mit hoher Oberflächenglätte ermöglicht Reproduktionen auch mit feinen Rastern im Offsetdruck und Buchdruck brillant wiederzugeben, die das Einsatzgebiet eines solchen Papiers von Auto-, Mode-, und Kosmetikprospekten, Schulbüchern und Katalogen etc. erweitert. Mehrzweckschreib- und -druckpapiere werden beschrieben, zum Kopieren verwendet und mittels Offset- und Inkjet-Druckverfahren bedruckt.

Büropapiere müssen dieser Entwicklung Rechnung tragen und neben der primären Eignung für Kopiergeräte außerdem eine gute Offset-, Laser- und farbige Inkjet-Bedruckbarkeit aufweisen. Der Papierhersteller soll daher ein umfassend funktionierendes Produkt abliefern, das möglichst allen Ansprüchen, allen Druckertypen und allen Tintenformulierungen genügt.

Derzeit gibt es auf dem Markt keine Mehrzweckpapiere, die für die verschiedenen Druckmethoden und verschiedenen Drucker gleichermaßen geeignet sind.

Es zeigt sich, dass mit den erfindungsgemäßen „Funktionsstrich" eine ausgezeichnete Bedruckbarkeit bei weitgehend allen Druckverfahren erzielt wird.

Durch die hohe Mikrokapillarität bzw. spezifische Oberfläche des Funktionsstriches (Chromatographieeffekt) wird eine ausgezeichnete Inkjet-Bedruckbarkeit bei farbigen ausdrucken mit guter Farbbrillianz, optischer Dichte der Farben und Punktschärfe erzielt. Diese Papiere zeichnen sich außerdem durch eine schnelle Farbtrocknung und höhere Wasserbeständigkeit aus. Da es sich beim wasserbasierenden Flexodruck um die gleiche Druckfarbe handelt, d.h. um anionische wasserlösliche Farbstoffe, wirkt sich die hohe spezifische Oberfläche des Dünnstriches ebenso positiv auf die Druckqualität des Flexodruckes wie beim Inkjet aus.

Die sauren anionischen, wasserlöslichen Tinten von Inkjet- und Flexofarben werden an der Oberfläche durch eine schnelle Adsorption verankert. Zusätzlich unterstützt die hohe Kapillarität der Pigmente das Separieren von Farbstoffen und Flüssigkeit durch den Chromatographieeffekt. Die größeren Farbstoffmoleküle bleiben an der Pigmentoberfläche, während kleinere Moleküle, vor allem Wasser und Additive, durch die Kapillarkräfte in das Innere der Pigmente gezogen werden. Dies setzt eine hohe Mikrokapillarität (spezifische Oberfläche) mit definiertem Porenradius und/oder verbesserte Wasserbeständigkeit voraus.

Aufgrund ihrer hohen spezifischen Oberfläche von den heute verwendeten, sehr teuren Silikaten ist ihr Bindemittelbedarf sehr hoch (bis zu 30–40 Teile Binder). Bindemittel wiederum sind ebenfalls relativ teuer und belegen ihrerseits einen großen Teil der Oberfläche, so dass die aktive Oberfläche verringert wird.

Bei den SD-Papieren (selbstdurchschreibende Papiere) existieren für die CF-Seite (Coated-Front-Seite) drei unterschiedliche SD-Entwicklungssysteme (z.B. organische Phenolharze mit Zinkionen dotiert, organische Zinksalicylate und anorganische, sauer aktivierte Bentonite).

In Europa werden vor allem sauer aktivierte Bentonite als CF-Layer verwendet. Diese Bentonite mit hoher spezifischer Oberfläche und Porosität weisen eine anionische Ladung mit zahlreichen SiOH-Gruppen auf. Diese anionischen Gruppen an der Grenzfläche reagieren mit kationischen Farbstoffen.

Auch hier wird, wie auch bei Inkjet-Papieren im Gegensatz zur erfindungsgemäßen Entwicklung durch das Bindemittel ein Großteil der SiOH-Gruppen belegt bzw. die spez. Oberfläche reduziert. Bei der erfindungsgemäßen Entwicklung bleibt die hohe spezifische Oberfläche erhalten.

Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform absorbieren die gequollenen Schichtsilikate und die somit der auf der äußeren Schicht des Druckträgers aufgebrachte Strich wärmebedingte Schadstoffemissionen des Druckträgers, wie sie beispielsweise bei der Temperaturbehandlung im Laserdruckverfahren zum Fixieren des Toners frei werden.

Die zunehmenden Druckgeschwindigkeiten bei Kopiergeräten erfordert erhöhte Trocknungs- bzw. Fixiertemperaturen, die teilweise zu Schadstoffanreicherungen und Geruchsbelästigungen in den jeweiligen Räumen führt. So wurden bei Untersuchungen an Laserdruckern mit Recyclingpapier besonders hohe Schadstoffkonzentrationen ermittelt. Als Hauptkomponenten wurden 2,6-Diisopropylnaphtalin und Tetra-Methylbiphenyl identifiziert, die auch zu signifikanten Konzentrationen in Büroräumen führte.

Diisopropylnaphtalin (DIPN) wird seit 25 Jahren u.a. als Lösungsmittel für Selbstdurchschreibepapiere eingesetzt. Erstmals 1994 wurden Rückstände dieses Lösungsmittels in Italien auch in Lebensmittel nachgewiesen. Es wurde festgestellt, dass DIPN über den Papier-Recycling-Kreislauf in Lebensmittelverpackungen aus Altpapier gelangt und von dort weiter in Lebensmittel migriert.

Bekanntlich haben Bentonite die besondere Eigenschaft, Fremd-, Geruchs- und Geschmackstoffe, vor allem Aromaten an sich zu binden und unschädlich zu machen. Die beidseitige Bentonitschicht des erfindungsgemäßen Funktionsstriches mit der hohen spezifischen Oberfläche wirkt als Adsorptionssperre und führt somit zu einer starken Entlastung der Schadstoffkonzentration an Laserdruckern und Kopierer.

Zunehmend häufiger besteht die Anforderung auf Zeitungsdruckmaschinen, Druckerzeugnisse herzustellen, die ein gesteigertes Qualitätsniveau erfüllen. Aus diesem Grund werden immer häufiger zeitungsähnliche Druckobjekte auf aufgebessertem oder gestrichenem Papier hergestellt. Aber auch hochwertige Coated-Coldset-Druckpapiere wie farbige Feuilleton- oder Werbeeinlagen sind inzwischen bereits in den Markt eingeführt. Dies bietet sich an, da die Zeitungsmaschinen meist nur nachts mit dem Drucken der Tageszeitungen ausgelastet sind und tagsüber Kapazitäten für solche Aufträge zur Verfügung stehen.

Da es sich beim Coldset-Druck um eine physikalische Druckfarbentrocknung handelt, ist beim gestrichenen Papier eine hohe Kapillarität bzw. eine offene Struktur gefordert. Durch das Auftragen von 1,5–3 g/m² eines Funktionsstriches mit hoher spezifischer Oberfläche, der eine ideale Voraussetzung für Coldset-Druckverfahren bildet (Wegschlagverhalten), können mit 100 % Altpapiereinsatz wirtschaftlich hochqualitative niedergrammige Coated-Coldset-Druckpapiere mit hoher Farbdichte und Farbintensität hergestellt werden.

Bei Vergleich von SC-A und SC-B Papier (Tiefdrucknaturpapier) mit einem mit 100 % Altpapier versehenen Funktionsstrich ergeben sich bessere Tiefdruck- aber vor allem Offsetbedruckbarkeit (weniger Ablagerungen am Gummituch), keine Schwarzsatinage und Kalanderablagerungen, bessere Helligkeit und bei der Herstellung von Papieren mit niedrigen flächenbezogenen Masse kein Durchschlagen und Durchscheinen der Druckfarbe.

Als Vorstrich ergibt der Funktionsstrich aufgrund der hohen spezifischen Oberfläche eine schnelle Immobilisierung des darauf folgenden Striches mit den bekannten Vorteilen, eine gute Faserabdeckung mit Barrierefunktion mit gleichmäßiger Strichverteilung des Topstriches und Kosteneinsparung. Diese Barrierefunktion kann bei Linerkarton durch eine zusätzliche geringe Zugabe von Leimungsmittel zum Funktionsstrich weiter verbessert werden.

Dadurch wird außerdem eine sehr gute Flexo- und Inkjetbedruckbarkeit und gute Weiterverarbeitung des gestrichenen Liners erzielt.

Im Vergleich zu LWC-Tiefdruck-Mattpapier zeigt der Funktionsstrich vor allem bei niedrigen Flächengewichten höhere Glätte, geringere Missing Dots, höheren Druckglanz bei niedrigem Papierglanz, keine Glanzstellen (Friktionsglanz) bei der Weiterverarbeitung und Kostenvorteile.

Bei LWC-Offset-Mattpapieren wird vor allem ein niedriger Papierglanz, hoher Druckglanz, hohe Glätte, keine Glanzstellen (Friktionsglanz), bessere Druckfarbenscheuerfestigkeit und -wischfestigkeit, geringeres Karbonieren, geringeres Mottling, höhere Restbruchfestigkeit (Vermeidung von Brechen im Falz), Vermeidung von Blistern und geringere Strichkosten erzielt.

Für Rollenoffsetpapiere bildet das „Brechen im Falz" und Blasenbildung ein erhebliches Problem.

Durch die intensive Temperatureinwirkung im Mehrfarben-Offsetdruck wird nicht nur das Austreiben flüchtiger Druckfarbenbestandteile bewirkt, sondern auch eine Versprödung des Papiers infolge der Verdampfung des im Papiergefüge eingelagertem Wassers (bis hin zu 0 % Wassergehalt). Dies kann im Falzapparat zur Schädigung des Papiergefüges führen, was sich als „Brechen im Falz" bzw, als Ausbrechen der Klammerheftung bei der Weiterverarbeitung bemerkbar machen kann.

Bevorzugt tritt Falzbrechen mit zunehmenden Strichauftrag, mit CaCO₃ als Streichpigment, hohen Binderanteilen (vor allem Stärke) und hohen Satinagebedingungen auf.

Mit den niedrigen Auftragsmengen ohne Bindemittel durch den hohen Formfaktor aber vor allem durch den hydrophilen Charakter der alkalisch aktivierten Bentonite, die ein Restwasser zurückhalten, was die Versprödung verringert, wird mit dem Funktionsstrich dem Falzbrechen entgegengewirkt.

Bei Heatset-Rollenoffset-Druckmaschinen mit dem extrem hohen Trocknungstemperaturen, bildet sich bei der schockartigen Erhitzung der bedruckten Papierbahn in der Trocknungsmaschine im Papiergefüge Wasserdampf. Durch die beidseitige Abdeckung mit dem Papierstrich und der Druckfarbenschicht kann der Wasserdampf vielfach nicht entweichen. Es tritt eine Spaltung im Papiergefüge und damit eine Blasenbildung (Blistering) in der Papierschicht auf.

Maßnahmen, die zu einer Verdichtung und zu einem Rückgang bzw. der Mikrokapillarität des Striches führen, wie z.B. hoher Strichauftrag, vor allem zunehmender Kunststoffbindemittelanteil mit hohen Druck- und Temperatur wirken sich entsprechend nachteilig auf die Blasenbildung aus. Vor allem bei hohen Temperaturen wie z.B. Softkalander kommt es zu einer Verflüssigung des Kunststoffbinders und somit zu einer Versiegelung der Strichoberfläche, was sich entsprechend nachteilig auf die Blasenbildung auswirkt.

Bei dem Funktionsstrich mit niedrigen Strichauftrag ohne Bindemittel mit hoher Porosität kann der Wasserdampf problemlos entweichen, so dass sich keine Gefahr zur Blasenbildung ergibt.

Gegenstand der Erfindung ist ferner, dass sich durch die erfindungsgemäßen, dünnen, funktionellen Auftragsmengen auf ein Basispapier nicht nur bei allen Druckverfahren hochqualitative Qualitäten ergeben, sondern auch aufgrund der geringen Auftragsmenge, hohen Produktionsgeschwindigkeiten und Bindemitteleinsparungen und in allen Fällen auch wirtschaftliche Vorteile erzielbar sind.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist dass das erfindungsgemäße gestrichene Papier ein hervorragendes Recyclingverhalten aufweist, da es keine synthetischen Binder enthält und die eingesetzten Vernetzer eine temporär verfestigende Wirkung aufweisen und somit nach kurzer Wassereinwirkung auf das gestrichene Papier im Gegensatz zu anderen Vernetzern wie HF, MF, Epichlorhydrinharze problemlos verarbeitbar ist.

Aufgrund der Oberflächenbeschaffenheit synthetische Binder können sie in den Stoff- und Prozesswasserkreisläufen von Deinkinganlagen und bei der Streichauschußverarbeitung störende Ablagerungen bilden und außerdem zur Abwasserbelastung führen. Ferner wird hierbei eine Verbesserung der Deinkbarkeit erzielt.

Des weiteren ist ein Aspekt der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines multifunktionellen gestrichenen Papiers durch Aufbringen einer geringen reaktiven Strichschicht auf Basis alkalisch aktivierter Bentonite zwischen 0,8 bis max. 4 g/m2 pro Seite, ohne Bindemittel mit hoher Bindefähigkeit durch Vernetzungsreaktionen mit speziellen Vernetzern auf ein Basispapier mit bis zu 100 % Altpapieranteil mit einer Filmpresse, Curtain-Coater oder evtl. Sprühauftrag bei Produktionsgeschwindigkeiten bis 2000 m/min, das sowohl für konventionelle Druckverfahren als auch im Spezialpapierbereich vergleichbare, wenn nicht bessere Druckqualität aufweist und dabei ökonomische Vorteile mit einer hervorragenden Recyclierbarkeit verbindet.

Besonders soll hierbei auf die hervorragende Offsetfähigkeit des erfindungsgemäßen Funktionsstriches (Auftrag < 4g/m²) hingewiesen werden, der die gleichen Trocken- und Nassrupffestigkeiten aufweist, wie ein gestrichenes LWC-Offsetpapier, das bekanntlich aufgrund hoher Druckfarbenviskosität und -zügigkeit deutlich höhere Anforderungen an die Strichabbindung stellt, als z.B. das Tiefdruck-Verfahren, weshalb Streichfarben von LWC-Offsetpapieren bis zu 16 Gew.-Teile Bindemittel aufweisen.

Die Aufgabe der Erfindung wird ferner auch durch ein Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Druckträgers gemäß Anspruch 33 gelöst. Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind Gegenstand der Unteransprüche.

Gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Druckträgers den Schritt des maschinellen Auftrags einer Streichfarbendispersion auf dem Druckträger auf. Hierbei besteht die Streichfarbendispersion wenigstens aus einem vorgegebenen Anteil von Wasser, einem vorgegebenen Anteil wenigstens eines quellfähigen Schichtsilikats und einem vorgegebenen Anteil eines Vernetzungsmittels, welches eine Bindung sowohl mit wenigstens einer funktionellen Gruppe des Schichtsilikates, als auch mit wenigstens einer funktionellen Gruppe des Druckträgers eingeht. Als weiteren Schritt umfasst das Verfahren auch das Trocknen aufgetragener Streichfarbendispersion.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Druckträger nach dem Streichen und Drucken satiniert. Der Auftrag der Streichfarbendispersion erfolgt gemäß eines besonders bevorzugten Verfahrens der vorliegenden Erfindung innerhalb (online) und/oder außerhalb (offline) der Papiermaschine. Als Auftragseinrichtungen werden die aus dem Stand der Technik bekannten Auftragseinrichtungen verwendet, welche beispielsweise Filmpressen, Curtain-Coater, Sprühauftrag, Walzenstreichverfahren, Rackelstreichverfahren, Blade-Coater, Speed-Coater, Massey-Verfahren, Flooded-Nip und dergleichen beinhaltet.

Geeignet am Markt angebotene Aggregate sind beispielsweise die Filmpressen von Jagenberg, von Voith und der Firma BTG aus Schweden und Metso.

Die hergestellten Streichfarben können sowohl Online mit einer Filmpresse, aber auch mit neuen Auftragssystemen wie dem Curtain-Coating und Sprühauftrag (Opti-Spray) mit Auftragsgewichten von 0,5–4 g/m² bei hoher Geschwindigkeit aufgetragen werden.

Beim Curtain-Coating (Vorhangstreichen) geschieht der Pigmentauftrag durch eine frei fallende, dünne, von zwei freien oberflächenbegrenzte Flüssigkeitsschicht, dem "Vorhang", die auf die bewegte Papierbahn auftritt und den Beschichtungsfilm bildet.

Das Verfahren stellt eine Alternative zum herkömmlichen Auftragsverfahren dar mit zukunftsweisender Hochpräzisions-Auftragstechnik, die hohe Produktionsgeschwindigkeiten bei geringer Belastung der Papierbahn verspricht.

Beim Opti-Spray-Auftragssystem handelt es sich um ein Sprühverfahren, dass sich ebenfalls bevorzugt für solche dünnen Strichaufträge anbietet.

Die Auftragsgeschwindigkeit der Streichfarbendispersion erfolgt gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform mit einer Geschwindigkeit zwischen 150 m/min und 2300 m/min, bevorzugt zwischen 200 m/min und 2100 m/min und besonders bevorzugt zwischen 500 m/min und 2000 m/min.

Gemäß einem weiteren besonders bevorzugten Verfahren der vorliegenden Erfindung wird auf den Druckträger eine Streichfarbendispersion aufgetragen, deren flächenbezogene Masse zwischen 0,5 und 6 g/m² otro, besonders bevorzugt zwischen 0,8 und 4 g/m² otro und gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform insbesondere kleiner 4 g/m² otro ist.

Der gemäß diesem Verfahren unter Verwendung der beschriebenen Streichfarben und/oder Dispersion hergestellte Druckträger eignet sich für die Verarbeitung in wenigstens einem, insbesondere einer Vielzahl von (multifunktionellen) Druckverfahren, so wie sie im Stand der Technik bekannt sind. Dies können beispielsweise das Offset-Druckverfahren, das Tiefdruckverfahren, Inkjet-Verfahren, Flexo-Druckverfahren, Selbstdurchschreibepapiere, Heat-Set-Verfahren, Cold-Set-Verfahren, Laserdruckverfahren und dergleichen sein.

Auch liegt die Verwendung des erfindungsgemäßen Druckträgers für das Offsetverfahren, das Tiefdruckverfahren und/oder für weitere Druckverfahren, wie das Inkjet-Verfahren, Flexodruckverfahren, Laserdruckverfahren, Selbstdurchschreibepapier im Sinn der vorliegenden Erfindung.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Druckträger multifunktionell für verschiedene Verfahren einsetzbar.

Die Erfindung wird noch im folgenden anhand von Beispielen detailliert beschrieben, wobei darauf hinzuweisen ist, dass die Darstellung nur beispielhaften Charakter hat und die Erfindung selbst nicht einschränkt. Dies betrifft insbesondere die Verwendung von Papier bzw. Karton als Druckträger, wobei darauf hingewiesen sei, dass als Druckträger auch andere Materialien, wie zum Beispiel Kunststofffolien, mit der erfindungsgemäßen Streichfarbendispersion beschichtet werden können.

So zeigen:
Ausführungsbeispiel 1 Verwendung eines alkalisch aktivierten Bentonits zur Beschichtung eines Dünnstrichpapiers;
Ausführungsbeispiel 2 Verwendung eines alkalisch aktivierten Bentonits mit geringen Bindemittelmengen für die Beschichtung eines Dünnstrichpapiers;
Ausführungsbeispiel 3 Einsatz von Nassfestmitteln in einer erfindungsgemäßen Streichfarbendispersion;
Ausführungsbeispiel 4 Verwendung eines modifizierten Vernetzungsmittels in der Streichfarbendispersion zur Beschichtung eines Dünnstrichpapiers;
Ausführungsbeispiel 5 Verwendung verschiedener Silikate mit einem modifizierten Vernetzungsmittel in einer Streichfarbendispersion;
Ausführungsbeispiel 6 Herstellung eines Multifunktionspapiers auf verschiedenen Druckträgern gemäß der vorliegenden Erfindung;
Ausführungsbeispiel 7 alternatives Ausführungsbeispiel für die Herstellung einer Multifunktionspapier mit alkalisch aktiviertem Bentonit;
Ausführungsbeispiel 8 Ausführungsbeispiel der Beschichtung eines Papiers mit einer erfindungsgemäßen Streichfarbendispersion auf einer schnell laufenden Pilotstreichanlage.

Im Rahmen der detaillierten Beschreibung soll insbesondere auf die Offsetfähigkeit des erfindungsgemäßen Funktionsstriches (Auftrag < 4g/m2) hingewiesen werden, der die gleichen Trocken- und Nassrupffestigkeiten aufweist, wie ein gestrichenes LWC-Offsetpapier, das bekanntlich aufgrund hoher Druckfarbenviskosität und -zügigkeit deutlich höhere Anforderungen an die Strichabbindung stellt, als z.B. das Tiefdruck-Verfahren, weshalb Streichfarben von LWC-Offsetpapieren bis zu 16 Gew.-Teile Bindemittel aufweisen.

Die Erfindung wird durch die nachstehenden Beispiele in nicht einschränkender Weise erläutert.

Ausführungsbeispiel 1
Herstellung eines Dünnstrichpapiers mit alkalisch aktiviertem Bentonit unterschiedlicher Delaminierung ohne Bindemittel.
Da die Offsetfähigkeit eines gestrichenen Dünnschichtpapiere die Basis für andere gestrichene Papiere wie Inkjet-, Flexo- oder SD-Papiere ist wurde zunächst eine Offsetdruckbeurteilung der verschiedenen alkalisch aktivierten Bentonite ohne Bindemittel durchgeführt.
Als Rohpapier diente ein 48 g/m² holzhaltiges, ungeleimtes LWC-Streichrohpapier sowie ein 48 g/m² LWC-Streichrohpapier, das mit 100% Altpapier hergestellt wurde.
Für die Herstellung und Delaminierung der Bentonit-Slurrys (Produkte der Süd Chemie, München) wurde ein Hochleistungsdispergiergerät verwendet. Folgende Bentonite kamen zum Einsatz: Printosil, Lightcoat und Optigel. Diese Produkte sind in der Firmenschrift der Süd-Chemie München ausführlich beschrieben.
Zur Unterstützung der Delaminierung sowie zur Steigerung des Feststoffgehaltes wurden dabei 0,2 % Dispermittel auf Polyacrylat-Basis zugegeben. Die pH-Werte lagen zwischen 8, 0–9,0.
(Feststoffgehalt nach DIN ISO 787 Teil 2, pH-Wert nach DIN ISO 787 Teil 9, Low Shear Viskosität nach Brookfield bei 100 U/min nach DIN ISO 2555).
Die Bentonit-Slurries wurden mittels eines motorisierten Handrakels (Erichsen K Conrol Coater) auf holzhaltig bzw. AP-haltige Streichrohpapier mit einer Auftragsmenge von 1 g/m² appliziert.
Das so oberflächenbehandelte Papier wird in einem Laborkalander unter folgenden Bedingungen satiniert.

Walzenoberflächentemperatur: 90 °C

Linienkraft: 250 N/mm

Geschwindigkeit: 10m/min

Zahl der Durchgänge 4
Tabelle 1: Beurteilung der Trocken und Nassrupffestigkeit (Offset)
Die Bewertung der Bedruckbarkeit im Offsetdruck wurde mit den Testfarben der Farbenfabriken Michael Huber, München (Offsetfarben) nach der Arbeitsanleitung „Rupftest" der Farbenfabriken M. Huber auf Prüfbau-Mehrzweckprobedruckmaschine durchgeführt.
Alle geprüften Papiere weisen eine unzureichende Offsetbedruckbarkeit auf. Bei den Papieren die mit Lightcoat und Optigel 805 gestrichen wurden, ergab sich bei der Trockenrupffestigkeit mit h.h. Streichrohpapier ein etwas geringerer Faseranriss, wobei das mit Optigel 805 gestrichene Papier etwas besser zu bewerten ist.
Ausführungsbeispiel 2
Das Ausführungsbeispiel 2 betrifft die Herstellung eines Dünnstrichpapiers mit alkalisch aktiviertem Bentonit unterschiedliche Delamierung mit geringen Bindemittelmengen.
Bei dieser Versuchsreihe wurde PVAl (Mowiol 3-85, Hersteller KUARAI) kationisierter PVAl (Mowiol 3-85) und zum Aufschließen 6 Teile Poly-DADMAC (PolyQuad, Hersteller Kaptol-Chemie) zugesetzt. Ferner wurde anionische Stärke (Perfectamyl A 4692, Hersteller AVEBE) als Bindemittel verwendet. (Feststoffgehalt von PVAl 30 %, kationisiertes PVAl 27 % und der Stärke 25,5 %).
Zum Lösen des PVA sowie zum Stärkeaufschluss wurde ein automatischer Laborkocher eingesetzt. Die Dispergierung der Pigmente erfolgte in einem hochscherenden Dispergiergerät (Labordisperger mit Zahnscheibe). Zum Mischen der einzelnen Komponenten wurde ein Labormischer mit Propellerrührer verwendet, wobei zur Messung der rheologischen Eigenschaften wurden die im Ausführungsbeispiel 1 genannten Methoden verwendet.
Als Pigmente wurden Printosil und Lighcoat (Hersteller Süd-Chemie, München) eingesetzt. Nach der Dispergierung bzw. Delaminierung der Bentonite (siehe Beispiel 1) wurden die jeweiligen Bindemittelmengen in Gew.-Teilen otro zugesetzt. Die pH-Werte lagen zwischen 8,0–9,0.
Die hergestellten Streichfarben wurden mit einem Heliocoater auf ein Streichrohpapier mit 100% AP-Stoff und einer flächenbezogenen Masse von 48 g/m² appliziert.
Bei dieser Anlage handelt es sich um den Helicoater 2000 der Firma ECC (English China Clays), der für das Schaberstreichverfahren ausgelegt ist. Bei diesem Verfahren wird eine hochkonzentrierte Streichfarbe mittels einer, nach dem Spachtelprinzip arbeitenden, Metallklinge (Blade), die gegen einen mit Gummi umsattelten Zylinder angepresst wird, auf die Papierbahn übertragen.
Die Trägerwalze, auf der das zu streichende Papier aufgespannt wird, besteht aus einem Hohlzylinder aus Stahl, der innen zusätzlich durch Rippen abgestützt wird. Die Seitenteile bestehen aus eingeschweißten Stahlplatten. Auf diesen Zylinder ist eine Schicht aus Hartgummi aufgebracht.
Die Walze kann bis zu einer Umfangsgeschwindigkeit von 2000 m/min beschleunigt werden.
Der traversierende Pond dient als Farbbehälter und Farbaufbringungssystem und ist damit das Herzstück der Anlage.
Die hintere Helicoaterklappe beinhaltet die Infrarot-Trockeneinheit. Diese besteht aus mehreren Reihen IR-Strahlern, mit denen das Papier nach dem Streichen getrocknet wird.
Die Streichfarben wurden bei einer Geschwindigkeit von 600 m/min aufgetragen.
Das so oberflächenbehandelte Papier wird in einem Laborkalander unter folgenden Bedingungen satiniert:

Walzenoberflächentemperatur: 90 °C

Linienkraft: 250 N/mm

Geschwindigkeit: 10m/min

Zahl der Durchgänge 4
Die Rezeptur sowie die Eigenschaften der Streichfarbe und die Beurteilung der gestrichenen Papiere sind in der nachstehenden Tabelle 2 angegeben.
Tabelle 2: Beurteilung der Trocken und Nassrupffestigkeit (Offset)
Die Beurteilung der Offsetfähigkeit der gestrichenen Papiere wurde gemäß Ausführungsbeispiel 1 durchgeführt.
Aus der Versuchsreihe ist zum einem der Einfluss der Laminierung der Bentonite und zum anderen die Auswirkung der Bindemittelmenge sowie das Auftragsgewicht deutlich erkennbar. Während der weniger delaminierte Bentonit (Printosil), mit 1 PVAL noch starkes Rupfen (Faserausriss) zeigt, ergibt das stärker delaminierte Lightcoat mit 1 % PVAl nur noch leichtes Rupfen.
Eine Strichgewichtserhöhung wirkt sich trotz Bindemittelerhöhung vor allem nachteilig auf die Nassrupffestigkeit aus.
Eine Kationisierung von PVAl wirkt sich ferner nachteilig auf die Festigkeitsentwicklung aus. Mit zunehmender PVAl-Zugabe, vor allem bei kationisiertem PVAl, verlangsamt sich das Wegschlagverhalten ( über 1800) was ev. im Bogenoffset zum Ablegen führt.
Aus den Untersuchungen geht weiter hervor, dass bei allen untersuchten Papieren mit Bedruckbarkeitsproblemen im Offsetdruck zu rechnen ist.
Außerdem dürfte auch die Wasserfestigkeit bzw. Abriebsfestigkeit bei Spezialpapieren wie z.B. Inkjet-Papiere unzureichend sein.
Ausführungsbeispiel 3:
Das Ausführungsbeispiel 3 bezieht sich auf den Einsatz von Nassfestmittel (Vernetzer) zur Verbesserung der Offsetfähigkeit von Dünnstrichpapieren
Die Oberfläche gestrichener Papiere und Kartonagen kommt häufig mit Wasser in Kontakt. So werden beispielsweise Offsetpapiere in der Druckmaschine dem Feuchtwasser ausgesetzt. Auch sind Verpackungspapiere beim Transport Feuchtigkeit oder Nässe ausgesetzt. Bei Spezialpapieren wie z.B. gestrichenen Inkjetpapieren wird ebenfalls eine gewisse Nassfestigkeit des Striches gefordert.
Bei Strichen, die wasserlösliche Bindemittel enthalten, lässt sich die Mitverwendung von Additiven wie Nassfestmitteln kaum umgehen. Die Wirkung dieser Produkte beruht – wie bereits beschrieben – zum Teil auf Vernetzungsreaktionen mit den wasserlöslichen Bindemitteln zur Erhöhung der Nassfestigkeit, welche jedoch keinen Beitrag für die Bindekraft liefern.
In dieser Versuchsreihe wurde untersucht, ob Nassfestmittel fähig sind, Vernetzungsreaktionen mit den SiOH-Gruppen der alkalisch aktivierten Bentonite einzugehen, um somit einen wichtigen Beitrag zur Abbindung der Pigmentteilchen untereinander, sowie der Pigmentteilchen zum Basispapier zu leisten.
Folgende handelsübliche Nassfestmittel kommen zum Einsatz:
Zirkonium Carbonat (Cartabond ZA, Hersteller Clariant), Harnstoff-Formaldehy-Harz (Urecoll S, Hersteller BASF), Melamin-Formaldehyd-Harz (Madurit 112, Hersteller Vianova), Epichlorhydrin-Harz (Nadavin LTN, Hersteller Bayer), modifizierte Glyoxalharze (Cartabond TSI, Hersteller Clariant), Polyisocyanat (Isovin, Hersteller Bayer).
Auf den Einsatz von Polyvinylamin (Hersteller BASF) wurde verzichtet, da sich zeigte, dass das stark kationische Polyvinylamin zur Löschung bzw. starker Wirksamkeitsbeeinträchtigung von optischen Aufhellern neigt und auf Grund der kat. Ladung zu gewissen Viskositätsproblemen führt.
Als alkalisch aktivierter Bentonit wurde Lightcoat (Hersteller Südchemie München) eingesetzt. Nach der Dispergierung bzw. Delaminierung des Bentonits (siehe Beispiel 1) wurden die jeweiligen Vernetzermengen zugesetzt. Die pH-Werte lagen zwischen 8,6 und 9,0. Ferner wurde zu dieser Bentonit Slurry jeweils 2 Teile Nassfestmittel (otro) unter Rühren langsam zudosiert. Die so hergestellten Streichfarben wurden mit einem motorisierten Handrakel (siehe Beispiel 1) auf ein Streichrohpapier aus 100 % Altpapierstoff mit einer flächenbezogenen Masse von 48 g/m² appliziert.
Die so oberflächenbehandelten Papiere wurden analog zu Ausführungsbeispiel 1 satiniert und der gleichen Prüfung der Offsetfähigkeit (Probedruckgerät) unterzogen.
Tabelle 3: Beurteilung der Trocken und Nassrupffestigkeit (Offset)
Aus den Untersuchungsergebnissen ist zu entnehmen, dass mit Zirkonium keine und mit HF-Harz, MF-Harz und Epichlorhydrin-Harz gewisse Verbesserungen erzielt werden. Aus den bereits erwähnten Ökologiegründen, Wirksamkeit, Handling, etc. wurde bei weiteren Optimierungsarbeiten auf diese Produkte verzichtet. Bei dem stark kationischen Epichlorhydrin-Harz kommt es außerdem zu starken Viskositätserhöhungen, was deutlich niedrigere Feststoffgehalte erfordert.
Mit dem Polyisocyanat wurden sehr gute Ergebnisse erzielt. Wegen der bereits beschriebenen Problematik beim Einsatz dieses Produktes wurde auf dieses Produkt bei späteren Versuchen verzichtet.
Die besten Ergebnisse im Hinblick auf Trocken- und Nassrupffestigkeit (Offsetfähigkeit) wurde mit modifiziertem Glyoxal (Cartabond TSI) erzielt. Die Bedruckbarkeit liegt hier auf dem selben Niveau wie ein gestrichenes LWC-Offsetpapier mit 14 Teilen Binder.
Die Untersuchungsergebnisse weisen darauf hin, dass es überraschenderweise zu starken Vernetzungsreaktionen zwischen dem modifizierten Glyoxal, den SiOH Gruppen des Bentonites und den OH^– Gruppen der Fasern kommt.
Ausführungsbeispiel 4
Das Ausführungsbeispiel 4 betrifft Optimierungsarbeiten mit modifiziertem Glyoxal (Cartabond TSI) zur Entwicklung eines Dünnstrichs ohne Binderanteile.
Weitere Optimierungsarbeiten mit Cartabond TSI ergaben, dass es bei pH-Werten größer pH 9 und/oder zunehmenden Temperaturen insbesondere bei längeren Verweilzeiten, eine zunehmende Viskosität festzustellen ist, was in der Praxis zu Verarbeitungsproblemen führt. Dieser Effekt trat bei Zugabe für Carrier von optische Aufheller auf PVAl-Basis verstärkt auf.
Des weiteren zeigte sich, dass aufgrund des nichtionischen Charakters des Cartabond TSI eine unvollständige Adsorption des Produktes auf dem Bentonit stattfindet, was zu einem Mehrverbrauch des Vernetzers führt.
Das Problem konnte wie beschrieben durch die geringe Zugabe von PEG und PVAl zu dem Cartabond TSI gelöst werden.
Dieses Produkt, das bei den nachfolgenden Versuchen verwendet wird, wird nachfolgend als „Glyoxal-Compound" bezeichnet, wobei zusätzlich optischer Aufheller zugegeben wurde.
Als Pigmente wurden Printosil und Lightcoat (Hersteller Süd-Chemie, München) eingesetzt.
Nach der Dispergierung bzw. Delamisierung der Bentonite (siehe Beispiel 1) wurden jeweils 2 Teile der Vernetzer zugesetzt. Der pH-Wert wurde auf ca. 8,8 eingestellt.
Die Temperatur der Slurry wurde auf 35 °C eingestellt und bei Verweilzeiten von 2 Stunden unter leichtem Rühren in Bewegung gehalten.
Die ohne Verweilzeiten hergestellten Streichfarben wurden mit einem Helicoater (siehe Beispiel 2) auf ein Streichrohpapier mit 100 % AP-Stoff und einer flächenbezogenen Masse von 48 g/m² appliziert.
Es wurden jeweils 2,5 g/m² pro Seite aufgetragen.
Das so oberflächenbehandelte Papier wird in einem Laborkalander gemäß Ausführungsbeispiel 1 satiniert.
Die Bewertung der Bedruckbarkeit im Offset wurde ebenfalls gemäß des Ausführungsbeispiels 1 durchgeführt.
Tabelle 4: Beurteilung der Trocken und Nassrupffestigkeit (Offset)
Die Untersuchungsergebnisse zeigen, dass bereits nach einer Verweilzeit von bereits 2 Stunden mit dem Cartabond TSI sowohl mit Printosil, als auch mit Lightcoat ein Viskositätsanstieg erfolgt, der bei Lightcoat aufgrund der stärkeren Delaminierung noch ausgeprägter ist. (Vernetzungsreaktion).
Dieser Viskositätsanstieg nimmt bei pH-Werten < 9,0 stark zu, ebenso bei Zugabe von PVAl-Carrier, wie weitere Versuche ergaben.
Mit dem „Glyoxal-Compound" wurde bei einem pH-Wert von 9,0 und auch bei PVAl-Zugabe keine außergewöhnlichen Viskositätszunahmen registriert. Es zeigt sich jedoch, dass pH-Wert über 9,1 vermieden werden sollten.
Des weiteren geht aus den Versuchen hervor, dass mit 2 Teilen Cartabond TSI bei einem Strichauftrag von 2,5 g/m² mit dem weniger aktivierten Printosil leichtes Rupfen ergibt und bei dem stärker aktivierten Lightcoat mit dem höheren – SiOH Gruppenanteilen dagegen keine Rupfprobleme auftreten.
Aus den Versuchen geht weiter hervor, dass bei Printosil mit „Glyoxal-Compound" aufgrund der besseren Adsorption und Wirksamkeit ebenfalls keine Rupfprobleme auftreten. Mit diesen gestrichenen Papieren wurden auch ausgezeichnete Inkjetbedruckbarkeiten mit den Druckern HP CP 1160, HP 895CXI, Epson C 80 und Canon J 750 erzielt.
Ausführungsbeispiel 5
Das Ausführungsbeispiel 5 betrifft die Untersuchung der Offsetfähigkeit verschiedener Silicate mit unterschiedlicher spezifischer Oberfläche durch Vernetzungsreaktionen mit „Glyoxal-Compound".
Zu diesem Zweck wurden ein Kaolin (CamCoat 80 Hersteller Amberger Kaolinwerke E. Kick GmbH) mit 12 m²/g, ein sauer aktivierter Bentonit (Copisil N401 Hersteller Süd-Chemie, München) mit einer Oberfläche von ca. 340 m²/g und ein gefälltes Na-Alumium-Silicat (Zeocopy-Hersteller J.M. Cooperation) mit einer Oberfläche von ca. 200 m²/g für die Untersuchungen herangezogen.
Nach der Dispergierung (siehe Ausführungsbeispiel 1) mit 0,3 Dispergiermittel (Polyacrylat-Basis) und pH-Einstellung mit Natronlauge auf 8,5 wurden jeweils 2% otro Vernetzer Glyoxal-Compound zugegeben.
Die Pigment-Slurry wurde wie gemäß Ausführungsbeispiel 1 mittels Handrakel auf ein AP-haltiges Streichrohpapier (48 g/m² ) mit einer Auftragsmenge von 3 g/m² appliziert.
Das so oberflächenbehandelte Papier wird in einem Laborkalander gemäß Ausführungsbeispiel 1 satiniert.
Die Bewertung der Bedruckbarkeit im Offset wurde wiederum gemäß Ausführungsbeispiel 1 durchgeführt.
Tabelle 5: Beurteilung der Trocken und Nassrupffestigkeit (Offset)
Aus den Untersuchungen geht hervor, dass bei 3g/m² Strichauftrag mit Kaolin ein starkes Rupfen bzw. Faseranriss erfolgt. Bei Einsatz eines sauer aktivierten Bentonits zeigt das Papier beim Trockenrupfen ein geringer Faseranriss. Auch ein leichtes Nassrupfen wurde festgestellt. Beim Einsatz von gefällten Al-Silicat zeigt sich sowohl bei Trocken- als auch Nassrupfen nur noch leichtes Rupfen mit geringen Faserausrissen. Gegenüber Kaolin ist bei den Silikaten eine gewisse Vernetzungsreaktionen durch die höhere spezifische Oberfläche erkennbar, die jedoch für eine Offsetfähigkeit nicht ausreichend ist.
Bei niedrigen Auftragsgewichten z.B. bis zu 1,5 g/m² bzw. höheren Vernetzungsmittelmengen ist eine ausreichende Vernetzungsreaktion nicht auszuschließen.
Ausführungsbeispiel 6
Das Ausführungsbeispiel 6 zeigt die Eignung verschiedener Streichrohpapiere für die Herstellung von Multifunktionspapiere.
Als Streichrohpapier wurde ein 48 g/m² holzhaltiges, ungeleimtes LWC-Streichrohpapier, ein schwach geleimtes, holzhaltiges 54 g/m² Streichrohpapier, ein holzfreies, ungeleimtes 70 g/m² Streichrohpapier, eine holzfrei, schwach geleimtes 80g/m² Streichrohpapier und ein holzfreies, stark geleimtes (Masse und Oberflächenleimung mit einem synthetischen Hydrophobierungsmittel) 82 g/m² Streichrohpapier verwendet. Die Eignung von Streichrohpapier mit 100 % Altpapier für ein Multifunktionspapier wurde bereits in den Ausführungsbeispielen 3 und 4 erbracht.
Für die Untersuchungen wurde ein alkalisch aktivierter Bentonit (Lightcoat Hersteller Süd-Chemie München) herangezogen, der wie gemäß Ausführungbeispiel 1 aufbereitet wurde und mit einem Helicoater, wie gemäß Ausführungbeispiel 2 beschrieben, aufgetragen wurde.
Als Vernetzer wurden 1,7% otro Glyoxal-Compound verwendet. Der pH-Wert wurde auf 8,8 eingestellt. Der Feststoffgehalt lag bei 14,2 % bei einer Brookfield-Viskosität (100) von 690 mPa·s. Das so oberflächenbehandelte Papier wird wie gemäß Ausführungsbeispiel 1 beschrieben satiniert und die Offsetfähigkeit beurteilt.
Tabelle 6: Beurteilung der Trocken und Nassrupffestigkeit (Offset)
Die untersuchten Streichrohpapiere sind alle für den erfindungsgemäßen Dünnstrich geeignet bis auf das stark geleimte h.f. Streichrohpapier. Hier kommt es zu Benetzungsproblemen, d.h. es konnte nicht die gewünschte Auftragsmenge appliziert werden.
Ferner stehen nicht mehr genügend funktionelle Gruppen für die Vernetzungsreaktion mit dem Glyoxal-Compound zur Verfügung.
Mit diesen gestrichenen Papieren wurden auch ausgezeichnete Inkjetbedruckbarkeiten mit den Druckern HP CP 1160, HP 895CXI, Epson C 80 und Canon J 750 erzielt.
Ausführungsbeispiel 7
Das Ausführungsbeispiel 7 bezieht sich auf die Ermittlung der Grenzbereiche von Pigmentmischungen mit alkalisch aktivierten Bentonit für die Herstellung von Multifunktionspapier.
Für die Untersuchungen wurden folgende Streichpigmente mitverwendet : Kaolin (Camcoat 80 Hersteller AKW-Kick), gemahlenes Calciumcarbonat GCC (Hydrocarb Hersteller Omya, präzipitiertes Calciumcarbonat PCC (Socal P2 Hersteller Solvay) gefällte Al-Silicat (Zeocopy Hersteller J.M.Huber Corperation) und ein synthetisches auf dem Hydrothermal-Prozess hergestelltes Calciumsilicat (Circolit Hersteller Cirkel).
Als alkalisch aktivierter Bentonit wurde Lightcoat (Hersteller Süd-Chemie, München) verwendet.
Der delaminierte und dispergierte Bentonit (siehe Ausführungsbeispiel 1) wird vorgelegt und das jeweilige Streichpigment unter Rühren in der gewünschten Menge langsam zudosiert. Als weitere Additive wurden 1 % otro PVAl (Mowiol3-83) als Carrier und 0,5% optischer Aufheller (Leukophor AL Hersteller Clariant) zu dosiert. Als letzte Komponente wurden 2,5 % otro Glyoxal-Compound-Vernetzer zugegeben.
Der pH-Wert wurde mit Natronlauge auf 8,8 eingestellt.
Bei der Circolitmischung wurde der pH mit Salzsäure auf pH 8,8 eingestellt.
Die hergestellten Streichfarben wurden mit einem Helicoater wie gemäß Ausführungsbeispiel 2 beschrieben auf ein Streichrohpapier mit 100 % AP-Stoff und einer flächenbezogenen Masse von 48g/m² appliziert. Es wurden jeweils 2g/m² aufgetragen.
Das so oberflächenbehandelte Papier wird in einem Laborkalander gemäß Ausführungsbeispiel 1 beschrieben satiniert
Tabelle 7: Beurteilung der Trocken und Nassrupffestigkeit (Offset)
In Tabelle 8 sind die Untersuchungsergebnisse der Papierprüfung und in Tabelle 9 die Ergebnisse der Offseteignung der gestrichnen Papiere zusammengestellt. Des weiteren wurde eine Beurteilung des Bedruckbarkeit bei Tiefdruck, Flexodruck, Inkjetdruck, Laserdruck und Selbstdurchschreibepapieren (SD) durchgeführt.
Tabelle 8: Papierprüfung (Beispiel 7)
Tabelle 9: Beurteilung der Offseteignung (Beispiel 7)
Der Mottlingtest zeigte keinerlei Anzeichen von Fleckigkeit des Druckbildes (Mottling)

– Glanz und Dichte, sind keine signifikante Unterschiede feststellbar
– Aufliegen, Ausdruckverhalten sind mit gut zu bewerten
– Abrisszone, bei allen Mustern im günstigen Bereich
– Missing dots, auch hier wurden gute Ergebnisse erzielt (0–1) 0 – keine missing dots 1 – wenig 2 – viele

Bewertung der Bedruckbarkeit im Flexodruck, Inkjet, Laserdruck und SD-Bedruckbarkeit. Flexodruck (Ausführungsbeispiel 7)

Druckmaschine: W + 4

Druckfarbe: Michael Huber, wasserbasierend
Die Bewertung der untersuchten Papiere zeigte bei allen Papieren eine gute Flexobedruckbarkeit mit etwas geringerem Druckglanz und Dichtewerten gegenüber einem Standard-Flexodruckpapier. Die gestrichenen Papiere 2a, 4a und 6 zeigten etwas besseren Druckglanz und Dichtewerte.
Inkjetdruck (Ausführungsbeispiel 7)
Die Untersuchungsergebnisse zeigten, dass sich durch den „Funktionsstrich" der Dünnstrichpapiere eine ausgezeichnete Inkjetbedruckbarkeit bei farbigen Ausdrucken sowohl mit HP CP 1160, HP 895 Cxi, HP 950, Epson C 80 und Canon J750 erzielen lässt, die sich deutlich von konventionell gestrichenen und oberflächengeleimten Papieren im Hinblick auf Farbbrillanz, optische dichte der Farben, Punktschärfe, Bleeding und Mottling unterscheiden. Die Dünnstrichpapiere zeichnen sich außerdem durch eine schnelle Farbtrocknung (Erhöhung der Wischfestigkeit) und höhere Wasserbeständigkeit aus.
Selbstverständlich werden die Inkjetdruckergebnisse der Dünnstrichpapiere neben dem verwendeten Druckertyp sehr stark von den Tinten beeinflusst. So wird z.B. mit dem Canon BJ2000 aufgrund einer unpigmentierten Tinte eine gute Farbbrillanz erzielt, die aber zu starkem Verlaufen der Tinte neigt, was zum z.T. Durchschlagen und Bleeding führt. Mit einem geleimten Papier konnte dagegen mit dem Funktionsstrich ein ausgezeichnetes Inkjetergebnis erzielt werden. Ebenso konnte durch die Zugabe von 0,2 % AKD eine deutliche Verbesserung erzielt werden.
Laserdruck (Ausführungsbeispiel 7)
Die Beurteilung der Laserbedruckbarkeit bzw. Bestimmung der Tonerhaftung zeigte, dass mit den geprüften Dünnstrichpapieren eine gute Laserbedruckbarkeit erzielt werden kann, die aber sowohl vom Druckausfall als auch von der Tonerhaftung (nach PTS Arbeitsanweisung PVT-AAW001) gegenüber dem Offsetstandard leicht abfiel.
SD-Druckbeurteilung (CF-Schicht) (Ausführungsbeispiel 7)
Die Untersuchungsergebnisse zeigten, dass mit allen Dünnstrichpapieren eine gute SD-Beschriftung erzielbar ist, die leichte Nachteile gegenüber einem Standard mit einem sauer aktiviertem Bentonit (Copisil) mit hohen Strichgewichten zeigt.
Die gestrichenen Muster 4a, 5a und 6 zeigten die besten Ergebnisse.
Das Muster 5a kommt der Standardqualität sehr nahe.
Bestimmungsmethoden für die Papierprüfung und Bedruckbarkeitsbeurteilung:

– Messung des Reflexionsfaktors R457 (Weißgradmessung)
– Bestimmung der Opazität nach DIN 53 146/3 (1979)
– Messung des Glanzes nach ZM V/22/72
– Glätte nach Bekk nach DIN 53 107/7 (1975)
– Bedruckbarkeitsprüfung mit dem Offsetprobedruckgerät. Folgende Bedruckbarkeitsprüfungen werden dabei durchgeführt (siehe dazu „Testmethoden im Offset für Druckfarben und Bedruckstoffe Michael Huber München 2 Auflage):
– Wegschlagtest (Wegschlagverhalten von Farben)
– Rupftest (Ermittlung der Rupffestigkeit)
– Nassrupftest (Berücksichtigung der Feuchtung von Offsetdruckpapieren)
– Beurteilung des Druckglanzes
– Mottlingtest
– Bedruckbarkeitsprüfung im Tiefdruck wurde mit dem Probedruckgerät Testacolor der Firma Prüfbau Einlehner durchgeführt.

Ausführungsbeispiel 8
Das Ausführungsbeispiel 8 bezieht sich auf Streichversuche, welche auf einer schnelllaufenden Pilotstreichanlage im Maßstab 1:1 durchgeführt wurde.
Um die Ergebnisse der vorangegangenen Labor- und technikumsversuche unter praxisnahen Bedingungen zu untermauern, wurden verschiedene alkalisch aktivierte Bentonite (Printosil, Lightcoat, Hersteller Südchemie München) und die aus den vorangegangenen Versuchen optimierten Additve auf einer schnelllaufenden Pilotstreichanlage im Maßstab 1:1 verstrichen. Die Dispergierung bzw. Delaminierung der Bentonite (siehe Ausführungsbeispiel 1) wurde bereits beim Hersteller unter Zuhilfenahme eines Dispergiermittels auf Polyacylatbasis vorgenommen und die Anlieferung erfolgte in Slurryform mit Feststoffgehalten zwischen 12 und 21%. Als zusätzliche Pigmente zur Erhöhung der Weiße und Faserabdeckung bei gleichzeitiger Kostenoptimierung wurde ein brasilianisches Streichkaolin (Capim DG, Hersteller Imerys, St. Austell) und ein auf hydrothermal Basis hergestelltes Calciumsilikat (Circolit Hersteller Cirkel, Haltern am See) verwendet, die ebenfalls bereits in Slurryform angeliefert wurden.
Ferner wurden ein Glyoxal-Compound (siehe Ausführungsbeispiel 4), Polyvinylalkohol (Mowiol 3-85, Hersteller Kuarai) und ein modifizierter Polyvinylalkohol (Mowiol 3-85, Hersteller Kuarai) sowie optischer Aufheller (Leukophor AL, Hersteller Clariant, Muttenz) und in einer Versuchsreihe Offsetbinder (Baystal 7110) verwendet.
Zur Verbesserung der rheologischen Eigenschaften bei den hohen angestrebten Produktionsgeschwindigkeiten bis zu 1800 m/min wurde zusätzlich ein Verdicker (Sterocoll SL, Hersteller BASF Ludwigshafen) eingesetzt.
Als Streichrohpapiere dienten ein auf 100% Altpapierstoff basierendes Papier mit einer flächenbezogenen Masse von 54 g/m² und ein stark oberflächengeleimtes holzfreies Streichrohpapier mit einer flächenbezogenen Masse von 80 g/m².
Beschreibung der Pilotstreichmaschine:
Zur Erfüllung ihrer vielfältigen Aufgaben stehen folgende Maschinen und Einrichtungen zur Verfügung:

– Streichfarbenaufbereitung mit 3 Rotor-Stator-Systemen (GAW VST „Variable Shear Technology") zur „Superdispergierung" von Pigmenten,
– Batch- und Jet-Kocher zur Stärkeaufbereitung
– Streichmaschine (Breite 59 cm) mit Walzen- und Düsenauftragssystem mit Stiff oder Bent Blade oder Rollrakel sowie mit Filmpresse mit allen gängigen Vordosiersystemen für Streichgeschwindigkeiten zwischen 50 m/min und 2500 m/min
– 12-Walzensuperkalander mit 2 Heizkreisen
– Rollenschneider
– Papierprüfstraße

Technische Beschreibung:

Ab-, Aufrollung	Jagenberg
Antrieb	Siemens Master Drives
Qualitätsleitsystem	Measurex
Prozeßleitsystem	GAW/M + R
Zugmessung	ABB, beidseitig
Bahnkantensteuerung	Erhardt & Leimer
Trocknung	Krieger INFRA-AIR-Trockner CB-AIR-Trockner
Auftragsaggregat:	FILMPRESS von Jagenberg in Verbindung mit VARI-BAR, glatt (20 mm–38 mm) oder gerillt (12 mm–38 mm)

Technische Daten:

Arbeitsbreite:	590 mm
Fertigpapierbreite:	560 mm
Flächengewichtsbereich:	28–600 g/m²
Auftragsgewicht/Seite (otro):	0,0 (Wasser) – ca. 22 g/m²
Arbeitsgeschwindigkeit:	50–2500 m/min
max. Rollendurchmesser:	1500 mm
Hülsendurchmesser:	76/150 mm
kleinste Versuchseinheit:	1 Rolle

Streichfarbenaufbereitung:

Mischer	GAW-VST 180–750 l
Batch-Kocher	5–50 l, 50–400 l
Düsenkocher	500–1000 l
Ansatzmengen	200–400 kg otro Pigment
max. Feststoffgehalt	ca. 78
max. Viskosität	ca. 7000 mPa·s
Dosierung wahlweise von Hand oder automatisch

Superkalander:

Typ Voith Sulzer, 12 Walzen

Geschwindigkeit 50–600 m/min

Streckenlast 110–320 kN/m

Temperatur 40–95°C
Alle Versuche wurden mit dem Auftragssystem Filmpresse durchgeführt. Dieses Auftragssystem ermöglicht einen simultanen Auftrag der Streichfarbe auf beiden Seiten bei sehr hohen Geschwindigkeiten.
Folgende Versuchsreihen wurden durchgeführt:
Alle Angaben in Gew.-Teilen otro (Ausnahme optischer Aufheller, hier als Handelsware)
Zur Einstellung der pH-Werte wurde 10%ige NaOH nach Bedarf verwendet.
Die Produktionsgeschwindigkeit lag bei V1 und V2 nicht bei den geplanten 1800 m/min, da wegen zu hoher Restfeuchte bzw. zu geringem Feststoffgehalt der Streichfarben (Trocknungsproblem) Probleme auftraten. Ein stabiler Lauf war bis 1000 m/min möglich.
Bei V5 konnte trotz der Änderung der Anpressdrücke der Rakel und Änderung des Preßnipdruckes der Filmpresse nicht mehr als 0,5 g/m² auf die Papierbahn übertragen werden.
Wie sich bereits im Ausführungsbeispiel 6 gezeigt hat, ist ein Streichfarbentransfer von den Auftragswalzen auf das Papier aufgrund der hydrophoben (geleimten) Oberfläche des benutzten holzfreien Papiers fast unmöglich.
Die gestrichenen Papiere V1–V6 wurden auf dem Superkalander unter folgenden Bedingungen satiniert:

Geschwindigkeit 600 m/min

Streckenlast 180 kN/m

Temperatur 90 °C
Die so oberflächenbehandelten Papiere wurden analog zum Ausführungsbeispiel 7 der gleichen Prüfung der Offsetfähigkeit, Tiefdruckbedruckbarkeit, Flexotauglichkeit, Laser- und Inkjettauglichkeit unterzogen. Als Vergleich wurde ein LWC-Offset- und ein LWC-Tiefdruckpapier herangezogen, d.h. es wurde auf das gleiche Rohpapier eine typische Offsetfarbe mit 80 Teilen CaCO₃, 20 Teilen Kaolin und 12 Teilen Binder, bzw. eine typische Tiefdruckfarbe mit 80 Teilen Kaolin und 20 Teilen Talkum sowie 5 Teilen Binder mit 7g/m² aufgetragen.
Ebenso wurde eine genaue Erfassung der Qualitätsparameter der unbedruckten und bedruckten Muster durchgeführt:
Die Durchführung der Offset-, Flexo-, und Laserdruckbeurteilung ist im Ausführungbeispiel 7 beschrieben. Die Tiefdruckbedruckbarkeit wurde von M. Huber Farbenwerke auf einer Druckmaschine (Testacolor) mit einer Druckfarbe S.W. (Illustrations-tiefdruckfarbe, toluolbasierend) durchgeführt. Die LWC-Offset- und Tiefdruckpapiere wurden jeweils nur auf die dafür bestimmte Bedruckbarkeit überprüft.
Die Inkjetbedruckbarkeit wurde jeweils mit einem HP CP1160, HP 895Cxi, Epson C80 und Canon J 750 Drucker durchgeführt.
In den durchgeführten Versuchsreihen und der umfangreichen Auswertung der Versuche konnten folgende aussagen gemacht werden:

– Die Muster V1–V6 sind in allen gängigen Druckverfahren (Offset-, Flexo-, Tiefdruck, Laser und Inkjet mit guten Resultaten verdruckbar (Ausnahme V5).
– Das Wegschlagverhalten im Offsetdruck kann als gut bezeichnet werden.
– Im Offsetdruck zeigten alle Muster kaum Mottling (V5 leichtes Mottling).
– Sowohl das Nass- als auch das Trockenrupfen aller Muster ist als gut bis sehr gut zu bezeichnen.
– Im Tiefdruck zeigen alle Muster bis auf V5 ein gutes Aufliegen und Druckruhe.
– Im Flexodruck sind zufriedenstellende Druckresultate zu erzielen; V5 ist im Flexodruck nicht zu verdrucken.

Durch das Auftragen eines Funktionsstriches mit 2 g/m² wird eine Offsetfähigkeit wie z.B. von einem LWC-Offsetpapier mit 12 Teilen Binder und einem Strichauftrag von 7 g/m² erzielt. Durch die binderfreie Strichschicht mit hoher spezifischen Oberfläche wird auch eine gute Tiefdruck, Flexo- und Inkjetbedruckbarkeit gewährleistet.
Dies bedeutet vor allem für den Mattpapierbereich eine neue Entwicklung von gestrichenen Papieren mit hohen Qualitätseigenschaften und niedrigen Kosten im Vergleich zu den Standardpapieren.

Claims

Streichfarbendispersion zur Beschichtung von Druckträgern, insbesondere von Papier und Karton mit wenigstens: – einem vorgegebenen Anteil an Wasser; – einem vorgegebenen Anteil wenigstens eines quellfähigen Schichtsilikats; – einem vorgegebenen Anteil eines Vernetzungsmittels, welches eine Bindung sowohl mit wenigstens einer funktionellen Gruppe des Schichtsilikates, als auch mit wenigstens einer funktionellen Gruppe des Druckträgers eingeht.
Streichfarbendispersion gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Strichgewicht pro Seite auf dem Druckträger bevorzugt zwischen 0,5 und 6 g/m² otro, besonders bevorzugt zwischen 0,8 und 4 g/m² otro liegt, und insbesondere kleiner 4 g/m² otro ist.
Streichfarbendispersion gemäß wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das quellfähige Schichtsilikat wenigstens ein semekitisches Schichtsilikat aus einer Gruppe von Schichtsilikaten ist, welche Bentonite, Alkalibentonite, wie z.b. Wyoming-Bentonit, Montmorillonit, Hectorit, Saponit, Nontronit, Alkali- Schichtsilikat, Erdalkali-Schichtsilikat wie z.B. Calciumbentonit, etc. enthält.
Streichfarbendispersion gemäß wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des Schichtsilikates an der Streichfarbendispersion größer 70 Gew. % otro ist.
Streichfarbendispersion gemäß wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Feststoffgehalt des Schichtsilikates an der Streichfarbendispersion 5 bis 35 Gew. % otro, bevorzugt 8 bis 27 Gew. % otro ist und die Dispersion eine Brookfield Viskosität aufweist, welche bei einer Umdrehungszahl von 100U/min zwischen 50 bis 2000 mPa·s und bevorzugt zwischen 250 bis 1200 mPa·s liegt.
Streichfarbendispersion gemäß wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schichtsilikat aktiviert wird, wobei die Aktivierung insbesondere durch die Zugabe einer wässrigen Lösung von Natriumhydroxid und/oder durch eine mechanische Dispergierung bei einer vorgegebenen Viskosität erreicht wird.
Streichfarbendispersion gemäß wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vernetzungsmittel wenigstens eine Komponente aus einer Gruppe von Komponenten aufweist, welche Nassfestmittel wie Formaldehyd (UF), Melamin-Formaldehyd-Harze, aliphatische Epoxydharze, Epichlorhydrinharze, Polyamid-Polyamin-Epichlorhydrinharze (PAMMAM-EPI), Zirkoniumverbindungen, Glyoxalverbindungen, Polyisocyanate, Alkylketondimer (AKD), Alkyl-Succinc-Anhydride (ASA) und Polyvinylamine und dergleichen enthält.
Streichfarbendispersion gemäß wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vernetzungsmittel Glyoxal, insbesondere eine modifizierte Glyoxalverbindung, ist.
Streichfarbendispersion gemäß wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vernetzungsmittel durch die Zugabe von wenigstens einem wasserlöslichen Polymer stabilisiert und/oder in seinem Ladungscharakter und/oder in seinen Grenzflächeneigenschaften verändert wird.
Streichfarbendispersion gemäß wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wasserlösliche Polymer wenigstens ein Polymer aus einer Gruppe von Polymeren ist, welche Polyvinylalkohole (PVAl), Polyethylenglykole (PEG), Polyvinylpyrrolidon (PVP) und dergleichen enthält.
Streichfarbendispersion gemäß wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Vernetzungsmittel ein Anteil zwischen 2 bis 10 Gew. otro, bevorzugt zwischen 4 bis 7 Gew. % otro von Polyvinylalkohol (PVAl) beigemischt wird.
Streichfarbendispersion gemäß wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Vernetzungsmittel ein Anteil zwischen 2 bis 6 Gew. otro, bevorzugt zwischen 3 bis 5 Gew. % otro von Polyethylenglykol (PEG) beigemischt wird.
Streichfarbendispersion gemäß wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das dem Vernetzungsmittel wenigstens ein weiteres Additiv beigemischt wird, das aus einer Gruppe von Additiven ausgewählt ist, welche optische Aufheller, Verdickungsmittel, Biozide, Konservierungsmittel, Pufferlösungen, Katalysatoren, Inhibitatoren, Dispergiermittel, Komplexbildner und dergleichen enthält.
Streichfarbendispersion gemäß wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das dem Vernetzungsmittel ein Anteil zwischen 0,1 und 1 Gew.% HW, bevorzugt zwischen 0,2 und 0,4 Gew. % HW optischen Aufhellers beigemischt wird.
Streichfarbendispersion gemäß wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Streichfarbendispersion ein Anteil an Vernetzungsmittel zwischen 0,1 bis 6 Gew.% otro bezogen auf das Pigment, bevorzugt zwischen 0,4 und 4 Gew.% otro bezogen auf das Pigment und besonders bevorzugt zwischen 0,8 und 3 Gew. otro bezogen auf das Pigment beigemischt wird.
Streichfarbendispersion gemäß wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Streichfarbendispersion wenigstens ein Extenderpigment beigemischt wird, das aus einer Gruppe von Pigmenten ausgewählt ist, welche gefälltes Silicat, sauer aktivierte Bentonite, auf Hydrothermalprozess hergestelltes Silicat, Zeolith, Aluminiumhydroxide und dergleichen aufweist.
Streichfarbendispersion gemäß wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Streichfarbendispersion wenigstens ein Extenderpigment (weiteres Pigment) beigemischt wird, das aus einer Gruppe von Pigmenten ausgewählt ist, welche Kaolin, gemahlenes Calciumcarbonat (GCC), präzipitiertes Calciumcarbonat (PCC), Talkum, Titandioxid und dergleichen aufweist.
Streichfarbendispersion gemäß wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Streichfarbendispersion ein Bindemittel beigemischt wird, das aus einer Gruppe von Bindemitteln ausgewählt ist, welche synthetische Bindemittel, natürliche Bindemittel, Polyvinylalkohol, Stärke, Carboxymethylcellulose (CMC), Latex und dergleichen enthält.
Streichfarbendispersion gemäß wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Anteil des Extenderpigments von größer 35 Gew. otro bezogen auf den Gesamtpigmentanteil, ein Bindemittelanteil zwischen 1 und 7 Gew. % otro und besonders bevorzugt zwischen 1,5 und 5 Gew.% otro verwendet wird.
Streichfarbendispersion gemäß wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Anteil eines weiteren Pigments von größer 25 Gew. otro bezogen auf den Gesamtpigmentanteil, ein Bindemittelanteil zwischen 0,5 bis 10 Gew. % otro, bevorzugt zwischen 1 und 7 Gew. % otro und besonders bevorzugt zwischen 1,5 und 5 Gew. % otro verwendet wird.
Streichfarbendispersion gemäß wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vernetzungsmittel eine Bindung, insbesondere eine Vernetzung mit dem Schichtsilikat und/oder mit Faserstoffen bzw. Hydrokolloiden wie Stärke, Guar, CMC, Polyvinylalkohol, und dergleichen bewirkt.
Streichfarbendispersion gemäß wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vernetzungsreaktion zwischen den funktionellen Gruppen des Vernetzungsmittels und den funktionellen Gruppen des quellfähigem Schichtsilikate, insbesondere den Silanolgruppen und den funktionellen Gruppen des Faserstoffes, insbesondere den freien Hydroxylgruppen stattfindet.
Streichfarbendispersion gemäß wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die funktionelle Gruppe des Vernetzungsmittels bei Einsatz von einem Mischprodukt aus Glyoxal mit Polyethylenglycol (PEG) und/oder Polyvinylalkohol (PVAl) freie Hydroxylgruppen sind.
Streichfarbendispersion gemäß wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die funktionelle Gruppe des Vernetzungsmittels bei Einsatz von einem Mischprodukt aus Glyoxal und Polyacrylamid (PAM) freie Aldehydgruppen sind.
Streichfarbendispersion gemäß wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vernetzungsmittel eine temporäre verfestigende Wirkung des Strichs und/oder des Druckträgers bewirkt, welche insbesondere bereits beim Papierherstellungsprozess in der Papiermaschine eintritt.
Streichfarbendispersion gemäß wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der pH-Wert der Streichfarbendispersion zwischen pH 6 und pH 9,5, bevorzugt zwischen pH 6,8 und pH 9,2 und besonders bevorzugt zwischen pH 8,1 und pH 9,0 eingestellt wird.
Streichfarbendispersion gemäß wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckträger wenigstens aus holzfreiem Faserstoff hergestellt ist.
Streichfarbendispersion gemäß wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckträger wenigstens aus holzhaltigem Faserstoff hergestellt ist.
Streichfarbendispersion gemäß wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckträger wenigstens aus einem fei wählbaren Anteil an Altpapier zwischen 0 % und 100 % hergestellt ist.
Streichfarbendispersion gemäß wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckträger eine Flächenbezogene Masse zwischen 30 g/m² otro und 250 g/m² otro, bevorzugt zwischen 32 g/m² otro und 130 g/m² otro und besonders bevorzugt zwischen 35 g/m² otro und 100 g/m² otro aufweist.
Streichfarbendispersion gemäß wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bindung wenigstens eine Bindung aus einer Gruppe von Bindungen ist, welche kovalente Bindungen, Wasserstoffbrückenbindung, van der Waals-Bindungen, Ionenbindungen und/oder beliebige Mischformen aufweist.
Streichfarbendispersion gemäß wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wärmebedingte Schadstoffemissionen des Druckträgers an der Oberfläche des Pigments, insbesondere des gequollenen Schichtsilikates adsorbiert werden.
Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Druckträgers mit den Schritten: – maschinelles Auftragen einer Streichfarbendispersion auf einen Druckträger, wobei die Streichfarbendispersion wenigstens folgende Bestandteile aufweist: – einem vorgegebenen Anteil an Wasser; – einem vorgegebenen Anteil wenigstens eines quellfähigen Schichtsilikats; – einem vorgegebenen Anteil eines Vernetzungsmittels, welches eine Bindung sowohl mit wenigstens einer funktionellen Gruppe des Schichtsilikates, als auch mit wenigstens einer funktionellen Gruppe des Druckträgers – Trocknen der aufgetragenen Streichfarbendispersion.
Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Druckträgers gemäß Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckträger nach dem Streichen und Trocknen der Streichfarbendispersion satiniert wird.
Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Druckträgers gemäß wenigstens einem der Ansprüche 33 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass der Auftrag der Streichfarbendispersion innerhalb (online) und/oder außerhalb (offline) der Papiermaschine mit einer Auftragseinrichtung erfolgt, welche aus einer Gruppe von Auftragseinrichtungen ausgewählt ist, welche Walzenstreichverfahren, Gravur-Coater, Rackelstreichverfahren, Blade-Coater, Speed-Coater, Massey- Verfahren, Flooded-Nip und dergleichen und bevorzugt Filmpressen, Curtain-Coater (Vorhangstreichen), Sprühauftrag (Opti-Spray) und dergleichen aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Druckträgers gemäß wenigstens einem der Ansprüche 33 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass der Auftrag der Streichfarbendispersion bei einer Geschwindigkeit zwischen 150 m/min und 2300 m/min, bevorzugt zwischen 200 m/min und 2100 m/min und besonders bevorzugt zwischen 500 m/min und 2000 m/min erfolgt.
Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Druckträgers gemäß wenigstens einem der Ansprüche 33 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Druckträger eine Streichfarbendispersion pro Seite aufgetragen wird, deren flächenbezogene Masse zwischen 0,5 und 6 g/m² otro, besonders bevorzugt zwischen 0,8 und 4 g/m² otro liegt, und insbesondere kleiner 4 g/m² otro ist.
Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Druckträgers gemäß wenigstens einem der Ansprüche 33 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Druckträger eine Streichfarbe gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 32 aufgetragen wird.
Beschichteter Druckträger, dessen Beschichtung mit einer Streichfarbendispersion gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 32 und/oder unter Verwendung wenigstens eines Verfahrens gemäß der Ansprüche 33 bis 38 erfolgt.
Beschichteter Druckträger für die Verarbeitung in wenigstens einem, insbesondere einer Vielzahl (multifunktionell) von Druckverfahren, welches aus einer Gruppe von Druckverfahren ausgewählt ist, welche Offsetverfahren wie zum Beispiel Heatsetverfahren und Coldsetverfahren, Tiefdruckverfahren, Inkjet-Verfahren, Flexodruckverfahren, Laserdruckverfahren, Selbstdurchschreibepapier und dergleichen aufweist, und dessen Beschichtung mit einer Streichfarbendispersion gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 32 und unter Verwendung wenigstens eines Verfahrens gemäß der Ansprüche 33 bis 39 erfolgt.
Verwendung eines beschichteten Druckträgers gemäß wenigsten einem der vorstehenden Ansprüche für das Offsetdruckverfahren.
Verwendung eines beschichteten Druckträgers gemäß wenigsten einem der vorstehenden Ansprüche für das Tiefdruckverfahren.
Verwendung eines beschichteten Druckträgers gemäß wenigsten einem der vorstehenden Ansprüche, für wenigstens ein Druckverfahren, das aus einer Gruppe von Druckverfahren ausgewählt ist, welche Inkjet-Verfahren, Flexodruckverfahren, Laserdruckverfahren, Selbstdurchschreibepapier und dergleichen aufweist.
Verwendung eines beschichteten Druckträgers gemäß wenigsten einem der Ansprüche 1 bis 40 für verschiedene Druckverfahren gemäß wenigstens einem der Ansprüche 41 bis 43.