DE4118340C2 - Verfahren zur Herstellung eines Papiererzeugnisses, danach hergestelltes Papiererzeugnis und Verwendung desselben - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Pa­ piererzeugnisses, wobei auf eine Papierträgerschicht minde­ stens einseitig mittels einer wäßrigen, Pigmente und Bindemit­ tel enthaltenden Beschichtungsmasse eine Deckschicht aufge­ bracht wird, danach hergestellte Papiererzeugnisse sowie die Verwendung solcher Papiererzeugnisse.

Bis heute werden hochwertige und insbesondere hochwertig be­ druckbare Papiere stets aus Papieren hergestellt, die mit gro­ ßem Aufwand gebleicht und gegebenenfalls mit optischen Aufhel­ lern versehen wurden, um dem Papier ein möglichst weißes Aus­ sehen zu verleihen.

Es ist ferner bekannt, solche hochwertigen Papiere bei deren Einsatz als selbstdurchschreibende Papiere im Hinblick auf Aussehen und Bedruckbarkeit weiter zu verbessern, indem auf diese Papiere eine Pigmente enthaltende Beschichtung aufge­ bracht wird.

Die für die hochwertigen Papiere empfohlenen Beschichtungs­ massen umfassen eine wäßrige Mischung aus Bindemittel und Pig­ menten, wobei der Pigmentanteil 60 bis 95 Gew. %, vorzugsweise 75 bis 82 Gew. %, der Mischung ausmacht.

Im Hinblick auf die hohen Kosten und im Hinblick auf die Um­ weltprobleme, die die Herstellung solcher Papiere erfordern, stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, ein Verfah­ ren zur Herstellung eines hochwertig bedruckbaren Papierer­ zeugnisses der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, welches auf Papiergrundstoffen aufbaut, die auf umweltverträglichere Art hergestellt sind, wobei trotzdem eine hochwertige Bedruk­ kung der Papiererzeugnisse möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei ei­ nem Verfahren der eingangs beschriebenen Art die Beschich­ tungsmasse einen Feststoffanteil von 25 bis 70 Gew. % umfaßt, daß als Papierträgerschicht ein im wesentlichen leimfreies Pa­ pier verwendet wird und daß die Beschichtungsmasse im Akkugra­ vur-Reverse-Coating-Verfahren so aufgetragen und direkt nach­ folgend einer Trocknung unterzogen wird, daß sich eine Deck­ schicht ergibt, deren Eindringtiefe in die Trägerschicht klei­ ner als 50% der Schichtdicke der Trägerschicht ist.

Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß sich zum einen we­ sentlich geringerwertigere Papiere, als dies im Stand der Technik beschrieben ist, und zum anderen Beschichtungsmassen mit einem wesentlich kleineren Feststoffanteil auf diese auf­ tragen lassen, wobei Papiererzeugnisse in hoher Qualität in bezug auf Aussehen und Bedruckbarkeit erhalten werden.

Wichtig ist, daß die Beschichtungsmasse mit ihren Feststoffan­ teilen und ihrer Viskosität so auf die physikalischen Eigen­ schaften der Papierträgerschicht abgestimmt ist, daß sich eine Eindringtiefe der Beschichtungsmasse in die Trägerschicht er­ gibt, die kleiner als 50% der Schichtdicke der Trägerschicht ist.

Bevorzugt wird eine Eindringtiefe angestrebt, die kleiner als 30% der Schichtdicke der Trägerschicht ist. Weiter bevorzugt wird die Eindringtiefe zwischen 5 bis 15% der Schichtdik­ ke der Trägerschicht gewählt.

Für die Zwecke der Erfindung ist es ausreichend, wenn die Deckschicht mit einer Beschichtungsmasse von 2 g/m² aufgetra­ gen wird, während eine weitere Verbesserung des Aussehens und der Bedruckbarkeit bei einer Beschichtungsmasse von mehr als 20 g/m² nicht mehr erreicht wird.

Zum Erzielen einer optimalen Eindringtiefe der Beschichtungs­ masse in die Trägerschicht wird vorzugsweise mit einer wäßri­ gen Mischung beschichtet, deren Feststoffanteil 25 bis 70 Gew.% der Mischung beträgt.

In den angegebenen Feststoffanteilsgrenzen läßt sich eine breite Auswahl von preisgünstigen Papieren zu hochwertig be­ druckbaren Papieren verarbeiten, wobei einerseits sicherge­ stellt ist, daß eine ausreichende Verheftung der Deckschicht mit der Papierlage erzielt wird und andererseits sicherge­ stellt ist, daß die Trägerschicht durch keinen zu großen Was­ seranteil in ihrer Festigkeit so beeinträchtigt wird, daß bei der Produktion die Formstabilität der Trägerschicht beein­ trächtigt wird oder gar das Papier zerreißt.

Die Pigmentanteile der Beschichtungsmasse betragen 25 bis 60 Gew.%; innerhalb dieser Grenzen läßt sich ein optimales Aussehen auch stark grauer Papiere erreichen.

Der Bindemittelanteil der Beschichtungsmasse wird bevorzugt 10 bis 20 Gew.% des Pigmentanteils betragen. Diese Anteile des Bindemittels an der Beschichtungsmasse sind zum einen ausrei­ chend, um die Pigmente innerhalb der Deckschicht miteinander zu verbinden und andererseits eine ausreichende Verheftung mit der Trägerschicht zu begründen, so daß die Deckschicht ausrei­ chend abriebfest ist.

Insbesondere bei wasserempfindlichen Papieren sollte der Was­ seranteil der Beschichtungsmasse im Bereich von 40 Gew.% ge­ wählt werden, wobei bei Papieren mit festerer Struktur der Wasseranteil bis 75 Gew.% gesteigert werden kann.

Als Trägerschicht lassen sich insbesondere Recycling-Papiere verwenden, sogar solche, die keinem Deinking-Prozeß unterwor­ fen worden sind. Daneben sind Papiere von der Qualität des Zeitungspapiers, insbesondere solche mit wesentlichen Holz­ schliffanteilen verwendbar, ebenso wie im wesentlichen leim­ freie Papiere.

Die leimfreien Papiere sind im Hinblick auf die Aufbringung der wäßrigen Mischung am empfindlichsten, und überraschender­ weise lassen sich selbst solche Papiere mit Mischungen, die einen Wasseranteil von 40 Gew.% und mehr aufweisen, ebenfalls verarbeiten, wobei allerdings dann dafür gesorgt werden muß, daß nachfolgend zu der Beschichtung der Papiere eine rasche, forcierte Trocknung erfolgt.

Die Pigmente lassen sich aus den bekannten weißen Pigmenten auswählen, wobei jedoch insbesondere Calciumcarbonat und/oder Mikrotalkum bevorzugt sind, da diese Pigmente zum einen be­ reits in der zu verwendenden Form in der Natur vorkommen und aber als Nebenprodukte in industriellen Fertigungsprozessen anfallen.

Die Deckschicht kann gegebenenfalls zur Verbesserung der Be­ druckbarkeit Calciumsilikate umfassen, was insbesondere auf die freien positiven und negativen Ladungen dieser Silikate zurückgeführt wird. Als Bindemittel kommen beispielsweise Sty­ rol-Butadien-Polymere und/oder Zelluloseprodukte und/oder z. B. teilweise abgebaute Stärken in Frage, wobei je nach Verwendungszweck der Papiere der Bindemittelanteil selbst und der Anteil der Sty­ rol-Butadien-Polymere innerhalb des Bindemittels variiert wer­ den kann.

Insbesondere für die Verwendung in Laserprintern werden die Papiererzeugnisse einen geringeren Bindemittelanteil aufweisen, wo­ bei bevorzugt auf die organische Kunststoffkomponente (z. B. Styrol-Butadien) verzichtet wird.

Um die Pigmente besser in der wäßrigen Beschichtungsmasse zu benetzen und zu stabilisieren, werden bevorzugt Polyacrylsäu­ resalze in kleineren Mengen zugesetzt.

Die Deckschicht führt nicht nur zu einer Verbesserung des Aus­ sehens der Papiere, sondern gleichzeitig zu einer Glättung der Oberfläche durch Einbinden von freien Papierfasern an der Oberfläche in die Deckschicht. Ferner erhält man gleichzeitig durch die Deckschicht eine UV-Filterwirkung, so daß selbst bei längerem Liegenlassen der Papiere in der Sonne kein merkliches Vergilben der Papiere erfolgt, sogar in den Fällen, wo als Ausgangsmaterial für die Papierträgerschicht ein stark holz­ schliffhaltiges Material verwendet wurde.

Die Qualitätserfordernisse in bezug auf Aussehen lassen sich auch aufgrund der erfindungsgemäß aufgebrachten Deckschicht aufhellerfrei erzeugen, ohne daß darunter die Eignung des Pa­ pieres für OCR-Belegleseverfahren leidet. Ferner können Pa­ piererzeugnisse von der Deckschicht her für die optische Abta­ stung in Fernkopier- und/oder Fotokopiergeräten optimiert wer­ den.

Selbstverständlich lassen sich die erfindungsgemäßen Papierer­ zeugnisse, deren Trägerschicht auf preisgünstigerem Material basiert, ebenfalls zu sogenanntem SD- oder Selbstdurchschrei­ bepapier verarbeiten, wobei auf die Frontseite die sogenannte CF-(coated front) und auf die Rückseite die CB-(coated back)Schicht aufgebracht wird. Die CF- und die, CB-Schicht ent­ halten zwei verschiedene Komponenten, wobei die CB-Schicht in der Regel in einem Lösungsmittel gelöste und mikroverkapselte Farbvorläufer enthält, die mit den Reagenzien der CF-Schicht zu einer Farbreaktion führen, sobald die Kapseln der CB-Schicht, beispielsweise durch einen Schreibdruck, zerbro­ chen werden.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein nach dem erfin­ dungsgemäßen Verfahren hergestelltes Papiererzeugnis.

Wichtig ist, daß mit dem Aufbringen der Deckschicht oberfläch­ lich freie Papierstoffasern eingebunden werden, so daß dies zu einer zusätzlichen Glättung der Papieroberfläche führt.

Um eine möglichst umweltschonende Herstellung des Papierer­ zeugnisses insgesamt zu garantieren, werden die zu verwenden­ den Pigmente vorzugsweise aus natürlich vorkommenden oder in industriellen Prozessen als Nebenprodukte anfallenden Produk­ ten ausgewählt, insbesondere werden hier Mikrotalkum und/oder Sulfate und Carbonate von Erdalkalielementen verwendet.

Als Bindemittel werden in dieser Hinsicht möglichst solche ausgewählt, die aus nachwachsenden Rohstoffen gewonnen werden können, wie z. B. teilabgebaute Stärke oder Zellulose.

Häufig reichen diese Bindemittel für die Sicherstellung einer ausreichenden Qualität im Hinblick auf Aussehen und Bedruck­ barkeit aus. Bei sehr hochwertigen Papieren sollte allerdings ein Bindemittelanteil auf Kunststoffbasis, insbesondere auf styrol-Butadien-Basis zugemischt werden.

Unter Umweltschutzgesichtspunkten werden die Papierträger­ schicht sowie die Komponenten der Deckschicht vorzugsweise im Hinblick auf deren Verrottbarkeit und/oder Bodenverträglich­ keit ausgewählt. Die zuvor genannten beispielhaften Komponen­ ten bzw. Papierträgerschichtmaterialien genügen dieser Forde­ rung.

Daneben ist es wichtig, daß sowohl die Papierträgerschicht als auch die Komponenten der Deckschicht unschädlich verbrennbar sind bzw. lediglich unschädliche Rückstände ergeben.

Die Erfindung betrifft schließlich die Verwendung der erfin­ dungsgemäß hergestellten Papiererzeugnisse für das OCR- Belegleseverfahren, für die optische Abtastung in Fernkopier­ geräten und/oder Fotokopiergeräten sowie für sogenannte SD- Papiere.

Diese und weitere Vorteile der Erfindung werden im folgenden anhand eines Beispiels noch näher erläutert.

Für die Beschichtung eines Recycling-Papieres, welches keinem Deinking-Verfahren unterzogen wurde, wird eine Beschichtungs­ masse mit folgenden Komponenten vorbereitet:

720 Teile Wasser
  8 Teile Polyacrylsäuresalz (z. B. Polysalz F der Firma BASF)
 30 Teile eines Bindemittels auf Stärkebasis (z. B. Solvicol der Firma Amylung)
200 Teile Mikrotalkum
200 Teile Calciumcarbonat
100 Teile eines Calciumsilikats (z. B. Zeo Copy der Firma Zeotinn Oy)
150 Teile einer 50%igen wäßrigen Styrol-Buta­ dien-Polymer-Lösung.

Das Papier wird mit einem Beschichtegewicht von vorzugsweise 6 g/m² im Akkugravur-Reverse-Coating-Verfahren belegt und nach­ folgend bei einer Temperatur von 100 bis 150°C in stark bewegter Luft getrocknet.

Das erhaltene Papier ist für viele Einsatzbereiche von Pa­ pier verwendbar, insbesondere für die Bedruckung mit hochwer­ tigen Drucken, zum Fotokopieren, für Telefax-Zwecke, insbeson­ dere auch für OCR-Lesebelege.

Die Beschichtung schützt die darunterliegenden Papierfasern vor ungewolltem Vergilben durch UV-Anteile des Sonnenlichtes.

Bei Verwendung des Papiermateriales mit Laser-Printern läßt sich aufgrund der erfindungsgemäßen Oberflächenstruktur des Materials ein kleinerer Toner-Anteil verwenden. Das Papier ist, obwohl auf Recycling-Papierbasis aufgebaut, mit hochwer­ tigen Papieren vergleichbar, und das Papier läßt sich auch in kritischen Druckverfahren einsetzen, insbesondere auch dem Naß-Offset-Verfahren, das drucktechnisch an das Papier die höchsten Qualitätsanforderungen stellt.

Von den zuvor für die Beschichtungsmasse beschriebenen einzel­ nen Bestandteilen trägt insbesondere Mikrotalkum zur Glätte der erhaltenen Papieroberfläche bei, während die Calciumsili­ kate mit ihren freien positiven und negativen Ladungen insbe­ sondere die Bedruckbarkeit des Papieres verbessern.

Der Anteil an Styrol-Butadien-Bindemittel dient nicht nur der Haftung der Pigmente innerhalb der Deckschicht und auf dem Pa­ pier, sondern ebenfalls der Verbesserung der Bedruckbarkeit. Deshalb werden Styrol-Butadien-Anteile im Bindemittel vor al­ lem dann vorhanden sein, wenn es darum geht; besonders hoch­ wertige Papiere herzustellen.

Die Bindemittelanteile auf Stärkebasis bzw. Zellulose sind in vielen Fällen als Bindemittel ausreichend, insbesondere bei Papieren, die für Laser-Printer-Zwecke geschaffen werden.

Die Polyacrylsäuresalze dienen als Benetzungsmittel für die Pigmente und erlauben ein besseres und gleichmäßigeres Vertei­ len dieser Pigmente in der Gesamtmasse.

Die vorstehend beispielhaft genannte Beschichtungsmasse läßt sich nicht nur bei relativ festen Papieren verwenden, sondern auch bei solchen, die im wesentlichen als leimfrei gelten, oh­ ne daß hierbei eine zu große Durchdringung des Papiers mit der Mischung erfolgt und das Papier nachfolgend reißt.

Die Oberfläche des erfindungsgemäß hergestellten Papiererzeug­ nisses ist so für die Aufnahmefähigkeit für Druckfarben ver­ bessert, daß es jederzeit mit ansonsten wesentlich teurerem Papier konkurrieren kann.

Durch die Verwendung von Recycling-Papieren oder Papieren, die ungebleicht sind und merkliche Anteile an Holzschliff beinhal­ ten, kann das Papiererzeugnis zumindest als chlorarm, wenn nicht gar chlorfrei gelten.

Die bevorzugte Verwendung von direkt aus Naturvorkommen ge­ winnbaren Pigmenten bzw. von Pigmenten, die als Abfallprodukte in anderen industriellen Prozessen anfallen, läßt sich die Um­ weltverträglichkeit der Herstellung des Papiers steigern. Dem gleichen Zweck dient die bevorzugte Auswahl der Bindemittel aus solchen Produkten, die aus nachwachsenden Rohstoffen ge­ wonnen werden können, wie z. B. Stärke- und Zelluloseprodukte.

Durch die Verwendung eines relativ hohen Feststoffgehaltes in der als Deckschicht aufzubringenden Mischung wird zum einen eine schnellere Trocknung erzielt und andererseits der Ener­ gieeinsatz bei der Trocknung auf ein vertretbares Maß be­ schränkt.

Die Aufhellqualitäten der verwendeten Pigmente sind für die allermeisten Anwendungszwecke ausreichend, so daß optische Aufheller in der Deckschicht entfallen können.

Insbesondere kann jedoch die sogenannte Chlorbleiche der Roh­ stoffe des Papiers bzw. des Papiers selbst sich erübrigen, so daß hier Papiere angeboten werden können, die zurecht den Na­ men umweltverträglich tragen.

Zur weiteren Verbesserung der Oberfläche kann diese gegebenen­ falls nachgewachst werden, so daß die Bedruckbarkeit der Ober­ fläche weiter gesteigert werden kann. Selbstverständlich ist eine beidseitige Beschichtung der Papierträgerschicht möglich, falls die hohe Papierqualität auf beiden Seiten gewünscht ist.

Claims (20)

1. Verfahren zur Herstellung von Papiererzeugnissen, wobei auf eine Papierträgerschicht mindestens einseitig mittels einer wäßrigen, Pigmente und Bindemittel enthaltenden Be­ schichtungsmasse eine Deckschicht aufgebracht wird, da­ durch gekennzeichnet, daß die Beschichtungsmasse einen Feststoffanteil von 25 bis 70 Gew.% umfaßt, daß als Pa­ pierträgerschicht ein im wesentlichen leimfreies Papier verwendet wird und daß die Beschichtungsmasse im Akkugra­ vur-Reverse-Coating-Verfahren so aufgetragen und direkt nachfolgend einer Trocknung unterzogen wird, daß sich eine Deckschicht ergibt, deren Eindringtiefe in die Träger­ schicht kleiner als 50% der Schichtdicke der Träger­ schicht ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtungsmasse in einer solchen Menge aufgetragen wird, daß die Deckschicht eine flächenbezogene Masse von 2 bis 20 g/m² aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Papierträgerschicht Recycling-Papier und/oder Pa­ pier mit merklichen Holzschliffanteilen verwendet wird, wobei vorzugsweise ein Recycling-Papier verwendet wird, welches keinem Deinking-Verfahren unterzogen wurde.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als Pigmente natürlich vorkommende oder in industriellen Prozessen als Nebenprodukte anfallende Produkte, insbesondere Mikrotalkum und/oder Sulfate und Carbonate von Erdalkalielementen verwendet werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß Bindemittel aus nachwachsenden Rohstof­ fen eingesetzt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß für die Papierträgerschicht und die Kom­ ponenten der Deckschicht verrottbare und/oder bodenver­ trägliche Materialien eingesetzt werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß für die Papierträgerschicht und die Kom­ ponenten der Deckschicht unschädlich verbrennbare Materia­ lien eingesetzt werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Pigmentanteil der Beschichtungsmasse 25 bis 60 Gew.% beträgt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Bindemittelanteil der Beschichtungs­ masse 10 bis 20 Gew.% des Pigmentanteils der Be­ schichtungsmasse beträgt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Wasseranteil der Beschichtungsmasse so gewählt wird, daß eine Eindringtiefe der Deckschicht in die Trägerschicht erhalten wird, die kleiner als 30% der Dicke der Trägerschicht, vorzugsweise 5 bis 15% der Dicke der Trägerschicht ist.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Beschichtungsmasse einen Wasseran­ teil von 40 bis 75% aufweist.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in der Beschichtungsmasse als Pigmente Calciumcarbonate und/oder Mikrotalkum enthalten sind.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in der Beschichtungsmasse für die Deck­ schicht Calcium-Silikate zur Verbesserung der Bedruckbar­ keit enthalten sind.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in der Beschichtungsmasse für die Deck­ schicht als Bindemit­ tel Styrol-Butadien-Polymere und/oder Stärke- oder Zellu­ loseprodukte enthalten sind.

15. Papiererzeugnis, erhalten nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14.

16. Papiererzeugnis nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht UV-Filterwirkung hat.

17. Papiererzeugnis nach einem der Ansprüche 15 oder 16, da­ durch gekennzeichnet, daß die Deckschicht aufhellerfrei ist.

18. Verwendung eines Papiererzeugnisses nach einem der Ansprü­ che 15 bis 17 für das OGR-Belegleseverfahren.

19. Verwendung eines Papiererzeugnisses nach einem der Ansprü­ che 15 bis 17 für die optische Abtastung in Fern­ kopiergeräten und/oder Fotokopiergeräten.

20. Verwendung eines Papiererzeugnisses nach einem der Ansprü­ che 15 bis 17 für Selbstdurchschreibepapiere.