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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Druckbogen, umfassend ein Substrat
und, mindestens an einer Seite des Substrates, eine bildaufnehmende
Beschichtungsschicht. Sie betrifft des Weiteren ein Verfahren zur
Herstellung sowie die Verwendung eines solchen Druckbogens.
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STAND DER TECHNIK
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Insbesondere
im Gebiet des Hochqualitäts-Offset-Drucks,
z. B. in künstlerischen
Reproduktionen und Hochglanz-Magazinen etc., wird Papier benötigt, welches
einen hohen Glanz aufweist, einfach bedruckbar ist, ein schnelles
Tintentrocknungsverhalten hat und gleichzeitig eine hohe Dickgriffigkeit
(bulk) und Steifheit aufweist, d. h. das eine tiefe Dichte hat.
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Bei
der Herstellung eines solchen Papiers stellt der letzte Schritt
meist einen Kalander-Prozess
dar, in welchem ein Papiernetz (paper web) zwischen den Walzenspalten
hindurchgeführt
wird, welche zwischen einer oder mehreren Rollenpaaren geformt werden,
und bei welchem dadurch die Oberfläche des Netzes geebnet wird,
um eine glatte und glänzende
Oberfläche
zu bilden. Gleichzeitig wird die Dickgriffigkeit (bulk) des Papiernetzes
reduziert und das Netz wird verdichtet. Normalerweise verstärkt das
Kalandern die Dichte, und als Gegenzug weist das Endpapierprodukt
eine kleinere Steifheit auf, da die innere Struktur des Papiers
teilweise zusammengefallen ist. Dickgriffigkeit (bulk) steht in
umgekehrtem Verhältnis
zur Dichte, sodass wenn die Dichte im Kalanderprozess zunimmt, wird
die Dickgriffigkeit (bulk) des Endpapierproduktes entsprechend reduziert. Kalandern
kann normalerweise erfolgen, indem ein Glanz-Kalander, ein (2-rolliger)
weicher Kalander, ein (mit mehreren Rollen ausgebildeter) Super-Kalander
oder ein mit mehreren Walzenspalten versehener Kalander (z. B. Janus).
Der Glanz-Kalander weist typischerweise eine harte, nicht-elastische, geheizte
Rolle auf, welche beispielsweise aus Stahl gebildet ist, und welche
nahe einer weichen Rolle positioniert ist, sodass eine Walzenspalte
gebildet wird. Während
das Netz durch die Walzenspalte hindurchgeführt wird, ist es einer Walzenspalten-Belastung
(nip load) im Bereich von ca. 20 bis 80 kN/m und einem Temperaturbereich
von 120–150 Grad
Celsius ausgesetzt. Ein breiterer Bereich von Drucken und Temperaturen
kann in einem weichen Kalander oder einem Super-Kalander verwendet werden, wobei der
typische Druck im Bereich von 150–450 kN/m und die Maximaltemperatur
im Bereich von ca. 220–230
Grad Celsius liegt. Die höhere
Temperatur produziert eine hochwertigere Glanz-Appretur auf der
Oberfläche
des Netzes während
es durch die Walzenspalte hindurch geführt wird, während der tiefere Druck, der
in einem Glanz-Kalander verwendet wird, weniger Verdichtung des
Netzes verursacht, im Vergleich zu einem konventionellen Super-Kalander.
Der Appretureffekt, der durch die Verwendung einem Glanz-Kalander
erzielt wird, ist aber nicht so glatt oder so eben, und somit nicht so
glänzend,
wie die Oberfläche,
welche durch die Verwendung eines Apparates, der fähig ist,
einen höheren Druck
anzuwenden, produziert wird. Deshalb ist es oft nützlich,
die Walzenspalten-Last oder die Rollentemperatur, oder beides zu
erhöhen,
um die Oberflächen-Schichten
des Papiers zusätzlich
zu plastifizieren und zu glätten.
Solche Modifikationen werden beispielsweise in die Ausgestaltung
und den Betrieb des konventionellen weichen Kalanders oder des Super-Kalanders
miteinbezogen. Der weiche Kalander ist normalerweise so ausgestaltet,
dass sie eine oder zwei Walzenspalten pro beschichtete Seite aufweist,
wobei jede Walzenspalte zwischen einer geheizten harten Rolle und
einer ungeheizten weichen Rolle gebildet wird. In einem Super-Kalander
beträgt
die Anzahl der Rollen sogar 9 bis 12, was schon an sich in mehr
Walzenspalten resultiert.
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Alternativ
dazu kann ein Kalander, welche mehrere Walzenspalten aufweist (z.
B. Janus-Typ) als
Endbearbeitungsschritt verwendet werden. Die Rollen des Super-Kalanders
können
mit Dampf geheizte harte Rollen oder ungeheizte weiche Rollen sein,
in Serie oder in abwechselnder Anordnung. Die Walzenspalten, welche
zwischen den Rollen gebildet werden, sind typischerweise kürzer, als
jene eines weichen Kalanders oder eines Glanz-Kalanders. In solch
einem Kalander, welcher mehrere Walzenspalten aufweist, ist das
Netz komprimiert, um Papier von im Wesentlichen gleichförmiger Dichte
und hohem Glanz dank dem wiederholten Anlegen von Druck und der
Wärme-Exponierung zu bilden.
Typische Walzenspalten-Drucke betragen 100–250 kN/m und die Temperaturen
der geheizten Rolle bis zu ca. 150 Grad Celsius. Der hohe Druck
verursacht jedoch auch, wie oben erwähnt, eine entsprechende Reduktion
der Dickgriffigkeit (bulk).
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Deshalb
gibt es einen inhärenten
Konflikt zwischen dem Kalandern, welches nötig ist um einen bestimmten
Glanz zu erreichen, und den Dickgriffigkeits-(bulk-)Eigenschaften
des Papiers. Je kleiner der Druck, welcher im Kalander-Prozess angewandt
wird, desto weniger Glanz kann erreicht werden und gleichzeitig
eine desto höhere
Dickgriffigkeit (bulk). Wenn, andererseits, hoher Glanz erreicht
wird, indem im Kalander-Prozess hoher Druck angewandt wird, wird
an Dickgriffigkeit (bulk) verloren.
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Kalandern
ist nicht die einzige Möglichkeit,
Glanz auf der Oberfläche
eines Druckbogens zu erreichen. Es ist in der Papierherstellungskunst
bekannt, dass verschiedene Beschichtungs-Formulierungen und Beschichtungs-Inhaltstoffe
bei der Herstellung von Papier verwendet werden können, um
hohen Glanz zu erreichen. Zum Beispiel offenbart die
US 5,283,129 ein Leichtgewicht-Rohpapier,
welches mit einer Pigment-Zusammensetzung, welche unbeschichteten
Ton, geglühten
Ton und Titan-Dioxid
beinhaltet, beschichtet ist, wobei bis zu ca. 5 Gewichtsanteile
von deckfähigem
(opacifying) Kunststoff-Hohlpigment verwendet werden können. Die
US 4,010,307 offenbart ein
hochglanzbeschichtetes Papierprodukt, welches 70–95% Kalziumkarbonat und ab
5–30 Gewichtsprozent
eines nicht-filmbildenden polymeren Pigments, welches Partikel aufweist, die
eine Grösse
von im Bereich von 0.0000495–0.000297
mm (0.05–0.30
Mikron) beinhaltet. Die
US 5,360,657 offenbart
ein Hochglanzpapier, welches durch ein Verfahren, in dem ein thermoplastischer,
polymerer Latex, der eine Glas-Übergangs-Temperatur
zweiten Ranges von mindestens 80 Grad Celsius und eine durchschnittliche
Teilchengrösse
von kleiner als 0.099 mm (100 Mikron) aufweist, auf ein Papier aufgetragen
wird, welches anschliessend kalandert wird. Die
WO 98/20201 offenbart ein Druckpapier,
welches eine hohe Helligkeit und einen hohen Glanz aufweist, der
dadurch hergestellt wird, dass eine Beschichtung, welche mindestens
80 Anteile von ausgefallenem Kalziumkarbonat aufweist und mindestens
5 Anteile eines Acryl-Styren-Copolymer-Hohlkugel-Kunststoffpigments,
basierend auf insgesamt 100 Gewichtsanteilen von Pigment aufweist,
auf ein Papier aufgetragen wird, um eine Glanz-Entwicklung zu erzielen,
bevor das beschichtete Papier oberflächenbehandelt wird. Der Oberflächenbehandlungs-Prozess
beinhaltet nicht die Verwendung eines modifizierten Super-Kalanders,
und das resultierende Papier wird nicht als Produkt von hoher Dickgriffigkeit
(bulk) betrachtet. Hohlkugel-Pigmente sind auch verwendet worden,
um einen nicht-glänzenden
Oberflächenzustand zu
produzieren. Auch die
EP
1 186 707 A2 beschreibt ein Glanzpapier mit organischen
Hohlkugel-Pigmenten.
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Normalerweise
verlangsamt der Gebrauch von glanzverstärkenden Komponenten oder die
Anwendung einer glanzverstärkenden
Behandlung das Absetzen der Tinte im anschliessenden Offset-Druckverfahren.
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Deshalb
sind nicht nur Glanz und Dickgriffigkeit (bulk) wichtige Eigenschaften
eines solchen Druckbogens, sondern auch die Setzungs-Eigenschaften
(setting properties) der Tinte. Um eine gute Laufeigenschaft (runnability)
und Bedruckbarkeit (printability) des Bogens zu erreichen, ist es
erstrebenswert, eine eher schnelle Setzung der Tinte innerhalb eines
bestimmten Bereiches zu haben. Wenn sich die Tinte zu schnell setzt,
hat die adhäsionsfähige (tacky)
Tinte die Tendenz, zu schnell im Papier absorbiert zu werden, was
zum Beispiel zu Problemen führen
kann, die mit dem Abheben von Oberflächenteilen des Papiers während des
Druckverfahrens (Brechen der Kohäsion
mit dem Druckbogen, im Technikgebiet bekannt als Ausreissverhalten
(Picking)), mit Fleckung (mottling) oder zu tiefen Druckglanz-Werten
assoziiert sind. Andererseits, wenn sich die Tinte zu langsam setzt,
muss zu viel Zeit für
das Trocknen der Tinte eingeplant werden, und entsprechend muss
die Druckgeschwindigkeit herabgesetzt werden. Deshalb existiert
eine Nachfrage für
Druckbogen, sowie für
eine Herstellungsmethode für
solche Druckbogen (auch Karton-Produkte), welche hohe Dickgriffigkeits-(bulk-),
sowie Setzungs-Eigenschaften der Tinte aufweisen, die auf einfache
Weise angepasst werden kann und ein schnelles Setzen der Tinte erlauben
kann. Gleichzeitig weist normalerweise das Endprodukt eine Hochglanz-Oberfläche auf, aber
auch trübe
oder matte Papiere dieser Art, d. h. die hohe Dickgriffigkeits-(bulk-) und
anpassbare Tinten-Setzungs-Eigenschaften zeigen, sind von Interesse.
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Für die Verwendung
in verschiedenen Drucktechniken offenbart die
FR 2 531 731 eine Methode zur Herstellung
eines einfach beschichteten Papiers, welches dadurch charakterisiert
ist, dass unmittelbar nach dem Auftragen einer Überschuss-Beschichtungs-Formulierung, dieser Überschuss
durch einen leistenartigen Rakel-Beschichter
(bar type blade coater) abgetragen wird, wobei die Beschichtungsformulierung
eine relativ hohe Konzentration an Festkörpern aufweist, und wobei als
Pigmente Kaolin und gemahlenes natürliches Kalziumkarbonat mit
einer spezifischen Teilchengrössenverteilung
zusammen mit einem Bindemittel verwendet werden.
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In
einem Gebiet, welches völlig
unterschiedlich vom Gebiet des Offset-Drucks ist, namentlich im
Gebiet von Tintenstrahl-Aufnahmesubstraten (inkjet recording substrates),
in dem völlig
unterschiedliche Tinten verwendet werden, sind die folgenden Dokumente
bekannt:
Die
EP
1 101 624 A2 offenbart ein Hochleistungs-Tintenstrahl-Aufnahmemedium,
das ein Pigment enthält,
welches eine spaltfreie, poröse
Tinten-aufnehmende Schicht aufweist, sowie auch Glanz, Transparenz
und Wasserfestigkeit, und welches eine hohe Bildqualität und Tintentrocknungs-Eigenschaft
verschafft. Das Tintenstrahl-Aufnahmemedium
hat mindestens eine Beschichtungsschicht auf dem Basismaterial (base
material). Mindestens eine der Schichten weist eine poröse Tinten-aufnehmende
Schicht auf, die durch das Auftragen eines wässrigen Beschichtungsmaterials,
das ein feines Pigment mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser
von maximal 1 μm
und einem Porenvolumen von 0.4 bis 2.5 ml/g aufweist, und eines
sehr spezifischen hydrophilen Harzes, welches fähig ist, ein Hydrogel zu bilden,
indem eine wässrige
Lösung
davon mit Elektronenstrahl bestrahlt wird, und dann das Beschichtungsmaterial
mit Elektronenstrahl bestrahlt wird, um es in ein Hydrogel umzuwandeln
und indem dann die Schicht getrocknet wird.
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EP 1 112 856 A2 offenbart
ein Aufnahmemedium mit einem Basisglied (base member), das hauptsächlich aus
Zellstoff-Fasern (pule fibers) gebildet ist und eine darauf gebildete
Tinten-aufnehmende Schicht, welche ein anorganisches Pigment und
ein Bindemittel aufweist. Das Aufnahmemedium zeigt eine Verteilung des
Porenradius, welcher einen Piek aufweist, welcher Poren im Basisglied
zuzuordnen ist, sowie einen Piek, welcher Poren in der Tinten-aufnehmenden
Schicht zuzuordnen ist. Der Piek, welcher Poren in der Tinten-aufnehmenden
Schicht zuzuordnen ist, liegt zwischen 8 und 50 nm. Die Tinten-aufnehmende
Schicht wird auf dem Basisglied gebildet, indem eine Beschichtungsformulierung,
die mindestens ein anorganisches Pigment und eine Harz-Emulsion
aufweist, auf das Basisglied aufgetragen wird, wobei die Beschichtungsgeschwindigkeit
zwischen 1 und 10 g/m
2 beträgt, sodass
das anorganische Pigment und die Harz-Emulsion schwach agglomerieren.
Das Aufnahmemedium wird für
Tintenstrahl-Aufnahme vorgeschlagen und angepasst.
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Die
EP 0 803 374 A2 offenbart
ein Tintenstrahl-aufnehmendes Material, welches einen hohen Glanz aufweist
und fähig
ist, darauf Tintenbilder aufzunehmen, welche eine hohe Farb-Dichte
und Klarheit aufweisen, mit einer Tinten-aufnehmenden Schicht, die
auf einem Substrat aufgeschichtet ist und ein wasserlösliches Harz-Bindemittel
beinhaltet, sowie sekundäre
Teilchen, welche eine Durchschnittsgrösse von 10 bis 300 nm aufweisen,
sowie chic Vielzahl von primären
Teilchen aus Silika und/oder Aluminiumoxid-Silikat, und welches durch
das Bilden der Tinten-Aufnahme-Schicht auf einer Formungsgrundlage,
durch das Binden des Substrats an die Tintenaufnehmende Schicht
auf der Formungsgrundlage (shaping base) und durch das Trennen des resultierenden
Laminats von der Formungsgrundlage hergestellt werden kann.
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Die
US 4,460,637 offenbart einen
Tintenstrahl-aufnehmenden Bogen, aufweisend eine Auflage und eine
oder mehrere Tinten-aufnehmende Schichten, die darauf angeordnet
sind, wobei der Bogen dadurch charakterisiert ist, dass die Verteilungskurve
des Porenradius auf der obersten Schicht mindestens einen Piek bei 0.2
bis 10 μm
zeigt, und diejenige der Tinten-aufnehmenden Schichten als Ganzes
mindestens zwei Pieks zeigen, einen bei 0.2 bis 10 μm und den
anderen bei 0.05 μm
oder tiefer. Solch ein Bogen bringt viele Vorteile mit sich, wie
zum Beispiel ehre hohe Dichte und eine leuchtende Farbe des aufgenommenen
Bildes oder der Buchstaben, ehre hohe Rate von Tinten- Absorption mit einem
minimalen Auslaufen (feathering), und Ähnliches.
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Die
EP 0 742 108 A1 offenbart
ein Tintenstrahl-aufnehmendes Mittel, welches mindestens eine Boehmit-enthaltende
poröse
Schicht auf einem Substrat aufweist, wobei die poröse Schicht
Poren mit einem Porenradius von ab 1 bis 30 nm aufweist, mit einem
Porenvolumen von ab 0.3 bis 1.2 ml/g, Poren mit einem Porenradius
von ab 10 bis 30 nm mit einem Porenvolumen von ab 0.2 bis 1.0 ml/g,
und Poren mit einem Porenradius von ab 30 bis 100 nm mit einem Porenvolumen
von nicht mehr als 0.3 ml/g, und wobei die b-Achse eines Boehmit-Kristalls
in Bezug auf die Oberfläche
vertikal auf dem Substrat orientiert ist.
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Die
EP 1 122 083 A2 offenbart
ein Tintenstrahl-aufnehmendes Material für nicht-wässrige
Tinte, welche eine Tinten-absorbierende Schicht aufweist, die mindestens
ein Pigment auf einer Auflage aufweist, wobei die Tinten-absorbierende
Schicht mit einem Polymer, das löslich
oder in einem Lösungsmittel
quellbar ist, das dem Mineralöl-System angehört und einen
hohen Siedepunkt (petroleum system high boiling point solvent) aufweist,
wobei mindestens 30 Gewichtsprozent des Pigments aus Kalziumkarbonat
bestehen.
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Die
EP 0 758 696 A2 offenbart
eine Beschichtungsformulierung, die für hohe Beschichtungsgeschwindigkeiten
nützlich
ist, aufweisend: (a) 100 Gewichtsanteile eines Pigments, welches
mindestens 10 Gewichtsanteile an Kalziumkarbonat aufweist; (b) 0.1–2 Gewichtsanteile
einer linearen, wasserlöslichen,
poly-dipolaren Verbindung, mit einem Molekulargewicht von bis zu
1 Million; (c) 0.1–2
Gewichtsanteile eines anionischen Polyelektrolyten; (d) 4–20 Gewichtsanteile
eines Bindemittels; und (e) genügend
Wasser, um einen Feststoff-Anteil von 45–80 Gewichtsprozent zu gewährleisten.
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DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Die
objektive Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist somit, einen Druckbogen,
sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Druckbogens zur
Verfügung
zu stellen, der ein anpassbares Tinten-Setzungs-Verhalten bietet
und ein schnelles Setzen der Tinte erlaubt, und gleichzeitig eine
hohe Dickgriffigkeit und, wenn verlangt, einen hohen Glanz aufweist.
Das Tinten-Setzungs-Verhalten soll anpassbar sein, um sich nach
bestimmten Bedürfnissen
zu richten, die im Druckverfahren aufkommen können.
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Die
vorliegende Erfindung erfüllt
die oben genannte Aufgabe, indem eine sehr spezifische Porositäts-Struktur
der Bildaufnahmeschicht des Druckbogens mit einer zweischichtigen
Struktur einer ganz bestimmten Zusammensetzung zur Verfügung gestellt
wird. Ein Druckbogen wird zur Verfügung gestellt, der ein Substrat
und, auf mindestens einer Seite des Substrates, eine bildaufnehmende
Beschichtungsschicht mit zwei Schichten aufweist. Charakteristisch
ist, dass der Druckbogen ein kumulatives Porositätsvolumen von Porenweiten unter
200 nm bei mehr als 0.006 cm3 pro Gramm
Papier aufweist. Die Porosität
wird durch die Verwendung von Standard-Flüssigstickstoff-Intrusionsverfahren
auf der Oberfläche
der Bildaufnahme-Beschichtungsschicht
gemessen. Das erwähnte
Substrat kann vorbeschichtet sein oder nicht, und es kann ein Holz-freier
oder mechanisch beschichteter Basis-Rohstoff (base stock) sein,
der wahlweise teilweise oder vollständig synthetisch sein kann.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist somit ein Druckbogen gemäss Anspruch
1, ein Verfahren zu seiner Herstellung gemäss Anspruch 29, sowie eine
Verwendung des Druckbogens gemäss
Anspruch 42.
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Das
Schlüsselmerkmal
der Erfindung ist die Erkenntnis, dass die sehr spezifische Struktur
der Porosität,
d. h. die Bereitstellung eines zusätzlichen, grossen, kumulativen
Porenvolumens bei kleinen Porengrössen von weniger als 200 nm
(insbesondere unter etwa 100 nm), wie sie durch die Bereitstellung
einer zweischichtigen Struktur mit ihrer spezifischen Formulierung,
wie in Anspruch 1 gegeben, erreicht wird, die nötigen Kapillarkräfte und
ein Speichervolumen zur Verfügung
stellt, um ein schnelles Setzen der Tinte zu erlauben, d. h. das
Abtragen der Flüssigkomponenten,
welche das Tintenpigment begleiten, von der Oberfläche des
Druckbogens ins Innere hinein, unmittelbar nach dem Auftragen der
Tinte auf die Papieroberfläche.
Diese charakterisierenden Daten sind für ein Papier von ungefähr 115 g/m2 Papiergewicht als Beispiele aufgeführt. Die
Absolutwerte des kumulativen Porenvolumens unterhalb einer gewissen
Grenze werden abhängig
von dem berücksichtigten
Papiergewicht ungefähr
entsprechend skaliert. Vorausgesetzt, dass der faserige Anteil nicht
signifikant zu der oben erwähnten
Nano-Porosität
beiträgt,
und dass die Bildaufnahme-Schicht im Wesentlichen identisch ist
(Zusammensetzung, Dickgriffigkeit), wird ein Papier von zweimal
dem oben erwähnten
Papiergewicht entsprechend die Hälfte
des kumulativen Porositätsvolumens
in cm3 pro Gramm Papier aufweisen. In absoluten
Werten, d. h. unabhängig
vom Papiergewicht in g/m2, wären die
oben genannten Figuren, die nun in kumulativem Porositätsvolumen
pro m2 Papier ausgedrückt sind, wie folgt: ein kumulatives
Porositätsvolumen bei
Porenweiten unter 200 nm von mehr als 0.69 cm3/m2, wobei diese Figuren unter den oben genannten
Annahmen nun grösstenteils
unabhängig
vom Papiergewicht sind. Solch eine Beschichtung kann auf der einen Seite
des Substrates oder auf beiden Seiten vorhanden sein.
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In
einer ersten bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beträgt
das kumulative Porositätsvolumen
bei Porenweiten unter 200 nm mehr als 0.008 cm3 pro
Gramm Papier. Dies für
ein Papier von 115 g/m2 Papiergewicht. Wiederum
alternativ in einer vorläufigen
absoluten Zahl ausgedrückt,
würde das
ein kumulatives Porositätsvolumen
bei Porenweiten unter 200 nm von mehr als ca. 0.92 cm3/m2 bedeuten. Die Porositätsstruktur kann alternativ
dazu auch so definiert werden, dass sie ein kumulatives Porositätsvolumen
bei Porenweiten unter 150 nm von mehr als 0.004 cm3 pro
Gramm Papier ermöglicht,
oder alternativ als Absolutwert ein kumulatives Porositätsvolumen
bei Porenweiten unter 150 nm von mehr als 0.46 cm3/m2. Typischerweise hat solch ein Papier ein
Papiergewicht von im Bereich von 80 bis 400 g/m2,
vorzugsweise von 90 oder 100 bis 250 g/m2.
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Um
auf effektive Weise das Tinten-Setzungs-Verhalten einer solchen
Bildaufnahmebeschichtung anzupassen, muss die Polarität dieser
internen porösen
Oberfläche
kontrolliert werden. Das Setzen der Tinte muss so angepasst werden,
dass es dem frisch gedruckten Bogen erlaubt wird, beinahe sofort
weiter verarbeitet zu werden oder auf der anderen Seite bedruckt
zu werden (so genanntes Perfecting). Zum Beispiel soll es möglich sein,
die zweite Seite nach der gewöhnlich
nötigen
Zeit für
die Bedienung, d. h. nach 10 bis 15 Minuten, zu bedrucken. Das Setzen
der Tinte wird als Werte des Set-Offs der Druckfarbe für gegebene
Zeiten quantifiziert, zum Beispiel indem ein Skinnex 800-Analysegerät verwendet
wird. Für
ein schnelles Setzen der Tinte, ist die Oberfläche der Bildaufnahme-Beschichtungsschicht
vorzugsweise apolar (hoher dispersiver Anteil der Oberflächenenergie),
da dann die insgesamt apolaren Offset-Tinten-Öle nicht durch die Oberfläche abgewiesen
werden und effektvoll durch die Beihilfe von Kapillarkräften in
die Poren transportiert werden. Die Polarität der Oberfläche kann
angepasst werden, indem entsprechende Komponenten zu der Beschichtungszusammensetzung
hinzugefügt
werden, wobei diese Komponenten den hydrophoben Charakter der Oberfläche modifizieren.
Typischerweis kann das Setzen der Tinte angepasst werden, um ein
Set-Off der Druckfarbe von weniger als 0.3 bei 30 Sekunden zu zeigen,
vorzugsweise von im Bereich von zwischen 0.15 bis 0.25 bei 30 Sekunden.
Dies ist im Wesentlichen möglich,
ohne die Porositätsstruktur
in dem oben genannten Bereich von Poren kleiner als 200 nm wesentlich
zu modifizieren. Schnelles Setzen der Tinte in Kombination mit Rücksenk-Mottling
(back trag mottle) von tiefer Empfindlichkeit und Tintenabweisung
wird verwirklicht, indem gleichzeitig eine feine Porenstruktur hergestellt
wird und die Oberfläche
polarer gemacht wird.
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Beispiele
solcher Komponenten sollen unten aufgeführt sein. Vorzugsweise beträgt der polare
Anteil der Oberflächenenergie
der Oberfläche
der Bildaufnahme-Beschichtungsschicht
weniger als 7 mN/m, vorzugsweise weniger als 6 mN/m, wie durch Berührungswinkel-Messungen
(contact angle measurements) bestimmt, bei einer Parker Print Surf
(PPS)-Oberflächenrauhheit
von 0.8 bis 1 μm,
vorzugsweise von weniger als 0.9 μm.
Dennoch sollte, mit der gegebenen porösen Struktur, der polare Anteil
der Oberflächenenergie
vorzugsweise auch nicht zu klein sein, sodass verhindert wird, dass
die Tinte zu schnell und zu effektvoll durch die Kapillarkräfte, welche
durch die Kanäle
gegeben sind, in das Papier absorbiert wird. Entsprechend soll der polare
Anteil der Oberflächenenergie
vorzugsweise nicht tiefer als 4 mN/m betragen.
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Normalerweise
wird ein solcher Druckbogen durch einen Glanz auf der Oberfläche der
Bildaufnahme-Beschichtung von mehr als 75% gemäss TAPPI 75 deg charakterisiert.
Alternativ dazu oder zusätzlich
wird er charakterisiert durch einen Glanz auf seiner Oberfläche von
mehr als 45%, vorzugsweise mehr als 50%, gemäss DIN 75 deg.
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Schwächerer Glanz
ist ebenfalls möglich.
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Wie
oben erwähnt,
können
solche Papiere bei hoher Dickgriffigkeit (bulk) hergestellt werden,
typischerweise hat solch ein Papier ein spezifisches Volumen von
mehr als 0.80 cm3/g, vorzugsweise von mehr als
0.82 oder 0.85 cm3/g. Dies ist auf die Tatsache
zurückzuführen, dass
wenig Kalandern nötig
ist, um irgendeinen gegebenen Glanz zu erzielen, wobei die Dickgriffigkeitseigenschaften
(bulk properties) beibehalten werden. Im Allgemeinen soll die Faserzusammensetzung
des unbeschichteten Substrats vorzugsweise so ausgebildet sein,
dass das spezifische Volumen vor dem Kalandern mehr als 0.88 cm3/g beträgt,
typischerweise mehr als 0.90 oder 0.92 cm3/g.
Normalerweise beträgt
der Nicht-Faseranteil des Substrats zwischen 40% und 50% für Papiere
von bis zu 170 g/m2 und zwischen 30% bis
40% für
Papiere von höheren
Gewichten.
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Entsprechend
der vorliegenden Erfindung ist ein solcher Druckbogen dadurch charakterisiert,
dass die Bildaufnahme-Beschichtungsschicht eine Deckschicht hat,
aufweisend: einen Pigmentanteil, wobei dieser Pigmentanteil zusammengesetzt
ist durch a) 50 bis 100 Teile im Trockengewicht (parts in dry weight)
eines feinen, partikulären
Karbonats mit einer Teilchengrössenverteilung,
sodass mehr als 80% der Teilchen kleiner als 1 μm sind, vorzugsweise mit einer
Teilchengrössenverteilung,
sodass ungefähr
90% der Teilchen kleiner als 1 μm
sind, b) 0 bis 50 Teile im Trockengewicht eines feinen, partikulären Kaolins,
mit einer Teilchengrössenverteilung,
sodass mehr als 90% der Teilchen kleiner sind als 1 μm, vorzugsweise
mit einer Teilchengrössenverteilung,
sodass mehr als 95% der Teilchen kleiner als 1 μm sind, c) 0 bis 20 Teile im
Trockengewicht eines partikulären,
vorzugsweise festen (es ist aber auch ein vakuolisiertes Pigment
möglich)
Polymer-Pigments mit einer Teilchengrössenverteilung, sodass mehr
als 90% der Teilchen kleiner sind als 0.5 μm, vorzugsweise mit einer Teilchengrössenverteilung,
sodass 90% der Teilchen Grössen
zwischen 0.05 und 0.3 μm
aufweisen, insbesondere zwischen 0.1 und 0.2 μm. Zusätzlich ist ein Bindemittel-Anteil
in der Deckschicht vorhanden, wobei dieser Bindemittel-Anteil wie
folgt zusammengesetzt ist: a')
weniger als 12 bis 16 Teile im Trockengewicht von Bindemittel und
b') weniger als
2 Teile im Trockengewicht von Zusatzstoffen. Es ist die spezifische
Auswahl von feinen Pigmentteilchen von bestimmten Grössenverteilungen
in Kombination mit der richtigen Bindemittel-Zusammensetzung, welche erlaubt, dass
die oben erwähnte,
hoch-effektive Porositätsstruktur
aufgebaut wird. Es muss verstanden werden, dass die oben genannte
Zusammensetzung im Wesentlichen exklusiv ist, d. h. sie enthält im Wesentlichen
nur die genannten Komponenten, so wird zum Beispiel der Pigmentanteil durch
die Komponenten a), b) und c) gebildet, und es ist kein anderes
Pigment in wesentlichen Mengen vorhanden, sei es an anorganisches
oder organisches Pigment. Es ist auch möglich, die Komponente a) im
Wesentlichen durch Mengen von c) zu ersetzen, d. h. es ist möglich, zum
Beispiel nur 20 bis 40 Teile von a), 0 bis 40 Teile von b) und 50
bis 80 Teile von c) zu haben. Somit ist es möglich, zum Beispiel grundsätzlich den
ganzen anorganischen Pigment-Anteil durch das partikuläre Pigment
zu ersetzen. Möglich
sind Bereiche des partikulären
Pigments zwischen 2 und 100% des gesamten Pigmentanteils der Beschichtung,
insbesondere bevorzugt 50–100%.
In diesem Fall ist jedoch Vorsicht bei der Auswahl des Polymer-Pigments
geboten, da grosse Mengen des Pigments oder ungeeignetes Pigment
eine Brünierung
(burnishing) des Papiers verursachen können. Brünierung (burnishing) ist ein
Phänomen,
indem örtliche
Bereiche von verstärktem
Glanz oder Reflektivität
auf der Oberfläche
des Bogens verursacht werden, zum Beispiel durch mechanische Reibung
und die damit verbundene erhöhte
Dichte der Deckschicht in diesem Bereich. Genauer gesagt, enthält der Pigmentanteil
der Deckschicht: a) 60 bis 100 Teile im Trockengewicht, vorzugsweise
65 bis 80 Teile im Trockengewicht eines feinen, partikulären Kalziumkarbonats
mit einer Teilchengrössenverteilung,
sodass ungefähr
90% der Teilchen kleiner sind als 1 μm, b) 10 bis 40 Teile im Trockengewicht,
vorzugsweise 15 bis 30 Teile im Trockengewicht eines feinen, partikulären Kaolins,
mit einer Teilchengrössenverteilung,
sodass 95% der Teilchen kleiner sind als 1 μm, c) 10 bis 15 Teile im Trockengewicht
eines festen, partikulären
oder vakuolisierten Polymer-Pigments mit einer Teilchengrösse-Verteilung, die bei
etwa 0.13 bis 0.17 μm
zentriert ist, vorzugsweise bei ca. 0.14 μm zentriert ist, wobei 95% der
Teilchen innerhalb von +/– 0.03 μm dieser
durchschnittlichen Teilchengrösse
angeordnet sind. Auch Mischungen von Polymer-Partikeln verschiedener Grösse sind
möglich.
Wenn ein vakuolisiertes Pigment ausgewählt wird, sind auch höhere durchschnittliche
Teilchengrössen
von im Bereich von 0.1 bis 0.8 μm
möglich,
z. B. im Bereich von 0.6 μm.
Zusätzlich
werden, im Fall von solchen vakuolisierten, partikulären Polymer-Pigmenten,
vorzugsweise 8 bis 30 Teile im Trockengewicht verwendet. Das feste,
partikuläre
Polymer-Pigment wird vorzugsweise aus der folgenden Gruppe ausgewählt: Poly(methyl-methacrylat),
Poly(2-chloroethyl-methacrylat),
Poly(isopropyl-methacylat), Poly(phenyl-methacrylat), Polyackrylonitril,
Polymethacrylonitril, Polykarbonate, Polyetheretherketone, Polyimide,
Acetale, Polyphenylensulfide, Phenolharze, Melaminharze, Harnstoffharze,
Epoxidharze, Polystyrol-Latize, Polyacrylamide, sowie Legierungen,
Mischungen, Gemische und Derivate davon. Möglich sind auch copolymere
Styrol-Maleinsäure
Latize (SMA) oder copolymere Styrol-Maliraid Latize (SMI), Mischungen
davon mit den oben genannten Strukturen, sowie Derivate davon. Diese
besonders bevorzugte Ausführungsform,
SMA oder SMI oder Mischungen davon, sind vorzugsweise so angepasst,
dass sie einen hohen TG-Wert von annähernd 200°C aufweisen.
Dies bedeutet, dass SMI der Hauptbestandteil ist, das heisst normalerweise
ist der Gehalt von SMI über
80%, oder sogar über
90% oder 95% (TG(SMI) = 202°C). Auch
partikuläre
feste Polymer-Pigmente, welche aus im Wesentlichen 100% SMI bestehen,
sind möglich.
Die besonders grosse Härte
von SMI in Verbindung mit dem hydrophoben Charakter macht diese
Pigmente auch für
grosse Anteile von partikulärem
Polymer-Pigment
nützlich,
d. h. wenn bis zu 100% des Pigment-Anteils aus dem Polymer-Pigment bestehen.
Es scheint besonders effektiv zu sein, einen modifizierten Polystyren-Latex
für die
festen Pigmentteilchen der oben genannten Teilchengrössenverteilung
zu verwenden.
-
Wie
oben erwähnt,
ist der Bindemittel-Anteil von Wichtigkeit in Bezug auf die Anpassung
des Set-Off-Verhaltens der Druckfarbe auf dem Druckbogen. Entsprechend
weist der Bindemittel-Anteil der Deckschicht vorzugsweise auf:
a') ein Bindemittel,
welches ausgewählt
ist aus der Gruppe bestehend aus Latex, insbesondere Styrol-Butadien-,
Styrol-Butadien-Acrylonitril-, Styrol-Acryl-, Styrol-Butadien-Acryl-Latizes,
Stärke,
Polyacrylatsalz, Polyvinylalkohol, Soja, Kasein, Carboxymethylzellulose,
Hydroximethylzellulose und Gemische davon, b') Zusatzstoffe, wie zum Beispiel Entschäumungsmittel,
Färbungsmittel,
Aufhellungsmittel, Dispergiermittel, Verdickungsmittel, Wasserrückhaltemittel,
Konservierungsmittel, Vernetzungsmittel, Schmiermittel und pH-Regulierungsmittel,
etc. Es wurde festgestellt, dass es sehr effektiv ist, wenn das
Bindemittel ein Acryl-Ester-Copolymer,
das auf Butylacrylat, Styrol und Acrylonitril basiert. Normalerweise
sind solche Bindemittel als Dispersionen eines Polymers vorhanden.
Solch ein Bindemittel ist zum Beispiel auf dem Markt erhältlich unter
dem Namen Acronal 360D von BASF, DE. Typischerweise sind 10 bis
16 Teile im Trockengewicht, vorzugsweise 11 bis 14 oder 12 bis 14
Teile im Trockengewicht von Bindemittel im Bindemittel-Anteil vorhanden.
Die Deckschicht hat typischerweise ein Gesamt-Trockenschicht-Gewicht (total dried
coat weight) von im Bereich von 3 bis 25 g/m2,
vorzugsweise im Bereich von 4 bis 15 g/m2,
und besonders bevorzugt von etwa 6 bis 12 g/m2. Wenn
das Substrat auf beiden Seiten beschichtet ist, beziehen sich diese
Zahlen auf das Gewicht pro Seite.
-
Gemäss der vorliegenden
Erfindung wird die oben genannte Deckschicht in ihrer Funktion gestützt, um
die verlangte Porositätsstruktur
durch eine zweite (poröse)
Schicht unmittelbar unterhalb der Deckschicht bereitzustellen. Die
zweite Schicht weist auf: einen Pigment-Anteil, wobei dieser Pigment-Anteil
besteht aus A) 50 bis 100 Teilen im Trockengewicht eines feinen,
partikulären
Karbonats mit einer Teilchengrössenverteilung, sodass
mehr als 80% der Teilchen kleiner als 1 μm sind, vorzugsweise mit einer
Teilchengrössenverteilung, sodass
ungefähr
90% der Teilchen kleiner als 1 μm
sind, B) 0 bis 50 Teilen im Trockengewicht eines feinen, partikulären Kaolins
mit einer Teilchengrössenverteilung,
sodass mehr als 50% der Teilchen kleiner als 1 μm sind, vorzugsweise mit einer
Teilchengrössenverteilung,
sodass mehr als 60% der Teilchen kleiner als 1 μm sind und einem Bindemittel-Anteil,
wobei dieses Bindemittel besteht aus: A') weniger als 20 Teilen im Trockengewicht
von Bindemittel und B')
weniger als 4 Teilen im Trockengewicht von Zusatzstoffen. Also weist
auch die zweite Schicht eine sehr spezifische und feine Pigmentstruktur
auf, welche in einer Synergie die Funktion der Deckschicht unterstützt und
verstärkt.
Die Komponente B kann also durch etwas Kalziumkarbonat mit guten Deckeigenschaften
(coverage properties) ersetzt werden, d. h. welches fähig ist,
das Kaolin zu ersetzen. So ist es möglich, Kosten zu sparen und
die Helligkeit (brightness) des resultierenden Papiers zu erhöhen. Möglich ist
ein gemahlenes Kalziumkarbonat des Typs wie Covercarb 75, d. h.
z. B. mit einer Teilchengrössenverteilung,
sodass mehr als 70% der Teilchen kleiner sind als 1 μm. Im Fall
eines solchen Ersatzes des Kaolins durch ein feines, partikuläres Karbonat,
erweist es sich als vorteilhaft, ungefähr die gleiche Menge (an Gewicht) des
feinen, partikulären
Karbonats des Typs A) sowie des Typs B) zu verwenden. Vorteilhafterweise
weist der Pigment-Anteil der zweiten Schicht A) 70 bis 90 Teile
im Trockengewicht, vorzugsweise ungefähr 75 Teile im Trockengewicht
eines feinen, partikulären
Kalziumkarbonats auf, mit einer Teilchengrösse-Verteilung, sodass ungefähr 90% der
Partikel kleiner sind als 1 μm,
B) 20 bis 40 Teile im Trockengewicht, vorzugsweise ungefähr 25 Teile
im Trockengewicht eines feinen, partikulären Kaolins auf, mit einer
Teilchengrösse-Verteilung,
sodass 65% der Teilchen kleiner sind als 1 μm. Betreffend den Bindemittel-Anteil
der zweiten Schicht, weist dieser typischerweise auf A') ein Bindemittel,
normalerweise in der Form einer Dispersion des Polymers in Wasser
für die
Auftragung der Beschichtung, ausgewählt aus der Gruppe bestehend
aus Latex, insbesondere Styrol-Butadien, Styrol-Butadien-Acrylonitril, Styrol-Acryl-,
Styrol-Butadien-Acryl-Latizes, Stärke, Polyacrylatsalz, Polyvinylalkohol,
Soja, Kasein, Carboxymethylzellulose, Hydroxymethylzellulose und
Gemischen davon, B')
Zusatzstoffe wie Entschäumungsmittel,
Färbungsmittel,
Aufhellungsmittel, Dispergiermittel, Verdickungsmittel, Wasserrückhaltemittel,
Konservierungsmittel, Vernetzungsmittel, Schmiermittel und pH-Regulierungsmittel, etc.
Vorteilhafterweise ist das Bindemittel ein Styrol-Butadien-Copolymer,
wie es zum Beispiel als Marke Rhodopas SB 083 in der Form einer
50% Dispersion von Rhodia, FR erhältlich ist. Typischerweise
sind 6 bis 20 Teile im Trockengewicht, vorzugsweise 8 bis 14 Teile
im Trockengewicht, und insbesondere bevorzugt ungefähr 10 Teile
im Trockengewicht von Bindemittel im Bindemittel-Anteil der zweiten
Schicht vorhanden. Um einen optimalen Effekt zusammen mit der Deckschicht
zu erzielen, weist die zweite Schicht ein Gesamt-Trockenschicht-Gewicht
von im Bereich von 5 bis 25 g/m2 auf, vorzugsweise
im Bereich von 8 bis 20 g/m2. Wenn das Substrat
auf beiden Seiten beschichtet ist, beziehen sich diese Zahlen auf
das Gewicht pro Seite.
-
Gemäss einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, ist eine zusätzliche, dritte Schicht unterhalb
der oben genannten zweiten Schicht angeordnet. Diese dritte Schicht
besteht aus: einem Pigmentanteil, wobei dieser Pigmentanteil besteht
aus AA) 50 bis 100 Teile im Trockengewicht eines partikulären Karbonats
mit einer Teilchengrössenverteilung,
sodass mehr als 70% der Teilchen kleiner sind als 1 μm, vorzugsweise
mit einer Teilchengrössenverteilung,
sodass ungefähr
oder mehr als 80% der Teilchen kleiner sind als 1 μm, und einem
Bindemittel-Anteil, wobei dieses Bindemittel besteht aus: AA') weniger als 10
Teile im Trockengewicht von Bindemittel und BB') weniger als 4 bis 6 Teile im Trockengewicht
von Zusatzstoffen. Vorzugsweise besteht der Anteil AA aus ca. 70%
eines partikulären
Karbonats mit einer Teilchengrössenverteilung,
sodass ca. 80% der Teilchen kleiner sind als 1 μm und ca. 30% eines partikulären Karbonats
mit einer Teilchengrössenverteilung,
sodass ca. 50% der Teilchen kleiner sind als 1 μm.
-
Weitere
Ausführungsformen
des Druckbogens gemäss
der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Herstellung
eines Druckbogens, aufweisend die folgenden Schritte: dd) Auftragen
einer Bildaufnahme-Deckschicht
auf dem Substrat, wobei die besagte Deckschicht aufweist: einen
Pigmentanteil, wobei dieser Pigmentanteil besteht aus a) 50 bis
100 Teilen im Trockengewicht eines feinen, partikulären Karbonats
mit einer Teilchengrössenverteilung,
sodass mehr als 80% der Teilchen kleiner sind als 1 μm, vorzugsweise
mit einer Teilchengrössenverteilung,
sodass ungefähr 90%
der Teilchen kleiner sind als 1 μm,
b) 0 bis 50 Teilen im Trockengewicht eines feinen, partikulären Kaolins mit
einer Teilchengrössenverteilung,
sodass mehr als 90% der Teilchen kleiner sind als 1 μm, vorzugsweise mit
einer Teilchengrössenverteilung,
sodass mehr als 95% der Teilchen kleiner sind als 1 μm, c) 0 bis
10 Teilen im Trockengewicht eines partikulären, vorzugsweise festen Polymer-Pigments
mit einer Teilchengrössenverteilung,
sodass mehr als 90% der Teilchen kleiner sind als 0.5 μm, vorzugsweise
mit einer Teilchengrössenverteilung,
sodass 90% der Teilchen Grössen
zwischen 0.05 und 0.3 μm
aufweisen, insbesondere zwischen 0.1 und 0.2 μm, und einem Bindemittel-Anteil,
wobei dieser Bindemittel-Anteil besteht aus: a') weniger als 20 Teilen im Trockengewicht
von Bindemittel und b')
weniger als 2 Teilen im Trockengewicht von Zusatzstoffen, ee) Trocknen
der Bildaufnahme-Beschichtungsschicht,
ff) Kalandern bei einem Walzenspalten-Druck von weniger als ungefähr 200 N/mm.
Bevorzugt sind Walzenspalten-Drucke von ungefähr 110 N/mm. Vorzugsweise werden
weniger als 3 oder 4 Walzenspalten für das Kalandern verwendet.
Typischerweise weist die Deckschicht ein Gesamt-Trockenschicht-Gewicht
von im Bereich von 3 bis 25 g/m2 pro Seite
auf, vorzugsweise im Bereich von 4 bis 15 g/m2 pro
Seite, und insbesondere bevorzugt von etwa 6 bis 12 g/m2 pro
Seite, und das erwähnte Verfahren
kann vorzugsweise zur Herstellung eines Druckbogens wie oben beschrieben
verwendet werden. Entsprechend sind sehr "weiche" Kalander-Bedingungen möglich, während gleichzeitig,
wie oben erwähnt,
ein hoher Glanz erreicht wird, wodurch die Dickgriffigkeit (bulk)
des Papiers erhalten wird, sowie seine Steifheit, und wodurch die
verlangte Porositätsstruktur
ermöglicht
wird.
-
Wie
bereits oben erwähnt,
ist eine zweite Schicht direkt unterhalb der Deckschicht vorhanden.
Entsprechend wird vor dem Auftragen der Deckbeschichtungsschicht,
cc) eine zweite Schicht auf das Substrat aufgetragen, wobei die
besagte zweite Schicht unterhalb der Deckschicht aufweist: einen
Pigmentanteil, wobei dieser Pigmentanteil besteht aus A) 50 bis
100 Teilen im Trockengewicht eines feinen, partikulären Karbonats mit
einer Teilchengrössenverteilung,
sodass mehr als 80% der Teilchen kleiner sind als 1 μm, vorzugsweise mit
einer Teilchengrössenverteilung,
sodass ungefähr
90% der Teilchen kleiner sind als 1 μm, B) 0 bis 50 Teilen im Trockengewicht
eines feinen, partikulären
Kaolins mit einer Teilchengrössenverteilung,
sodass mehr als 50% der Teilchen kleiner sind als 1 μm, vorzugsweise
mit einer Teilchengrössenverteilung,
sodass mehr als 60% der Teilchen kleiner sind als 1 μm, und einem
Bindemittel-Anteil, wobei dieses Bindemittel besteht aus: A') weniger als 20
Teilen im Trockengewicht von Bindemittel und B') weniger als 4 Teilen im Trockengewicht von
Zusatzstoffen. Typischerweise hat die zweite Schicht ein Gesamt-Trockenschicht-Gewicht
von im Bereich von 5 bis 25 g/m2, vorzugsweise
im Bereich von 8 bis 20 g/m2. Wiederum,
wenn das Substrat auf beiden Seiten beschichtet ist, beziehen sich
diese Zahlen auf das Gewicht pro Seite.
-
Wie
auch oben erwähnt,
ist es, gemäss
einer anderen bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, vorteilhaft, eine dritte Schicht unterhalb
der zweiten Schicht vorzusehen. Entsprechend wird, vor dem Auftragen
der zweiten Schicht bb) eine dritte Schicht auf das Substrat aufgetragen,
wobei die besagte dritte Schicht unterhalb der zweiten Schicht aufweist:
AA) 50 bis 100 Teile im Trockengewicht eines partikulären Karbonats
mit einer Teilchengrössenverteilung,
sodass mehr als 70% der Teilchen kleiner sind als 1 μm, vorzugsweise
mit einer Teilchengrössenverteilung,
sodass ungefähr
oder mehr als 80% der Teilchen kleiner sind als 1 μm, und einen
Bindemittel-Anteil,
wobei dieses Bindemittel besteht aus: AA') weniger als 10 Teilen im Trockengewicht
von Bindemittel und BB')
weniger als 4 bis 6 Teilen im Trockengewicht von Zusatzstoffen. Vor
dem Auftragen dieser dritten Schicht oder vor dem Auftragen der
zweiten Schicht, wenn diese dritte Schicht nicht vorhanden ist,
oder vor dem Auftragen der Deckschicht, wenn weder die dritte noch
die zweite Schicht vorhanden sind, ist es möglich, eine oder mehrere Leimungsschichten
auf das unbeschichtete Substrat aufzutragen. Typischerweise hat
der resultierende Druckbogen ein Gesamtgewicht im Bereich von 80
bis 400 g/m2, vorzugsweise von 100 bis 250
g/m2, nach der Beschichtung und dem Trocknungsprozess.
-
Um
die oben genannten Glanzwerte zu erreichen, reicht es normalerweise
aus, im Kalander-Schritt (ff), einen Walzenspalten-Druck von weniger
als 200 N/mm, vorzugsweise im Bereich von 90 bis 110 N/mm anzuwenden.
Im Kalander-Schritt können
mehrere Rollen verwendet werden. Vorteilhafterweise werden 4 oder
weniger verwendet.
-
Weitere
Ausführungsformen
des Verfahrens zur Herstellung eines Druckbogens sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
-
Zusätzlich bezieht
sich die vorliegende Erfindung auf die Verwendung eines Druckbogens,
wie oben beschrieben, in einem Offset-Druck-Prozess.
-
KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN
-
In
den beiliegenden Zeichnungen sind bevorzugte Ausführungsbeispiele
der Erfindung gezeigt, wobei:
-
1 einen
schematischen Teilschnitt durch ein beschichtetes Papier gemäss der vorliegenden
Erfindung zeigt;
-
2 Teilchengrössenverteilungen
von anorganischen, partikulären
Karbonaten;
-
3a) Teilchengrössenverteilung
von anorganischem, partikulärem
Kaolin, b) Teilchengrössenverteilung
von DPP 3710 (festes Kunststoff-Pigment);
-
4a) SEM-Bild (40'000×)
von Beispiel Mill 2 (Mühle
2)
b) SEM-Bild (40'000×) von Beispiel
Pilot 1c
c) SEM-Bild (40'000×) von Beispiel
Pilot 2d
d) SEM-Bild (40'000×) von Beispiel
Pilot 3e
e) SEM-Bild (40'000×) des Vergleichsbeispiels;
-
5 Stickstoff-Intrusions-Messungen
von kumulativen Porengrössen-Verteilungen einiger
der Ausführungsbeispiele
zeigt;
-
6 den
Effekt des Latex-Bindemittel-Anteils auf den polaren Teil der Oberflächenenergie
des Porensystems zeigt;
-
7 die Entwicklung der Klebrigkeit (tack)
von Mineralöl-Modell-Tinte
(mineral oil mode link) auf beschichteten Papieren zeigt, a) Proben
Mill 1 (Mühle
1), Mill 2 (Mühle
2), und Mill 3 (Mühle
3), b) Proben Pilot 1, Pilot 2, Pilot 3, Pilot 4, Pilot 5;
-
8 die Entwicklung der Klebrigkeit (tack)
von Tinte des biologischen Öl-Modells auf beschichteten Papieren
zeigt, a) Proben Mill 1 (Mühle
1), Mill 2 (Mühle
2), und Mill 3 (Mühle
3), b) Proben Pilot 1, Pilot 2, Pilot 3, Pilot 4, Pilot 5; und
-
9 kumulative
Quecksilber-Intrusions-Messungen aller Beispiele, sowie des Vergleichsbeispiels.
-
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER
ERFINDUNG
-
In
Bezug auf die Zeichnungen, welche zum Zweck der Illustration der
vorliegenden bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung und nicht für
den Zweck der Einschränkung
derselben, zeigt 1 einen Schnitt durch ein Papier,
welches ein erstes Beispiel eines Druckbogens gemäss der vorliegenden
Erfindung repräsentiert.
Der Druckbogen weist ein Substrat 5 auf, von welchem nur
der obere Teil in 1 dargestellt ist. Als eine
erste Schicht auf diesem Substrat 5 besteht eine möglicherweise
pigmentierte Leimungsschicht 4, gefolgt von einer dritten
Schicht 3, einer zweiten Schicht 2 und einer Deckschicht 1. 1 zeigt
nur eine der seitlichen Oberflächen
des Druckbogens, wenn der Druckbogen auf beiden Seiten beschichtet
ist, was normalerweise der Fall ist, dann ist die Struktur, welche
in 1 dargestellt ist, auch auf dem unteren Teil des
Druckbogens vorhanden, wobei die Abfolge der Schichten ein Spiegelbild
der in 1 dargestellten Sequenz ist.
-
In
der Folge soll jede der Schichten, sowie ihre Komponenten detaillierter
beschrieben werden, wobei das Verfahren zur Herstellung des Papiers,
sowie die Analyse der Eigenschaften des fertig gestellten Druckbogens
am Schluss präsentiert
werden. Zum Zweck der Illustration der Erfindung werden 10 Beispiele,
sowie ein Vergleichsbeispiel gegeben, welche ein Stand-der-Technik-Glanzpapier
für Offset-Druck
verkörpern.
Als Vergleichsbeispiel ist ein 115 g/m2 Glanzpapier,
welches unter der Marke Magnostar von SAPPI, AT erhältlich ist,
verwendet worden. 5 Beispiele sind unter Verwendung eines Pilot-Beschichters
hergestellt worden (Pilot 1 bis 5), und 5 Beispiele wurden in einer
Mühle produziert
(Mill 1 bis 6). Die 10 Beispiele variieren insbesondere in Bezug
auf die Zusammensetzung der Deckschicht 1, wobei verschiedene
Verhältnisse
von anorganischen Pigmenten zu organischen Pigmenten, sowie verschiedene
Zusammensetzungen von anorganischen Pigmenten und anderen Bindemittel-Anteilen,
verglichen werden, insbesondere in Bezug auf die Eigenschaften des
Set-Offs der Druckfarbe.
-
Deckschicht 1
-
Die
verschiedenen Komponenten der Deckschicht 1 der 10 Beispiele sind
in Tabelle 1 aufgelistet. Alle Zahlen geben Trocken- oder Aktiv-Anteile
an.
| | Mill
1 | Mill
2 | Mill
3 | Pilot
1 | Pilot
2 | Pilot
3 | Plot
4 | Pilot
5 | Mill
6 |
| Pigment-Anteil | | | | | | | | | |
| DPP
3710 | 20 | 10 | 10 | 20 | 0 | 10 | 10 | 5 | 0 |
| Setacarb
HG | 50 | 60 | 60 | 50 | 70 | 60 | 60 | 65 | |
| Amazon | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 |
| RopaqueBC643 | | | | | | | | | 8 |
| VP15 | | | | | | | | | 62 |
| | | | | | | | | | |
| Bindemittel-Anteil | | | | | | | | | |
| Acronal
360D | 16 | 11 | 11 | 16 | 14 | 15 | 12 | 12 | 12 |
| Zusatzstoffe | 0.825 | 1.29 | 1.29 | 0.71 | 0.9 | 0.775 | 1.55 | 1.55 | 2 |
Tabelle 1: Deckschicht-Zusammensetzung
(Mill 1, Mill 6, Pilot 1 ausserhalb der Erfindung)
-
Die
Beispiele Mill 4 und Mill 5 haben dieselbe Deckschicht-Zusammensetzung
wie Mill 2.
-
Pigment Anteil:
-
Setacarb
HG ist ein anorganisches Pigment aus einem feinen, gemahlenen, partikulären Kalziumkarbonat,
mit einer charakteristischen Teilchengrössenverteilung. Die Teilchengrössenverteilung
dieses Pigments ist in 2 dargestellt. 7 bezeichnet
die Verteilung von Setacarb HG. Es ist ersichtlich, dass die Deckschicht-Beschichtungen
gemäss
den vorliegenden Erfindungen durch einen besonders hohen Anteil
sehr feiner anorganischer Pigmente charakterisiert sind, nämlich von
Setacarb HG, welches eine Verteilung aufweist, sodass ungefähr 90% der
Teilchen kleiner sind als 1 μm.
Die sehr feine Teilchenstruktur dieses anorganischen Pigments ist
eines der wichtigen Merkmale, um die Porositätsstruktur gemäss der Erfindung
zu erreichen.
-
Ein
anderes Kalziumkarbonat-Pigment, welches verwendet werden kann,
um das Setacarb HG zu ersetzen, ist VP15, ein fein strukturiertes
Pigment, bei dem die kleinen Teilchen an den grösseren Teilchen anhaften. Es
ist erhältlich
bei Omya, AT.
-
Nebst
dem anorganischen Pigment aus Kalziumkarbonat, liegt auch feines
Kaolin vor, namentlich Amazon, vorzugsweise Amazon 88, Amazon plus
oder Amazon premium. Die Teilchengrössenverteilung dieses Kaolins
ist in 3a) dargestellt. Wiederum, auch
in Bezug auf das Kaolin, sind die Beschichtungen gemäss der Erfindung
durch einen besonders hohen Prozentanteil sehr feinen Kaolins charakterisiert.
-
Zusätzlich enthält der Pigmentanteil
ein organisches Pigment, nämlich
DPP 3710, welches bei The Dow Chemical Company erhältlich ist.
Es ist ein sehr feines, festes, partikuläres Polymer (modifizierter
Polystyrol-Latex), welches erhältlich
ist als eine ungefähr
50%-ige Emulsion in Wasser bei einem pH von 5.5 und einer Brookfield-Viskosität von < 100 mPas. Die durchschnittliche
Teilchengrösse
beträgt
0.142 um, die mittlere Teilchengrösse beträgt 0.14 μm, der Modalwert der Verteilung
(mode of distribution) ist 0.141 μm,
die Standardabweichung der Verteilung beträgt 0.0217 μm, und der Variationskoeffizient
beträgt
15.29%. Die spezifische Form der Verteilung, wie in einem Coulter
LS, Serie 230 Teilchengrössen-Analysegerät gemessen,
ist in 3b) dargestellt.
-
Das
DPP kann durch ein SMI-basiertes, partikuläres Polymer-Pigment ersetzt
werden, vorzugsweise mit einer Glas-Übergangs-Temperatur (glass
transition temperature) im Bereich von 200°C, dann soll vorzugsweise eine
Lösung
von mindestens 45% Feststoff-Anteil, wenn möglich von etwa 50% Feststoff-Anteil
verwendet werden, um einen zu hohen Wasser-Anteil der Beschichtungsformulierung
zu vermeiden. In diesem Fall sollen die durchschnittlichen Teilchengrössen auch
so gewählt
werden, dass sie etwa 0.1 μm
oder bis zu 0.2 μm
betragen.
-
Alternativ
dazu, kann das partikuläre
Pigment vakuolisiert sein, und es kann das Ropaque BC-643 ausgewählt werden.
Dies ist ein Styrol-Acryl-Polymer-Pigment mit einer Teilchengrösse von
0.6 μm und
einem Leervolumen von 43%. Es ist erhältlich bei Rohm and Haas Company,
USA. Insbesondere, wenn für
Papier von tiefer Grammstur verwendet, wird sein Anteil vorzugsweise
auf etwa 15 Teile im Trockengewicht erhöht.
-
Bindemittel Anteil:
-
Alle
die Beschichtungen gemäss
der Erfindung beinhalten Acronal 360D, welches bei BASF, DE erhältlich ist.
Es wird als 50%-ige wässrige
Dispersion (dispersion) eines Copolymers, basiert auf Butylacrylat, Styrol
und Acrylonitril zur Verfügung
gestellt. Als eine weisse Dispersion hat es einen pH-Wert von im
Bereich von 7.5 bis 8.5 und eine scheinbare Viskosität (DIN EN
ISO 2 555) von 250 bis 500 mPas.
-
Die
Zusatzstoffe beinhalten Aufhellungsmittel, Verdickungsmittel, Entschäumungsmittel,
etc. Ihre Zusammensetzung und ihr Anteil kann auf einfache Weise
durch den Fachmann herausgefunden und an die aufkommenden Anforderungen
angepasst werden.
-
Beschichtungslösung:
-
Die
Beschichtungslösung
wird bei einem pH von ungefähr
7 bis 9 aufgetragen, mit einem Feststoff-Anteil im Bereich von 60
bis 70, bei einer Viskosität
wie an die spezifische Maschine angepasst. Die Bedingungen, wie
diese Beschichtung aufgetragen wird, werden weiter unten beschrieben.
-
Zweite Schicht 2
-
Die
verschiedenen Komponenten der zweiten Schicht
2 der 10
Beispiele sind in Tabelle 2 aufgelistet. Alle angegebenen Zahlen
sind Trocken- oder Aktiv-Anteile.
| | Mill
1 | Mill
2 | Mill
3 | Pilot
1 | Pilot
2 | Pilot
3 | Pilot
4 | Pilot
5 | Mill
6 |
| Pigment | | | | | | | | | |
| Century | 25 | 25 | 25 | 25 | 25 | 25 | 25 | 25 | |
| Setacarb
HG | 75 | 75 | 75 | 75 | 75 | 75 | 75 | 75 | 50 |
| CoverCarb75 | | | | | | | | | 50 |
| | | | | | | | | | |
| Bindemittel | | | | | | | | | |
| Latex
SB3 | 11 | 10 | 10 | 11 | 11 | 11 | 11 | 11 | 12 |
| Zusatzstoffe | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 |
Tabelle 2: Zusammensetzung der zweiten
Schicht
-
Die
Beispiele Mill 4 und Mill 5 haben dieselbe Zusammensetzung der zweiten
Schicht wie Mill 2.
-
Pigment Anteil:
-
Setacarb
HG wurde bereits im Zusammenhang mit der Deckschicht diskutiert.
Die sehr feine Teilchenstruktur des anorganischen Pigments Setacarb
HG ist wiederum eines der wichtigen Merkmale, um die Porositätsstruktur
gemäss
der Erfindung zu erreichen. Es kann gezeigt werden, dass die zweite
Schicht das Verhalten der Deckschicht beeinflusst, und somit ist
die Verwendung von feinem, anorganischem Pigment auch in der zweiten
Schicht vorteilhaft.
-
CoverCarb
75 ist ein feines, gemahlenes Kalziumkarbonat, erhältlich bei
Omya, mit einer eher steilen Teilchengrössenverteilung. Ungefähr 80% der
Teilchen sind kleiner als 1 μm.
Es ergibt ein helles (bright) Endpapier und ist billiger als Kaolin,
weshalb es für
den Ersatz des Century-Anteils der Pigmente nützlich ist.
-
Nebst
dem anorganischen Pigment aus Kalziumkarbonat ist, im Fall der Beschichtungen
gemäss
der Erfindung, auch feines Kaolin vorhanden, namentlich Century.
Century ist ein Kaolin mit einer leichten Lamina-Typ-Struktur (lamina
type structure), verglichen mit dem oben erwähnten Amazon-Kaolin. Century
zeigt eine Verteilung, in welcher mehr als 65% der Masse durch Teilchen
mit einem Durchmesser von < 1 μm gegeben
sind, und 47% der Masse durch Teilchen mit einem Durchmesser von < 0.6 μm gegeben
sind.
-
Bindemittel Anteil:
-
Rhodopas
SB 083 ist eine Styrol-Butadien-Latex-Emulsion in Wasser mit einem Feststoff-Anteil
von ungefähr
50% und einem pH-Wert von ungefähr
5.5. Es ist bei Rhodia, FR, erhältlich.
-
Die
Zusatzstoffe beinhalten Aufhellungsmittel, Verdickungsmittel, Entschäumungsmittel,
etc. Ihre Zusammensetzung und ihr Anteil kann auf einfache Weise
durch den Fachmann herausgefunden und entsprechend den aufkommenden
Bedürfnissen
angepasst werden.
-
Dritte Schicht 3
-
Die
verschiedenen Komponenten der dritten Schicht
3 der 10
Beispiele sind in Tabelle 3 aufgelistet. Alle angegebenen Zahlen
sind Trocken- oder Aktiv-Anteile.
| | Mill
1 | Mill
2 | Mill
3/6 | Pilot
1 | Pilot
2 | Pilot
3 | Pilot
4 | Pilot
5 |
| Pigment | | | | | | | | |
| HC
75 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 |
| HCover
Carb | 70 | 70 | 70 | 70 | 70 | 70 | 70 | 70 |
| | | | | | | | | |
| Bindemittel | | | | | | | | |
| Latex
SB 083 | 8 | 8 | 8 | 8 | 8 | 8 | 8 | 8 |
| Zusatzstoffe | 5.7 | 5.7 | 5.7 | 5.7 | 5.7 | 5.7 | 5.7 | 5.7 |
Tabelle
3: Zusammensetzung der dritten Schicht
-
Die
Beispiele Mill 4 und Mill 5 haben dieselbe Zusammensetzung der dritten
Schicht wie Mill 2.
-
Pigment-Anteil:
-
Die
Teilchengrössenverteilung
von Cover Carb 75 ist in 2 dargestellt, es ist ein anorganisches
Pigment aus feinem, gemahlenem, partikulärem Kalzium. Hydrocarb HC 75
ist ein anorganisches Kalziumkarbonat-Pigment. 50% der Teilchen
dieses Pigments sind kleiner als 1 μm und ca. 30% der Partikel sind
kleiner als 0.5 μm.
-
Betreffend
den Bindemittel-Anteil, beinhalten auch hier die Zusatzstoffe Aufhellungsmittel,
Verdickungsmittel, Entschäumungsmittel,
etc. Ihre Zusammensetzung und ihr Anteil kann durch den Fachmann
auf einfache Art herausgefunden und entsprechend den aufkommenden
Bedürfnissen
angepasst werden.
-
Anwendung der Beschichtungen
-
Auf
dem Substrat
5, welches ein standardmässiges faseriges Papiernetz
(paper web) sein kann, wird normalerweise zuerst eine Leimungsschicht
unter Verwendung von standardmässigen
Beschichtungstechniken aufgetragen (vorzugsweise Rakel, es sind
aber auch kontaktlose Verfahren möglich). Auch die Beschichtungen,
welche die dritte Schicht
3 und die zweite Schicht
2 hervorbringen,
werden auf das Substrat aufgetragen, indem standardmässige Beschichtungstechniken
(vorzugsweise Rakel) verwendet werden. Zwischen den verschiedenen
Beschichtungsprozessen ist normalerweise kein Kalandern nötig. Für keine
der Beschichtungen, die in den Beispielen gegeben sind, wurde Kalandern
zwischen den Auftragungen der Beschichtungen angewandt. Die Bedingungen
für das
Auftragen der oberen Beschichtung, der Deckschicht
1, sind
für die
10 Beispiele zusammen mit den Kalander-Bedingungen in Tabelle 4
zusammengefasst. Grundsätzlich
werden auch für
die Deckschicht standardmässige
Beschichtungstechniken verwendet:
| | | Mill
1 | Mill
2 | Mill
3 | Pilot
1 |
| Rakel | | starr | starr | starr | gebogen |
| Anwendungsmasse
(application mass) | g.m-2
bd | 8 | 8 | 8 | 8 |
| Trocknung | Sorte | ir/af/cil | ir/af/cil | ir/af/cil | ir/af/cil |
| Geschwindigkeit | m/min | 1200 | 1150 | 1050 | 900 |
| Filter-Beschichtung | μm | 150 | 150 | 150 | 80 |
| | | | | | |
| S-Kalander-Belastung | N/mm | 110 | 110 | 110 | 110 |
| Walzenspalten | Walzenspalten/Rollen | 3/8 | 2/6 | 3/8 | 2/11 |
| Geschwindigkeit | m/min | 800 | 800 | 800 | 300 |
| Temperatur | °C | 60 | 60 | 60 | 60 |
| | | Pilot
2 | Pilot
3 | Pilot
4 | Pilot
5 | Pilot
6 |
| Rakel | | gebogen | gebogen | starr | starr | starr |
| Anwendungsmasse
(application mass) | g.m-2
bd | 8 | 8 | 9 | 9 | 7–7.5 |
| Trocknung | Sorte | ir/af/cil | ir/af | ir/af | ir/af | ir/af/cil |
| Geschwindigkeit | m/min | 900 | 900 | 1600 | 1600 | 1100 |
| Filter-Beschichtung | μm | 80 | 80 | 80 | 80 | 150 |
| | | | | | | |
| S-Kalander-Belastung | N/mm | 110 | 110 | 110 | 110 | 110 |
| Walzenspalten | Walzenspalten
/ Rollen | 2/11 | 2/11 | 2/7 | 2/7 | 3/8 |
| Geschwindigkeit | m/min | 300 | 300 | 300 | 300 | 800 |
| Temperatur | °C | 60 | 60 | 60 | 60 | 90 |
Tabelle
4: Bearbeitungs-Parameter für
die Deckschicht
-
Die
Bearbeitung von Mill 4 und Mill 5 ist identisch zu der Bearbeitung
von Mill 2.
-
Im
Zusammenhang mit dem Trocknungs-Schritt, steht ir für Infrarot,
af steht für
Tragfläche
(air foil), und cil steht für
im Inneren geheizter Trocknungs-Zylinder (internally heated drying
cylinder). Bd steht für
knochentrocken (bone dry). Wie man sehen kann, wird das Netz bei
hohen Geschwindigkeiten von normalerweise über 900 m/min beschichtet.
Im Fall von Walzenspalten, steht z. B. 2/8 für einen Stapel von 8 Rollen,
wobei nur zwei Walzenspalten verwendet werden.
-
Wenn
das Kalandern ausgeführt
wird, geschieht dies unter sehr weichen Bedingungen, d. h. die Temperaturen
der Rollen werden bei ungefähr
60 Grad Celsius gehalten (normalerweise sind, entsprechend dem Stand
der Technik, mehr als 80 Grad nötig,
um den Glanz zu erreichen) und die Belastung auf den Kalander-Rollen,
sowie ihre Anzahl wird tief gehalten, namentlich beträgt die S-Kalander-Belastung
ca. 110 N/mm, wobei nur 2 oder 3 Walzenspalten verwendet werden,
während
typische Werte für
Glanzpapier gemäss
dem Stand der Technik im Bereich von mehr als 230 N/mm, liegen,
wobei normalerweise 10 Walzenspalten verwendet werden.
-
Eigenschaften des resultierenden Druckpapiers
-
4 zeigt SEM-Bilder der Beschichtungen
einiger der Beispiele, unter Verwendung eines Vergrösserungsfaktors
von 40'000× (a: Mill
2, b: Pilot 1, c: Pilot 2, d: Pilot 3), sowie des Vergleichsbeispiels.
Aus diesen Bildern ist klar ersichtlich, dass die Beschichtung gemäss der Erfindung
(4a bis d) eine sehr spezifische Oberflächenstruktur
zeigt, welche viel feiner ist, und insbesondere in den Fällen, in
denen das organische Pigment vorhanden ist (4a,
b, d), kann man die sehr kleinen, kugelförmigen (sphere-shaped) organischen Pigment-Teilchen,
eingebettet zwischen den zufällig
geformten Teilchen des anorganischen Pigments, erkennen. Aber auch
im Fall, wo kein organisches Pigment vorhanden ist (4c)
lässt sich
eine viel feinere und porösere
Struktur beobachten. Von einem rein visuellen Gesichtspunkt ist
es bereits offensichtlich, dass es einen grossen Unterschied gibt,
zwischen einer Beschichtung gemäss
dem Stand der Technik (Vergleichsbeispiel) und einer Beschichtung
gemäss
der vorliegenden Erfindung, wobei der Unterschied die viel feinere,
poröse
Struktur in den Beschichtungen gemäss der Erfindung besteht. Allgemein
kann man deshalb sagen, dass es ein Vorsatz dieser Offenbarung ist,
Schutz für
eine Oberflächenstruktur
zu erlangen, wie sie in einer der 4a–d unabhängig von
dem zugrunde liegenden Herstellungsverfahren und den zugrunde liegenden
Materialien, ersichtlich ist. Die SEM-Bilder wurden unter Verwendung
des folgenden SEM-Apparats gemacht: Philips Typ SEM 501B, bei einer
Vergrösserung
von 40'000×.
-
Um
diese spezifische Struktur zu quantifizieren, zeigt 5 kumulative
Porosität
in cm3/g (Papier) als eine Funktion der
Porenweite, wie sie durch Flüssigstickstoff-Intrusions-Messungen
(liquid nitrogen intrusion measurements) gemessen wurde. 13 bezeichnet
das Beispiel Mill 2, 14 bis 16 bezeichnen Pilot
1, bzw. Pilot 2, bzw. Pilot 3, und 17 bezeichnet das Vergleichsbeispiel.
Der sehr grosse Unterschied in kumulativem, zugänglichem Porenvolumen von Poren,
welche kleiner sind als, zum Beispiel 100 nm, oder kleiner als 150
nm oder kleiner als 200 nm, ist klar ersichtlich. Diese Porosität scheint
ein Schlüssel
zum möglichen
Set-Off-Verhalten der Druckfarbe zu sein. Die Porosität ist unter
Verwendung eines Flüssigstickstoff-Intrusions-Porositäts-Analysegerät, erhältlich von
Micromeritics, USA, Typ ASAP 2400, bei einer Messtemperatur von
77 Grad Kelvin, gemessen worden.
-
Die
Eigenschaften des Papiers sollen durch die Auflistung der verschiedenen
Beispiele in Tabelle 5 weiter dargestellt werden:
| | Mill 1 | Mill 2 | Mill 3 | Mill 4 | Mill 5 |
| | ws | fs | ws | fs | ws | fs | ws | fs | ws | fs |
| Analyse
R&D | | | | | | | | | | |
| Rohpapier
(g/m2) | NA | 98.4 | NA | NA | NA |
| Beschichtetes
Papier | 116.4 | 113.9 | 113.8 | 116 | 115 |
| Dicke
(μm) | 91 | 95.7 | 96 | NA | NA |
| Rauhheit
PPS (μm) | 0.66 | 0.63 | 0.90 | 0.99 | 0.87 | 0.88 | 0.82 | 0.87 | 0.91 | 0.82 |
| Tappi
75° Glanz
(%) | 78.9 | 82.9 | 76,4 | 76 | 78.7 | 77.4 | 76 | 76 | 76 | 75 |
| DIN
75° Glanz
(%) | 56.8 | 63.5 | 50.9 | 48.3 | 50.4 | 48.5 | 51 | 52 | 44 | 47 |
| DIN
45° Glanz
(%) | 17.3 | 27.9 | 16.4 | 15.6 | 17.5 | 17.3 | NA | NA | NA | NA |
| Tappi
75° Druckglanz (%) | 78.6 | 79.6 | 77.1 | 80.2 | 80.3 | 80.6 | NA | NA | NA | NA |
| DIN
75° Druckglanz (%) | 36.6 | 38.6 | 37.5 | 40.3 | 34.5 | 35.2 | NA | NA | NA | NA |
| DIN
45° Druckglanz (%) | 21.1 | 23.9 | 22 | 24.8 | 20.2 | 21 | NA | NA | NA | NA |
| Volumen
(cm3/g) | 0.85 | 0.84 | 0.84 | 0.86 | 0.85 |
| | | | | | | | | | | |
| Set-off
Skinnex 800 | | | | | | | | | | |
| 15
sec | 0.68 | 0.66 | 0.46 | 0.54 | 0.39 | 0.51 | 0.42 | 0.34 | 0.51 | 0.49 |
| 30
sec | 0.35 | 0.32 | 0.07 | 0.11 | 0.16 | 0.13 | 0.27 | 0.20 | 0.16 | 0.18 |
| 60
sec | 0.1 | 0.08 | 0.01 | 0.01 | 0.03 | 0.03 | 0.09 | 0.09 | 0.01 | 0.02 |
| 120
sec | 0.04 | 0.03 | 0 | 0 | 0.01 | 0.01 | 0.03 | 0.01 | 0.00 | 0.00 |
| | Pilot 1 | Pilot 2 | Pilot 3 | Pilot 4 | Pilot
5 |
| | ws | fs | ws | fs | ws | fs | ws | fs | ws | fs |
| Analyse
R&D | | | | | | | | | | |
| Rohpapier | | | | | |
| Beschichtetes
Papier (g/m2) | 118.1 | 120.0 | 117.8 | 116.3 | 126.0 |
| Dicke
(μm) | 9 | 5 | 9 | 5 | 9 | 6 | 9 | 2 | 9 | 3 |
| Rauhheit
PPS (μm) | 0.70 | 0.81 | 0.79 | 1.22 | 0.74 | 0.9 | 0.68 | 0.71 | 0.58 | 0.62 |
| Tappi
75° Glanz
(%) | 83.8 | 83.4 | 75.1 | 75.1 | 80.1 | 80.3 | 79.7 | 80.8 | 78.8 | 81 |
| DIN
75° Glanz
(%) | 60.5 | 56.3 | 53.1 | 50.7 | 58.0 | 56.7 | 56.3 | 48.7 | 59.7 | 53.1 |
| DIN
45° Glanz
(%) | 27.3 | 22.2 | 15.7 | 13.3 | 21.6 | 18.9 | 19.7 | 17.0 | 20.0 | 17.3 |
| Tappi
75° Druckglanz (%) | 88.6 | 88.5 | 89.5 | 89.3 | 90.7 | 90.9 | 84.2 | 83.5 | 83.2 | 83.6 |
| DIN
75° Druckglanz (%) | 48.4 | 46.6 | 49.5 | 47.1 | 49.9 | 48.8 | 36.4 | 29.5 | 37.6 | 37.1 |
| DIN
45° Druckglanz (%) | | | | | | | 21.4 | 16.4 | 22.4 | 22.4 |
| | | | | | | | | | | |
| Set-off
Skinnex 800 | | | | | | | | | | |
| 15
sec | 0.66 | 0.71 | 0.97 | 0.95 | 1.15 | 1.33 | 0.65 | 0.64 | 0.63 | 0.94 |
| 30
sec | 0.27 | 0.36 | 0.43 | 0.49 | 0.54 | 0.62 | 0.23 | 0.22 | 0.25 | 0.20 |
| 60
sec | 0.05 | 0.05 | 0.12 | 0.18 | 0.11 | 0.15 | 0.03 | 0.03 | 0.03 | 0.06 |
| 2c | 0.01 | 0.01 | 0.01 | 0.02 | 0.02 | 0.02 | 0.01 | 0.01 | 0.0 | 0.02 |
| | Vergleichsbeispiel | Mill 6 |
| | ws | fs | ws | fs |
| Analyse
R&D | | | | |
| Rohpapier | | |
| Beschichtetes
Papier (g/m2) | 117.5 | 116.1 |
| Dicke
(μm) | 86 | 100 |
| Rauhheit
PPS (μm) | 0.74 | 0.78 | 0.73 | 0.69 |
| Tappi
75° Glanz
(%) | 75.2 | 73.0 | 69.5 | 70.8 |
| DIN
75° Glanz
(%) | 53.9 | 48.5 | 49 | 49.9 |
| DIN
45° Glanz
(%) | 19.2 | 15.7 | 12.6 | 14.1 |
| Tappi
75° Druckglanz
(%) | 81.5 | 81 | 85.3 | 83.6 |
| DIN
75° Druckglanz
(%) | 40.1 | 39.9 | | |
| DIN
45° Druckglanz
(%) | 22.9 | 21.2 | | |
| | | | | |
| Set-off
Skinnex 800 | | | | |
| 15
sec | 0.82 | 0.67 | 0.5 | 0.56 |
| 30
sec | 0.44 | 0.38 | 0.14 | 0.18 |
| 60
sec | 0.13 | 0.1 | 0.01 | 0.01 |
| 120
sec | 0.02 | 0.01 | 0 | 0 |
Tabelle
5: Eigenschaften der Beispiele und des Vergleichsbeispiels
-
WS
steht für
Siebseite (wire side), FS für
Filzseite (felt side) des Beispiels. NA bezeichnet, dass diese Werte
nicht gemessen wurden.
-
Zum
Vergleich aller Experimente wurden Papiere mit einem Papiergewicht
von ungefähr
115 g/m2 verwendet. Der Schutzbereich der
Erfindung ist aber nicht auf dieses Gewicht beschränkt. Wie
bereits von der Dicke des resultierenden Papiers in μm gesehen
werden kann, gibt es einen bedeutenden Unterschied zwischen dem
Vergleichsbeispiel und den anderen Beispielen gemäss der Erfindung,
indem bei gleichem Papiergewicht die Papiere gemäss der Erfindung dicker sind
als das Vergleichsbeispiel. Dies wird entsprechend auch im Volumen,
wie mit cm3/g bezeichnet, widergespiegelt,
welches die Umkehrung der Dichte ist und für die Dickgriffigkeit (bulk)
steht. Das Volumen der Beispiele gemäss der Erfindung ist generell
grösser
als das des Vergleichsbeispiels, die Dickgriffigkeit (bulk) ist
daher hochwertiger im Vergleich zum Stand der Technik.
-
Wenn
man die Rauhheit in PPS (Parker Print Surface Werte) in μm ansieht,
sind beinahe alle Beispiele innerhalb der Zielwerte, das heisst,
dass PPS kleiner sein soll als 1 μm.
-
Auch
die Glanzwerte, für
welche die Zielwerte als TAPPI 75 Deg grösser als 75% und DIN 75 Deg grösser als
45% definiert wurden, können
trotz des wenigen Kalanderns für
alle Beispiele erreicht werden. Im Allgemeinen ist der Glanz hochwertiger
im Vergleich zum Vergleichsbeispiel. Der Glanz wurde unter Verwendung
des folgenden Glanz-Analysegeräts
gemessen: Lehman Typ LGDL-05.3/LTML-01.
-
Was
am meisten auffällt,
ist das hochwertigere Set-Off-Verhalten der Tinte, wie unter Verwendung
eines Modell-Tintentyps Skinnex 800 gemessen (Prüfbau Druckbarkeitstest-Ausrüstung, um
z. B. Set-Off-Verhalten zu messen). Im Allgemeinen ist das Ziel
für eine
Zeit von 30 Sekunden, ein Set-Off von weniger als 0.30 zu haben.
Offensichtlich ist dies nicht der Fall für einige der in Tabelle 5 aufgelisteten
Beispiele, wobei der Grund dafür
der unterschiedliche Bindemittel-(Latex-)Anteil ist. Der Bindemittel-Anteil
kann zur Anpassung des Set-Offs der Tinte verwendet werden. Je mehr
Bindemittel in der oberen Beschichtung vorhanden ist, desto weniger
apolar wird die Oberfläche,
trotz der Tatsache, dass die Porosität ungefähr gleich bleibt, sofern diese mit
den hier gezeigten Methoden gemessen werden kann. Wenn die Oberfläche jedoch
zu polar wird, können die
normalerweise apolaren Off-Set-Tinten nicht mehr in die Poren eindringen,
was zu höheren
Set-Off-Werten führt.
-
Da
normalerweise zusätzliche
Tenside (surfactants) in den Latex-Dispersionen vorhanden sind,
um diese Dispersionen zu stabilisieren, kann der oben erwähnte Effekt,
durch den die Oberfläche
polarer gemacht wird, auch mindestens teilweise durch diese Tenside
(surfactants) verursacht werden.
-
Die
Beziehung zwischen der Polarität
der Oberfläche
und dem Latex-Bindemittel-Anteil
ist in 6 dargestellt, und es ist klar ersichtlich, dass
je höher
der Latex-Bindemittel-Anteil,
desto höher
der polare Anteil der Oberflächenenergie.
Es wurde eine lineare Beziehung zwischen diesen beiden Grössen festgestellt.
Entsprechend ist es für
eine apolare Offset-Tinte weniger einfach, in die Poren einzudringen,
je höher
der polare Anteil der Oberflächenenergie
ist. Die Daten von 6 sind unter Verwendung eines
Fibrodat-Analysegeräts gemessen
worden (Fibrodat-Analysegerät:
Fibro Systems AB, Sweden, Typ Data 1100).
-
Im
Allgemeinen zeigen alle Beispiele ein gutes Druckverhalten, d. h.
eine gute Ausreiss-Festigkeit (pick
resistance), eine tiefe Fleckung (mottle), tiefes Brünieren (burnishing),
etc.
-
Um
diese Erkenntnis zu unterstützen,
sind in 7 und 8 zusätzliche
Klebrigkeits-Messungen
(tack measurements) für
auf Mineralöl
basierender Tinte (7) und für auf biologischem Öl basierender
Tinte (8) dargestellt. Im Fall von
Klebrigkeits-Messungen
misst man die Endsumme der drei Kräfte der Tinte als f(Zeit),
wenn die Tinte allmählich
in der Papierbeschichtung aufgesogen wird: Adhäsion der Tinte bei der Zuführrolle
(feeding roll), Kohäsion
in der Tinte und Adhäsion
der Tinte am Papier. Adhäsion
und Kohäsion
sind klar verwandt mit der Oberflächenenergie und den Viskositäts-Eigenschaften.
Tinten-Komponenten sind Pigment + Harz und ein Ölträger-System (oil carrier system), bestehend
aus Mineral-(=relativ apolar) und biologischem (=relativ polar) Öl. Tests
sind mit zwei Modell-Tinten durchgeführt worden, wobei einer nur
Mineralöl
als Träger
(7), und einer nur biologisches Öl (8) hatte. In den Diagrammen (graphs) kann
man einen Verhaltensunterschied zwischen einerseits Papieren einer
Serie (7b und 8b) Pilot
4 und Pilot 5 (weniger Bindemittel Acronal S360 D=relativ polar)
gegenüber
Pilot 1, Pilot 2, Pilot 3 (viel mehr Bindemittel) und andererseits
Papieren der anderen Serie (7a und 8a)
Mill 2 und Mill 3 (weniger Bindemittel) gegenüber Mill 1 (viel Bindemittel)
erkennen: mit viel Bindemittel sind die Diagramme immer klar "langsamer" als mit weniger Bindemittel,
wobei die Unterschiede im Fall von biologischem Öl klar noch grösser sind.
Die Klebrigkeit (tack) wurde unter Verwendung des folgenden Klebrigkeits-Apparats
(tack apparatus) gemessen: Ink/Surface Interaction tester, Segan
Ltd.
-
Je
mehr Latex in der Beschichtung vorhanden ist, desto höher ist
der polare Bestandteil der Oberflächenenergie.
-
Zum
Zweck des Vergleichs zeigt 9 Quecksilber-Intrusions-Porositäts-Messungen
der Beispiele, sowie des Vergleichsbeispiels, und eines Substrats
mit einer Leimungsschicht und einer dritten Schicht. Quecksilber-Intrusions-Messung
von Pososität
unterscheidet sich von der oben erwähnten Flüssigstickstoffs-Intrusions-Messung, indem viel
mehr Druck angewandt wird, insbesondere im Bereich, wo die Porendurchmesser
weniger als 1 μm
betragen. Entsprechend, da das Papier in dieser Region stärker beansprucht wird,
weichen die Resultate von denen, die mit Flüssigstickstoff-Messungen erhalten
wurden, ab. Wie aber aus 9 erkennbar ist, sind die Porositäts-Eigenschaften
des unbeschichteten Substrats 26 erheblich verschieden
von den Eigenschaften der beschichteten Papiere. Zusätzlich zeigt
das Vergleichsbeispiel 17 klar eine kumulative Porosität unterhalb
von 0.1 μm,
was erheblich tiefer ist als diejenige der Beispiele 28 (Mill
1), 13 (Mill 2), 30 (Mill 3), 14 (Pilot
1), 15 (Pilot 2), 16 (Pilot 3), 29 (Pilot
4) und 25 (Pilot 5). Wenn das Papier gemäss der vorliegenden
Erfindung unter Verwendung von Quecksilber-Intrusions-Messungen als Referenz
charakterisiert wird, könnten
sie als Papiere charakterisiert werden, die eine kumulative Porosität für Porengrössen bis
100 nm von mehr als 30 μl/g
(Papier), oder sogar mit kumulativer Porosität für Porengrössen bis 100 nm von mehr als
40 μl/g
(Papier), wenn Quecksilber-Intrusions-Messungen angewandt werden.
Auch klar aus 9 ersichtlich ist die Tatsache,
dass das Vorhandensein eines Bindemittels die Porositäts-Eigenschaften
in dieser Region von kleinen Poren auf nicht messbare Art unwesentlich
verändert.
Dies kann zum Beispiel gesehen werden, wenn das Beispiel Pilot 3,
mit Bezugszeichen 15 versehen, welches einen DPP 3710-Gehalt
von 10 Teilen aufweist, bei einem Bindemittel-Anteil von 15 Teilen,
vergleicht mit Mill 2, Mill 3 oder Pilot 4, mit Bezugszeichen 13, 30 und 24 versehen,
bzw. welche alle einen DPP 3710-Gehalt
von 10 Teilen und einem Bindemittel-Anteil von 11 bis 12 Teilen
aufweisen. Die Quecksilber-Intrusions-Porosität wurde gemessen, indem ein
Hg-Intrusions-Porositäts-Analysegerät (Hg-intrusion
porosity analyzer) verwendet wurde: Quecksilberporosimeter Micromeritics
AutoPore IV 9500.
-
- 1
- Deckschicht
- 2
- zweite
Schicht
- 3
- dritte
Schicht
- 4
- Leimungsschicht
- 5
- Substrat
- 6
- erste
Seite des Druckbogens/Substrates
- 7
- Setacarb
HG
- 9
- CC75
(Cover Carb)
- 12
- Amazon
- 13
- Mill
2/Mühle
2
- 14
- Pilot
1
- 15
- Pilot
3
- 16
- Pilot
2
- 17
- Vergleichsbeispiel
- 18
- Mill
1/Mühle
1 (adhäsionsfähige Mineralöl-Tinte
(tack mineral ink oil))
- 19
- Mill
2/Mühle
2 (adhäsionsfähige Mineralöl-Tinte
(tack mineral ink oil))
- 20
- Mill
3/Mühle
3 (adhäsionsfähige Mineralöl-Tinte
(tack mineral ink oil))
- 21
- Pilot
1 (adhäsionsfähige Mineralöl-Tinte
(tack mineral ink oil))
- 22
- Pilot
2 (adhäsionsfähige Mineralöl-Tinte
(tack mineral ink oil))
- 23
- Pilot
3 (adhäsionsfähige Mineralöl-Tinte
(tack mineral ink oil))
- 24
- Pilot
4 (adhäsionsfähige Mineralöl-Tinte
(tack mineral ink oil))
- 25
- Pilot
5 (adhäsionsfähige Mineralöl-Tinte
(tack mineral ink oil))
- 26
- Substrat
nur mit Leimungsschicht und dritter Schicht
- 27
- Pilot
5
- 28
- Mill
1/Mühle
1
- 29
- Pilot
4
- 30
- Mill
3/Mühle
3