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Diese
Erfindung betrifft ein Druckpapier und mehr spezifisch ein Tintenstrahl-Druckpapier.
Diese Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung
eines Druckpapiers, insbesondere eines Tintenstrahl-Druckpapiers
(sogenanntes Tintenstrahlpapier).
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Weil
immer mehr Tintenstrahldrucker verwendet werden, gibt es bezüglich der
Eigenschaften von Druckpapieren zunehmende Erfordernisse. Druckpapiere
dieser Art umfassen allgemein einen Träger, der üblicherweise ein Träger aus
einer Papierpulpe, ein sogenanntes Basispapier ist, und darüber angeordnet
eine Absorptionsschicht. Die Funktion der Absorptionsschicht besteht
darin, die Farbe von dem Farbstrahl des Tintenstrahldruckers zu empfangen
und die Flüssigkeit
in der Drucktinte zu absorbieren, so daß die Farbpigmente der Drucktinte auf
der Oberfläche
des Druckpapiers verbleiben, das ein scharfes Bild bildet. Aufgrund
der Erfordernisse bezüglich
der Absorptionsschicht hat sich die Entwicklungsarbeit bezüglich Druckpapieren
insbesondere auf die Entwicklung der Absorptionsschichtmaterialien
und der Verteilverfahren konzentriert. Obwohl die Schicht auf der
oberen Seite des Trägers
als Absorptionsschicht bezeichnet werden kann, kann sie häufig aus
zwei oder mehr Teilschichten bestehen, die sich voneinander bezüglich ihrer
Zusammensetzung und/oder der Stufe, bei der sie verteilt werden,
unterscheiden, und die eine unterschiedliche Funktion im Druckpapier
aufweisen.
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Ein
lange bekanntes Verfahren zur Erzeugung von Druckpapier besteht
darin, eine wäßrige Lösung oder
wäßrige Dispersion
des Absorptionsmaterials auf den Träger unter Anwendung des bekannten
Beschichtungsverfahrens zu bürsten,
und nach dem Trocknen bildet die wäßrige Lösung oder Dispersion eine Absorptionsschicht
oberhalb des Trägers.
Ein Druckpapier, das auf diese Weise erzeugt ist, wird beispielsweise
in der Veröffentlichung
EP-650
850 präsentiert.
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Versuche
zur Vermeidung des Trocknens wurden durchgeführt, indem das Material der
Absorptionsschicht so ausgewählt
wird, daß es
durch Verwendung einer Extrusionsbeschichtungstechnik aufgetragen
werden kann, wobei es anstelle der Trocknung ausreicht, die Schicht,
die in flüssiger Form
verteilt worden ist, abzukühlen.
In diesem Fall ist das Grundrohmaterial der Absorptionsschicht ein Polymer,
das im geschmolzenen Zustand verteilt wird und nach dem Kühlen die
Absorptionsschicht bildet. Die Veröffentlichungen
EP-1
018 438 und
WO 01/62510 präsentierten
beispielsweise die Bildung einer Absorptionsschicht, beispielsweise
aus extrudierbarem Polyvinylalkohol, indem die Extrusionsschichtungstechnik
angewandt wird. Wenn ein Polymer, das durch Extrusion verteilt werden
kann, verwendet wird, ist das Ergebnis eine hydrophile Absorptionsschicht,
in die Pigmente gemischt sein können.
Es wird in den gleichen Veröffentlichungen
erwähnt,
daß oberhalb
der bei der Extrusionsstufe verteilten Schicht eine dünnere obere
Beschichtungsschicht, umfassend Pigment und Bindemittel, verteilt werden
kann, wobei die Schicht zunächst
den Tintenstrahl des Druckers empfängt und wobei auf dieser Schicht
das Bild des Farbpigments gebildet wird. Mit einer getrennt verteilten
Oberbeschichtungsschicht können
die Oberflächeneigenschaften
(Glätte, Glanz)
des Druckpapiers geeignet gemacht werden. In der Veröffentlichung
EP-1
018 438 wird beispielsweise präsentiert, daß zur Vermeidung
der Verschlechterung des Glanzes ein Maximum von bis zu ungefähr 10 Gew.%
an Pigmenten vorhanden sein können,
berechnet vom Trockengewicht in der oberen Beschichtungsschicht,
die in der wäßrigen Phase verteilt
ist. Gemäß dieser
Veröffentlichung
kann die Anzahl der Pigmente nur größer sein, wenn Pigmente mit
einer organischen Beschichtung in dem Nanometerbereich verwendet
werden.
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Die
Pigmente der oberen Beschichtungsschicht verbessern das Absorptionsvermögen der Schicht
im Vergleich zu Bindemitteln alleine, die auf der anderen Seite
einen besseren Glanz ergeben. Angesichts des Bedürfnisses für den Tintenstrahldruck wäre die optimale
Lösung
ein Druckpapier, dessen Oberfläche
eine gute Wasser-Absorptionsfähigkeit,
Glanz und Glätte
aufweist.
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Das
Ziel der Erfindung liegt darin, ein Druckpapier anzugeben, das durch
Anwendung der Extrusionsbeschichtungstechnik erzeugt ist und gute Oberflächeneigenschaften
aufweist. Der Zweck dieser Erfindung liegt ebenfalls darin, ein
Verfahren anzugeben, durch das es möglich ist, Druckpapier zu erzeugen,
das einen hohen Glanz und Glätte
aufweist. Zur Lösung
dieses Ziels ist entsprechend dieser Erfindung ein Druckpapier durch
den kennzeichnenden Teil des beigefügten Patentanspruchs 1 gekennzeichnet.
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Hydrophile
Polymere, die in geschmolzenem Zustand extrusionsfähig sind,
wie zum Beispiel Polyvinylalkohol, sind nicht genügend glänzend, und
sie können
Oberflächenmängel aufweisen,
so daß es aus
diesem Grund ratsam ist, die Oberfläche durch Verwenden einer pigmenthaltigen
wäßrigen Lösung aus
einem Bindemittel zu bearbeiten, die auf der oberen Seite der Absorptionsschicht
verteilt wird.
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Wenn
eine große
Menge an kolloidalem Silica als Pigment in der oberen Beschichtungsschicht oberhalb
der Absorptionsschicht, die durch Extrusion aufgetragen wird, verwendet
wird, werden ein guter Glanz, Glätte
und Absorptionsvermögen
für die Oberfläche erhalten.
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Nachfolgend
wird diese Erfindung detailliert unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung
erläutert,
die einen Querschnitt des Druckpapiers darstellt.
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Die
Zeichnung präsentiert
ein druckfertiges Druckpapier, umfassend einen Träger 1,
der als Trägerstruktur
des Papiers fungiert. Oberhalb der Trägerschicht ist eine Absorptionsschicht 2 als
Extrusionsbeschichtung verteilt, die aus einem flüssigen Polymermaterial
erzeugt ist. In der Absorptionsschicht auf der Seite des Trägers 1 kann
eine spezielle Teilschicht 2a vorhanden sein, die ebenfalls
aus einem in flüssiger
Form verteilter Polymer gebildet ist und in der Zeichnung von dem
Rest der Absorptionsschicht durch eine gestrichelte Linie getrennt
ist. Diese Teilschicht 2a fixiert tatsächlich die Absorptionsschicht 2 an
dem Träger,
und deren Bedeutung wird später
erläutert.
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Auf
der Oberfläche
der Absorptionsschicht ist eine Oberflächen- oder obere Beschichtungsschicht 3 verteilt.
Die obere Beschichtungsschicht kann in der Form einer Zusammensetzung
auf Wasserbasis verteilt werden, die nachfolgend in größerem Detail
beschrieben wird. Die obere Beschichtungsschicht 3 kann
ebenfalls in mehreren aufeinanderfolgenden Stufen verteilt werden.
Teilschichten der oberen Beschichtungsschicht, die in aufeinanderfolgenden
Verteilungsstufen gebildet sind, werden in der Zeichnung durch die
Bezugszeichen 3a, 3b und 3c dargestellt.
Die Zusammensetzungen der jeweiligen Teilschichten der oben Beschichtungsschicht können variieren,
und insbesondere kann die oberste Teilschicht 3c, die die äußere Oberfläche des
bearbeiteten Druckpapiers bildet, mit dem die Drucktinte zuerst
beim Tintenstrahldruck in Kontakt gelangt und auf der das Bild gebildet
wird, so erzeugt werden, daß sie
eine unterschiedliche Zusammensetzung aufweist. Die obere Beschichtungsschicht 3 ist üblicherweise
ausgedrückt
in Gramm dünner
als die Absorptionsschicht 2, die durch Extrusion verteilt
ist. Die möglichen
Verfahren zum Verteilen der oberen Beschichtungsschicht werden nachfolgend
diskutiert.
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Unterschiedliche
Materialien, die bei der Herstellung des Druckpapiers verwendet
werden können,
werden nachfolgend diskutiert.
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Die
obere Beschichtungsschicht 3 fungiert als Schicht, die
die Tinte (Tintenaufnahmeschicht) in dem bearbeiteten Druckpapier
empfängt.
Eine Schicht dieser Art, die eine gute Glätte und Glanz aufweist, reproduziert
mit guter Auflösung
und hoher Farbdichte beispielsweise das Bild, das durch die Drucktinte
gebildet ist, die auf der Schicht beim Tintenstrahldrucker verbleibt.
Die obere Beschichtungsschicht enthält Pigmente für das Absorptionsvermögen und
Bindemittel zum Fixieren des Pigments. Die Oberflächeneigenschaften
können
durch das Verhältnis
des Pigments zum Bindemittel und durch die Auswahl der oben erwähnten Komponenten
beeinflußt
werden.
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In
der Zeichnung hat die obere Beschichtungsschicht 3 drei
Teilschichten: eine unterste Schicht 3a, die auf der Oberfläche der
Absorptionsschicht 2 verteilt ist, eine mittlere Schicht 3b und
eine oberste Schicht 3c, die die äußere Oberfläche des bearbeiteten Druckpapiers
bildet. Die Menge an Pigment in der oberen Beschichtungsschicht 3 ist
so, daß es
bis zu wenigstens 40 Gew.-% des gesamten Trockengewichts der oberen
Beschichtungsschicht 3, bevorzugt zwischen 40 und 80 Gew.-%
ausmacht. Besonders gute Tintenstrahl-Druckergebnisse wurden mit
Druckpapieren erzielt, bei denen das Verhältnis von Pigment zu Bindemittel
nahe 1 : 1 liegt, beispielsweise zwischen 45 : 55 und 55 : 45. Ein
Bindemittel macht normalerweise über
90 Gew.-% der anderen Substanzen in der oberen Beschichtungsschicht
aus. Andere mögliche
Mittel umfassen kationische Additive (z. B. polyDADMAC), optische
Aufhellmittel, Antischäummittel,
Vernetzungsmittel (z. B. Glyoxal und Zirkonate) und Benetzungsmittel.
Die unterschiedlichen Teilschichten der oberen Beschichtungsschicht 3 werden
in unterschiedlichen Stufen verteilt, und die Zusammensetzungen
der Teilschichten können
sich voneinander unterscheiden, oder zumindest kann die oberste
Schicht 3c, die die Oberfläche des Druckpapiers ausmacht,
von einer oder mehreren Schichten 3b, 3a, die
darunter angeordnet sind, verschieden sein, von denen es normalerweise
eine Teilschicht oder zwei Teilschichten mit identischer Zusammensetzung
gibt.
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Kolloidales
Silica wird als Pigment verwendet. Die große Menge an Pigment und die
Qualität des
Pigments geben der Oberfläche
einen guten Glanz und gutes Absorptionsvermögen von Wasser in der Drucktinte
trotz der Tatsache, daß die
obere Beschichtungsschicht 3 darunter als Basis die nichtglänzende Absorptionsschicht 2 aufweist,
die durch Extrusionsbeschichtung gebildet ist. Das kolloidale Silica
kann anionisch oder kationisch sein.
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Die
obere Beschichtungsschicht 3 kann auf der oberen Seite
der Absorptionsschicht in einer Stufe oder in mehreren aufeinanderfolgenden
Stufen aufgetragen werden, wobei im zuletzt genannten Fall zwei
oder mehrere Teilschichten gebildet werden. Die Zusammensetzung,
die die obere Beschichtungsschicht bildet, kann unter Verwendung
des wäßrigen Lösungsverfahrens
oder des Dispersionsverfahrens verteilt werden. Das Verteilen kann
durch Gravurdruck, Flexographiedruck, Walzenbeschichtung, Umkehrgravurdruck,
Rakelbeschichtung, Luftmesserstreichbeschichtung oder eine Kombination dieser
Verfahren erfolgen. Die obere Beschichtungsschicht kann on-line
auf der gleichen Anlage, bei der die Absorptionsschicht 2 durch
Extrusion auf der oberen Seite des Trägers gebildet wird, oder off-line
auf die obere Seite eines Trägers
aufgetragen werden, der zuvor extrusionsbeschichtet und aufgewickelt worden
ist.
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Die
obere Beschichtungsschicht 3 kann als eine wäßrige Lösung verteilt
werden, zu der das Pigment durch Dispersion gegeben ist und wobei
das Bindemittel ein Polymer ist, wie Polyvinylalkohol, Polyvinylpyrrolidon,
Carboxymethylcellulose, Polyethylenoxid oder Polyoxyalkylen. In
einer bearbeiteten Schicht ist der Anteil an Pigment zumindest 40 Gew.-%
des Trockengewichts, bevorzugt zwischen 40 und 80 Gew.-%. Die Gesamtdicke
der oberen Beschichtungsschicht 3 kann zwischen 1 und 20
g/m2, typischerweise zwischen 1 und 10 g/m2 sein. Die Menge an zu verdampfendem Wasser
ist aufgrund der Dünne
der Schicht gering.
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Die
obere Beschichtungsschicht 3 kann wie folgt gebildet werden
(Teile werden als Trockengewicht ausgedrückt):
Unterste Schicht 3 und
mittlere Schicht 3b: zwischen 45 und 55 Teilen kolloidales
Silica und zwischen 45 und 55 Teilen Bindemittel wie Polyvinylalkohol,
wobei insgesamt 100 Teile gebildet werden, wobei die Menge beider
Teilschichten zwischen 1 und 3 g/m2 ist.
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Oberste
Schicht 3c: zwischen 45 und 55 Teile kolloidales Silica
und zwischen 45 und 55 Teile Bindemittel wie Polyvinylalkohol, wobei
insgesamt 100 Teile gebildet werden. Zusätzlich zwischen 1 und 4 Teilen
Vernetzungsmittel wie Glyoxal oder Zirkonat. Gramm-Menge zwischen
1 und 3 g/m2.
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Die
Schichten werden vor der nächsten
Auftragung getrocknet. Die gesamte Gramm-Menge der somit gebildeten
oberen Beschichtungsschicht 3 liegt zwischen 3 und 9 g/m2, bevorzugt zwischen 5 und 7 g/m2. Die Menge der Absorptionsschicht 2,
die zuvor durch Extrusion verteilt ist, kann in diesem Fall zwischen
20 und 30 g/m2 sein.
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Wenn
ein Pigment und Bindemittel in den oben erwähnten Anteilen verwendet werden,
ist das Ergebnis ein optimales Papier für den Druck. Wenn ein Vernetzungsmittel
in der obersten Teilschicht verwendet wird (es muß nicht
in den unteren Teilschichten verwendet werden), ist das Ergebnis ebenfalls
ein universelles Druckpapier, das die schwarze Farbe auf irgendeinem
Drucker nicht verzerrt, was bedeutet, daß das "Kupferglanz-Phänomen" (Farbverzerrung), das ein besonders
Problem mit schwarzer Tinte von Epson darstellt, vermieden werden
kann. Ein Glyoxal-Vernetzungsmittel ist besonders gut zur Verhinderung
des Kupferglanz-Phänomens.
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Nachfolgend
gibt es einige Beispiele zur Erzeugung der Rezepte für die Teilschichten:
- 1. Untere Schicht oder untere Schichten 3a, 3b
50
Teile kolloidales Silica
50 Teile Polyvinylalkohol, geringer
Hydrolysegrad
- 2. Oberste Schicht 3c
50 Teile kolloidales Silica
50
Teile Polyvinylalkohol, geringer Hydrolysegrad
2 Teile Vernetzungsmittel
(Glyoxal)
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Das
Material der Absorptionsschicht 2, die unter der oberen
Beschichtungsschicht 3 vorliegt, kann von irgendeinem geeigneten
extrudierbaren Polymertyp sein. Bei Auswahl der Absorptionsschicht muß berücksichtigt
werden, daß beim
Druck die Farben hauptsächlich
in der oberen Beschichtungsschicht 3 verbleiben und das
Wasser, das als Lösungsmittel
agiert, nur durch die obere Beschichtungsschicht 3 in die
darunterliegende Absorptionsschicht permeiert, und es muß ebenfalls
berücksichtigt
werden, daß beim
Trocknen der Tinte das Wasser zur Oberfläche zurückkehren kann. Bei Berücksichtigung
des Tintenstrahl-Druckpapiers sind bevorzugte extrudierbare Polymere
in der Absorptionsschicht 2 hydrophile Polymere wie plastifizierte
natürliche
Polymere, wie Stärke,
Ethylcellulose, Methylcellulose und Gelatine, oder synthetische
plastifizierte wasserlösliche
Polymere, wie Polyvinylalkohol, Polyvinylpyrrolidon, Poly(ethyloxazolin),
Polyoxalin, Polyacrylamid, Polyethylenoxid, Polyethylenglycol, Polyethylenimin
und verschiedene Polymere von Acrylsäure und Methacrylsäure. Das
Polymer in der Absorptionsschicht hat eine spezifische Temperatur,
bei der es verarbeitbar ist, und kann durch Extrusion im geschmolzenen
Zustand verteilt werden, und diese Temperatur kann beispielsweise
zwischen 100 und 300°C,
vorzugsweise zwischen 160 und 220°C,
sein. Polyvinylalkohol mit Extrusionsqualität ist ein insbesondere bevorzugtes
Material für
die Absorptionsschicht 2.
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Die
Absorptionsschicht 2 kann ebenfalls Pigmente zum Einstellen
des Absorptionseigenschaften enthalten. Vor der Extrusion werden
Pigmente in das extrudierfähige
Material in dem gewünschten
Anteil vermischt. Unter der zuvor beschriebenen oberen Beschichtungsschicht 3 ist
es bevorzugt, eine Absorptionsschicht zu verwenden, in die Pigmente
gemischt sind. In der Absorptionsschicht gibt es bevorzugt Pigmente
bis zu 40 Gew.-%, bevorzugt zwischen 10 und 40 Gew.%. Dies führt zu einem
verbesserten Absorptionsvermögen.
Das Pigment ist bevorzugt Silica oder Talkum oder eine Mischung
aus beiden. Die oben erwähnten
Mengen wurden in Bezug auf die Masse der Absorptionsschicht ausgedrückt, von
der der Anteil subtrahiert ist, der einer möglicherweise vorhandenen Sperrschicht 2a entspricht.
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Es
ist möglich,
daß die
extrudierbare Absorptionsschicht aus zwei oder mehreren Teilschichten gebildet
ist, deren Materialien beispielsweise auf der Basis des Materials,
mit dem sie in Kontakt gelangen, ausgewählt werden können. Es
ist beispielsweise bei dem Koextrusionsverfahren möglich, die
zuvor beschriebene Teilschicht 2a, die die Adhäsion der
Absorptionsschicht zum Träger
verbessert, so anzuordnen, daß sie
auf der Seite des Trägers 1 vorliegt.
Diese Teilschicht 2a, die auf der Seite des Trägers 1 gebildet
ist, kann gleichzeitig als sogenannte Sperrschicht fungieren, wobei
verhindert wird, daß Wasser in
den Träger 1 während des
Verteilens der oberen Beschichtungsschicht 3 permeiert
und das Wasser in der Drucktinte in dem Träger 1 während des
Druckens absorbiert wird. Es ist bevorzugt, eine Sperrschicht zu
verwenden, insbesondere wenn der Träger 1 ein Papier oder
eine Pappe ist, hergestellt aus einem Faserrohmaterial.
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Ein
Beispiel dieser Art an Sperrschichtmaterial, das insbesondere verwendet
werden kann, wenn durch Koextrusion die Absorptionsschicht auf die obere
Seite des Trägers
extrudiert wird, der aus Papier oder Pappe erzeugt ist, ist Maleinsäureanhydrid/Ethylen/Acrylester-Polymer.
Dieses statistische Copolymer aus Ethylen, Alkylacrylat und Maleinsäureanhydrid
ist wegen der guten Adhäsion
geeignet zur Verwendung bei der Koextrusion mit beispielsweise Polyvinylalkohol.
Es ist ebenfalls möglich,
andere Copolymere auf Polyolefinbasis, Terpolymere oder Ionomere
zu verwenden, die eine gute Adhäsion zum
Träger 1 und
dem anderen Material, das bei der Koextrusion verteilt wird und
auf der Seite der oberen Beschichtungsschicht 3 der Absorptionsschicht 2 gebildet
ist, verleiht. Die Menge der Sperr- oder Adhäsionsschicht 2a kann
zwischen 2 und 20 g/m2 sein. Die Sperr-
oder Adhäsionsschicht 2a kann
ebenfalls ein darin gemischtes Pigment enthalten.
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Die
Gesamtmenge der Absorptionsschicht 2 (einschließlich einer
möglichen
Sperr- oder Adhäsionsschicht 2a),
die auf der oberen Seite des Trägers 1 bei
der Extrusion gebildet ist, kann zwischen 5 und 40 g/m2,
bevorzugt zwischen 20 und 30 g/m2, sein. Die
Menge der oberen Beschichtungsschicht 3 wird so ausgewählt, daß sie weniger
ist als die Menge der Absorptionsschicht, berechnet als Gramm-Menge.
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Der
Zweck des Trägers 1 liegt
darin, die Träger-
und Kohäsions-Tragestruktur
des Druckpapiers zu bilden. Obwohl Papiere oder Pappen, hergestellt aus
unterschiedlichen Fasermaterialien, im großen Umfang verwendete Materialien
sind, können
andere Materialien als tatsächliche
Papierprodukte, wie Kunststoffilme, ebenfalls verwendet werden.
Wenn Papier oder Pappe verwendet wird, kann es beschichtet sein.
Papier oder Pappe können
ebenfalls auf der Seite, die mit der Absorptionsschicht 2 in
Kontakt gelangt, kunststoffbeschichtet sein. Bei Auswahl einer Kunststoffbeschichtung
sollte eine ausreichende Adhäsion
zum Material der Absorptionsschicht 2 berücksichtigt
werden. Eine Kunststoffbeschichtung auf der oberen Seite des Papiers
oder der Pappe kann ebenfalls als Sperrschicht fungieren, die verhindert,
daß Wasser
von der Absorptionsschicht in das Papier absorbiert wird.
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Auf
der rückwärtigen Seite
(die Seite, die zu der Druckseite entgegengesetzt ist) des Trägers 1, hergestellt
aus Papier oder Pappe, kann eine Kunststoffschutzschicht verwendet
werden, die verhindert, daß Wasser
von dieser Seite absorbiert wird und die die mechanischen Eigenschaften
des Papiers beim Druck verbessert. Diese Schicht wird in der Zeichnung
mit Bezugszeichen 1a angegeben. Die rückwärtige Oberfläche kann
beispielsweise durch Extrusion mit einer Polyethylenschicht beschichtet
sein, die durch Koextrusion als Kombination von zwei verschiedenen
Arten verteilt sein kann, beispielsweise LDPE an der Oberfläche des
Trägers 1 und
HDPE als äußerste Schicht.
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Zusammenfassung
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Ein
Druckpapier, insbesondere für
den Tintenstrahldruck, umfaßt
einen Träger
(1) und eine hydrophile Absorptionsschicht (2),
die durch die Extrusionsbeschichtungstechnik auf der oberen Seite
des Trägers
(1) verteilt ist, und eine pigmenthaltige obere Beschichtungsschicht
(3) auf der oberen Seite der Absorptionsschicht. Die obere
Beschichtungsschicht (3) enthält als Pigment zumindest 40
Gew.-% kolloidales Silica, bevorzugt zwischen 40 und 80 Gew.%.