DE3634277A1 - Mittel zur verbesserung der bedruckbarkeit von papier und karton - Google Patents
Mittel zur verbesserung der bedruckbarkeit von papier und kartonInfo
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- Paper (AREA)
- Measuring Volume Flow (AREA)
- Air Bags (AREA)
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Description
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Papier und Karton
so zu behandeln, daß alle Arten von Systemen, die ein
organisches Lösemittel enthalten, zum Beispiel die in einem
organischen Lösemittel dispergierte oder gelöste
Druckfarbe, Beschichtungsmasse oder ein Lack, insbesondere
eine niedrigviskose Tiefdruckfarbe so wenig wie möglich in
das Papier bzw. den Karton hineinschlägt oder durchschlägt.
Je weniger diese Farben eindringen, um so geringer ist der
Verbrauch und um so schöner ist der Druckglanz der
behandelten Fläche. Außerdem nimmt dann die Farbtiefe zu.
Dieses Problem des Hineinschlagens der Druckfarbe in das
Papier ist bei allen Druckverfahren, besonders aber bei
Tiefdruckverfahren ausgeprägt, da Tiefdruckfarben,
verglichen mit anderen Druckfarben (Hochdruck, Offsetdruck)
eine wesentlich geringere Viskosität haben müssen. Der
Tiefdruck gehört zu den am meisten verbreiteten Druckarten
bei Massendrucksachen aller Art. Aus wirtschaftlichen sowie
aus postalischen Gründen besteht seit Jahren die Tendenz,
die Flächengewichte derartiger Papiere zu verringern.
Diesem Wunsch sind insbesondere beim gestrichenen
Tiefdruckpapier, aber auch beim Naturtiefdruckpapier
Grenzen gesetzt.
Um einen guten Stand der Tiefdruckfarbe auf der
Papieroberfläche zu haben, muß bei den gestrichenen Sorten
der Strich eine Mindeststärke von etwa 6,5-7 g/m2 und
Seite haben, bei doppelseitig gestrichenem Tiefdruckpapier
resultiert hieraus bei 50 g/m2 Gesamtgewicht ein Streich-
Rohpapier von etwa 36 g/m2. Dies ist aus heutiger Sicht
eine Untergrenze, da es nur die Fasern des
Streichrohpapiers sind, die zu den physikalischen
Festigkeitswerten des Druckpapiers beitragen.
Andererseits sind die ungestrichenen Naturtiefdruckpapiere
weder in der Weiße noch im Glanz der erzeugbaren
Drucksachen den gestrichenen Tiefdruckpapieren
gleichwertig. Besonders der Verbrauch an Tiefdruckfarbe
liegt größenordnungsmäßig bei etwa den 21/2- bis 3fachen
des der gestrichenen Papiers, weil die Porosität und damit
die Saugfähigkeit der Naturtiefdruckpapiere wesentlich
größer ist. Demzufolge ist auch das Durchschlagen und
Durchscheinen des Druckes auf der Rückseite bei diesen
Papieren bei weiterer Absenkung des Flächengewichts ein
besonderes Problem.
Durch die in der EP-PS 00 17 793 beschriebene Anwendung von
hydratisierbaren filmbildenden kolloidalen Tonen gelang es
zwar in einem gewissen Grad, die Oberfläche der
ungstrichenen Naturtiefdruckpapiere etwas zu schließen,
und die Bedruckbarkeit zu verbessern. Die so behandelten
Tiefdruckpapiere sind jedoch noch nicht mit den
gestrichenen Tiefdruckpapieren auch nur annähernd in der
Farbaufnahme vergleichbar. Eine Verwendung der in
EP-PS 00 17 793 beschriebenen hydratisierten filmbildenden
Tone in Streichrezepturen oder als Oberflächenbeschichtung
ist aber aus rheologischen Gründen unmöglich.
Es wurde nun gefunden, daß die Druckeigenschaften,
besonders die Tiefdruck- und Rollenoffsetdruckeigenschaften
von Papier insbesondere von Dünndruckpapieren, aber auch
von Karton erheblich verbessert werden können, wenn man das
Papier bzw. den Karton in der Masse oder auf der Oberfläche
mit einer Mischung behandelt, die im wesentlichen aus einer
wäßrigen Dispersion oder Suspension von organischen
quartären Ammonium-Salzen und anionische Gruppen
enthaltenden Polymeren besteht.
Gegenstand der Erfindung ist ein Mittel zur Verbesserung
der Bedruckbarkeit von Papier und Karton infolge
Verminderung des Einschlagens aller Systeme, die organische
Lösemittel, Öle und andere niedrig bis mittelviskose
organische Verbindungen enthalten. Dieses Mittel besteht
im wesentlichen aus
50 bis 95 Gew.-% Wasser und
5 bis 50 Gew.-% einer Mischung aus
5 bis 50 Gew.-% einer Mischung aus
- I. 1 bis 50 Gew.-%
- a) eines quartären organischen Ammonium-Salzes mit mindestens einer C8-C22-Alkyl-Gruppe,
- b) einer Mischung aus 50 bis 99,5 Gew.-% eines quartären organischen Ammonium-Salzes und 0,5 bis 50 Gew.-% einer gesättigten oder ungesättigten C8-C22 -Fettsäure, eines oxydierten Wachses oder eines Polyglykols mit einem Molgewicht über 4000, oder
- c) einer Mischung aus 50 bis 99,5 Gew.-% eines mit einer Mineralsäure oder niederen Carbonsäure teilneutralisierten organischen Amins und 0,5 bis 50 Gew.-% einer gesättigten oder ungesättigten C8-C22-Fettsäure, eines oxydierten Wachses oder eines Polyglykols mit einem Molgewicht über 4000 sowie
- II. 50 bis 99 Gew.-% eines anionische Gruppen enthaltenden wasserlöslichen oder wasserquellbaren Polymers.
Als quartäre organische Ammonium-Salze kommen insbesondere
solche der folgenden Formeln (1) bis (8) in Frage
worin R C8-C22-Alkyl oder C8-C22-Alkenyl, R1 C1-C4-Alkyl
oder Benzyl, R2 Wasserstoff, C1-C22-Alkyl, C1-C22-Alkenyl
oder eine Gruppe der Formel -(A-O) y -B, R3 Wasserstoff,
C1-C4-Alkyl oder eine Gruppe der Formel -(A-O) y -B,
A C1-C4-Alkylen, B Wasserstoff oder eine Gruppe der Formel
-COR, y eine Zahl von 1 bis 25 und X ein Anion bedeuten;
worin X, R, R1 und R2 die oben angegebenen Bedeutungen
haben;
worin z jeweils eine Zahl von 1 bis 10 bedeutet und X,
R1, A und B die oben angegebenen Bedeutungen haben;
worin p 1 oder 2 bedeutet und X, R und R1 die oben
angegebenen Bedeutungen haben;
worin die Gruppen R4 gleich oder verschieden sein können
und Wasserstoff C1-C4-Alkyl, Benzyl oder eine Gruppe der
Formel -(A-O) z -B, m 2 oder 3 und n 0 oder 1 bedeuten und
X, R, R1, A, B und z die oben angegebenen Bedeutungen haben;
worin R5 Wasserstoff, C1-C4-Alkyl oder Benzyl bedeutet und
X, R, R1 und m die oben angegebenen Bedeutungen haben;
worin R6 OH, NH2 oder eine Gruppe der Formeln -OCOR oder
-NHCOR bedeutet und X, R und R1 die oben angegebenen
Bedeutungen haben;
worin X, R und R1 die oben angegebenen Bedeutungen haben.
Als organische Amine bei der Komponente Ic) kommen in Frage
diejenigen Amine, die den oben aufgeführten quartären
Ammonium-Salzen zugrunde liegen. Diese Amine haben die
folgenden Formeln (1′) bis (8′), wobei die einzelnen
Substituenten die gleiche Bedeutung haben wie bei den
Formeln (1) bis (8)
Von allen Verbindungen in der Komponente Ia) sind die
Verbindungen der Formel 1 bevorzugt. Ebenfalls bevorzugt
sind die teilneutralisierten Amine der Formel 1′ im Gemisch
mit C12-C18-Fettsäuren als Komponente Ic). In den
Verbindungen der Formeln 1 bis 8 und 1′ bis 8′ sind
folgende Gruppen bevorzugt: R = C12-C18-Alkyl oder
C12-C18-Alkenyl, R1 = Methyl oder Ethyl, R2 = Methyl,
Ethyl, C12-C18-Alkyl oder C12-C18 -Alkenyl, A = C₂H₄
oder C₃H₆ und n = 1 oder 2. Soweit Substituenten aus
C8-C22-
Alkyl bzw. C8-C22-Alkenyl-Gruppen bestehen, kommen hier
insbesondere solche Gruppen in Frage, die sich von
natürlichen Fettsäuren und deren Mischungen ableiten, wie
etwa Talgfett-säure, Cocosfett-säure, Ölsäure,
Palmitinsäure, Stearinsäure. Als Anionen kommen
beispielsweise in Frage Chlorid, Bromid, Sulfat,
Methosulfat, Dimethophosphat, Phosphat oder Anionen
organischer Säuren wie Essigsäure, Propionsäure,
Trichloressigsäure, Milchsäure, Citronensäure, Weinsäure,
Tartronsäure, Oxalsäure, Malonsäure.
Das erfindungsgemäße Mittel enthält vorzugsweise 15 bis 25
Gew.-% der Summe der beiden Komponenten I und II. Die
bevorzugten Mengenverhältnisse der beiden Komponenten I und
II untereinander liegen bei 5 bis 15 Gew.-% für die
Komponente I und dementsprechend 85 bis 95 Gew.-% für die
Komponente II. Die Komponente Ib) besteht vorzugsweise aus
70 Gew.-% des quartären Ammonium-Salzes und 30 Gew.-% des
oder der anderen Anteile. Das gleiche Mengenverhältnis ist
bevorzugt bei der Komponente Ic). Für die
Teilneutralisation der organischen Amine gemäß Komponente
Ic) werden 0,05 bis 0,5 Mol, vorzugsweise 0,1 Mol einer
Säure auf 1 Mol organisches Amin genommen. Als Säuren
kommen zu diesem Zweck die üblicherweise gebräuchlichen
Mineralsäuren und organischen Carbonsäuren in Frage. Bei
der Komponente Ic) hat es sich als zweckmäßig erwiesen,
einen nicht-ionischen Emulgator mit zu verwenden. An Stelle
nur einer der Komponenten Ia, b oder c kann man auch
verschiedene Mischungen dieser Einzelkomponenten nehmen.
Als Polymere (Komponente II) kommen beispielsweise in Frage
anionische Gruppen enthaltende Polysaccharid-Derivate, wie
z. B. Carboxymethylzellulose, Carboxymethylstärke,
Carboxymethylguar, Xanthan oder synthetische anionische
oder polare Gruppen enthaltende Polymere, wie z. B.
Polyacrylate, anionische Polyacrylamide, Copolymerisate aus
Acrylsäure und Maleinsäureanhydrid, aus Styrol und
Maleinsäureanhydrid oder aus Styrol und Acrylsäure oder
auch Polyvinylalkohole und Polyvinylacetate. Bevorzugt ist
jedoch oxydierte Stärke. Diese Polymere können bis zu einer
Menge von 70 Gew.-% auch ersetzt werden durch die bei der
Papierherstellung üblicherweise benutzten Weißpigmente wie
Titandioxid, Kaolin, Calciumcarbonat. Die Herstellung der
beanspruchten Mittel geschieht durch einfaches Verrühren
der Stammansätze der benötigten Komponenten.
Das erfindungsgemäße Mittel kann bei der Papierherstellung
in der Mischanlage oder Stoffzentrale zugegeben werden und
zwar in einer Menge von 2 bis 8, vorzugsweise 5 bis 7
Gew.-%, bezogen auf das fertige Papier. Die Zugabe kann
insbesondere auch innerhalb der Füllstoffslurry geschehen
indem man zunächst das Polymer in die Füllstoffslurry
einrührt und dann die quartäre organische
Ammonium-Verbindung zugibt. Diese Mischung wird dann dem
Stoff zugesetzt. Daneben ist es auch möglich, das
erfindungsgemäße Mittel im Rahmen einer Streichrezeptur
auf das Papier aufzubringen.
Bevorzugt wird aber das erfindungsgemäße Mittel auf die
Oberfläche des Rohpapiers aufgebracht. Dies geschieht mit
Hilfe geeigneter Vorrichtungen vor dem Satinieren. Falls
die Papiermaschine entsprechend ausgelegt ist, kann das
erfindungsgemäße Mittel auch in der Trockenpartie der
Maschine aufgebracht werden. Nach dem Auftrag auf die
Oberfläche wird getrocknet. Die Auftragsmengen beim Auftrag
auf die Oberfläche betragen im allgemeinen 0,1 bis 10 g/m2,
vorzugsweise 0,6 bis 3 g/m2.
Das erfindungsgemäße Mittel eignet sich zur Behandlung
aller Arten von Papieren, wie sie beim Tiefdruck,
Rollenoffsetdruck, Bogenoffsetdruck und Hochdruck benötigt
werden. Besonders interessant ist das erfindungsgemäße
Mittel für Tiefdruck- und Rollenoffset-Papiere. Für den
Tiefdruck kommen im wesentlichen zwei Papierarten in Frage,
nämlich das hochgefüllte, satinierte, meist holzhaltige
Tiefdruckpapier in Flächengewichten zwischen 40 bis etwa
80 g/m2 (SC-Papier) und das gestrichene, holzhaltige oder
holzfreie hochsatinierte Tiefdruckpapier in
Flächengewichten zwischen 45 und etwa 135 g/m2. Beim
Rollenoffsetdruck handelt es sich üblicherweise um
holzhaltige ungestrichene oder gestrichene, sogenannte
LWC-Papiere mit Flächengewichten zwischen 40 und 80 g/m2.
Für den Bogenoffsetdruck werden im allgemeinen sowohl
holzhaltige als auch holzfreie Papiere mit Flächengewichten
von 60 g/m2 aufwärts eingesetzt, die in der Oberfläche
geleimt oder gestrichen sind. Die erfindungsgemäßen
Verbindungen sind auch von Interesse für die Behandlung
von Papier für den Hochdruck (Buchdruck, Zeitungsdruck).
Hierbei fällt vor allem ins Gewicht, daß Papiere, die mit
dem erfindungsgemäßen Mittel behandelt werden, beim Drucken
weniger Farbe benötigen.
Die organischen Gruppen in den quartären Ammonium-Salzen
und Aminen verhindern durch Adsorption des in den
Druckfarben enthaltenen organischen Lösemittels oder
auch Mineralöls ein weiteres Eindringen der Druckfarbe
und somit ein Durchschlagen auf die Rückseite des
Papiers. Gleichzeitig wird die Affinität der Druckfarbe
zum Papier verbessert. Die Verwendung des Polymers wie
z. B. oxidierte Stärke ist notwendig, weil die
organischen quartären Ammonium-Salze allein eine
weichmachende Wirkung auf die Papierfasern ausüben und so
die Reißlänge des Papiers erheblich erniedrigen. Durch eine
Salz-Bildung zwischen quartärer Ammoniumverbindung und
Polymer wird diese unerwünschte Wirkung der quartären
Ammoniumverbindung unterbunden. Der weichmachende Effekt
und damit die Reduzierung der Reißlänge bleibt aus.
Die Vorteile, die mit dem erfindungsgemäßen Mittel auf
Druckpapieren erzielt werden, lassen sich wie folgt
darstellen: Reduzierung des Durchschlagens und
Durchscheinens, Erhöhung der Farbtiefe bzw. der Schwärze,
verringerter Farbverbrauch, Anstieg des Druckglanzes,
Reduzierung der missing dots, Erhöhung der Leitfähigkeit.
Beim Rollenoffset-Druck zeigt sich auch eine Verbesserung
der Rupffestigkeit. Durch die Verringerung im
Farbenverbrauch wird auch die Dehnbarkeit eines mit einem
erfindungsgemäßen Mittel behandelten und anschließend
bedruckten Papiers erleichtert. Der beim Deinken erhaltene
Faserstoff weist eine deutlich bessere Weiße auf. Vorteile
ergeben sich mit dem beschriebenen Mittel auch bei
kohlefreien Durchschreibpapieren, die mit Mikrokapseln
arbeiten. Das Problem all dieser Kapselpapiere besteht
darin, daß ca. die Hälfte des freigesetzten Kapselinhalts
in das abgebende Blatt zurückgesaugt wird und überhaupt
nicht zur Farbreaktion beiträgt. Durch die Behandlung des
Papiers mit dem erfindungsgemäßen Mittel wird dieses
Zurücksaugen des Kapselinhalts vermindert und der
Übertragungsfaktor wird wesentlich erhöht.
Beim Karton, der oftmals nach dem Bedrucken überlackiert
wird, verringert sich durch die Beschichtung mit dem
erfindungsgemäßen Mittel der Lackverbrauch.
Die in der folgenden Tabelle angegebenen Verbindungen
wurden in Form ihrer wäßrigen Stammlösungen, Dispersionen
oder Suspensionen in den angegebenen Mengen
zusammengerührt. Die erhaltenen Mischungen waren
pastenartig und zeigten in den Fällen, wo Kaolin zugegeben
war, ein ausgeprägtes pseudoplastisches Fließverhalten. Mit
diesen Mischungen wurde ein Naturdruckpapier (40 g/m2)
beschichtet.
Mit diesen Beschichtungsmassen wurden beim Probedruck
folgende Kennzahlen erreicht.
Diese Werte, insbesondere die Werte für das Durchschlagen,
zeigen, daß mit den Mitteln gemäß der vorliegenden
Erfindung eine sehr wesentliche Verbesserung der
Bedruckbarkeit von Papier erreicht wird.
Claims (6)
1. Mittel zur Verbesserung der Bedruckbarkeit von Papier
und Karton bestehend im wesentlichen aus
50 bis 95 Gew.-% Wasser und
5 bis 50 Gew.-% einer Mischung aus
5 bis 50 Gew.-% einer Mischung aus
- I. 1 bis 50 Gew.-%
- a) eines quartären organischen Ammonium-Salzes mit mindestens einer C8-C22-Alkyl-Gruppe,
- b) einer Mischung aus 50 bis 99,5 Gew.-% eines quartären organischen Ammonium-Salzes und 0,5 bis 50 Gew.-% einer gesättigten oder ungesättigten C8-C22-Fettsäure, eines oxydierten Wachses oder eines Polyglykols mit einem Molgewicht über 4000, oder
- c) einer Mischung aus 50 bis 99,5 Gew.-% eines mit einer Mineralsäure oder niederen Carbonsäure teilneutralisierten organischen Amins und 0,5 bis 50 Gew.-% einer gesättigten oder ungesättigten C8-C22-Fettsäure, eines oxydierten Wachses oder eines Polyglykols mit einem Molgewicht über 4000 sowie
- II. 50 bis 99 Gew.-% eines anionische Gruppen enthaltenden wasserlöslichen oder wasserquellbaren Polymers.
2. Mittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
quartäre organische Ammonium-Salz eine Verbindung der
Formeln (1) bis (8) darstellt
worin R C8-C22-Alkyl oder C8-C22 -Alkenyl, R1
C1-C4-Alkyl oder Benzyl, R2 Wasserstoff, C1-C22-Alkyl,
Alkenyl oder eine Gruppe der Formel -(A-O) y -B,
R3 Wasserstoff, C1-C4 -Alkyl oder eine Gruppe der Formel
-(A-O) y -B, A C1-C4-Alkylen, B Wasserstoff oder eine
Gruppe der Formel -COR, y eine Zahl von 1 bis 25 und X
ein Anion bedeuten;
worin X, R, R1 nd R2 die oben angegebenen Bedeutungen
haben;
worin z jeweils eine Zahl von 1 bis 10 bedeutet und X,
R1, A und B die oben angegebenen Bedeutungen haben;
worin p 1 oder 2 bedeutet und X, R und R1 die oben
angegebenen Bedeutungen haben;
worin die Gruppen R4 gleich oder verschieden sein können
und Wasserstoff C1-C4-Alkyl, Benzyl oder eine Gruppe der
Formel -(A-O) z -B, m 2 oder 3 und n 0 oder 1 bedeuten und
X, R, R1, A, B und z die oben angegebenen Bedeutungen haben;
worin R6 Wasserstoff, C1-C4-Alkyl oder Benzyl bedeutet
und X, R, R1 und m die oben angegebenen Bedeutungen
haben;
worin R6 OH, NH2 oder eine Gruppe der Formeln -OCOR oder
-NHCOR bedeutet und X, R und R1 die oben angegebenen
Bedeutungen haben;
worin X, R und R1 die oben angegebenen Bedeutungen
haben.
3. Mittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
organische Amin eine Verbindung der Formel (1′) bis
(8′) bedeutet
4. Mittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Komponente I Distearyldimethylammoniumchlorid ist.
5. Mittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Komponente I aus einer Mischung aus teilneutralisiertem
Stearylamin und Stearinsäure besteht.
6. Verfahren zur Verbesserung der Bedruckbarkeit von
Papier, dadurch gekennzeichnet, daß man das Mittel gemäß
Anspruch 1 in die Papiermasse einarbeitet oder auf die
Oberfläche des Papiers aufbringt.
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