EP0790135A2 - Method of preparing a print-support for contactless ink-jet printing process, paper prepared by this process and use thereof - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Druckträgers für das berührungslose Inkjet-Druckverfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Die Erfindung betrifft ferner ein nach einem solchen Verfahren hergestelltes Papier gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 24 und die Verwendung eines solchen Papieres.The invention relates to a method for producing a print carrier for the contactless inkjet printing method according to the preamble of claim 1. The invention further relates to a paper produced by such a method according to the preamble of claim 24 and the use of such paper.
Das berührungslose Inkjet-Druckverfahren hat in den letzten Jahren eine stürmische Entwicklung durchlaufen und wird zunehmend für Drucker, insbesondere neuerdings Mehrfarbendrucker für Personal Computeranlagen eingesetzt, um mit möglichst hoher Bildauflösung den Bildschirminhalt eines Computers als Hardcopy auf einen Druckträger zu bringen. Beim Inkjet-Verfahren werden kleine Tintentröpfchen mit Geschwindigkeiten zwischen 3 und 30 m/sec auf den Druckträger geschossen. Diese Tröpfchen werden entweder in einem Strahl mit einer gleichbleibenden Tröpfchenfolge erzeugt, welcher bei Nichtbedarf elektrostatisch abgelenkt wird, oder nach Bedarf einzeln (sog. drop-on-demand-Verfahren).The non-contact inkjet printing process has undergone a rapid development in recent years and is increasingly being used for printers, especially recently multicolor printers for personal computer systems, in order to print the screen content of a computer as hard copy onto a print medium with the highest possible image resolution. In the inkjet process, small droplets of ink are shot onto the print carrier at speeds between 3 and 30 m / sec. These droplets are either generated in a jet with a constant droplet sequence, which is deflected electrostatically when not required, or individually as required (so-called drop-on-demand method).
Der Druckträger für das Inkjet-Verfahren braucht zwar nicht in spezieller Weise für das Verfahren präpariert zu sein, wie beispielsweise beim Thermodruckverfahren, zum Erzeugen hochqualitativer Abbildungen muß er jedoch eine ganze Reihe von Anforderungen erfüllen. So sollen die definierten Tintentröpfchen spritzerfrei auf dem Druckträger fixiert werden und müssen einen über den Tropfendurchmesser steuerbaren Punktdurchmesser ergeben.The print carrier for the inkjet process does not need to be specially prepared for the process, such as for example in the thermal printing process, but it has to meet a whole series of requirements in order to produce high-quality images. For example, the defined ink droplets should be fixed on the print carrier without splashing and must result in a dot diameter that can be controlled via the drop diameter.
Der den Unterschied zwischen dem Druckpunktdurchmesser und dem Durchmesser eines ihn erzeugenden Tintentropfens charakterisierende Punktspreizungsfaktor ist sowohl von den Tinteneigenschaften (z.B. Rheologie, Oberflächenspannung, Ladungscharakter, Feststoffgehalt, Flüssigkeitsrückhaltevermögen und -verdunstungsneigung, Erstarrungspunkt) als auch von den Eigenschaften des Druckträgers abhängig.The point spread factor characterizing the difference between the pressure point diameter and the diameter of an ink drop producing it depends both on the ink properties (e.g. rheology, surface tension, charge character, solids content, liquid retention capacity and evaporation tendency, solidification point) and on the properties of the print medium.
Betroffen sind in der vorliegenden Anmeldung Druckträger in Form von Papier, die kurz als Inkjet-Papiere bezeichnet werden sollen. Die Anforderungen an Inkjet-Papiere sind beispielsweise:
- hohe Adsorptionsgeschwindigkeit der Tintentropfen bei geringer Eindringtiefe, schnelle Wischfestigkeit und extrem kurze Trocknungszeiten;
- Verhinderung eines mehr als notwendigen Ausbreitens der Tintentropfen in der Druckträgerebene, so daß sich die Druckpunkte nicht unkontrolliert vergrößern oder auslaufen (sog. Feathering);
- die Ausbildung möglichst scharf umrissener, kreisförmiger Tintenpunkte mit glatten Umfangslinien, die keine Hofbildung aufweisen;
- hohe optische Dichte der verschiedenfarbigen Tintenpunkte und deren Konstanz, also keine Streifen und Fehlstellen in den Farbflächen des Punktes;
- hohe Affinität zwischen Farbstoff und Papier;
- hohe Farbtreue bei maximal möglicher Farbsättigung;
- gute Überlagerungsfähigkeit bereits aufgebrachter Tintenpunkte durch neue Tintenpunkte beim Mehrfarben- oder Vollflächendruck, so daß sich die Punkte nicht gegenseitig beeinträchtigen oder verwischen bzw. bei Tinte auf Tinte kein unkontrolliertes Absorptionsverhalten auf dem Druckträger und gegeneinander auslösen;
- hohe Weiße des Druckträgers, um einen guten Kontrast zu den Tintenpunkten zu bilden;
- hohe Dimensions- und Flächenbeständigkeit gegenüber der Einwirkung flüssiger Medien, insbesondere beim Mehrfarben- und Vollflächendruck;
- hohe Beständigkeit des Druckträgers gegenüber licht- und wärmeinduzierter Vergilbung; und
- gute Festigkeitseigenschaft, auch gegenüber wässrigen und alkoholischen Medien (Naßfestigkeit) sowie mechanischen Einflüssen (hohe Oberflächenfestigkeit).
- high adsorption speed of the ink drops with low penetration depth, fast smudge resistance and extremely short drying times;
- Prevention of more than necessary spreading of the ink drops in the plane of the print carrier so that the print points do not enlarge or run out in an uncontrolled manner (so-called feathering);
- the formation of as sharply outlined, circular ink dots with smooth circumferential lines that do not have any halos;
- high optical density of the different colored ink dots and their constancy, so no streaks and imperfections in the colored areas of the dot;
- high affinity between dye and paper;
- high color fidelity with maximum possible color saturation;
- good ink layer superimposition ability by new ink dots in multi-color or full-surface printing, so that the dots do not interfere with each other or smudge or trigger no uncontrolled absorption behavior on the print carrier and against each other when ink on ink;
- high whiteness of the print medium to form a good contrast to the ink dots;
- high dimensional and surface resistance to the effects of liquid media, especially in multi-color and full-surface printing;
- high resistance of the print medium to light and heat-induced yellowing; and
- good strength properties, also against aqueous and alcoholic media (wet strength) as well as mechanical influences (high surface strength).
Papiere, mit denen versucht wird, diese hohen Anforderungen zu erfüllen, sind in der Regel keine Naturpapiere sondern gestrichene Papiere. Bekannte Inkjet-Papiere bestehen daher aus einem Basispapier, das zusätzlich beidseitig oberflächengeleimt und zumindest auf einer Seite, der als Druckfläche dienenden Seite mit einer pigmentierten Streichfarbe beschichtet ist. Bekannte Basispapiere sind holzfreie Papiere, bei deren Herstellung häufig kurzfasriger Eukalyptuszellstoff wegen seiner guten Sorptionseigenschaften eingesetzt wird. Der Aschegehalt bekannter Basispapiere beträgt bis zu etwa 20 bis 35 %, wobei als Füllstoffe Kaolin, Calciumcarbonat oder verschiedene Silikate eingesetzt werden. Bekannte Basispapiere weisen häufig eine Masseleimung auf und werden mit einer flächenbezogenen Masse zwischen 45 und 90 g/m2 hergestellt. Als Oberflächen-Verfestigungsmittel dienen neben modifizierten Stärken vor allem Polyvinylalkohole zur Ausbildung einer Barriereschicht zwischen dem Basispapier und dem auf dieses aufzutragenden Pigmentstrich. Der Oberflächenleimung können in Art eines Vorstriches auch bereits Pigmente zugegeben werden.Papers that are attempted to meet these high requirements are usually not natural papers but coated papers. Known inkjet papers therefore consist of a base paper which is additionally surface-sized on both sides and at least on one side which is coated with a pigmented coating color on the side serving as the printing surface. Known base papers are wood-free papers, in the production of which short-fiber eucalyptus pulp is often used because of its good sorption properties. The ash content of known base papers is up to about 20 to 35%, with kaolin, calcium carbonate or various silicates being used as fillers. Known base papers often have a mass sizing and are produced with a mass per unit area of between 45 and 90 g / m 2 . In addition to modified starches, polyvinyl alcohols in particular serve as surface strengthening agents to form a barrier layer between the base paper and the pigment coat to be applied thereon. Pigments can also be added to the surface sizing in the manner of a primer.
Die eigentliche Funktionsschicht an der Oberfläche des Papieres, die in Wechselwirkung mit der Druckfarbe tritt, ist der bei bekannten Papieren hoher Qualität aufgebrachte Deckstrich. Dessen wesentliche Bestandteile sind bei bekannten Inkjet-Papieren hochadsorptive Pigmente wie z.B. gefällte oder pyrogene Kieselsäuren und Silikate mit spezifischen Oberflächen von ca. 50 bis 400 m2/g, die zur Realisierung einer schnellen Tintenadsorption und Wischfestigkeit dienen. Calciumcarbonat dient dabei bestenfalls als Verschnittpigment und wird bis zu Anteilen von etwa 30 % des Gesamtstreichpigmentes eingesetzt. Es ist auch der Einsatz von Harnstoff-Formaldehyd-Pigmenten bekannt, die trotz ihrer relativ geringen spezifischen Oberfläche von 14-20 m2/g in der Lage sind, die speziellen Anforderungen an Inkjet-Papier zu erfüllen. Als Bindemittel in den Deckstrichen werden neben verschiedenen Latices und Zellulosederivaten vor allem hochverseifte Polyvinylalkohole in einem Binder-/Pigment-Verhältnis von 3:1 bis 1:3 eingesetzt. Dieser hohe Binderanteil ist erforderlich, um eine Diffusion der Tinte in allen Richtungen innerhalb des Pigmentstriches zu begrenzen. Es ist auch der Zusatz kationischer monomerer oder polymerer Agentien zur Streichfarbe bekannt, wie z.B. Polyethylenimin oder Polydadmac in Mengen von etwa 0,5 bis 10 %, bezogen auf das Gesamtstreichpigment. Durch diese Mittel wird die Fixierung und Erstarrung der Tinten unterstützt und auch die Farbdichte positiv beeinflußt. Zur Erhöhung der Lichtbeständigkeit dienen Derivate des Benztriazols, die den Streichfarben in Mengen bis zu 1 %, bezogen auf Streichpigment, zugegeben werden können. Der Deckstrich hat im allgemeinen eine Flächenmasse zwischen 10 und 20 g/m2.The actual functional layer on the surface of the paper that interacts with the printing ink is the top coat applied to known high quality papers. Its essential components are in known inkjet papers highly adsorptive pigments such as precipitated or pyrogenic silicas and silicates with specific surfaces of approx. 50 to 400 m 2 / g, which are used to achieve a fast ink adsorption and smudge resistance. At best, calcium carbonate serves as a blending pigment and is used in proportions of up to about 30% of the total coating pigment. It is also known to use urea-formaldehyde pigments which, despite their relatively small specific surface area of 14-20 m 2 / g, are able to meet the special requirements for inkjet paper. In addition to various latices and cellulose derivatives, the binder used in the top coats is, above all, highly saponified polyvinyl alcohols in a binder / pigment ratio of 3: 1 to 1: 3. This high proportion of binder is required to limit diffusion of the ink in all directions within the pigment line. It is also known to add cationic monomeric or polymeric agents to the coating color, such as polyethyleneimine or polydadmac in amounts of about 0.5 to 10%, based on the total coating pigment. These agents support the fixation and solidification of the inks and also have a positive influence on the color density. Derivatives of benzotriazole, which can be added to the coating colors in amounts of up to 1%, based on the coating pigment, are used to increase the light resistance. The top coat generally has a basis weight between 10 and 20 g / m 2 .
Die beim Inkjet-Druckverfahren verwendeten Tinten sind in der Regel auf wässriger Grundlage hergestellt. Als Farbstoffe werden vorwiegend Vertreter der Azogruppe eingesetzt, deren gute Wasserlöslichkeit über den Einbau hydrophiler Seitenketten gesteuert werden kann. Eine wesentliche Forderung an die Tinten besteht darin, auf den Druckträger gut aufzuziehen und auszukristallisieren sowie lichtechte, chemikalienbeständige und wasserfeste Bilder zu ergeben. Um ein vorzeitiges Auskristallisieren der Tinten an den Düsen des Druckkopfes zu verhindern, ist es üblich, wasserlösliche Glykole in einer Menge bis zu 30 % als sog. "Feuchthalter" in die Tintenzusammensetzungen mit einzubauen. Außerdem sind in den Tinten oberflächenaktive Substanzen zur Steuerung der für die Tropfengröße und Tropfenform wichtigen Oberflächenspannung enthalten.The inks used in the inkjet printing process are usually made on an aqueous basis. Representatives of the azo group are mainly used as dyes, whose good water solubility can be controlled by incorporating hydrophilic side chains. An essential requirement for the inks is to mount them well on the print carrier and to crystallize them out, and to give light-fast, chemical-resistant and waterproof images. In order to prevent premature crystallization of the inks at the nozzles of the printhead, it is customary to add water-soluble glycols in an amount of up to 30% as so-called "humectants" Incorporate ink compositions. The inks also contain surface-active substances to control the surface tension that is important for the drop size and shape.
Inkjet-Papieren wird ein großes Zukunftspotential unterstellt. Die vornehmlich in Japan weitergetriebene Entwicklung läßt erkennen, daß auf gestrichene, im wesentlichen aber nur einfach gestrichene Papiere abgestellt wird. Die eingesetzten Binder für die Streichfarbe sind vielfältig, neben Latices und auch Hydroxyethylcellulose wird überwiegend Polyvinylalkohol eingesetzt. Den Streichfarben werden z.T. kationische Agentien zugegeben, die neben den weiter oben erwähnen auch kationische Harte und quarternäre Ammoniumverbindungen umfassen. Als Pigmente für den Strich werden überwiegend Siliciumoxide in verschiedenen Formen, Silikate und auch Aluminiumoxid und Aluminiumhydroxid eingesetzt. Calciumcarbonat wird in der Regel nur als Extenderpigment verwendet.Inkjet papers are assumed to have great future potential. The development, which is mainly driven on in Japan, shows that the focus is on coated but essentially only coated paper. The binders used for the coating color are diverse, in addition to latices and hydroxyethyl cellulose, polyvinyl alcohol is predominantly used. The coating colors are partly Cationic agents added, which in addition to those mentioned above also include cationic hard and quaternary ammonium compounds. Silicon oxides in various forms, silicates and also aluminum oxide and aluminum hydroxide are predominantly used as pigments for the coating. Calcium carbonate is usually only used as an extender pigment.
Die vorstehenden Ausführungen lassen für den Papierfachmann ohne weiteres erkennen, daß für die Herstellung von Inkjet-Papieren im wesentlichen hochwertige, und somit teure Rohstoffe eingesetzt werden bzw. bisher eingesetzt werden mußten. Darüber hinaus werden die bekannten Papiere auf meist langsam laufenden Papiermaschinen hergestellt, wodurch sie in den Bereich der sog. Feinpapiere mit entsprechendem Kostenniveau allen und nicht in den Bereich der auf schnell laufenden großen Produktionseinheiten hergestellten Massendruckpapiere. Dies zusammen sind Gründe für den hohen Preis handelsüblicher Inkjet-Druckpapiere. Der zunehmende Bedarf an Inkjet-Druckpapieren hat aber bereits zu Ansätzen geführt, die Herstellungskosten, insbesondere von der Rohstoffseite her zu senken. So hat man beispielsweise versucht, holzhaltige Papiere als Inkjet-Druckpapiere einzusetzen. Es hat sich dabei gezeigt, daß sich die Druckfarbe in Art einer Dochtwirkung in Fasern des Papieres hineinzieht und damit das Druckbild nachteilig beeinflußt. Dieser Effekt wird als "dochten" oder englisch "wicking" bezeichnet. Ein nur geringfügiges "Ausfransen" der Druckpunkte wird in der Fachsprache englisch als "feathering" bezeichnet. In der Veröffentlichung von H. Arnold et al im Wochenblatt für Papierfabrikation 21 (1955), Seite 945 ff. wird dieses Problem bei holzhaltigen Papieren behandelt und es werden Losungsvorschläge zu dessen Vermeiden gemacht. Die Veröffentlichung betrifft aber im wesentlichen Naturpapiere.The above explanations make it readily apparent to the paper specialist that essentially high-quality, and therefore expensive, raw materials are used for the manufacture of inkjet papers, or that previously had to be used. In addition, the known papers are produced on mostly slow-running paper machines, which means that they are in the area of the so-called fine papers with a corresponding cost level and not in the area of the mass-produced paper produced on fast-running large production units. Together, these are reasons for the high price of commercially available inkjet printing papers. However, the increasing demand for inkjet printing papers has already led to attempts to reduce the manufacturing costs, particularly from the raw material side. For example, attempts have been made to use wood-containing papers as inkjet printing papers. It has been shown that the printing ink pulls into the fibers of the paper in the manner of a wicking effect and thus adversely affects the printed image. This effect is called "wicking" or "wicking". One only slight "fraying" of the pressure points is referred to in English as "feathering". In the publication by H. Arnold et al in the Wochenblatt für Papierfabrikation 21 (1955), page 945 ff., This problem is dealt with in the case of wood-containing papers and proposed solutions to avoid them. However, the publication mainly concerns natural papers.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines Inkjet-Papieres aufzuzeigen bzw. ein solches Papier bereitzustellen, dessen Funktionsschicht, nämlich der Deckstrich, seiner Formulierung nach einen Auftrag auf das Basispapier auf modernen Produktionseinheiten bei hohen Produktionsgeschwindigkeiten gestattet, wobei dieser Deckstrich es unter möglichst weitgehender Erfüllung der eingangs erläuterten Anforderungen an ein Inkjet-Papier gleichzeitig auf Wunsch auch ermöglicht, kostengünstigere Rohstoffe, nämlich Holzschliff und andere Holzstoffe im Basispapier einzusetzen und auch dieses Basispapier dementsprechend auf großen Produktionseinheiten kostengünstig herzustellen. In bevorzugter Ausführungsform der Erfindung soll es möglich sein, auch für den Deckstrich kostengünstiger Rohstoffe zu verwenden.The invention has for its object to show a method for producing an inkjet paper or to provide such paper, the functional layer, namely the top coat, according to its formulation allows an application to the base paper on modern production units at high production speeds, this top coat While fulfilling the requirements for an inkjet paper explained at the beginning as far as possible, it is also possible, if desired, to use more cost-effective raw materials, namely wood pulp and other wood materials in the base paper and also to produce this base paper cost-effectively on large production units. In a preferred embodiment of the invention, it should be possible to use inexpensive raw materials also for the top coat.
Verfahrensmäßig wird diese Aufgabe erfindungsgemäß grundsätzlich dadurch gelöst, daß als Deckstrich eine Streichfarbe aufgetragen wird, die insgesamt ein kationisches Verhalten aufweist, d.h. von vornherein kationisch eingestellt ist. Die kationische Ionogenität eines Striches läßt sich mit modernen Meßmethoden auch am fertigen Papier bzw. an Proben des Striches, die vom Papier abgenommen wurden, feststellen. Erfindungsgemäß wird daher auch ein Papier beansprucht, welches einen kationischen Deckstrich aufweist.In terms of method, this object is basically achieved according to the invention in that a coating color is applied as the top coat, which overall has a cationic behavior, i.e. is cationic from the outset. The cationic ionogenicity of a line can also be determined with modern measuring methods on the finished paper or on samples of the line which have been removed from the paper. According to the invention, therefore, a paper is also claimed which has a cationic top coat.
Im Rahmen dieser Beschreibung wird jeder Strichauftrag, der die äußere Oberfläche des Papieres bildet, als Deckstrich bezeichnet, auch wenn es sich bei speziellen Ausführungsformen um den einzigen Strich auf dem Papier handeln sollte. Dies geschieht einerseits, um mit dem gleichen Begriff sowohl einfach wie auch doppelt gestrichene Papiere zu umfassen, die als einzigen oder letzten Strich einen Strich gleicher Art aufweisen, zum anderen aber auch, um bei doppelt gestrichenen Papieren den Deckstrich vom Vorstrich zu unterscheiden.In the context of this description, each stroke application that forms the outer surface of the paper is referred to as the top coat, even if, in special embodiments, it is the only stroke on the paper should act. This is done on the one hand to include both single and double-coated papers with the same term, which have a stroke of the same type as the single or last stroke, and on the other hand to distinguish the top coat from the pre-coat in double-coated papers.
Ferner beziehen sich in der Beschreibung wie in den Patentansprüchen alle Prozentangaben, insoweit nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist, auf Gewichtsprozente einer Substanz im trocken gedachten bzw. ofentrockenen Zustand (Gewichtsprozent otro).Furthermore, in the description, as in the claims, unless otherwise expressly stated, all percentages relate to percentages by weight of a substance in the dry or oven-dry state (percent by weight dry).
Im Rahmen der Entwicklungsarbeiten zu dieser Erfindung hat sich überraschenderweise gezeigt, daß eine spontane Wechselwirkung an der Grenzfläche Papier/Drucktinte im Sinne einer raschen Druckfarbenpigmentaggregation und/oder Agglomeration an der Oberfläche durch eine kationisch eingestellte Streichfarbe erreicht werden kann. Die Wechselbeziehung einer solchen Streichfarbe mit den Inkjet-Tinten ist derart positiv, daß durch sie andere negative Einflüsse wie Punktausfransen, Dochten, Durchschlagen usw. überdeckt werden können. Die verwendete Streichfarbe soll in der Weise kationisch sein, daß sie ein Zetapotential zwischen +5 und +70 mV aufweist. Die Messung des Zetapotentials, insbesondere an Papierstoffsuspensionen, aber auch an Streichpigment- und Füllstoffsuspensionen, wie auch fertigen Streichfarben, ist in der Papierindustrie inzwischen weitgehend üblich. Es wird hier beispielhaft auf eine Papierprüfmethode der Papiertechnischen Stiftung in München, nämlich die PTS-Methode PTS-RH 016/93 vom November 1993 verwiesen, die der Bestimmung des Zeta-Potentials von Streichpigment- und Füllstoffsuspensionen mittels Mikroelektrophorese dient. Es wird ergänzend auf eine Veröffentlichung von Rohloff und Höschle im Wochenblatt für Papierfabrikation 23/24 (1993), Seite 990 ff. verwiesen, welche Zetapotential-Erfährungen mit Labor- und On-line-Messungen betrifft.In the course of the development work on this invention, it has surprisingly been found that a spontaneous interaction at the paper / printing ink interface in the sense of rapid ink pigment aggregation and / or agglomeration on the surface can be achieved by means of a cationically adjusted coating color. The interrelation of such a coating color with the inkjet inks is so positive that other negative influences such as fraying of points, wicks, penetration, etc. can be covered by them. The coating color used should be cationic in such a way that it has a zeta potential between +5 and +70 mV. The measurement of the zeta potential, in particular on pulp suspensions, but also on coating pigment and filler suspensions, as well as finished coating colors, has become largely customary in the paper industry. Reference is made here, for example, to a paper test method from the Paper Technology Foundation in Munich, namely the PTS method PTS-RH 016/93 from November 1993, which is used to determine the zeta potential of coating pigment and filler suspensions by means of microelectrophoresis. Reference is also made to a publication by Rohloff and Höschle in the Wochenblatt für Papierfabrikation 23/24 (1993), page 990 ff., Which relates to zeta potential experience with laboratory and on-line measurements.
Eine vollständig kationisch eingestellte Streichfarbe bedeutet im wesentlichen, daß bereits die Streichpigment-Suspensionen, bevor ihnen weitere Substanzen, im wesentlichen die Bindemittel zum Erstellen der eigentlichen Streichfarbe zugegeben werden, bereits kationisch eingestellt sind. Übliche Streichpigmente, im wesentlichen Kaolin, sind von Natur aus ursprünglich anionisch. Um einen Ionogenitätswechsel an ihnen vorzunehmen, können sie bereits während eines Mahlprozesses beim Hersteller, spätestens aber bei ihrem Dispergieren zu einer wässrigen Slurries für die Streichfarbenaufbereitung mit bestimmten kationischen Agentien behandelt werden, die zu einer Umladung der Pigmentteilchen führen. Ionogene Mittel, meist jedoch anionische Mittel zum Dispergieren von Pigment-Slurries zu verwenden, ist seit langem bekannt. Sie sollen die Vereinzelung der Teilchen in der Suspension fördern und eine Re-Agglomeration verhindern. Derartige Maßnahmen sind aber auch auf der Basis einer kationischen Ionogenität möglich.A completely cationically adjusted coating color essentially means that the coating pigment suspensions are already cationically adjusted before further substances, essentially the binders for producing the actual coating color, are added to them. Common coating pigments, essentially kaolin, are originally anionic in nature. In order to change their ionogenicity, they can already be treated with certain cationic agents during a grinding process at the manufacturer, but at the latest when they are dispersed into an aqueous slurries for coating color preparation, which lead to a charge reversal of the pigment particles. It has long been known to use ionogenic agents, but mostly anionic agents to disperse pigment slurries. They are intended to promote the separation of the particles in the suspension and to prevent re-agglomeration. Such measures are also possible on the basis of a cationic ionogenicity.
Ein Weg, wie kationische Pigmentdispersionen und auch kationisch eingestellte Streichfarben hergestellt werden können, ist beispielsweise aus der EP-A-0 281 134 bekannt.One way in which cationic pigment dispersions and also cationically adjusted coating colors can be produced is known, for example, from EP-A-0 281 134.
Auf den Inhalt dieser Druckschrift wird insoweit Bezug genommen, als es darum geht, einen gangbaren möglichen Weg zum Herstellen einer kationisch eingestellten Streichfarbe aufzuzeigen.Reference is made to the content of this publication insofar as it is a matter of demonstrating a feasible possible way of producing a cationically adjusted coating color.
Nach Möglichkeit werden erfindungsgemäß auch kationische Bindemittel für die Streichfarbe eingesetzt. Dies können kationische Stärken und/oder kationische Kunststoffdispersionen sein. Liegt die Pigment-Slurrie einmal in kationischer Form vor, können jedoch auch nicht-ionogene Zusatzstoffe für die Herstellung der Streichfarbe verwendet werden. Insbesondere hat sich beim System gemäß der Erfindung auch der Einsatz handelsüblichen Polyvinylalkoholes als vorteilhaft erwiesen, der von Natur aus nicht ionogen ist. Sonstige, in geringeren Mengen in Streichfarben übliche Zusatzstoffe wie Gleitmittel, Vernetzungsmittel, Entschäumer, Verdickungsmittel und/oder optische Aufheller sind darauf zu überprüfen, ob sie in ihrer Ionogenität dem kationischen System verträglich sind. Stehen derartige Mittel nicht in geeigneter Ausführung zur Verfügung, ist auch bei ihnen möglichenfalls ein Ionogenitätswechsel vorzunehmen.If possible, cationic binders are also used for the coating color according to the invention. These can be cationic starches and / or cationic plastic dispersions. Once the pigment slurrie is in a cationic form, non-ionic additives can also be used to produce the coating color. In particular, the use of commercially available polyvinyl alcohol, which is inherently non-ionic, has also proven to be advantageous in the system according to the invention. Other additives common in smaller quantities in coating colors such as Lubricants, crosslinking agents, defoamers, thickeners and / or optical brighteners must be checked to ensure that their ionogenicity is compatible with the cationic system. If such means are not available in a suitable design, they may also need to be changed in ionogenicity.
Eine der Voraussetzungen für ein gutes Inkjet-Druckergebnis ist eine gute Benetzbarkeit des Deckstriches und eine gute Tintenaufnahme durch den Deckstrich. Ein weiterer wesentlicher Aspekt der Erfindung liegt darin, daß unter Abkehr von den meist teuren, bisher als Streichpigment für Inkjet-Papiere verwendeten Siliciumdioxiden und Silikaten ein feinteiliges, vorzugsweise in seiner Grundstruktur kugelförmiges Pigment eingesetzt wird, welches zur Ausbildung einer mikroporösen Papieroberfläche führt. Um die erforderliche Mikrokapillarität und eine gute Benetzbarkeit gegenüber den wasserhaltigen Tinten zu erhalten, werden bevorzugt Pigmente mit einer geringen Oberflächenhydrophilie eingesetzt. Ein Pigment, welches erfindungsgemäß diese Forderung erfüllt, ist ein gemahlenes natürliches Calciumcarbonat, das zudem noch unbegrenzt verfügbar und entsprechend preisgünstig ist. Darüber hinaus weist es eine verhältnismäßig hohe Weiße auf. Auch dieses gemahlene Calciumcarbonat ist zum Herstellen einer kationischen Pigmentdispersion mit kationischen Mahl- oder Dispergiermitteln zu behandeln. Während bekannte Streichfarben für Inkjet-Papiere im allgemeinen einen sehr hohen Bindemittelbedarf erfordern, führt die begrenzte Oberflächenhydrophilie des Calciumcarbonates dazu, daß der Anteil an Bindemittel gegenüber bekannten Papieren erheblich gesenkt werden kann. Je nach Grund- und Oberflächenausrüstung des Basispapieres beträgt der Bindemittelbedarf weniger als 11 %, bezogen auf Gesamtstreichpigment, ja sogar weniger als 9 %.One of the prerequisites for a good inkjet print result is good wettability of the top coat and good ink absorption by the top coat. Another essential aspect of the invention is that, in departure from the mostly expensive silicon dioxide and silicates previously used as coating pigment for inkjet papers, a fine-particle pigment, preferably with a spherical base structure, is used, which leads to the formation of a microporous paper surface. To obtain the required microcapillarity and good wettability compared to the water-based inks, pigments with a low surface hydrophilicity are preferably used. A pigment that fulfills this requirement according to the invention is a ground natural calcium carbonate, which is also still available indefinitely and is accordingly inexpensive. In addition, it has a relatively high whiteness. This ground calcium carbonate must also be treated with cationic grinding or dispersing agents to produce a cationic pigment dispersion. While known coating colors for inkjet papers generally require a very high amount of binder, the limited surface hydrophilicity of the calcium carbonate means that the proportion of binder can be considerably reduced compared to known papers. Depending on the basic and surface finish of the base paper, the binder requirement is less than 11%, based on the total coating pigment, even less than 9%.
In bevorzugter Ausführungsform der Erfindung werden als Streichpigment mindestens 50 % Calciumcarbonat eingesetzt, welches einen Feinheitsgrad von mindestens 60 % < 2 µm aufweisen soll. Der Feinheitsgrad des Gesamtpigmentes in der Streichfarbe sollte mindestens 75 % < 2 µm betragen. Es ist durchaus möglich, bis zu 100 % Calciumcarbonat als Streichpigment einzusetzen. Ansonsten kommen als Verschnittpigmente Kaolin, Talkum, Aluminiumhydroxid, Glimmer und/oder Gips in Frage, wobei der Anteil an Kaolin, Talkum, Glimmer und Gips jeweils auf 50 % und der Anteil an Aluminiumhydroxid auf 20 % des Streichpigmentes begrenzt sein soll. Auch diese Verschnittpigmente sollen bereits in ihrer Dispersion kationisch vorliegen.In a preferred embodiment of the invention, at least 50% calcium carbonate, which has a fineness of should have at least 60% <2 µm. The fineness of the total pigment in the coating color should be at least 75% <2 µm. It is entirely possible to use up to 100% calcium carbonate as a coating pigment. Otherwise, blending pigments include kaolin, talc, aluminum hydroxide, mica and / or gypsum, the proportion of kaolin, talc, mica and gypsum in each case being limited to 50% and the proportion of aluminum hydroxide to 20% of the coating pigment. These blending pigments should also be cationic in their dispersion.
Damit der Deckstrich seine erfindungsgemäße Wechselwirkung mit der Druckfarbe bestmöglich entfalten kann, soll er möglichst eine geschlossene Schicht auf der Papieroberfläche bilden und möglichst wenig in das Basispapier hinein wegschlagen. Man spricht hier von einem Streichfarben-Holdout. Dies kann durch eine Leimung des Basispapieres im herkömmlichen Sinne erreicht werden. Auch erfindungsgemäß wird daher in bevorzugter Ausführungsform eine Leimung des Basispapieres entweder in dessen Masse oder an dessen Oberfläche vorgesehen. Welcher Weg gewählt wird, hängt u.U. von der Ausrüstung der Papiererzeugungsmaschine ab. Ist sie mit einer Leimpresse oder etwa einem Filmcoater versehen, bietet sich eventuell eher eine Oberflächenleimung an. Die Zugabe an Leimungsmittel in der Masse, wie auch an der Oberfläche, beträgt üblicherweise in der Gegend von 1 %, bezogen auf Basispapiergewicht.So that the top coat can develop its interaction according to the invention with the printing ink as best as possible, it should form a closed layer on the paper surface as far as possible and knock as little as possible into the base paper. One speaks here of a coating color holdout. This can be achieved by sizing the base paper in the conventional sense. According to the invention, therefore, in a preferred embodiment, sizing of the base paper is provided either in its mass or on its surface. Which route is chosen may depend on the equipment of the paper making machine. If it is provided with a size press or a film coater, surface sizing may be more appropriate. The addition of sizing agent in the mass, as well as on the surface, is usually in the region of 1%, based on the base paper weight.
Zum Erzeugen qualitativ besonders hochwertiger Papiere kann das Basispapier vor Versehen mit dem Deckstrich mit einem Vorstrich ausgerüstet werden. Solche Vorstriche werden zweckmäßigerweise mittels On-line-Streicheinrichtungen in der Papiererzeugungsmaschine auf das Basispapier aufgetragen. Es kann sich dabei um Filmpressen wie auch Schaberstreicheinrichtungen handeln. Als Vorstrich können herkömmliche Formulierungen verwendet werden, die mit einer Masse von 5-12 g/m2 und Seite auf das Papier aufgetragen werden. Wenn hier von herkömmlichen Formulierungen gesprochen wird, so ist damit gemeint, daß diese Vorstreichmassen insbesondere auch anionisch sein können. Es hat sich nämlich gezeigt, daß ohne weiteres ein kationischer Deckstrich auf einen anionischen Vorstrich aufgetragen werden kann, und daß dadurch sogar der Holdout des Deckstriches im Sinne einer Qualitätsverbesserung der Papieroberfläche erhöht werden kann, da durch die unterschiedliche Ionogenität beider Streichmassen deren gegenseitige Affinität und somit auch gegenseitiges Durchdringen gehemmt wird. Auch das verwendete Oberflächenleimungsmittel kann durchaus und sollte sogar anionisch sein.In order to produce particularly high-quality papers, the base paper can be provided with a primer before the top coat is provided. Such primers are expediently applied to the base paper by means of on-line coating devices in the paper making machine. These can be film presses as well as doctor coating devices. Conventional formulations which have a mass of 5-12 g / m 2 and Side on paper. When speaking of conventional formulations, it is meant that these primers can in particular also be anionic. It has been shown that a cationic topcoat can easily be applied to an anionic primer and that even the holdout of the topcoat can be increased in order to improve the quality of the paper surface, since the different ionogenicity of the two coating slips means their mutual affinity and thus mutual penetration is also inhibited. The surface sizing agent used can also and should be anionic.
Die auf das Basispapier aufzutragende Streichfarbe für den Deckstrich weist im allgemeinen Feststoffgehalte zwischen 30 und 65 % auf, wird bevorzugt aber auf Feststoffgehalte von mehr als 50 % eingestellt. Die auf das Rohpapier aufgetragene Masse kann zwischen 2 und 15 g/m2 betragen, liegt bevorzugt aber im Bereich zwischen etwa 7 und 10 g/m2.The coating color to be applied to the base paper for the top coat generally has solids contents of between 30 and 65%, but is preferably adjusted to solids contents of more than 50%. The mass applied to the base paper can be between 2 and 15 g / m 2 , but is preferably in the range between about 7 and 10 g / m 2 .
Wie bereits eingangs erwähnt, kommt es beim Vollflächen- und Mehrfarbendruck darauf an, daß die Druckträger bei Kontakt mit den wässrigen Druckfarben ihre Flächendimension nicht verändern. Nicht entsprechend behandelte Basispapiere können mehr und minder dazu neigen, sich bei Aufnahme von Wasser zu dehnen. Diese Eigenschaft ist in Langs- und Querrichtung des Papieres je nach Art der verwendeten Papiererzeugungsmaschine mehr oder minder ausgeprägt. So ist es möglich, auf verhältnismäßig langsam laufenden Langsiebmaschinen mit einem verhältnismäßig guten Faserorientierungsverhältnis zwischen Langs- und Querrichtung Papiere zu erzeugen, die eine relativ gute Dimensionsstabilität aufweisen. Hochgeschwindigkeitsmaschinen zur kostengünstigen Erzeugung von Papier weisen heutzutage jedoch meist Gap- und Doppelsiebformer auf, die ein Papier mit stark bevorzugter Langsorientierung der Fasern ergeben, was dazu führt, daß das Papier insbesondere in Querrichtung eine schlechte Dimensionsstabilität aufweist. Dieser Eigenschaft kann durch Verfestigungsmittel entgegengewirkt werden. Hier kommt in erster Linie der Zusatz von Stärke, sowohl in der Masse wie auch als Oberflächenbehandlung in Frage. Unpräziserweise wird bei der Oberflächenbehandlung mit Stärke häufig auch von Oberflächenleimung gesprochen. Während die echte Papierleimung das Auslaufen von Tinte oder wässriger Druckfarbe im Papier verhindern soll, dient die Behandlung mit Stärke einer Erhöhung der Festigkeit. Wird bei Hochgeschwindigkeitspapiermaschinen Stärke in der Masse als Verfestigungsmittel zugegeben, kommt man kaum umhin, hierfür eine hochkationische Stärke zu verwenden, um die Retention dieses Mittels auf dem Papiermaschinensieb zu verbessern, damit die Stärke einerseits wirklich weitgehend im Papier verbleibt und sich andererseits nicht im Papiermaschinen-Wasserkreislauf anreichert mit den sich daraus ergebenden nachteiligen Folgen. Es hat sich gezeigt, daß auch auf schnell laufenden Papiermaschinen mit Gap-Former bis etwa 2 % kationische Stärke, bezogen auf den Basispapiereintrag zugegeben werden können. Wählt man eine Oberflächenbehandlung mit Stärke, beispielsweise in der Leimpresse der Papiermaschine, kann der Stärkeeintrag erhöht werden. Bei Anwendung einer solchen Oberflächenbehandlung mit Stärke werden erfindungsgemäß etwa 3 %, bezogen auf Basispapiereintrag eingesetzt. Die Mengen können jedoch variieren. Im Gegensatz zur Zugabe von Stärke in die Papiermasse kann bei der Oberflächenbehandlung durchaus und sogar vorteilhaft eine anionische Stärke verwendet werden. Eine solche Oberflächenbehandlung hat dann in etwa die gleiche Wirkung wie ein bereits weiter oben erwähnter anionischer Vorstrich.As already mentioned at the beginning, it is important for full-surface and multicolor printing that the print carriers do not change their surface dimension when they come into contact with the aqueous printing inks. Base papers that have not been treated appropriately can more and less tend to stretch when they absorb water. This property is more or less pronounced in the longitudinal and transverse directions of the paper, depending on the type of paper making machine used. It is thus possible to produce papers on relatively slow-running Fourdrinier machines with a relatively good fiber orientation ratio between the longitudinal and transverse directions, which have a relatively good dimensional stability. However, high-speed machines for the cost-effective production of paper nowadays mostly have gap and twin-wire formers, which give paper with a highly preferred longitudinal orientation of the fibers, which leads to the paper having a poor, particularly in the transverse direction Has dimensional stability. This property can be counteracted by strengthening agents. Here the addition of starch comes primarily into consideration, both in terms of mass and as a surface treatment. Inaccurately, surface treatment with starch is often referred to as surface sizing. While real paper sizing is intended to prevent ink or water-based printing ink from leaking out of the paper, starch treatment increases the strength. If starch is added in bulk as a strengthening agent in high-speed paper machines, it is difficult to avoid using a highly cationic starch to improve the retention of this agent on the paper machine screen, so that the starch really remains largely in the paper on the one hand and does not remain in the paper machine on the other. Water cycle enriches with the resulting adverse consequences. It has been shown that even on high-speed paper machines with gap formers, up to about 2% cationic starch, based on the base paper input, can be added. If you choose a surface treatment with starch, for example in the size press of the paper machine, the starch input can be increased. When using such a surface treatment with starch, according to the invention, about 3%, based on the base paper input, is used. However, the quantities can vary. In contrast to the addition of starch to the paper pulp, an anionic starch can be used quite and even advantageously in the surface treatment. Such a surface treatment then has approximately the same effect as an anionic primer mentioned above.
Bei doppelt gestrichenen Papieren kann erfindungsgemäß je nach Zielsetzung sowohl ein anionischer wie auch ein kationischer Vorstrich zum Einsatz kommen. Ist ein Basispapier bereits mit einer anionischen Oberflächenbehandlung mit Stärke ausgerüstet, der durchaus auch ein gewisser Pigmentanteil beigegeben werden kann, und soll ein darauf aufzubringender Vorstrich lediglich den Deckstrich und dessen Wirkung verstärken, kann auch für den Vorstrich eine kationische Streichfarbe verwendet werden, beispielsweise die gleiche, die anschließend auch für den Deckstrich eingesetzt wird. Insbesondere dann jedoch, wenn von einer anionischen Oberflächenbehandlung mit Stärke abgesehen wurde, ist es vorteilhaft, vor dem kationischen Deckstrich als Vorstrich oder Vorpigmentierung eine anionische Formulierung aufzubringen, damit zumindest an einer Grenzfläche innerhalb der Papierbeschichtung ein Ionogenitätswechsel vorhanden ist.In the case of double-coated papers, both an anionic and a cationic primer can be used according to the invention, depending on the objective. Is a base paper already equipped with an anionic surface treatment with starch, to which a certain amount of pigment can also be added, and should be applied to it Pre-coat only to reinforce the top coat and its effect, a cationic coating color can also be used for the pre-coat, for example the same that is subsequently used for the top coat. In particular, however, if an anionic surface treatment with starch has been dispensed with, it is advantageous to apply an anionic formulation as a primer or prepigmentation before the cationic top coat, so that there is an ionogenicity change at least at an interface within the paper coating.
Versuche haben erstaunlicherweise weiterhin ergeben, daß die erfindungsgemäße Oberflächenausrüstung und Vorbehandlung eines Inkjet-Druckpapieres es ohne nennenswerte Qualitätreinbußen ermöglicht, anstelle von holzfreien Basispapieren durchaus auch holzhaltige und stark altpapierhaltige Basispapiere einzusetzen. Dies bedeutet nicht nur eine erhebliche Verbilligung der Basispapiere, Inkjet-Papiere auf dieser Basis tragen auch zu einer Verminderung der Umweltbelastung bei. Allein schon die Möglichkeit des Altpapiereinsatzes, und zwar sogar von aufbereiteter Haushaltssammelware, dokumentiert dies ohne nähere Begründung. Aber auch insoweit Holzschliff oder entsprechende Holzstoffe eingesetzt werden, kann hierfür in erheblichem Umfang auf die Verarbeitung von Abfallhölzern zurückgegriffen werden, während Zellstoff im allgemeinen nur aus Holz guter Qualität erzeugt wird.Experiments have surprisingly also shown that the surface finishing and pretreatment of an inkjet printing paper according to the invention makes it possible to use wood-containing and waste paper-containing base papers instead of wood-free base papers without any significant loss of quality. This not only means a substantial reduction in the cost of the base papers, inkjet papers on this basis also contribute to reducing the environmental impact. The possibility of using waste paper, even of processed household collectibles, documents this without further explanation. However, to the extent that wood pulp or corresponding wood materials are used, the processing of waste wood can be used to a considerable extent, while pulp is generally only produced from wood of good quality.
Es hat sich ergeben, daß bei erfindungsgemäßen Papieren das bei Verwendung von Holzschliff beobachtete feathering praktisch nicht auftritt. Nun gelangt Holzschliff nicht nur etwa durch frischen Holzstoff in das Papier, dessen Anteil man eventuell noch vermeiden könnte, ein erheblicher Anteil an Holzstoff kommt gerade aus gemischtem Altpapier; so daß dessen Verwendung zumindest auch die gleichen Probleme erzeugt, die bei der Verwendung von frischem Holzstoff beobachtet werden.It has been found that the feathering observed when using groundwood is practically non-existent in papers according to the invention. Now wood pulp does not only get into the paper through fresh wood pulp, the proportion of which could possibly still be avoided, a considerable proportion of wood pulp comes from mixed waste paper; so that its use also creates at least the same problems observed with the use of fresh wood pulp.
Erfindungsgemäß ist es durchaus möglich, holzfreie Basispapiere einzusetzen, bei zusätzlicher Verwendung anderer Faserstoffe kann der Einsatz an neuem Zellstoff aber möglicherweise bis auf 10 % Anteil am Gesamtfaserstoff reduziert werden. So sind Faserstoffzusammensetzungen mit 10-40 % Zellstoff, 5-60 % Holzstoff und 0-60 % Fasern aus aufbereitetem, diinktem Altpapier möglich. Wenn hier von Holzstoff die Rede ist, so soll dieser Begriff sowohl Holzschliff wie auch die in der Papierindustrie geläufigen Holzstoffe TMP und CTMP und dergl. mit einschließen.According to the invention, it is entirely possible to use wood-free base papers, but if other fiber materials are additionally used, the use of new cellulose can possibly be reduced to 10% of the total fiber material. Fibrous compositions with 10-40% cellulose, 5-60% wood pulp and 0-60% fibers made from processed, thin waste paper are possible. When wood pulp is mentioned here, this term is intended to include both wood pulp as well as the wood pulp TMP and CTMP and the like which are common in the paper industry.
In den angefügten Tabellen 1, 2 und 3 sind Papierzusammensetzungen und Prüfergebnisse von erfindungsgemäßen Inkjet-Papieren im Vergleich zu herkömmlichen Papieren angegeben. Es wurden in großtechnischem Maßstab auf tatsächlichen Produktionsanlagen drei erfindungsgemäße Papiere gefertigt, die als Beispiel 1, Beispiel 2 und Beispiel 3 bezeichnet sind. In allen drei Tabellen handelt es sich bei den sog. Beispielen um die jeweils gleichen Papiere.Tables 1, 2 and 3 show paper compositions and test results of inkjet papers according to the invention in comparison with conventional papers. Three papers according to the invention, which are designated as Example 1, Example 2 and Example 3, were produced on an industrial scale on actual production lines. In all three tables, the so-called examples are the same papers.
Vor Erörterung der in den Tabellen enthaltenen Werte seien vorab einige der dort verwendeten Abkürzungen erläutert:
- ZS
- = Zellstoff
- TMP
- = thermomechanischer Holzstoff
- CTMP
- = chemisch-thermomechanischer Holzstoff
- DIP
- = deinkte Altpapierfaser
- PET
- = Polyelektrolyttitration
- OSS
- = Obersiebseite (bei Langsiebpapieren die Oberseite)
- USS
- = Untersiebseite (bei Langsiebpapieren die Siebseite).
- ZS
- = Pulp
- TMP
- = thermomechanical wood pulp
- CTMP
- = chemical-thermomechanical wood pulp
- DIP
- = deinked waste paper fiber
- PET
- = Polyelectrolyte titration
- OSS
- = Top side (top side for Fourdrinier papers)
- USS
- = Bottom side (the side of the sieve).
Insoweit von Bedeutung sind kationische Stoffe mit einem Pluszeichen im Kreis und anionische Stoffe mit einem Minuszeichen im Kreis gekennzeichnet.In this respect, cationic substances are marked with a plus sign in a circle and anionic substances with a minus sign in a circle.
Die Tabelle 1 enthält Rohpapiereinträge, wobei sie in der ersten Spalte Inkjet-Standard einen typischen Eintrag für ein herkömmliches Inkjet-Papier und in den Spalten der Beispiele 1 bis 3 die Einträge der erzeugten Versuchspapiere enthält. Die beiden ersten Zeilen (Endgewicht und Rohpapier-Gewicht) geben lediglich die Rohpapiergewichte an, die für das Erzeugen eines bestimmten Endgewichtes nach Beschichten des Roh- bzw. Basispapieres gefertigt wurden. Die Differenz zwischen Rohpapiergewicht und Endgewicht bei Beispiel 3 ist größer, da dieses Papier für einen Doppelstrich je Seite vorgesehen war.Table 1 contains raw paper entries, where it contains a typical entry for conventional inkjet paper in the first column Inkjet Standard and the entries of the test papers produced in the columns of Examples 1 to 3. The first two lines (final weight and raw paper weight) only indicate the raw paper weights that were produced for the production of a certain final weight after coating the raw or base paper. The difference between the base paper weight and the final weight in Example 3 is greater, since this paper was intended for a double line on each side.
Es ist erkennbar, daß das Standardrohpapier als Faserstoff nur Zellstoffe enthält, und zwar im Verhältnis 30 Teile Langfaser zu 46 Teile Kurzfaser, wobei als Kurzfaser gern Eukalyptuszellstoff eingesetzt wird. Die Rohpapiere der Beispiele 1 bis 3 enthalten neben deinktem Altpapier Holzschliff (Beispiele 1 und 2) bzw. thermischen Holzstoff (Beispiel 3). Das Rohpapier nach Beispiel 2 wurde zum Erzeugen des Basispapieres für den Deckstrich mit einer Oberflächenleimung und einer Oberflächenverfestigung (Stärke) versehen.It can be seen that the standard base paper only contains cellulose as the pulp, in a ratio of 30 parts long fiber to 46 parts short fiber, eucalyptus pulp being often used as the short fiber. In addition to deinked waste paper, the base papers of Examples 1 to 3 contain wood pulp (Examples 1 and 2) or thermal wood pulp (Example 3). The base paper according to Example 2 was provided with a surface sizing and a surface strengthening (starch) to produce the base paper for the top coat.
Die Papiere nach Beispiel 1 und Beispiel 3 enthielten Verfestigungsmittel (Stärke) und Leimungsmittel in der Masse.The papers of Example 1 and Example 3 contained strength agents (starch) and sizing agents in bulk.
Das in Tabelle 1 enthaltene Standard-Rohpapier ist grundsätzlich auch für eine Beschichtung gemäß der Erfindung geeignet, es ist aber teurer, und die Vergleichsversuche sollen zeigen, daß entsprechend gute Druckresultate auch mit Papieren erhalten werdne können, die Altpapierfasern und Holzstoff enthalten.The standard base paper contained in Table 1 is in principle also suitable for a coating according to the invention, but it is more expensive, and the comparative experiments are intended to show that correspondingly good printing results can also be obtained with papers which contain waste paper fibers and wood pulp.
Die Tabelle 2 enthält in den Spalten Beispiel 1 bis 3 die Rezepturen der Deckstriche, mit denen die jeweiligen Rohpapiere nach Beispiel 1 bis 3 beschichtet wurden. Zum Vergleich in Spalte 1 ist ein Bereich für Standarddeckstrichformulierungen für herkömmliche Inkjet-Papiere angegeben. Die Papiere der Beispiele 1 und 2 wurden mit einem Deckstrich versehen, der 100% Calciumcarbonat als Streichpigment enthielt, während der Deckstrich für das Beispiel 3 als Streichpigment 80 % Calciumcarbonat und 20 % Kaolin enthielt. Alle Pigmente waren kationisch eingestellt. Die Bindemittel aller Versuchsstreichfarben enthielten Polyvinylalkohol, im übrigen kationische Kunststoffbinder und kationische Stärke (Beispiel 3). Die Gesamtbindemittelmengen bewegten sich zwischen 8 und 10,4 %, bezogen auf Streichpigment. Dies steht in starkem Gegensatz zu den 50 bis 100 % Polyvinylalkohol bei der Standardformulierung. Die Zetapotentiale der Versuchsstreichfarben lagen deutlich im positiven Bereich.Table 2 contains in the columns Example 1 to 3 the formulations of the top coats with which the respective base papers according to Examples 1 to 3 were coated. For comparison, column 1 shows a range for standard top coat formulations for conventional inkjet papers. The papers of Examples 1 and 2 were provided with a top coat which Contained 100% calcium carbonate as a coating pigment, while the top coat for Example 3 contained 80% calcium carbonate and 20% kaolin as a coating pigment. All pigments were cationic. The binders of all test coating colors contained polyvinyl alcohol, in addition cationic plastic binders and cationic starch (example 3). The total amount of binder was between 8 and 10.4%, based on the coating pigment. This is in stark contrast to the 50 to 100% polyvinyl alcohol in the standard formulation. The zeta potentials of the test coating colors were clearly in the positive range.
Das Rohpapier nach Beispiel 3 wurde vor Auftragen des Deckstriches mit einem herkömmlichen Vorstrich versehen. Dieser hatte, wie sich aus Tabellen 1 und 2 zusammen ergibt, eine Masse von etwa 11 g/m2 und Seite. Die drei Basispapiere der Beispiele unterschieden sich vor Auftragen des Deckstriches, abgesehen von den Unterschieden in ihrer Faserstofzusammensetzung dadurch, daß das Papier nach Beispiel 1 nur eine Leimung und Verfestigung in der Masse aufwies, das Papier nach Beispiel 2 keine Leimung und Verfestigung in der Masse, dagegen Leimung und Verfestigung in der Oberfläche und das Papier nach Beispiel 3 wiederum eine Leimung und Verfestigung in der Masse, als Oberflächenausrüstung aber nur den Vorstrich. Die Flächenmassen des Deckstriches pro Seite sind aus Tabelle 2 unten zu erkennen und lagen in der Pegel bei 8 g/m2 im Gegensatz zu den höheren Strichgewichten beim herkömmlichen Papier. Die Papiere nach den Beispielen 1 und 2 wurden in einer Filmpresse mit dem Deckstrich versehen, das Papier nach Beispiel 3 in einer Schaberstreichanlage.The base paper according to Example 3 was provided with a conventional primer before the top coat was applied. As can be seen from Tables 1 and 2 together, this had a mass of approximately 11 g / m 2 and side. The three base papers of the examples differed from the application of the topcoat, apart from the differences in their fiber composition, in that the paper according to example 1 had only one size and solidification in the mass, the paper according to example 2 had no size and solidification in the mass, on the other hand, sizing and consolidation in the surface and the paper according to Example 3 again sizing and consolidation in the mass, but only the primer as surface finish. The grammages of the top coat on each side can be seen in Table 2 below and the level was 8 g / m 2 in contrast to the higher coat weights for conventional paper. The papers according to Examples 1 and 2 were provided with the top coat in a film press, the paper according to Example 3 in a doctor coater.
In Tabelle 3 sind die Papierprüfergebnisse und die Ergebnisse der Beurteilung der Bedruckbarkeit im Inkjet-Verfahren zusammengestellt. Da Vergleichspapiere mit herkömmlichem Deckstrich nicht selbst hergestellt wurden, wurden kommerzielle Vergleichspapiere herangezogen, und zwar für die Versuchspapiere der Beispiele 1 und 2 entsprechend ein einfach gestrichenes Vergleichspapier und für das Versuchspapier des Beispiels 3 ebenfalls ein doppelt gestrichenes Vergleichspapier.Table 3 shows the paper test results and the results of the printability assessment using the inkjet process. Since reference papers with a conventional top coat were not produced in-house, commercial reference papers were used, and for the test papers of Examples 1 and 2 accordingly a simple one coated comparison paper and for the test paper of example 3 also a double-coated comparison paper.
Wesentlich ist die Beurteilung der Druckergebnisse im unteren Teil der Tabelle 3. Die Beurteilungen lassen ohne weiteres erkennen, daß die Versuchspapiere sich mindestens so gut verhielten wie die Vergleichspapiere, wenn nicht zum Teil sogar besser.The assessment of the print results in the lower part of Table 3 is essential. The assessments show without further ado that the test papers behaved at least as well as, if not partially better than, the comparison papers.
Daraus ergibt sich, daß unter Verwendung preisgünstiger, holz- und altpapierhaltiger Rohpapiere und deren Versehen mit einem kationischen Deckstrich, der überdies im wesentlichen Calciumcarbonat als billiges Streichpigment und relativ wenig Bindemittel enthalten kann, ein qualitativ hochwertiges Inkjet-Papier erhalten werden kann.
Claims (32)
dadurch gekernzeichnet, daß die Streichfarbe kationisch eingestellt wird.
characterized by the fact that the coating color is adjusted cationically.
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