DE69107811T2 - Beschichtungsverfahren von Papieren und seine Anwendung für Flexographie. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Beschichtungsverfahren für Papiere und dessen Anwendung beim Flexodruck.
• Der Flexodruck ist ein typographisches Verfahren, bei dem ein weicher Druckstock verwendet wird, und das heute häufig für das Bedrucken von verschiedenen Trägern auf Papierbasis, wie Taschen oder Verpackungskartonagen, bedruckten Papieren, die zur Verkleidung von Mauern bestimmt sind, Tischtüchern, Servietten, Briefumschlägen usw. verwendet wird. Der Flexodruck kann ein- oder vielfarbig sein, wobei vorzugsweise wässrige Farben verwendet werden, wodurch die durch organische Lösungsmittel herkömmlicher Farben hervorgerufene Umweltverschmutzung vermieden wird. Die Verwendung von wässrigen Farben ist häufig nicht mit einer gesteigerten Produktivität und einem Druck von guter Qualität vereinbar, weil diese wässrigen Farben auf herkömmlichen Papierträgern die Tendenz zu wandern, zu verlaufen und zu verschmieren aufweisen und außerdem lange zum Trocknen brauchen. Man sucht folglich ein Beschichtungsverfahren, das Papiere bereitstellt, die zum Bedrucken mittels Flexodruck mit wässrigen Farben geeignet sind, ohne Verschmieren und/oder Verlaufen zu verursachen, und das gleichzeitig eine erhöhte Produktivität sicherstellt. Dazu wird entweder die Verwendung von speziellen Farben oder die Veränderung der Oberflächenbeschaffenheit der Papiere vorgeschlagen. Unter diesen Veränderungen kann man insbesondere die Behandlung mit Benetzungsmitteln, die Verwendung von speziellen Adjuvanzien wie wasserlöslichen Polymeren, eine spezielle Ausrüstung der Papiermasse, die Verwendung spezieller Beladungen usw. nennen.
• Diese verschiedenen Modifikationen gestatten jedoch kein Bedrucken mittels Flexodruck von guter Qualität und mit gesteigerter Produktivität bei geringen Kosten. Um auf die immer drastischeren Ansprüche des Marktes zu reagieren, hat die Patentanmelderin ein neues Beschichtungsverfahren für Papiere erfunden, die zum Bedrucken mittels Flexodruck bestimmt sind, und die ein erhöhtes Drucktempo bei geringen Kosten ohne Verschmieren, Verlaufen und/oder ein Durchschlagen zu verursachen ermöglichen.
• Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man Träger auf Papierbasis mit einer Beschichtungsmasse beschichtet, die ein in Wasser unlösliches, anionisches, vemetztes Polymer enthält, das im allgemeinen ein hohes Molekulargewicht aufweist. Unter hohem Molekulargewicht wird ein Molekulargewicht von mehr als 1 Million verstanden.
• Dieses anionische vernetzte Copolymer ist entweder ein Homopolymer aus Acrylsäure, die teilweise oder vollständig mit einem Alkalimetall oder Ammonniak versalzt ist, oder ein Copolymer aus Acrylamid und Acrylsäure, die teilweise oder vollständig mit einem Alkalimetall oder Ammoniak versalzt ist. Vorteilhafterweise ist der Versalzungsgrad der Acrylsäure größer gleich 60%. Die Copolymere enthalten vorzugsweise, gemessen in molaren Verhältnissen, 1 bis 20% Acrylamid. Die Vernetzung wird insbesondere mit einem herkömmlichen diethylenischen Vernetzungsmittel durchgeführt, das Acrylamidgruppen wie Methylenbisacrylamid oder Bisacrylamidoessigsäure enthält, und vorzugsweise wird die Vernetzung mit Bisacrylamidoessigsäure durchgeführt. Die Menge des Vernetzungsmittels variiert, bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomeren, von 10 bis 1000 ppm, vorteilhafterweise beträgt diese Menge zwischen 50 und 500 ppm und besonders bevorzugt 100 ppm. Das anionische, vernetzte, in Wasser unlösliche Polymer, das erfindungsgemäß eingesetzt werden kann, ist ein Polymer mit hohem Molekulargewicht; für den Einsatz gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird es vorteilhafterweise in der wässrigen Phase einer autoreversiblen Wasser-in-Öl-Emulsion, insbesondere als diskrete Teilchen mit Ausdehnungen von weniger als 10 um dispergiert. Diese autoreversiblen Wasser-in-Öl-Emulsionen bestehen einerseits aus einer kontinuierlichen Ölphase auf Grundlage eines Paraffin- oder Naphthalin-Paraffinöls, die bei Raumtemperatur flüssig ist und einen Siedepunkt von 100 bis 350 ºC aufweist, und andererseits aus einer wässrigen Phase.
• Man kann die verwendbaren Öle bei verschiedenen Herstellern wie zum Bespiel der Société SHELL beziehen.
• Nach Gewicht enthalten diese Emulsionen zu 65 bis 75% eine dispergierte wässrige Phase, von der 35 bis 50% aus einem hydrophilen, anionischen Copolymer mit einem Molekulargewicht von mehr als 106 bestehen, zu 2 bis 7% ein Emulgatorgemisch, wovon mindestens einer in der wassrigen Phase loslich ist, wobei der an 100% fehlende Rest aus einer Ölphase besteht.
• Unter den einsetzbaren Emulgatoren kann man insbesondere das Sorbitanmonooleat und die mit 8 bis 12 Molekülen Ethylenoxid ethoxylierten Nonylphenole nennen.
• Derartige Emulsionen sind in der Literatur beschrieben, und für die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die für den Pigmentdruck bekannten Verdickungsmittel auf Basis von Acrylsäurepolymeren, die durch in der autoreversiblen Wasser-in-Öl-Emulsion vorhandenen Ammoniak teilweise oder vollständig versalzt sind, wie die in der Patentanmeldung EP-A-0 325.065 beschriebenen besonders gut geeignet.
• Das erfindungsgemäße Verfahren wird bei einem pH-Wert im Bereich von 4 bis 5, vorzugsweise bei einem pH-Wert von etwa 4 durchgeführt. Ein pH-Wert unterhalb von 4 ist nicht wünschenswert, da er eine Korrossion der Materialien mit sich bringt, und ein pH-Wert oberhalb von 5 führt zu schwer handhabbaren Beschichtungspasten mit erhöhter Viskosität.
• Das erfindungsgemäße Verfahren kann gemäß herkömmlicher Papierbeschichtungsverfahren durchgeführt werden, indem man auf dem zu behandelnden Papier 1 bis 30 g pro Quadratmeter des anionischen vernetzten Polymeren aufbringt. Das Aufbringen wird zum Bespiel in einem wässrigen Medium bei einem pH-Wert im Bereich von 4 bis 5 auf einer herkömmlichen Beschichtungsvorrichtung durchgeführt.
• Um die Leistungsfähigkeit der Papiere, die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt worden sind, beurteilen zu können, wurden die Eigenschaften der Papiere, die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt wurden, mit Papieren verglichen, die gemäß bekannter Verfahren behandelt wurden, wobei entweder oxidiertes Stärkemehl, eine Carboxymethylcellulose oder ein Polyvinylalkohol eingesetzt wurde. Die Tabellen I und II zeigen die erhaltenen Ergebnisse. Das für die Versuche verwendete Papier ist ein Kraft-Verpackungspapier mit 70 g/m². Die Beschichtungen werden auf fünf Blättern mit einer Auftragsleiste durchgeführt. Nach der Beschichtung werden die Papiere bei 105º C fünf Minuten lang getrocknet, dann werden sie durch leichtes Kalandrieren geglättet. Das Gewicht der Beschichtungen wird durch Wiegen bestimmt. Der Druck wird mittels einer roten Flexodruckfarbe durchgeführt (Farbentyp SL 2742, Rot 3 der Société MARCOLAC SIEM), die mit Wasser bis zu einer Verlaufszeit von 21 ± 1 Sekunde, bestimmt gemäß der Methode mit einem Fordbecher Nr. 4, verdünnt wird. Das Bedrucken wird bei einer konstanten Geschwindigkeit von 0,8 m/s auf einem IGT AI-C25 Apparat bei einem Druck von 500 N und mit einer oberen Molette aus Aluminium durchgeführt. Ein Tropfen Farbe wird auf den Aluminiumläufer aufgebracht, man startet danach den Druck und der Tropfen breitet sich auf der gesamten Papieroberfläche aus. Man erhält so einen Druck einer bestimmten Länge, die der Absorptionskapazität des Papiers proportional ist. Tabelle I Wasser pH Gesamtgewicht TABELLE II Farbenübertragung Verschmierung Formulierung Wasserfestigkeit Durchschlagen Brookfield Viskosität mPa.s Beschichtung g/m2 Drucklänge optische Dichte Brillianz optische Dichte Träger optische Dichte Verschmierung
• Tabelle I zeigt die Formeln der zur Beschichtung von Papier vor dem Druck verwendeten Bäder. In dieser Tabelle stammt die oxidierte Stärke, Aox genannt, von der Société des Produits du Mais, SPDM, und wird unter der Bezeichnung AMlSOL 5591 vertrieben, die Caboxymethylcellulose, als CMC bezeichnet, wird von der Anmelderin unter der Bezeichnung TYLOSE VCLL vertrieben, der Polyvinylalkohol, als PVA bezeichnet, wird von der Anmelderin unter der Bezeichnung MOWIOL 98-4 vertrieben, und das verwendete Verdickungsmittel, als E bezeichnet, ist eine Wasser-in-Öl-Emulsion, die nach Gewicht aus 29,3% eines Acrylamid(AAM)- Acrylsäure(AA)-Ammoniumacrylat (AANH&sub4;) Copolymeren, 20,5-26-53 nach molaren Verhältnissen, das mit 100 ppm Bisacrylamidoessigsäure (ABAA), bezogen auf das Gewicht des Copolymeren, vernetzt ist, 42,6% Wasser, 23,4% Paraffinöl mit C&sub1;&sub0;-C&sub1;&sub3; und 4,7% eines Emulgiermittelgemisches, wovon 46,4% aus Sorbitansesquioleat bestehen und der Rest zu 100% aus zwei Emulgatoren besteht, die in Wasser löslich sind und einen HLB-Wert oberhalb von 8 aufweisen. In Tabelle I werden alle Mengen in Gramm ausgedrückt. Die Einstellung des pH- Wertes von gewissen Formulierungen auf einen pH-Wert von 4 wird durch Zugabe von Chlorwasserstoffsäure erreicht.
• Ausgehend von den Badformulierungen, die in Tabelle I angegeben werden, werden verschiedene Beschichtungen von 1 bis 10 g/m² realisiert.
• Die Ergebnisse der 10 aufeinanderfolgenden Versuche mit jeder Formulierung bei verschiedenen Beschichtungen werden durch Druckdichte-, Verschmierungs-, Durchschlags- und Wasserfestigkeitsversuche bewertet. Zu Vergleichszwecken wurde auch ein nicht behandelter Papierträger getestet; die erhaltenen Resultate werden unter der Bezeichnung T angegeben. Die Mittelwerte, die in den in jedem Test durchgeführten 10 Versuchen erhalten wurden, werden in Tabelle II gezeigt. In dieser Tabelle wird die Drucklänge in Zentimetern ausgedrückt, und die Wasserfestigkeit und das Durchschlagen mit 1 bis 5 bezeichnet, wobei der Wert 1 einer guten Wasserfestigkeit oder einem nur geringen Durchschlagen entspricht, und der Wert 5 einer schlechten Wasserfestigkeit oder einem beträchtlichen Durchschlagen entspricht. Die Brookfield Viskositäten werden in mPa.s ausgedrückt und werden auf einem Brookfield Apparat Modell RVT bei 20ºC bestimmt, wobei das Modul und seine Rotationsgeschwindigkeit aus den empfohlenen Bereichen ausgewählt wird.
• Die Farbübertragung und die Verschmierung werden gemäß bekannter Techniken durch Messung der optischen Dichte des Drucks des Trägers und der Verschmierung bestimmt. Die Druckdichte wird mit Hilfe eines Reflektions-Densitometrieapparates MACBETH RD 100 gemessen, wobei der Reflektionsfaktor p als das Verhältnis IR/li definiert ist, wobei IR die Intensität des reflektierten Lichtes und li die Intensität des einfallenden Lichtes ist, und die optische Dichte, d.o. der dezimale Logarithmus des reziproken Wertes des Reflektionsfaktors ist und durch die Formel
• definiert ist.
• Der Glanz des Druckes wird mit Hilfe eines GARDNER Reflektometers, das bei 75 º arbeitet, beurteilt und als Prozentsatz des Reflektionsvermögens ausgedrückt. Vor den Tests werden die Muster 5 Minuten lang in einem Trockenofen bei 105ºC getrocknet.
• Die Wasserfestigkeit wird dadurch bestimmt, daß bedruckte Papierstreifen von einer Länge von 55 bis 300 mm viermal hintereinander in ein mit einem Liter Wasser von 20ºC gefülltes Becherglas 45 Minuten lang eingetaucht werden, wobei danach die auf dem Träger verbleibende Farbenmenge durch Messung der optischen Dichte bestimmt wird. Das Durchschlagen wird durch Beurteilung der Rückseite des bedruckten Blattes bewertet.
• Die Länge des Drucks erlaubt es, die von dem Träger in einer gegebenen Zeit normalerweise absorbierte Farbenmenge zu bestimmen. Dazu wird ein Farbtropfen zwischen zwei Rollen aufgetragen: Die erhaltene Länge des Farbstreifens ist um so größer, je weniger der Träger absorbiert.
• In der Tabelle III werden die mit einer Beschichtung von 4 g/m² Stärkemehl Aox, CMC und E erhaltenen Resultate gezeigt. TABELLE III Farbenübertragung Verschmierung Durchschlagen Wasserfestigkeit Länge Träger Verschmierung
• Auf dem nicht behandelten Träger T wird die Farbe leicht absorbiert (Länge des schwachen Drucks: 8,4 cm) und sie dringt tief ein und ergibt ein erhebliches Durchschlagen. Andererseits ist die Druckdichte wenig erhöht, obwohl die Druckfläche klein ist und ein Teil der Farbe geht in dem Träger verloren. Außerdem bleibt die Druckdichte der so auf dem bedruckten Träger aufgebrachten Verschmierung erhöht: Die Farbe wird schnell absorbiert, ist aber schlecht fixiert. Nur die Wasserfestigkeit ist gut, da die Farbe tief in den Träger eindringt
• Das Produkt E erlaubt es, die vorstehend genannten Nachteile zu verringern: Es ermöglicht es, die für eine gute Druckdichte geringste Verschmierung zu erreichen; die Farbe wird gut und schnell fixiert wobei sie eine korrekte Wasserfestigkeit und ein korrektes Durchschlagen aufweist. Durch visuelle Beurteilung kann festgestellt werden, daß die Farbe mit dem Produkt E auf der Oberfläche fixiert wird und zu einer bemerkenswerten Beschichtung und einem weichen und glatten Griff und schließlich auf gefärbten Trägern zu einem frischeren Eindruck führt.
• Es ist das Ergebnis all dieser Versuche, daß die Formulierungen auf der Basis von Emulsion E, die ein vernetztes anionisches Polymer enthalten, dem behandelten Träger sehr gute Eigenschaften verleihen: Verringerung des Verschmierens, gute Druckdichte, gute Ergiebigkeit des Drucks. Außerdem ermöglichst es das erfindungsgemäße Verfahren, einen glatten und weichen Träger zu erhalten, der für die Herstellung von einer Vielzahl von Gegenständen sehr geschätzt ist.
• Deshalb ist es schließlich eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das vorstehend beschriebene Verfahren zum Erhalt von beschichteten Trägern auf Papierbasis, die zum Bedrucken mittels Flexodruck bestimmt sind, anzuwenden.

Claims (8)

1. Beschichtungsverfahren für Träger auf Papierbasis zum Bedrucken mittels Flexodruck, dadurch gekennzeichnet, daß sie bei einem pH-Wert von 4 bis 5 mit einer Beschichtungsmasse, die ein vernetztes, anionisches, in Wasser unlösliches Polymer umfaßt, beschichtet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das vernetzte anionische Polymer in der wäßrigen Phase einer auto-reversiblen Wasser-in-Öl-Emulsion dispergiert wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das anionische Polymer ein mit einem Alkalimetall oder Ammoniak teilweise oder vollständig versalztes Homopolymer aus Acrylsäure ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das anionische Polymer ein mit einem Alkalimetall oder Ammoniak teilweise oder vollständig versalztes Copolymer aus Acrylamid und Acrylsäure ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das anionische Polymer mit 10 bis 1000 ppm Bisacrylamidoessigsäure, bezogen auf das Gewicht der Monomeren, vernetzt ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das anionische Polymer mit 10 bis 1000 ppm Methylenbisacrylamid, bezogen auf das Gewicht der Monomeren, vernetzt ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Versalzungsgrad der Acrylsäure in dem anionischen Polymer mehr als oder gleich 60 % beträgt.

8. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüchs 1 bis 7 zur Herstellung von beschichteten Trägern auf Papierbasis zum Bedrucken mittels Flexodruck.