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Dokumentenidentifikation DE69702843T2 29.03.2001
EP-Veröffentlichungsnummer 0898513
Titel VERFAHREN ZUR BEHANDLUNG VON PAPIER
Anmelder Watson Grange Ltd., London, GB
Erfinder FORBES, Stephen, Glenrothes TY6 3QF, GB
Vertreter PAe Reinhard, Skuhra, Weise & Partner, 80801 München
DE-Aktenzeichen 69702843
Vertragsstaaten BE, CH, DE, ES, FR, GB, IE, IT, LI, NL
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 19.05.1997
EP-Aktenzeichen 979232105
WO-Anmeldetag 19.05.1997
PCT-Aktenzeichen GB9701378
WO-Veröffentlichungsnummer 9744195
WO-Veröffentlichungsdatum 27.11.1997
EP-Offenlegungsdatum 03.03.1999
EP date of grant 16.08.2000
Veröffentlichungstag im Patentblatt 29.03.2001
IPC-Hauptklasse B41M 3/00
IPC-Nebenklasse D21H 21/28   B41M 1/10   B41M 1/12   

Beschreibung[de]

Diese Erfindung bezieht sich auf das Färben von Papieren und Kartons, insbesondere, aber nicht ausschliesslich, für die Verwendung in der Buchbinderei und die Herstellung von Spielbrettern, Präsentationsschachteln und Schreibwaren.

Die Kosten farbiger Tinten machen einen signifikanten Teil der Herstellungskosten von gefärbtem Papier aus. Das gilt besonders für dunkelfarbige Papiere, welche hohe Tintenkonzentrationen erfordern.

In der Vergangenheit sind Versuche unternommen worden, eine Schicht aus dunkelfarbiger Tinte auf die ganze Oberfläche eines Blattes von leichtgefärbtem Papier zu drucken, um eine dunkelfarbige Oberfläche zu erhalten. Die auf die Oberfläche gedruckte Tintenschicht wird so dünn wie möglich gemacht, um die Menge der benötigten Tinte minimal zu halten. Bedruckte Papiere dieser Art zeigen jedoch eine Tendenz, durch Reiben beschädigt zu werden, sie sind für manche Zwecke ungeeignet, da die oberflächliche Tinte leicht beschädigt oder abgekratzt werden kann, beispielsweise wenn das Papier gerieben oder gefaltet wird. Dadurch entsteht eine unansehnliche Linie und wird die Farbe des Basispapiers sichtbar.

Es ist auch bekannt, ein Papierprodukt aus einer gefärbten, dunkelfarbigen Oberflächenschicht und einer leicht gefärbten Tragschicht zu bilden. Ein Nachteil solcher Papiere sind die hohen Herstellungskosten, wegen der Mehrschichtstruktur.

EP 0 414 015 beschreibt ein Verfahren zum Färben von Papier, in welchem die obere Oberfläche eines Flächengebildes in einem einzigen Auftragvorgang mit einer färbenden Tinte imprägniert wird. Der Grad des Eindringens der Tinte wird so stark wie möglich beschränkt, und es gibt keine Offenbarung betreffend die Rate der Abnahme der Tintenkonzentration über die Tiefe des Flächengebildes.

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein dunkelfarbig gefärbtes Papier zur Verfügung zu stellen, welches dauerhaft ist und trotzdem kostengünstig herzu stellen ist. Dies wird erreicht durch Imprägnieren des Papiers mit Tinte oder Farbe unter der oberen oder äusseren Oberfläche des Papiers und, um das zu tun, Anwenden einer Technik, welche die Konzentration der Tinte in Abhängigkeit von der Eindringtiefe unter der oberen Schicht des Papiers optimal gestaltet.

Gemäss einem ersten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Papierprodukt zur Verfügung enthaltend eine Schicht aus leicht gefärbtem Basispapier mit einer oberen Oberfläche, bei welchem ein Teil der Schicht unter der oberen Oberfläche mit einer färbenden Tinte imprägniert ist, wobei die Konzentration der färbenden Tinte in Richtung durch die Schicht von der oberen Oberfläche weg abnimmt, dadurch gekennzeichnet, dass die Rate der Abnahme der Tintenkonzentration in einem ersten Teil des Papierprodukts benachbart zur oberen Oberfläche grösser ist als in einem zweiten Teil des Papierprodukts weiter entfernt von der oberen Oberfläche.

Vorzugsweise nimmt die Tintenkonzentration durch den ersten Teil des Papierprodukts benachbart zur oberen Oberfläche des Produkts mit einer ersten im wesentlichen linearen Rate ab und durch den zweiten Teil des Papierprodukts weiter entfernt von der oberen Oberfläche mit einer zweiten und kleineren im wesentlichen linearen Rate.

Das Papierprodukt kann ein Zellulosefaserpapier, ein Papier aus synthetischem Fasermaterial oder ein Papier aus gemischten Fasern sein.

Die färbende Tinte kann sich im wesentlichen über die gesamte Oberfläche des Papierprodukts erstrecken.

Das Produkt kann fähig oder geeignet sein, gefaltet zu werden, um einen Falz in dem Produkt zu bilden, derart, dass die resultierende Beschädigung der äussersten Fasern gegen die obere Oberfläche kein Durchscheinen von ungefärbten Fasern zulässt.

Die leicht gefärbte Papierbasis kann weiss oder gefärbt sein.

Das Papierprodukt kann mehr als eine Papierschicht enthalten. Die färbende Tinte kann ausschliesslich in der obersten Schicht vorhanden sein, sie kann sich im wesentlichen oder vollständig durch die oberste Schicht erstrecken.

Die Gegenwart der färbenden Tinte unter der Oberfläche der Schicht kann ein Faltendes Produkts gestatten, ohne dass die Basisfarbe des Produkts durch die Oberfläche der obersten Schicht hindurch sichtbar wird. Die färbende Tinte ist vorzugsweise so gewählt, dass sie eine gute Abriebfestigkeit aufweist.

Die Tinte wird vorzugsweise so gewählt, dass sie eine oder mehrere der folgenden Eigenschaften aufweist:

a. hohen Widerstand gegen trockenes und feuchtes Abreiben;

b. hohen Widerstand gegen Farbänderung unter Druck und Temperatur;

c. Flexibilität des Tintenfilms beim Prägen und Einhängen, um eine Rissbildung in der Tintenschicht zu vermeiden;

d. gute Folienstempelungs-, Blinddruck- und Siebdruck- Eigenschaften;

e. gute Lichtechtheit (d. h. Widerstand gegen Verblassen, zum Beispiel 3 Min. auf der Blue-Wool-Skala);

f: kein Abwandern auf die Unterseite;

g. kein Abwandern auf Musterwalzen oder Matrizenschalen;

h. gute Papierdurchdringungs-Eigenschaften.

Die Tinte kann auf Lösungsmittel basieren, vorzugsweise jedoch auf Wasser.

Die Tinte kann bis auf eine Tiefe von wenigstens 30 oder 35 Mikron unter die obere Oberfläche des Papierprodukts eindringen. Sie kann auch bis auf eine grössere Tiefe eindringen. Die Tinte kann bis auf eine Tiefe eindringen, die im wesentlichen gleich 30% der Tiefe der Schicht unter der oberen Oberfläche des Papierprodukts ist. Die Eindringtiefe kann wenigstens 30% betragen, und sie kann auch grösser sein. Wenn die Tinte auf einem Lösungsmittel basiert, kann die Eindringtiefe grösser sein. Die Konzentration kann mit der Eindringtiefe abnehmen.

Traditionelle Druckverfahren haben unvermeidbar zur Folge, dass Tinte in das Papier eindringt. Der Drucker ist jedoch im allgemeinen bestrebt, die Menge der verwendeten Tinte auf einem Minimum zu halten. Dies wird erreicht, indem die Tinte so formuliert wird, dass die Tintenpenetration in das Papier minimal bleibt, und/oder indem das Papier so beschichtet, behandelt oder ausgewählt wird, dass die Tintenpenetration minimal bleibt.

Ein Papierprodukt gemäss der vorliegenden Erfindung weist vorzugsweise eine grössere Tintenpenetration auf; in einem ihrer Aspekte ist die Erfindung bestrebt, eine gewisse minimale Tintenpenetration zu erreichen, um die geschilderten Vorteile zu erzielen.

Gemäss einem zweiten Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Papierprodukts zur Verfügung, enthaltend die folgenden Schritte:

a) Bedrucken einer Blattoberfläche des Papierprodukts mit Tinte;

b) Eindringenlassen der Tinte in einen Teil des Papierprodukts unter der Blattoberfläche; und

c) erneutes Bedrucken des Blattes mit Tinte, so dass die Rate der Abnahme der Tintenkonzentration in einem ersten Teil des Papierprodukts benachbart zur oberen Oberfläche grösser ist als in einem zweiten Teil des Papierprodukts weiter von der oberen Oberfläche entfernt.

Das Verfahren kann auch einen oder mehrere der folgenden Schritte enthalten:

a. Abwickeln des Papierprodukts;

b. Trocknen der Tinte zwischen den beiden Druckvorgängen;

c. Auftragen eines Lackes auf die Blattoberfläche;

d. Prägen des Produkts;

e. Wiederbefeuchten der Unterseite des Produkts;

f. Wiederaufwickeln des Produkts;

g. Zulassen einer Verweilzeit zum Wiederstabilisieren des Produkts, zum Beispiel vor dem Wiederaufwickeln desselben.

Das Verfahren kann auf einer Papierherstellungsmaschine durchgeführt werden, zum Beispiel unmittelbar nach dem Trommelwickelvorgang. Stattdessen kann das Verfahren auch an einem aus einer Papierherstellungsmaschine entfernten Papierprodukt durchgeführt werden.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend, lediglich als Beispiel, unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Papierprodukt,

Fig. 2 eine grafische Darstellung der Tintenkonzentration durch das Papierprodukt,

Fig. 3 einen schematischen Querschnitt einer Vorrichtung zum Herstellen des Produkts und

Fig. 4 eine grafische Darstellung der Tintenkonzentration durch ein in der Vorrichtung von Fig. 3 hergestelltes Papierprodukt.

Das zweischichtige Papierprodukt 10 von Fig. 1 ist über die ganze obere Oberfläche 20 mit einer Tinte 21 überdruckt. Die Tinte dringt von der oberen Oberfläche 20 im wesentlichen durch die obere Schicht 11, aber nicht in die untere Schicht 12. Eine dünne Tintenschicht 21 ist an der oberen Oberfläche 20 vorhanden, und wie in Fig. 2 gezeigt, nimmt die Tintenkonzentration x in einer Richtung y von der oberen Oberfläche weg ab.

Die Schichten 11, 12 können leicht gefärbt sein, indem sie bei der Herstellung gefärbt worden sind, oder sie können weiss sein; sie können verschiedene Farben haben. Die Schichten 11, 12 können eine entsprechend hellere Farbe als die Tinte haben; beispielsweise können die Schichten hellblau sein, wenn die Tinte tiefblau oder dunkelblau ist.

Das Papierprodukt 10 hat eine ausreichende Festigkeit, um als Bindepapier beispielsweise in der Buchbinderei, als Spielbrett oder bei der Schachtel- und Schreibwarenherstellung verwendet werden zu können. Seine freiliegende Oberfläche hat eine angemessene Abrieb- und Wasserfestigkeit, so dass sie nicht leicht Farbe verliert oder Fasern abgibt, wenn eine berührende Oberfläche darüber reibt. Das Papier nimmt Klebstoffe an (für Bindezwecke), erlaubt aber nicht das Sättigen des Blattes mit dem Klebstoff. Der Abriebwiderstand ist vorzugsweise so, dass die Fläche-auf-Fläche-Abriebfestigtkeit, gemessen auf einem Martindale-Prüfgerät, über 1000 Zyklen liegt. Die Tinte ist ausreichend in dem Papier absorbiert, so dass, wenn das Papier über eine Kante oder Ecke gefaltet wird, die entstehende Beschädigung der äussersten Faserschicht kein Durchscheinen von ungefärbten Fasern gestattet.

Die Tinte kann eine Tinte auf wässriger Basis sein.

Die Vorrichtung 30 von Fig. 3 ist dazu eingerichtet, eine Papierrolle 31 zu behandeln, die in einem separaten Prozess hergestellt worden ist. Die Vorrichtung 30 enthält:

a. eine Abwickelstation 32;

b. eine erste Druckstation 33 mit einem Druckkopf zum Auftragen von Tinte über die gesamte Oberfläche des Papierprodukts;

c. eine Infrarot- oder Mikrowellen-Trocknungsstation 34;

d. eine zweite Druckstation 35 mit einem Druckkopf zum Auftragen von Tinte über die gesamte Oberfläche des Papierprodukts;

e. eine zweite Infrarot- oder Mikrowellen-Trocknungsstation 36;

f. eine Präge-Klemmstelle 37;

g. eine Station 38 zum Auftragen einer Lackschicht über das Papierprodukt;

h. eine Rückbenetzungs- oder Wiederbefeuchtungs-Station 39;

i. einen Speicher 40; und

j. eine Aufwickelstation 41.

Das Papierprodukt durchläuft eine Verweilstation 39, 40, um dem Blattmaterial eine angemessene Verweilzeit zu gestatten, damit es sich vor dem Wiederaufwickeln wieder stabilisiert.

Durch das auftragen einer auf Wasser basierten Tinte auf eine Seite des Papiers entsteht die Tendenz zu einer "positiven" Krümmung, das heisst, die Vorspannung der Kurve ist gegen die überdruckte Papieroberfläche gerichtet. Wenn das Papier einfach geprägt und dann wieder aufgewickelt würde, könnte es beim Stapelungsprozess unstabil sein. Um den Einfluss der aufgedruckten Tinte und damit die Krümmungstendenz zu mildern, ist die Wiederbefeuchtungsstation 39, die eine Wiederbefeuchtungseinheit und eine Konditionierungseinheit enthalten kann, vor der Aufwickelstation angeordnet. Die Wiederbefeuchtungseinheit trägt Wasser auf die unbeschichtete Papieroberfläche auf und wirkt damit dem Einfluss der wasserbasierten Drucktinte entgegen. Die Konditionierungseinheit erlaubt dem Papier eine ausreichende Verweilzeit im Prozess für die Aufnahme der Feuchtigkeit und Wiederstabilisierung.

Die Tinte kann zwar in einem einzelnen Druckvorgang auf das Papier aufgetragen werden, es ist jedoch gefunden worden, dass es vorteilhaft ist, die Tinte in zwei getrennten Durchgängen mit einem dazwischen liegenden Trocknungsvorgang aufzutragen. Der Trocknungsvorgang kann durch Verwendung eines Infrarot- oder Mikrowellentrockners (wie dargestellt) unterstützt werden, ein solcher Trockner ist jedoch nicht immer erforderlich.

Typischerweise können 3 Gramm pro m² trockener Tinte auf das Papierprodukt aufgetragen werden. In der Ausführungsform gemäss Fig. 3 kann das so erreicht werden, dass in jedem der beiden Druckköpfe 1,5 Gramm pro aufgetragen werden.

Die Verwendung von zwei (oder mehr) Druckstufen ergibt eine andere und in der Tat mehr bevorzugte Tintenkonzentrationsverteilung als die in Fig. 2 dargestellte.

Fig. 4 zeigt die Konzentration nach einem zweifachen Druckprozess.

Ähnlich wie Fig. 2 stellt die Linie AB die Konzentration der Tinte in Abhängigkeit von der Tiefe im Papier unter der oberen Blattoberfläche nach dem ersten Druckdurchgang dar. Schon die blosse Gegenwart der aufgebrachten Tinte vom ersten Druckdurchgang ändert jedoch die Imprägnationsrate der Tinte vom zweiten Druckdurchgang, und das ist durch die Linie CD dargestellt. Die resultierende aggregierte Konzentration von den beiden Druckdurchgängen ist daher durch die Linie AD dargestellt.

Diese Konzentration ist vorteilhaft, da die Tintenkonzentration exponentiell da am höchsten ist, wo sie am meisten erwünscht ist. Dadurch reduziert sich die Tintenmenge, die erforderlich ist, um ein angemessen dauerhaftes Papier zu erhalten, und das ist vorteilhaft im Hinblick auf die schon erwähnten hohen Kosten der Tinte selbst.

Zusätzliche Durchgänge des Papiers durch aufeinanderfolgende Druckköpfe sind im Rahmen der Erfindung ebenfalls möglich. Andere Modifikationen können ebenfalls in Betracht gezogen werden, ohne den Rahmen der Patentansprüche zu verlassen.


Anspruch[de]

1. Papierprodukt, umfassend eine Schicht aus leicht gefärbtem Basispapier, mit einer oberen Oberfläche, bei welchem ein Teilstück der Schicht unter der oberen Oberfläche mit einer färbenden Tinte imprägniert ist, wobei die färbende Tinte in der Konzentration in einer Richtung durch die Schicht hindurch, die sich von der oberen Oberfläche weg bewegt, abnimmt, dadurch gekennzeichnet, dass die Rate der Abnahme bei der Konzentration der Tinte in einem ersten Teilstück des Papierprodukts, das näher an der Oberfläche ist, grösser ist, als in einem zweiten. Teilstück des Papierprodukts, das von der oberen Oberfläche weiter weg ist.

2. Papierprodukt nach Anspruch 1, wobei die Konzentration der imprägnierten Tinte in einer ersten im wesentlichen linearen Rate durch das genannte erste Teilstück des Papierprodukts hindurch, das näher an der oberen Oberfläche des Produkts ist, und in einer zweiten und geringeren, im wesentlichen linearen Rate durch das genannte zweite Teilstück des Papierprodukts hindurch, das von der oberen Oberfläche weiter weg ist, abnimmt.

3. Papierprodukt nach Anspruch 1 oder 2, aus Zellulosefasern, synthetischen Fasern oder gemischten Fasern hergestellt.

4. Papierprodukt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem sich die färbende Tinte im wesentlichen quer über den gesamten Cberflächenbereich des Papierprodukts erstreckt.

5. Papierprodukt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, fähig oder geeignet, so gefaltet zu werden, dass ein Falz in dem Produkt gebildet wird, derart, dass die resultierende Beschädigung der äussersten Fasern nach der oberer. Oberfläche hin nicht zulässt, dass sich ungefärbte Fasern zeigen.

6. Papierprodukt nach einem der vorhergehenden änsprüche, bei dem die leicht gefärbte Papierbasis Tinte aufweist.

7. Papierprodukt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit mehr als einer Papierschicht, wobei die färbende Tinte nur in der oberen Schicht vorhanden ist.

8Papierprodukt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die färbende Tinte ausgewählt ist, eine oder mehrere der folgenden Charakteristiken aufzuweisen:

a) hoher Widerstand gegenüber trockenem und feuchtem Abreiben;

b) hoher Widerstand gegenüber Farbänderung unter Druck und Temperatur;

c) Flexibilität des Tintenfilms beim Prägen und Einhängen, um das Reissen der Tintenschicht zu verhindern;

d) gute Folienstempelungs-; Blinddruck- und Siebdruck- Eigenschaften;

e) gute Lichtechtheit (d. h. Widerstand gegenüber Verblassen, zum Beispiel 3 min. auf der Blue Wool Scale);

f) kein Abschmieren auf die Unterseite;

g) kein Abschmieren auf die Design-Walzen oder Matrizen- Walzen;

h) gute Papierdurchdringungs-Charakteristiken.

9. Papierprodukt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die färbende Tinte bis auf eine Tiefe von mindestens 30 Mikron unter die obere Oberfläche des Papierprodukts eindringt.

10. Verfahren zum Herstellen eines Papierprodukts, folgende Schritte einschliessend:

a) Bedrucken einer Blattoberfläche des Papierprodukts mit Tinte;

b) Eindringenlassen der Tinte in ein Teilstück des Papierprodukts unter der Blattoberfläche sowie

c) erneutes Bedrucken des Blatts mit Tinte, so dass die Rate der Abnahme bei der Konzentration der Tinte in einem ersten Teilstück des Papierprodukts, das näher an der oberen Oberfläche ist, grösser ist als in einem zweiten Teilstück des Papierprodukts, das von der oberen Oberfläche weiter weg ist.

11. Verfahren nach Anspruch 10, ferner einen, oder mehrere, der folgenden Schritte einschliessend:

a) Abwickeln des Papierprodukts;

b) Trocknen der Tinte zwischen den zwei Druckaufbringungen;

c) Aufbringen eines Lacks über die Blattoberfläche;

d) Prägen des Produkts;

e) erneutes Befeuchten der Unterseite des Produkts;

f) erneutes Wickeln des Produkts;

g) Zulassen einer Verweilzeit zum Restabilisieren des Produkts

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, auf einer Papierherstellungsmaschine, unmittelbar nach dem Trommel-Hasoel-Vorgang, durchgeführt.







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