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Dokumentenidentifikation DE102004011230B4 29.12.2005
Titel Verfahren zur Herstellung eines Thermopapiers
Anmelder Papierfabrik August Koehler AG, 77704 Oberkirch, DE
Erfinder Boschert, Michael, 77704 Oberkirch, DE;
Horn, Michael, Dr., 77654 Offenburg, DE;
Pietsch, Günter, 30916 Isernhagen, DE;
Weil, Rolf, 77704 Oberkirch, DE
Vertreter Meissner, Bolte & Partner, 81679 München
DE-Anmeldedatum 04.03.2004
DE-Aktenzeichen 102004011230
Offenlegungstag 29.09.2005
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 29.12.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 29.12.2005
IPC-Hauptklasse B41M 5/40
IPC-Nebenklasse B05D 1/30   C09D 1/02   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Thermopapiers mit einem Trägersubstrat, einer Pigmentzwischenschicht, einer Thermoreaktionsschicht und gegebenenfalls einer oder mehreren weiteren Zwischenschichten und/oder Oberschichten, wobei die Pigmentzwischenschicht mit einer Pigmente, Bindemittel und gegebenenfalls weitere Auftragsadditive enthaltenden wässrigen Auftragssuspension mittels des Vorhangbeschichtungsverfahrens bzw. Curtain-Coating-Verfahrens ausgebildet wird.

Ein Verfahren der oben beschriebenen Art ergibt sich aus der DE 101 96 052 T1. Auch dieses Verfahren wendet das Vorhangbeschichtungsverfahren zur Ausbildung verschiedener Schichten an, insbesondere der angesprochenen Pigmentzwischenschicht. Die bekannte Lehre soll andere übliche Beschichtungsverfahren mit den damit verbundenen Nachteilen ersetzen. Bei diesen üblichen Verfahren handelt es sich um das Luftmesser-, das Rakel-, das Stab- und das Umkehrwalzen-Beschichtungsverfahren. Die hiermit hergestellten Erzeugnisse sollen Probleme aufwerfen, insbesondere soll die Qualität der Überzugsschichten zu schlecht sein und die Oberschicht feine Löcher aufweisen. Die feinen Löcher führen zu einer unerwünschten Inhomogenität, was zu einer fehlerhaften Bildwiedergabe bei der Anwendung führt. Diese Verfahren lassen auch keine hohen Betriebsgeschwindigkeiten zu und zeigen demzufolge nicht die wünschenswerte Produktivität. Es wird in der DE 101 96 052 T1 als bekannt unterstellt, dass mit dem Vorhangbeschichtungsverfahren qualitativ hochwertige Überzugsschichten erhältlich sind. So wird es als wünschenswert herausgestellt, hier ein Verfahren mit hoher Geschwindigkeit zur Anwendung zu bringen. Der Gedanke der "hohen Geschwindigkeit" wird in der DE 101 69 052 T1 auch behandelt. Um allerdings die Nachteile des Standes der Technik zu beheben, ist ein kompliziertes Vorgehen erforderlich. So werden insgesamt mindestens zwei Flüssigkeitsfilme on-line gleichzeitig aufgebracht, wobei dem mittleren Flüssigkeitsfilm eine besondere Bedeutung zukommt. Der mittlere Beschichtungsfilm dient dazu, die beiden weiteren außen liegenden Beschichtungsfilme zu isolieren, was durch eine Viskositätssteigerung der beiden äußeren Flüssigfilme erreicht wird. Was unter "hoher Geschwindigkeit" eines Vorhangbeschichtungsverfahrens verstanden werden soll, ergibt sich auch aus der DE 101 96 052 T1. Es ist danach unzweifelhaft, dass stets eine Geschwindigkeit von maximal 200 m/min anwendbar ist. Es wird also ein komplexes und aufwendiges Verfahren beschrieben, das maximal eine Betriebsgeschwindigkeit bei dem angewandten Vorhangbeschichtungsverfahren von 200 m/min zulässt. Diese komplexe Verfahrensweise zur Ausbildung der besagten Schichten ist störanfällig und im Hinblick auf die Geschwindigkeit von 200 m/min unwirtschaftlich.

Entgegen den richtungsweisenden Angaben des Standes der Technik nach der DE 101 96 052 T1, nämlich komplexe Ausbildung der angesprochenen Schichten und Einhaltung einer Betriebsgeschwindigkeit des angewandten Vorhangbeschichtungsverfahrens von maximal 200 m/min, hat die vorliegende Erfindung eine besonders elegante Lösung gefunden, wobei die Betriebsgeschwindigkeit des Vorhangbeschichtungsverfahrens deutlich mehr als verdoppelt werden kann, sogar um das Sieben- und Mehrfache betragen kann.

Für die Bewertung der vorliegenden Erfindung, auch im Hinblick auf die obige Interpretation der DE 101 96 052 T1, sind verschiedene Druckschriften des Standes der Technik bedeutsam. Die DE 100 33 056 A1 betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Informations-Aufzeichnungsmaterials mit mindestens zwei auf einem Substrat laminierten Schichten, das das Bilden eines Beschichtungszusammensetzungsfilms aus einer Vielzahl von Beschichtungsfarbschichten auf einem Substrat durch Vorhangbeschichten und Trocknen des Beschichtungszusammensetzungsfilms umfasst, um einen Teil oder alle Schichten zum Bilden eines Informations-Aufzeichnungsmaterials zu schaffen. Hierbei weisen die Beschichtungsfarben für eine Vielzahl der Beschichtungsfarbschichten während des Auftragens eine Viskosität von mindestens 100 mPas auf. Die Beschichtungsfarbe hat für die untere Schicht einer Vielzahl von Beschichtungsfarbschichten eine Oberflächenspannung von 18 bis 45 mN/m. Eine wässrige Auftragssuspension für eine als Zwischenschicht aufzufassende Grundschicht enthält nach Beispiel 1 30 Gew.-% calciniertes Kaolin bei einem Feststoffgehalt von 40 Gew.-%. Die Auftragsgeschwindigkeit für die Vorhangbeschichtung wird in der DE 100 33 056 A1 nicht angegeben. Die Bezugnahme auf die japanische Patentveröffentlichung 49-24123, die eine Patentfamilie mit der US 3 508 947 bildet, könnte erkennen lassen, dass unter den für die Beschichtung geeigneten hohen Geschwindigkeiten solche bis zu 900 m/min und mehr zu verstehen sind. Hierzu ist auf Spalte 12, Z. 70 bis 75 der US 3 508 947 zu verweisen. Dagegen sprechen Veröffentlichungen zu Verfahren, in denen eine Zwischen- oder Grundschicht mit calciniertem Kaolin als Pigmentzusatz separat auf das Trägersubstrat aufgetragen werden. Im Unterschied zu nicht calciniertem Kaolin (vgl. hierzu EP 517 223 A1, Anspruch 1, Beispiele 1 und 2) wird eine Auftragssuspension mit Anteilen eines calcinierten Kaolins, trotz Benennung in Aufzählungen der geeigneten Pigmente und der Vorhangbeschichtung als mögliches Auftragsverfahren in der Beschreibung, in den Ausführungsbeispielen mittels anderer Beschichtungsverfahren verarbeitet. Hierzu wird auf die DE 199 03 559 B4, US 6 071 851 sowie US 2002/0 065 195 (Ausführungsbeispiel und Ansprüche) verwiesen. Dies zeigt, dass sich die nachfolgend geschilderte Erfindung sich weder unmittelbar noch mittelbar aus dem geschilderten Stand der Technik ergibt.

Es wäre nun insbesondere im Hinblick auf den Stand der Technik nach der DE 101 96 052 T1 wünschenswert, wenn einerseits die komplizierte Auftragsart nach dem bekannten Verfahren vermieden wird und andererseits mit einer deutlich höheren Betriebsgeschwindigkeit produziert werden könnte, um in technisch einfacher und betriebswirtschaftlich günstiger Weise ein Verfahrenserzeugnis zufriedenstellender Qualität herzustellen.

Erfindungsgemäß wird die angesprochene Aufgabe demzufolge dadurch gelöst, dass eine calciniertes Kaolin enthaltende wässrige Auftragssuspension eines Feststoffgehaltes von 25 bis 75 Gew.-% mittels des Vorhangbeschichtungsverfahrens bei einer Betriebsgeschwindigkeit von mindestens 500 m/min aufgetragen und getrocknet wird. Diese Lösung stellt auch eine Weiterbildung des Verfahrens zur Herstellung eines Thermopapiers mit einem Trägersubstrat, einer Pigmentzwischenschicht, einer Thermoreaktionsschicht und gegebenenfalls einer oder mehrerer weiterer Zwischenschichten und/oder Oberschichten dar, wobei die Pigmentzwischenschicht mit einer Pigmente, Bindemittel und gegebenenfalls weitere Auftragsadditive enthaltende wässrige Auftragssuspensionsmittels mittels des Vorhangbeschichtungsverfahrens ausgebildet wird.

Der sich erfindungsgemäß einstellende technische und wirtschaftliche Erfolg, auf den nachfolgend noch näher eingegangen wird, ist deswegen besonders überraschend, weil man von dem calcinierten Kaolin weiß, dass dieses bei hohen Trägersubstrat-Geschwindigkeiten rheologische Probleme macht. Diese treten insbesondere bei den vorstehend beschriebenen Verfahren auf, bei denen die Auftragssuspension zunächst im Überschuss aufgebracht und anschließend auf das gewünschte Maß mechanisch reduziert wird. So wird beispielsweise die Aufstrichsmasse dilatant, ist demzufolge nicht wünschenswert zu streichen. Es treten Streichfehler, Aussetzer, Nebel beim Beschichten der Streichmasse und Trockenlaufen der Abstreichvorrichtung auf. Es war unter keinem Gesichtspunkt zu erwarten, dass hier unter Einsatz dieses besonderen calcinierten Kaolins als Hauptbestandteil der Pigmentzwischenschicht mit ungewöhnlich hoher Betriebsgeschwindigkeit beim Streichen mit dem Vorhangbeschichtungsverfahrens die gestellte Aufgabe so umfänglich und in überraschender Weise gelöst wird.

Die Erfinder des beanspruchten Verfahrens haben versucht, anhand vielfältiger, in der vorliegenden Technologie üblicher Pigmente, ein vorteilhaftes Produkt einfach und wirtschaftlich herzustellen. Es hat sich dabei also überraschender Weise gezeigt, dass das calcinierte Kaolin von besonderem Vorteil ist. So liefern beispielsweise die Pigmente Calciumcarbonat, Aluminiumoxide sowie Magnesiumcarbonat nicht die wünschenswerten Effekte, insbesondere keine ausreichende Farbintensität der auf der Zwischenschicht aufgebrachten Thermoschicht aufgrund eines schlechten Wärmeisolationsverhaltens dieser Pigmente beim Thermodruck. Das calcinierte Kaolin, das erfindungsgemäß herangezogen ist, erweist sich deswegen von besonderem Wert, weil dieses durch die Calcinierung eine vorteilhafte Blattstruktur aufweist, die günstige Mikro-Lufteinschlüsse zulässt, was zu einem verbesserten Wärmeisolationsverhalten beim Thermodruck führt. Die Wärmestrahlen werden gestaut und reflektiert, so dass die Wärmeenergie weitestgehend den Farbbildungsreaktionen in der Thermoreaktionsschicht zur Verfügung steht. Im Allgemeinen werden dann günstige Ergebnisse erzielt, wenn die mittlere Korngröße d50 1,0 bis 3,0 &mgr;m beträgt (gemessen nach dem Laser-Beugungs-Messverfahren).

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es zweckmäßig, dass die das calcinierte Kaolin enthaltende wässrige Auftragssuspension einen Feststoffgehalt von 25 bis 75 Gew.-% aufweist, wobei ein Feststoffgehalt von 35 bis 60 Gew.-% bevorzugt ist. Wird der obere Wert überschritten, dann stellt sich eine zu hohe Viskosität der Auftragssuspension ein, die eine vorteilhafte Verfahrensführung beeinträchtigt oder unmöglich macht. Ein Unterschreiten des Wertes von 25 Gew.-% führt nicht zu der wünschenswerten Produktivität. Die das calcinierte Kaolin enthaltende Auftragssuspension wird insbesondere noch auf folgende vorteilhafte Rahmenbedingungen eingestellt: So sollte sie eine Viskosität von 150 bis 1500 mPas (Brookfield, 100 U/min, 25°C), insbesondere von 250 bis 900 mPas, aufweisen, insbesondere auch im Hinblick auf die oben getroffenen Feststellungen zu den Rahmenbedingungen des Feststoffgehaltes der Auftragssuspension. Darüber hinaus ist es von Vorteil, wenn die Oberflächenspannung der Auftragssuspension zwischen 23 und 60 mN/m, insbesondere zwischen 27 und 40 mN/m (statische Ringmethode nach Du Noüy) eingestellt wird. Darüber hinaus ist es in Einzelfällen vorteilhaft, wenn der das calcinierte Kaolin enthaltenden wässrigen Auftragssuspension übliche Additive in Form von Verarbeitungshilfsmitteln einverleibt werden, insbesondere in Form von oberflächenaktiven Substanzen, von Retentionshilfsmitteln und/oder von Rheologiehilfsmitteln. Dabei wird im Allgemeinen und vorzugsweise unter den oberflächenaktiven Substanzen den Alkali-C2-C12-Dialkyl-sulfosuccinaten sowie unter den Retentionsmitteln den Carboxymethylcellulosen und den Polyacrylamiden unter den Rheologiehilfsmitteln den höhermolekularen, wasserlöslichen Stärkederivaten, Carboxymethylcellulosen, Natriumalginaten, Polyvinylalkoholen und Poly(meth)acrylaten der Vorzug gegeben.

Bezüglich der Teilchengröße des calcinierten Kaolins unterliegt die Erfindung keiner wesentlichen Einschränkung. Es entspricht der Regel und ist zweckmäßig, dass die Teilchengröße zwischen 0,1 und 10 &mgr;m, insbesondere zwischen 0,1 und 2 &mgr;m liegt. Wird der Wert von 10 &mgr;m überschritten, dann führt dies im Allgemeinen zu einer mangelnden Glätte bzw. zu einer unerwünscht rauhen Oberfläche. Darüber hinaus ist die Auflösung bei der Bildwiedergabe beeinträchtigt. Wird der Wert von 0,1 &mgr;m unterschritten, dann stellt sich eine Beeinträchtigung der Bildwiedergabe, insbesondere der Farbintensität, ein.

Auch bei der Wahl des jeweiligen Trägersubstrats unterliegt die Erfindung keiner wesentlichen Beschränkung. Grundsätzlich können dabei die üblichen Trägersubstrate herangezogen werden. Dabei kann es sich beispielsweise um einen üblichen Papierträger, auf Zellulosefaserbasis, aber auch um einen synthetischen Papierträger handeln, dessen Fasern ganz oder teilweise aus Kunststofffasern besteht. Grundsätzlich kann es sich auch um eine Kunststofffolie handeln. Das Flächengewicht des Trägers unterliegt keiner wesentlichen Einschränkung. Es ist bei der Wahl üblicher Papierträger von Vorteil, dass deren Flächengewicht zwischen 40 und 120 g/m2 liegt. Bevorzugt ist ein Langfaseranteil bis zu 40 Gew.-%, insbesondere zwischen 5 und 40 Gew.-%, und ein Kurzfaseranteil zwischen 60 und 95 Gew.-%, insbesondere zwischen 60 und 80 Gew.-%. Der Langfaseranteil führt zu einer Begünstigung der Festigkeit des Trägerpapiers.

Die zur Ausbildung der Pigmentzwischenschicht herangezogene und die calciniertes Kaolin enthaltende wässrige Auftragssuspension enthält notwendigerweise ein Bindemittel. Bevorzugt ist es, wenn das Bindemittel in Form von wasserlöslichen Stärken, Stärkederivaten, Hydroxyethylcellulosen, Polyvinylalkoholen, modifizierten Polyvinylalkoholen, Natriumpolyacrylaten, Acrylamid-(Meth)acrylat-Copolymeren, Acrylamid-Acrylat-Methacrylat-Terpolymeren, Alkalisalzen von Styrol-Maleinsäureanhydrid-Copolymeren und/oder Alkalisalzen von Ethylen-Maleinsäureanhydrid-Copolymeren. Derartige Materialien führen zu einer Beschichtung, die wasserlöslich ist. Andererseits gibt es neben derartigen Materialien auch solche, die bei Ausbildung der Zwischenschichten zu einer wasserunlöslichen Struktur führen. Dabei handelt es sich beispielsweise um Latices wie Polyacrylatester, Poly-Styrol-Acrylatester-Copolymere, Styrol-Butadien-Copolymere, Polyurethane, Acrylat-Butadien-Copolymere, Polyvinylacetate und/oder Acrylnitril-Butadien-Copolymere. Das Bindemittel dient in allen Fällen dazu, die angesprochene Zwischenschicht günstig mit dem Trägersubstrat zu verbinden, aber auch eine optimale Bindung zu der nachfolgenden Schicht sicherzustellen. Es liegt im fachmännischen Erwägen, hier im Einzelfall ein besonders geeignetes Bindemittel oder ein Bindemittelgemisch auszuwählen.

Das Auftragsgewicht der das calcinierte Kaolin enthaltenden Auftragssuspension ist nicht kritisch beschränkt. Es ist von Vorteil, wenn ein Höchstwert von 40 g/m2, bezogen auf Trockensubstanz, nicht überschritten wird. Wird der Wert von 30 g/m2 überschritten, dann ist das wirtschaftlich ungünstig, da keine relevante Verbesserung der angestrebten Effekte eintritt. Es ist besonders bevorzugt, wenn der Maximalwert bei 25 g/m2 liegt. Das optimierte Auftragsgewicht liegt zwischen 2 und 15 g/m2, bezogen auf Trockensubstanz, insbesondere zwischen 4 und 8 g/m2.

Es hat sich in verschiedenen Fällen gezeigt, dass, wenn dem calcinierten Kaolin in der wässrigen Auftragssuspension zur Ausbildung der Pigmentzwischenschicht vorzugsweise sogenannte "Verschnittpigmente" beigemischt werden, dies z.B. zur Kostenoptimierung, um bestimmte rheologische Eigenschaften günstig zu beeinflussen, wie beispielsweise das Fließverhalten der Auftragssuspension. Hierbei kann es sich beispielsweise handeln um anorganische wie auch organische Pigmente. Unter den anorganischen Pigmenten sind natürliches oder gefälltes Calciumcarbonat, Clays, Diathomeenerden, Aluminiumoxide, Kieselsäuren, Magnesiumsilikate und Magnesiumcarbonate bevorzugt. Unter den organischen Pigmenten haben sich insbesondere solche als vorteilhaft erwiesen, die Hohlkugeln darstellen. Die Wand dieser Hohlkugeln besteht vorzugsweise aus den Styrol-Acrylat-Copolymeren. Auch solche organischen Pigmente können in Frage kommen, die derartige Hohlräume nicht aufweisen, wie beispielsweise Harnstoff-Formaldehyd-Kondensate.

In Einzelfällen ist es vorteilhaft, wenn auf die erste Pigmentzwischenschicht unter Heranziehen einer calciniertes Kaolin enthaltenden Auftragssuspension eine oder mehrere weitere Pigmentzwischenschichten mittels des Vorhangbeschichtungsverfahrens ausgebildet werden, wobei die Reihenfolge der Zwischenschichten je nach verfolgtem Ziel gewechselt werden kann. Dabei kann so vorgegangen werden, dass unmittelbar nach Ausbildung der feuchten ersten Pigmentzwischenschicht eine oder mehrere weitere feuchte Pigmentzwischenschichten ausgebildet werden, wonach sich ein Gesamttrocknungsvorgang anschließt. Andererseits besteht die Möglichkeit, dass die zuerst ausgebildete Zwischenschicht getrocknet und darauf die nächsten Schichten ausgebildet und diese getrocknet werden. Vorzugsweise wird auch hier das Vorhangbeschichtungsverfahren, das hinsichtlich der Flüssigfilmausbildung bzw. des Flüssigfilmaustritts aus dem Curtain-Streichkopf diverse technologische Möglichkeiten anbietet, angewandt. Grundsätzlich ist es möglich, für die Ausbildung dieser weiteren Zwischenschichten auch andere geeignete Verfahren, wenn zweckmäßig, heranzuziehen.

Die oben angesprochen Schichten können on-line oder in einem separaten Streichvorgang off-line, dies auch gleichzeitig, hergestellt werden. Entsprechendes gilt für den Trocknungsvorgang. Das Gleiche gilt im Hinblick auf die Ausbildung der für das Thermopapier erforderlichen Thermoreaktionsschicht. So wird vorzugsweise das Vorhangbeschichtungsverfahren unter den geschilderten Bedingungen zur Ausbildung der Thermoreaktionsschicht herangezogen, wobei eine entsprechende wässrige Auftragssuspension unter Einbindung üblicher Additive herangezogen wird, die entweder den Auftrag als solchen oder die Eigenschaften des Endproduktes begünstigen. Neben den erforderlichen Farbbildnern sowie Farbentwicklern und Bindemitteln enthält diese wässrige Auftragssuspension fakultativ z.B. sensitivierende Schmelzhilfsmittel, weitere übliche Additive, wie insbesondere Gleitmittel, rheologe Hilfsmittel, optische Aufheller und/oder fluoreszierende Substanzen.

Dabei wird es bevorzugt, dass die Farbbildner vorliegen in Form von 2-Anilino-3-methyl-6-diethylamino-fluoran, 2-Anilino-3-methyl-6-di-n-buthylamino-fluoran, 2-Anilino-3-methyl-6-(N-ethyl-,N-p-toluidino-amino)-fluoran, 2-Anilino-3-methyl-6-(N-methyl-, N-propyl-amino)-fluoran, und/oder 3.3-Bis-(4-dimethylaminophenyl)-6-dimethyl-amino-phthalid, die Farbentwickler in Form von Phenolderivaten wie 2.2-Bis-(4-hydroxyphenyl)-propan, Bis-(4-hydroxyphenyl)-sulfon, 4-Hydroxy-4'-iso-propoxy-diphenyl-sulfon, Bis-(3-allyl-4-hydroxy-phenyl)-sulfon, 2.2-Bis-(4-Hydroxyphenyl)-4-methyl-pentan, N-(Benzolsulfonyl)-N'-(3-p-toluolsulfonyl-oxyphenyl)-harnstoff, Zinksalze von Derivaten der Salicylsäure, die Bindemittel in Form von wasserlöslichen Stärken, Stärkederivaten, Hydroxyethylcellulosen, Carboxymethlycellulosen, Polyvinylalkoholen, Natriumpolyacrylaten, Natriumalginaten, Acrylamid-(Meth)acrylat-Copolymeren, Acrylamid-Acrylat-Methacrylat-Terpolymeren, Alkalisalze von Styrol-Maleinsäureanhydrid-Copolymeren, Alkalisalze von Ethylen-Maleinsäureanhydrid-Copolymeren und/oder Latices, wie Polyacrylate, Poly(meth)acrylsäureester, Styrol-Butadien-Copolymere, Polyurethane, Acrylat-Butadien-Copolymere, Polyvinylacetate und oder Acrylnitril-Butadien-Copolymere die sensitivierenden Schmelzhilfsmittel in Form von z.B. folgenden Substanzen wie 2-Benzyloxy-naphthalin (BON); m-Terphenyl, p-Benzylbiphenyl (PBBP), Oxalsäure-dibenzylester, Oxalsäure-di-(p-methylbenzyl)-ester, 1.2-Bis-(phenoxy-methyl)-benzol, 4-(4-Tolyloxy)-biphenyl, Ethylenglykol-diphenylether, Ethylen-glykol-m-tolylether, 1.2-Bis-(3.4-dimethyl-phenyl)-ethan, die Gleitmittel in Form von Fettsäureamiden, wie z. B. Stearinsäureamid, Fettsäurealkanolamiden, wie z. B. Stearinsäure-methylolamid, Ethylen-bis-alkanoylamiden, wie z. B. Ethylen-bis-stearoylamid, synthetische Wachse, wie z. B. Paraffinwachse verschiedener Schmelzpunkte, Esterwachse unterschiedlicher Molekulargewichte, Ethylenwachse, Propylenwachse unterschiedlicher Härten oder auch natürliche Wachse, wie z. B. Carnaubawachs, und/oder Fettsäure-Metallseifen, wie z. B. Zinkstearat, Calciumstearat oder auch Behenatsalze, die Rheologiehilfsmittel in Form von wasserlöslichen Hydrokolloiden, wie z.B. Stärken, Stärkederivate, Natriumalginate, Polyvinylalkohole, Carboxymethylcellulose, Poly(meth)acrylate, die optischen Aufheller in Form von Weißtönern z. B. aus den Substanzgruppen, Diaminostilbendisulfonsäure, Distyryl-biphenyle, Benzoxazolderivate, die fluoreszierenden Substanzen in Form von Tageslichtleuchtpigmenten unterschiedlicher Farbtöne oder fluoreszierenden Fasern, die Alterungsschutzmittel in Form von sterisch gehinderten Phenolen wie z. B. 1.1.3-Tris-(2-methyl-4-hydroxy-5-cyclohexyl-phenyl)-butan, 1.1.3-Tris-(2-methyl-4-hydroxy-5-tert.-butylphenyl)-butan, 1.1-Bis-(2-methyl-4-hydroxy-5-tert.-butyl-phenyl)-butan, 1.1'-Bis-(4-hydroxyphenyl)-cyclohexan.

Auch die Berücksichtigung der optimalen Fallhöhe zur erfolgreichen Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens führt zu dessen Begünstigung. So wird es bevorzugt, dass die Fallhöhe der Auftragssuspension zur Ausbildung der Thermoreaktionsschicht bei Durchführung des Vorhangbeschichtungsverfahrens auf 5 bis 35 cm, insbesondere auf 8 bis 20 cm, eingestellt wird. Die wässrige Auftragssuspension zur Ausbildung der Thermoreaktionsschicht hat vorzugsweise eine Oberflächenspannung zwischen 25 bis 60 mN/m, insbesondere auf 30 bis 40 mN/m (statistische Ringmethode nach Du Noüy).

Nachdem die getrocknete Thermoreaktionsschicht vorliegt, ist es zweckmäßig, sie anhand üblicher Glättmaßnahmen zu glätten. Dabei ist es zweckmäßig, wenn die Bekk-Glätte, gemessen nach DIN 53101, auf 100 bis 1200 sec, insbesondere auf 300 bis 700 s, eingestellt wird. Neben den oben angesprochenen Bestandteilen bzw. wesentlichen Bestandteilen, die die Auftragssuspension zur Ausbildung der Thermoreaktionsschicht enthält, kann diese noch weitere Pigmente, insbesondere Extenderpigmente, enthalten. Diese dienen zur Optimierung der Bildwiedergabe sowie zur Adsorbtionsverbesserung der beim Thermodruck entstehenden Schmelze. Des Weiteren werden Eigenschaften wie Beschreibbarkeit, Bedruckbarkeit, Weiße und Glättbarkeit begünstigt.

Zu den besonders geeigneten Extenderpigmenten zählen anorganische Pigmente, wie insbesondere Clays, calcinierte Clays, Calciumcarbonate, Natriumaluminosilicate, Aluminiumoxide, Titandioxide, Kieselsäuren, Diathomeenerden, Magnesiumsilikate, sowohl synthetischer als auch natürlicher Herkunft. Diese haben vorzugsweise eine mittlere Teilchengröße von 0,1 bis 10 &mgr;m, insbesondere von 0,1 bis 2 &mgr;m. Ein Überschreiten des Wertes von 10 &mgr;m kann zu einer unerwünschten Steigerung der Rauhigkeit führen, während ein Unterschreiten des Wertes von 0,1 &mgr;m die Farbintensität bei der Bildwiedergabe beeinträchtigt.

Vom Prinzip her ist mit der Ausbildung der angesprochenen Thermoreaktionsschicht ein funktionsfähiges Thermopapier vorhandenen. Allerdings erfordern es regelmäßig praktische Zwecke, dass weitere Schichten on-line oder off-line als Schutzschicht und/oder als eine die Bedruckbarkeit begünstigende Schicht ausgebildet werden.

Das Verfahren gemäß der Erfindung ist besonders vorteilhaft, weil bei Anwendung des Vorhangbeschichtungsverfahrens das Herstellungsverfahren mit einer vergleichsweise hohen Geschwindigkeit von 500 m/min zu vorteilhaften betriebswirtschaftlichen und technischen Ergebnissen führt. Die Betriebswirtschaftlichkeit wird dadurch weitergehend verbessert, dass es überraschender Weise auch mit einer Geschwindigkeit von mehr als 750 m/min und insbesondere mit einer Geschwindigkeit von mindestens 1000 m/min laufen kann. Mit besonderer Überraschung haben die Erfinder festgestellt, dass selbst eine Geschwindigkeit von mehr als 1500 m/min zu einem unbeeinträchtigt vorteilhaften Verfahrenserzeugnis führt, ohne dass irgendwelche Nachteile bei der Betriebsdurchführung feststellbar wären. Die angestrebten Ergebnisse werden insbesondere erreicht, wenn die lichte Austrittsspaltbreite des Vorhangstreichkopfs beim Vorhangbeschichtungsverfahren auf 0,1 bis 1 mm, insbesondere auf 0,2 bis 0,6 mm, und/oder die Düsendurchsätze für die jeweilige Auftragssuspension auf 0,3 bis 15,1 cm3/(cm Arbeitsbreite × s), insbesondere auf 0,5 bis 5,0 cm3/(cm × s), eingestellt werden, wobei der Vorhangstreichkopf mit einem Einfach- oder Mehrfachspalt betrieben werden kann.

Die Vorteile, die mit der vorliegenden Erfindung verbunden sind, lassen sich im Wesentlichen wie folgt zusammenfassen: Das Verfahren ist betriebswirtschaftlich von hohem Nutzen. Dies ist insbesondere auf die Möglichkeit der extrem hohen Verfahrensführung bis zu mehr als 1500 m/min möglich, ohne dass irgendwelche relevanten Beeinträchtigungen der anzustrebenden Eigenschaften des Verfahrenserzeugnisses auftreten. Darüber hinaus ist es erstmalig möglich, das besonders vorteilhafte calcinierte Kaolin in einer Zwischenschicht eines Thermopapiers bei hoher Betriebsgeschwindigkeit des Herstellungsverfahrens einzusetzen. Dies war nach bekannten Verfahren wegen rheologischer Probleme nicht möglich. Darüber hinaus kann das gesamte Verbundsystem unter Nutzung des mit Hochgeschwindigkeit betriebenen Verfahrens ausgebildet werden. Dies kann on-line wie auch off-line erfolgen, was eine gewisse Flexibilität bei der Verfahrensführung bedeutet. Es ist insbesondere überraschend, dass die Eigenschaften des Verfahrenserzeugnisses in hohem Maße zufriedenstellen. Dies gilt insbesondere für die Bildwiedergabe sowie die Bedruckbarkeit des Papiers als auch für die Wirtschaftlichkeit des Papierherstellungsprozesses.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von nicht beschränkenden Beispielen im Detail dargestellt werden:

Der Auftrag einer Auftragssuspension zur Ausbildung der Pigmentzwischenschicht eines Thermopapiers erfolgte mittels des Vorhangbeschichtungsverfahrens. Die lichte Austrittsspaltweite des Vorhangstreichkopfes betrug 0,3 mm (einfacher Streichkopf). Der Vorhangstreichkopf wurde mit einem Düsendurchsatz für die Auftragssuspension von 0,35 cm3/cm Arbeitsbreite × s) betrieben. Die Viskosität der wässrigen Auftragssuspension betrug 500 mPas (nach Brookfield, 100 U/min, 25°C, eingestellt in nicht entlüftetem Zustand). Die Oberflächenspannung der Auftragssuspension betrug 37 mN/m (statistische Ringmethode). Das Streichwerk war in-line angeordnet. Der Auftrag der wässrigen Auftragssuspension erfolgte auf eine Papierbahn eines Flächengewichtes von 43 g/m2. Die Fallhöhe der Auftragssuspension wurde auf 13 cm eingestellt. Das Vorhangbeschichtungs-Verfahren wurde bei einer Geschwindigkeit von 1200 m/min betrieben. Des Weiteren wurde die wässrige Auftragssuspension bzw. die Fadenlänge im Ford-Becher (Düse 4) auf einen Bereich von 92 cm eingestellt.

Nach dem Auftrag der wässrigen Auftragssuspension erfolgte in üblicher Weise der Trocknungsvorgang des beschichteten Papierträgers.

Anhand der vorstehend gemachten Angaben wurde ein Thermopapier hergestellt, wobei die folgenden Rezepturen von wässrigen Auftragssuspensionen zur Ausbildung eines Verbundgebildes mit einer Pigmentzwischenschicht auf einem Trägersubstrat herangezogen wurden, wobei anschließend in üblicher Weise die weiteren Schichten, insbesondere die Thermoreaktionsschicht, ausgebildet wurden. Hierauf soll, da dadurch nicht der Kern der Erfindung berührt wird, nicht weiter eingegangen werden.

Rezeptur 1:

Eine calciniertes Kaolin enthaltende wässrige Auftragssuspension, wurde anhand der vorstehend beschriebenen Verfahrensweise herangezogen, um ein Verbundgebilde aus Papierträger und Pigmentzwischenschicht herzustellen.

Hinweis: Alle obigen Angaben beziehen sich auf otro. Gew.-% (ofentrocken).

Anmerkungen:

Diese Verbindungen bedeuten folgendes:

  • *1 Bindemittel vom Typ Styrol-Butadien-Latex
  • *2 Calciniertes Kaolin
  • *3 Carboxymethylcellulose, Rheologiehilfsmittel, 0,7 %ige wässrige Lösung, Brookfield-Viskosität (1 %): 3000 – 6000 mPas bei 25 °C, Sp. 4/ 30 U/min
  • *4 Optischer Aufheller, Weißmittel
  • *5 Oberflächenaktives Mittel

Die oben wiedergegebene Auftragsmasse ergibt einen Trockengehalt von 44,8 Gew.-%. Weitere Angaben: pH-Wert 7,4 bis 7,8; Viskosität (nach Brookfield 100 U/min, Spindel 3, 20°C) 400 mPas, Oberflächenspannung (bei 20°C) 36 mN/m, Fadenlänge (im Ford-Becher mit Düse 4) 100 cm. Der Auftrag erfolgte mit 6,9 g/m2 (otro) auf dem Papierträger.

Rezeptur 2:

Die Zusammensetzung entsprach der Rezeptur 1. mit der Ausnahme, dass als calcinierter Clay Ansilex® 93 anstelle von Hubertex® eingesetzt wurde.

Die Auftragsmasse gemäß Rezeptur 2 ergab folgende Kennzahlen:

Trockengehalt von ca. 43,1 Gew.-%,

pH-Wert 6,9–7,4;

Viskosität (nach Brookfield 100 U/min, Spindel 3, 20°C) 450 mPas,

Oberflächenspannung (bei 20°C) 36 mN/m,

Fadenlänge (im Ford-Becher mit Düse 4) 100 cm.

Der Auftrag erfolgte mit 7,0 g/m2 (otro) auf dem Papierträger.

Rezeptur 3:

Die Zusammensetzung der Rezeptur 3 entsprach der Rezeptur 2 mit der Ausnahme, daß das Ansilex® 93-Pigment zu 20 Prozent durch ein organisches Hohlkugelpigment Ropaque® ersetzt wurde.

Die Auftragsmasse gemäß Rezeptur 3 ergab folgende Kennzahlen:

Trockengehalt von ca. 35,5 Gew.-%,

pH-Wert 6,9–7,4 ;

Viskosität (nach Brookfield 100 U/min, Spindel 3, 20°C) 300 mPas,

Oberflächenspannung (bei 20°C) 34 mN/m,

Fadenlänge (im Ford-Becher mit Düse 4) 100 cm.

Der Auftrag erfolgte mit 6,3 g/m2 (otro) auf dem Papierträger.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zur Herstellung eines mindestens ein Trägersubstrat, eine Pigmentzwischenschicht und eine Thermoreaktionsschicht umfassenden Thermopapiers, wobei die Pigmentzwischenschicht mit einer mindestens Pigmente und Bindemittel enthaltenden wässrigen Auftragssuspension mittels des Vorhangbeschichtungsverfahrens ausgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine calciniertes Kaolin enthaltende wässrige Auftragssuspension eines Feststoffgehaltes von 25 bis 75 Gew.-% mittels des Vorhangbeschichtungsverfahrens bei einer Betriebsgeschwindigkeit von mindestens 500 m/min aufgetragen und getrocknet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Feststoffgehalt der Auftragssuspension auf 35 bis 60 Gew.-% eingestellt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fallhöhe der das calcinierte Kaolin enthaltenden wässrigen Auftragssuspension bei der Durchführung des Vorhangbeschichtungsverfahrens auf 5 bis 35 cm, insbesondere auf 8 bis 20 cm, eingestellt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die das calcinierte Kaolin enthaltende Auftragssuspension auf eine Viskosität von 150 bis 1500 mPas (Brookfield, 100 U/min, 25°C, in nicht entlüftetem Zustand), insbesondere von 250 bis 900 mPas, eingestellt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenspannung der das calcinierte Kaolin enthaltenden Auftragssuspension auf 23 bis 60 mN/m, insbesondere auf 27 bis 40 mN/m (statische Ringmethode nach Du Noüy), eingestellt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Trägersubstrat ein übliches Trägerpapier, ein synthetisches Trägerpapier und/oder eine Kunststofffolie herangezogen wird, wobei der Papierträger insbesondere ein Flächengewicht von 40 bis 120 g/m2 aufweist.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Papierträger eingesetzt wird, der zur Dimensionsstabilisierung neben natürlichen Zellstoff-Fasern synthetische Fasern enthält, wobei der Langfaseranteil bis zu 40 Gew.-%, insbesondere 5 bis 40 Gew.-%, und der Kurzfaseranteil 60 bis 95 Gew.-%, insbesondere von 60 bis 80 Gew.-%, ausmacht.
  8. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der das calcinierte Kaolin enthaltenden Auftragssuspension übliche Additive in Form von Verarbeitungshilfsmitteln, insbesondere in Form von oberflächenaktiven Substanzen, Retentionshilfsmitteln und/oder Rheologiehilfsmitteln einverleibt werden.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die oberflächenaktiven Substanzen in Form von C2-C12-Dialkylsulfosuccinat-Alkalisalzen oder Siloxanen , die Retentionshilfsmittel in Form von Carboxymethlycellulosen oder Polyacrylamiden und/oder die Rheologiehilfsmittel in Form von höhermolekularen, wasserlöslichen Stärkederivaten Carboxymethylcellulosen, Natriumalginaten, Polyvinylalkoholen oder Poly(meth)acrylaten eingesetzt werden.
  10. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als calcinierter Kaolin ein solcher einer Teilchengröße von 0,1 bis 10 &mgr;m, insbesondere von 0,1 bis 2 &mgr;m eingesetzt wird.
  11. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der das calcinierte Kaolin enthaltenden wässrigen Auftragssuspension ein Bindemittel in Form von wasserlöslichen Stärken, Stärkederivaten, Hydroxyethylcellulosen, Polyvinylalkoholen, modifizierten Polyvinylalkoholen, Natriumpolyacrylaten, Acrylamid(Meth)acrylat-Copolymeren, Acrylamid-Acrylat-Methacrylat-Terpolymeren, Alkalisalze von Styrol-Maleinsäureanhydrid-Copolymeren, Alkalisalze von Ethylen-Maleinsäureanhydrid-Copolymeren und/oder Latices wie Polyacrylate, Styrol-Butadien-Copolymere; Polyurethane, Acrylat-Butadien-Copolymere, Polyvinylacetate und/oder Acrylnitril-Butadien-Copolymere einverleibt wird.
  12. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Auftragsgewicht der das calcinierte Kaolin enthaltenden wässrigen Auftragssuspension auf bis zu 30 g/m2, bezogen auf Trockensubstanz, insbesondere auf bis zu 25 g/m2 eingestellt wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Auftragsgewicht der das calcinierte Kaolin enthaltenden wässrigen Auftragssuspension auf 2 bis 20 g/m2, bezogen auf Trockensubstanz, insbesondere auf 4 bis 8 g/m2, eingestellt wird.
  14. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Pigmentzwischenschicht eine oder mehrere weitere Pigmentzwischenschichten mittels des Vorhangbeschichtungsverfahrens ausgebildet werden.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Pigmentzwischenschicht nach Trocknen ein oder mehrere weitere Pigmentzwischenschichten ausgebildet werden.
  16. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Pigmentzwischenschicht oder die Pigmentzwischenschichten gleichzeitig on-line oder in einem separaten Streichvorgang off-line eine Thermoreaktionsschicht mittels des Vorhangbeschichtungsverfahrens, eines Walzenauftragsverfahren, eines Rollrakelverfahrens oder eines Luftbürstenverfahrens ausgebildet wird.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der zur Ausbildung der Thermoreaktionsschicht herangezogenen wässrigen Auftragssuspension Farbentwickler, Farbbildner, sensitivierende Schmelzhilfsmittel, Alterungsschutzmittel, Bindemittel und übliche Additive, insbesondere Gleitmittel, Rheologiehilfsmittel, optische Aufheller, und/oder fluoreszierende Substanzen, einverleibt werden.
  18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17 dadurch gekennzeichnet, dass die Fallhöhe der wässrigen Auftragssuspension zur Ausbildung der Thermoreaktionsschicht bei Durchführung des Vorhangbeschichtungsverfahrens auf 5 bis 35 cm, insbesondere auf 8 bis 20 cm, eingestellt wird.
  19. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftragssuspension zur Ausbildung der Thermoreaktionsschicht auf eine Viskosität von 150 bis 1500 mPas (Brookfield, 110 U/min, 25°C, in nicht entlüftetem Zustand), insbesondere von 250 bis 900 mPas, eingestellt wird.
  20. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenspannung der Auftragssuspension zur Ausbildung der Thermoreaktionsschicht auf 23 bis 60 mN/m, insbesondere auf 30 bis 40 mN/m (statische Ringmethode nach Du Noüy), eingestellt wird.
  21. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die getrocknete Thermoreaktionsschicht anhand einer üblichen Glättmaßnahme auf eine Bekk-Glätte, gemessen nach DIN 53101, von 100 bis 1200 s, insbesondere von 300 bis 700 s, eingestellt wird.
  22. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der zur Ausbildung der Thermoreaktionsschicht herangezogenen wässrigen Auftragssuspension zusätzlich weitere Pigmente einverleibt werden.
  23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass als Pigmente anorganische Extenderpigmente, insbesondere Clays, Magnesiumcarbonate, Natriumaluminosilikate, Aluminiumoxide, Aluminiumsilikat, Kieselsäuren, Diathomeenerden, Magnesiumsilikate, Titandioxide und Calciumcarbonate sowohl synthetischer als auch natürlicher Herkunft, eingesetzt werden.
  24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass als Extenderpigmente solche einer mittleren Teilchengröße von 0,1 bis 10 &mgr;m, insbesondere von 0,1 bis 2 &mgr;m, herangezogen werden.
  25. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 16 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Thermoreaktionsschicht weitere Schichten on-line oder off-line als Schutzschicht und/oder als die Bedruckbarkeit begünstigende Schicht ausgebildet werden.
  26. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorhangbeschichtungsverfahren mit einer Geschwindigkeit von mehr als 750 m/min betrieben wird.
  27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorhangbeschichtungsverfahren mit einer Geschwindigkeit von mindestens 1000 m/min, insbesondere von mindestens 1500 m/min, betrieben wird.
  28. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die lichte Austrittsspaltbreite des Vorhangstreichkopfs beim Vorhangbeschichtungsverfahren auf 0,1 bis 1 mm, insbesondere auf 0,2 bis 0,6 mm, und/oder die Düsendurchsätze für die jeweilige Auftragssuspension auf 0,3 bis 15,1 m3/(cm Arbeitsbreite × s), insbesondere auf 0,5 bis 5,0 cm3/(cm Arbeitsbreite × s), eingestellt werden, wobei der Vorhangstreichkopf auf einen Einfach- oder Mehrfachspalt einstellbar ist.
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