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Dokumentenidentifikation DE102004029261A1 12.01.2006
Titel Verfahren zur Herstellung eines wärmeempfindlichen Aufzeichnungsmaterials sowie ein durch das Verfahren hergestelltes Aufzeichnungsmaterial
Anmelder Papierfabrik August Koehler AG, 77704 Oberkirch, DE
Erfinder Boschert, Michael, 77704 Oberkirch, DE;
Streif, Georg, 77871 Renchen, DE
Vertreter Meissner, Bolte & Partner, 81679 München
DE-Anmeldedatum 17.06.2004
DE-Aktenzeichen 102004029261
Offenlegungstag 12.01.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.01.2006
IPC-Hauptklasse B41M 5/26(2006.01)A, F, I, ,  ,  ,   
IPC-Nebenklasse B05D 3/12(2006.01)A, L, I, ,  ,  ,      
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines wärmeempfindlichen Aufzeichnungsmaterials, welches ein Trägersubstrat sowie eine einen Farbbildner und einen Farbentwickler enthaltende Thermoreaktionsschicht aufweist. Bei dem Verfahren wird auf das Trägersubstrat eine die Ausgangsmaterialien der Thermoreaktionsschicht enthaltende Auftragssuspension aufgebracht und das Trägersubstrat mit aufgebrachter Auftragssuspension anschließend getrocknet. Anschließend wird das getrocknete Trägersubstrat mit aufgebrachter Thermoreaktionsschicht zum Glätten durch ein Schuhglättwerk geführt, in welchem das getrocknete Trägersubstrat mit aufgebrachter Thermoreaktionsschicht mit vorgegebenem Anpressdruck großflächig gegen eine mitgeführte Walze gedrückt wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Aufzeichnungsmaterial.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zur Herstellung eines wärmeempfindlichen Aufzeichnungsmaterials. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein wärmeempfindliches Aufzeichnungsmaterial gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 17, das durch ein derartiges Verfahren hergestellt ist.

Wärmeempfindliche Aufzeichnungsmaterialien sind seit langem im Stand der Technik bekannt. Sie weisen in der Regel ein dünnes flächiges Trägersubstrat sowie eine darauf aufgebrachte dünne Thermoreaktionsschicht auf. Als Trägersubstrat dient üblicherweise Papier, Papier mit einem Anteil an Kunststofffasern oder auch eine geeignete Kunststofffolie. Die auf das Trägersubstrat aufgebrachte dünne Thermoreaktionsschicht enthält in feinster Verteilung einen Farbbildner, beispielsweise Kristallviolettlacton, und einen Farbentwickler, beispielsweise in Form eines sauren Reaktionspartners. Die Farbbildner und Farbentwickler sind in einem bei Wärmeeinwirkung nicht bzw. nur unwesentlich schmelzbaren Bindemittel dispergiert.

Beim Thermodruckvorgang wirkt ein Druckkopf eines Thermodruckers auf die wärmeempfindliche Thermoreaktionsschicht unmittelbar ein, wobei die Wärmeeinwirkung ein weitgehendes Aufschmelzen und eine Diffusion der in dem Bindemittel enthaltenen Farbbildner und Farbentwickler bewirkt, welche unter Verfärbung miteinander reagieren. Das Bindemittel bleibt dabei jedoch in Form einer festen Matrix weitestgehend unverändert. Die Verfärbungsreaktion zwischen dem Farbbildner und dem Farbentwickler in der Thermoreaktionsschicht tritt dabei innerhalb des Bruchteils einer Sekunde lediglich an der aufgeheizten Stelle auf.

Trotz der hohen Präzision, mit der die zuvor beschriebenen wärmeempfindlichen Aufzeichnungsmaterialien hergestellt werden, tritt bei wärmeempfindlichen Aufzeichnungsmaterialien immer wieder in mehr oder weniger starkem Umfang der sogenannte Mottling-Effekt auf. Hierbei handelt es sich um insbesondere erst nach dem Druck auftretende morphologische Unregelmäßigkeiten an der Oberfläche der Thermoreaktionsschicht, die in Form unregelmäßig über die Oberfläche der Thermoreaktionsschicht verteilte, abwechselnd glänzende und matte Stellen mit bloßem Auge erkennbar sind. Zur Vermeidung des zuvor beschriebenen Mottling-Effektes, dessen Zustandekommen vielfältige und unterschiedliche Ursachen haben kann, werden bei der Herstellung des Aufzeichnungsmaterials unterschiedlichste Maßnahmen ergriffen.

So wird zunächst versucht, durch Verwenden eines entsprechend qualitativ hochwertigen Trägersubstrats eine möglichst gleichmäßige ebene Oberfläche zu erreichen, auf die die Thermoreaktionsschicht aufgebracht wird. So wird üblicherweise ein Trägersubstrat verwendet, das eine möglichst gleichmäßige Verteilung der Fasern, eine gleichmäßige Oberflächenmorphologie sowie eine über die Oberfläche betrachtet möglichst gleichmäßige Saugfähigkeit aufweist. Gleichzeitig wird die Rauhigkeit der Oberfläche des Trägersubstrates, auf die die Thermoreaktionsschicht aufgebracht wird, bei der Herstellung des Trägersubstrates so eingestellt, dass die Thermoreaktionsschicht an der Oberfläche des Trägersubstrates gut anhaften kann.

Ferner wird versucht, durch entsprechend qualitativ hochwertige Ausgangsstoffe, aus denen die Thermoreaktionsschicht gebildet ist, den Mottling-Effekt weiter zu vermindern. So wird bei besonders hochwertigen wärmeempfindlichen Aufzeichnungsmaterialien der Mahlgrad der die Farbbildner und Farbentwickler bildenden Partikel möglichst fein eingestellt. Die verschiedenen Partikel weisen üblicherweise eine Partikelgröße von 0,5 bis 3,5 &mgr;m auf. Des weiteren wird durch geeignete Maßnahmen eine möglichst gleichmäßige Dispergierung der verschiedenen Partikel in der die spätere Thermoreaktionsschicht bildenden Auftragssuspension eingestellt.

Darüber hinaus wird versucht, durch das verwendete Bindemittel sowie die Bindemittelverteilung in der Auftragssuspension das Auftreten des zuvor beschriebenen Mottling-Effektes zu vermindern. Auch soll durch geeignete Verfahren, mit denen die Auftragssuspension auf das Trägersubstrat aufgebracht wird, eine möglichst gleichmäßige Verteilung der sich später ergebenden Thermoreaktionsschicht auf der Oberfläche des Trägersubstrates erreicht werden. Hierzu werden unterschiedlichste Verfahren eingesetzt, beispielsweise das Curtain-Coating-Verfahren, das Auftragen mit Walzen oder Klingen oder auch das sogenannte Rakeln. Schließlich wird versucht, durch geeignete Trocknungsverfahren eine möglichst gleichmäßige Thermoreaktionsschicht zu erzielen.

Des Weiteren werden die Aufzeichnungsmaterialien nach dem Trocken zusätzlich geglättet, um eine möglichst homogene, glatte aber matte Oberfläche einzustellen. Hierzu ist es üblich, das Trägersubstrat mit aufgebrachter Thermoreaktionsschicht nach dem Trocknen durch ein Glättwerk zu führen. Als Glättwerk kommt üblicherweise ein so genanntes Mol-Glättwerk (Matt-Online-Glättwerk) zum Einsatz. Hierbei handelt es sich um ein Walzenpaar, zwischen das das Trägersubstrat mit aufgebrachter Thermoreaktionsschicht hindurchgeführt wird. Die Walzen sind zum Beispiel aus Metall gebildet. Alternativ kommen jedoch auch Walzenpaare zum Einsatz, bei denen eine der beiden Walzen mit einer Papierummantelung, einer Kunststoffummantelung oder einer Gummiummantelung versehen ist, während die andere Walze beispielsweise aus oberflächengehärtetem Stahl oder Hartguss gefertigt ist. Gegebenenfalls werden auch Walzenpaare verwendet, bei denen die Mantelflächen beider Walzen elastisch verformbar sind.

Ferner hat sich gezeigt, dass beispielsweise der Rohstoff, der für die Herstellung des Trägersubstrates zum Einsatz kommt, gleichfalls eine deutliche Auswirkung auf die Entstehung des Mottling-Effektes hat. So beeinflusst beispielsweise die Zelluloseart, das Leimungsmittel und die Pigmente des Papierrohstoffes die Eigenschaften des daraus hergestellten Trägersubstrates und damit die Haftfähigkeit und Homogenität der auf das Trägersubstrat aufgebrachten Thermoreaktionsschicht.

Obwohl diese zuvor geschilderten unterschiedlichen Faktoren und Maßnahmen bekannt sind, ist es bisher auch bei optimierten Ausgangsbedingungen nicht gelungen, eine gleichbleibende Qualität des Aufzeichnungsmaterials mit gleichbleibend geringer Neigung zur Ausbildung des Mottling-Effektes zu erreichen.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es nun Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines wärmeempfindlichen Aufzeichnungsmaterials bzw. ein durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestelltes Aufzeichnungsmaterial anzugeben, durch dessen Einsatz bzw. bei dem der zuvor beschriebene Mottling-Effekt verglichen mit bekannten Aufzeichnungsmaterialien nur mehr vermindert auftritt.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 1. Des Weiteren löst die Erfindung diese Aufgabe durch ein Aufzeichnungsmaterial mit den Merkmalen nach Anspruch 17.

Ein wesentliches Merkmal, auf dem das erfindungsgemäße Verfahren basiert, ist die Verwendung eines sogenannten Schuhglättwerkes. Bei einem Schuhglättwert handelt es sich um ein Glättwerk, bestehend aus einer üblicherweise aus oberflächengehärtetem Stahl gefertigten Walze und einem als Anpresselement dienenden elastischen Pressmantel, welcher sich, wie die Walze, mit dem Trägersubstrat mitbewegt, wenn das Trägersubstrat durch den Spalt zwischen der Walze und dem Pressmantel hindurchgeführt wird. Der Pressmantel ist hohlzylinderförmig, an seinen offenen Enden drehbar gelagert und wird mit Hilfe eines sogenannten Druckschuhs gegen die gegenüber angeordnete mitgeführte Walze gedrückt. Hierzu wird üblicherweise zwischen der Innenumfangsfläche des Pressmantels und dem Druckschuh ein hydraulisches Polster ausgebildet, mit dem der Pressmantel möglichst gleichmäßig gegen die mitgeführte Walze gedrückt wird. Derartige Schuhglättwerke werden üblicherweise nur bei der Herstellung von Kartonagen eingesetzt, um ein Verdichten der Kartonagen beim Glätten zu verhindern, wobei die Schuhglättwerke die Oberflächen der Kartonagen glätten, bevor sie mit den zu bedruckenden Außenschichten versehen werden.

Überraschenderweise hat sich bei der erfindungsgemäßen Verwendung des Schuhglättwerkes für wärmeempfindliches Aufzeichnungsmaterial herausgestellt, dass die Thermoreaktionsschicht von mit Hilfe des Schuhglättwerkes geglätteten Aufzeichnungsmaterialien verglichen mit Aufzeichnungsmaterialien, die in herkömmlicher Weise geglättet wurden, eine deutlich geringere Neigung zur Bildung des Mottling-Effektes zeigen, wie verschiedenste Versuchsreihen eindrucksvoll belegt haben. Das Aufzeichnungsmaterial zeigt eine gleichmäßig matte Oberfläche, die auch nach dem Bedrucken allenfalls geringfügig zu Mottling neigt.

Ferner hat sich gezeigt, dass der Einfluss der Qualitäten der Ausgangsmaterialien, insbesondere der Einfluss der Qualität der Rohstoffe und der Einfluss der Qualität des Trägersubstrates, auf den Mottling-Effekt durch Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens deutlich abnimmt, so dass auch mit weniger hochwertigen Ausgangsmaterialien hochwertige Aufzeichnungsmaterialien gefertigt werden können, bei denen der Mottling-Effekt kaum auftritt.

Diese und weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie des erfindungsgemäßen Aufzeichnungsmaterials werden aus der nachfolgenden Beschreibung sowie den Unteransprüchen noch deutlicher.

So wird bei einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagen, dass der Anpressdruck, mit dem das getrocknete Trägersubstrat mit aufgebrachter Thermoreaktionsschicht gegen die Walze gedrückt wird, so eingestellt wird, dass eine eventuell auftretende Vorreaktion der Thermoreaktionsschicht vernachlässigbar klein ist oder nicht auftritt. Durch diese Maßnahme wird sichergestellt, dass das fertige Aufzeichnungsmaterial nach dem Durchlaufen des Schuhglättwerkes keinen durch Vorreaktionen der Farbbildner und Farbentwickler in der Thermoreaktionsschicht verursachten Farbschleier zeigt, beispielsweise einen Grauschleier, sondern das Aufzeichnungsmaterial seine gewünschte Grundfarbe, beispielsweise Weiß, zeigt. Der Anpressdruck ist jedoch wiederum so hoch gewählt, dass eine ausreichende Oberflächenglätte bei gleichzeitig gewünschter Mattigkeit gegeben ist.

Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn sowohl die Fördergeschwindigkeit des Trägersubstrates durch das Schuhglättwerk, der Anpressdruck, mit dem das Trägersubstrat mit aufgebrachter Thermoreaktionsschicht gegen die Walze gedrückt wird, sowie die wirksame Anpressfläche, mit der das Trägersubstrat beim Glätten gegen die Walze gepresst wird, so aufeinander abgestimmt werden, dass das Aufzeichnungsmaterial mit hoher Oberflächenqualität gefertigt werden kann. Die Fördergeschwindigkeit, der Anpressdruck und die wirksame Anpressfläche werden vorzugsweise dabei so gewählt, dass die Thermoreaktionsschicht auf dem Trägersubstrat beim Durchlaufen des Schuhglättwerkes nur so stark erwärmt wird, dass noch keine sichtbare Verfärbungsreaktionen der Thermoreaktionsschicht auftreten. So liegt die maximal zulässige Temperatur bei einem herkömmlichen wärmeempfindlichen Aufzeichnungsmaterial in einem Bereich von etwa 60 bis 70°C, bei der noch keine sichtbare Verfärbungsreaktion der Thermoreaktionsschicht auftritt. Bei Spezialpapieren, bei denen Verfärbungsreaktionen erst bei deutlich höheren Temperaturen, beispielsweise in einem Bereich von 130 bis 170°C, auftreten, kann insbesondere der Anpressdruck auch zusätzlich erhöht werden, um eine möglichst glatte Oberfläche zu erhalten. Bei dieser Verfahrensführung können die drei Verfahrensparameter Fördergeschwindigkeit, Anpressdruck und wirksame Anpressfläche durch Heranziehen der Verfärbungsreaktion der Thermoreaktionsschicht definiert aufeinander eingestellt werden, so dass bei geringstem Verfärbungsgrad eine hohe Qualität des Aufzeichnungsmaterials eingestellt werden kann.

Die Fördergeschwindigkeit des Trägersubstrates durch das Schuhglättwerk liegt bei einer bevorzugten Variante des Verfahrens in einem Bereich von etwa 700 bis 1750 m/min. Bei diesen Fördergeschwindigkeiten wird einerseits sichergestellt, dass die Thermoreaktionsschicht keine der zuvor beschriebenen Verfärbungsreaktionen zeigt, das Aufzeichnungsmaterial jedoch gleichzeitig mit einer ausreichend hohen Herstellgeschwindigkeit gefertigt werden kann.

Die Streckenlast des Schuhglättwerkes, d.h. die Belastung des Trägersubstrats im Schuhglättwerk, die entlang einer Berührungslinie quer zur Förderrichtung des Trägersubstrates wirkt, liegt vorzugsweise in einem Bereich von etwa 40 N/mm bis 650 N/mm. So hat sich gezeigt, dass die meisten Reaktionspartner in der Thermoreaktionsschicht erst bei einer höheren wirksamen Streckenlast durch die hohen Druckkräfte so weit erwärmt werden, dass eine Verfärbungsreaktion auftritt.

Damit das Trägersubstrat möglichst schonend geglättet wird, wird die Nip-Breite des Schuhglättwerkes, d.h. die Länge in Förderrichtung des Trägersubstrates gesehen, entlang der die Walze und der Pressmantel am Trägersubstrat anliegen, so gewählt, dass die Nip-Breite bei einer Bahnbreite des Trägersubstrates von 3500 bis 4500 mm in einem Bereich von 30 bis 50 mm liegt. Durch die verglichen mit dem Stand der Technik deutlich größere Nip-Breite des Schuhglättwerkes, diese liegt beim Stand der Technik in einem Bereich von 2 bis 4 mm, kann der maximal wirkende Anpressdruck beim erfindungsgemäßen Verfahren vergleichsweise gering eingestellt werden, da das Aufzeichnungsmaterial über einen längeren Zeitraum im Schuhglättwerk geglättet wird.

Um eine ausreichende Elastizität des Trägersubstrates mit aufgebrachter Thermoreaktionsschicht während des Glättens im Schuhglättwerk sicherzustellen, wird das Trägersubstrat mit aufgebrachter Thermoreaktionsschicht unmittelbar vor dem Glätten nur so weit getrocknet, dass der Feuchtegehalt des Trägersubstrats mit aufgebrachter Thermoreaktionsschicht in einem Bereich von 4 bis 8 Gew.-% liegt.

Um möglichst homogene Eigenschaften über die gesamte Breite des Trägersubstrates vor dem Glätten im Schuhglättwerk zu erreichen, wird bei einer besonders bevorzugten Verfahrensvariante ferner vorgeschlagen, das getrocknete Trägersubstrat mit aufgebrachter Thermoreaktionsschicht vor dem Glätten im Schuhglättwerk auf seiner der Thermoreaktionsschicht abgewandten Rückseite nochmals zu befeuchten und das befeuchtete Trägersubstrat mit aufgebrachter Thermoreaktionsschicht vor dem Glätten im Schuhglättwerk auf den gewünschten Feuchtegehalt zu trocknen.

Die die spätere Thermoreaktionsschicht bildende Auftragssuspension wird vorzugsweise durch Streichen auf das Trägersubstrat aufgebracht. Hierzu können unterschiedlichste bekannte Verfahren eingesetzt werden, so beispielsweise ein Aufbringen der Auftragssuspension durch Rakeln, mit Hilfe von Walzen oder Rollen oder auch mit Hilfe sogenannter Blaids. Ein weiteres Streichverfahren, mit dem die Auftragssuspension auf das Trägersubstrat aufgebracht werden kann, ist das sogenannte Curtain-Coating-Verfahren. Hierbei wird das Trägersubstrat durch eine Curtain-Coating-Einrichtung geführt, in der die Auftragssuspension in Form eines Vorhangs bzw. Schleiers auf die Oberfläche des Trägersubstrates aufgebracht wird, wobei sich die Auftragssuspension durch ihre Oberflächenspannung gleichmäßig auf der zu beschichtenden Oberfläche verteilt.

Damit ein besonders gleichmäßiges Verteilen der Auftragssuspension und ein besonders gleichmäßiges Anhaften der sich ausbildenden Thermoreaktionsschicht auf dem Trägersubstrat erreicht wird, ist es ferner von besonderem Vorteil, wenn das Trägersubstrat vorzugsweise unmittelbar vor dem Auftragen der die spätere Thermoreaktionsschicht bildenden Auftragssuspension definiert geglättet wird. Hierdurch erhält das Trägersubstrat eine gleichmäßig homogenisierte Oberfläche, auf der die Auftragssuspension beim Aufbringen gut anhaftet.

Um eine möglichst gleichmäßige Verteilung der Thermoreaktionsschicht auf dem flächigen Trägersubstrat zu erreichen, wird bei einer besonders bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagen, auf die Oberfläche des Trägersubstrates, auf die die Thermoreaktionsschicht aufgebracht werden soll, in einem vorgeordneten Verfahrensschritt eine Zwischenschicht aufzubringen, mit der die raue Oberfläche des Trägersubstrates egalisiert und homogenisiert wird. Durch Beimengen entsprechender Zusätze kann die Zwischenschicht gezielt so eingestellt werden, dass sie gleichzeitig als Wärmeisolierung zwischen dem Trägersubstrat und der auf die Zwischenschicht aufgebrachten Thermoreaktionsschicht dient. Durch diese wärmeisolierende Wirkung wird die Verfärbungsreaktion zusätzlich beschleunigt, da die vom Thermodruckkopf auf die Thermoreaktionsschicht beim Druck aufgebrachte Wärmemenge von der Zwischenschicht wieder in die Thermoreaktionsschicht zurückreflektiert wird, während allenfalls ein geringer Teil der eingebrachten Wärmemenge auf das Trägersubstrat übertragen und von diesem nach außen abgestrahlt wird.

Damit sich die die spätere Thermoreaktionsschicht bildende Auftragssuspension auch bei der Verwendung einer zusätzlichen Zwischenschicht gleichmäßig auf der zu beschichtenden Oberfläche verteilt, wird auch hier vorgeschlagen, dass das Trägersubstrat mit aufgebrachter Zwischenschicht vor dem Aufbringen der die spätere Thermoreaktionsschicht bildenden Auftragssuspension zusätzlich geglättet wird, beispielsweise durch ein herkömmliches Mol-Glättwerk.

Das Trägersubstrat, bei dem es sich üblicherweise um eine Papier- oder Kunststoffbahn handelt, kann entweder vorab schon hergestellt sein und beispielsweise in Form von Rollen der das erfindungsgemäße Verfahren durchführenden Anlage zugeführt werden. Von besonderem Vorteil ist es jedoch, das Aufzeichnungsmaterial online auf einer einzigen Maschine zu fertigen. Hierzu wird bereits das Trägersubstrat aus bekannten Rohstoffen auf derselben Anlage gefertigt, getrocknet, gepresst sowie geglättet und anschließend zum Auftragen der Zwischenschicht bzw. zum Auftragen der die spätere Thermoreaktionsschicht bildenden Auftragssuspension den entsprechenden Einrichtungen zugeführt.

Alternativ ist es auch denkbar, das Trägersubstrat zwar unmittelbar vor dem Auftragen der Zwischenschicht bzw. vor dem Auftragen der die spätere Thermoreaktionsschicht bildenden Auftragssuspension zu fertigen, jedoch auf einer getrennt von der das erfindungsgemäße Verfahren ausführenden Anlage, so dass die Anlage zum Auftragen der Zwischenschicht bzw. der Thermoreaktionsschicht in ihren Verfahrensparametern, insbesondere der Fördergeschwindigkeit, optimal eingestellt werden kann. Das Herstellen des Trägersubstrates unmittelbar vor dem Auftragen der Zwischenschicht bzw. vor dem Auftragen der die spätere Thermoreaktionsschicht bildenden Auftragssuspension hat den Vorteil, dass online bereits bei der Herstellung des Trägersubstrates gezielt die Eigenschaften des Trägersubstrates eingestellt und gegebenenfalls nachgeregelt werden können, um ein möglichst hochwertiges wärmeempfindliches Aufzeichnungsmaterial herstellen zu können.

Als Trägersubstrat dient vorzugsweise eine Papierbahn. Alternativ ist es jedoch auch möglich, eine Kunststofffolie oder auch eine Papierbahn mit einem Anteil an Kunststofffasern als Trägersubstrat zu verwenden.

Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein wärmeempfindliches Aufzeichnungsmaterial mit einem Trägersubstrat sowie einer einen Farbbildner und einen Farbentwickler enthaltenden Thermoreaktionsschicht. Das wärmeempfindliche Aufzeichnungsmaterial ist vorzugsweise durch ein Verfahren gefertigt, wie es in den verschiedenen zuvor beschriebenen Verfahrensvarianten geschildert ist.

Besonders bevorzugt ist dabei die Thermoreaktionsschicht des erfindungsgemäßen Aufzeichnungsmaterials durch das Curtain-Coating-Verfahren auf das Trägersubstrat aufgebracht worden. Insbesondere die Anwendung des Curtain-Coating-Verfahrens hat den Vorteil, dass das Aufzeichnungsmaterial einerseits mit sehr hoher Herstellungsgeschwindigkeit gefertigt werden kann, während andererseits eine besonders feine und gezielte Dosierung und Ausbildung der Thermoreaktionsschicht möglich wird.

Das Papiergewicht des fertigen Aufzeichnungsmaterials liegt vorzugsweise in einem Bereich von 45 bis 120 g/m2.

Der Weißgrad bzw. der Weißgehalt des fertigen Aufzeichnungsmaterials liegt, wenn es sich um ein weißes Aufzeichnungsmaterial handelt, gemessen nach ISO 2469 in einem Bereich von 85 bis 98%.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Beispiels näher erläutert, wobei der Grundgedanke der Erfindung nicht auf dieses Beispiel beschränkt ist:

Zunächst wurde auf einer herkömmlichen Papierherstellungsmaschine eine Papierbahn als Trägersubstrat mit Aufbringen einer Zwischenschicht gefertigt. Anschließend wurde die so gefertigte Papierbahn der Anlage zum Aufbringen der Thermoreaktionsschicht zugeführt.

Die die spätere Thermoreaktionsschicht bildende wässrige Auftragssuspension wurde mit Hilfe des Curtain-Coating-Verfahrens auf das Trägersubstrat aufgebracht. Die Viskosität der wässrigen Auftragssuspension betrug dabei 450 mPas (nach Brookfield, 100 U/min, 20°C). Die Oberflächenspannung der Auftragssuspension betrug 46 mN/m (statistische Ringmethode). Das Flächengewicht der Papierbahn lag bei 43 g/m2. Die Papierbahn wurde mit einer Fördergeschwindigkeit von 1200 m/min durch die Curtain-Coating-Einrichtung geführt. Hier wurde eine wässrige Auftragssuspension in bekannter Weise aufgebracht, um eine Thermoreaktionsschicht mit einem Gewicht von 5,8 g/m2 (ofentrocken) auszubilden.

Nach dem Auftragen der wässrigen Auftragssuspension erfolgte in üblicher Weise der Trocknungsvorgang der beschichteten Papierbahn. Anschließend wurde die der ausgehärteten Thermoreaktionsschicht entgegengesetzte Flachseite der Papierbahn erneut befeuchtet und so weit getrocknet, dass der Feuchtegehalt der Papierbahn mit getrockneter Thermoreaktionsschicht bei etwa 7 Gew.-% lag. Hierdurch sollten über die gesamte Breite der Papierbahn möglichst konstante Materialeigenschaften der Papierbahn eingestellt werden.

Anschließend wurde die so beschichtete und in ihrem Feuchtegehalt definiert eingestellte Papierbahn mit aufgebrachter Thermoreaktionsschicht durch ein Schuhglättwerk geführt, wobei auch hier die Geschwindigkeit bei 1200 m/min lag. Bei dem Schuhglättwerk handelte es sich um ein Schuhglättwerk der Firma Voith® in Form eines sogenannten Schuhkalanders. Bei dem in der Versuchsanlage von Voith® verwendeten Schuhglättwerk handelte es sich um ein Glättwerk, dass mit einer Walze aus Hartguss sowie einer Druckschuheinheit ausgerüstet war. Die Walze aus Hartguss hatte einen Durchmesser von 1067 mm. Die Druckschuheinheit war durch einen aus einem Elastomer gefertigten Pressmantel mit einem Durchmesser von 1100 mm gebildet, welcher mit drehbaren Spannringen an einer Haltevorrichtung gehalten war. Im Inneren des zylinderförmigen Pressmantels war ein Druckschuh angeordnet, welcher hydraulisch zu betätigen war und mit dem zwischen dem Pressmantel und dem Druckschuh eine hydrostatische Presszone ausgebildet werden konnte.

Die mit der Thermoreaktionsschicht beschichtete Papierbahn wurde anschließend durch den Glättspalt des Schuhglättwerkes hindurchgeführt, wobei der Anpressdruck, mit dem der Pressmantel gegen die andere Walze gedrückt wurde, so eingestellt war, dass sich eine maximale Streckenlast von 600 N/mm und eine minimale Streckenlast von 50 N/mm ergaben. Die von der Größe des Druckschuhs abhängige Nip-Breite war auf 40 mm eingestellt bei einer Bahnbreite vor dem Kalander von 800 mm.

Nach dem Durchlaufen des Schuhglättwerkes wurde die so beschichtete und geglättete Papierbahn aufgewickelt.

In der nachfolgenden Tabelle sind Parameter verschiedener nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellter wärmeempfindlicher Aufzeichnungsmaterialien im Vergleich zu Aufzeichnungsmaterialien gezeigt, welche in herkömmlicher Weise gefertigt worden sind.

So zeigte sich, dass entgegen der bisher getroffenen Annahme, dass sich nur mit einem ausreichend hohen Anpressdruck eine möglichst glatte Oberfläche bei der Thermoreaktionsschicht eines wärmeempfindlichen Aufzeichnungsmaterials erreichen lässt, mit Hilfe des Schuhglättwerkes bei deutlich geringerem Anpressdruck und deutlich höherer Verweilzeit des Aufzeichnungsmaterials im Glättspalt des Schuhglättwerkes, eine gleichbleibende, gegebenenfalls sogar bessere Oberflächenqualität einstellen lässt, ohne dass Vorreaktionen in der Thermoreaktionsschicht auftreten. Gleichzeitig zeigte das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Aufzeichnungsmaterial deutlich geringere Mottling-Effekte als die nach dem herkömmlichen Verfahren hergestellten wärmeempfindlichen Aufzeichnungsmaterialien.

In der oben angegebenen Tabelle sind unterschiedliche wärmeempfindliche Aufzeichnungsmaterialien aufgelistet, die nach unterschiedlichen Verfahren geglättet worden sind.

Dabei wurden die sogenannte optische Dichte 1, die optische Dichte 2, der Weißgehalt, die Glätte gemessen nach Bekk sowie die Vorreaktionen aufgelistet.

Die mit 100 und 300 gekennzeichneten Muster wurden nicht geglättet.

Die mit 101 bis 105 gekennzeichneten Muster wurden in einem Glättwerk mit einer Walze mit harter und einer Walze mit elastischer Oberfläche, welche eine Shore-Härte von 90° Sh (D) hatte, geglättet.

Die mit der Nummernfolge 201 bis 206 gekennzeichneten Muster wurden in einem Glättwerk mit zwei Walzen geglättet, deren Oberflächen jeweils elastisch waren und eine Shore-Härte von 90° Sh (D) hatten.

Die mit der Nummernfolge 301 bis 306 gekennzeichneten Muster wurden erfindungsgemäß mit dem zuvor beschriebenen Schuhglättwerk geglättet.

Wie der Tabelle zu entnehmen ist, zeigen alle Muster annähernd die gleichen Werte für die optische Dichte 1 und die optische Dichte 2, mit der angegeben wird, wie schnell ein Thermopapier reagiert. Die optischen Dichten wurden jeweils mit einem Remissionsdensitometer der Type Macbeth D 19 C gemessen, das den Kontrastunterschied zwischen uneingefarbter und durch Wärmeeinwirkung geschwärzter Messfläche misst. Je höher der Messwert ausfallt, um so starker ist die Schwärzung des wärmeempfindlichen Aufzeichnungsmaterials. Die optische Dichte 1 gibt dabei den maximalen Schwärzungsgrad an, der sich bei einer bestimmten Energiebeaufschlagung einstellt (zum Beispiel erhalten durch eine Bestromungszeit von 1 Millisekunde). Um die optischen Dichte 2 zu erhalten, wird das wärmeempfindliche Aufzeichnungsmaterial unter gleichen Bedingungen behandelt, jedoch mit der halben Bestromungszeit beaufschlagt.

Hinsichtlich des Weißgehaltes, der nach ISO 2469 ermittelt wurde, ist erkennbar, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein höherer Weißgehalt erreicht werden kann als mit den herkömmlichen Glättverfahren. So zeigen alle mit dem Schuhglättwerk geglätteten Muster Weißgehalte von mindestens 92,0%, während die Vergleichsmuster jeweils Weißgehalte von weniger als 92,0% zeigten, so zum Beispiel das Muster 105 mit einem Weißgehalt von 90,0%.

Die Glättewerte gemessen nach Bekk in Bekk-Sekunden bei den nach den erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Mustern entsprachen im Wesentlichen den üblichen Werten der Vergleichsmuster.

Ein wesentlicher Unterschied zwischen dem erfindungsgemäß hergestellten Muster und den nach herkömmlichen Verfahren hergestellten Mustern war jedoch in der sogenannten Vorreaktion erkennbar. Hierbei handelt es sich um einen Wert, mit dem angegeben wird, ob das wärmeempfindliche Aufzeichnungsmaterial nach dem Durchlaufen des Glättwerkes bereits eine geringfügige Verfärbungsreaktion zeigt.

Dabei gilt, je höher der Wert der Vorreaktion, desto deutlicher ist eine Verfärbungsreaktion erkennbar. Wie der Tabelle entnommen werden kann, zeigte keines der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Muster eine Vorreaktion (Wert = 0), während die Vergleichsmuster teilweise deutliche Vorreaktionen zeigten (Werte bis zu 2,5).

Zusammenfassend war erkennbar, dass die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Muster zumindest die gleichen Eigenschaften nach dem Glätten zeigten wie die Vergleichsmuster, jedoch deutlich weniger zu Vorreaktionen neigten.

Darüber hinaus zeigten die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Muster verglichen mit den nach den herkömmlichen Verfahren hergestellten Vergleichsmustern ein matteres Erscheinungsbild, das auch nach Durchlaufen eines Druckvorgangs erhalten blieb, wobei nahezu kein Mottling-Effekt auftrat.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zur Herstellung eines wärmeempfindlichen Aufzeichnungsmaterials, welches ein Trägersubstrat sowie eine einen Farbbildner und einen Farbentwickler enthaltende Thermoreaktionsschicht aufweist, insbesondere zur Herstellung eines Thermopapiers, wobei bei dem Verfahren auf das Trägersubstrat eine die Ausgangsmaterialien der Thermoreaktionsschicht enthaltene Auftragssuspension aufgebracht wird, das Trägersubstrat mit aufgebrachter Auftragssuspension getrocknet und zum Glätten durch ein Glättwerk geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das getrocknete Trägersubstrat mit aufgebrachter Thermoreaktionsschicht zum Glätten durch ein Schuhglättwerk geführt wird, in welchem das getrocknete Trägersubstrat mit aufgebrachter Thermoreaktionsschicht mit vorgegebenem Anpressdruck großflächig gegen eine mitgeführte Walze gedrückt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anpressdruck, mit dem das getrocknete Trägersubstrat mit aufgebrachter Thermoreaktionsschicht gegen die Walze gedrückt wird, so eingestellt wird, dass eine eventuell auftretende Vorreaktion der Thermoreaktionsschicht vernachlässigbar klein ist oder nicht auftritt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördergeschwindigkeit des Trägersubstrates durch das Schuhglättwerk, der Anpressdruck, mit dem das Trägersubstrat mit aufgebrachter Thermoreaktionsschicht gegen die Walze gedrückt wird, sowie die wirksame Anpressfläche, mit der das Trägersubstrat beim Glätten gegen die Walze gepresst wird, so gewählt sind, dass sich die Thermoreaktionsschicht auf dem Trägersubstrat beim Durchlaufen des Schuhglättwerkes nur so stark erwärmt, dass noch keine sichtbare Verfärbungsreaktion der Thermoreaktionsschicht auftritt.
  4. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördergeschwindigkeit des Trägersubstrates in einem Bereich von 700 bis 1750 m/min liegt.
  5. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Streckenlast des Schuhglättwerkes in einem Bereich von 40 N/mm bis 650 N/mm liegt.
  6. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nip-Breite des Schuhglättwerkes bei einer Bahnbreite des Trägersubstrates von 3500 bis 4500 mm in einem Bereich von 30 bis 50 mm liegt.
  7. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Feuchtegehalt des Trägersubstrates mit aufgebrachter Thermoreaktionsschicht unmittelbar vor dem Durchlaufen des Schuhglättwerkes in einem Bereich von 4 bis 8 Gew.-% liegt.
  8. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das getrocknete Trägersubstrat mit aufgebrachter Thermoreaktionsschicht vor dem Glätten im Schuhglättwerk auf seiner der Thermoreaktionsschicht abgewandten Rückseite befeuchtet und das befeuchtete Trägersubstrat mit aufgebrachter Thermoreaktionsschicht vor dem Glätten im Schuhglättwerk nochmals getrocknet wird.
  9. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftragssuspension durch Streichen auf das Trägersubstrat aufgebracht wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftragssuspension unter Anwendung des Curtain-Coating-Verfahrens auf das Trägersubstrat aufgebracht wird.
  11. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägersubstrat vor dem Auftragen der die spätere Thermoreaktionsschicht bildenden Auftragssuspension geglättet wird.
  12. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägersubstrat mit einer Zwischenschicht versehen wird, auf welche die Auftragssuspension aufgebracht wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht gleichfalls als Suspension auf das Trägersubstrat aufgebracht und das Trägersubstrat mit aufgebrachter Zwischenschicht getrocknet wird, bevor die die spätere Thermoreaktionsschicht bildende Auftragssuspension auf die Zwischenschicht aufgetragen wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägersubstrat mit aufgebrachter Zwischenschicht vor dem Aufbringen der die spätere Thermoreaktionsschicht bildenden Auftragssuspension geglättet wird.
  15. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägersubstrat unmittelbar vor dem Auftragen der Zwischenschicht bzw. vor dem Auftragen der die spätere Thermoreaktionsschicht bildenden Auftragssuspension gefertigt wird.
  16. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Trägersubstrat eine Papierbahn dient.
  17. Wärmeempfindliches Aufzeichnungsmaterial mit einem Trägersubstrat sowie einer einen Farbbildner und einen Farbentwickler enthaltenden Thermoreaktionsschicht, wobei das Aufzeichnungsmaterial durch ein Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 16 hergestellt ist.
  18. Aufzeichnungsmaterial nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Thermoreaktionsschicht durch das Curtain-Coating-Verfahren auf das Trägersubstrat aufgebracht worden ist.
  19. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Papiergewicht des fertigen Aufzeichnungsmaterials in einem Bereich von 45 bis 120 g/m2 liegt.
  20. Aufzeichnungsmaterial nach mindestens einem der Ansprüche 17, 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Weißgrad bzw. Weißgehalt nach ISO 2469 des Aufzeichnungsmaterials in einem Bereich von 85 bis 98% liegt.
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