Metallbeschichtetes Papier und Verfahren zu seiner Herstellung

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von metallbeschichtetem Papier durch Aufbringen einer Beschichtungsmasse auf eine Papierträgerlage, wobei die Beschichtungsmasse aus einer Metallpigmentpaste, die in einem organischen Lösungsmittel dispergierte, eine Blättchenstruktur aufweisende Metallteilchen enthält, und einem Bindemittel aufbereitet und im Tiefdruckverfahren auf die Papierträgerlage in solcher Weise aufgebracht wird, daß die Dicke der Beschichtung einem Beschichtungsgewicht von 0,5-10 g/m² entspricht und der Metallanteil in der Beschichtung 5-90 Gew.%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Beschichtung beträgt.

[0002] Bisher wurden Papiere mit einer Metallbeschichtung in der Weise hergestellt, daß auf eine Papierlage eine Metallfolie aufkaschiert wird. Solche Papiere, bei denen die Metallfolie aus Aluminium besteht, werden in großem Umfange zur Verpackung von Zigaretten verwendet. Dieses Papier bildet dabei die Auskleidung der Zigarettenschachtel.

[0003] Die Ausstattung einer Zigarettenverpackung mit einem mit Aluminium beschichteten (Einwickel) Papier ist ein erheblicher Kostenfaktor. Der Quadratmeterpreis des Papiers beträgt ca. DM 0,30. In diesen Preis gehen vor allem die durch den Aluminiumanteil bedingten Materialkosten ein, die von der Menge des verbrauchten Metalls abhängen. Bei einer Dicke der Aluminiumfolie von 7 um liegt der Verbrauch bei ca. 20 g für einen Quadratmeter. Je nach der Steifigkeit der für die Zigarettenverpackung verwendeten Außenhülle (Karton) liegt die Dicke der Aluminiumbeschichtung bei den bekannten Zigaretteneinwickelpapieren zwischen 6 und 15 um. Als Trägerlage für die Aluminiumfolie wird ein dünnes ungestrichenes Papier mit einem Quadratmetergewicht von 22-40 g verwendet.

[0004] Es sind zwar auch bereits Verfahren der eingangs erwähnten Gattung bekannt geworden, bei denen für die Herstellung von Metallpapieren keine Metallfolie sondern eine Metallpulver enthaltende Beschichtungsmasse auf eine Papierträgerlage aufgebracht wird. Soweit ersichtlich haben sich diese Verfahren jedoch in der Praxis für die Herstellung von metallbeschichteten Verpackungspapieren nicht durchsetzen können.

[0005] Bei den aus den US-Patentschriften 2 362 884 und 3 053 676 bekannten Verfahren wird die Beschichtungsmasse aus einer das Metallpulver enthaltenden Dispersion hergestellt, die einen sehr hohen Wasseranteil aufweist. Sehr dünne Papiere, wie sie speziell für Verpackungsfolien verwendet werden, lassen sich mit einer solchen Masse wegen der hierbei auftretenden Reissgefahr nur schwerlich beschichten. Auf alle Fälle müsste der Durchlauf der zu beschichtenden Papierträgerlage durch die Beschichtungseinrichtung vergleichsweise langsam erfolgen, dies auch wegen der verhältnismässig langen Dauer des Trocknungsprozesses. Die wegen der Nichtflüchtigkeit des Lösungsmittels (Verdunstungszahl von Wasser = 80) erforderliche intensive Wärmebehandlung der beschichteten Folienbahn brächte ebenfalls Probleme mit sich. Die Papierstruktur und auch die Abriebfestigkeit der Metallbeschichtung würde hierdurch nachteilig beeinflusst. Eine gute Abriebfestigkeit der Metallbeschichtung ist jedoch für Verpackungsfolien von besonderer Bedeutung, da sie vielfach auf elektronisch gesteuerten Faltmaschinen verwendet werden. Bei unzureichender Abriebfestigkeit besteht die Gefahr, daß im Zuge der Papierfaltung sich Teilchen von der Metallbeschichtung ablösen und dadurch in der Elektroniksteuerung Störungen hervorgerufen werden.

[0006] Ein weiterer Nachteil der Verwendung einer stark wasserhaltigen, Metallpigmente enthaltenden Beschichtungsmasse besteht in ihrer unzureichenden Lagerstabilität. Eine solche Masse neigt zum Gelieren. Bei einem Gehalt an Aluminiumpigmenten kann es in Gegenwart von Wasser zu einer gefährlichen Wasserstoffentwicklung kommen.

[0007] Hinzu kommt, daß die in den genannten US-Patentschriften erwähnten Techniken für das Aufbringen der Beschichtungsmasse (Aufwalzen, Aufsprühen, Tauchen) eine relativ hohe Viskosität der Beschichtungsmasse und damit einen entsprechend hohen Pigmentanteil erfordern. Dies wirkt sich kostenerhöhend aus.

[0008] In der US-Patentschrift 4 233 195 ist das im Oberbegriff des Hauptanspruches als bekannt vorausgesetzte Verfahren zur Herstellung von metallbeschichtetem Papier beschrieben. Hierbei wird für die Aufbereitung der im Tiefdruckverfahren auf eine Papierträgerlage aufzubringenden Beschichtungsmasse eine Metallpigmentpaste der leafing-Qualität verwendet. Für die Ausbildung der Oberfläche der Metallbeschichtung ist die leafing-Wirkung der in der Beschichtungsmasse enthaltenen Metallteilchen wesentlich. Sie besteht darin, daß die Metallteilchen aus der Beschichtung in Richtung auf deren Oberfläche herauswandern und sich schließlich dort konzentrieren. Voraussetzung hierfür ist zunächst, daß die Metallteilchen von dem in der Beschichtungsmasse enthaltenen Lösungsmittel und Bindemittel nicht benetzt werden, weshalb die Paste einen gewissen Anteil an Stearinsäure enthalten soll.

[0009] Für die Fixierung der sich an der Oberfläche der Beschichtung anreichernden Metallteilchen und damit auch für die Abriebfestigkeit der Beschichtung muß bei dem bekannten Verfahren eine aus dem thermoplastischen Bindemittel bestehende Deckschicht erzeugt werden. Hierfür und auch um die leafing-Wirkung zu erzielen, muß die auf die Papierträgerlage aufgebrachte Beschichtung einer speziellen Wärmebehandlung unterzogen werden, und zwar derart, daß das thermoplastische Bindemittel Harz bis über seinen Erweichungspunkt (ca. 100-200°C) erhitzt wird.

[0010] Die Wirtschaftlichkeit des zuletzt beschriebenen Verfahrens leidet dadurch, daß die erwähnte Wärmebehandlung zeitaufwendig ist und damit die Beschichtungsgeschwindigkeit vermindert und die in der Beschichtung stattfindende leafing-Wirkung einschließlich der Ausbildung der Harzdeckschicht eine vergleichsweise große Beschichtungsdicke verlangt (entsprechend 2,5-8 g/m²). Abgesehen davon, daß sich hierdurch die Materialkosten erhöhen, werden für die Verarbeitung auf schnellaufenden Verpackungsmaschinen wegen der leichten Faltbarkeit Metallpapiere mit geringen Beschichtungsdicken verlangt. Da auch die mit dem Lösungsmittel der Beschichtungsmasse imprägnierte Papierträgerlage der erwähnten Wärmebehandlung ausgesetzt ist, müssen bei dem bekannten Verfahren verhältnismäßig starke Papiere (Kraftpapier) verwendet werden, um einer Reißgefahr beim Bedrucken zu begegnen.

[0011] Der Erfindung liegt hiernach die Aufgabe zugrunde, das im Oberbegriff des Hauptanspruches angegebene Verfahren in solcher Weise weiterzuentwickeln, daß im Vergleich zum Stand der Technik metallbeschichtete Papiere mit sehr viel geringerer Beschichtungsdicke und Gesamtstärke hergestellt werden können, so daß sich aufgrund des geringeren Metallverbrauchs die Herstellungskosten deutlich reduzieren lassen. Dabei soll die Abriebfestigkeit der Metallbeschichtung gewährleistet bleiben, so daß die erfindungsgemäß erhältlichen Metallpapiere auch wegen ihrer geringen Stärke mit besonderem Vorteil auf schnell laufenden Verpackungsautomaten eingesetzt werden können.

[0012] Die Lösung der Erfindungsaufgabe besteht darin, daß die für die Herstellung der Beschichtungsmasse verwendete Metallpigmentpaste von dem Bindemittel voll benetzbare Metallteilchen der non-leafing-Qualität enthält und das Lösungsmittel eine Verdunstungszahl von unter 25 aufweist.

[0013] Der Einsatz von nicht-wässerigen Lösungsmitteln für die Aufbereitung der Beschichtungsmasse ermöglicht die Verwendung von verhältnismäßig niedrigviskos eingestellten Druckfarben mit einem entsprechend geringen Metallpigmentgehalt. Aufgrund der niedrigen Viskosität der Druckfarbe und der hohen Flüchtigkeit der in der Druckfarbe enthaltenen Lösungsmittel kann mit einer höheren Beschichtungs-(druck) Geschwindigkeit (bis 350 m/min.) gearbeitet werden als bei Verwendung höherviskoser Beschichtungsmassen, bei denen die Metallteilchen in einem nichtflüchtigen, wässerigen Medium verteilt sind. Im übrigen würde die Verwendung derart hochviskoser Druckfarben im Tiefdruckverfahren Probleme mit sich bringen, vor allem dadurch, daß sich die druckenden Teile der Druckform leicht zusetzen und daraus unsaubere Druckergebnisse resultieren. Der Druckprozess müßte also häufiger unterbrochen werden, um die Druckform zu reinigen. Der Einsatz höherviskoser, wässeriger Pigmentsysteme bei einem Tiefdruckverfahren wäre demnach im Vergleich zu dem nach der Erfindung arbeitenden Verfahren unwirtschaftlich.

[0014] Da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren im Gegensatz zu dem Verfahren nach der US-Patentschrift 4 233 195, eine Metallpaste verwendet wird, die Metallteilchen der non-leafing-Qualität enthält, sind die Metallteilchen durch die in der Paste enthaltenen flüchtigen (organischen) Lösungsmittel bereits vorbenetzt, so daß eine günstige Voraussetzung für eine intensive Benetzung der Metallteilchen mit dem später zugesetzten Bindemittel geschaffen wird. Dadurch wird das erfindungsgemäß angestrebte Ziel erreicht, daß die in der Druckfarbe enthaltenen Metallteilchen auch tatsächlich mit dem Bindemittel vollständig benetzt werden und folglich eine äußerst abriebfeste Metallbeschichtung erzeugt wird. Da bei Verwendung der erfindungsgemäß eingesetzten Metallpaste für die Ausbildung der Metalloberfläche und der eine zufriedenstellende Abriebfestigkeit garantierenden Harzdeckschicht eine leafing-Wirkung nicht erforderlich ist, entfallen auch die zu diesem Zwecke bei dem Verfahren nach der US-Patentschrift angewandte Wärmebehandlung und die hiermit verbundenen Nachteile.

[0015] Das erfindungsgemäße Verfahren kann also mit einer vergleichsweisen hohen Beschichtungsgeschwindigkeit unter Anwendung sehr dünner Beschichtungsdicken und Verwendung sehr leichter Papierträgerlagen durchgeführt werden. Zweckmäßigerweise werden erfindungsgemäß sog. gestrichene Papiere beschichtet, deren Quadratmetergewicht vorzugsweise 40-60 g beträgt.

[0016] Die erfindungsgemäß erzeugte Metallbeschichtung besteht vorzugsweise aus Aluminium, einer Kupfer-Zink-Legierung (Goldbronze) oder Kupfer. Die erfindungsgemäß angewendeten Beschichtungsgewichte liegen zweckmäßig zwischen 0,5 und 2,5 g/m^2. Vielfach wird das Beschichtungsgewicht 1,5-2,5 g/m² betragen. Der Metallanteil in der Beschichtung liegt vorzugsweise zwischen 40-90 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Beschichtung. Im Vergleich zu dem bisher praktizierten, eingangs beschriebenen Verfahren, bei dem eine Metallfolie auf eine Papierträgerlage aufkaschiert wird, ergibt sich somit eine beträchtliche Einsparung an Metall.

[0017] Die in der erfindungsgemäß für die Aufbereitung der Druckfarbe verwendeten Metallpaste enthaltenen Lösungsmittel sollen vorzugsweise aromatenfrei sein. Als Beispiel für die in diesem Zusammenhang in Betracht zu ziehenden Lösungsmittel seien Äthylazetat und Isopropanol genannt.

[0018] Für die erfindungsgemäss verwendete Druckfarbe werden vorzugsweise auf Harzbasis aufgebaute Bindemittel (Firnis) eingesetzt. Auch sie sollen vorzugsweise von aromatischen Verbindungen frei sein.

[0019] Bei der Auswahl der Verdünnungsmittel für die Druckfarbe kann auf den Stand der Technik zurückgegriffen werden. Es handelt sich hierbei vorzugsweise um unter der Bezeichnung "Sprit" zusammengefasste (alkoholische) Lösungsmittel, wie z. B. Butanol und Isopropanol.

[0020] Für den Fall, dass eine besonders glatte Oberfläche der Metallbeschichtung des Papiers gewünscht wird, schägt die Erfindung vor, die noch feuchte Metallbeschichtung der vom Druckzylinder abgezogenen Materialbahn vermittels eines gegen die Metallbeschichtung angedrückten Werkzeugs, z. B. einer Rolle, zu verstreichen und erst hiernach zu trocknen. Durch dieses Verstreichen, bei dem auf Erhebungen abgelegte Druckfarbe in zwischen diesen vorhandene Vertiefungen hineingedrückt wird, werden etwaige Rauhigkeiten bzw. Unebenheiten in der Oberfläche der Druckschicht beseitigt.

[0021] Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel für die Zusammensetzung einer bei dem erfindungsgemässen Verfahren einsetzbaren Druckfarbe angegeben.

Beispiel

Aluminiumpaste mit 80 % Metallgehalt (non-leafing-Qualität; Teilchengrösse < 40 um)

[0022] 

[0023] In der Zeichnung ist die Herstellung des erfindungsgemässen Papiers schematisch dargestellt.

[0024] Aus der Farbwanne 1 wird die Farbe von dem Tiefdruckzylinder 2 aufgenommen und auf die zu bedruckende Papierbahn 3 übertragen, die vermittels des Gegendruckzylinders 4 gegen die Oberfläche des Druckzylinders 2 angepresst wird. Mit 5 ist eine gegen die Oberfläche des Druckzylinders 2 angestellte Abstreifrakel bezeichnet.

[0025] Die von dem Druckzylinder 2 bzw. dem Gegendruckzylinder 4 abgezogene Materialbahn 3, die mit der noch feuchten Metallbeschichtung versehen ist, wird über eine Rollrakel 6 geführt, die so angeordnet ist, dass die Materialbahn 3 abgelenkt und dadurch mit ihrer die (feuchte) Metallbeschichtung aufweisenden Seite gegen die Oberfläche der Rollrakel 6 angedrückt wird. Durch den Anpressdruck kann sich eine einheitliche und glatte Oberfläche auf der Metallbeschichtung ausbilden, so dass nach der späteren Trocknung in der Trockeneinrichtung 7, in welche die beschichtete Materialbahn nach Passieren der Umlenkrolle 8 hineinläuft, keine Unebenheiten (Rauhigkeiten) auf der Oberfläche der Metallbeschichtung feststellbar sind.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von metallbeschichtetem Papier durch Aufbringen einer Beschichtungsmasse auf eine Papierträgerlage, wobei die Beschichtungsmasse aus einer Metallpigmentpaste, die in einem organischen Lösungsmittel dispergierte, eine Blättchenstruktur aufweisende Metallteilchen enthält, und einem Bindemittel aufbereitet und im Tiefdruckverfahren auf die Papierträgerlage in solcher Weise aufgebracht wird, daß die Dicke der Beschichtung einem Beschichtungsgewicht von 0,5-10 g/m² entspricht und der Metallanteil in der Beschichtung 5-90 Gew.%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Beschichtung, beträgt,
dadurch gekennzeichnet,
daß die verwendete Metallpaste von dem Bindemittel voll benetzbare Metallteilchen der non-leafing-Qualität enthält und das Lösungsmittel eine Verdunstungszahl von unter 25 aufweist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein aromatenfreies Bindemittel verwendet wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein aromatenfreies Lösungsmittel verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Lösungsmittel Athylazetat oder Isopropanol verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Bindemittel Firnis verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtungsmasse in einer einem Beschichtungsgewicht von 0,5-2,5 g/m² entsprechenden Dicke aufgebracht wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallanteil in der Beschichtung 40-90 Gew.% beträgt.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die noch feuchte Metallbeschichtung der vom Druckzylinder abgezogenen Materialbahn vermittels eines gegen die Metallbeschichtung angedrückten Werkzeuges, z.B. einer Rolle, verstrichen und erst hiernach getrocknet wird.

Claims

1. Process for the production of metal-coated paper by applying a coating composition to a paper carrier ply, the coating composition being prepared from a metal pigment paste, which contains metal particles having a leaf structure and dispersed in an organic solvent, and a binder and being applied to the paper carrier ply by the gravure process in such a way that the thickness of the coating corresponds to a coating weight of 0.5-10 g/m² and the metal fraction in the coating amounts to 5-90% by weight, relative to the total weight of the coating, characterized in that the metal paste used contains metal particles of non-leafing quality, which are fully wettable by the binder, and the solvent has an evaporation number of less than 25.

2. Process according to Claim 1, characterized in that an aromatic-free binder is used.

3. Process according to one of the preceding claims, characterized in that an aromatic-free solvent is used.

4. Process according to Claim 3, characterized in that ethyl acetate or isopropanol is used as the solvent.

5. Process according to one of the preceding claims, characterized in that varnish is used as the binder.

6. Process according to one of the preceding claims, characterized in that the coating composition is applied in a thickness corresponding to a coating weight of 0.5-2.5 ₉₁m².

7. Process according to one of the preceding claims, characterized in that the metal fraction in the coating amounts to 40-90% by weight.

8. Process according to one of the preceding claims, characterized in that the metal coating of the material web drawn off from the pressure cylinder is spread, while still moist, by means of a tool, for example a roller, pressed against the metal coating and is dried only afterwards.

Revendications

1. Procédé de préparation de papier revêtu de métal par application d'une masse de revêtement sur une couche de support en papier, la masse de revêtement étant préparée à base d'une pâte de pigment métallique qui contient des particules métalliques dispersées dans un solvant organique et présentant une structure lamellaire, et d'un liant, la masse de revêtement étant appliquée sur la couche de support de papier dans un procédé d'impression en creux d'une manière telle que l'épaisseur du revêtement corresponde à un poids de revêtement de 0,5 à 10 g/m² et que la fraction métallique dans le revêtement soit de 5 à 90 % en poids, par rapport au poids total du revêtement, caractérisé en ce que la pâte métallique utilisée contient des particules métalliques de la qualité non-leafing qui sont totalement mouillables par le liant et en ce que le solvant présente un coefficient d'évaporation inférieur à 25.

2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'un liant non aromatique est utilisé.

3. Procédé suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un solvant non aromatique est utilisé.

4. Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce qu'on utilise, comme solvant, de l'acétate d'éthyle ou de l'isopropanol.

5. Procedé suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on utilise, comme liant, du vernis.

6. Procédé suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la masse de revêtement est appliquée en une épaisseur correspondant à un poids de revêtement de 0,5 à 2,5 g/m².

7. Procédé suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la fraction métallique dans le revêtement est de 40 à 90% en poids.

8. Procédé suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le revêtement métallique encore humide de la bande de matière soutirée du cylindre d'impression est enduit au moyen d'un outil appliqué contre le revêtement métallique, par exemple un rouleau, et en ce qu'il n'est séché qu'ensuite.

Zeichnung