Бумага для струйной печати, включающая новый осажденный пигмент на основе карбоната кальция

 

К суспензии Ca(OH)₂ добавляют органофосфонатное соединение, например 0,4-0,85 мас.% этаноламин-бис-(метиленфосфоновой кислоты) или 0,1-1,0 мас.% аминсодержащего производного фосфорной кислоты. Вводят раствор, содержащий Al₂(SO₄)₃·16H₂O и CO₂-содержащий газ. Суспензию CaCO₃ подвергают старению 1-10 ч при 75-85^oС для придания удельной поверхности по БЭТ более 60 м²/г. Размалывают до удельной поверхности частиц по БЭТ более 15 м²/г. Смешивают со связующим, например поливиниловым спиртом или крахмалом. Наносят на одну или обе стороны бумажной массы на бумагоделательной машине, сушат. Оптическая плотность композиционного черного полученной бумаги, истинная оптическая плотность, растекание, процентная глубина проникновения, время высыхания и растворимость близки к характеристикам дорогостоящей коммерческой покрытой бумаги. 5 c. и 12 з.п.ф-лы, 1 табл.

Настоящее изобретение относится к новым подвергнутым тепловому старению и размолотым осажденным пигментам на основе карбоната кальция для использования в бумагах для струйной печати. Конкретнее, настоящее изобретение относится к бумаге для струйной печати, которая включает такие пигменты и хотя бы одно растворимое в воде связующее для придания улучшенного качества печати. Изобретение также относится к способам нанесения этих компонентов на бумагу и к способам производства новых пигментов.

Предпосылки к созданию изобретения В процессе термической струйной печати разбавленная водная краска наносится на поверхность бумаги путем нагревания небольшого объема краски в небольшой камере с отверстием, которое направлено на бумагу для записи. Небольшой объем краски, который нагревают, быстро достигает своей температуры кипения, и образующийся пузырек пара выталкивает крошечную капельку жидкой краски на бумагу, тогда капелька образует единственную точку в точечной матрице, которая формирует знак или изображение на листе. Этот процесс требует краски, которая имеет низкое содержание сухого вещества и компоненты с высокой температурой кипения с тем, чтобы было возможно быстрое вскипание без оставления остатка, который может загрязнять нагревательный элемент и забивать отверстие. Поэтому до 96 процентов краски для струйного печатающего устройства является смесью воды и низкомолекулярных гликолей. Хотя такая краска быстро вскипает, когда ее нагревают, что обеспечивает быструю печать, и не склонна к закупорке, но в результате нанесенная краска очень подвижна и медленно сохнет. Поэтому хорошее качество печати может быть достигнуто только, если пигмент краски или краситель остается на наружной поверхности бумаги и близко к ней и не растекается и не перемещается от точки, в которой он нанесен.

Важно также, чтобы высыхание происходило быстро для предотвращения смазывания пигмента. В печатающих устройствах, которые не оборудованы нагревательными элементами, компоненты воды и гликоля краски должны проникать в массу бумаги для надлежащего высыхания пигмента на поверхности. Если окрашенная фаза переносится на бумагу с жидкой фазой, проникающей в бумагу, или если пигмент мигрирует по поверхности бумаги, качество полученного отпечатка или изображения будет плохим. А также сухой пигмент краски, который не закреплен постоянно на бумаге, будет пачкать или расползаться, если печатная поверхность становится влажной или маркирована средством для получения наиболее ярких участков изображения. Поэтому сухая краска для оптимальной производительности должна иметь превосходные свойства влагостойкости и светостойкости средств, обеспечивающих "яркие цвета".

В большинстве случаев многоцелевые конторские бумаги обеспечивают неадекватное или плохое качество для термографической струйной печати. Это особенно справедливо, когда используют многокрасочную печать с сопутствующими совмещенными наложениями краски. Плохое качество печати частично погашается в печатающих устройствах, которые накладывают цвета в одном порядке, когда печатающая головка двигается вправо, и в обратном порядке, когда печатающая головка двигается влево. Многоцелевые конторские бумаги часто позволяют пигменту проникать в бумагу, в результате чего уменьшается оптическая плотность напечатанного изображения и увеличивается проявление на оборотной стороне бумаги. Многоцелевые конторские бумаги, которые сильно проклеены, предотвращают проникновение жидкости, что приводит к более высокой оптической плотности, но также и к избыточному расплыванию и растеканию.

Один способ улучшения качества термографической струйной печати заключается в нанесении на поверхность бумаги материала, который связывает пигмент краски с поверхностью, но позволяет жидкой фазе вода/гликоль проходить в массу бумаги, что ускоряет высыхание. Однако пигмент краски часто является ненасыщенным или ароматическим органическим соединением и, если поверхностный материал слишком сильно взаимодействует с пигментом, цвет краски может изменяться. Поэтому поверхностный материал должен быть получен так, чтобы препятствовать проникновению пигмента краски в бумагу, но не взаимодействовать настолько сильно, чтобы влиять на пигмент и вызывать изменение цвета.

Oshima et al. , патент США N 4478910, описывает бумажную массу основы, которую покрывают пигментом из коллоидальной двуокиси кремния с высокой удельной поверхностью и связующим из поливинилового спирта, где удельная поверхность коллоидальной двуокиси кремния более чем 200 м²/г.

Migamoto, патент США N 4576867, и Kojima et al., патент США 4830911, указывает, что нанесение катионного полимера четвертичного аммония на бумажную массу должно улучшать влагостойкость полученной бумаги. Применение такого полимера четвертичного аммония в клеильном прессе также раскрыто Malhotra в патенте США N 5223338. Однако высококачественную коммерческую бумагу для термографической струйной печати получают с помощью отдельных машин для нанесения покрытия, например бумагу не обрабатывают в клеильном прессе бумагоделательной машины, но она должна быть удалена и покрыта на дополнительной стадии с использованием отдельного процесса покрытия.

Осажденный карбонат кальция ("PCC") описан как полезный пигмент или наполнитель для бумаги для струйной печати, но он обычно включен в длинный перечень соединений, который также включает натуральный измельченный карбонат кальция, форму соединения, которая значительно отличается от PCC по своим физическим и химическим свойствам; например частицы натурального измельченного карбоната кальция значительно больше тех, которые обнаружены в PCC, и являются обычно анионными, в то время как PCC является естественно катионным.

Kondo et al., патент США 5320897, описывает покрытие бумаги для струйной печати минеральными пигментами и растворимым в воде связующим. Пигменты, которые описаны как полезные, имеют кажущуюся относительную плотность в пределах от 0,10 до 0,50 г/см² и дают контактный угол между бумагой и водой от 45^o до 100^o.

Tsukisaka et al., патент США N 5007964, описывает общий способ осаждения, включающий хелатообразователь для достижения пористой агломерации цепеобразных частиц PCC с удельной поверхностью по БЭТ в пределах от 25 до 55 м²/г для использования в бумагах для записи. Частицы с удельной поверхностью по БЭТ более чем 55 м²/г описаны как нежелательные, потому что они имеют более высокую плотность, не являются пористыми и обнаруживают низкую способность к абсорбции масла и воды. Кроме того, сообщается, что PCC может быть использован как паста или как порошок, полученный распылением высушенной пасты, что, как сообщается, не влияет на агломерацию частиц.

Kunesh et al., патент США N 5215734, раскрывает процесс ускоренного теплового старения для PCC, который дает кристаллы с удельной поверхностью от около 3 до около 15 м²/г и средним размером дискретных частиц от около 0,2 до около 0,9 мкм. PCC используют для улучшения оптических свойств бумаги.

Ввиду вышеизложенного, не существует никаких предложений как улучшить качество печати на бумаге для струйной записи. Настоящее изобретение предоставляет одно решение этой проблемы.

Краткое описание изобретения Настоящее изобретение относится к бумаге для струйной записи с улучшенными свойствами, которая включает новые подвергнутые тепловому старению и/или размолотые пигменты из осажденного карбоната кальция и связующее. Подвергнутый тепловому старению PCC получают карбонизацией суспензии гидроокиси кальция до образования суспензии осажденного карбоната кальция, пропусканием суспензии через сито для удаления примесей, добавлением органофосфонатного соединения, такого как этаноламин-бис-(метиленфосфоновая кислота), к суспензии и теплового старения суспензии PCC в присутствии органофосфоната до образования усовершенствованного пигмента для бумаги для струйной записи.

Бумагу для струйной записи настоящего изобретения получают покрытием по меньшей мере одной стороны бумажной массы основы покрытием, содержащим подвергнутый тепловому старению и/или размолотый PCC и связующее, для формирования бумаги для струйной записи. Подвергнутый тепловому старению и/или размолотый осажденный PCC получают карбонизацией суспензии карбоната кальция, тепловым старением PCC в присутствии органофосфонатного соединения и/или размалыванием PCC для получения дискретных частиц PCC с морфологией поверхности и химией, которые увеличивают способность PCC к связыванию с пигментом краски устройства для струйной печати.

Подробное описание изобретения Получена бумага для струйной записи, которая обеспечивает полное качество цветной струйной печати, которое достигает качества лучшей специальной бумаги для струйной печати или превосходит его при значительно сниженной стоимости. Подбор размера частиц PCC, удельной поверхности, химии поверхности и степени агрегации и их комбинации со связующим подходящего состава позволяет индивидуально регулировать и оптимизировать каждую характеристику термографической струйной печати.

Катионные PCC настоящего изобретения связывают пигменты краски без использования дорогостоящих катионных смол и могут быть произведены побочно на бумажной фабрике, так что, в отличие от двуокиси кремния, их не нужно сушить, транспортировать и затем повторно смачивать для использования. Настоящие составы предназначены для использования в дозирующем клеильном прессе таком, как те, что установлены на больших бумагоделательных машинах с низкой себестоимостью единицы продукции. Поэтому составы PCC настоящего изобретения могут применяться скорее как часть бумагоделательной операции, чем как отдельная дополнительная стадия после завершения обычных бумагоделательных операций, которая повышает себестоимость процесса и конечного продукта. Так как приложение дозирующего клеильного пресса обычно является двухсторонним, обе стороны бумаги, покрытой на таком прессе, доступны для печатания, что предпочтительнее в сравнении с односторонним покрытием, которое имеется у дорогих высококачественных коммерческих бумаг. Хотя поливиниловый спирт является предпочтительным связующим в настоящем изобретении, обработка бумаги для струйной записи подвергнутым тепловому старению и/или размолотым PCC обеспечивает существенное усовершенствование качества печати с более дешевыми связующими. И, наконец, настоящие составы обеспечивают бумагу, которая также пригодна для светокопирования, что делает возможным многоцелевое использование бумаги.

PCC обычно получают барботированием газа, содержащего двуокись углерода, через водную суспензию гидроокиси кальция. Другие неорганические материалы, в частности неорганические материалы, содержащие алюминий, такие как квасцы, могут быть совместно осаждены с PCC или могут быть осаждены на поверхность осадка PCC. Однако было обнаружено, что, когда такой PCC подвергают тепловому старению и/или размалыванию, обрабатывают подходящим связующим и затем используют в составе для обработки бумаги для термографической струйной печати, получают высококачественную бумагу для струйной печати, которая обеспечивает качество печати, благоприятно сравнимое с качеством очень дорогих коммерческих покрытых двуокисью кремния бумаг для термографической струйной печати, но при значительно сниженной стоимости.

Процессы теплового старения и размалывания дают дискретные частицы PCC с поверхностной морфологией и химией, которые улучшают способность PCC связываться с пигментом краски для струйной печати не настолько сильно, чтобы цвет краски изменялся. Получены такие бумаги для струйной печати, включающие PCC и связующие настоящего изобретения, которые являются лучшими для многоцелевых конторских бумаг с пониженным расплыванием, растеканием и проникновением или проступанием краски с обратной стороны, а также с улучшенной оптической плотностью, временем высыхания и влагостойкостью.

PCC настоящего изобретения получают обычным методом осаждения введением газа, содержащего двуокись углерода, в суспензию гидроокиси кальция. Осадок карбоната кальция затем подвергают тепловому старению и/или размалыванию перед использованием. Качество печати бумаги для струйной печати, включающей такой PCC, контролируют по состоянию агрегации частиц и поверхностной химии пигмента и связующего. Химическую природу поверхности пигмента регулируют специфическим путем синтеза и обработки пигмента после синтеза.

PCC, особенно пригодный в настоящем изобретении, получают способом, который предусматривает введение двуокиси углерода в водную суспензию гидроксида кальция при температуре от около 7^o до около 18^oC. Суспензия содержит на основе количества карбоната кальция, эквивалентного гидроокиси кальция в реакционной суспензии, от около 0,02 до 1 мас.%, анионного органополифосфонатного полиэлектролита (обычно, Briguest 221-50А, этаноламин-бис-(метиленфосфоновая кислота), Albright & Wilson Americas, Inc., Richmond, VA) и от 0 до 10 мас.% октадекагидрата сульфата алюминия (Al₂SO₄·16H₂O). Введение двуокиси углерода продолжают до тех пор, пока полностью не завершится осаждение карбоната кальция. Это обычно происходит, когда проводимость карбонизированной суспензии достигает минимума при pH от около 10 до 11.

За исключением добавления октадекагидрата сульфата алюминия, способ к этому пункту является по-существу таким, как в патенте США N 4367207, указания которого включены здесь ссылкой. Добавление октадекагидрата сульфата алюминия описано в патенте США N 4892590, указания которого также включаются здесь ссылкой.

Получив PCC желательного размера частиц и удельной поверхности, PCC подвергают тепловому старению или размалыванию для достижения характеристик PCC, необходимых для высококачественной бумаги для струйной печати с низкой стоимостью.

Размалывание разрушает агрегаты пигмента на отдельные частицы, что открывает доступ к поверхностям PCC, которые были соединены и химически отличаются от поверхности агрегата. Размалывание обычно осуществляют на PCC со скаленоэдральной, ацикулярной, призматической или ромбоэдральной морфологией. Тепловое старение обычно дает ромбоэдральный или призматический PCC, и оно не только разделяет агрегаты, но также включает еще осаждение на поверхности частиц. Предполагается, что вновь осажденный материал может быть химически отличным от исходного поверхностного материала; например, поверхность подвергнутого тепловому старению или размолотого PCC может иметь более высокое отношение кальций-магний.

Обычное тепловое старение, известное также как созревание Оствальда, является процессом, посредством которого кристаллы, например, карбоната кальция первоначально при более высоком внутреннем энергетическом состоянии и, имеющие относительно высокие фазовые растворимости, подвергаются фазовому превращению путем растворения и повторного осаждения на кристаллах при более низком внутреннем энергетическом состоянии. Результатом процесса является конечный кристаллический продукт, характеризующийся более значительным совершенством строения кристаллической решетки, более узким распределением размеров частиц, большей степенью дискретности частиц и более низкой поверхностной энергией.

В настоящем изобретении тепловое старение PCC начинается с окончанием реакции двуокиси углерода и гидроокиси кальция, когда проводимость суспензии достигает минимума, который обычно наблюдается при pH около 10-11. PCC затем пропускают через сито для удаления загрязнений и вплоть до 1 мас.% органофосфоната на основе массы PCC добавляют для регулирования длительности или степени теплового старения. Другие химические агенты, которые являются поверхностно-активными по отношению к карбонату кальция, могут так же, как и органофосфонаты, служить для регулирования длительности или степени теплового старения. Такие агенты включают, но не ограничиваются только следующим, полифосфаты натрия, силикаты натрия, полиакрилаты натрия, различные карбоновые кислоты, такие как моно-, ди-, три- и поликарбоновые кислоты и их соли, различные полисахариды и различные камеди с повторяющимися функциональными группами карбоновых кислот. Суспензию затем нагревают до температуры по меньшей мере около 75^oC, а предпочтительно около 80^oC или выше, для теплового старения частиц PCC. Стадию теплового старения проводят вплоть до около 10 часов или более в зависимости от температуры. При температурах от около 80 до 85^oC нагревание проводят от около 2 до 5 часов. pH Суспензии повышается приблизительно до 10,5, благодаря присутствию непрореагировавшей гидроокиси кальция. Реакцию старения затем контролируют путем измерения удельной поверхности PCC с часовыми интервалами. Подвергшийся тепловому старению PCC, который извлекают как конечный продукт процесса, имеет ромбоэдральную или призматическую морфологию и удельную поверхность от около 60 до около 100 м²/г, предпочтительно около 65 до около 95 м²/г и наиболее предпочтительно от около 80 до 90 м²/г.

Органофосфонаты, используемые в настоящем изобретении, являются органополифосфонатами изменяющейся молекулярной массы, обычно используемыми как ингибиторы образования накипи, пассиваторы, дефлокулянты и промоторы детергента. Такие органофосфонаты включают, но не ограничиваются только этим, нитрило-трис- (метиленфосфоновую кислоту), этилендиаминтетра-(метилен-фосфоновую кислоту), диэтилендиаминпента-(метиленфосфоновую кислоту), гидроксиэтан-1, 1-дифосфоновую кислоту, этаноламин, этаноламин- бис-(метиленфосфоновую кислоту), N,N-диметиленфосфоновую кислоту и гексаметилен-диаминтетра (метиленфосфоновую кислоту). Предпочтительным органофосфонатом является этаноламин-бис- (метиленфосфоновая кислота).

Размалывание карбоната кальция может быть осуществлено в процессе мокрого или сухого размалывания, например, в обычной шаровой мельнице, струйной мельнице, мельнице сверхтонкого помола или мельнице среднего помола. Предпочтительное размалывание осуществляют путем введения водной суспензии PCC в мельницу среднего помола, содержащую стеклянную среду с размерами от около 0,7 до 0,9 мм. Мельницу среднего помола обеспечивают механическим перемешиванием, а предпочтительная массовая процентная доля твердого вещества в суспензии PCC составляет от около 10 до 30% на основе общей массы PCC и воды. Когда размалывание средой обычно проводят на PCC со скаленоэдральной морфолигией, получают PCC с удельной поверхностью от около 10 до около 40 м²/г, предпочтительно от около 15 до около 30 м²/г и менее удлиненной кристаллической формой.

Примерами связующих для составов для покрытия бумаги для струйной печати являются такие, которые обычно используются в технике и включают поливиниловый спирт ("PVOH") и его производные, окисленный крахмал, этерифицированный крахмал, эстерифицированный крахмал, декстрин и подобные крахмалы, карбоксиметилцеллюлозу, гидроксиэтилцеллюлозу и подобные производные целлюлозы, казеин, желатин, соевый белок, смолу на основе малеинового ангидрида, латексы обычного стиролбутадиенового сополимера, сополимер метилметакрила и бутадиена и подобные конъюгированные диеновые полимеры или сополимеры и латексы акрилатных и метакрилатных полимеров или сополимеров и подобные акриловые полимеры и латекс. Когда требуется, состав для покрытия может иметь еще включенные в него в количестве, обычно используемом в технике, обычные диспергаторы пигментов, вещества для повышения клейкости, модификаторы текучести, противопенные добавки, ингибиторы пенообразования, смазки для форм, окрашивающие вещества и т.п.

Бумаги для струйной печати, включающие PCC составы настоящего изобретения получены и испытаны. Следующее является кратким описанием использованных процедур и методов испытаний. Раз PCC получают, полный процесс испытания может быть распределен по четырем категориям: приготовление пигмента, составление со связующим, покрытие и переработка бумаги и испытание. Специфические подробности каждой из этих процедур даны ниже.

Приготовление пигмента Пигменты для испытания находятся обычно в форме суспензии или осадка на фильтре. Образцы в форме суспензии концентрируют до желательного содержания твердого вещества путем вакуумной фильтрации. В некоторых случаях, таких как с PCC среднего помола с удельной поверхностью от около 10 до 35 м²/г, твердые вещества суспензии больше не изменяют для того, чтобы дублировать условия испытания. Так как целевые твердые вещества состава осаждают, пигмент разбавляют, если необходимо, водой и тщательно смешивают. Пигмент характеризуют распределением размеров частиц (Sedigraph 5100), удельной поверхностью (Flowsorb), вязкостью (Brookfield) и морфологией путем сканирующей электронной микроскопии ("SEM").

Удельную поверхность продукта определяют с использованием Micromeritics Flowsorb II 2300, который использует теорию БЭТ с азотом в качестве абсорбционного газа. Размер частиц определяют методом седиментации с помощью Micromeritics Sedigraph Model 5100 на водной дисперсии продукта при около 3% и с использованием около 0,1% карбоксилированного полиэлектролита (Daxad 30) как диспергатора.

Состав: Типичными связующими являются катионный крахмал (Filmcote-54®, National Starch), поливиниловый спирт или PVOH (Airvol 107®, Air Products Inc.) и латекс (Dow experimental size press latex). Когда крахмал используют как связующее, сухой крахмал диспергируют в воде при содержании твердого вещества около 10-25% и затем варят в автоматическом лабораторном варочном аппарате при около 195^oC в течение 50-190 минут. Полученную вязкую суспензию крахмала объединяют с пигментом, который заранее соответственно готовят, чтобы достигнуть целевого содержания твердых веществ, и тщательно смешивают на мельнице Premier с открытой импеллерной лопаткой типа Cowles. Состав смешивают в течение около 5 минут до тех пор, пока не будет получена полностью гомогенная суспензия, и полученный состав характеризуют вязкостью по Брукфилду (10, 20, 50 и 100 об/мин) и содержанием твердых веществ.

Поливиниловый спирт готовят способом, подобным используемому для крахмала. PVOH гидратируют при около 200^oC в лабораторном варочном аппарате в течение 50-190 минут при 10% содержании твердого вещества. Для латексного связующего (50% твердого) никакой подготовки не требуется перед испытанием. Составы этих связующих с пигментом являются такими же, как с крахмалом.

Содержание твердых веществ в составах для испытаний находится в пределах 20-28% при типичном составе для покрытия, имеющем около 20% твердых веществ.

Покрытие бумаги: В основном, в испытаниях используют непроклеенную массу основы с массой 1 м² бумаги 81,3-83,0 г/м². Бумагу режут на листы 304,8 x 431,8 мм (12x17'') и прикрепляют к CSD Drawdown Apparatus, который состоит из стеклянной пластины (304,8 x 431,8 мм), смонтированной на металлической опоре с пружинным зажимом наверху. Состав для покрытия наносят с помощью распределительного спускающего стержня CSD путем помещения стержня, выбор которого зависит от целевой массы покрытия, на верх бумаги, добавления с помощью шприца емкостью 30 мл тщательно смешанного образца 10-15 мл состава равномерной линией поперек верха бумаги ниже стержня и покрытия бумаги путем протягивания спускающего стержня от верха к дну с использованием легкого давления и постоянной равномерной скорости в течение 2 секунд.

Масса покрытия определяется спускающими стержнями из нержавеющей стали, на которых сделаны специфические канавки для выделения заданного объема покрытия на поверхность бумаги. Стержни с меньшими канавками выделяют покрытие большей массы, так как зазоры между канавками шире. Наоборот, стержни с большим числом более тесно расположенных канавок образуют покрытия более легкой массы. Типичные массы покрытия составляют около 2 до 10 г/м².

Как только состав нанесен, бумагу немедленно сушат ручным сушильным пистолетом, работающим струей горячего воздуха, в течение 30-60 секунд, а затем окончательно высушивают при комнатной температуре в течение периода около 2-24 часов. Высушенные бумаги затем режут на листы 215,9 x 279,4 мм для испытания.

Испытание бумаги: Минимальные технические условия качества струйной печати представлены Hewlett Packard Corporation ("HP"). Поэтому большинство испытаний используют методы HP для определения следующих характеристик печати.

Оптическая плотность является мерой оптической плотности изображения в отраженном свете. На бумаге печатают специфический испытательный эталон и измеряют оптические плотности чистого черного, композиционного черного, голубого, пурпурного и желтого, используя денситометр для измерений в отраженном свете (Macbeth RD918). Полученные оптические плотности сравнивают с минимальными техническими условиями HP.

Растекание и расплывание краски могут снижать качество струйной печати. Растекание краски определяют как рост или расширение площадей изображения. Расплывание является распространением краски как по фитилю (фитилением), результатом чего являются малоконтрастные изображения. Это измеряют путем анализа специфической части того же самого испытательного эталона, используемого для измерений оптической плотности. Эту специфическую часть оценивают по площади краски, растеканию и расплыванию периметра краски. Полученное преобразованное в цифровую форму изображение оценивают количественно и сравнивают с коммерческой бумагой для струйной печати сорта премиум. Метод испытания HP на растекание и расплывание краски в этих испытаниях не использовался, так как испытание HP является более субъективным, чем количественное.

Время высыхания краски является мерой скорости абсорбции краски листом бумаги. Печатают специфический испытательный эталон, изображение промокают и измеряют полученную оптическую плотность перенесенной черной краски. Результаты подгоняют к экспоненциальной модели затухания из HP и рассчитывают время высыхания краски. Конечные времена высыхания сравнивают с минимальным критерием, установленным HP.

Влагостойкость является мерой количества пигмента, перенесенного с запечатанной площади на незапечатанную площадь, когда наносят воду. Эталон для испытания влагостойкости печатают на бумаге, поперек отпечатка наносят 250 мкл воды и позволяют стекать по запечатанной площади и прилегающей незапечатанной площади. Измеряют оптическую плотность перенесенной черной краски на незапечатанных площадях. Полученные оптические плотности сравнивают со стандартами HP.

Стойкость к замутнению "ярких цветов" является мерой пигмента, перенесенного с запечатанной площади на незапечатанную площадь при контакте с двумя типами средств, образующих "яркие цвета". Специфический испытательный эталон печатают на бумаге и, используя щелочное средство для образования "ярких цветов" и кислотное средство для образования "ярких цветов", проводят перпендикулярную линию поперек испытуемой площади. Оптическую плотность перенесенной черной краски на незапечатанных площадях измеряют и сравнивают с минимальным критерием HP.

Оценку цвета осуществляют с использованием системы ClELAB, которая использует колориметр Elrephro Datacolor 2000 для определения величин L^*, а^* и b^*, чтобы отметить цветовой оттенок площадей, запечатанных голубым, зелено-желтым, синим, пурпурным и красным. Результаты сравнивают с диаграммами HP качества цвета.

Адгезия тонера является неструйным ксерографическим испытанием, которое измеряет степень адгезии тонера к покрытию. Адгезия тонера является существенной для использования в качестве коммерческой многоцелевой бумаги, которую часто используют как копировальную бумагу для ксерографического копировального аппарата. Здесь, испытательный эталон копируют на бумагу с помощью ксерографического копировального аппарата, испытуемые площади фальцуют 5-фунтовым каландром и полученные картины потери тонера сравнивают с набором стандартов. Степень потери тонера оценивают от 1, наилучшая или отсутствие потери тонера, до 10, наихудшая или сильная потеря тонера.

При испытании яркости покрытую бумагу испытывают на яркость TAPPI с помощью измерителя яркости Technidyne S-4. Результаты сравнивают с непокрытой массой основы.

ПРИМЕРЫ Следующие нелимитирующие примеры являются только иллюстративными для предпочтительных воплощений настоящего изобретения, объем которого ограничивается прилагаемой формулой изобретения.

Пример 1 Приготовление суспензии гидроокиси кальция осуществляют путем объединения 1 части извести с 5 частями воды при механическом перемешивании при начальной температуре 50^oC. Суспензию перемешивают около 10 минут, разбавляют водой до 1 части извести на 15 частей воды и пропускают через сито 60 меш для удаления песка.

Карбонат кальция осаждают из суспензии в 30-литровом реакторе из нержавеющей стали, оборудованном двумя турбинными мешалками с наклонными лопатками, имеющими изменяемую скорость перемешивания, обогревающей и охлаждающей рубашками, трубой из нержавеющей стали для карбонизации для направления газа, содержащего двуокись углерода, в мешалку и датчиком для отслеживания pH суспензии.

Двадцать шесть (26) литров суспензии гидроокиси кальция, приготовленной, как описано выше, добавляют в реактор при перемешивании при 420 об/мин. К суспензии затем добавляют 6 г органофосфоната (Briquest 221-50А, этаноламин- бис-(метиленфосфоновая кислота), Albright & Wilson Americas, Inc., Richmond, VA), что соответствует 0,1 мас.% Briguest на основе эквивалента карбоната кальция из суспензии гидроокиси кальция. Затем добавляют 1 литр раствора, содержащего 95,0 г Al₂SO₄·16H₂O. Температуру суспензии доводят до 9,5^oC и газ, содержащий двуокись углерода (28 об.% CO₂ в воздухе), вводят со скоростью 0,0651 стандарт, м³/мин при перемешивании при 615 об/мин. Карбонизацию суспензии гидроокиси кальция продолжают 36 минут при охлаждении до достижения минимальной проводимости суспензии, показывающей, что осаждение карбоната кальция завершено. Конечная температура суспензии 15,8^oC. Определяют удельную поверхность полученного карбоната кальция, она равна 115 м²/г.

Пример 2
Тем же способом, как описано в Примере 1, и на том же оборудовании проводят осаждение карбоната кальция путем карбонизации суспензии гидроокиси кальция газом, содержащим двуокись углерода, в присутствии 0,1 мас.% Briguest и 3,15 мас.% Al₂SO₄·16H₂O. Карбонизацию завершают за 35 минут, когда достигают минимальной проводимости. Конечная температура суспензии 16,7^oC и pH 11,65. Удельная поверхность PCC 102,3 м²/г. Суспензию PCC пропускают через сито 325 меш и помещают обратно в реактор. При перемешивании добавляют 45 г Briguest 221-50А, соответствующие 0,7 мас.% Briguest на основе массы присутствующего PCC. Доводят pH до 9,5, суспензию нагревают при 80^oC и PCC подвергают тепловому старению при 80^oC в течение 5 часов. Удельная поверхность конечного продукта 82,4 м²/г.

Пример 3
Тем же способом, как описано в Примере 2, и на том же оборудовании суспензию гидроокиси кальция карбонизируют в присутствии 0,1 мас.% Briguest и 3,15 мас.% Al₂SO₄·16H₂O, процентные доли которых основаны на эквиваленте карбоната кальция для гидроокиси кальция. Время карбонизации 39 минут, конечный pH 10,9, получают PCC с удельной поверхностью 115,1 м²/г. При перемешивании смеси добавляют 0,7 мас.% Briguest 221-50А на основе массы PCC. Суспензию пропускают через сито 325 меш, возвращают в реактор и нагревают до 80^oC в течение 2 часов. Удельная поверхность конечного продукта 81,6 м²/г.

Пример 4
Тем же способом, как описано в Примере 2, суспензию гидроокиси кальция карбонизируют в присутствии 0,7 мас. % Briguest 221-50А и 3,15 мас.% Al₂SO₄·16H₂O, процентные доли которых основаны на эквиваленте карбоната кальция для гидроокиси кальция. Время замеса до минимальной проводимости 36 минут и конечный pH 11,4. Удельная поверхность PCC 99,1 м²/г. Суспензию пропускают через сито 325 меш, возвращают в реактор и добавляют 0,15 мас.% Briguest 221-50А на основе массы PCC. Доводят pH суспензии до 9,5 и суспензию нагревают до 80^oC. PCC подвергают тепловому старению при 80^oC в течение 2 часов и получают PCC с удельной поверхностью 63,8 м²/г.

Пример 5
Суспензию карбоната кальция в объеме 0,6 л и с концентрацией твердого вещества 20,2 мас.% на основе общей массы карбоната кальция и воды, где карбонат кальция является скаленоэдральным PCC с удельной поверхностью 11,57 м²/г и средним размером частиц 1,35 мкм, помещают в мельницу среднего помола из нержавеющей стали с емкостью 1,5 л, содержащую 1,7 кг стеклянных шариков от 0,7 до 0,9 мм. Мельница среднего помола снабжена механическим перемешиванием с изменяемой скоростью. Суспензию размалывают в течение 10 минут с частотой перемешивания 2450 об/мин. Размолотый продукт имеет удельную поверхность 15,59 м²/г и средний размер частиц 0,35 мкм.

Пример 6
Суспензию карбоната кальция, имеющую объем 0,6 л и концентрацию твердого вещества 18,7 мас.% на основе общей массы карбоната кальция и воды, где карбонат кальция является скаленоэдральным PCC с удельной поверхностью 26,07 м²/г и средним размером частиц 0,88 мкм, помещают в мельницу среднего помола из нержавеющей стали емкостью 1,5 л, снабженную перемешиванием с изменяемой скоростью и 1,7 кг стеклянных шариков от 0,7 до 0,9 мм. Суспензию размалывают в течение 10 минут с частотой перемешивания 2450 об/мин. Размолотый PCC продукт имеет удельную поверхность 30,11 м²/г и средний размер частиц 0,26 мкм.

Подвергнутые тепловому старению PCC и PCC среднего помола из Примеров 1-6 составляют с подходящим связующим и листы бумаги для испытаний покрывают составом в количестве 6 г/м² способом, описанным выше. После сушки листы бумаги испытывают на оптическую плотность настоящего черного, композиционную оптическую плотность, растекание, глубину проникновения, время высыхания и растворимость в воде. Результаты этих испытаний приведены в таблице.

Эти результаты демонстрируют существенное усовершенствование при сравнении с обычной непокрытой коммерческой бумагой, которая обычно имеет оптическую плотность композиционного черного около 0,9, истинную оптическую плотность около 1,28, растекание около 108, процентную глубину проникновения около 38, время высыхания около 38 и растворимость в воде около 0,17. Для сравнения, самая дорогостоящая покрытая коммерческая бумага имеет оптическую плотность композиционного черного около 1,2, оптическую плотность истинного черного около 1,56, растекание около 98, процентную глубину проникновения около 28, время высыхания около 12 и растворимость в воде около 0. Таким образом, бумага для струйной печати, полученная в соответствии с настоящим изобретением, и, в частности, бумага, которая покрыта составом на основе PCC, полученного в Примере 2, является сравнимой по качеству струйной печати с самой дорогостоящей коммерческой бумагой, доступной в настоящее время.

Хотя очевидно, что изобретение, раскрытое здесь, хорошо рассчитано для выполнения целей, установленных выше, следует принимать во внимание, что специалистами могут быть придуманы некоторые модификации и варианты осуществления изобретения. Имеется в виду, что прилагаемая формула изобретения охватывает все такие модификации и варианты, как входящие в объем и сущность настоящего изобретения.

Формула изобретения

1. Способ получения пигмента на основе осажденного карбоната кальция, который содержит формирование суспензии частиц осажденного карбоната кальция, добавление органофосфонатного соединения к суспензии и нагревание суспензии в присутствии органофосфонатного соединения для теплового старения частиц осажденного карбоната кальция в ней и формирования усовершенствованного пигмента.

2. Способ по п.1, где органофосфонатное соединение является аминсодержащим производным фосфорной кислоты и его добавляют в количестве 0,1 - 1 мас. %.

3. Способ по п. 1, где органофосфонатное соединение является этаноламин-бис-метиленфосфоновой кислотой и его добавляют в количестве 0,4 - 0,85 мас.%.

4. Способ по пп.1, 2 или 3, где частицы осажденного карбоната кальция подвергают старению в течение достаточного времени для придания удельной поверхности по БЭТ более чем 60 м²/г.

5. Способ по любому из пп.1 - 3 или 4, где частицы осажденного карбоната кальция подвергают старению 1 - 10 ч при температуре по меньшей мере 75^oС.

6. Способ по любому из пп.1 - 4 или 5, где частицы осажденного карбоната кальция подвергают старению примерно 2 - 5 ч при температуре примерно 80 - 85^oС.

7. Подвергнутые тепловому старению частицы карбоната кальция, полученные способом по любому из предшествующих пунктов.

8. Способ изготовления бумаги для струйной печати, содержащий покрытие по меньшей мере одной стороны бумажной массы основы покрытием, содержащим частицы подвергнутого тепловому старению карбоната кальция по п.7 и связующее, для формирования бумаги для струйной печати.

9. Способ по п.8, где покрытие наносят на каждую сторону бумажной массы основы.

10. Способ по п.8 или 9, где покрытие наносят на бумагу на бумагоделательной машине во время бумагоделательного процесса.

11. Способ по пп.8, 9 или 10, где связующим является поливиниловый спирт или крахмал.

12. Способ изготовления имеющей улучшенные свойства бумаги для струйной печати, содержащий а) размалывание пигмента на основе осажденного карбоната кальция для получения частиц, имеющих поверхностную морфологию и химические свойства, которые усовершенствуют способность частиц к связыванию с краской; б) покрытие по меньшей мере одной стороны бумажной массы основы покрытием, содержащим указанные пигментные частицы размолотого осажденного карбоната кальция и связующее, для формирования бумаги для струйной печати.

13. Способ по п.12, где частицы размалывают так, чтобы иметь удельную поверхность по БЭТ по меньшей мере 15 м²/г.

14. Бумага для струйной печати, содержащая бумажную массу основы, имеющую на ней покрытие, содержащее пигмент на основе подвергнутого тепловому старению осажденного карбоната кальция, пигмент на основе размолотого осажденного карбоната кальция или их смесь и связующее.

15. Бумага для струйной печати по п.14, в которой пигмент на основе осажденного карбоната кальция среднего помола имеет удельную поверхность по БЭТ по меньшей мере около 15 м²/г.

16. Бумага для струйной печати по п.14 или 15, в которой пигмент на основе подвергнутого тепловому старению осажденного карбоната кальция имеет удельную поверхность по БЭТ по меньшей мере около 60 м²/г.

17. Бумага для струйной печати по пп.14, 15 или 16, в которой связующим является поливиниловый спирт или крахмал.

РИСУНКИ

Рисунок 1