Способ получения покрытой бумаги
Способ касается получения покрытой бумаги или картона. Способ включает нанесение состава пигмента в качестве покрытия на по меньшей мере одну сторону полотна бумаги или картона. Указанный состав пигмента является водной дисперсией, включающей в качестве частиц пигмента необязательно агрегированные коллоидные частицы диоксида кремния или алюмосиликата, приготовленные из силиката щелочного металла ионным обменом или понижением рН и имеющие площадь поверхности приблизительно от 30 м2/г до приблизительно 450 м2/г. Покрытие содержит также по меньшей мере один катионный компонент, выбранный из группы, состоящей из водорастворимых солей алюминия и катионных полимеров с молекулярным весом от приблизительно 2000 до приблизительно 1000000 и плотностью заряда от приблизительно 0,2 мэкв/г до приблизительно 12 мэкв/г, в котором по меньшей мере приблизительно 0,4 г частиц пигмента из состава пигмента наносят на 1 м2 покрытой стороны полотна бумаги или картона. Изобретение также относится к бумаге или картону, полученным этим способом. Касается также состава вышеуказанного пигмента в форме водной дисперсии, который включает менее чем приблизительно 3 мас.% органических связующих, и способа получения вышеуказанного состава пигмента, в котором смешивание осуществляют до образования водной дисперсии таким путем, чтобы избежать гелеобразование и осаждение. Техническим результатом является улучшение печатных и прочностных свойств покрытия, а также снижение пылимости бумаги. 5 н. и 21 з.п ф-лы изобретения, 5 табл.
Настоящее изобретение относится к способу получения покрытой бумаги или картона, к бумаге или картону, полученным этим способом, к новой композиции пигмента и способу ее получения.
Разработка струйных принтеров привела к потребности в бумаге, которая соответствует этой цели. Особенно, существует потребность в бумаге, которая является простой в производстве, но дает возможность струйного печатания с высоким качеством.
Предложено использовать различные виды покрытий, чтобы произвести бумагу, подходящую для струйной печати.
Заявка на патент США №2002/0039639 раскрывает включение водорастворимой соли металла в принимающий слой, включающий пигменты и обычное связующее.
Патент США №4554181 раскрывают записывающую поверхность, включающую комбинацию водорастворимого поливалентного металла и катионного полимера.
Заявка на патент США №2004/0255820 раскрывает пигмент, который образует поверхность, обработанную водорастворимой солью поливалентного металла.
Заявка на патент США №2005/0106317 раскрывает способ получения записывающего материала для струйной печати, включающий стадии образования по меньшей мере одного пористого слоя, содержащего частицы диоксида кремния со средним размером вторичных частиц 500 нм или меньше, и покрытия пленкообразующим раствором для получения слоя, содержащего неорганические частицы так, чтобы содержание покрытых неорганических частиц составило 0,33 г/м2 пористого слоя или меньше.
Патент США №6797347 раскрывает бумагу для струйной печати, включающую бумагу - основу и покрытие на ней, в котором покрытие содержит неорганический пигмент, модифицированный положительно заряженным комплексным соединением, и связующий компонент. Положительно заряженное комплексное соединение содержит поливалентный металлический ион и органический лиганд.
Заявка на патент США №2003/0099816 раскрывает материал для струйной печати, включающий субстрат и прозрачный краскопринимающий слой, включающий связующий компонент и множество частиц, образованный диспергированием частиц аморфного диоксида кремния и применением сильной механической деформации, чтобы раздробить частицы.
Другие примеры описаний, касающихся покрытой бумаги, - это WO 03/011981, WO 01/53107, WO 01/45956, EP 947349, EP 1120281, EP 1106373 и US 5551975.
Задача изобретения - обеспечить композицию пигмента, пригодную для покрытия бумаги или картона для струйной печати, и простое ее производство.
Другая задача изобретения - обеспечить состав покрытия, простой в нанесении на поверхность бумаги или картона и пригодный для струйной печати.
Еще одна задача изобретения - обеспечить бумагу или картон, пригодные для струйной печати и простые в производстве.
Найдено, что задачи могут быть решены в соответствии с настоящим изобретением, один аспект которого касается способа производства покрытой бумаги или картона, включающий стадию нанесения состава пигмента в качестве покрытия по меньшей мере на одну сторону полотна бумаги или картона, причем указанный состав пигмента является водной дисперсией, включающей в качестве частиц пигмента необязательно агрегированные коллоидные частицы диоксида кремния или алюмосиликата, полученные из силиката щелочного металла ионным обменом или понижением pH и имеющие площадь поверхности от приблизительно 30 м2/г до приблизительно 450 м2/г, и по меньшей мере один катионный компонент, выбранный из группы, состоящей из водорастворимых солей алюминия и катионных полимеров с молекулярной массой от приблизительно 2000 до приблизительно 1000000 и плотностью заряда от приблизительно 0,2 мэкв/г до приблизительно до 12 мэкв/г, в котором по меньшей мере приблизительно 0,4 г частиц пигмента из состава пигмента наносятся на 1 м2 покрытой стороны бумаги или картона.
Неожиданно найдено, что хорошие результаты достигаются без или только с очень маленькими количествами связующих компонентов, обычно применяемых в покрытии бумаги. Таким образом предпочтительно, если состав пигмента, наносимый на бумагу или картон, по существу свободен от или включает, в расчете на общее количество частиц пигмента, меньше, чем приблизительно 3 мас. %, предпочтительно меньше чем приблизительно 2 мас. %, наиболее предпочтительно меньше, чем приблизительно 1 мас. % органических связующих компонентов покрытия. Такие связующие компоненты включают поливиниловые спирты, необязательно модифицированные крахмалы, смолы, белковые связующие компоненты (например, казеины и связующие компоненты белка сои), латексы и их смеси. Латексы, например, могут быть на основе стиролбутадиена, акрилатов, винилацетата, сополимеров этилена и винилацетатов, стиролакриловых сложных эфиров и т.д.
Частицы пигмента из необязательно агрегированных коллоидных частиц диоксида кремния или алюмосиликатов предпочтительно имеют средний диаметр от приблизительно 0,005 мкм до приблизительно до 25 мкм, более предпочтительно от приблизительно 0,007 мкм до приблизительно 15 мкм, наиболее предпочтительно приблизительно от 0,01 мкм до приблизительно 10 мкм. Частицы предпочтительно имеют площадь поверхности от приблизительно 40 м2/г до приблизительно 400 м2/г, особенно наиболее предпочтительно от приблизительно 50 м2/г до приблизительно 300 м2/г. Чистый поверхностный заряд частиц пигмента в составе предпочтительно положительный, таким образом, дисперсии расцениваются как преобладающе катионные.
Термин "диаметр", используемый здесь, относится к эквивалентному сферическому диаметру.
Предпочтительными частицами пигмента являются коллоидные первичные частицы диоксида кремния, алюмосиликата или их смеси или пористые агрегаты, образованные агрегацией коллоидных первичных частиц диоксида кремния, алюмосиликата или их смеси в водном золе или смесь вышеупомянутых видов частиц.
Коллоидные первичные частицы диоксида кремния или алюмосиликата предпочтительно образованы из водного раствора силиката щелочного металла, из которого ионы щелочного металла удалены ионным обменом или в котором показатель pH раствора силиката щелочного металла понижают добавлением кислоты. Способ, основанный на ионном обмене, следует основным принципам, описанным в книге R.K. Iler "Chemistry of Silica" 1979, рр.333-334, и приводит к водному золю, включающему коллоидные отрицательно или положительно заряженные частицы диоксида кремния или алюмосиликата. Процесс, основанный на понижении показателя pH силиката щелочного металла, следует основным принципам, описанным, например, в патентах США №№5176891, 5648055, 5853616, 5482693, 6060523 и 6274112.
Особенно предпочтительные золи включают коллоидные первичные частицы диоксида кремния, которые могут быть поверхностно модифицированы, например, оксидом металла, таким как оксиды алюминия, титана, хрома, циркония, бора или любого другого подходящего металла.
Площадь поверхности первичных частиц составляет от приблизительно 30 м2/г до приблизительно 450 м2/г, предпочтительно от приблизительно 40 м2/г до приблизительно 400 м2/г и наиболее предпочтительно от приблизительно 50 м2/г до приблизительно 300 м2/г. Сухое содержание первичных частиц в водном золе составляет предпочтительно от приблизительно 0,5 мас. % до приблизительно 60 мас. %, наиболее предпочтительно от приблизительно 1 мас. % до приблизительно 50 мас. %.
Подходящие водные золи коллоидных первичных частиц диоксида кремния или алюмосиликата коммерчески доступны, например, под торговыми марками Ludox™, Snowtex™, Bindzil™, Nyacol™, Vinnsil™ или Fennosil™.
В отличие от золя, образованного диспергированием порошка, коллоидные частицы в золе, приготовленном из силиката щелочного металла ионным обменом или понижением pH, никогда не сушились до порошка, такого как в случае, например, осажденного диоксида кремния, гелеобразного диоксида кремния или тонкоизмельченного диоксида кремния.
В случае если частицы в составе являются агрегатами коллоидных первичных частиц, средний диаметр частицы этих первичных частиц составляет предпочтительно от приблизительно 5 нм до приблизительно 125 нм, наиболее предпочтительно от приблизительно 7 нм до приблизительно 100 нм. Коллоидные первичные частицы находятся предпочтительно в форме водного золя как описано выше.
Агрегация первичных частиц в золе с образованием дисперсии пористых агрегатов может быть выполнена любым подходящим методом, таким как описан в книге R.K. Iler, "Chemistry of Silica" 1979, рр.364-407. Степень агрегации может быть оценена измерением вязкости и применением уравнений Эйнштейна и Муни (см., например, в книге R.K. Iler "Chemistry of Silica" 1979, рр. 360-364). Агрегация может быть выполнена как отдельная стадия или в смеси, также включающей другие частицы пигмента.
В одном варианте анионный золь (включающий отрицательно заряженные коллоидные первичные частицы) и катионный золь (включающий положительно заряженные коллоидные первичные частицы) смешивают, что приводит к образованию пористых агрегатов первичных частиц из обоих золей.
В другом варианте соль, предпочтительно выбранную из двухвалентной, поливалентной или комплексной соли, добавляют к анионному или катионному золю, что также приводит к образованию пористых агрегатов. Примерами солей являются хлорид алюминия, поли(хлорид алюминия), поли(сульфатсиликат алюминия), сульфат алюминия, карбонаты циркония, ацетаты циркония, бораты щелочных металлов и их смеси.
В еще одном варианте применяют мостиковое вещество, чтобы образовать агрегаты из первичных частиц. Примерами подходящих мостиковых веществ являются синтетические и природные полиэлектролиты, такие как КМЦ (карбоксиметилцеллюлоза), ПАА (полиакриламиды), полиДАДМАХ (полидиаллилдиметиламмоний хлорид), полиаллиламины, полиамины, крахмал, гуаровые камеди и их смеси.
Любая комбинация, включающая один, два или все три из вышеупомянутых способов агрегации, также может использоваться.
Каждый пористый агрегат образуется из по меньшей мере трех первичных частиц, которые неотъемлемо дают по меньшей мере некоторое количество пор. Средний диаметр частиц агрегатов составляет предпочтительно от приблизительно 0,03 до приблизительно 25 мкм, более предпочтительно от приблизительно 0,05 до приблизительно 10 мкм, наиболее предпочтительно от приблизительно 0,1 мкм до приблизительно 5 мкм. Следует понимать, что средний диаметр пористых агрегатов всегда больше, чем средний диаметр первичных частиц, из которых они сформированы. Площадь поверхности агрегатов обычно, по существу, такая же, как у первичных частиц.
Водорастворимая соль алюминия в качестве катионного компонента в составе пигмента может быть любой алюминийсодержащей солью и предпочтительно присутствует в количестве от приблизительно 0,1 мас. % до приблизительно 30 мас. %, наиболее предпочтительно от приблизительно 0,2 мас. % до приблизительно 15 мас. %, вычисленного как мас. % Al2O3 на количество сухих частиц пигмента. Примеры солей включают хлорид алюминия, поли(хлорид алюминия), поли(сульфатсиликат алюминия), сульфат алюминия, карбонаты циркония, ацетаты циркония и их смеси. Алюминий может присутствовать частично или полностью на поверхности частиц диоксида кремния или алюмосиликата или в водной фазе.
Общее содержание водорастворимой соли алюминия может складываться из того количества, что присутствует в золе диоксида кремния, модифицированного катионным алюминием, используемым для приготовления состава пигмента; таким образом возможно использовать состав пигмента, состоящий, по существу, из катионного золя диоксида кремния, как покрытие. Однако состав пигмента может также включить дополнительную соль алюминия.
Катионный полимер как катионный компонент в составе пигмента имеет молекулярный вес от приблизительно 2000 до приблизительно 1000000, предпочтительно от приблизительно 2000 до приблизительно 500000, наиболее предпочтительно от приблизительно 5000 до приблизительно 200000. Плотность заряда составляет от приблизительно 0,2 мэкв/г до приблизительно 12 мэкв/г, предпочтительно от приблизительно 0,3 мэкв/г до приблизительно 10 мэкв/г, наиболее предпочтительно от приблизительно 0,5 мэкв/г до приблизительно 8 мэкв/г. Катионный полимер предпочтительно присутствует в дисперсии пигмента в количестве от приблизительно 0,1 мас. % до приблизительно 30 мас. %, более предпочтительно от приблизительно 0,5 мас. % до приблизительно 20 мас. %, наиболее предпочтительно от приблизительно 1 мас. % до приблизительно 15 мас. % в расчете на количество сухих частиц пигмента. Примеры подходящих катионных полимеров включают синтетические и природные полиэлектролиты, такие как ПАА (полиакриламиды), полиДАДМАХ (полидиаллилдиметиламмоний хлорид), полиаллиламины, полиамины, полисахариды и их смеси, при условии, что молекулярный вес и плотность заряда отвечают вышеупомянутым требованиям. Катионный полимер может присутствовать частично или полностью на поверхности частиц диоксида кремния или алюмосиликата или в водной фазе.
Предпочтительный состав пигмента включает как по меньшей мере одну водорастворимую соль алюминия, как описано выше, так и по меньшей мере один катионный полимер, как описано выше.
В одном варианте состав далее включает другие виды частиц пигмента, такие как каолиниты, смектиты, талькиты, минералы карбоната кальция, осажденный карбонат кальция, осажденный диоксид кремния, гелеобразный диоксид кремния, тонкоизмельченный диоксид кремния и их смеси.
Содержание необязательно агрегированных коллоидных частиц диоксида кремния или алюмосиликата, приготовленных из силиката щелочного металла ионным обменом или понижением pH и имеющих площадь поверхности от приблизительно 30 м2/г до приблизительно 450 м2/г, составляет предпочтительно от приблизительно 10 мас. % до 100 мас. %, наиболее предпочтительно от приблизительно 30 мас. % до 100 мас. % общего количества частиц пигмента.
Общее содержание частиц пигмента необязательно агрегированного коллоидного диоксида кремния или алюмосиликата, как описано выше, и необязательно других частиц пигмента в составе составляет предпочтительно от приблизительно 1 мас. % до приблизительно 60 мас. %, наиболее предпочтительно от приблизительно 5 мас. % до приблизительно 50 мас. %, особенно наиболее предпочтительно от приблизительно 10 мас. % до приблизительно 50 мас. %.
Состав пигмента может также включить другие добавки, обычно используемые для покрытия бумаги, такие как стабилизаторы, модификаторы реологии, оптические осветлители, смазки, понизители растворимости, красители, клеи и т.д, так же как различные примеси из сырья. Сухое содержание состава пигмента составляет предпочтительно от приблизительно 2 мас. % до приблизительно 75 мас. %, наиболее предпочтительно от приблизительно 10 мас. % до приблизительно 70 мас. %. Общее количество других добавок и возможных примесей составляет предпочтительно от 0 до приблизительно 50 мас. %, наиболее предпочтительно от 0 до приблизительно 30 мас. %, в расчете на сухой материал.
Состав пигмента, как описан выше, предпочтительно устойчив при хранении в течение по меньшей мере одной недели, наиболее предпочтительно по меньшей мере одного месяца. Состав может использоваться непосредственно для покрытия бумаги или картона или в форме промежуточного продукта для приготовления состава покрытия.
Покрытие предпочтительно наносят в количестве, достаточном, чтобы получить от приблизительно 0,5 г/м2 до приблизительно 40 г/м2, наиболее предпочтительно от приблизительно 1 г/м2 до приблизительно 20 г/м2 необязательно агрегированных коллоидных частиц диоксида кремния или алюмосиликата с площадью поверхности от приблизительно 30 г/м2 до приблизительно 450 г/м2 и необязательно других частиц пигмента из состава пигмента на покрытой стороне бумаги или картона. В большинстве случаев сухое количество покрытия, наносимого на покрываемую сторону бумаги или картона, составляет предпочтительно от приблизительно 0,5 г/м2 до приблизительно 50 г/м2, наиболее предпочтительно от приблизительно 1 г/м2 до приблизительно 25 г/м2.
Покрытие предпочтительно наносят на непокрытую сторону бумаги или картона, но оно может также быть нанесено поверх предварительно нанесенного слоя покрытия той же самой или другой композицией покрытия. Предпочтительно, не наносят еще одного покрытия другого типа поверх слоя, образованного покрытием, описанным здесь.
Нанесение покрытия может быть выполнено на бумаго- или картоноделательной машине или без бумаго- или картоноделательной машины. В любом случае может использоваться любой тип способа покрытия.
Примерами способов покрытия являются покрытия, наносимые устройством с ракельным ножом, воздушным шабером, валком, наливом, распылением, клеильным прессом (например, пленочным прессом), и поливом.
После нанесения покрытия бумага сушится, что в случае машинного покрытия предпочтительно достигается в секции сушки машины. Любой способ сушки может использоваться, такой как инфракрасное излучение, горячий воздух, горячие цилиндры или любая их комбинация.
Термин "покрытие", как используется здесь, относится к любому способу, в котором пигменты наносятся на поверхность бумаги или картона, таким образом включая не только обычное покрытие, но также и другие способы, такие как, например, окрашивание.
Бумага и картон, подлежащие покрытию, могут быть сделаны из любого вида целлюлозной массы (пульпы), такой как сульфатная целлюлоза, сульфитная целлюлоза и целлюлозная масса в органическом растворителе, древесная масса, такая как термомеханическая целлюлозная масса (ТМП), хемо-термомеханическая целлюлозная масса (ХТМП), рафинерная целлюлозная масса или целлюлозная масса порубочных остатков, из отбеленной древесины твердых пород и отбеленной мягкой древесины или небеленой целлюлозы, которая рассчитана на сырые или переработанные волокна или их любую комбинацию. Бумага и картон из любого другого вида целлюлозной массы могут также быть покрыты в соответствии с изобретением.
Изобретение далее касается бумаги или картона, подходящих для струйной печати, доступных способом, описанным выше. Такая бумага или картон включают, по существу, прозрачный или существенно непрозрачный слой, включающий частицы пигмента синтетического аморфного диоксида кремния или алюмосиликата и необязательно частицы другого пигмента из состава покрытия, причем частицы пигмента предпочтительно образуют наноструктуру. Сухое количество покрытия составляет предпочтительно от приблизительно 0,5 г/м2 до приблизительно 50 г/м2, наиболее предпочтительно от приблизительно 1,0 г/м2 до приблизительно 25 г/м2. Количество частиц пигмента из вышеупомянутого описанного состава пигмента на покрытой стороне бумаги или картона составляет предпочтительно от приблизительно 0,5 г/м2 до приблизительно 40 г/м2, наиболее предпочтительно от приблизительно 1 г/м2 до приблизительно 20 г/м2. Предпочтительно никакой другой вид покрытия не наносят поверх этого слоя.
Найдено, что бумага или картон по изобретению имеют хорошие свойства для струйной печати, давая низкую размытость линии и неравномерность окраски и высокую плотность печати по цвету, но могут также полезно использоваться для других видов печатания, таких как печать с тонером, флексография, высокая печать, гравюра, офсетная печать и трафаретная печать. Это - специфическое преимущество, что такие хорошие свойства могут быть получены простым способом, нанося только малые количества покрытия и без необходимости наносить многочисленные различные слои покрытия на бумагу или картон. Это также дает возможность наносить покрытие клеильным прессом типа пленочного пресса, что выгодно по практическим причинам. Кроме того, основные компоненты композиции пигмента могут быть изготовлены из легкодоступного сырья.
Некоторые составы пигмента, полезные для способа изобретения, являются новыми. Один аспект изобретения, таким образом, также касается состава пигмента в форме водной дисперсии, такой как частицы пигмента из необязательно агрегированных коллоидных частиц диоксида кремния или алюмосиликата, приготовленных из силиката щелочного металла ионным обменом или понижением pH и имеющие площадь поверхности от приблизительно 30 м2/г до приблизительно 450 м2/г, и по меньшей мере одного катионного полимера, имеющего молекулярный вес от приблизительно 2000 до приблизительно 1000000 и плотность заряда от приблизительно 0,2 мэкв/г до приблизительно 12 мэкв/г, причем указанный состав является, по существу, свободным от или включает, в расчете на общее количество частиц пигмента, меньше, чем приблизительно 3 мас. %, предпочтительно меньше, чем приблизительно 2 мас. %, наиболее предпочтительно меньше, чем приблизительно 1 мас. % органических связующих компонентов покрытия. Предпочтительно состав также включает водорастворимую соль алюминия.
Органические связующие компоненты покрытия включают поливиниловые спирты, необязательно модифицированные крахмалы, смолы, белковые связующие компоненты (например, казеины и связующие компоненты белка сои), латексы и их смеси. Латексы, например, могут быть на основе стирол-бутадиена, акрилатов, винилацетата, сополимеров этилена и винилацетата, стирола и акриловых эфиров и т.д.
Что касается подходящих и предпочтительных количеств и видов компонентов, на них ссылается вышеописанный состав пигмента в связи со способом производства покрытой бумаги или картона.
Изобретение далее относится к способу получения состава пигмента, как описано выше, включающего смешивание золя необязательно агрегированных коллоидных частиц диоксида кремния или алюмосиликата, приготовленных из силиката щелочного металла ионным обменом или понижением pH и имеющие площадь поверхности от приблизительно 30 м2/г до приблизительно 450 м2/г с катионным полимером, имеющим молекулярный вес от приблизительно 2000 до приблизительно 1000000 и плотность заряда от приблизительно 0,2 мэкв/г до приблизительно 12 мэкв/г, и необязательно водорастворимой солью алюминия до водной дисперсии таким образом, что по существу избегают гелеобразования или осаждения. Это может быть достигнуто несколькими альтернативными вариантами способа.
Один альтернативный вариант способа включает стадию добавления золя коллоидных частиц диоксида кремния или алюмосиликата, имеющего площадь поверхности от приблизительно 30 м2/г до приблизительно 450 м2/г, к водному раствору водорастворимой соли алюминия, за которой следует добавление катионного полимера, как описано выше. Другие компоненты, такие как частицы другого пигмента, могут быть добавлены на любой стадии в форме твердых частиц, жидкостей или дисперсий. Частицы диоксида кремния или силиката алюминия находятся предпочтительно в форме водного золя коллоидных частиц, которые могут быть анионными или катионными. Если катионный золь не используется, соль алюминия находится предпочтительно в таком избытке, что это является достаточным, чтобы сделать образующуюся дисперсию преобладающе катионной. По меньшей мере, если анионный золь используется, может иметь место по меньшей мере некоторая агрегация коллоидных частиц.
Другой альтернативный способ включает стадию добавления золя коллоидных частиц диоксида кремния или алюмосиликата, имеющего площадь поверхности от приблизительно 30 м2/г до приблизительно 450 м2/г, к водному раствору катионного полимера, как описано выше, за которой необязательно следует добавление водорастворимой соли алюминия. Другие компоненты, такие как частицы другого пигмента, могут быть добавлены на любой стадии в форме твердых частиц, жидкостей или дисперсий. Частицы диоксида кремния или силиката алюминия находятся предпочтительно в форме водного золя коллоидных частиц, которые могут быть анионными или катионными. Если катионный золь не используется, катионный полимер находится предпочтительно в таком избытке, что это является достаточным, чтобы сделать образующуюся дисперсию преобладающе катионной. По меньшей мере, если анионный золь используется, может иметь место по меньшей мере некоторая агрегация коллоидных частиц.
Еще один вариант способа включает стадию смешивания водного золя коллоидного диоксида кремния или алюмосиликата, модифицированного катионным алюминием, с катионным полимером. Хотя возможно, не является необходимым добавлять дальнейшую водорастворимую соль алюминия, кроме той, что присутствует в золе коллоидного диоксида кремния или алюмосиликата. Другие компоненты, такие как частицы другого пигмента, могут быть добавлены на любой стадии в форме твердых частиц, жидкостей или дисперсий.
Что касается подходящих и предпочтительных количеств и видов компонентов, на них ссылается вышеописанный состав пигмента.
Изобретение будет теперь далее описано в следующих примерах. Если иначе не указано, все части и проценты относятся к массовым частям и процентам.
Пример 1: Три состава пигмента были приготовлены.
A) Bindzil® CAT от Eka Chemicals, золь диоксида кремния, катионизированный включением соли полиалюминия и имеющий площадь поверхности приблизительно 500 м2/г и концентрацию 15 мас.% SiO2, использовали как есть в покрытии.
B) Bindzil® CAT 220 от Eka Chemicals, золь диоксида кремния, катионизированный включением соли полиалюминия и имеющий площадь поверхности приблизительно 220 м2/г и концентрацию 30 мас. % SiO2, разбавляли до концентрации 15 мас.% SiO2 перед нанесением покрытия.
С) Bindzil® CAT 80 от Eka Chemicals, золь диоксида кремния, катионизированный включением соли полиалюминия и имеющий площадь поверхности приблизительно 80 м2/г и концентрацию 40 мас.% SiO2, разбавляли до концентрации 15 мас.% SiO2 перед нанесением покрытия.
Три состава пигмента наносили на поверхность непокрытой бумаги для распечаток (размер A4 Data Copy от M-real) методом спада с зашитым прутом, который обычно используется в лабораторных испытаниях покрытия. Никакой органический связующий компонент покрытия не был добавлен. После покрытия бумагу высушивали инфракрасной сушилкой (Hedson Technologies AB, Швеция). Высушенные листы бумаги были оценены на трех струйных принтерах, HP Deskjet ™ 5850 от Hewlett Packard, Epson Stylus™ C86 от Epson и Canon iP 4000.
Результат печати был оценен, используя картину печати с семью цветными блоками: голубым, пурпурным, желтым, красным, зеленым, синим и черным. Напечатанные блоки и ненапечатанная бумага были измерены на спектрофотометре (Color Touch 2 от Technidyne), объем цветовой гаммы был вычислен. Объем гаммы аппроксимирован додекаэдром в цветовом пространстве CEI L*a*b*, а измерения цветов дают углы в додекаэдре (см. "Rydefalk Staffan, Wedin Michael; Litterature review on the color Gamut in the printing Process-Fundamentals, PTF-report no. 32, May 1997").
Результаты показаны в табл.1
| Таблица 1 | ||||
| Состав покрытия | Вес покрытия (г/м2) | Объем гаммы, НР | Объем гаммы, Epson | Объем гаммы, Canon |
| Нет покрытия | - | 166731 | 180995 | 148408 |
| А | 2,9 | 167334 | ||
| А | 2,9 | 231137 | ||
| А | 3,2 | 119070 | ||
| В | 2,5 | 231803 | ||
| В | 2,3 | 239903 | ||
| В | 2,6 | 189439 | ||
| С | 1,2 | 216299 | ||
| С | 1,5 | 241026 | ||
| С | 1,3 | 210213 |
Оказывается, что золи диоксида кремния B и C с низкой поверхностью дали существенно более высокое качество печати, чем золь диоксида кремния А с высокой площадью поверхности. Визуальная оценка также показала, что бумажные отпечатки из экспериментов дали хорошую резкость линии и никакой тенденции к образованию цветовых пятен.
Пример 2: В этом примере пять составов пигмента были оценены.
D) 15 мас. % суспензию пигмента приготовляли диспергированием каолиновой глины для покрытия (SPS™, Imerys, Великобритания) в воде при использовании интенсивного перемешивания в UltraTurrax™.
E) 15 мас. % суспензию пигмента приготовляли диспергированием гелеобразного диоксида кремния, Sylojet™ P612 от Grace Davison, в воде при использовании интенсивного перемешивания в UltraTurrax ™.
F) 30 г Bindzil® 50/80 от Eka Chemicals, анионный золь диоксида кремния с концентрацией 50 мас. % (SiO2) и площадью поверхности 80 м2/г смешивали с 15 г каолиновой глины для покрытия (SPS™) и 55 г воды в UltraTurrax™. Перед использованием состав был далее разбавлен до концентрации пигмента 15 мас. %.
G) 30 г Bindzil™ 50/80, 15 г каолиновой глины для покрытия (SPS™) и 31 г воды смешивали в UltraTurrax™ и переносили в раствор, содержащий 6 г гидрохлорида алюминия (Locron™ от Clariant, 25 мас. % Al2O3) и 18 г воды при энергичном перемешивании (UltraTurrax™). Образующийся состав имел концентрацию пигмента 30% и был затем далее разбавлен до 15 мас. %.
H) 30 г Bindzil™ 50/80, 15 г каолиновой глины для покрытия (SPS™) и 31 г воды смешивали в UltraTurrax™ и переносили в раствор, содержащий 3 г полиДАДМАХ (40 мас. %, средний молекулярный вес приблизительно 20000 и катионная плотность заряда 7,2 мэкв/г) и 21 г воды, при энергичном перемешивании (UltraTurrax™). Образующийся состав имел концентрацию пигмента 30 мас.% и был затем далее разбавлен до 15 мас. %.
Следуя методике Примера 1, составы наносили на бумагу, не включающую какого-либо органического связующего компонента покрытия, высушивали и оценивали на трех принтерах. Результаты показаны в табл.2.
| Таблица 2 | ||||
| Состав покрытия | Вес покрытия (г/м2) | Объем гаммы, НР | Объем гаммы, Epson | Объем гаммы, Canon |
| D | 1,7 | 132721 | ||
| D | 2,1 | 192600 | ||
| D | 2,3 | 146150 | ||
| E | 1,8 | 259309 | ||
| E | 1,3 | 246995 | ||
| E | 2,0 | 230879 | ||
| F | 2,1 | 168525 | ||
| F | 1,6 | 199542 | ||
| F | 1,9 | 162425 | ||
| G | 1,6 | 189934 | ||
| G | 1,4 | 224625 | ||
| G | 1,8 | 192598 | ||
| H | 1,4 | 197839 | ||
| H | 1,3 | 218972 | ||
| H | 1,7 | 143918 |
Можно видеть, что составы G и H, содержащие катионный компонент, дали в целом лучшее качество печати по сравнению с F, который был исключительно смесью золя диоксида кремния и глины.
Хотя состав E, будучи гелеобразным диоксидом кремния, дал самый высокий объем гаммы, однако было отмечено, что слой покрытия на этой бумаге, так же как глинистое покрытие в форме D, очень плохо удерживались на бумажной поверхности. Это привело к обширному разрушению покрытых поверхностей при соприкасании с кончиками пальцев. Поэтому очевидно, что эти два состава пигмента не могли дать бумагу, полезную для печатания, если не включен связующий компонент покрытия.
Тест на пыление на непечатанных покрытых бумагах также проводился. Полоску низкоклейкой ленты, 5·15 см, прижимали 1 минуту к поверхности покрытой бумаги, после чего удаляли от бумаги. Ленту взвешивали до и после контакта с поверхностью бумаги, и разница в весе давала количество пыли, удаленной с покрытого слоя.
Бумаги с покрытиями C (из примера 1), D, E и G были испытаны. Результаты показаны в табл.3.
| Таблица 3 | |
| Образец бумаги | Количество пыли (мг) |
| С | 0,5 |
| D | 2,0 |
| E | 5,5 |
| G | 0,7 |
Результаты показывают, что бумага, произведенная из составов C и G, имела намного более низкую тенденцию к пылению по сравнению с бумагой с обычными пигментами D и E, когда никакой органический связующий компонент покрытия не использовался.
Пример 3: В тесте анионный золь диоксида кремния, Bindzil ™ 50/80 от Eka Chemicals, использовался как пигмент, 50 мас. % золь со средним размером частиц 40 нм. Два состава приготовили без какого-либо связующего ПВС.
I) Bindzil™ 50/80, разбавленный до 30 мас. %.
J) 6 г Locron™ растворяли в 20 г воды и добавляли 60 г Bindzil™ 50/80 при энергичном перемешивании (UltraTurrax™). Смешивание продолжали в течение добавления 3 г полиДАДМАХ (того же самого как в примере 1) и 11 г воды. Конечная концентрация диоксида кремния составила 30 мас. %.
Следуя методике Примера 1, покрытия наносили на бумагу, высушивали (вес покрытия 8-9 г/м2) и оценивали на принтерах Epson и HP. Результаты показаны в табл.4.
| Таблица 4 | ||
| Состав покрытия | Объем гаммы, Epson | Объем гаммы, НР |
| I | 262220 | 229017 |
| J | 260601 | 261672 |
Оказывается, что хотя состав покрытия I дал немного лучший объем гаммы на Epson, состав J был значительно лучше на HP и поэтому может рассматриваться как дающий лучший общий результат. Визуальная оценка также показала хорошую резкость линии и никакой тенденции к образованию цветовых пятен.
Пример 4: Четыре состава покрытия были приготовлены. Состав пигмента из равных частей (сухие/сухие) анионного золя диоксида кремния, Bindzil™ 50/80, и каолиновой глины для покрытия (SPS™, Imerys, Великобритания) использовался во всех составах. Как в Примере 3 никакие внешние связующие компоненты, такие как ПВС, не использовались ни в одном из составов.
K) Bindzil™ 50/80, глину SPS™ и воду смешивали в UltraTurrax™ до концентрации пигмента 30 мас. %.
L) Суспензию пигмента, содержащую 15 г Bindzil™ (сухой) и 15 г глины SPS™, добавляли к водному раствору, содержащему 6 г Locron™ (как есть) при смешивании в UltraTurrax™; конечная концентрация пигмента составила 30 мас. %.
M) 3 г полиДАДМАХ (того же самого, как в примере 1) растворяли в воде и добавляли к суспензии пигмента, содержащей 15 г Bindzil™ (сухой) и 15 г глины SPS™, перемешивали в UltraTurrax™ до содержания твердых частиц пигмента 30 мас. %.
N) Суспензию пигмента смешивали с раствором Locron™, как в A. Смешивание в UltraTurrax™ продолжали и 3 г полиДАДМАХ (того же самого, как в Примере 1) растворяли в воде и добавляли к суспензии пигмента, обработанной Locron, чтобы получить заключительное содержание пигмента 30 мас. %.
Следуя методике Примера 3, покрытия наносили на бумагу, высушивали (вес покрытия 8-9 г/м2) и оценивали на двух принтерах. Результаты показаны в табл.5.
| Таблица 5 | ||
| Состав покрытия | Объем гаммы, Epson | Объем гаммы, НР |
| Нет покрытия | 178288 | 163247 |
| K | 233379 | 177191 |
| L | 253114 | 201548 |
| M | 233987 | 208773 |
| N | 268608 | 211090 |
Оказывается, что общие лучшие результаты печати получены с составами, содержащими соль алюминия или/и катионный полимер низкой молекулярной массы (L, М и N).
1. Способ получения покрытой бумаги или картона, включающий стадию нанесения состава пигмента в качестве покрытия на по меньшей мере одну сторону полотна бумаги или картона, причем указанный состав пигмента является водной дисперсией, включающей в качестве частиц пигмента необязательно агрегированные коллоидные частицы диоксида кремния или алюмосиликата, приготовленные из силиката щелочного металла ионным обменом или понижением рН и имеющие площадь поверхности приблизительно от 30 м2/г до приблизительно 450 м2/г, и по меньшей мере один катионный компонент, выбранный из группы, состоящей из водорастворимых солей алюминия и катионных полимеров с молекулярным весом от приблизительно 2000 до приблизительно 1000000 и плотностью заряда от приблизительно 0,2 мэкв/г до приблизительно 12 мэкв/г, и по существу, свободен от или включает в расчете на общее количество частиц пигмента меньше, чем приблизительно 3 мас.% органических связующих компонентов покрытия, в котором по меньшей мере приблизительно 0,4 г частиц пигмента из состава пигмента наносят на м2 покрытой стороны полотна бумаги или картона.
2. Способ по п.1, в котором состав пигмента, наносимый на бумагу или картон, по существу, свободен от органических связующих компонентов покрытия.
3. Способ по любому из пп.1 и 2, в котором частицы пигмента из необязательно агрегированных коллоидных частиц диоксида кремния или алюмосиликата имеют средний диаметр от приблизительно 0,005 мкм до приблизительно 25 мкм.
4. Способ по любому из пп.1 и 2, в котором состав пигмента включает по меньшей мере одну водорастворимую соль алюминия в количестве от приблизительно 0,1 мас.% до приблизительно 30 мас.%, вычисленную как мас.% Al2O3 в расчете на количество сухих частиц пигмента.
5. Способ по любому из пп.1 и 2, в котором по меньшей мере одну водорастворимую соль алюминия выбирают из группы, состоящей из хлорида алюминия, поли(хлорида алюминия), поли(сульфатсиликата алюминия), сульфата алюминия и их смесей.
6. Способ по любому из пп.1 и 2, в котором состав пигмента включает по меньшей мере один катионный полимер с молекулярным весом от приблизительно 2000 до приблизительно 1000000 и плотностью заряда от 0,2 мэкв/г до приблизительно 12 мэкв/г в количестве от приблизительно 0,1 мас.% до приблизительно 30 мас.% в расчете на количество сухих частиц пигмента.
7. Способ по п.6, в котором состав пигмента включает по меньшей мере один катионный полимер с молекулярным весом от приблизительно 2000 до приблизительно 1000000 и плотностью заряда от 0,2 мэкв/г до приблизительно 12 мэкв/г в количестве от приблизительно 0,1 мас.% до приблизительно 15 мас.% в расчете на количество сухих частиц пигмента.
8. Способ по любому из пп.1 и 2, в котором по меньшей мере один катионный полимер выбирают из группы, состоящей из ПАА (полиакриламиды), полиДАДМАХ (полидиаллилдиметиламмоний хлорид), полиаллиламинов, полиаминов, полисахаридов и их смесей.
9. Способ по любому из пп.1 и 2, в котором состав пигмента включает по меньшей мере одну водорастворимую соль алюминия и по меньшей мере один катионный полимер, имеющий молекулярный вес от приблизительно 2000 до приблизительно 1000000 и плотность заряда от приблизительно 0,2 мэкв/г до приблизительно 12 мэкв/г.
10. Способ по любому из пп.1 и 2, в котором чистый поверхностный заряд частиц пигмента в составе является положительным.
11. Способ по любому из пп.1 и 2, в котором состав пигмента далее включает другие виды частиц пигмента.
12. Способ по п.11, в котором другие виды частиц пигмента выбирают из группы, состоящей из каолинитов, смектитов, талькитов, минералов карбоната кальция, осажденного карбоната кальция, осажденного диоксида кремния, гелеобразного диоксида кремния, тонко измельченного диоксида кремния и их смесей.
13. Способ по любому из пп.1 и 2, в котором общее содержание частиц пигмента из необязательно агрегированного коллоидного диоксида кремния или алюмосиликата и необязательно других частиц пигмента в составе составляет от приблизительно 10 мас.% до приблизительно 60 мас.%.
14. Способ по любому из пп.1 и 2, в котором содержание необязательно агрегированных коллоидных частиц диоксида кремния или алюмосиликата, приготовленных из силиката щелочного металла ионным обменом или понижением рН и имеющих площадь поверхности от приблизительно 30 м2/г до приблизительно 450 м2/г в составе, составляет от приблизительно 30 мас.% до 100 мас.% общего количества частиц пигмента в композиции.
15. Способ по любому из пп.1 и 2, в котором покрытие наносят на непокрытую сторону бумаги или картона.
16. Способ по любому из пп.1 и 2, в котором никакое дополнительное покрытие другого сорта не наносят поверх слоя, образованного покрытием, нанесенным согласно любому из пп.1-2.
17. Бумага или картон, полученные способом по любому из пп.1-16.
18. Состав пигмента в форме водной дисперсии, включающий в качестве частиц пигмента необязательно агрегированные коллоидные частицы диоксида кремния или алюмосиликата, приготовленные из силиката щелочного металла ионным обменом или понижением рН и имеющие площадь поверхности от приблизительно 30 м2/г до приблизительно 450 м2/г, и по меньшей мере один катионный полимер, имеющий молекулярный вес от приблизительно 2000 до приблизительно 1000000 и плотность заряда от приблизительно 0,2 мэкв/г до приблизительно 12 мэкв/г, причем указанный состав, по существу, свободен от или включает в расчете на общее количество частиц пигмента меньше, чем приблизительно 3 мас.% органических связующих компонентов покрытия.
19. Состав пигмента по п.18, включающий по меньшей мере одну водорастворимую соль алюминия.
20. Состав пигмента по любому из пп.18 и 19, в котором указанный состав, по существу, свободен от органических связующих компонентов покрытия.
21. Состав пигмента по любому из пп.18 и 19, который включает по меньшей мере один катионный полимер, имеющий молекулярный вес от приблизительно 2000 до приблизительно 1000000 и плотность заряда от приблизительно 0,2 мэкв/г до приблизительно 12 мэкв/г, в количестве от приблизительно 0,1 мас.% до 15 мас.% в расчете на количество сухих частиц пигмента.
22. Состав пигмента по любому из пп.18 и 19, в котором общее содержание частиц пигмента из необязательно агрегированного коллоидного диоксида кремния или алюмосиликата и необязательно других частиц пигмента в композиции составляет от приблизительно 10 мас.% до приблизительно 60 мас.%.
23. Состав пигмента по любому из пп.18 и 19, в котором содержание необязательно агрегированных коллоидных частиц диоксида кремния или алюмосиликата, приготовленных из силиката щелочного металла ионным обменом или понижением рН и имеющих площадь поверхности от приблизительно 30 м2/г до приблизительно 450 м2/г, в составе составляет от приблизительно 30 мас.% до 100 мас.% общего количества частиц пигмента в композиции.
24. Способ получения состава пигмента по любому из пп.18-23, включающий смешивание золя необязательно агрегированных коллоидных частиц диоксида кремния или алюмосиликата, приготовленных из силиката щелочного металла ионным обменом или понижением рН и имеющих площадь поверхности от приблизительно 30 м2/г до приблизительно 450 м2/г, с катионным полимером, имеющим молекулярный вес от приблизительно 2000 до приблизительно 1000000 и плотность заряда от приблизительно 0,2 мэкв/г до приблизительно 12 мэкв/г, до образования водной дисперсии таким путем, чтобы, по существу, избежать гелеобразования или осаждения.
25. Способ по п.24, в котором количество катионного полимера с молекулярным весом от приблизительно 2000 до приблизительно 1000000 и плотностью заряда от приблизительно 0,2 мэкв/г до приблизительно 12 мэкв/г, от приблизительно 0,1 мас.% до 15 мас.% в расчете на количество сухих частиц пигмента, общее количество частиц пигмента из необязательно агрегированных коллоидных частиц диоксида кремния или алюмосиликата и необязательно других частиц пигмента в составе составляет от приблизительно 10 мас.% до приблизительно 60 мас.% и количество необязательно агрегированных коллоидных частиц диоксида кремния или алюмосиликата, приготовленных из силиката щелочного металла ионным обменом или понижением рН и имеющих площадь поверхности от приблизительно 30 м2/г до приблизительно 450 м2/г, в составе составляет от приблизительно 30 мас.% до 100 мас.% общего количества частиц пигмента в композиции.
26. Состав пигмента, полученный способом по любому из пп.24 и 25.
