Состав пигмента в форме водной дисперсии
Изобретение относится к составу пигмента для покрытия бумаги или картона. Описывается состав пигмента в форме водной дисперсии или суспензии, включающий: (а) пористые агрегаты, образованные агрегацией коллоидных первичных частиц диоксида кремния, алюмосиликата или их смеси в водном золе и имеющие средний диаметр от 0,03 до 25 мкм, и (б) частицы наполнителя, средний размер частиц которого больше, чем средний диаметр пористых агрегатов, при массовом отношении пористых агрегатов к частицам наполнителя от 0,01:1 до 3:1. Описываются также: способ его получения, состав для покрытия бумаги или картона и способ его получения, способ покрытия бумаги или картона и бумага или картон, полученные этим способом. Предложенный состав пигмента обеспечивает получение качественной бумаги или картона для использования их в струйной печати и улучшения качества печати. 8 н. и 8 з.п. ф-лы, 4 табл.
Настоящее изобретение относится к составу пигмента и способу его получения, к составу для покрытия бумаги или картона и способу его получения, к способу покрытия бумаги или картона и к бумаге или картону, получаемым этим способом.
Разработка струйных принтеров привела к потребности в бумаге, которая соответствует этой цели. Особенно есть 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 раскрывает 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 стало 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, образованных 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 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.
Таким образом, один аспект изобретения относится к составу пигмента в форме водной дисперсии, включающему:
a) пористые агрегаты, образованные агрегацией коллоидных первичных частиц диоксида кремния, алюмосиликата или их смеси в водном золе, причем указанные пористые агрегаты имеют средний диаметр от приблизительно 0,03 мкм до приблизительно 25 мкм, и
б) частицы наполнителя, где средний размер по меньшей мере в одном измерении больше, чем средний диаметр пористых агрегатов,
в котором массовое соотношение пористых агрегатов к частицам наполнителя составляет от приблизительно 0,01:1 до приблизительно 3:1, предпочтительно от приблизительно 0,01:1 до приблизительно 2:1, и наиболее предпочтительно от приблизительно 0,05:1 до приблизительно 1,5:1.
Средний диаметр коллоидных первичных частиц составляет предпочтительно от приблизительно 2 нм до приблизительно 75 нм и наиболее предпочтительно от приблизительно 3 нм до приблизительно 50 нм.
Площадь поверхности первичных частиц составляет предпочтительно от приблизительно 35 м2/г до приблизительно 1400 м2/г, наиболее предпочтительно от приблизительно 50 м2/г до приблизительно 1000 м2/г. В одном варианте площадь поверхности составляет до приблизительно 600 м2/г, предпочтительно до приблизительно 450 м2/г, и наиболее предпочтительно до приблизительно 300 м2/г. Сухое содержание первичных частиц в водном золе составляет предпочтительно от приблизительно 0,5 мас.% до приблизительно 60 мас.%, и наиболее предпочтительно от приблизительно 1 мас.% до приблизительно 50 мас.%.
Термин "диаметр", применяемый здесь, относится к эквивалентному сферическому диаметру.
Коллоидные первичные частицы диоксида кремния или алюмосиликата предпочтительно образовались из водного раствора силиката щелочного металла, где ионы щелочного металла удалены через процесс ионного обмена или где pH силиката щелочного металла был понижен прибавлением кислоты. Процесс, основанный на ионном обмене, следует основным принципам, описанным в книге R.K. Iler, “Chemistry of Silica”, 1979, р.333-334, и приводит к водному золю, включающему коллоидные отрицательно или положительно заряженные частицы диоксида кремния или алюмосиликата. Процесс, основанный на снижении 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, поверхность которых может быть модифицирована, например, металлическим оксидом, таким как оксид алюминия, титана, хрома, циркония, бора или любого другого соответствующего металла.
Подходящие водные золи коллоидных первичных частиц диоксида кремния или алюмосиликата являются коммерчески доступными, например, под марками изготовителя Ludox™, Snowtex™, Bindzil™, Nyacol™, Vinnsil™ или Fennosil™.
Найдено, что если диоксиду кремния или алюмосиликату позволяют высохнуть до состояния порошка, то золь, образованный диспергированием такого порошка, имеет свойства, отличные от свойств золя, где коллоидные частицы никогда не высушивались до порошка, как имеет место, когда золь был получен из силиката щелочного металла ионным обменом или понижением pH показателя.
Агрегация первичных частиц в золе с образованием дисперсии пористых агрегатов может быть выполнена любым подходящим способом, таким как способы, описанные в книге R.K. Iler, “Chemistry of Silica”, 1979, рр.364-407. Степень агрегации может быть найдена с помощью измерения вязкости и применения уравнения Эйнштейна и Муни (см., например, R.K. Iler, “Chemistry of Silica”, 1979, рр.360-364). Агрегация может быть выполнена как отдельная стадия или в смеси, также включающей частицы наполнителя.
В одном варианте анионный золь (включающий отрицательно заряженные коллоидные первичные частицы) и катионный золь (включающий положительно заряженные коллоидные первичные частицы) смешивают с образованием пористых агрегатов первичных частиц из обоих золей.
В другом варианте соль, предпочтительно выбранную из двухвалентных, поливалентных или комплексных солей, добавляют к анионному или катионному золю также с образованием пористых агрегатов. Примерами солей являются хлорид алюминия, поли(хлорид алюминия), поли(силикатсульфат алюминия), сульфат алюминия, карбонат циркония, ацетат циркония, бораты щелочных металлов и их смеси.
В еще одном другом варианте применяют мостикообразующее вещество для образования агрегатов из первичных частиц. Примерами мостиковых веществ являются синтетические и природные полиэлектролиты, такие как КМЦ (карбоксилметилцеллюлоза), ПАА (полиакриламиды), полиДАДМАХ (поли(диаллилдиметиламмонийхлорид)), поли(аллиламины), полиамины, крахмал, гуаровые камеди и их смеси.
Любая комбинация, включающая один, два или все три из вышеупомянутых методов агрегации, может также быть применена.
Каждый пористый агрегат образуется из по меньшей мере трех первичных частиц, которые дают в действительности по меньшей мере некоторые поры. Средний диаметр частицы агрегатов составляет предпочтительно от приблизительно 0,05 мкм до приблизительно 10 мкм, наиболее предпочтительно от приблизительно 0,1 мкм до приблизительно 1,5 мкм. Следует понимать, что средний диаметр пористых агрегатов всегда больше, чем средний диаметр первичных частиц, из которых они сформировались.
Частицы наполнителя могут иметь различные геометрические формы, например, форму хлопьев, палочковидную или сферическую, в которой средний размер по меньшей мере одного измерения больше, предпочтительно больше в от приблизительно 1,3 до приблизительно 500 раз, наиболее предпочтительно больше в от приблизительно 1,3 до приблизительно 200 раз, чем средний диаметр пористых агрегатов. Частицы наполнителя являются предпочтительно неорганическим материалом, типа природных или синтетических минералов. Примерами полезных материалов являются каолиниты, смектиты, талькиты, минералы карбоната кальция, осажденный диоксид кремния, гелеобразный диоксид кремния, тонкоизмельченный диоксид кремния, осажденный карбонат кальция и их смеси.
Предпочтительно, что пористые агрегаты и частицы наполнителя имеют противоположные чистые заряды. Таким образом, если пористые агрегаты имеют положительный чистый заряд, предпочтительно использовать частицы наполнителя с отрицательным чистым зарядом и наоборот.
Предпочтительно, по меньшей мере часть пористых агрегатов, например, от приблизительно 1 до приблизительно 100 мас.%, предпочтительно от приблизительно 5 до приблизительно 100 мас.%, наиболее предпочтительно от приблизительно 30 до приблизительно 100 мас.%, присоединена к частицам наполнителя. Средний размер частиц всего состава пигмента составляет предпочтительно от приблизительно 0,5 мкм до приблизительно 50 мкм, наиболее предпочтительно от приблизительно 1 мкм до приблизительно 25 мкм. Удельная поверхность всего состава составляет предпочтительно от приблизительно 35 м2/г до приблизительно 1000 м2/г, наиболее предпочтительно от приблизительно 50 м2/г до приблизительно 700 м2/г. В одном варианте удельная поверхность составляет до приблизительно 600 м2/г, предпочтительно до приблизительно 450 м2/г, наиболее предпочтительно до приблизительно 400 м2/г. Общее содержание пористых агрегатов и частиц наполнителя 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 может далее включать другие добавки, такие как стабилизаторы или остающиеся примеси из сырьевого материала или веществ из агрегации, таких как соли и мостиковые агенты.
Независимо от метода агрегации состав может включать по меньшей мере одну водорастворимую соль алюминия, предпочтительно в количестве от приблизительно 0,1 мас.% до приблизительно 30 мас.%, наиболее предпочтительно от приблизительно 0,2 мас.% до приблизительно 15 мас.%, вычисленную как мас.% Al2O3 на сухих пористых агрегатах и частицах наполнителя. Примеры солей включают хлорид алюминия, поли(хлорид алюминия), поли(силикатсульфат 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, что присутствует в золе диоксида кремния, модифицированном катионом алюминия и применяемом при приготовлении состава пигмента. Однако состав пигмента может также включать дополнительную соль алюминия.
Независимо от метода агрегации состав может включать по меньшей мере один катионный полимер, предпочтительно имеющий молекулярный вес от приблизительно 2000 до приблизительно 1000000, более предпочтительно от приблизительно 2000 до приблизительно 500000, наиболее предпочтительно от приблизительно 5000 до приблизительно 200000. Плотность заряда полимера предпочтительно от приблизительно 0,2 мэкв/г до приблизительно 12 мэкв/г, более 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 составе 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 пористых агрегатов и частиц наполнителя. Примеры подходящих катионных полимеров включают синтетические и природные полиэлектролиты, такие как ПАА (полиакриламиды), полиДАДМАХ (поли(диаллилдиметиламмонийхлорид)), поли(аллиламины), полиамины, полисахариды и их смеси, при условии, что они являются катионными и предпочтительно, 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.
Состав пигмента, как описано выше, предпочтительно стабилен при хранении в течение по меньшей мере одной недели, наиболее предпочтительно по меньшей мере одного месяца. Состав можно использовать прямо для покрытия бумаги или картона или чтобы образовать промежуточный продукт для приготовления состава покрытия.
Дальнейший аспект изобретения касается способа получения состава пигмента, как описано выше. Один альтернативный способ включает стадию смешивания:
а) водной дисперсии пористых агрегатов, образованных агрегацией коллоидных первичных частиц диоксида кремния, алюмосиликата или их смеси в водном золе, причем указанные пористые агрегаты имеют средний диаметр от приблизительно 0,03 мкм до приблизительно 25 мкм, и
б) частиц наполнителя, где средний размер по меньшей мере одного измерения является больше, чем средний диаметр пористых агрегатов,
в котором массовое отношение пористых агрегатов к частицам наполнителя от приблизительно 0,01:1 до приблизительно 3:1, предпочтительно от приблизительно 0,03:1 до приблизительно 2:1, наиболее предпочтительно от приблизительно 0,05:1 до приблизительно 1,5:1.
Другой альтернативный процесс включает стадии:
a) смешивание водного золя, включающего коллоидные первичные частицы диоксида кремния или алюмосиликата и частицы наполнителя в массовом отношении первичных частиц диоксида кремния или алюмосиликата к частицам наполнителя от приблизительно 0,01:1 до приблизительно 3:1, предпочтительно от приблизительно 0,03:1 до приблизительно 2:1, наиболее предпочтительно от приблизительно 0,05:1 до приблизительно 1,5:1, и
б) агрегацию коллоидных первичных частиц диоксида кремния или алюмосиликата с образованием пористых агрегатов, имеющих средний диаметр от приблизительно 0,03 мкм до приблизительно 25 мкм, но не превышающий средний размер наибольшего измерения частиц наполнителя.
В другом альтернативном способе частицы наполнителя могут быть добавлены как твердый порошок в форме водной дисперсии или в любой другой подходящей форме. Что касается образования пористых агрегатов, то на прибавление любых дополнительных добавок и других различных вариантов ссылаются в вышеупомянутом описании состава пигмента.
Дальнейший аспект изобретения касается состава покрытия, подходящего для покрытия бумаги или картона и включающего связующий компонент и композицию пигмента, как описано выше. Примерами возможных связующих компонентов являются поливиниловые спирты, необязательно модифицированные крахмалы, смолы, белковые связующие компоненты (например, казеины и связующие компоненты белка сои), латексы и их смеси. Латексы могут быть на основе стирол-бутадиена, акрилатов, винилацетата, сополимеров этилена и винилацетата, стирола и акриловых эфиров и т.д. Поливиниловые спирты особенно предпочтительны. Состав покрытия может также включать другие добавки, обычно используемые, типа модификаторов реологии, оптических осветлителей, смазок, понизителей растворимости, красителей, клеев и т.д. Сухое содержание состава покрытия составляет предпочтительно от приблизительно 2 мас.% до приблизительно 75 мас.%, наиболее предпочтительно от приблизительно 10 мас.% до приблизительно 70 мас.%. Количество пористых агрегатов и частиц наполнителя из состава пигмента составляет предпочтительно от приблизительно 30 до приблизительно 99 мас.%, наиболее предпочтительно от приблизительно 50 до приблизительно 90 мас.%, в расчете на содержание сухого вещества. Количество связующего компонента составляет предпочтительно от приблизительно 1 до приблизительно 70 мас.%, наиболее предпочтительно от приблизительно 10 до приблизительно 50 мас.%, в расчете на содержание сухого вещества. Общее количество других добавок и возможных примесей составляет предпочтительно от 0 до приблизительно 50 мас.%, наиболее предпочтительно от 0 до приблизительно 30 мас.%, основанного на сухом содержании. Что касается подходящих и предпочтительных вариантов, на них ссылается вышеупомянутое описание состава пигмента.
Еще один аспект изобретения касается способа получения состава покрытия, включающего стадию смешивания связующего компонента с составом пигмента, как описано выше. Связующий компонент и любая дополнительная добавка могут быть добавлены к составу пигмента в любой подходящей форме, например, как твердый материал, жидкий материал или как водный раствор, дисперсия или суспензия. Что касается подходящих и предпочтительных вариантов, на них ссылается вышеупомянутое описание состава покрытия и состава пигмента.
Другой аспект изобретения касается способа получения покрытой бумаги или картона, включающий стадию нанесения состава покрытия, как описано выше, на по меньшей мере одну сторону полотна бумаги или картона.
Покрытие предпочтительно наносят в количестве, достаточном, чтобы произвести по меньшей мере от приблизительно 0,4 г/м2, предпочтительно от приблизительно 0,5 г/м2 до приблизительно 40 г/м2, наиболее предпочтительно от приблизительно 1 г/м2 до приблизительно 20 г/м2 пористых агрегатов и частиц наполнителя из состава пигмента на покрытой стороне бумаги или картона. В большинстве случаев сухое количество покрытия, нанесенного на покрытую сторону бумаги или картона, составляет предпочтительно по меньшей мере от приблизительно 0,6 г/м2, предпочтительно от приблизительно 0,7 г/м2 до приблизительно 50 г/м2, наиболее предпочтительно от приблизительно 1,5 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, поливом, распылением, клеильным прессом (например, пленочным прессом), и распределение покровного слоя валом, обогреваемым паром.
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 (TMП), хемотермомеханическая целлюлозная масса (ХTMП), 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.
Что касается дальнейших подробностей и вариантов состава покрытия, на них ссылаются в вышеприведенном описании.
Наконец, изобретение касается бумаги или картона, пригодных для струйной печати, получаемых способом, описанным выше. Такая бумага или картон включают предпочтительно существенно непрозрачный слой, включающий пористые агрегаты и частицы наполнителя из состава покрытия, предпочтительно образующие наноструктуру. Сухое количество покрытия составляет предпочтительно по меньшей мере от приблизительно 0,6 г/м2, предпочтительно от приблизительно 0,7 г/м2 до приблизительно 50 г/м2, наиболее предпочтительно от приблизительно 1,5 г/м2 до приблизительно 25 г/м2. Количество пористых агрегатов и частиц наполнителя из состава пигмента на покрытой стороне бумаги или картона составляет предпочтительно по меньшей мере от приблизительно 0,4 г/м2, 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 состава пигмента могут быть изготовлены из легкодоступного сырья.
Изобретение будет теперь далее описано следующими примерами. Если иначе не оговорено, то части и проценты относятся к массовым частям и процентам.
Пример 1. Четыре состава пигмента были приготовлены:
A: Катионный водный золь диоксида кремния, Bindzil® CAT 220 от Eka Chemicals AB, содержащий 30 мас.% SiO2 со средним диаметром первичной частицы приблизительно 15 нм, был разбавлен до 10 мас.%. Разбавленный золь диоксида кремния перемешивали в стеклянной мензурке и 0,06 моль/л раствора сульфата алюминия добавляли по каплям, пока золь не становился белым, а вязкость не увеличилась, что происходит, когда концентрация сульфата алюминия достигает 0,0125 моль/л в растворе. Средний диаметр агрегатов был определен как 0,3 мкм (измерено на Zetamaster от Malvern Instrument, мономодальный анализ).
B: 20 мас.% водная дисперсия частиц наполнителя приготовлена из глины покрытия (SPS, Imerys, UK). Средняя величина частиц глины была определена как 1,64 мкм использованием Mastersizer Micro Plus от Malvern Instrument (метод 50HD).
C: 30 мл глинистой дисперсии, приготовленной в B, смешивали с 15 мл того же самого разбавленного золя диоксида кремния, как в A, но без предшествующей агрегации.
D: 15 мл агрегированного золя диоксида кремния, приготовленного в A, смешивали с 30 мл глинистой дисперсии, приготовленной в B, давая композицию пигмента, включающую агрегаты диоксида кремния и частицы наполнителя.
Каждая из вышеупомянутых композиций пигмента использовалась для приготовления составов покрытия смешиванием с поливиниловым спиртом (MW 150000) лабораторного качества, растворенным в воде как раствор 10 мас.%. Весь состав имел содержание твердого вещества приблизительно 15 мас.% и массовое отношение поливинилового спирта к твердым пигментам 0,5:1.
Составы покрытия наносили на поверхность непокрытой бумаги для оттисков (размер A4 Data Copy от M-real) методом фильерной вытяжки с проволочным стержнем, после чего бумаги сушились на сушильном барабане. Тестовое изображение, содержащее голубые, пурпурные, желтые и черные блоки, напечатали на каждой из сухих бумаг струйным принтером от Hewlett-Packard (HP Deskjet 970Cxi). Для каждого цвета цветовую плотность определяли цветовым денситометром (GretagMacbeth D19C, Gretag AG), и цифры показаны в таблице 1 ниже:
| Таблица 1 | |||||
| Состав пигмента | Вес покрытия, г/м2 |
Голубой | Пурпурный | Желтый | Черный |
| Бесцветный | 0 | 1,08 | 1,18 | 1,01 | 2,40 |
| А | 3,0 | 1,23 | 1,38 | 1,04 | 2,98 |
| В | 2,8 | 1,31 | 1,56 | 1,12 | 2,10 |
| С | 3,5 | 0,95 | 1,10 | 0,80 | 2,70 |
| D | 2,5 | 1,41 | 1,66 | 1,16 | 2,80 |
Из этого эксперимента можно видеть, что состав покрытия, включающий композицию пигмента D, дал лучшую общую плотность печати. Было также замечено, что напечатанные цвета на бумаге, покрытой композицией пигмента A, были сильно покрыты пятнами.
Пример 2. Четыре состава пигмента были приготовлены:
А. Два водных золя диоксида кремния использовались, анионный золь диоксида кремния, Bindzil® 15/500, и катионный золь диоксида кремния, Bindzil® CAT, оба от Eka Chemicals, содержащие 15 мас.% SiO2 и имеющие средний диаметр первичных частиц приблизительно 6 нм. 37,5 г 30 мас.% водной дисперсии глины (та же самая глина как в Примере 1, средний размер частиц 1,64 мкм), 90 г катионного золя, 135 г анионного золя и 37,5 г воды смешивали при энергичном перемешивании, которое дало высоковязкую композицию пигмента, включающую агрегаты первичных частиц диоксида кремния из золей и частицы наполнителя из глины. Средний диаметр агрегированного золя диоксида кремния перед прибавлением наполнителя был определен как 0,57 мкм (мономодальный анализ на Zetamaster).
B: 102 г осажденного диоксида кремния, Tixosil™ 365 SP от Rhodia, с содержанием твердого вещества 22 мас.% и средней величиной частиц 3,4 мкм (Mastersizer) смешивали с 60 г катионного золя диоксида кремния, 90 г анионного золя диоксида кремния и 48 г воды таким же образом, как в А, давая высоковязкую композицию пигмента, включающую агрегаты первичных частиц диоксида кремния из золей и частицы наполнителя из осажденного диоксида кремния. Средний диаметр агрегированного золя диоксида кремния перед прибавлением наполнителя определен как 0,69 мкм (измерено на Zetamaster).
C: Та же самая дисперсия глины, как используется в А.
D: Тот же самый осажденный диоксид кремния, как используется в B.
Каждая из вышеупомянутых композиций пигмента использовалась для приготовления составов покрытия смешиванием со связующим компонентом, поливиниловым спиртом (ERKOL™ 26/88 от ACETEX Co., Испания). Весь состав имел содержание твердого вещества приблизительно 15 мас.%, а массовое отношение поливинилового спирта к твердым пигментам 0,25:1.
Покрытие было нанесено на бумагу для оттисков как в Примере 1. Тестовое изображение, содержащее голубые, пурпурные, желтые, зеленые, синие, красные и черные блоки, было напечатано на каждой из покрытых бумаг на струйном принтере Epson Stylus C84, используя пигментированную краску для всех цветов. Напечатанные блоки и ненапечатанная бумага были измерены на спектрофотометре (Color Touch 2 от Technidyne) и объем цветовой гаммы был рассчитан. Объем гаммы аппроксимируют к додекаэдру в цветовом пространстве CEI L*a*b* и измерения цветов дают углы в додекаэдре (см. "Rydefalk Staffan, Wedin Michael; Literature review on the color Gamut in the printing Process-Fundamentals, PTF-report no. 32, May 1997”).
Результаты показаны в таблице 2 ниже:
| Таблица 2 | ||
| Состав пигмента | Вес покрытия (г/м2) |
Объем гаммы |
| Бесцветный | 0 | 148600 |
| А | 3,7 | 214000 |
| В | 3,6 | 221900 |
| С | 3,3 | 187300 |
| D | 3,3 | 188900 |
Из этих результатов видно, что составы пигмента A и B дали более высокое качество печати, как измерено объемом гаммы.
Пример 3. Два состава пигмента были приготовлены:
A: 16,7 г 30 мас.% водной дисперсии глинистого покрытия (того же самого, как в Примере 1, размер частиц 1,64 мкм), 10 г Bindzil 50/80 (50 мас.% золь диоксида кремния со средней величиной частиц 40 нм, от Eka Chemicals), 3 г Eka ATC 8210 (25 мас.% (поли(хлорида алюминия) от Eka Chemicals) и 70 г воды смешивали при энергичном перемешивании в UltraTurrax (10000 об/мин). Это дало 10 мас.% дисперсию пигмента с массовым отношением диоксида кремния к глине 1:1. Средний диаметр агрегированного золя диоксида кремния перед прибавлением наполнителя был определен как 0,45 мкм (мономодальный анализ на Zetamaster).
B: 16,7 г 30 мас.% водной дисперсии глинистого покрытия (того же самого, как в Примере 1), 5 г продукта типа силикагель (сухой порошок) и 78 г воды смешивали (UltraTurrax, как в A), чтобы получить 10 мас.% дисперсию пигмента (отношение диоксид кремния:глина 1:1). Этот продукт типа силикагель (Grace Davison) имел размер вторичных частиц 12 мкм и площадь поверхности 400 г/м2, что соответствует размеру первичных частиц 7-8 нм.
Составы покрытий, имеющие содержание твердого вещества 10 мас.% и массовое отношение поливинилового спирта к твердому пигменту 0,25:1, готовили, как в Примере 2. Покрытия наносили на бумагу и сушили на инфракрасной сушке (Hedson Technologies AB, Швеция). Тесты на отпечаток выполняли на струйных принтерах Epson Stylus C84 и HP5652 (Hewlett Packard), как описано в Примере 2. Результаты приведены в таблице 3 ниже:
| Таблица 3 | |||
| Состав пигмента | Вес покрытия (г/м2) |
Объем гаммы, Epson | Объем гаммы, НР |
| Бесцветный | 0 | 185700 | - |
| Бесцветный | 0 | - | 162100 |
| А | 2,5 | 220500 | - |
| А | 2,7 | - | 232900 |
| В | 2,3 | 200000 | - |
| В | 2,3 | - | 193700 |
Состав пигмента, содержащий агрегаты золя диоксида кремния (A), дал более высокие объемы гаммы, чем соответствующий состав пигмента, содержащий гелеобразный диоксид кремния. Тщательный визуальный осмотр показал хорошую резкость линий и никакой размытости красителя в отпечатках.
Пример 4. Два состава пигмента были приготовлены:
А: Анионный золь диоксида кремния, приготовленный методом ионного обмена, содержащий 10 мас.% SiO2 и имеющий площадь поверхности приблизительно 865 м2/г, агрегировались медленным прибавлением 14,2 г 2,5 мас.% водного раствора модифицированной карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ) к 100 г золя диоксида кремния при непрерывном перемешивании с образованием высоковязкого прозрачного раствора. Модифицированная КМЦ имела одинарную плотность 0,65 относительно карбоксильных групп и была далее модифицирована включением четверичных азотных групп (одинарная плотность 0,43), придавая катионный характер продукту. Средний диаметр частиц агрегатов в дисперсии был определен как 0,7 мкм при использовании Zetamaster. Дисперсию затем энергично смешивали с 45 г осажденного диоксида кремния (Tixosil 365 SP, средняя величина частиц 3,4 мкм, см. пример 2) и 45 г воды.
B: 10 мас.% водная дисперсия осажденного диоксида кремния (Tixosil 365 SP) была приготовлена.
Составы покрытия, имеющие содержание твердого вещества приблизительно 10 мас.% и массовое отношение поливинилового спирта к твердому пигменту 0,25:1, готовили, как в Примере 2. Покрытия наносили на бумагу и сушили, как в Примере 3. Тестовые отпечатки были выполнены, как в Примере 2, двумя струйными принтерами, Epson C84 и HP 5652. Объем гаммы был измерен и следующие результаты были получены (таблица 4):
| Таблица 4 | |||
| Состав пигмента | Вес покрытия (г/м2) |
Объем гаммы, Epson | Объем гаммы, НР |
| А | 2,7 | 225000 | - |
| А | 2,7 | - | 230700 |
| В | 2,5 | 209700 | - |
| В | 2,4 | - | 222400 |
Видно, что состав пигмента А дает лучшее качество печати, чем состав B.
1. Состав пигмента в форме водной дисперсии, включающий:
(а) пористые агрегаты, образованные агрегацией коллоидных первичных частиц диоксида кремния, алюмосиликата или их смеси в водном золе, причем указанные пористые агрегаты имеют средний диаметр от приблизительно 0,03 до приблизительно 25 мкм, и
(б) частицы наполнителя, где средний размер по меньшей мере одного измерения больше, чем средний диаметр пористых агрегатов,
в котором массовое отношение пористых агрегатов к частицам наполнителя составляет от приблизительно 0,01:1 до приблизительно 3:1.
2. Состав по п.1, в котором коллоидные первичные частицы диоксида кремния или алюмосиликата образуются из водного раствора силиката щелочного металла, из которого ионы щелочного металла удалены методом ионного обмена, или где силикат щелочного металла был нейтрализован прибавлением кислоты.
3. Состав по любому из пп.1 и 2, в котором по меньшей мере некоторые из пористых агрегатов присоединены к частицам наполнителя.
4. Состав по любому из пп.1 и 2, в котором пористые агрегаты и частицы наполнителя имеют противоположные чистые заряды.
5. Состав по любому из пп.1 и 2, в котором частицы наполнителя являются материалом, выбранным из группы, состоящей из каолинитов, смектитов, талькитов, минералов карбоната кальция, осажденного диоксида кремния, гелеобразного диоксида кремния, тонкоизмельченного диоксида кремния, осажденного карбоната кальция, и их смеси.
6. Состав по любому из пп.1 и 2, в котором общее содержание пористых агрегатов и частиц наполнителя в составе составляет от приблизительно 1 до приблизительно 60 мас.%.
7. Состав по любому из пп.1 и 2, в котором средний диаметр частиц коллоидных первичных частиц диоксида кремния, алюмосиликата или их смеси составляет от приблизительно 2 нм до приблизительно 75 нм.
8. Способ получения состава пигмента по любому из пп.1-7, включающий стадию смешивания:
(а) водной дисперсии пористых агрегатов, полученных агрегацией коллоидных первичных частиц диоксида кремния, алюмосиликата или их смеси в водном золе, причем указанные пористые агрегаты имеют средний диаметр от приблизительно 0,03 до приблизительно 25 мкм, и,
(б) частиц наполнителя, где средний размер по меньшей мере одного измерения больше, чем средний диаметр пористых агрегатов,
в котором массовое отношение пористых агрегатов к частицам наполнителя составляет от приблизительно 0,01:1 до приблизительно 3:1.
9. Способ получения состава пигмента согласно любому из пп.1-7, включающий стадии:
(а) смешивания водного золя, включающего коллоидные первичные частицы диоксида кремния или алюмосиликата и частицы наполнителя в массовом отношении первичные частицы диоксида кремния или алюмосиликата к частицам наполнителя от приблизительно 0,01:1 до приблизительно 3:1; и,
(б) агрегации коллоидных первичных частиц диоксида кремния или алюмосиликата с образованием пористых агрегатов, имеющих средний диаметр от приблизительно 0,03 мкм до приблизительно 25 мкм, но не превышая средний размер наибольшего измерения частиц наполнителя.
10. Состав пигмента, полученный способом по любому из пп.8 и 9.
11. Состав покрытия, пригодный для покрытия бумаги или картона, включающий связующий компонент и состав пигмента согласно любому из пп.1-7 или 10.
12. Состав покрытия по п.11, в котором связующий компонент выбран из группы, состоящей из поливиниловых спиртов, необязательно модифицированных крахмалов, смол, белковых связующих, латексов и их смесей.
13. Способ получения состава покрытия, включающий стадию смешивания связующего компонента с составом пигмента согласно любому из пп.1-7 или 10.
14. Способ получения покрытой бумаги или картона, включающий стадию нанесения состава покрытия по любому из пп.11 и 12 на по меньшей мере одну сторону полотна бумаги или картона.
15. Способ по п.14, в котором покрытие наносят в количестве, достаточном, чтобы получить от приблизительно 0,4 г/м2 до приблизительно 40 г/м2 пористых агрегатов и частиц наполнителя из состава пигмента на покрытую сторону бумаги или картона.
16. Бумага или картон, полученные способом по любому из пп.14 и 15.
