DE102006042167B4

DE102006042167B4 - Pigmentzusammensetzung für das Beschichten von Trägermedien, Tintenstrahldruckmedium sowie Verwendung einer Pigmentzusammensetzung

Info

Publication number: DE102006042167B4
Application number: DE102006042167A
Authority: DE
Inventors: Reinhard Kräuter
Original assignee: Gebrueder Dorfner GmbH and Co KG Kaolin und Kristallquarzsand Werke
Current assignee: Gebrueder Dorfner GmbH and Co KG Kaolin und Kristallquarzsand Werke
Priority date: 2005-09-06
Filing date: 2006-09-06
Publication date: 2010-10-28
Anticipated expiration: 2026-09-07
Also published as: DE102006042167A1

Abstract

Pigmentzusammensetzung für das Beschichten von Trägermedien, umfassend mindestens
a) Natriumaluminiumsilikat und
b) mindestens ein Bindemittel,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Anteil an Natriumaluminiumsilikat bezogen auf die gesamte Pigmentmenge in der Pigmentzusammensetzung 30 bis 80 Gew.-% beträgt und die Pigmentzusammensetzung zusätzlich gefällte und/oder pyrogene Kieselsäure umfasst.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pigmentzusammensetzung für das Beschichten von Trägermedien welche mindestens Natriumaluminiumsilikat und mindestens ein Bindemittel umfasst, ein Tintenstrahldruckmedium, welches mit einer derartigen Pigmentzusammensetzung bestrichen worden ist sowie die Verwendung derartiger Pigmentzusammensetzungen und Tintenstrahldruckmedien.
Beim Bedrucken mittels Tintenstrahltechnologie werden sehr kleine Tintentropfen mit hoher Geschwindigkeit auf ein Trägermedium, wie Papier oder Folien, aufgesprüht. Die Tinte enthält Farbpigmente sowie Lösungsmittel (z. B. Wasser und/oder Alkohol).
Diese Technologie hat in den letzten zehn Jahren eine breite Anwendung gefunden. Vorteil dieser Technologie ist ihre leichte Anwendbarkeit sowie ihre große Flexibilität, vor allem beim Drucken von kleinen Auflagen. Darüber hinaus zeichnet sich diese Technologie durch hohe Geschwindigkeiten, Farbenvielfalt und Geräuschlosigkeit aus. Die wichtigsten Anforderungen an das Trägermedium (Papier, Folien etc.) sind eine hohe Randschärfe und Farbdichte, um klare Konturen und kräftige Bilder zu erhalten, eine schnelle Absorption und Trocknung, um eine hohe Wischfestigkeit und Druckgeschwindigkeit zu gewährleisten sowie eine gute Wasserfestigkeit für eine optimale Fixierung der Druckfarbe.
Die Druckqualität ist stark abhängig von dem verwendeten Trägermedium. Eine gute Qualität kann nur erreicht werden durch eine Beschichtung des Trägermediums mit einer geeigneten Pigmentmischung, die dazu beiträgt, dass die Tintenlösemittel schneller vom Trägermedium absorbiert werden, wobei die enthaltenen Farbpigmente an der Oberfläche verbleiben und fixiert werden. Dies hat eine minimale Ausbreitung der Farbpigmente und eine maximale Farbkraft zufolge. Zudem wird damit vermieden, dass die Farbe auf die Rückseite des Trä germediums durchschlägt. Durch ein schnelles Absorbieren der Flüssigkeit der Tintentropfen wird die Trockenzeit reduziert und der Produktionsprozess beschleunigt.
Durch eine rasche Entwicklung der elektronischen Datenverarbeitung werden an die Peripheriegeräte, wie Drucker, immer höhere Anforderungen gestellt. insbesondere werden höhere Druckgeschwindigkeiten erwünscht. Um hohe Druckgeschwindigkeiten gewährleisten zu können, müssen aber auch zwangsläufig an die Trägermedien höhere Anforderungen gestellt werden. Aus dem Stand der Technik sind bereits verschiedene Pigmentmischungen bekannt, die diese Anforderungen erfüllen sollen.
Vielerorts verwendete Pigmente für das Beschichten von Tintenstrahldruckpapier sind z. B. Kaolin gemäß US 4 732 786 A Calcium- oder Magnesiumcarbonat gemäß DE 3 024 205 A1 bzw. DE 692 07 438 T2 Alumina gemäß DE 690 07 520 T2 und präzipitiertes Calciumcarbonat (PCC).
EP 879 706 A2 offenbart Siliziumdioxide mit Teilchengrößen von 3–40 nm und 10–400 nm. Es werden Mischungen aufgeführt mit einem Feststoffgehalt von 12–18%.
Aus WO 99/217031 A1 ist bekannt, dass die Qualität von Trägermedien, geeignet für den Tintenstrahldruck, durch Beschichtung mit einer Pigmentfarbe, die mikroporöse Teilchen enthält, wesentlich verbessert werden kann. Diese mikroporösen Teilchen, z. B. Silika oder Alumina, zeichnen sich durch ein hohes Mikroporenvolumen und eine hohe spezifische Oberfläche aus. So wird eine Beschichtung mit einer Mischung von gefällten und pyrogenen Kieselsäuren mit Teilchengrößen von 15 nm bis 6 μm beschrieben. Rezepturen mit einem Feststoffgehalt von 11–22% werden aufgeführt.
US 6 403 162 B1 ist auf ein Verfahren zum Streichen von einem Tintenstrahldruckmedium gerichtet, wobei ultrafeine pyrogene Kieselsäure mit einer spezifischen Oberfläche von 250–500 m²/g und Teilchengrößen < 30 nm zum Einsatz kommt.
Aus EP 1 145 862 A1 ist eine Pigmentzusammensetzung bekannt, die teilhydrophobe oder hydrophobe Kieselsäuren, z. B. pyrogene, gefällte oder geleeartige Kieselsäuren, Kieselgele oder natürlich Pigmente enthalten. Vorzugsweise haben diese Pigmente eine spezifische Oberfläche von 150 bis 700 m²/g und Teilchengrößen von bevorzugt 2–200 nm. Die aufgeführten Mischungen haben einen Feststoffgehalt von 7–20%.
DE 24 49 616 B2 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von gestrichenen Papieren durch beidseitiges Auftragen einer aus einem silikat- bzw. kieselsäurehaltigen Streichpigment, Bindemittel, Wasser und chemischen Zusatzstoffen bestehenden Streichmasse, wobei in diese Streichmasse amorphes Silikat des Aluminiums und/oder Kalziums und/oder Kieselsäure mit einer spezifischen BET-Oberfläche < 300 m²/g eingearbeitet wird.
Die Druckschrift DE 36 08 614 A1 beschreibt eine in der Papierherstellung verwendete kieselsäurefreie Streichmasse aus Schichtsilikatpigmenten, Bindemitteln und Hilfsstoffen, welche u. a. Natriumaluminiumsilikat enthalten kann. Unter Bezug auf eine vorteilhafte Viskosität der Streichmasse werden Pigmente verwendet, von denen über 50% Schichtsilikatpigmente sind.
DE 699 16 207 T2 offenbart ein Tintenstrahlaufzeichnungselement, wie beispielsweise Papier, in welchem unter anderem zur Verbesserung des Tintenstrahldruckes Kieselsäure und Natriumaluminiumsilikat als Füllstoffe enthalten sein können.
Pigmente mit einer hohen spezifischen Oberfläche, z. B. pyrogene Kieselsäuren, sind aber teuer. Darum ist es angezeigt, um sich im Wettbewerb mit gleichwertigen Alternativtechnologien behaupten zu können, eine ständige Verbesserung der Druckqualität unter Verwendung von günstigen Materialien herbeizuführen. Darüber hinaus zeichnen sich herkömmliche Pigmentzusammensetzungen mit ihren Feststoffgehalten durch eine relativ hohe Viskosität aus, wodurch nur niedrige Produktionsgeschwindigkeiten beim Beschichten der Trägermaterialien gefahren werden können. Um diesem negativen Effekt entgegenzuwirken, weisen herkömmliche Pigmentzusammensetzungen hohe Wasseranteile auf, was wiederum eine Trocknung der Trägermedien nach der Beschichtung mit hohen Energiekosten bedarf. Darüber hinaus bevorzugen viele Hersteller von Trägermedien die Lieferung der Beschichtungszusammensetzung als wässrigen Slurry. Solche Pigmentmischungen mit hohem Wasseranteil sind besonders kostenintensiv beim Transport.
Folglich ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Zusammensetzung bereitzustellen, die sich zur Beschichtung von Trägermedien eignet und sich dadurch auszeichnet, dass sie auf das Trägermedium mit hohen Durchsatzraten aufgebracht werden kann, wobei eine schnelle Trocknung des Trägermaterials bei geringem Energiebedarf erfolgen kann. Darüber hinaus soll die Zusammensetzung gewährleisten, dass das damit beschichtete Trägermedi um sich durch gute Druckbarkeit auszeichnet, d. h. eine hohe Randschärfe und Farbdichte aufweist.
Diese Aufgabe wird durch eine Pigmentzusammensetzung für das Beschichten von Trägermedien gelöst, welche mindestens Natriumaluminiumsilikat und mindestens ein Bindemittel umfasst, und wobei der Anteil an Natriumaluminiumsilikat bezogen auf die gesamte Pigmentmenge in der Pigmentzusammensetzung 30 bis 80 Gew.-% beträgt und die Pigmentzusammensetzung zusätzlich gefällte und/oder pyrogene Kieselsäure umfasst.
Bei dem verwendeten Natriumaluminiumsilikat handelt es sich um einen amorphen weißen Feststoff, der aus einer chemischen Ausfällung von Natriumsilikat und Aluminiumsalz in wässrigem Medium hergestellt wird. Es ergibt somit keine konkrete Kristallstruktur des Natri umsaluminiumsilikats im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung. Kristalline Natriumsaluminiumsilikate, wie beispielsweise Zeolite, sind somit nicht vorgesehen.
Inder vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise unter der erfindungsgemäßen Pigmentzusammensetzung, eine Streichfarbe für das Beschichten von Trägermedien verstanden.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass die erfindungsgemäße Pigmentzusammensetzung bessere Eigenschaften aufweist, als herkömmliche Pigmentzusammensetzungen für die Beschichtung von Trägermaterialien. Insbesondere hat sich herausgestellt, dass die erfindungsgemäße Pigmentzusammensetzung es ermöglicht, Trägermaterialien mit hohen Durchsatzraten zu beschichten. Darüber hinaus können die Energiekosten bei der Trocknung des beschichteten Trägermaterials deutlich gesenkt werden.
Entscheidender Bestandteil der Pigmentzusammensetzung ist die Verwendung von Natriumaluminiumsilikat. Natriumaluminiumsilikat zeichnet sich gegenüber den herkömmlich verwendeten Pigmenten, wie gefällten und/oder pyrogenen Kieselsäuren dadurch aus, dass es eine niedrige spezifische Oberfläche bei gleichzeitig großer Porosität aufweist. Dagegen besitzen herkömmliche Pigmente, die zur Beschichtung von Trägermedien verwendet werden, relativ hohe spezifische Oberflächen. Als bevorzugte Natriumaluminiumsilikate werden Natriumaluminiumsilikate mit der Formel SiO₂:Al₂O₃:Na₂O eingesetzt. Es ist insbesondere bevorzugt, dass Natriumaluminiumsilikate der Formel SiO₂:Al₂O₃:Na₂O eingesetzt werden, deren Verhältnis von 75:15:10 bis 90:6:4 beträgt. Das Verhältnis SiO₂:Al₂O₃ liegt bei 75:15 bis 90:6. Das Verhältnis SiO₂:Na₂O liegt zwischen 75:10 und 90:4. In einer besonderen Ausführungsform der Pigmentzusammensetzung werden Natriumaluminiumsilikate der Formel SiO₂:Al₂O₃:Na₂O mit einem Verhältnis von 79:12:9 bis 85:10:5 verwendet. Wenn der SiO₂-Gehalt verändert wird, können sämtliche Natriumaluminiumsilikate in den oben genannten Bereichen verwendet werden, also beispielsweise mit einem Verhältnis von 76:14:10 oder 76:15:9 bezogen auf SiO₂:Al₂O₃:Na₂O.
Wie oben erwähnt, zeichnen sich Natriumaluminiumsilikate durch eine relativ geringe spezifische Oberfläche aus. Es hat sich insbesondere durch die Versuche erwiesen, dass durch Natriumaluminiumsilikate mit kleiner spezifischer Oberfläche besonders gute Resultate erzielt werden können. Folglich ist es bevorzugt, dass Natriumaluminiumsilikate zum Einsatz kommen, die eine spezifische Oberfläche aufweisen, die kleiner ist als 150 m²/g gemessen nach der BET-Methode. Es ist insbesondere bevorzugt, dass das Natriumaluminiumsilikat in der Pigmentzusammensetzung eine spezifische Oberfläche kleiner als 100 m²/g, noch mehr bevorzugt weniger als 85 m²/g, besitzt. In einer besonderen Ausführungsform kommen Natriumaluminiumsilikate zum Einsatz, die eine spezifische Oberfläche von 50–85 m²/g aufweisen.
Entscheidende Bedingung der vorliegenden Pigmentzusammensetzung ist die Gegenwart von Natriumaluminiumsilikat als Pigment. Das schließt aber die Verwendung von zusätzlichen weiteren herkömmlichen Pigmenten nicht aus. Denkbar ist insbesondere die Verwendung von gefällter und/oder pyrogener Kieselsäure. Folglich kann die Pigmentzusammensetzung in einer bevorzugten Ausführungsform Natriumaluminiumsilikat und gefällte und/oder pyrogene Kieselsäure umfassen. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform besteht die Pigmentzusammensetzung mit Bezug auf die vorhandenen Pigmente nur aus Natriumaluminiumsilikat.
Demzufolge weist die Pigmentzusammensetzung einen Anteil an Natriumaluminiumsilikat, bezogen auf die gesamte Pigmentmenge in der Pigmentzusammensetzung von 20 bis 80 Gew.-% und bevorzugt von 45 bis 70 Gew.-% auf.
Da der Anteil an Natriumaluminiumsilikat, bezogen auf die gesamte Pigmentmenge in der Pigmentzusammensetzung, nicht 100 Gew.-% beträgt, ist es bevorzugt, das die gefällte und/oder die pyrogene Kieselsäure den anderen verbleibenden Teil der Pigmentmenge in der Pigmentzusammensetzung ausmacht. Folglich ist es bevorzugt, dass der Anteil an gefällter und pyrogener Kieselsäure zusammen bezogen auf die Gesamtpigmentmenge in der Pigmentzusammensetzung 20–70 Gew.-% ausmacht. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der Anteil an gefällter und pyrogener Kieselsäure zusammen bezogen auf die Gesamtmenge in der Pigmentzusammensetzung zwischen 25 und 55 Gew.-%.
Durch die Verwendung von Natriumaluminiumsilikat ist es möglich, eine Pigmentzusammensetzung bereitzustellen, die für die Beschichtung von Trägermedien besonders gut geeignet ist und sich durch einen hohen Feststoffgehalt auszeichnet. Die hohen Feststoffgehaltwerte erlauben es, die Transportkosten sowie den Energiebedarf beim Trocknen des beschichteten Trägermaterials niedrig zu halten. Folglich ist es bevorzugt, dass die Pigmentzusammensetzung sich dadurch auszeichnet, dass der Feststoffgehalt der Pigmentzusammensetzung mindestens 20 Gew.-% ist, noch mehr bevorzugt mindestens 25 Gew.-%, beträgt. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform beträgt der Feststoffgehalt in der Pigmentzusammensetzung mindestens 30 Gew.-%.
Die hohen Mengen an Feststoffgehalt in der Pigmentzusammensetzung lassen sich durch die geringe Viskosität der Zusammensetzung erreichen. Folglich ist es bevorzugt, dass die Viskosität der Pigmentzusammensetzung nicht höher als 500 mPas ist.
Als weiterer Bestandteil der vorliegenden Pigmentzusammensetzung wird ein Bindemittel verlangt. Bevorzugte Bindemittel sind Polyvinylalkohol und Polyvinylacetat. Jedoch können auch jegliche andere Bindemittel eingesetzt werden, wie sie auf dem Gebiet der Pigmentzusammensetzung für die Beschichtung von Trägermedien bekannt sind. Bevorzugt werden Polyvinylalkohol und Polyvinylacetat zusammen eingesetzt. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der Anteil an Bindemittel bei 100 Teilen Pigment 50 Teile Bindemittel. Im Fall, dass Polyvinylalkohol und Polyvinylacetat zusammen als Bindemittel eingesetzt werden, ist es bevorzugt, dass 20 Teile Polyvinylalkohol und 30 Teile Polyvinylacetat auf 100 Teile Pigment eingesetzt werden.
Darüber hinaus können in der Pigmentzusammensetzung herkömmliche Netzmittel und Kationisierungsmittel hinzugefügt werden. Bevorzugt werden auf 100 Teile Pigment 9 Teile Kationisierungsmittel und 1 Teil Netzmittel verwendet.
Im Fall, dass die Pigmentzusammensetzung als Dispersion vorliegt, d. h. aus einem flüssigen Bestandteil und einem Feststoffbestandteil zusammengesetzt ist, ist es bevorzugt, dass der flüssige Bestandteil Wasser umfasst, noch mehr bevorzugt, dass der flüssige Bestandteil Wasser darstellt.
Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung nicht nur die Pigmentzusammensetzung zur Beschichtung von Trägermaterialien, sondern auch die beschichteten Trägermaterialien selbst. Demnach ist die vorliegende Erfindung auch auf ein Trägermedium, insbesondere ein Tintenstrahldruckmedium, gerichtet, das mit der erfindungsgemäßen Zusammensetzung, wie oben beschrieben, beschichtet worden ist, d. h. bestrichen worden ist. Als Trägermedium, insbesondere Tintenstrahldruckmedium, kommen alle herkömmlichen Trägermedien auf dem Gebiet der Tintenstrahldrucktechnik in Betracht. Insbesondere werden als Trägermedium Papier sowie Folien mit der erfindungsgemäßen Pigmentzusammensetzung beschichtet.
Die erfindungsgemäßen Trägermedien, insbesondere Tintenstrahldruckmedien, zeichnen sich durch hohe Randschärfe und Farbdichte aus. Insbesondere ist der Weißgrad R₄₅₇ mit UV mindestens 90,5%, noch mehr bevorzugt mindestens 91%. Auch ist es bevorzugt, dass das Trägermedium, insbesondere Tintenstrahldruckmedium, einen Weißegrad R₄₅₇₈ ohne UV von mindestens 86% aufweist, noch mehr bevorzugt von mindestens 86,5%. Darüber hinaus ist es erwünscht, dass das Trägermedium, insbesondere Tintenstrahldruckmedium, welches mit der erfindungsgemäßen Pigmentzusammensetzung beschichtet worden ist, eine Opazität von mindestens 88,0% aufweist.
Schließlich umfasst die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Beschichtung von Trägermedien, insbesondere Tintenstrahldruckmedien, wobei sich das Verfahren durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Pigmentzusammensetzung auszeichnet. Folglich umfasst die vorliegende Erfindung auch die Verwendung der erfindungsgemäßen Zusammensetzung zur Beschichtung von Trägermedien, insbesondere Tintenstrahldruckmedien. Darüber hinaus richtet sich die vorliegende Erfindung auch auf die Verwendung eines Trägermediums, insbesondere eines Tintenstrahlmediums, wie in der vorliegenden Erfindung offenbart, für das Bedrucken mittels Tintenstrahltechnologie.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung durch Beispiele weiter erläutert.
Beispiel 1
Auf Basis der in der Tabelle 1 angegebenen marktgängigen Streichfarbenrezeptur für gestrichene Tintenstrahldruckmedien werden unterschiedliche Gewichtsanteile der pyrogenen und gefällten Kieselsäure mit verschiedenen Pigmenten substituiert.

Neben Standardpigmenten, wie Calciumcarbonat und kalzinierte Kaoline, werden auch Natriumaluminiumsilikate getestet. Diese Produkte haben eine spezifische Oberfläche, gemessen nach BET, d. h. nach DIN 66131 mittels Stickstoffadsorption an der Oberfläche, kleiner als 100 m²/g, bevorzugt zwischen 50 m²/g und 80 m²/g, einen Weißgrad R457 von über 95, bevorzugt über 97 und ein SiO₂:Al₂O₃:Na₂O-Verhältnis von 75:15:10 bis 90:6:4, bevorzugt 79:12:9 bis 85:10:5. Die Bestimmung des ISO-Weißgrades R457 für Papier wird in der Norm ISO 2470 beschrieben. Tabelle 1: Basisrezeptur für Streichfarben für den Tintenstrahldruck

Pyrogene Kieselsäure	20 Teile	}100 Teile Pigment
Gefällte Kieselsäure	80 Teile	}100 Teile Pigment
Netzmittel	1 Teil
Kationisierungsmittel	9 Teile
Bindemittel – Polyvinylalkohol	20 Teile
Bindemittel – Polyvinylacetat	30 Teile

Die Basisrezeptur wird wie in Tabelle 2 beschrieben modifiziert: Tabelle 2 – Zusammensetzungen der Pigmentmischung (Ma-%)

Versuche	Pigment	Versuchspigment	Pyrogene Kieselsäure	Gefällte Kieselsäure
0	Standardrezeptur	0	20	80
1	Kalziniertes Kaolin	40	10	50
2	Calciumcarbonat	40	10	50
3	Natriumaluminiumsilikat	40	10	50
4	PCC	100	0	0
5	Natriumaluminiumsilikat	100	0	0
6	Natriumaluminiumsilikat	50	10	40
7	Natriumaluminiumsilikat	60	15	25
8	Natriumaluminiumsilikat	55	10	35

Für die Herstellung der Streichfarbe wird Wasser vorgelegt und Netzmittel, Kationisierungsmittel sowie Bindemittel unter Rühren zugegeben. Anschließend werden die trockenen Pigmente zugegeben und die Streichfarbe mit einem Flügelrührer gerührt. Es wird erneut Wasser zugegeben, bis eine Viskosität von etwa 400–500 mPas erreicht wird.
Feststoffgehalt der Streichfarbe, Brookfield Viskosität, Fließ- und Viskositätskurve werden gemessen und analysiert.
Mit der Streichfarbe werden Rohpapiere gestrichen. Als Rohpapier wird ein holzfreies geleimtes A4 Papier mit Flächengewicht 80 g/m² verwendet. Der Vorteil von diesem Papiertyp ist, dass deutliche Differenzierungen verschiedener Rezepturen erzielt werden. Nur die A4-Rohpapierbögen mit einem Blattgewicht zwischen 80,0 und 80,3 g/m² werden ausgewählt und mit einem Filmaufziehgerät gestrichen. Die Streichfarbe wird mit verschiedenen Rakelstäben (unterschiedliche Strichstärke) und Geschwindigkeiten auf das Rohpapier gestrichen. Anschließend werden die Papiere luftgetrocknet und das Auftragsgewicht geprüft. Mit der Rakelstab/-Geschwindigkeits-Kombination, mit der ein Auftragsgewicht von etwa 8 g/m² erzielt wird, werden anschließend 8 Blätter im Format A4 gestrichen.

Für die Bewertung der Druckqualität wird ein Standarddrucker Epson Stylus C62 verwendet mit Druckeinstellung 360 dpi bei Druck von Text und Bild. Die visuelle Bewertung des Druckbildes erfolgt nach acht verschiedenen Kriterien, die in einer resultierenden Note zwischen 1 (gut) und 5 (schlecht) bewertet sind: Schwarz/Gelb, Schrift Schwarz/Weiß, Schrift Bunt/Bunt, Sterne, Schrift Anal, Farbdreiecke, Farbfelder klein und Bildereindruck. Neben der visuellen Beurteilung werden die Druckdichte und der Farbort mittels Densitometer gemessen. Von den unbedruckten Papieren werden der Weißgrad sowie die Opazität gemessen. Eine Opazitätsmessung erfindet nach den Regelungen gemäß ISO 2471 statt. Die Ergebnisse werden in der Tabelle 3 zusammengefasst: Tabelle 3 – Zusammenfassung der Versuche

Versuch	Note	Anmerkungen
0	2	☑ gutes Druckergebnis
		☒ niedriger Feststoffanteil
		☒ hohe Haake-Viskosität
1	5	☑ starke Erhöhung des Feststoffgehaltes
		☒ schlechtes Druckergebnis
		☒ hohe Haake-Viskosität
2	5	☑ starke Erhöhung des Feststoffgehaltes
		☒ schlechtes Druckergebnis
3	1	☑ gutes Druckergebnis
		☑ kräftige Farben
		☑ keine Auffälligkeiten im Viskositätsverhalten
4	3	☑ gutes bis mittleres Druckergebnis
		☑ sehr kräftige Farbwirkung
		☒ geringes Verlaufen der Druckfarben, dadurch unscharfe Ränder
		☒ Viskosität der Streichfarbe aufgrund des geringen Feststoffgehaltes der Slurry zu gering
5	1	☑ gutes Druckergebnis
		☑ kräftige Farben
		☑ starke Erhöhung des Feststoffgehaltes
6	1	☑ gutes Druckergebnis
		☑ kräftige Farben
		☑ Erhöhung des Feststoffgehaltes
7	1	☑ gutes Druckergebnis
		☑ kräftige Farben
		☑ Erhöhung des Feststoffgehaltes
8	1	☑ gutes Druckergebnis
		☑ kräftige Farben
		☑ Erhöhung des Feststoffgehaltes

Erstaunlicherweise werden die besten Ergebnisse erreicht mit einer Streichfarbe die ein Pigment mit einer relativ niedrigen spezifischen Oberfläche und große Porosität enthält, z. B. Natriumaluminiumsilikat mit einer spezifischen Oberfläche kleiner als 100 m²/g [Versuch 5]. Mit den Pigmentzusammensetzungen 3 und 5–8 können Feststoffgehalte von über 25% erreicht werden, abhängig von den anderen Komponenten sogar über 30%.
Beispiel 2
Weitere Untersuchungen werden durchgeführt, um die optimalen Zusammensetzung zu bestimmen:
Fünf Streichfarben werden hergestellt: die Streichfarbe V 9 ist eine standardmäßig verwendete Streichfarbe und enthält die herkömmlichen gefällten und pyrogenen Kieselsäuren. In V 10 bis V 12 werden die herkömmlichen Pigmente durch einen steigenden Anteil an dem erfindungsgemäßen Natriumaluminiumsilikat ersetzt. V 13 enthält zusätzlich PCC.

Die Zusammensetzung der Streichfarben wird in der Tabelle 4 zusammengefasst: Tabelle 4 – Zusammensetzung der Streichfarben (Ma-%)

	V 9	V 10	V 11	V 12	V 13
Gefällte Kieselsäure	80	70	45	20	35
Pyrogene Kieselsäure	20	10	10	10	-
Natriumaluminiumsilikat	-	20	45	70	45
PCC	-	-	-	-	20
Bindemittel und Additive	60	60	60	60	30,5

Für die Herstellung der Streichfarbe wird eine Wassermenge, die einem theoretischen Feststoffgehalt von 40% entspricht, vorgelegt und Netzmittel, Kationisierungsmittel sowie die Bindemittel unter Rühren zugegeben. Anschließend werden die Pigmente zugegeben. Dabei wird eine Endviskosität von 400 bis 500 mPas eingestellt. Anschließend wird die Streichfarbe 10 min bei 1.400 min^–1 mit einem Flügelrührer gerührt. Von dieser Farbe wird die Brookfield-Viskosität bei 100 min^–1 gemessen. Viskositätswerte werden als Brookfield-Viskositätswerte bei einer Spindeldrehzahl von 100 UPM angegeben.
Durch die verschiedenen Pigmentzusammensetzungen weisen die Streichfarben unterschiedliche Feststoffgehalte und Viskositäten auf. Die Feststoffgehalte der Streichfarben werden in Tabelle 5 aufgelistet. Mit steigendem Gehalt des erfindungsgemäßen Pigmentes Natriumaluminiumsilikat sind bei gleichzeitiger Reduktion des Gehaltes an Kieselsäure höhere Feststoffgehalte der Streichfarben (bei etwa gleichem Viskositätsniveau) möglich. Mit der Streichfarbe V 13 mit anderer Streichfarbenrezeptur können deutlich höhere Feststoffgehalte erzielt werden. Eine Steigerung des Feststoffgehaltes von über 20% kann durch Einsatz des Natriumaluminiumsilikats erreicht werden, was sich auswirkt in entsprechend niedrigeren Transportkosten und niedrigerem Energiebedarf bei dem Trocknen des gestrichenen Papiers. Tabelle 5 – Feststoffgehalt der Streichfarben

Versuch Feststoffgehalt [%] Steigerung gegenüber Standard

V 9 26,4 0%

V 10 29,7 13%

V 11 33,5 27%

V 12 33,6 27%

V 13 39,5 50%
Für die hier durchgeführten Streichversuche wird ein holzfreies, geleimtes Streichrohpapier mit einer flächenbezogenen Masse von etwa 80 g/m² verwendet. Für das Auftragen der Streichfarben auf das Rohpapier wird ein Handrakel verwendet.
Die bei den Papieren gemessenen Weißgrade und Opazitätswerte sind in folgender Tabelle 6 gegenübergestellt. Die Messung der Weißgrade und Opazitätswerte findet nach den bereits erwähnten Regelungen gemäß ISO-DIN-Normen statt. Tabelle 6 – Optische Werte der gestrichenen Papiere

Weißgrad R₄₅₇ mit UV [%] Weißgrad R₄₅₇ ohne UV [%] Opazität [%]

V 9 90,6 86,2 88,0

V 10 90,7 86,7 88,0

V 11 90,8 86,7 88,1

V 12 91,0 87,0 88,7

V 13 91,0 84,6 89,0
Die Papiere gestrichen mit den erfindungsgemäßen Streichfarben V 10–V 13 zeigen einen höheren Weißgrad und eine höhere Opazität. In der Streichfarbzusammensetzung des V 13 wird auch ein optischer Aufheller eingesetzt, der den niedrigeren Weißgrad ohne UV erklärt. In dem Fall konnte die Opazität noch weiter gesteigert werden.
Anschließend wird die Bedruckbarkeit mit der gleichen Methode wie in Beispiel 1 bewertet. Das Ergebnis ist in folgender Tabelle 7 zusammengefasst. Die Versuche zeigen, dass die Papiere V 9 bis V 12 die beste Qualität zeigen. V 13 hat vor allem aufgrund einer geringeren Farbdichte und Randschärfe und einer deutlich geringeren Gleichmäßigkeit eine signifikant schlechtere Qualität und kann nur in bestimmten Fällen gegenüber dem Standard bevorzugt werden. Tabelle 7 – Gesamtbewertung der Bedruckbarkeit der gestrichenen Papiere

Versuch Gesamtbewertung

V 9 1–1,5

V 10 1–1,5

V 11 1–1,5

V 12 1–1,5

V 13 1,5–2
Das Pigment Natriumaluminiumsilikat ist am besten geeignet für den Einsatz in einer Streichfarbe für Tintenstrahldruckmedien. Dieses Material hat eine wesentlich niedrigere spezifische Oberfläche und ist wesentlich günstiger als herkömmlich verwendete Materialien. Das Pigment kann als einziges Pigment in der Streichfarbe eingesetzt werden oder als teilweiser Ersatz von herkömmlichen Pigmenten und sollte daher für ein optimales Ergebnis immer die Hauptfraktion ausmachen. Abhängig von den gewünschten Verarbeitungseigenschaften der Streichfarbe und vom Druck-Detailergebnis kann es auch sinnvoll sein, das Pigment nicht als Hauptfraktion einzusetzen.
Darüber hinaus sind bei Verwendung von diesem Pigment Mischungen mit einem höheren Feststoffgehalt möglich und können Papiere mit einem höheren Weißgrad und einer höheren Opazität hergestellt werden.
Sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich beansprucht, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.

Claims

Pigmentzusammensetzung für das Beschichten von Trägermedien, umfassend mindestens a) Natriumaluminiumsilikat und b) mindestens ein Bindemittel, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an Natriumaluminiumsilikat bezogen auf die gesamte Pigmentmenge in der Pigmentzusammensetzung 30 bis 80 Gew.-% beträgt und die Pigmentzusammensetzung zusätzlich gefällte und/oder pyrogene Kieselsäure umfasst.
Pigmentzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an gefällter und pyrogener Kieselsäure zusammen, bezogen auf die gesamte Pigmentmenge in der Pigmentzusammensetzung, 20 bis 70 Gew.-% beträgt.
Pigmentzusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Natriumaluminiumsilikat ein SiO₂:Al₂O₃:Na₂O Gewichtsverhältnis von 75:15:10 bis 90:6:4 hat.
Pigmentzusammensetzung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Natriumaluminiumsilikat eine spezifische Oberfläche, gemessen nach BET, kleiner als 150 m²/g hat.
Pigmentzusammensetzung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Pigmentzusammensetzung einen Feststoffgehalt von mindestens 20 Gew.-% hat.
Pigmentzusammensetzung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Viskosität der Pigmentzusammensetzung nicht größer als 500 mPas ist.
Tintenstrahldruckmedium, dadurch gekennzeichnet, dass das Tintenstrahldruckmedium mit einer Pigmentzusammensetzung nach irgendeinen der Ansprüche 1 bis 6 bestrichen worden ist.
Tintenstrahldruckmedium nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Tintenstrahldruckmedium einen Weißegrad R₄₅₇ mit UV von mindestens 90,5% aufweist.
Verwendung einer Pigmentzusammensetzung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüchen 1 bis 6 für das Beschichten von Tintenstrahldruckmedien.
Verwendung eines Tintenstrahlmediums nach Anspruch 7 oder 8 für das Bedrucken mittels Tintenstrahltechnologie.