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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Zusammensetzungen
zum Streichen von Papier werden von der Papierindustrie verwendet,
um fertigem Papier die gewünschte
Festigkeit und die gewünschten
kosmetischen Eigenschaften zu verleihen. Die Streichzusammensetzung
ist typischerweise eine wässrige
Dispersion, die hauptsächlich
aus Mineralpigmenten wie Ton, Calciumcarbonat, Siliciumdioxid und
Titandioxid, und Pigment-Bindemitteln wie Stärke und Suspensionen von künstlichen
Polymeren besteht. Streichzusammensetzungen können auch bestimmte niedrige Konzentrationen
an Additiven wie Verdickungsmitteln, Feuchthaltemitteln und Gleitmitteln
enthalten.
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Die
Streichzusammensetzungen werden üblicherweise
auf eine kontinuierliche Bahn aus einem Cellulosematerial wie Papier
mittels Hochgeschwindigkeits-Streichmaschinen
wie Rakelstreichvorrichtungen, Luftrakel-Streichvorrichtungen, Stabstreichvorrichtungen
und Walzenstreichvorrichtungen aufgetragen. Es bestehen Trends zur
Verwendung von schnelleren Streichvorrichtungen zur Erhöhung der
Produktivität
und zur Verwendung von Streichzusammensetzungen mit einem höheren Feststoffgehalt
zur Verminderung der Trocknungskosten und zur Verbesserung der Bindemittelverteilung,
wodurch die Papierqualität
erhöht
wird.
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Es
ist gezeigt worden, dass Striche, die Pigmente mit einer feinen
Teilchengröße wie Calciumcarbonat enthalten,
bei der Verbesserung der Eigenschaften von Aufzeichnungspapier für den Tintenstrahldruck
besonders brauchbar sind.
U.S.
5,643,631 (Donigian et al., 1997) und
U.S. 5,783,038 (Donigian et al., 1998)
offenbaren Aufzeichnungspapier für
den thermischen Tintenstrahldruck, bei denen in der Wärme gealtertes,
ausgefälltes
Calciumcarbonat und ein Bindemittel wie Poly(vinylalkohol), Stärken und
Carboxymethylcellulose eingearbeitet sind. Die Behandlung von Papier
mit einer Streichzusammensetzung aus einer Aufschlämmung von Calciumcarbonat
mit einer feinen Teilchengröße in einem
Poly(vinylalkohol) oder einer Stärkelösung ergab eine
verbesserte optische Dichte des Tintenstrahldrucks. Ein Beispiel
für ein
zweckmäßiges Poly(vinylalkohol)-Bindemittel
war der Poly(vinylalkohol) Airvol
® 107,
der zu 98 bis 98,8 % hydrolysiert ist. Die Bindemittel wurden "gekocht", wodurch vor der
Zugabe der Pigmentaufschlämmung
eine Lösung
erhalten wurde.
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Die
Verwendung von Poly(vinylalkohol) und dessen Derivaten als Streichsysteme
für den
Tintenstrahldruck sind im Fachgebiet wohlbekannt. Zum Beispiel beschreibt
ein Artikel von C. A. Finch in Polyvinyl Alcohol – Developments,
Wiley, 1992, S. 555-556, die Verwendung von Poly(vinylalkohol) als
Bindemittel für
Druckpapier für
den Tintenstrahldruck. Es wurde angegeben, dass zu 98-99 % hydrolysierter
Poly(vinylalkohol) mit einer 4-%-Viskosität von 25-31 cP (Poval-PVA-117)
allgemein verwendet wurde.
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Ein
Gegenstand in Tappi Journal, Band 80, Nr. 1, Januar 1997, S. 68-70,
von John Boylan mit dem Titel "Using
Polyvinyl Alcohol in Ink-Jet Printing Paper" beschreibt die Verwendung verschiedener
Qualitäten von
Poly(vinylalkohol) zum Streichen von Papier. Es sei darauf hingewiesen,
dass speziell hydrolysierte Poly(vinylalkohol)-Qualitäten die
beste Bedruckbarkeit hinsichtlich einer optischen Dichte der Tinte
und der Trocknungszeit ergeben, wenn sie mit Siliciumidioxid-Pigmenten
in Papierstrichen verwendet werden. Die endgültige Viskosität von Poly(vinylalkohol)/Siliciumdioxid-Strichen
nimmt bei kleinen Erhöhungen
des Feststoffgehalts aber abrupt zu. Weil die Viskosität steigt,
beträgt
der maximale Feststoffgehalt in Abhängigkeit von der Qualität des Poly(vinylalkohols)
etwa 25 bis 30 %. Partiell hydrolysierte Qualitäten mit einer niedrigen/mittleren Molmasse
ermöglichen
den höchsten
Grad an Feststoffen im Strich.
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Zur
Verwendung von Poly(vinylalkohol) als Pigmentbindemittel für Papierstriche
gibt es viele Patente, zum Beispiel:
U.S. 4,478,910 (Oshima et al., 1984)
offenbart ein Aufzeichnungspapier für den Tintenstrahldruck, umfassend ein
Trägerblatt
mit einem speziellen Leimungsgrad mit einer Streichschicht, die
ein wasserlösliches,
polymeres Bindemittel und feine Siliciumdioxid-Teilchen umfasst.
Die Siliciumdioxid-Teilchen
haben eine spezifische Oberfläche
von mehr als 200 m
2/g, und Poly(vinylalkohol)
oder dessen Derivate sind aufgrund ihrer optischen Dichte als Bindemittel
erwünscht.
In den Beispielen wurde das von Kuraray hergestellte PVA 117 verwendet.
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U.S. 4,780,356 (Otouma et
al. 1988) offenbart einen Aufzeichnungsbogen, umfassend einen Bogen aus
Papier mit porösen
Teilchen auf der Papieroberfläche.
Die porösen
Teilchen (z.B. Siliciumdioxid, Siliciumdioxid-Aluminiumoxid, Aluminiumoxid
und Siliciumdioxid-Boroxid haben eine mittlere Porengröße von 10
bis 5000 Å,
ein Porenvolumen von 0,05 bis 3,0 cm
3/g
und eine mittlere Teilchengröße von 0,1
bis 50 μm.
Poly(vinylalkohol) kann als Bindemittel in einer Menge von 5 bis
60 Gew.-% (vorzugsweise 20 bis 40 Gew.-%), bezogen auf das Gesamtgewicht
des Bindemittels und der Teilchen, für die Teilchen verwendet werden.
In den Beispielen wurde das von Kuraray hergestellte PVA 117 verwendet.
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U.S. 5,057,570 (Miller et
al., 1991) offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer wässrigen
Papierstrich-Zusammensetzung mit hohem Feststoffgehalt, bei der
trockene, teilchenförmige
Feststoffe aus einem partiell hydrolysierten Poly(vinylalkohol)
mit niedriger Molmasse zu einer wässrigen Pigmentdispersion mit
einem hohen Feststoffgehalt gegeben werden und damit ohne externes
Heizen vermischt werden, bis sie aufgelöst sind. Die wässrige Pigmentdispersion
enthält
typischerweise Ton und/oder Calciumcarbonat mit Feststoffgehalten
von 70 bis 76 %.
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U.S. 5,270,103 (Oliver,
1993) offenbart ein aufnehmendes Blatt mit einem Strich und mit
einer Eignung zum Bedrucken mit Tinten auf der Grundlage von Wasser,
das ein Pigment, Poly(vinylalkohol)-Bindemittel und eine zusätzliche
Bindemittelkomponenten umfasst. Der Poly(vinylalkohol) ist zu wenigstens
87 mol-%, vorzugsweise zu wenigstens 99 mol-% hydrolysiert.
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JP 11-4983 (1999) offenbart
das Vermischen von Poly(vinylalkohol) mit einem organischen und/oder anorganischen
Pulver und das Vereinigen der Mischung mit Wasser unter Erhalt einer
nichtklumpenden Dispersion mit einer hohen Poly(vinylalkohol)-Konzentration.
Es wird berichtet, dass die Dispersion für Klebstoffe und Anstrichmittel
brauchbar ist. Das Poly(vinylalkohol)-Pulver hat eine mittlere Teilchengröße von 500 μm oder weniger.
Der Polymerisationsgrad beträgt
500 bis 3000 (vorzugsweise 100 bis 2500), und 75 bis 95 mol-% (vorzugsweise
75 bis 90 mol-%) sind hydrolysiert. Die beiden Materialien werden
mit einem Volumenverhältnis von
1/0,2 bis 1/15 Poly(vinylalkohol)/organische und/oder anorganische
Teilchen vermischt. Beispiele für
anorganische Teilchen sind Tone, Siliciumdioxid, Calciumcarbonat
und Bariumsulfat.
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Wie
oben aufgeführt
ist, hat sich erwiesen, dass Calciumcarbonat mit einer kleinen Teilchengröße ein besonders
brauchbares Pigment in Streichzusammensetzungen für Aufzeichnungspapier
für den
Tintenstrahldruck ist, wobei die feine Teilchengröße aber
zu einer sehr hohen Viskosität
im Bereich einer niedrigen Schergeschwindigkeit führt, nachdem
die Teilchen in eine Aufschlämmung
mit Konzentrationen überführt wurde,
die für
Streichzusammensetzungen für
Papier für
den Tintenstrahldruck erforderlich sind. Die hohe Viskosität bei diesem
Bereich einer niedrigen Schergeschwindigkeit stellt Probleme bei
der Handhabung der Dispersion während
des Streichvorgangs dar.
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KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung einer Zusammensetzung
zum Streichen von Papier mit einer verbesserten Viskosität bei niedriger
Scherung bei einer hohen Feststoffkonzentration von Calciumcarbonat
mit einer feinen Teilchengröße.
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In
einem Aspekt macht die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung
einer Zusammensetzung zum Streichen von Papier verfügbar, die
eine wässrige
Dispersion von Pigmentteilchen umfasst, die hauptsächlich Calciumcarbonat
mit einer feinen Teilchengröße enthält, wobei
die Streichzusammensetzung 10 bis 32 % Feststoffe, z.B. 10 bis 30
% Feststoffe umfasst, wobei das Verfahren Folgendes umfasst:
das
Einmischen von trockenen Poly(vinylalkohol)-Teilchen in eine wässrige Dispersion
von Pigmentteilchen, die wenigstens 90 Gew.-% Calciumcarbonat mit
einer feinen Teilchengröße enthält, mit
einer mittleren spezifischen Oberfläche von wenigstens 60 m2/g, bis die Poly(vinylalkohol)-Teilchen
gelöst
sind, ohne ein Erwärmen und
ohne Zugabe von Wasser, wodurch eine Dispersion von Pigmentteilchen
in einer wässrigen
Poly(vinylalkohol)-Lösung
gebildet wird, wobei die Dispersion von Pigmentteilchen in der wässrigen
Poly(vinylalkohol)-Lösung
0,1 bis 50 Teile Poly(vinylalkohol) auf 100 Teile Pigmentteilchen
umfasst, der Poly(vinylalkohol) einen Polymerisationsgrad von 50
bis 600 hat und zu 85 bis 90 mol-% hydrolysiert ist und die Poly(vinylalkohol)-Teilchen eine
mittlere Teilchengröße von 200 μm oder weniger
haben, und gegebenenfalls das Vermischen von anderen Streichadditiven
mit der Dispersion von Pigmentteilchen in der wässrigen Lösung von Poly(vinylalkohol).
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Die
Herstellung einer Streichzusammensetzung zuerst durch das Beimischen
eines Pulvers aus partiell hydrolysiertem Poly(vinylalkohol) mit
niedriger Molmasse, das eine feine Teilchengröße aufweist, direkt zur Aufschlämmung von
Calciumcarbonat mit einer feinen Teilchengröße bietet mehrere Vorteile.
Sie schließen
die folgenden ein:
der Poly(vinylalkohol) braucht vor dem Vermischen
mit der Calciumcarbonat-Aufschlämmung nicht
löslich
gemacht zu werden, wodurch das Problem der Zugabe von mehr Wasser
zur Aufschlämmung
und einer Verminderung der Feststoffmenge entfällt,
der Poly(vinylalkohol)
kann ohne Erwärmung
in der Calciumcarbonat-Aufschlämmung löslich gemacht
werden,
die Viskosität
bei niedriger Scherung der Calciumcarbonat-Aufschlämmung ist
signifikant vermindert, wodurch eine größere Mischeffizienz, verbesserte
Filtrierbarkeit und eine verbesserte Pumpeffizienz der fertigen
Strichformulierung ermöglicht
werden,
der Feststoffgehalt der Pigmentaufschlämmung kann
erhöht
werden, ohne dass sich die Scherviskosität erhöht, wodurch eine einfachere
Handhabung der fertigen Streichzusammensetzung ermöglicht wird,
die
Bindung des Calciumcarbonats an einem Cellulosesubstrat wird trotz
dessen hohen spezifischen Oberfläche
mit einer relativ kleinen Menge an Poly(vinylalkohol), z.B. nur
5 bis 15 Teile Poly(vinylalkohol) auf 100 Teile Pigment, bewerkstelligt,
in
der fertigen Streichformulierung sind keine zusätzlichen Bindemittel erforderlich,
und
die Poly(vinylalkohol)/Calciumcarbonat-Streichformulierung
ergibt, wenn sie auf ein Papiersubstrat als Strich eines Papiers
für den
Tintenstrahldruck aufgetragen wird, eine hervorragende Bedruckbarkeit
mittels Tintenstrahldruck.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die
wässrige
Pigmentdispersion besteht typischerweise aus wenigstens etwa 90
Gew.-% Calciumcarbonat mit einer feinen Teilchengröße mit Feststoffkonzentrationen,
die von 10 bis 32 %, z.B. 10 bis 30 %, vorzugsweise 20 bis 30 %
reichen. Bis zu 10 % andere Papierpigmente wie Tone, Siliciumdioxid
und Titandioxid können
auch vorhanden sein.
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Das
Calciumcarbonat mit einer feinen Teilchengröße hat eine mittlere spezifische
Oberfläche
von wenigstens 60 m
2/g, vorzugsweise wenigstens
80 m
2/g. Calciumcarbonat mit einer feinen
Teilchengröße kann hergestellt
werden, indem ausgefälltes
Calciumcarbonat in der Wärme
gealtert und/oder gemahlen wird, wie nach dem Verfahren, das im
U.S.-Patent Nr. 5,643,631 und
im
U.S.-Patent Nr. 5,783,038 beschrieben
ist. Calciumcarbonat mit einer mittleren spezifischen Oberfläche von
80 m
2/g ist unter der Marke JETCOAT
TM 30 Specialty PCC von Specialty Minerals
kommerziell erhältlich.
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Ein
geeignetes Pulver mit einer feinen Teilchengröße aus partiell hydrolysiertem
Poly(vinylalkohol)-Pulver mit niedriger Molmasse zur Verwendung
in der Erfindung kann zu 70 bis 90, vorzugsweise 85 bis 90 und am
meisten bevorzugt 87 bis 89 mol-% hydrolysiert sein, einen Polymerisationsgrad
(DPn) von 50 bis 600, vorzugsweise 150 bis 300 und eine mittlere
Teilchengröße von 200 μm oder weniger,
vorzugsweise 180 μm
oder weniger, haben. Ein Beispiel für ein bevorzugtes Poly(vinylalkohol)-Pulver
ist Airvol® 203S
Poly(vinylalkohol), vertrieben von Air Products and Chemicals, Inc.
Der in dieser Erfindung verwendete Poly(vinylalkohol) kann durch
Synthese- und Verseifungstechniken hergestellt werden, die den Fachleuten
auf dem Gebiet der Herstellung von Poly(vinylalkohol) wohlbekannt
sind. Eine feine Teilchengröße des Poly(vinylalkohols) kann
erreicht werden, indem die Poly(vinylalkohol)-Teilchen gemahlen
und die Teilchen durch ein Sieb geleitet werden.
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Das
Pulver mit einer feinen Teilchengröße aus partiell hydrolysiertem
Poly(vinylalkohol) mit niedriger Molmasse wird mit einer Geschwindigkeit,
die kein Verklumpen des Poly(vinylalkohols) bewirkt, langsam zu einer
gerührten
Calciumcarbonat-Aufschlämmung
gegeben. Typischerweise ist die Zugabe von Poly(vinylalkohol) mit
einer Geschwindigkeit von 1 % Poly(vinylalkohol) in 10 s ausreichend,
um ein Verklumpen zu vermeiden. Das Mischen wird fortgesetzt, bis
der Poly(vinylalkohol) löslich
gemacht ist; typischerweise wird das Mischen wenigstens 15 min lang
fortgesetzt. Das Vermischen der Calciumcarbonat-Aufschlämmung mit
dem trockenen, feinen Poly(vinylalkohol)-Pulver wird vorzugsweise
bei hohen Schergeschwindigkeiten durchgeführt. Die Menge des Poly(vinylalkohols)
kann von 0,1 bis 50 Teile/100 Teile Pigment, vorzugsweise 3 bis
25 Teile Poly(vinylalkohol)/100 Teile Pigment reichen. Es ist gefunden
worden, dass Mengen von 5 bis 15 Teilen Poly(vinylalkohol)/100 Teile
Calciumcarbonat mit einer feinen Teilchengröße das Pigment wirksam binden
können.
Eine Löslichmachung
des Poly(vinylalkohols) kann bei Raumtemperatur, d.h. 20 °C, durchgeführt werden. Zum
Löslichmachen
des Poly(vinylalkohols) ist kein Erwärmen erforderlich.
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Die
Viskosität
bei niedriger Scherung ist die Viskosität einer Flüssigkeit (beispielsweise einer
Calciumcarbonat-Aufschlämmung,
die 28 bis 32 % Feststoffe und 3 bis 25 Teile eines partiell hydrolysierten
Polyvinylalkohols mit niedriger Molmasse auf 100 Teile Calciumcarbonat
enthält),
die aus der Schergeschwindigkeit resultiert, die mittels eines Brookfield-Viskosimeters
(Spindel Nr. 3 bei 100 U./min) erzeugt wird.
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Die
Poly(vinylalkohol) enthaltende wässrige
Pigmentdispersion mit einem hohen Feststoffgehalt kann zur Herstellung
von Zusammensetzungen zum Streichen von Papier für den Tintenstrahldruck verwendet
werden, oder sie kann direkt als Zusammensetzung zum Streichen von
Papier für
den Tintenstrahldruck verwendet werden. In der Beschichtungszusammensetzung
sind keine zusätzlichen
Bindemittel oder Dispergiermittel erforderlich. Eine typische Streichzusammensetzung
für Papieranwendungen
für den
Tintenstrahldruck enthält:
90
bis 100 Teile Calciumcarbonat mit einer feinen Teilchengröße,
0
bis 10 Teile eines sekundären
Pigments,
0,1 bis 50 Teile Poly(vinylalkohol),
0 bis 3
Teile kationische Farbstoff-Fixierungsmittel wie Polyethylenimin
oder Poly(diallyldimethylammoniumchlorid) und
0 bis 0,3 Teile
eines Entschäumungsmittels.
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Die
Erfindung wird unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele, die
rein beispielhaft für
die Erfindung sein sollen, weiter verdeutlicht.
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BEISPIEL 1
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VISKOSITÄTSREGELNDE WIRKUNG
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Die
viskositätsregelnde
Wirkung eines teilweise hydrolysierten Polyvinylalkohols mit niedriger
Molmasse mit feiner Teilchengröße auf Aufschlämmungen
von Calciumcarbonat mit einer feinen Teilchengröße wurde gemessen. Ein Aliquot
von ausgefälltem
Calciumcarbonat Jet Coat
TM 30 (500 g in
einer Aufschlämmung,
die 25 bis 30 % Feststoffe enthielt), wurde mit einem Labormischer
mit hoher Scherung vom Dispergiertyp gerührt. Verschiedene Mengen Airvol
®-2035-
Poly(vinylalkohol)-Pulver, wobei 99 % der Pulverteilchen eine mittlere
Teilchengröße von weniger
als 180 μm
hatten, wurde mit einer Geschwindigkeit von 1 % auf 10 s zur gerührten Mischung
gegeben. Das Rühren
der Mischung wurde 15 min nach der Zugabe des Airvol 2035 fortgesetzt.
In einem Vergleichsbeispiel wurden 0,3 g des Dispergiermittels Tetranatriumpyrophosphat
(TSPP) zur Calciumcarbonat-Aufschlämmung gegeben. Die Brookfield-Viskosität wurde
bei 10, 20, 50 und 100 U./min gemessen. Die Messergebnisse sind
in Tabelle 1 aufgeführt. Tabelle 1
| JetCoat
30* | 5
Teile A 203S auf | 10
Teile A 203S auf | 20
Teile A 203S auf | 0,3
Teile TSPP (Dispergiermittel) auf |
Feststoffe | 28,50
% | 28,04
% | 29,72
% | 31,64
% | 27,70
% |
Brookfield-Viskosität |
10
U./min | 6960 | 1530 | 990 | 900 | 5870 |
20
U./min | 3980 | 810 | 545 | 550 | 3090 |
50
U./min | 2008 | 358 | 264 | 318 | 1308 |
100
U./min | 1152 | 209 | 165 | 223 | 690 |
- * Als Aufschlämmung von Specialty Minerals
bezogen.
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Bei
den meisten Strichen nimmt die Viskosität bei niedriger Scherung ab,
wenn der Feststoffgehalt zunimmt. Unerwartet führte die Zugabe des Airvol
203S zu Jet Coat 30 aber zu einer wesentlichen Verminderung der
Viskosität
bei niedriger Scherung. Eine Verminderung der Viskosität bei niedriger
Scherung lief bei 20 Teilen Airvol 203S/100 Teile Calciumcarbonat
aus. Die mit Airvol 203S erhaltenen Ergebnisse waren viel besser als
diejenigen, die mit dem Dispergiermittel TSPP erhalten wurden.
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BEISPIEL 2
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BINDENDE WIRKUNG
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Die
Auswirkung von Airvol 203S als Bindemittel für feine Calciumcarbonat-Teilchen auf Papier
wurde gemessen. Ein ungestrichenes Träger-Papierblatt wurde mit Band
an einer Glasplatte befestigt. Die Streichzusammensetzung wurde über der
oberen Breite des Papiers ausgegossen. Ein mit Draht umwickelter
Stab wurde auf dem Strich positioniert und über die Länge des Papiers nach unten
gezogen, wobei ein gleichmäßiger Auftrag
der Streichzusammensetzung über
die Länge
des Papiers aufgetragen wurde. Das nass gestrichene Blatt wurde
dann in einem Umluftofen 2 min lang bei 250 °F (121 °C) getrocknet.
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Die
bindende Wirkung (IGT-Haftfestigkeit) wurde mittels des Tappi-Verfahrens
T514 pm-82, "Surface Strength
of Coated Paperboard",
gemessen. In Tabelle 2 sind die Ergebnisse der IGT-Haftfestigkeitsmessung aufgeführt. Tabelle 2
Jet Coat
30 (kein A 203S) | 10
Teile A 203S auf 100 | 20
Teile A 203S auf 100 | 0,3
Teile TSPP (Dispergiermittel) |
IGT-Haftfestigkeit | Keine
Bindung | 9 | 14 | Keine
Bindung |
- *VVP = Viskositäts-Geschwindigkeits-Produkt
(kP-cm/s)
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Diese
Daten zeigen, dass die Bindung verbessert wurde, wenn die Menge
an Airvol 203S von 10 auf 20 Teile/100 Teile Jet Coat 30 erhöht wurde.
Keine Bindung erfolgte, wenn Jet Coat 30 allein oder Jet Coat 30 mit
TSPP verwendet wurden.
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BEISPIEL 3
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BEDRUCKBARKEIT
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Die
Bedruckbarkeit mit einem Laserdrucker von Papier, das mit einer
Kombination von Jet Coat 30 und dem Poly(vinylalkohol) Airvol 203S
gestrichen war, wurde gemessen, indem die Streichformulierung mit
einem drahtumwickelten Stab auf ein ungestrichenes Trägerpapier
aufgetragen und der Strich 2 min lang bei 250 °F (121 °C) getrocknet wurde. Die Streichgewichte
betrugen zwischen 8 und 10 g/m
2. Airvol
203S allein und eine Mischung aus 0,3 Teilen TSPP und Jet Coat 30
wurden als Vergleichsbeispiele verwendet. Das gestrichene Papier
wurde mit einem Tintenstrahldrucker HP 560 von Hewlett Packard mit
einem von Hewlett Packard entwickelten Testmuster bedruckt. Die
optische Dichte wurde mit einem Tobias-IQ-200-Densitometer gemessen. Die Ergebnisse
sind in Tabelle 3 aufgeführt. Tabelle 3
| Trägerblatt | A203S | 10
Teile | 20
Teile | 0,3
Teile TSPP |
Comp.-Schwarz | 0,57 | 0,75 | 0,94 | 0,96 | Stauben |
Magenta | 0,77 | N/A | 1,14 | 1,1 |
Gelb | 0,61 | N/A | 0,85 | 0,83 |
Cyan | 1,03 | 1,11 | 1,48 | 1,4 |
Mono-Schwarz | 0,86 | 0,94 | 1,32 | 1,24 |
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Die
Bedruckbarkeit mittels Tintenstrahldruck eines Bindemittels, das
für Striche
von Papier für
den Tintenstrahldruck verwendet wird, ist sehr wichtig. Das Bindemittel
muss hydrophil genug sein, damit ein Eindringen des Tintenvehikels
in den Strich möglich
ist, obwohl es ein Verbleiben der Tinte an der Oberfläche des Strichs
mit dem Pigment ermöglichen
muss. Darüber
hinaus darf das Bindemittel keine unerwünschten Tenside enthalten,
die die Oberflächenenergie
des Strichs nachteilig beeinflussen, wodurch ein Verlaufen der Tinte bewirkt
wird, was zu einer großen
Zunahme des Tintenflecks führt,
was in einer schlechten Bildung von Buchstaben und Bildern resultiert.
Ein Maß für die Bedruckbarkeit
mit Tinte für
den Tintenstrahldruck ist die optische Dichte der Tinte. Je größer die
Dichte ist, desto tiefer ist die erzeugte Farbtönung.
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Die
Daten in Tabelle 3 zeigen, dass die Kombinationen von Jet Coat 30
und Airvol 203S eine signifikant bessere optische Dichte des Tintenstrahldrucks
als A203S allein ergeben. Es wird hier gezeigt, dass Airvol 203S
die hydrophile Eigenschaft ergibt und keine unerwünschten
Tenside enthält.
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BEISPIEL 4
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VERGLEICH MIT ANDEREN PIGMENTEN
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Im
Beispiel wird die Auswirkung von Airvol 203S auf die Viskosität bei niedriger
Scherung von mehreren Pigmenten verglichen, die typischerweise für Anwendungen
zum Streichen von Papier verwendet werden. Ein Aliquot einer Pigmentaufschlämmung wurde
gewogen, und Wasser wurde nach Bedarf zugegeben, um den gewünschten
Feststoffgehalt zu erhalten. Dann wurde mit einem Mischer vom Labortyp
zu rühren
begonnen. Zur rührenden
Pigmentaufschlämmung
wurde langsam Airvol 203S gegeben, und das Mischen wurde etwa 30
min lang fortgesetzt. Eine vollständige Auflösung des Airvol 2035 wurde überprüft, indem
eine kleine Probe durch ein Sieb von 325 mesh gespült und auf
unlöslichen
Poly(vinylalkohol) geprüft
wurde. Wenn der Poly(vinylalkohol) vollständig gelöst war, wurde der endgültige Feststoffgehalt
mittels der Mikrowellentechnik gemessen. Die Viskosität der Mischung
wurde dann mittels eines Brookfield-Viskosimeters bei 100 U./min
gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 aufgeführt. Tabelle 4
Durchgang | Pigmenttyp | Pigment | % | Airvol
203S | Brookfield |
1 | Calciumcarbonat – A | 12,6 | 70 | 0 | 85 |
2 | Calciumcarbonat – A | 12,6 | 70 | 5 | 775 |
3 | Calciumcarbonat – A | 12,6 | 70 | 10 | 3252 |
4 | Calciumcarbonat – A | 12,6 | 70 | 20 | 4560 |
5 | Calciumcarbonat – A | 12,6 | 30 | 0 | 15 |
6 | Calciumcarbonat – A | 12,6 | 30 | 5 | 19 |
7 | Calciumcarbonat – A | 12,6 | 30 | 10 | 25 |
8 | Calciumcarbonat – A | 12,6 | 30 | 20 | 40 |
9 | Calciumcarbonat – B | 7,1 | 70 | 0 | 204 |
10 | Calciumcarbonat – B | 7,1 | 70 | 5 | 400 |
11 | Calciumcarbonat – B | 7,1 | 70 | 10 | 2240 |
12 | Calciumcarbonat – B | 7,1 | 70 | 20 | 2830 |
13 | Calciumcarbonat – B | 7,1 | 30 | 0 | 14,4 |
14 | Calciumcarbonat – B | 7,1 | 30 | 5 | 18 |
15 | Calciumcarbonat – B | 7,1 | 30 | 10 | 25,1 |
16 | Calciumcarbonat – B | 7,1 | 30 | 20 | 39 |
17 | Calciumcarbonat
Jet Coat 30 | 80 | 30 | 0 | 1152 |
18 | Calciumcarbonat
Jet Coat 30 | 80 | 30 | 5 | 209 |
19 | Calciumcarbonat
Jet Coat 30 | 80 | 30 | 10 | 165 |
20 | Calciumcarbonat
Jet Coat 30 | 80 | 30 | 20 | 223 |
21 | Ton | 15 | 70 | 0 | 241 |
22 | Ton | 15 | 70 | 10 | 2140 |
23 | Ton | 15 | 30 | 0 | 17,2 |
24 | Ton | 15 | 30 | 10 | 31 |
25 | Titandioxid | 7-30 | 70 | 0 | 125 |
26 | Titandioxid | 7-30 | 70 | 10 | 288 |
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Die
Pigmente der Durchgänge
Nr. 1-16 und 21-26 hatten bei einem Feststoffgehalt von 30 % aufgrund der
größeren Teilchengröße oder
der verminderten spezifischen Oberfläche dieser Pigmente im Vergleich
zum Jet Coat 30 (Durchgang Nr. 17-20) niedrige Viskositäten; d.h.,
dass die Jet-Coat-30-Teilchen
eine mittlere spezifische Oberfläche
haben, die das 5- bis 8fache der mittleren spezifischen Oberfläche der
anderen Pigmente im Beispiel beträgt. Es ist wohlbekannt, dass,
wenn die spezifische Oberfläche
von Pigmentteilchen größer wird,
die Viskosität
der Pigmentaufschlämmung
zunimmt, und durch die Zugabe eines Bindemittels wie Poly(vinylalkohol)
wird eine weitere Zunahme der Viskosität bewirkt. Unerwartet erfolgte
jedoch eine wesentliche Abnahme der Viskosität, wenn Airvol 203S zur Aufschlämmung des
Calciumcarbonats Jet Coat 30 gegeben wurde (Durchgang Nr. 17-20).
Im Gegensatz dazu nahm die Viskosität zu, wenn Airvol 203S zu den
anderen Pigmentaufschlämmungsproben
(Durchgang Nr. 1-16, 21-26) gegeben wurde.