DE69919075T2

DE69919075T2 - Poröses Beschichtungspigment und ein Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE69919075T2
Application number: DE69919075T
Authority: DE
Inventors: Petri Silenius
Original assignee: M Real Oyj
Current assignee: Metsa Board Oyj
Priority date: 1998-05-11
Filing date: 1999-05-11
Publication date: 2005-07-21
Anticipated expiration: 2019-05-12
Also published as: DE69919075D1; EP0960913A3; JP4573372B2; CA2271417A1; JP2000026118A; FI981045A; FI111649B; RU2206507C2; EP0960913A2; FI981045A0; US6530988B1; EE9900152A; CA2271417C; PL333048A1; EP0960913B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Beschichtungspigmente. Die Erfindung bezieht sich ebenso auf ein Substrat zum Bedrucken gemäß der Präambel des Anspruches 4.
Die Pigmente, auf die sich die Erfindung bezieht, werden für gewöhnlich zum Beschichten einer Materialbahn, wie z.B. Papier oder Pappe, verwendet. Die Substrate zum Bedrucken, auf die sich die Erfindung bezieht, werden für ihren Teil als Substrate zum Ausgestalten von Text, Bildern oder anderen derartigen Symbolen durch Zugabe von Druckfarbe auf das Substrat verwendet. Gewöhnliche Drucktechniken beinhalten Techniken, die flüssigkeitshaltige Druckfarben, insbesondere Tintenstrahldruck, verwenden.
Herkömmliche Substrate zum Bedrucken umfassen Papier und Pappe. Das Substrat zum Bedrucken kann ebenso ein Tintenstrahl-Druckerpapier sein. Das „Tintenstrahl-Druckerpapier" kennzeichnet Papier, das als Substrat zum Bedrucken verwendet wird, wenn die Tintenstrahl-Drucktechnik verwendet wird. Tintenstrahl-Druckerpapier kann z.B. ein fest oder schwach stoffgeleimtes Papier, ein holzfreies stoffgeleimtes oder oberflächengeleimtes Papier oder ein Papier sein, das speziell für den Tintenstrahldruck entwickelt worden ist.
Das Erzeugen einer guten Druckqualität mit der Tintenstrahl-Drucktechnik setzt sowohl strukturelle als auch pysikochemische Anforderungen an die Oberfläche des Papiers. Die Hauptzielrichtung in Bezug auf das Papier ist, dass die Tinte so schnell wie möglich auf der Papieroberfläche trocknen sollte und nicht in die Faserschicht eindringen sollte. Dadurch wird eine bessere Farbdichte und ein besserer Kontrast erzielt, und darüber hinaus wird ein Durchdrucken vermindert.
Die wichtigsten Anforderungen, die an einen erfolgreichen Tintenstrahldruck gesetzt werden, sind:

– die Tinte muss sehr schnell auf der Oberfläche des Substrats zum Bedrucken trocknen;
– die Druckdichte muss hoch sein;
– die Seitenränder müssen scharf sein;
– die Tonerwertzunahme beim Druck muss steuerbar sein; und
– der Druck muss eine gute Widerstandsfähigkeit gegen Wasser, Licht und Abreibung aufweisen.

Die wichtigste Eigenschaft von Tintenstrahl-Druckerpapier zur Erfüllung der oben genannten Anforderungen beim Farbdrucken ist das Tinten-Absorptionsvermögen, das die Absorptionsgeschwindigkeit, die Absorptionskapazität und die Ausrichtung der Absorption umfasst. Die Absorptionsgeschwindigkeit muss insbesondere beim Farbdrucken so hoch sein, dass der vorhergehende Tropfen Zeit hat, absorbiert zu werden, bevor der nachfolgende Tintentropfen in Kontakt mit ihm gedruckt wird. Dadurch können das Vermischen der Farben vermindert und die Druckqualität verbessert werden. Die Absorptionszeit eines Tropfens sollte bevorzugt maximal bei ein paar Millisekunden liegen. Die Absorptionskapazität auf der Oberfläche des Papiers hilft für seinen Teil, eine ausreichende Menge an Tinte in der Nähe der Papieroberfläche zu binden. Wenn zu wenig Tinte absorbiert wird, nimmt der Widerstand gegenüber einem Abreiben des Drucks ab, und wenn die Tinte zu stark absorbiert wird, wird die Dichte verringert und das Durchdrucken kann ansteigen. Die Ausrichtung der Absorption für ihren Teil beeinflusst die Tinten-Tonerwertzunahme beim Druck.
Beim Einfarbendruck sind die Anforderungen, die an die Absorptionseigenschaften gesetzt werden, nicht so hoch wie beim Farbdruck. In Einfarbendruckern kann die Abbindezeit für einen Tropfen bei 1-10 Sekunden liegen, während bei Mehrfarbendruckern eine Abbindezeit von weniger als 1 ms erforderlich sein kann, damit die Tintentropfen nicht vermischt werden. Wenn die Papieroberfläche ausreichend porös ist, kann ein schnelles Abbinden erzielt werden, wobei in diesem Fall das Lösungsmittel im Tintentropfen keine Zeit hat, den Tropfen zu stark zu verteilen, und ebenso sich erfolgreich gedruckte Tropfen nicht miteinander vermischen werden. Die Porösität der Papieroberfläche sollte ebenfalls einheitlich sein, damit die Absorption so homogen wie möglich ist. Die Oberfläche des Substrates zum Bedrucken sollte bevorzugt kompakte und gleichmäßig verteilte enge Poren in Ausrichtung mit der Substratdicke aufweisen.
Bei der Herstellung eines Substrates zum Bedrucken ist bekannt, dass auf der Oberfläche des Substrates Beschichtungszusammensetzungen aufgebracht werden, die Pigmente enthalten, um z.B. die Druck- und optischen Eigenschaften zu verbessern. Im Stand der Technik ist ein kostengünstiges, auf Mineralien basierendes Pigment, mit dessen Hilfe ein ausreichend hohes Absorptionsvermögen auf Papier auf sparsame Weise erhalten werden könnte, nicht erhältlich.
Synthetische, poröse Pigmente auf Silicatbasis sind zur Steigerung des Absorptionsvermögens von Papier und Pappe verwendet worden. Diese Pigmente sind jedoch sehr teuer.
Es ist ein Ziel der Erfindung, die oben beschriebenen Nachteile zu beseitigen und ein Pigment eines ganz neuen Typs und ein Verfahren zu seiner Herstellung bereitzustellen. Es ist ebenso ein Ziel der Erfindung, ein Substrat zum Bedrucken eines ganz neuen Typs bereitzustellen.
Die Erfindung basiert auf der Idee, dass, um ein Pigment mit gutem Absorptionsvermögen herzustellen, poröse Kalziumkarbonatpartikel durch eine Zerfallsreaktion eines kristallinen Ausgangsmaterials, das die Ausgangsverbindungen zur Bildung von Kalziumcarbonat und zusätzliche Ausgangsverbindungen zur Bildung von aus dem Ausgangsmaterial zu entfernenden Reaktionsprodukten enthält, hergestellt werden. Bei der Reaktion bildet ein wesentlicher Teil des Kalziumcarbonats einen porösen durch das Ausgangsmaterial gebildeten Gitterrahmen im Raum um den offenen Raum herum, der durch das das Ausgangsmaterial verlassende Material zurückgeblieben ist. Kalziumcarbonatkristalle, insbesondere Calcitkristalle, die Kapillarporen einschließen, werden in der Reaktion gebildet. Die Erfindung basiert ebenso auf der Verwendung dieser porösen Kalziumcarbonatpartikel auf der Oberfläche eines Substrats zum Bedrucken als Pigment, das Druckfarben oder ihre Lösungsmittel absorbiert.
Poröse Kalziumcarbonatprodukte werden z.B. im U.S. Pat. Nr. 5,007,964 offenbart. Diese Produkte bestehen jedoch aus agglomerierten Partikeln aus Kalziumcarbonat, die Trauben ähneln, oder aus Aggregaten, die in zahlreichen Richtungen um die primären Kerne gewachsen sind, wobei sie rosettenartige Kristallstrukturen ausbilden, im Gegensatz zu den Partikeln gemäß der vorliegenden Erfindung, d.h., die einheitlichen Calcitkristalle, die Kapillarporen einschließen.
Gemäß der Erfindung hat man herausgefunden, dass Calcitkristalle der gewünschten Struktur als Ergebnis einer Hitzebehandlung erhalten werden, bei der kristallines Kalziumoxalat bis zu einer Temperatur, die ausreichend ist, es in Kalziumcarbonat und Kohlenmonoxid zu zersetzen, erhitzt wird. Während einer Hitzebehandlung wird die Temperatur des Ausgangsmaterials von einer Anfangstemperatur bis zu einer Zieltemperatur angehoben, wobei diese Temperatur für mindestens zwei Stunden beibehalten wird, anschließend lässt man das hergestellte Calcit langsam abzukühlen, wobei die gewünschten Kapillarporen im Material erhalten bleiben. Die europäische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 0 515 757 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von porösen Kalziumcarbonatpartikeln mit Tintenflaschen-förmigen Poren darin. Bei diesem Verfahren wird Kalziumcarbonatpulver mit Natriumchlorid vermischt, wonach das Pulvergemisch bei 900°C zur Herstellung von Kalziumoxidpartikeln kalziniert wird. Die Kalziumoxidpartikel werden dann gelöscht und karbonisiert, wobei das gewünschte Produkt erhalten wird. Das oben beschriebene Verfahren ist recht kompliziert, und die Struktur des Endproduktes entspricht nicht der Struktur der Kristalle gemäß der vorliegenden Erfindung.
Genauer wird die Erfindung dadurch charakterisiert, was in Anspruch 1 festgehalten ist.
Das Substrat zum Bedrucken gemäß der Erfindung ist für seinen Teil dadurch gekennzeichnet, was im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 4 festgehalten ist.
Erhebliche Vorteile werden durch die Erfindung gewonnen. Folglich ist es mit Hilfe der Erfindung möglich, kristalline Pigmentpartikel herzustellen, die im Wesentlichen aus Kalziumcarbonat hergestellt worden sind und die ein größeres Porenvolumen als im Stand der Technik und daher ein vorteilhafteres spezifisches Oberfläche zu Masse Verhältnis aufweisen.
In einer bevorzugten Ausführungsform hat die Erfindung den zusätzlichen Vorteil, dass die porösen Partikel entsprechend der Erfindung im Vergleich mit Kalziumcarbonatpartikeln gemäß des Standes der Technik die Geschwindigkeit der Tintenabsorption in die Substratoberfläche steigern. Dies hat eine vorteilhafte Wirkung beim Drucken mittels Techniken, die flüssigkeitshaltige Druckfarben verwenden. Eine bedeutsame Technik dieses Typs ist der Tintenstrahldruck.
Wenn die vorliegende Erfindung auf Substrate zum Tintenstrahldruck appliziert wird, ist es möglich, das Absorptionsvermögen des Substrats zum Bedrucken zu verbessern und dadurch die Druckqualität zu verbessern, insbesondere beim Farbdruck, insbesondere, wenn lösliche Druckfarben verwendet werden. Zusätzlich zu löslichen Druckfarben ist es ebenso möglich, beim Tintenstrahldruck zum Beispiel pigmentierte oder sogenannte Flüssigwachstinten zu verwenden. Beim Farbdruck werden für gewöhnlich Cyan, Magenta und Gelb als Farbbestandteile verwendet. Die Tintenstrahl-Drucktechnik wird ebenso in bestimmten Farbkopierern, Farbfaxgeräten und Mehrzweckgeräten verwendet, die zum Beispiel Kombinationen eines Druckers, eines Kopierers, eines Faxgerätes und eines Scanners sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es ebenso möglich, die flächenbezogene Masse des Papiers zu verringern, ohne dabei die anderen Eigenschaften abzuschwächen, wie z.B. Stärke und optische Eigenschaften des Papiers.
Die Erfindung wird weiter unten im größeren Detail mit Hilfe einer detaillierten Beschreibung unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen untersucht.
1 stellt die Masse eines Materials als eine Funktion der Temperatur dar, das anfänglich Kalziumoxalatmonohydrat und später, wenn das Material erhitzt wird, dessen Zerfallsprodukt ist.
2 ist eine elektronenmikroskopische Aufnahme von Kalziumoxalatmonohydrat bei 20°C.
3 ist eine elektronenmikroskopische Aufnahme eines Materials, das aus dem Material aus 2 in Übereinstimmung mit 1 durch Erhitzen davon auf 550°C in einer Luftatmosphäre hergestellt wird.
4 ist eine elektronenmikroskopische Aufnahme eines Materials, das aus dem Material aus 2 in Übereinstimmung mit 1 durch Erhitzen davon auf eine Temperatur von 570°C in einer Luftatmosphäre hergestellt wird.
5 ist eine elektronenmikroskopische Aufnahme eines Materials, das aus dem Material aus 2 in Übereinstimmung mit 1 durch Erhitzen davon auf 600°C in einer Luftatmosphäre hergestellt wird.
6 ist eine elektronenmikroskopische Aufnahme eines Materials, das aus dem Material aus 2 in Übereinstimmung mit 1 durch Erhitzen davon auf 700°C in einer Luftatmosphäre hergestellt wird.
7 ist eine elektronenmikroskopische Aufnahme eines Materials, das aus dem Material aus 2 in Übereinstimmung mit 1 durch Erhitzen davon auf 800°C in einer Luftatmosphäre hergestellt wird.
Poröse Kalziumcarbonatpartikel werden aus einem festen Kalziumoxalat Ca(OX)₂·H₂O durch Erhitzen hergestellt. Wie oben bereits beschrieben wird bevorzugt, dass die Temperatur des Materials ziemlich schnell von einer Anfangstemperatur bis zu einer Zieltemperatur ansteigt und dass die Zieltemperatur für einen ausreichenden Zeitraum für die Bildung von kristallinen Kalziumcarbonat beibehalten wird. Übliche Anfangstemperaturen liegen im Bereich von 0°C bis 40°C und die Heizzeit bei einer Zieltemperatur liegt für gewöhnlich im Bereich von 0.1 Stunden bis 10 Stunden, bevorzugt im Bereich von 0.5 Stunden bis 3 Stunden. Nach der Hitzebehandlung werden poröse Kristalle aus Calcit langsam auf Umgebungstemperatur abgekühlt. Das Abkühlen kann zum Beispiel durch Belassen des Produktes im Heizgerät, das ausgeschaltet wird, bewirkt werden. Dadurch wird die Abkühlzeit für gewöhnlich und annähernd 1.01 bis 20 mal, bevorzugt 1.1 bis 5 mal länger als die verwendeten Heizzeiten. Wenn ein zusammenhängendes Verfahren verwendet wird, können Verarbeitungszeiten, die kürzer sind als die oben erwähnten, bevorzugt sein.
1 zeigt die Masse des Feststoffes als eine Funktion der Temperatur an, wenn ein Feststoff, der Kalziumoxalat ist, erhitzt wird. Die Masse des Feststoffes wird dargestellt beim Erhitzen in Stickstoff, Luft und Kohlenstoffdioxidatmosphäre. Wenn der Feststoff auf eine Temperatur leicht über 100°C erhitzt wird, findet eine Reaktion statt, in der das Kristallisationswasser sich vom Feststoff abtrennt. Wenn die Reaktion fortschreitet, verringert sich die Masse des Feststoffes jeweils in Übereinstimmung mit der Reaktionsgleichung I: Ca(OOC)₂·H₂O → Ca(OOC)₂ + H₂O. (I)
Wasser entweicht als Dampf und die Masse des Feststoffes fällt theoretisch auf 87.7% der anfänglichen Masse. Wenn die Temperatur auf 160°C angestiegen ist, ist das Kristallisationswasser entfernt worden. Wenn die Temperatur weiter auf ca. 440°C gesteigert wird, beginnt die folgende Reaktion abzulaufen, in der Kohlenmonoxid aus dem Feststoff entweicht und poröses Kalziumcarbonat zurückbleibt. Die Reaktionsgleichung II sieht wie folgt aus: Ca(OOC)₂ → CaCO₃ + CO. (II)
Ca(OOC)₂ ist vollständig zerfallen, wenn die Temperatur in einer Stickstoff- oder Luftatmosphäre auf ca. 480°C und in einer Kohlendioxidatmosphäre auf ca. 510°C angehoben wurde. Zu diesem Zeitpunkt ist die Masse des Feststoffes theoretisch 68.5% der anfänglichen Masse. Wenn das gebildete Kalziumcarbonat weiter auf ungefähr 580°C erhitzt wird, dann beginnt in einer Stickstoff- oder Luftatmosphäre eine Reaktion gemäß der Reaktionsgleichung III abzulaufen, in der Kohlendioxid aus dem Feststoff entweicht. CaCO₃ → CaO + CO₂. (III)
Das Endprodukt dieser Reaktion ist Kalziumoxid, das nicht für eine Verwendung als Beschichtungspigment geeignet ist. Aus diesem Grund darf die Temperatur nicht über 580°C angehoben werden, wenn die Kalziumcarbonatpartikel in einer Stickstoff- oder Luftatmosphäre durch Erhitzen hergestellt werden. Wenn das Erhitzen jedoch in einer Kohlendioxidatmosphäre durchgeführt wird, findet der Zerfall von Kalziumcarbonat zu Kalziummonoxid entsprechend der Reaktionsgleichung III nicht statt und höhere Temperaturen können verwendet werden.
Das Kalziumoxalat-Ausgangsmaterial liegt bevorzugt in einer hydratisierten Form vor, die ein oder zwei Wassermoleküle pro einzelnem Kalziumoxalatmolekül enthält. Das Ausgangsmaterial ist bevorzugt zu mindestens 50% rein.
2 zeigt die Struktur eines Ausgangsmaterials, betrachtet durch ein Elektronenmikroskop, und 3-7 zeigen die Strukturen der Materialien, die aus dem Ausgangsmaterial durch Erhitzen auf verschiedene Temperaturen gebildet worden sind. Das Erhitzen wurde in einer Stickstoffatmosphäre durchgeführt. Dort bilden sich offene Strukturen innerhalb der Poren an den Stellen, an denen Wasser oder Kohlenmonoxid abgedampft oder verdampft worden ist. Die Figur zeigt, das die Porösität des Materials als eine Funktion der Heiztemperatur zunimmt. Aus diesem Grund ist es Vorteilhaft unter Berücksichtigung der Porösität der Kalziumcarbonatpartikel, das Material auf eine Temperatur von 480-800°C zu erhitzen, besonders Vorteilhaft es auf 550-650°C zu erhitzen. Das Erhitzen auf über 580°C muss in einer Kohlendioxidatmosphäre durchgeführt werden.
Infolge der Hitzebehandlung vervielfacht sich die spezifische Oberfläche des Materials. Die spezifische Oberfläche eines Pigments gemäß der Erfindung ist mindestens 4.0 m²/g, bevorzugt ca. 5.0-100.0 m²/g und am meisten bevorzugt über ca. 10 m²/g.
Kalziumcarbonatpartikel können dadurch hergestellt werden, dass man das Kalziumoxalat-Ausgangsmaterial auf eine derartigen Partikelgröße zermahlt, dass eine geeignete Kalziumcarbonatpartikelgröße erhalten wird, wenn dieses Pulver erhitzt wird.
In einem bevorzugten Verfahren zur Herstellung von porösen Kalziumcarbonatpartikel läuft der Vorgang wie folgt ab:

– Es wird Pulver bestehend aus Kalziumoxalatmonohydrat genommen.
– Das Pulver wird erhitzt, um das Kristallisationswasser zu entfernen und das Kalziumoxalat durch Anheben der Temperatur des Pulvers von Raumtemperatur auf ungefähr 600°C und durch Beibehalten dieser Temperatur für ca. 120-200 Minuten abzubauen. Das Erhitzen auf über 550°C wird in einer Kohlendioxidatmosphäre durchgeführt. Bei niedrigeren Temperaturen als dieser kann zum Beispiel eine Atmosphäre aus Luft verwendet werden.
– Das gebildete Kalziumcarbonatmaterial wird in ca. 150-300 Minuten auf Raumtemperatur abgekühlt. Die Kohlendioxidatmosphäre wird beibehalten, bis die Temperatur unter 500°C abgefallen ist.
– Optional wird das Kalziumcarbonatmaterial weiter auf die gewünschte Partikelgröße zermahlen.

Für ein kontinuierliches Verfahren können die obigen Parameter so modifiziert werden, dass die hohe Heiztemperatur für ca. 5-400 Minuten beibehalten wird und das Abkühlen auf eine Endtemperatur in 10-300 Minuten durchgeführt wird.
Danach kann das Pulver aus porösem Kalziumcarbonatmaterial aufgeschlämmt werden und für die Herstellung eines Beschichtungsmaterials verwendet werden.
Beispiele für Pigmente, die in der Beschichtungszusammensetzung zusätzlich zu den Kalziumcarbonatpartikeln entsprechend der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, beinhalten gemahlenes Kalziumcarbonat, ausgefälltes Kalziumcarbonat, Kalziumsulfat, Aluminiumsilicat, Kaolin (hydratisiertes Aluminiumsilicat), Aluminiumhydroxid, Magnesiumsilicat, Talkum (hydratisiertes Magnesiumsilicat), Titandioxid und Bariumsulfat und Mischungen davon. Synthetische Pigmente können ebenso verwendet werden. Spezielle Kaoline und Kalziumcarbonate als auch Bariumsulfat und Zinkoxid können ebenso als Beispiele für spezielle Pigmente genannt werden.
Im Prinzip können alle bekannten Bindemittel, die für gewöhnlich bei der Papierherstellung verwendet werden, als Bindemittel in der Beschichtungszusammensetzung verwendet werden. Zusätzlich zu einzelnen Bindemitteln ist es ebenso möglich, Mischungen von Bindemitteln zu verwenden. Beispiele, die als übliche Bindemittel genannt werden können, beinhalten synthetische Bindemittel vom Latex-Typ, die aus Polymeren oder Copolymeren von ethylenisch ungesättigten Verbindungen, wie z.B. Copolymere des Butadien-Styren-Typs, die zusätzlich ein Comonomer mit einer Carboxylgruppe, wie z.B. Acrylsäure, Itaconsäure oder Maleinsäure enthalten können und Poly(vinylacetat), das Comonomere mit Carboxylgruppen enthält, bestehen können. In Kombination mit den oben genannten Agenzien ist es weiter möglich, als Bindemittel zum Beispiel wasserlösliche Polymere, Stärke, CMC, Hydroxyethylzellulose und Poly(vinylalkohol) zu verwenden.
In der Beschichtungszusammensetzung können des weiteren konventionelle Zusatzstoffe und Adjuvantien verwendet werden, wie z.B. Dispersionsmittel (z.B. ein Natriumsalz der Poly(acrylsäure)), Substanzen zum Einstellen der Viskosität und des Wasserrückhaltevermögens der Zusammensetzung (z.B. CMC, Hydroxyethylzellulose, Polyacrylate, Alginate, Benzoat), sogenannte Schmiermittel, Härtungsmittel zum Verbessern der Wasserresistenz, optische Agenzien, Entschäumer, pH-regulierende Agenzien und Substanzen die den Produktabbau verhindern. Die Schmiermittel beinhalten sulfonierte Öle, Ester, Amine, Kalzium- oder Ammoniumstearate; die Agenzien, welche die Wasserresistenz verbessern, beinhalten Glyoxal; die optischen Agenzien beinhalten Diaminostilben und Derivate der Disulfonsäure; die Entschäumer beinhalten Phosphatester, Silicone, Alkohole, Ether, pfanzliche Öle; die pH-regulierenden Agenzien beinhalten Natriumhydroxid, Ammoniak; und zuletzt die den Abbau verhindernden Agenzien, die Formaldehyd, Phenol und quarternäre Ammoniumsalze beinhalten.
Die Beschichtungszusammensetzungen der vorliegenden Erfindung können sowohl als sogenannte Precoat-Pasten als auch als Pasten zur Oberflächenbeschichtung verwendet werden. Eine Beschichtungszusammensetzung entsprechend der Erfindung enthält hauptsächlich 100 Massenteile von mindestens einem Pigment, 0.5-50 Massenteile von mindestens einem Bindemittel und 0-10 Massenteile von anderen an sich bekannten Zusätzen. 1-100 Massenteile des Pigments sind ein Pigment, das aus porösen Kalziumcarbonatpartikeln entsprechend der vorliegenden Erfindung hergestellt worden ist.

Die übliche Zusammensetzung einer Beschichtungsmixtur sieht wie folgt aus:

Poröses Kalziumcarbonatpigment	20-100 Massenteile
Herkömmliches Kalziumcarbonatpigment	80-0 Massenteile
Verdicker	0.1-2.0 Massenteile
Bindemittel	1-20 Massenteile
Additive und Adjuvantien	0.1-10 Massenteile
Wasser	Rest

Die Komponenten der Zusammensetzungen werden für gewöhnlich in der folgenden Reihenfolge zugegeben:

1. Hauptpigment
2. Andere Pigmente
3. Wasserlösliche Bindemittel
4. Latices
5. Zusätzliche Wasser- und pH-regulierende Agenzien

Die Pigmente werden für gewöhnlich mit der Beschichtungszusammensetzung in einem Brei vermengt.
In der vorliegenden Erfindung kennzeichnet das „Substrat zum Bedrucken" eine Materialbahn oder eine mit einem Beschichtungsagens beschichtete Materialbahn. Die „Materialbahn" für Ihren Teil kennzeichnet Papier oder Pappe oder ein entsprechendes zellulosehaltiges Material, das von einem ligninbehafteten Rohmaterial, insbesondere von Holz oder von einjährigen oder mehrjährigen Pflanzen abstammt.
Dieses Material kann holzhaltig oder holzfrei sein und es kann aus mechanischem, halbchemischen (chemisch-mechanischem) oder chemischen Zellstoff hergestellt werden. Der Zellstoff kann gebleicht oder ungebleicht sein. Das Material kann ebenso Sekundärfasern, insbesondere zurückgewonnenes Papier oder zurückgewonnene Pappe enthalten. Das flächenbezogene Gewicht der Materialbahn variiert für gewöhnlich von 30-250 g/m², bei der Herstellung von beschichtetem Papier liegt es bevorzugt bei ca. 30-100 g/m².
Bei der Herstellung eines Substrats zum Bedrucken gemäß der Erfindung wird auf die erste, zweite oder auf beide Seiten der zellulosehaltigen Materialbahn eine Beschichtungszusammensetzung aufgetragen, die eine Pigmentzusammensetzung enthält, die aus porösem Kalziumcarbonat besteht. Die im Pigment enthaltenen Kalziumcarbonatpartikel können zum Beispiel über ein Verfahren hergestellt werden, das dem in dem vorhergehenden Beispiel ähnelt. Die porösen Kalziumcarbonatpartikel werden als Partikel angesehen, die im Wesentlichen aus Kalziumcarbonat bestehen und die Poren umfassen, so dass die Masse dieser Partikel mindestens 10%, bevorzugt 20-80%, am meisten bevorzugt 40-70% der Masse eines Partikels, das aus einem durchgehenden Kalziumcarbonatkristall mit einem entsprechenden Außenvolumen hergestellt wird, umfasst. Die spezifische Oberfläche der porösen Kalziumcarbonatpartikel liegt mindestens bei 10 m²/g, bevorzugt mehr als 15 m²/g und am meisten bevorzugt mehr als 30 m²/g. Entsprechend der Erfindung sollten diese Partikel mindestens 1%, bevorzugt mehr als 10%, am meisten bevorzugt mehr als 40% und am allermeisten bevorzugt 80-100% der Kalziumcarbonatpartikel im Substrat zum Bedrucken ausmachen. Wenn ein Pigment wie dieses anstelle eines herkömmlichen Kalziumcarbonatpigments verwendet wird, kann das Absorptionsvermögen des Substrates zum Bedrucken um mindestens 10% und Vorteilhafterweise um mindestens 30% verbessert werden.
Von den oben beschriebenen Ausführungsformen abweichende Alternativen sind ebenso im Rahmen der vorliegenden Erfindung denkbar. Kalziumcarbonatpartikel und Pigmentsubstanzen können ebenso für die Absorption einer flüssigen Substanz, zum Beispiel in Fließpapier, verwendet werden. Das Pigment kann ebenso zu anderen Beschichtungssubstanzen, wie z.B. Farben, gegeben werden.
Die folgenden nichtbegrenzenden Beispiele verdeutlichen die Erfindung:
Beispiel 1. Herstellung von Kalziumcarbonatpartikeln
In diesem Experiment wurden 2-4 g eines analytisch reinen Kalziumoxalates (CaC₂O₄·H₂O) genommen, und es wurde aufgeteilt und in Porzellantiegel gegeben. Die Proben wurden alle abwechselnd unter einer Sauerstoffatmosphäre ausgehend von Raumtemperatur in einem Muffelofen erhitzt, so dass die Temperatur der ersten Probe auf 510°C, die der zweiten auf 530°C und die der nachfolgenden Proben entsprechend auf 550°C, 570°C, 600°C, 700°C und 800°C angehoben wurden. Die Proben wurden alle für ca. 2-3 Stunden bei Maximaltemperatur gehalten, danach wurden sie im Ofen langsam auf Raumtemperatur abgekühlt.
Ein Teil jeder Probe wurde mit einer sehr dünnen Goldschicht beschichtet, danach wurden die Proben mittels eines Elektronenmikroskops untersucht. Einige Aufnahmen sind bei einer Vergrößerung von ca. 10.000 mal in den 3-7 dargestellt.
Von den abgekühlten Proben wurden die auf 550°C und auf 800°C erhitzten Proben für eine Analyse durch Röntgenbeugungsmessungen ausgesucht. Proben des ursprünglichen Kalziumoxalates und eines genau getrennten Calcits wurden als Referenzproben ausgewählt. Die Analysen der Proben zeigten, dass die auf 550°C erhitzte Probe Calcit war. Die auf 800°C erhitzte Probe war, für ihren Teil, Kalziumoxid. Das Kalziumoxid lag in einer amorphen Form vor, so dass die Körnchen deutlich voneinander getrennt waren. Die auf 550°C erhitzte Probe war kristallines Calcit.
Darüber hinaus wurde die auf 600°C erhitzte Probe durch Messen der spezifischen Oberfläche der Probe mittels eines Oberflächenanalysators des Typs Micromeritics 2200 & 2205 vermessen. Die für die Probe durch die Annahme, dass das spezifische Gewicht von Calcit 2.71 g/cm³ war, erhaltene spezifische Oberfläche war 15 m²/g.
Beispiel 2. Beschichten einer Papierbahn
Eine Beschichtungszusammensetzung wird durch Zusammenmischen von 70 Massenteilen eines porösen Kalziumcarbonatpigments, das gemäß Beispiel 1 hergestellt worden ist, 30 Massenteilen Kaolin, 0.4 Massenteile CMC und 12 Massenteilen eines Styren-Butadien-Latexes hergestellt.
Die Beschichtungspaste wird für die Beschichtung einer Papierbahn in einer Helicoater-Laborstreichmaschine (Rakelstreichmaschine) verwendet. Die verwendete Papierbahn besteht aus einem holzfreien Papier mit einem flächenbezogenen Gewicht von 60 g/m², und die Beschichtungszusammensetzung wird darauf in einem Verhältnis von 10 g pro Quadratmeter aufgetragen.
Das beschichtete Papier hat ein ausgezeichnetes Farben- und Lösungsmittelabsorptionsvermögen, das dem Verspritzen von Farben in Verbindung mit dem Tintenstrahldruck vorbeugt und das Trocknen der Farbe beschleunigt.

Claims

Verwendung eines porösen Kalziumcarbonats, hergestellt durch Erhitzen von Kalziumoxalat, als Druckfarben oder Lösungsmittel absorbierende Substanz auf der Oberfläche einer zellulosehaltigen Materialbahn.
Verwendung gemäß Anspruch 1, wobei die zellulosehaltige Materialbahn Papier oder Pappe ist.
Verwendung gemäß Anspruch 1, wobei die zellulosehaltige Materialbahn Tintenstrahl-Druckerpapier ist.
Ein zellulosehaltiges Substrat zum Bedrucken, das eine Deckschicht aufweist, die Kalziumcarbonatpartikel enthält, dadurch gekennzeichnet, dass sie poröse Kalziumcarbonatpartikel, die durch Erhitzen von Kalziumoxalat erhältlich sind, umfasst.
Substrat zum Bedrucken gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens 5% der Kalziumcarbonatpartikel poröse Kalziumcarbonatpartikel mit Kapillarporen und einer spezifischen Oberfläche von mindestens 10 m²/g und einer Masse von 20-80% der Masse eines Partikels eines kompakten, zusammenhängenden Kalziumcarbonats mit dem entsprechenden Außenvolumen sind.
Substrat zum Bedrucken gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die spezifische Oberfläche der porösen Partikel mindestens 20 m²/g ist.
Substrat zum Bedrucken gemäß Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse der porösen Partikel 40-70% der Masse eines Partikels eines zusammenhängenden Kalziumcarbonats mit dem entsprechenden Außenvolumen ist.
Substrat zum Bedrucken gemäß einem der Ansprüche 5-7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens 10% der Kalziumcarbonatpartikel poröse Partikel sind.
Substrat zum Bedrucken gemäß einem der Ansprüche 5-8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens 20-80% der Kalziumcarbonatpartikel poröse Partikel sind.
Substrat zum Bedrucken gemäß einem der Ansprüche 5-9, dadurch gekennzeichnet, dass das zellulosehaltige Substrat Papier oder Pappe mit einem flächenbezogenen Gewicht von 30-500 g/m² ist.
Substrat zum Bedrucken gemäß einem der Ansprüche 5-10, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Tintenstrahl-Druckerpapier ist.
Substrat zum Bedrucken gemäß einem der Ansprüche 5-11, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu den Kalziumcarbonatpartikeln und porösen Kalziumcarbonatpartikeln die Beschichtung Partikel zumindest einer dritten Art enthält.
Substrat zum Bedrucken gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung Partikel aus Kalziumsulfat, Aluminiumsilicat, Kaolin, Aluminiumhydroxid, Magnesiumsilikat, Talkum, Titandioxid, Bariumsulfat und/oder Zinkoxid enthält.
Substrat zum Bedrucken gemäß Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung synthetische Pigmentpartikel enthält.