EP2590759A1 - Verfahren zur herstellung einer siliciumdioxidpartikel und kationisierungsmittel aufweisenden dispersion - Google Patents

Verfahren zur herstellung einer siliciumdioxidpartikel und kationisierungsmittel aufweisenden dispersion

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Publication number
EP2590759A1
EP2590759A1 EP11721515.2A EP11721515A EP2590759A1 EP 2590759 A1 EP2590759 A1 EP 2590759A1 EP 11721515 A EP11721515 A EP 11721515A EP 2590759 A1 EP2590759 A1 EP 2590759A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
dispersion
weight
bet surface
water
silicon dioxide
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11721515.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan Scharfe
Andrea Heuschen
Christoph Batz-Sohn
Burkhard Standke
Christian Wassmer
Heinz Lach
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Evonik Operations GmbH
Original Assignee
Evonik Degussa GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Evonik Degussa GmbH filed Critical Evonik Degussa GmbH
Publication of EP2590759A1 publication Critical patent/EP2590759A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41M—PRINTING, DUPLICATING, MARKING, OR COPYING PROCESSES; COLOUR PRINTING
    • B41M5/00—Duplicating or marking methods; Sheet materials for use therein
    • B41M5/50—Recording sheets characterised by the coating used to improve ink, dye or pigment receptivity, e.g. for ink-jet or thermal dye transfer recording
    • B41M5/52—Macromolecular coatings
    • B41M5/5218—Macromolecular coatings characterised by inorganic additives, e.g. pigments, clays
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/113—Silicon oxides; Hydrates thereof
    • C01B33/12—Silica; Hydrates thereof, e.g. lepidoic silicic acid
    • C01B33/14—Colloidal silica, e.g. dispersions, gels, sols
    • C01B33/141—Preparation of hydrosols or aqueous dispersions
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H19/00—Coated paper; Coating material
    • D21H19/36—Coatings with pigments
    • D21H19/38—Coatings with pigments characterised by the pigments
    • D21H19/40—Coatings with pigments characterised by the pigments siliceous, e.g. clays
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41M—PRINTING, DUPLICATING, MARKING, OR COPYING PROCESSES; COLOUR PRINTING
    • B41M5/00—Duplicating or marking methods; Sheet materials for use therein
    • B41M5/26—Thermography ; Marking by high energetic means, e.g. laser otherwise than by burning, and characterised by the material used
    • B41M5/40—Thermography ; Marking by high energetic means, e.g. laser otherwise than by burning, and characterised by the material used characterised by the base backcoat, intermediate, or covering layers, e.g. for thermal transfer dye-donor or dye-receiver sheets; Heat, radiation filtering or absorbing means or layers; combined with other image registration layers or compositions; Special originals for reproduction by thermography
    • B41M5/42—Intermediate, backcoat, or covering layers
    • B41M5/426—Intermediate, backcoat, or covering layers characterised by inorganic compounds, e.g. metals, metal salts, metal complexes

Definitions

  • the invention relates to a process for the preparation of a dispersion comprising silicon dioxide particles and cationizing agents, to the dispersion itself and to a coating paint obtainable therewith.
  • EP-A-1331254 added cationic polymers. Especially with highly filled dispersions, the better because the recipes of the resulting polymers.
  • EP-A-1413451 discloses a process for producing a media sheet for ink-jet printing applications in which porous, inorganic macroparticles and an organosilane reagent are reacted on a substrate.
  • the inorganic macroparticles may be silica particles.
  • the organosilane reagent is an oligomer of the structure
  • Another object was to provide an improved high solids coating paint from this dispersion.
  • the invention relates to a process for the preparation of a
  • silica particles having a BET surface area of 30 to 500 m 2 / g
  • the cationizing agent is obtainable by reacting at least one haloalkyl-functional alkoxysilane, its hydrolysis products or condensation products and / or a mixture of the abovementioned substances with at least one aminoalcohol and a defined amount of water and optionally optionally at least partially removing the hydrolysis alcohol formed from the reaction mixture, the haloalkyl-functional alkoxysilane the general formula I
  • R 1 are identical or different and R 1 is a hydrogen, a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 8 C atoms, an aryl, arylalkyl or acyl group
  • R 2 are the same or different and R 2 is a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 8 C atoms or an aryl, arylalkyl or acyl group
  • R 3 are the same or different and R 3 is a linear, branched or cyclic alkylene group having 1 to 18 C atoms,
  • n 0 or 1 and Hal is chlorine or bromine
  • x is 0, 1 or 2
  • y is 0, 1 or 2
  • (x + y) is 0, 1 or 2
  • Groups R 4 are the same or different and R 4 is a group
  • m is an integer between 1 and 16 and z is 1 or 2 or 3.
  • the haloalkyl-functional alkoxysilane, its hydrolysis products or condensation products and / or a mixture of the abovementioned substances is to be referred to as component A and the aminoalcohol as component B.
  • IR 1 is alkyl having 1 to 4 C atoms, acyl, and R 3 is a linear alkylene group having 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 carbon atoms, preferably having 2 C atoms.
  • Preferred usable haloalkyl-functional alkoxysilanes are alkyl having 1 to 4 C atoms, acyl, and R 3 is a linear alkylene group having 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 carbon atoms, preferably having 2 C atoms.
  • Chloroethyltriethoxysilane chloroethylmethyldimethoxysilane
  • Chloroethylmethyldiethoxysilane chloroethyldimethylmethoxysilane
  • Chloroethyldimethylethoxysilane chloromethyltriethoxysilane
  • Chloromethylmethyldiethoxysilane chloromethyldinnethylnethoxysilane
  • components A and B with respect to the haloalkyl group of component A and the tertiary nitrogen of component B in a molar ratio of 2: 1 to 1: 100, in particular from 2: 1 to 1:10, preferably from 2: 1 to 1: 5, more preferably from about 1: 1 to about 1: 1, 5, wherein, if appropriate, initially setting a ratio of 1: 1 and subsequently each batch of about 0.2 of component B with respect to the present component A in 1 to 4 batches.
  • a process procedure has proven particularly advantageous in which water is present in an amount of from 0.5 to 500 mol of water per mole
  • Silicon atoms of component A is used, preferably in at least one of the hydrolysis steps 0.5 mol of water per mole of hydrolyzable alkoxy group on the silane, wherein total preferably in particular 0.5 to 25 moles of water, preferably 5 to 25 moles of water per mole Silicon atoms with respect to
  • used component A more preferably 10 to 25 moles of water per mole of silicon atoms, in particular 12 to 25 moles of water per mole of silicon atoms are used.
  • reaction is carried out in the presence of a solvent, in particular alcohol, preferably in the presence of the resulting alcohol in the hydrolysis of the alkoxysilanes, particularly preferably in the presence of ethanol, methanol,
  • the added solvent is suitably removed during the removal of the hydrolysis alcohol formed during the reaction from the system.
  • Hydrolysis alcohol is substantially completely removed, preferably by distillation, in particular already during the reaction. According to a particularly preferred procedure, for example, the amount of hydrolysis alcohol removed by distillation and water in the azeotropic mixture can be compensated for by additional addition of water.
  • Volatile solvents such as an added solvent and / or the alcohol formed in the reaction by hydrolysis, ie groups which are optionally hydrolysable to volatile solvent, in particular hydrolysis alcohol, are removed to a content in the total composition of less than 12 wt.% To 0 wt. -%, preferably by distillation according to the skilled worker methods.
  • a solvent is considered to be a composition if the content of solvents in the overall composition is less than 10 % By weight to 0% by weight, more preferably less than 5% by weight, very particularly preferably less than 2% by weight to 0.0001% by weight, in particular 1 to ⁇ 0.5% by weight, preferably 0.5 to ⁇ 0.1 wt .-% could be adjusted, wherein the removal of volatile solvent during the reaction and / or thereafter by distillation, in particular under reduced pressure in the range of 1 to 1000 mbar, preferably from 80 to 300 mbar, more preferably in the range of 80 to 180 mbar, can take place. Suitably, however, one can also lower the pressure in the course of the conversion of ambient pressure to a reduced pressure.
  • the distillation can be carried out batchwise or else continuously by means of a distillation column, thin-film evaporator and further the
  • Distilled water can be supplemented by re-addition of water. At the end of the distillation can be the desired
  • Final concentration of the solution can be adjusted by adding more water.
  • the reaction is preferably carried out at a pressure of 1 mbar to 100 bar, preferably by about 1 mbar to 1, 1 bar, preferably at ambient pressure (atmospheric pressure), and a temperature of 20 and 150 ° C, preferably between 40 to 120 ° C, more preferably between 60 to 100 ° C, in particular from 80 to 95 ° C from.
  • condensation catalyst for example, an organic or inorganic acid such as formic acid, acetic acid, propionic acid,
  • Citric acid hydrogen chloride, as gas, concentrated or aqueous
  • Hydrochloric acid boric acid, nitric acid, sulfuric acid or phosphoric acid.
  • an inorganic or organic acid can also be added at any time to adjust the pH of the composition or reaction mixture.
  • metal oxides preferably
  • silica in particular silica, fumed silica, precipitated silica, silicates, boric acid, titanium dioxide, alumina, alumina hydrate, ATH
  • Al (OH) 3 aluminum trihydroxide, Al (OH) 3
  • magnesium hydroxide (Mg (OH) 2 ) cerium oxide, yttrium oxide, calcium oxide, iron oxides, zirconium oxide, hafnium oxide, boron oxide, gallium oxide, indium oxide, tin oxide, germanium oxide and corresponding hydroxides and oxide hydrates and mixtures of at least two the aforementioned compounds with each other.
  • Suitable volatile solvents or groups which can be hydrolyzed to volatile solvents are alcohols, such as methanol, ethanol, isopropanol, n-propanol, and alkoxy groups which hydrolyze to alcohols, acyloxy group-containing radicals, and acetic acid or formic acid derived by hydrolysis, or aryloxy groups which can form phenols and also glycols and partially etherified glycols, such as ethylene glycol, diethylene glycol or methoxyethanol, which are either added to the formulation or formed by hydrolysis of their silyl esters conceived.
  • alcohols such as methanol, ethanol, isopropanol, n-propanol, and alkoxy groups which hydrolyze to alcohols, acyloxy group-containing radicals, and acetic acid or formic acid derived by hydrolysis
  • aryloxy groups which can form phenols and also glycols and partially etherified glycols, such as ethylene glycol, diethylene glycol or me
  • the invention further relates to a process for the preparation of a special silica particles and cationizing agent-containing dispersion, wherein
  • silica particles having a BET surface area of 30 to 500 m 2 / g
  • the cationizing agent comprises one or more quaternary
  • R u and R v are each independently an alkyl group of 2 to 4 carbon atoms, m is 2 to 5 and n is 2 to 5.
  • the condensation products of the quaternary, aminoalcohol-functional, organosilicon compounds can have linear, branched and / or cyclic structures or structural regions with M, D, T structures. According to 29 Si NMR spectroscopy these are, in addition to preferably 0.5 to 5%, particularly preferably 1 to 3%, monomeric structures, preferably 3 to 15%, particularly preferably 5 to 10%, M structures and preferably 35 to 60th %, more preferably 40 to 55%, of D structures.
  • M-D, T structures can be found in Walter Noll, Chemie und Technologie der Silicones, 1968, Verlag Chemie GmbH, Weinheim, Chapter 1.
  • the quaternary, aminoalcohol-functional, organosilicon compounds preferably have a number average molecular weight M n of 500 to 5000, particularly preferably 1000 to 2500 on.
  • the proportion of quaternary, aminoalcohol-functional, organosilicon compounds in the aqueous solution is preferably 30 to 60 wt .-% and particularly preferably 40 to 50 wt .-%.
  • the silica particles used are amorphous silica particles.
  • the silica particles carry condensable groups on their surface, for example OH groups.
  • the amorphous silica particles can be
  • the silica particles are pyrogenically produced particles.
  • pyrogenic is meant the hydrolysis or oxidation of silicon compounds in the gas phase in a flame generated, as a rule, by the reaction of hydrogen and oxygen. Firstly, highly dispersed, non-porous primary particles are formed, which grow together in the further course of the reaction to form aggregates and which can further assemble them into agglomerates.
  • the BET surface area of the silica particles used can vary over a wide range, from 30 to 500 m 2 / g. However, it has been found that the use of pyrogenically prepared silicon dioxide particles having a BET surface area of 200 m 2 / g or more, in particular those having a BET surface area of 240 to 330 m 2 / g, leads to dispersions which have particularly good properties in the Inkjet area have.
  • one or more basic substances can additionally be used.
  • these may be amines and / or salts thereof.
  • acids can be used. Suitable acids may be hydrochloric acid, C 1 -C 4 -carboxylic acids, C 1 -C 4 -hydroxycarboxylic acids or C 1 -C 4 -dicarboxylic acids.
  • the acid is usually added in an amount such that a pH of the dispersion of 2 to 6, preferably 3 to 5, more preferably 3.5 to 4.5 results. It should be noted, however, that even without the addition of acid stable dispersions can be obtained.
  • organic solvents, bactericides and / or fungicides can be used in the preparation of the dispersion. In general, in the preparation of the dispersion, the procedure is that initially under low energy input, for example by means of a
  • Dissolvers a predispersion prepared by adding silica particles to the liquid components of the dispersion.
  • the actual dispersion takes place, in which the energy input is higher than in the first step.
  • Suitable Dispregieraggregate are known in the art.
  • An example is a rotor-stator unit called.
  • Another object of the invention is a dispersion obtainable by the process according to the invention.
  • This has an average particle diameter, determined by means of dynamic light scattering, of preferably 120 to 250 nm, particularly preferably 130 to 180 nm.
  • the dispersion according to the invention contains 35 to 40% by weight of pyrogenically prepared silicon dioxide particles having a BET surface area of 250 m 2 / g to 350 m 2 / g and the average particle diameter determined by dynamic light scattering is 130 to 180 nm ,
  • Another object of the invention is a coating color which contains the dispersion according to the invention and at least one binder.
  • binders which can be used are: polyvinyl alcohol, partially or completely saponified, and cationized polyvinyl alcohol having a primary, secondary or tertiary amino group or a tertiary one
  • Ammonium group on the main chain or on the side chain is N-(Ammonium group on the main chain or on the side chain.
  • Polyvinylpyrrolidones polyvinyl acetates, silanized polyvinyl alcohols, styrene-acrylate latices, styrene-butadiene latices, melamine resins, ethylene-vinyl acetate copolymers, polyurethane resins, synthetic resins such as polymethyl methacrylates, polyester resins (eg unsaturated polyester resins), polyacrylates , modified starch, casein, gelatin and / or cellulose derivatives (eg
  • the coating color may also contain one or more other pigments such as calcium carbonates, layered silicates, aluminum silicates, plastic pigments (eg polystyrene, polyethylene, polypropylene), silica gels, aluminum compounds (eg aluminum sols, colloidal aluminas and their hydroxy compounds such as pseudoboehmites, boehmites, aluminum hydroxides). .
  • pigments such as calcium carbonates, layered silicates, aluminum silicates, plastic pigments (eg polystyrene, polyethylene, polypropylene), silica gels, aluminum compounds (eg aluminum sols, colloidal aluminas and their hydroxy compounds such as pseudoboehmites, boehmites, aluminum hydroxides).
  • the coating color may have a content of mixed oxide particles between 10 and 60 wt .-%. It may preferably be greater than 15% by weight, more preferably it may be greater than 25% by weight.
  • Coating may serve crosslinkers such as zirconium oxides, boric acid,
  • auxiliaries such as optical brighteners, defoamers,
  • wetting agents pH buffers, UV absorbers and viscosity aids are used.
  • the coating composition according to the invention preferably has a solids content of from 10 to 30% by weight and more preferably from 15 to 30% by weight. Another object of the invention is the use of the
  • Dispersion according to the invention and coating color for coating ink-receiving inkjet media are Dispersion according to the invention and coating color for coating ink-receiving inkjet media.
  • a further subject of the invention is an ink-receiving medium comprising an ink-receiving layer, wherein the ink-receiving layer comprises the coating color of the invention and a support.
  • a support there can be used, for example, paper, coated paper, resin films such as a polyester resin including polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate
  • Diacetate resin a triacetate resin, an acrylic resin, a polycarbonate resin, a Polyvinyl chloride, a polyimide resin, Celluphan, celluloid and a glass plate can be used.
  • photo base papers i. Papers on which one or more layers of polyethylene film has been applied to the front and / or back.
  • the ink-accepting medium of the present invention also includes media in which the ink-receiving layer consists of multiple coating layers of the same type or other layers.
  • the coating color according to the invention can only be in one or more layers.
  • further ink-absorptive coatings may be included.
  • one or more polymeric layers e.g., polyethylene
  • one or more polymeric layers may be applied to the substrate and / or the coating of the present invention to increase mechanical stability and / or gloss in the coating (e.g., photo base paper, lamination).
  • the carriers can be transparent or opaque.
  • the thickness of the carrier is not limited, preferably thicknesses between 50 and 250 ⁇ be used.
  • the coating color can be applied to the support and dried.
  • Coating paint can be used with all common application methods, such as roller application, blade coating, air brush, doctor blade (profiled, smooth, nip), cast-bar process, film press, size press, curtain-coating process and slot nozzle application (eg casting squeegee, slot-dye) and
  • the coated substrate can with all conventional methods such as air or convection drying (eg hot air duct), contact or
  • Conduction drying energy beam drying (e.g., infrared and
  • Hydrolyzable chloride was titrated potentiographically with silver nitrate (for example, Metrohm, Type 682 silver rod as indicator electrode and Ag / AgCl reference electrode or other suitable reference electrode).
  • silver nitrate for example, Metrohm, Type 682 silver rod as indicator electrode and Ag / AgCl reference electrode or other suitable reference electrode.
  • Acidification with nitric acid is measured potentiographically with silver nitrate, as above.
  • the analysis values for hydrolyzable chloride and total chloride are identical and thus a measure of the completeness of the reaction, since with total chloride the sum of salt-like chloride (amine hydrochloride) and covalently bonded chlorine (chloroalkyl function) and with hydrolyzable chloride exclusively salt-like or water-cleavable chloride
  • Digestion solution bright and clear of any precipitated silica is clear.
  • the digestion vessel is connected to the distillation apparatus and distilled over ammonia released ammonia (27%) in the template.
  • V consumption of sulfuric acid in ml
  • c concentration of sulfuric acid in mol / l
  • z
  • the determination of S1O2 is carried out after decomposition by means of sulfuric acid and Kjeldahl catalyst, by determining the weight of the precipitated S1O2.
  • Example 1 Preparation of a cationizing agent
  • Chloropropyltriethoxysilane (CPTEO) and N, N-Dimethylethanolamine A 41 four-necked flask is charged with 1283.0 g of CPTEO (5.328 mol) and 160.0 g of ethanol. At RT, 143.9g of deionized water (1.5mol H2O / mol of Si) are removed within 16min. dropwise. The bottom temperature rises to about 40 ° C.
  • p-DADMAC 60g of p-DADMAC are added to 1350g of DI water.
  • 320 g of AEROSIL ® 300 are by means of a dissolver at 1500 to 4000 rev / min for 40 min and then stirred further predispersed over a period of 5 min at 2000 U / min.
  • a rotor-stator dispersion 15000 rev / min with cooling ( ⁇ 30 ° C) is dispersed for 30 minutes. Finally, the dispersion is filtered through a 500 ⁇ sieve.
  • AEROSIL ® 300 To 1200 g of deionized water 425 g of AEROSIL ® 300 are by means of a dissolver at 1500 to 4000 rev / min for 30 min and then stirred predispersed over a period of five minutes at 2000 rev / min on. Subsequently, it is now dispersed with a rotor-stator disperser at 15,000 rpm with cooling ( ⁇ 30 ° C) for 10 min.
  • 428 g of AEROSIL ® 300 are with a dissolver at 1500 to 5000 U / min in a mixture of 805 g of demineralized water and 47.4 g of the solution of Example 1 within 17 min and stirred for 10 minutes at 2000 rev / min
  • the mixture is then dispersed with a rotor-stator disperser (Kinematica Polytron PT6100) over a period of 30 minutes at 10,000 rpm. Finally, the dispersion is filtered through a 500 ⁇ sieve.
  • the physico-chemical data of the dispersions D1 -D3 can be found in Table 2.
  • the dispersion examples D4-D6 show, regardless of the parameter of the particle diameter, which solids content is possible with the maximum cationizing additive. As expected, the dispersions have very high viscosities but are still liquid and processable.
  • p-DADMAC 60g of p-DADMAC are added to 1 190 g of deionized water. Then, 320 g of AEROSIL ® 300 are stirred by means of a dissolver at 1500 to 4000 rev / min and then further predispersed over a period of five minutes at 2000 U / min. The following will now be with a rotor-stator disperser dispersed at 15,000 rpm with cooling ( ⁇ 30 ° C) for ten minutes. Finally, the dispersion is filtered through a 500 ⁇ sieve.
  • the dispersion is filtered through a 500 ⁇ sieve.
  • AEROSIL ® 300 557 g of AEROSIL ® 300 are stirred with a dissolver at 1500 to 5000 U / min in a mixture of 885 g of demineralized water and 58 g of the solution from Example 1 and 10 minutes further dispersed at 2000 U / min. It is then dispersed with a rotor-stator disperser (Kinematica Polytron PT6100) over a period of 30 minutes at 10,000 rpm. Finally, the dispersion is filtered through a 500 ⁇ sieve.
  • dispersions of the invention are also prepared based on other AEROSIL® types.
  • the AEROSIL ® powder is stirred with a dissolver at 1500 to 5000 U / min in a mixture of 885 g of DI water and the appropriate amount of cationizing agent from Example 1 and further dispersed at 2000 U / min for 10 minutes. It is then treated with a rotor-stator dispersing device (Kinematica Polytron PT6100) via a Period of 30 minutes at 10,000 rpm dispersed. Finally, the dispersion is filtered through a 500 ⁇ sieve. Starting materials and quantities, as well as physical-chemical data of the dispersions D7-D10 are shown in Table 4.
  • the glyoxal-containing composition "Cartabond TSI" from Clariant is added, the amount corresponding to 4.8% by weight of the amount of the polyvinyl alcohol.
  • the viscosity of the ink jet coating is measured after 24 h by means of a Brookfield viscometer.
  • S2 and S3 are prepared analogously to S1, but using the respective dispersion D2 and D3.
  • the solids contents and viscosities of the coating colors are shown in Table 5.
  • the coating colors S1 to S3 are each profiled using a
  • wet film thickness of the respective coating color is chosen so that a
  • the coating is kept at 105 ° C for a period of 8 minutes
  • the coated papers are printed on a Canon PIXMA iP6600D ink jet printer with the highest resolution. The rating of
  • Solids content a) Weight% 23.0 30 39 Avg. Particle 0 b) nm 132 125 1 14

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Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Siliciumdioxidpartikel und Kationisierungsmittel aufweisenden Dispersion, indem man 50 bis 75 Gewichtsteile Wasser, 25 bis 50 Gewichtsteile Siliciumdioxidpartikel mit einer BET-Oberfläche von 30 bis 500 m2/g und 100 bis 300 μg Kationisierungsmittel pro Quadratmeter BET-Oberfläche der Siliciumdioxidpartikel dispergiert, wobei das Kationisierungsmittel erhältlich ist, indem man mindestens ein halogenalkylfunktionelles Alkoxysilan, dessen Hydrolyseprodukte oder Kondensationsprodukte und/oder ein Gemisch der vorgenannten Stoffe mit mindestens einem Aminoalkohol und einer definierten Menge Wasser umsetzt und den gebildeten Hydrolysealkohol optional zumindest teilweise aus dem Reaktionsgemisch entfernt. Verfahren zur Herstellung einer Siliciumdioxidpartikel und Kationisierungsmittel aufweisenden Dispersion, indem man 50 bis 75 Gewichtsteile Wasser, 25 bis 50 Gewichtsteile Siliciumdioxidpartikel mit einer BET-Oberfläche von 30 bis 500 m2/g und 100 bis 300 μg eines Kationisierungsmittels pro Quadratmeter BET-Oberfläche der Siliciumdioxidpartikel dispergiert, wobei das Kationisierungsmittel eine oder mehrere quartäre, aminoalkoholfunktionelle, siliciumorganische Verbindungen der allgemeinen Formel III und/oder deren Kondensationsprodukte umfasst, wobei Ru und Rv, jeweils unabhängig voneinander, eine Alkylgruppe mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen ist, m = 2 bis 5 und n = 2 bis 5 ist.

Description

Verfahren zur Herstellung einer Siliciunndioxidpartikel und
Kationisierungsmittel aufweisenden Dispersion
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Siliciunndioxidpartikel und Kationisierungsmittel aufweisenden Dispersion, die Dispersion selbst und eine hiermit herstellbare Streichfarbe.
Es ist bekannt Siliciumdioxid enthaltende wässerige Dispersionen zur
Herstellung von Streichfarben für tintenaufnehmende Schichten im Inkjet- Bereich einzusetzen. Zur Verbesserung der Qualität, insbesondere der
Wasserfestigkeit und Farbdichte der resultierenden Tintenaufnahmeschichten, werden diesen Dispersionen in EP-A-1013605, DE-A-10033054 oder
EP-A-1331254 kationische Polymere zugesetzt. Insbesondere bei hochgefüllten Dispersionen, die wegen besserer Rezeptierbarkeit der resultierenden
Streichfarben und ökonomischen sowie ökologischen Gründen (reduzierte Wasserverdampfung und Energieaufwand bei der Trocknung) besonders erwünscht sind, kann jedoch die Zugabe von bekannten kationischen
Polymeren zu einem extremen Anstieg der Viskosität führen und eine
Verarbeitung der Dispersionen bei hohem Füllgrad unmöglich machen.
In EP-A-1413451 wird ein Verfahren zur Herstellung eines Medienblattes für Tintenstrahldruckanwendungen offenbart, bei dem poröse, anorganische Makropartikel und ein Organosilanreagenz auf einem Substrat zur Reaktion gebracht werden. Bei den anorganischen Makropartikeln kann es sich um Siliciumdioxidpartikel handeln. Das Organosilanreagenz ist ein Oligomeres der Struktur
wobei x + y = 4, R1 und R2 Aminopropyl ist und die relative Molekülmasse 270 bis 550 ist. Mit diesem Verfahren soll die Dauerhaftigkeit der Druckfarben verbessert werden können.
Trotz der Fortschritte im Stand der Technik bleiben die Verarbeitbarkeit der eingesetzten Dispersionen bei hohem Feststoffgehalt und die Verbesserung der Druckqualität im Inkjet-Bereich zentrale noch zu verbessernde Parameter.
Es war daher die technische Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine
Dispersion bereitzustellen, welche die Mängel des Standes der Technik nicht aufweist. Eine weitere Aufgabe war die Bereitstellung einer verbesserten Streichfarbe mit hohem Feststoffgehalt ausgehend von dieser Dispersion.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer
Siliciumdioxidpartikel und Kationisierungsmittel aufweisenden Dispersion, dadurch gekennzeichnet, dass man
a) 50 bis 75 Gewichtsteile Wasser
b) 25 bis 50 Gewichtsteile Siliciumdioxidpartikel mit einer BET-Oberfläche von 30 bis 500 m2/g und
c) 100 bis 300 g Kationisierungsmittel pro Quadratmeter BET-Oberfläche der Siliciumdioxidpartikel
dispergiert, wobei
das Kationisierungsmittel erhältlich ist, indem man mindestens ein halogenalkylfunktionelles Alkoxysilan, dessen Hydrolyseprodukte oder Kondensationsprodukte und/oder ein Gemisch der vorgenannten Stoffe mit mindestens einem Aminoalkohol und einer definierten Menge Wasser umsetzt und den gebildeten Hydrolysealkohol optional zumindest teilweise aus dem Reaktionsgemisch entfernt, wobei das halogenalkylfunktionelle Alkoxysilan die allgemeine Formel I
(R1O)3-x-y(R2)xSi[(R3)nCH2Hal] i +y (I), besitzt, worin
Gruppen R1 gleich oder verschieden sind und R1 für ein Wasserstoff, eine lineare, verzweigte oder cyclische Alkyl-Gruppe mit 1 bis 8 C-Atomen, eine Aryl-, Arylalkyl- oder Acyl-Gruppe steht, Gruppen R2 gleich oder verschieden sind und R2für eine lineare, verzweigte oder cyclische Alkyl-Gruppe mit 1 bis 8 C-Atomen oder für eine Aryl-, Arylalkyl- oder Acyl-Gruppe steht,
Gruppen R3 gleich oder verschieden sind und R3 eine lineare, verzweigte oder cyclische Alkylengruppe mit 1 bis 18 C-Atomen darstellt,
n gleich 0 oder 1 ist und Hai für Chlor oder Brom steht,
und x gleich 0, 1 oder 2, y gleich 0, 1 oder 2 und (x + y) gleich 0, 1 oder 2 sind,
der Aminoalkohol die allgemeine Formel II
[HO-(CH2)m-]zN(R4)3-z (II), besitzt, worin
Gruppen R4 gleich oder verschieden sind und R4für eine Gruppe
umfassend C1 - bis C16-Atome steht, m für eine ganze Zahl zwischen 1 und 16 und z für 1 oder 2 oder 3 stehen.
In den weiteren Ausführungen zur Erfindung soll das halogenalkylfunktionelle Alkoxysilan, dessen Hydrolyseprodukte oder Kondensationsprodukte und/oder ein Gemisch der vorgenannten Stoffe als Komponente A und der Aminoalkohol als Komponente B bezeichnet werden.
Die Umsetzung der Komponente A und der Komponente B führt man in
Gegenwart einer definierten Menge Wasser durch oder setzt die Komponente A mit Komponente B um und hydrolysiert anschließend in Gegenwart einer definierten Menge Wasser, vorzugsweise weist die Komponente A,
insbesondere der Formel I R1 gleich Alkyl mit 1 bis 4 C-Atomen, Acyl, und R3 eine lineare Alkylengruppe mit 1 , 2, 3, 4, 5, 6, 7 C-Atomen, bevorzugt mit 2 C- Atomen auf. Bevorzugt einsetzbare halogenalkylfunktionelle Alkoxysilane sind
3-Chlor-propyltrimethoxysilan, 3-Chlorpropyltriethoxysilan,
3-Chlorpropyltripropoxysilan, Chlorpropyl-methyldimethoxysilan,
Chlorpropylmethyldiethoxysilan, Chlorpropyl-dimethylethoxysilan,
Chlorpropyldimethylmethoxysilan, Chlorethyltrimethoxysilan,
Chlorethyltriethoxysilan, Chlorethylmethyldimethoxysilan,
Chlorethylmethyldiethoxysilan, Chlorethyldimethylmethoxysilan, Chlorethyldimethylethoxysilan, Chlormethyltri-ethoxysilan,
Chlormethyltrimethoxysilan, Chlormethylnnethyldinnethoxysilan,
Chlormethylnnethyldiethoxysilan, Chlormethyldinnethylnnethoxysilan,
Chlormethyldinnethylethoxysilan, 2-Chlorisopropyltris(nnethoxyethoxy)silan, 3-Chlorpropylcyclohexyldiethoxyslan, 3-Chlorisobutyltrinnethoxysilan,
3-Chlorisobutyltriethoxysilan, 3-Chlorpropylcyclohexyldimethoxysilan,
3-Bromisropyldiethylcyclohexoxysilan, 3-Chlorpropylcyclopentyldienethoxysilan,
3- Bromisobutyltrinnethoxysilan, 3-Chlorisobutylbis(ethoxyethoxy)nnethylsilan,
4- Brom-n-butyltriethoxysilan, 4-Chlor-n-butyldiethoxycyclopentylsilan,
5- Chlor-n-pentyltri-n-butoxysilan, 5-Brom-n-pentyltriethoxysilan,
4- Brom-3-nnethylbutyldinnethoxyphenylsilan, 5-Brom-n-pentyltri-n-butoxysilan,
5- Chlor-n-pentyltriethoxysilan, 6-Chlor-n-hexylethoxydimethylsilan,
6- Brom-n-hexylpropyldipropoxysilan, 6-Chlor-n-hexyldiethoxyethylsilan,
7- Chlor-n-heptyltriethoxysilan, 7-Chlorheptyldimethoxycycloheptylsilan,
7- Brom-n-heptyl-diethoxycyclooctylsilan, 8-Chlor-n-oxtyltriethoxysilan,
8- Brom-n-octyldinnethylcyclohexoxysilan, 3-Chlorpropyldiethoxyphenylsilan, 3-Chlorpropylmethoxyethoxybenzylsilan, 3-Brompropyldinnethoxybenzylsilan und/oder deren Hydrolyse- und/oder Homo- und/oder Co- Kondensationsprodukte oder zweckmäßig 1 ,4-Chlorphenyltrimethoxysilan,
1 ,4-Chlorbenzyltriethoxysilan und Chlormethyl-p-methylphenyl-trimethoxysilan und/oder deren Hydrolyse- und/oder Homo- und/oder Co- Kondensationsprodukte.
Besonders bevorzugt können 3-Chlorpropyltrimethoxysilan,
3-Chlorpropyltriethoxysilan, 3-Chlorpropyl-methyldimethoxysilan,
3-Chlorpropyl-methyldiethoxysilan, 3-Chlorpropyl-dimethylethoxysilan oder 3-Chlorpropyl-dimethylmethoxysilan oder ein Hydrolyse- oder
Kondensationsprodukt der zuvor genannten Alkoxysilane eingesetzt werden.
Besonders vorteilhaft setzt man die Komponenten A und B in Bezug auf die Halogenalkyl-Gruppe der Komponente A und den tertiären Stickstoff der Komponente B in einem molaren Verhältnis von 2:1 bis 1 :100 ein, insbesondere von 2:1 bis 1 :10, bevorzugt von 2:1 bis 1 :5, besonders bevorzugt von etwa 1 :1 bis etwa 1 :1 ,5, wobei man gegebenenfalls zunächst ein Verhältnis von 1 : 1 einstellt und nachfolgend noch je Charge etwa 0,2 der Komponente B in Bezug auf die vorliegende Komponente A in 1 bis 4 Chargen zugibt.
Als besonders vorteilhaft hat sich eine Verfahrensführung erwiesen bei der man Wasser in einer Menge von 0,5 bis 500 mol Wasser je mol vorliegenden
Silicium-Atome der Komponente A einsetzt, bevorzugt in mindestens einem der Hydrolyse-Schritte 0,5 mol Wasser je mol hydrolysierbarer Alkoxy-Gruppe am Silan, wobei insgesamt bevorzugt insbesondere 0,5 bis 25 mol Wasser, bevorzugt 5 bis 25 mol Wasser je mol Silicium-Atome bezüglich der
eingesetzten Komponente A, besonders bevorzugt 10 bis 25 mol Wasser je mol der Silicium-Atome, insbesondere 12 bis 25 mol Wasser je mol Silicium-Atome eingesetzt werden.
Je nach Verfahrensführung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn man die Umsetzung in Gegenwart eines Lösemittels, insbesondere Alkohols, durchführt, bevorzugt in Gegenwart des bei der Hydrolyse des Alkoxysilanes entstehenden Alkohols, besonders bevorzugt in Gegenwart von Ethanol, Methanol,
n-Propanol oder iso-Propanol. Dabei entfernt man das zugesetzte Lösemittel geeigneterweise bei der Entfernung des bei der Umsetzung entstandenen Hydrolysealkohols aus dem System. Der bei der Umsetzung gebildete
Hydrolysealkohol wird im Wesentlichen vollständig entfernt, vorzugsweise durch Destillation, insbesondere bereits während der Umsetzung. Gemäß einer besonders bevorzugten Verfahrensführung kann etwa die durch Destillation entfernte Menge an Hydrolyselalkohol und Wasser im azeotropen Gemisch durch zusätzliche Zugabe von Wasser ausgeglichen werden. Flüchtige Lösemittel, wie ein zugesetztes Lösemittel und/oder der bei der Umsetzung durch Hydrolyse gebildete Alkohol, d.h. gegebenenfalls zu flüchtigem Lösemittel hydrolysierbare Gruppen, insbesondere Hydrolysealkohol, entfernt man bis auf ein Gehalt in der Gesamtzusammensetzung von unter 12 Gew.-% bis 0 Gew.-%, vorzugsweise durch Destillation nach dem Fachmann geläufigen Verfahren. Als frei von Lösemitteln gilt eine Zusammensetzung, wenn der Gehalt an Lösemitteln in der Gesamtzusammensetzung auf unter 10 Gew.-% bis 0 Gew.-%, besonders bevorzugt unter 5 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt unter 2 Gew.-% bis 0,0001 Gew.-%, insbesondere 1 bis < 0,5 Gew.- %, bevorzugt 0,5 bis < 0,1 Gew.-% eingestellt werden konnte, wobei das Entfernen von flüchtigem Lösemittel während der Umsetzung und/oder danach durch Destillation, insbesondere unter vermindertem Druck im Bereich von 1 bis 1000 mbar, bevorzugt von 80 bis 300 mbar, besonders bevorzugt im Bereich von 80 bis 180 mbar, erfolgen kann. Geeigneterweise kann man aber auch den Druck im Laufe der Umsetzung von Umgebungsdruck auf einen verminderten Druck absenken. Die Destillation kann diskontinuierlich oder auch kontinuierlich mittels Destillationskolonne, Dünnschichtverdampfer sowie weitere dem
Fachmann geläufigen Apparaten erfolgen. Bei der Destillation wird
vorzugsweise destilliert bis am Kopf der Trennkolonne nur noch Wasser nachweisbar ist. Abdestilliertes Wasser kann durch erneute Wasserzugabe ergänzt werden. Am Ende der Destillation kann die gewünschte
Endkonzentration der Lösung durch Zugabe von weiterem Wasser eingestellt werden.
Die Umsetzung führt man bevorzugt bei einem Druck von 1 mbar bis 100 bar, vorzugsweise um etwa 1 mbar bis 1 ,1 bar, bevorzugt bei Umgebungsdruck (Normaldruck), und einer Temperatur von 20 und 150 °C durch, bevorzugt zwischen 40 bis 120 °C, besonders bevorzugt zwischen 60 bis 100 °C, insbesondere von 80 bis 95 °C aus.
Es kann sich als zweckmäßig erweisen einen Hydrolyse- und/oder
Kondensationskatalysator zuzusetzen, beispielsweise eine organische oder anorganische Säure, wie Ameisensäure, Essigsäure, Propionsäure,
Citronensäure, Chlorwasserstoff, als Gas, konzentrierte oder wässrige
Salzsäure, Borsäure, Salpetersäure, Schwefelsäure oder Phosphorsäure.
Entsprechend kann auch zur Einstellung des pH-Wertes der Zusammensetzung oder Reaktionsmischung zu jederzeit eine anorganische oder organische Säure zugesetzt werden. Weiter kann es bevorzugt sein Metalloxide einzusetzen, vorzugsweise
Metalloxide mit zur Kondensation fähigen Hydroxygruppen. Dies sind
insbesondere Silica, pyrogene Kieselsäure, gefällte Kieselsäure, Silikate, Borsäure, Titandioxid, Aluminiumoxid, Aluminiumoxidhydrat, ATH
(Aluminiumtrihydroxid, AI(OH)3), Magnesiumhydroxid (Mg(OH)2), Ceroxid, Yttriumoxid, Calciumoxid, Eisenoxide, Zirkoniumoxid, Hafniumoxid, Boroxid, Galliumoxid, Indiumoxid, Zinnoxid, Germaniumoxid sowie entsprechende Hydroxide und Oxidhydrate sowie Mischungen von mindestens zwei der zuvor genannten Verbindungen untereinander. Als flüchtige Lösemittel oder zu flüchtigen Lösemitteln hydrolysierbare Gruppen werden Alkohole, wie Methanol, Ethanol, iso-Propanol, n-Propanol, und Alkoxy- gruppen, die zu Alkoholen hydrolysieren, Acyloxy-Gruppen enthaltende Reste sowie, die durch Hydrolyse abgeleitete Essigsäure oder Ameisensäure, oder auch Aryloxy-Gruppen, die Phenole bilden können und auch Glykole sowie teilveretherte Glykole, wie Ethylenglykol, Diethylenglykol oder Methoxyethanol, die entweder der Formulierung zugegeben werden oder durch Hydrolyse ihrer Silylester entstehen, aufgefasst.
Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer speziellen Siliciumdioxidpartikel und Kationisierungsmittel aufweisenden Dispersion, bei dem man
a) 50 bis 75 Gewichtsteile Wasser
b) 25 bis 50 Gewichtsteile Siliciumdioxidpartikel mit einer BET-Oberfläche von 30 bis 500 m2/g und
c) 100 bis 300 g einer oder mehrerer quartärer, aminofunktioneller,
siliciumorganischer Verbindungen pro Quadratmeter BET-Oberfläche der
Siliciumdioxidpartikel
dispergiert,
wobei das Kationisierungsmittel eine oder mehrere quartäre,
aminoalkoholfunktionelle, siliciumorganische Verbindungen der allgemeinen Formel III und/oder deren Kondensationsprodukte umfasst, wobei Ru und Rv , jeweils unabhängig voneinander, eine Alkylgruppe mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen ist, m = 2 bis 5 und n = 2 bis 5 ist.
Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform bei der u = v = Me, m = 3 und n = 2 ist.
Die Kondensationsprodukte der quartären, aminoalkoholfunktionellen, siliciumorganischen Verbindungen können lineare, verzweigte und/oder cyclische Strukturen bzw. Strukturbereiche mit M-, D-, T-Strukturen aufweisen. Laut 29Si-NMR Spektroskopie sind dies, neben bevorzugt 0,5 bis 5 %, besonders bevorzugt 1 bis 3%, monomerer Strukturen, bevorzugt 3 bis 15%, besonders bevorzugt 5 bis 10%, M-Strukturen und bevorzugt jeweils 35 bis 60%, besonders bevorzugt 40 bis 55%, D-Strukturen auf. Eine Definition von M- D-, T- Strukturen findet sich in Walter Noll, Chemie und Technologie der Silicone, 1968, Verlag Chemie GmbH, Weinheim, Kapitel 1 . Weiterhin weisen die quartären, aminoalkoholfunktionellen, siliciumorganischen Verbindungen bevorzugt ein zahlenmittleres Molekulargewicht Mn von 500 bis 5000, besonders bevorzugt 1000 bis 2500, auf.
Der Anteil an quartären, aminoalkoholfunktionellen, siliciumorganischen Verbindungen in der wässerigen Lösung beträgt bevorzugt 30 bis 60 Gew.-% und besonders bevorzugt 40 bis 50 Gew.-%.
Siliciumdioxidpartikel
Bei den eingesetzten Siliciumdioxidpartikeln handelt es sich um amorphe Siliciumdioxidpartikel. Die Siliciumdioxidpartikel tragen auf ihrer Oberfläche kondensierbare Gruppen, beispielsweise OH-Gruppen. Mit umfasst sollen auch Mischoxide mit Siliciumdioxid als Bestandteil oder mit Siliciumdioxid umhüllte Metalloxidpartikel sein. Die amorphen Siliciumdioxidpartikel können
beispielsweise mittels elektrischer Lichtbogenverfahren, Plasmaverfahren, nasschemischer Verfahren, wie Fällungs- und Gelierungsverfahren, sowie durch pyrogene Verfahren hergestellt werden. Bevorzugt handelt es sich bei den Siliciumdioxidpartikeln um pyrogen hergestellte Partikel. Unter pyrogen ist die Hydrolyse oder Oxidation von Siliciumverbindungen in der Gasphase in einer Flamme, erzeugt in der Regel durch die Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff, zu verstehen. Dabei werden zunächst hochdisperse, nicht poröse Primärpartikel gebildet, die im weiteren Reaktionsverlauf zu Aggregaten zusammenwachsen und diese weiter zu Agglomeraten zusammenlagern können.
Die BET-Oberfläche der eingesetzten Siliciumdioxidpartikel kann über einen weiten Bereich, von 30 bis 500 m2/g variieren. Es wurde jedoch gefunden, dass der Einsatz pyrogen hergestellter Siliciumdioxidpartikel mit einer BET- Oberfläche von 200 m2/g oder mehr, insbesondere solcher mit einer BET- Oberfläche von 240 bis 330 m2/g, zu Dispersionen führt, die besonders gute Eigenschaften im Inkjet-Bereich aufweisen.
Weitere Einsatzstoffe zur Herstellung der Dispersion
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können zusätzlich ein oder mehrere basisch wirkende Substanzen eingesetzt werden. In der Regel können dies Amine und/oder deren Salze sein. Um die Stabilität der erfindungsgemäßen Dispersion weiter zu verbessern können Säuren eingesetzt werden. Geeignete Säuren können Salzsäure, C1 -C4-Carbonsäuren, C1 -C4-Hydroxycarbonsäuren oder C1 -C4-Dicarbonsäuren sein.. Gewöhnlich wird die Säure in einer solchen Menge zugegeben, dass ein pH-Wert der Dispersion von 2 bis 6, bevorzugt 3 bis 5, besonders bevorzugt 3,5 bis 4,5, resultiert. Es sei jedoch erwähnt, dass auch ohne Zugabe von Säure stabile Dispersionen erhalten werden können. Weiterhin können bei der Herstellung der Dispersion organische Lösungsmittel, Bakterizide und/oder Fungizide eingesetzt werden. In der Regel wird bei der Herstellung der Dispersion so vorgegangen, dass zunächst unter geringem Energieeintrag, beispielsweise mittels eines
Dissolvers, eine Vordispersion herstellt, indem man Siliciumdioxidpartikel zu den flüssigen Komponenten der Dispersion gibt. In einem zweiten Schritt erfolgt dann die eigentliche Dispergierung, bei der der Energieeintrag höher ist als im ersten Schritt. Geeignete Disperegieraggregate sind dem Fachmann bekannt. Exemplarisch sei ein Rotor-Stator-Aggregat genannt.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine mittels der erfindungsgemäßen Verfahrens erhältliche Dispersion. Diese weist einen mittels dynamischer Lichtstreuung ermittelten mittlere Teilchendurchmesser von bevorzugt 120 bis 250 nm, besonders bevorzugt von 130 bis 180 nm, auf.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Dispersion enthält sie 35 bis 40 Gew.-% pyrogen hergestellte Siliciumdioxidpartikel mit einer BET-Oberfläche von 250 m2/g bis 350 m2/g und der mittels dynamischer Lichtstreuung ermittelte mittlere Teilchendurchmesser beträgt 130 bis 180 nm.
Streichfarbe
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Streichfarbe, welche die erfindungsgemäße Dispersion und wenigstens ein Bindemittel enthält.
Als Bindemittel können beispielsweise Verwendung finden: Polyvinylalkohol, teilweise oder vollständig verseift, sowie kationisierter Polyvinylalkohol mit einer primären, sekundären oder tertiären Aminogruppe oder einen tertiären
Ammoniumgruppe an der Hauptkette oder an der Seitenkette. Ferner
Kombinationen dieser Polyvinylalkohole untereinander und
Polyvinylpyrrolidone, Polyvinylacetate, silanisierte Polyvinylalkohole, Styrol- Acrylat-Latices, Styrol-Butadien-Latices, Melamin-Harze, Ethylen-Vinylacetat- Copolymere, Polyurethan-Harze, synthetische Harze wie Polymethyl- methacrylate, Polyesterharze (z.B. ungesättigte Polyester-Harze), Polyacrylate, modifizierte Stärke, Kasein, Gelatine und/oder Cellulose-Derivate (z.B.
Carboxymethylcellulose). Bevorzugt kann Polyvinylakohol oder kationisierter Polyvinylakohol eingesetzt werden. Weiterhin kann die Streichfarbe auch noch ein oder mehrere andere Pigmente wie Calciumcarbonate, Schichtsilikate, Aluminiumsilikate, Plastikpigmente (z.B. Polystryrol, Polyethylen, Polypropylen), Kieselgele, Aluminiumverbindungen (z.B. Aluminiumsole, kolloidale Aluminiumoxide und deren Hydroxy- Verbindungen, wie Pseudoboehmite, Boehmite, Aluminiumhydroxid),
Magnesiumoxid, Zinkoxid, Zirkonoxid, Magnesiumcarbonate, Kaolin, Clay, Talkum, Calciumsulfat, Zinkcarbonat, Satinweiß, Lithopone, Zeolithe enthalten.
Die Streichfarbe kann einen Gehalt an Mischoxidpartikeln zwischen 10 und 60 Gew.-% aufweisen. Bevorzugt kann er größer 15 Gew.-%, besonders bevorzugt kann er größer 25 Gew.-% sein.
Zur Erhöhung der Wasserfestigkeit des Bindersystems und somit der
Beschichtung können Vernetzer dienen wie Zirkonoxide, Borsäure,
Melaminharze, Glyoxal und Isocyanate und andere Moleküle, die die
Molekülketten des Bindersystems miteinander verbinden. Des Weiteren können Hilfsmittel wie optische Aufheller, Entschäumer,
Netzmittel, pH-Puffer, UV- Absorber und Viskositätshilfsmittel eingesetzt werden.
Die erfindungsgemäße Streichfarbe weist bevorzugt einen Feststoffanteil von 10 bis 30 Gew.-% und besonders bevorzugt einen von 15 bis 30 Gew.-% auf. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung der
erfindungsgemäßen Dispersion und Streichfarbe zur Beschichtung von tintenaufnehmenden Inkjet-Medien.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein tintenaufnehmendes Medium umfassend eine Tintenaufnahmeschicht, wobei die Tintenaufnahmeschicht, die erfindungsgemäßen Streichfarbe und einen Träger umfasst. Als Träger können zum Beispiel Papier, beschichtetes Papier, Harzfolien, wie ein Polyesterharz, einschliesslich Polyethylenterephthalat, Polyethylennaphthalat, ein
Diacetatharz, ein Triacetatharz, ein Acrylharz, ein Polycarbonatharz, ein Polyvinylchlorid, ein Polyimidharz, Celluphan, Celluloid und eine Glasplatte eingesetzt werden.
Bevorzugt sind sogenannte Fotobasispapiere, d.h. Papiere, auf denen eine/oder mehrere Lagen Polyethylenfolie auf Vorder- und oder Rückseite aufgebracht worden ist. Des Weiteren Polyesterfolie, PVC-Folie oder
vorbeschichtete Papiere.
Das erfindungsgemäße tintenauafnehmende Medium umfasst auch Medien, bei denen die tintenaufnehmende Schicht aus mehreren Beschichtungslagen des gleichen Typs oder anderen Lagen besteht. Die erfindungsgemäße Streichfarbe kann sich nur in einer oder mehreren Schichten befinden. So können zum Beispiel noch weitere tintenabsorptive Beschichtungen enthalten. Es können des Weiteren eine oder mehrere Polymerlagen (z.B Polyethylen) auf dem Substrat und/oder auf der erfindungsgemäßen Beschichtung aufgebracht werden, um die mechanische Stabilität und/oder den Glanz in der Beschichtung zu erhöhen (z.B. Fotobasispapier, Laminierung).
Die Träger können transparent oder opak sein. Die Dicke des Trägers ist nicht limitiert, bevorzugt werden Dicken zwischen 50 und 250 μιτι verwendet.
Zur Herstellung des tintenaufnehmenden Mediums kann die Streichfarbe auf den Träger aufgebracht und getrocknet werden. Das Aufbringen der
Streichfarbe kann mit allen üblichen Auftragsverfahren, wie Walzenauftrag, Schaberegalisierung (Blade-coating), Luftbürste, Rakel (profiliert, glatt, Spalt), Guss-Strich-Verfahren, Filmpresse, Leimpresse, Vorhanggieß-Verfahren (curtain-coating) und Schlitzdüsen-Auftrag (z.B. Gießrakel, slot-dye) und
Kombinationen hieraus aufgebracht werden. Bevorzugt werden Verfahren eingesetzt, die eine sehr homogene Beschichtung ermöglichen, wie z.B. Cast- coating, Vorhanggieß-Verfahren und Schlitzdüsen-Auftrag. Das beschichtete Substrat kann mit allen üblichen Verfahren wie Luft- oder Konvektionstrocknung (z.B. Heißluftkanal), Kontakt- oder
Konduktionstrocknung, Energiestrahlentrocknung (z.B. Infrarot und
Mikrowellen) getrocknet werden.
Beispiele:
Bestimmungsmethoden:
Hydrolysierbares Chlorid wurde potentiographisch mit Silbernitrat titriert (beispielsweise Metrohm, Typ 682 Silberstab als Indikatorelektrode und Ag/AgCI-Referenzelektrode oder andere geeignete Referenzelektrode).
Gesamtchloridgehalt nach dem Wurtzschmitt-Aufschluss. Dazu wird die Probe in einer Wurtzschmittbombe mit Natriumperoxid aufgeschlossen. Nach
Ansäuern mit Salpetersäure wird Chlorid potentiographisch mit Silbernitrat gemessen, wie vorstehend. Bei einer vollständigen Umsetzung der Chloralkylfunktion mit tertiären Aminen sind die Analysenwerte für hydrolysierbares Chlorid und Gesamtchlorid identisch und damit ein Maß für die Vollständigkeit der Reaktion, da mit Gesamtchlorid die Summe aus salzartigem Chlorid (Aminhydrochlorid) und kovalent gebundenem Chlor (Chloralkylfunktion) und mit hydrolysierbarem Chlorid ausschließlich salzartiges oder mit Wasser abspaltbares Chlorid
(vorliegend Aminhydrochlorid) bestimmt wird. Am Anfang der Reaktion beträgt der Wert für hydrolysierbares Chlorid null und steigt bei vollständigem Umsatz auf den Wert, der für Gesamtchlorid gemessen wird. Daher eignet sich diese Analysen hervorragend zusätzlich zur 1H und 13C NMR Spektroskopie als Reaktionskontrolle.
Der Alkoholgehalt nach Hydrolyse wird gaschromatographisch bestimmt. Dazu wird eine Probe einer definierten Menge mit Schwefelsäure (5 g Probe, 25 ml H2SO4, w = 20 %) hydrolysiert. Es werden 75 ml destilliertes Wasser zugegeben. Anschließend mit Natronlauge neutralisiert und eine
Wasserdampfdestillation durchgeführt. Interner Standard 2-Butanol. Die Stickstoffbestimmung, organisch gebunden, Ammonium etc. organisch gebundener Stickstoff kann mittels Kjeldahl-Aufschluss in Ammonium überführt werden und nach Zusatz von Natronlauge als Ammoniak acidimetrisch bestimmt werden. Verfahren: Bis zu 5 g Probe werden mit 10 ml Schwefelsäure (konz.) und einer Kjeldahl-Tablette (Merck 1 .15348) erhitzt, bis die
Aufschlusslösung hell und abgesehen von eventuell ausgefallener Kieselsäure klar ist. Das Aufschlussgefäß wird an die Destillationsapparatur angeschlossen und durch Natronlauge-Zugabe (27 %) freigesetztes Ammoniak in die Vorlage überdestilliert. Der Ammoniakgehalt wird unter Borsäurezusatz (2 %) mit Schwefelsäure (c(H2SO4)=0,05 mol/l bzw. 0,005 mol/l) titriert. V = Verbrauch an Schwefelsäure in ml, c = Konzentration der Schwefelsäure in mol/l, z =
Äquivalentzahl der Schwefelsäure = 2, E = Einwaage in mg
Auswertung: N [%] = (100 · V · c · z · 14,01 )/E
Die Bestimmung von S1O2 erfolgt nach Zersetzung mittels Schwefelsäure und Kjeldahl-Katalysator, indem das Gewicht des ausgeschiedenen S1O2 bestimmt wird. Verfahren: Die 1 g Probe wird in einem 250 ml Becherglas mit einer Kjeldahl-Tablette (z.B. Merck Nr. 15348) und 20 ml Schwefelsäure (konz.) versetzt. Die Lösung wird langsam erhitzt. Die organischen Bestandteile werden oxidiert, bis die Aufschlußlösung beim Rauchen der Schwefelsäure klar und hell bleibt. Nach Abkühlen und vorsichtigem Verdünnen auf ca. 200 ml wird die dabei ausgefällte Kieselsäure durch ein Weißbandfilter abfiltriert. Das Filter wird mit Wasser gewaschen, bis der pH-Wert des Waschwassers > 4 ist, dann im Platintiegel getrocknet und verascht. Der Rückstand wird bei 800 °C geglüht und ausgewogen. Nach Abrauchen mit Flußsäure (konz.) wird erneut bei 800 °C geglüht und ausgewogen, m = Gewichtsdifferenz vor und nach Abfluorieren in g; E = Einwaage in g
Auswertung: SiO2 [%] =100■ m/E Nachfolgend die DIN-Normen, die zur Ermittlung der genannten Parameter, angewendet wurden, wiedergegeben: Feststoffgehalt nach DIN 38409-1 (1987- 01 -00), Brechzahl nach DIN 51423 (2010-02-00), Dichte nach DIN
51757 (1994-04-00), Viskosität nach DIN 53015 (2001 -02-00), Farbzahl nach DIN EN ISO 6271 (2005-03-00) und Trübung nach DIN EN ISO 7027 (2000-04- 00).
Beispiel 1 : Herstellung eines Kationisierungsmittels aus
Chlorpropyltriethoxysilan (CPTEO) und N,N- Dimethylethanolamin In einem 41 Vierhalskolben werden 1283,0g CPTEO (5,328mol) und 160,0g Ethanol vorgelegt. Bei RT werden 143,9g VE-Wasser (1 ,5mol H2O / mol Si) innerhalb von 16min. zugetropft. Die Sumpftemperatur steigt dabei auf ca. 40°C an.
Anschließend werden 570,5g (6,400mol) Dimethylethanolamin innerhalb von 6min. zugerührt. Die Sumpftemperatur steigt dabei von 40°C auf ca. 48°C an. Anschließend wird ca. 45min. auf Rückfluß gekocht (Sumpftemperatur ca. 85°C).
Bei Normaldruck wird innerhalb von ca. 6 h 1706,6 g Wasser / Ethanol / Dimethylethanoldiamin abdestilliert. Während dieser Zeit wird in sieben
Portionen 2038,3 g Wasser zugerührt. Nach ca. 3 h Destillation wurden in 3 Portionen insgesamt 432,4 g VE-Wasser eingebracht. Die Sumpfprobe zeigt nun eine gute Löslichkeit in VE-Wasser.
Innerhalb von 1 ,7 h wird bei einer Sumpftemperatur von 50°C bis 55°C und einem Absolutdruck von ca. 140 mbar 529,4 g Wasser / Ethanol /
Dimethylethanoldiamin Gemisch abdestilliert. Am Ende der Destillation werden 560,17 g VE-Wasser zugerührt. Erhalten wird eine leicht trübe / leicht gelbliche niedrigviskose Flüssigkeit. Ausbeute: 2521 ,7 g
Die physikalisch-chemische Daten des Kationisierungsmittels aus Beispiel 1 finden sich in Tabelle 1 . 1H und 13C-NMR: Reinheit der Zielverbindung ca. 95,8mol%. 4,2 mol% freies Dimethylethanolamin. Keine Hinweise auf eine Umesterung der
Aminoethanolgruppe zu SiOR.
29Si-NMR: 1 % Si Silan, 7% Si M- Strukturen, 45%Si D- Strukturen, 47% Si T- Strukturen
Beispiele 2: Herstellung der Dispersionen D1 bis D3
Die nachfolgenden Dispersionsbeispiele D1 -D3 wurden unter der Maßgabe entwickelt, dass die Dispersionen dünnflüssig anwendbar und ähnliche
Performance in der Papierbeschichtung hinsichtlich Porenstruktur und
Porenvolumen aufweisen. Als Maß für die Porosität der Beschichtung hat sich die mittlere Aggregatgröße in der Dispersion, gemessen mit dynamischer Lichtstreuung, herausgestellt. Innerhalb eines Systems führen höhere Füllgrade während der Dispergierung zu einer Abnahme der mittleren Partikelgröße. Die Beispiele zeigen, dass durch die Verwendung des erfindungsgemäßen
Silansystems sehr hohe Füllgrade bei gleichzeitiger Beibehaltung der
gewünschten Aggregatgröße realisierbar sind.
D1 : Dispersion ausgehend von AEROSIL® 300 Siliciumdioxid und Poly-Diallyl- Dimethyl-Ammoniumchlorid (p-DADMAC) (Vergleichsbeispiel)
Zu 1350 g VE Wasser werden 60g p-DADMAC gegeben. Dann werden 320 g AEROSIL® 300 mittels eines Dissolvers bei 1500 bis 4000 U/min innerhalb von 40 min eingerührt und anschließend über einen Zeitraum von 5 min bei 2000 U/min weiter vordispergiert. Nachfolgend wird nun mit einem Rotor-Stator- Dispergiergerät bei 15000 U/min unter Kühlung (<30°C) 30 Minuten dispergiert. Abschließend wird die Dispersion über ein 500 μιτι Sieb filtriert.
D2: Dispersion ausgehend von AEROSIL® 300 Siliciumdioxid und N- Butylaminopropyl-trimethoxysilan (Dynasylan® 1 189) (Vergleichsbeispiel)
Zu 1200 g VE Wasser werden 425 g AEROSIL® 300 mittels eines Dissolvers bei 1500 bis 4000 U/min innerhalb von 30 min eingerührt und anschließend über einen Zeitraum von fünf Minuten bei 2000 U/min weiter vordispergiert. Nachfolgend wird nun mit einem Rotor-Stator-Dispergiergerät bei 15000 U/min unter Kühlung (<30°C) 10 min dispergiert.
Nun wird erneut mit dem Dissolver mit 2000 U/min gerührt und es erfolgt innerhalb von 5 min die Zugabe einer Mischung aus 21 ,3 g Dynasylan® 1 189, 67 g Methanol und 20 g Ameisensäure (50-prozentige Lösung in Wasser) , danach wird noch 60 Minuten im Rotor-Stator-System bei 5000 U/min bei 60°C enddispergiert und abreagieren lassen. Abschließend wird die Dispersion abgekühlt und über ein 500 μιτι Sieb filtriert.
D3: Dispersion ausgehend von AEROSIL® 300 Siliciumdioxid und des
Kationisierungsmittels aus Beispiel 1 (gemäß Erfindung)
428 g AEROSIL® 300 werden mit einem Dissolver bei 1500 bis 5000 U/min in eine Mischung aus 805 g VE Wasser und 47,4 g der Lösung aus Beispiel 1 innerhalb von 17 min eingerührt und 10 Minuten bei 2000 U/min
weiterdispergiert. Anschließend wird mit einem Rotor-Stator-Dispergiergerät (Kinematica Polytron PT6100) über einen Zeitraum von 30 min bei 10000 U/min dispergiert. Abschließend wird die Dispersion über ein 500 μιτι Sieb filtriert.
Die physikalisch-chemische Daten der Dispersionen D1 -D3 finden sich in Tabelle 2.
Beispiele 3: Herstellung der Dispersionen D4 - D6
Die Dispersionsbeispiele D4-D6 zeigen, unabhängig vom Parameter des Teilchendurchmessers, welcher Feststoffgehalt maximal mit dem jeweiligen Kationisierungsadditiv möglich ist. Die Dispersionen weisen erwartungsgemäß sehr hohe Viskositäten auf, sind aber noch flüssig und verarbeitbar.
D4: Dispersion ausgehend von AEROSIL® 300 Siliciumdioxid und Poly-Diallyl- Dimethyl-Ammoniumchlorid (p-DADMAC) (Vergleichsbeispiel)
Zu 1 190 g VE Wasser werden 60g p-DADMAC gegeben. Dann werden 320 g AEROSIL® 300 mittels eines Dissolvers bei 1500 bis 4000 U/min eingerührt und anschließend über einen Zeitraum von fünf Minuten bei 2000 U/min weiter vordispergiert. Nachfolgend wird nun mit einem Rotor-Stator-Dispergiergerät bei 15000 U/min unter Kühlung (<30°C) zehn Minuten dispergiert. Abschließend wird die Dispersion über ein 500 μηη Sieb filtriert.
D5: Dispersion ausgehend von AEROSIL® 300 Siliciumdioxid und N- Butylaminopropyl-t methoxysilan (Dynasylan® 1 189) (Vergleichsbeispiel) Es werden 1035 g Wasser vorgelegt und 21 ,2g Dynasilan® 1 189 ins Wasser gerührt. Nach 30 min. Hydrolysezeit wird die vorgelegte Lösung mit 63,7g Essigsäure (25 gewichtsprozentige Lösung in Wasser) auf pH 4,2 eingestellt. Nun werden 423,9g AEROSIL® 300 mittels eines Dissolvers bei 1500 bis 4000 U/min eingerührt und anschließend über einen Zeitraum von fünf Minuten bei 2000 U/min weiter vordispergiert. Nachfolgend wird nun mit einem Rotor-Stator- Dispergiergerät bei 10000 U/min unter Kühlung (<30°C) 30 Minuten
enddispergiert. Abschließend wird die Dispersion über ein 500 μιτι Sieb filtriert.
D6: Dispersion ausgehend von AEROSIL® 300 Siliciumdioxid und Lösung aus Beispiel 1 (gemäß Erfindung)
557 g AEROSIL® 300 werden mit einem Dissolver bei 1500 bis 5000 U/min in eine Mischung aus 885 g VE Wasser und 58 g der Lösung aus Beispiel 1 eingerührt und 10 Minuten bei 2000 U/min weiterdispergiert. Anschließend wird mit einem Rotor-Stator-Dispergiergerät (Kinematica Polytron PT6100) über einen Zeitraum von 30 Minuten bei 10000 U/min dispergiert. Abschließend wird die Dispersion über ein 500 μιτι Sieb filtriert.
Die physikalisch-chemische Daten der Dispersionen D4-D6 finden sich in Tabelle 3.
Beispiele 4: Herstellung der Dispersionen D7 - D10
Neben AEROSIL® 300 (BET-Oberfläche ca. 300 m2/g) können
erfindungsgemäße Dispersionen auch auf Basis anderer AEROSIL®-Typen hergestellt werden. Hierzu wird das AEROSIL® Pulver wird mit einem Dissolver bei 1500 bis 5000 U/min in eine Mischung aus 885 g VE Wasser und der entsprechenden Menge des Kationisierungsmittels aus Beispiel 1 eingerührt und 10 Minuten bei 2000 U/min weiterdispergiert. Anschließend wird mit einem Rotor-Stator-Dispergiergerät (Kinematica Polytron PT6100) über einen Zeitraum von 30 Minuten bei 10000 U/min dispergiert. Abschließend wird die Dispersion über ein 500 μηη Sieb filtriert. Einsatzstoffe und -mengen, sowie physikalisch-chemische Daten der Dispersionen D7-D10 zeigt Tabelle 4.
Beispiele: Herstellung der Streichfarben S1 -S3
S1_ Zu der Dispersion D1 wird jeweils mittels eines Dissolvers bei 500 U/min eine 12 gewichtsprozentige Lösung von Polyvinylalkohol PVA 235, Fa. Kuraray Europe, gegeben und 10 Minuten gerührt. Es wird soviel PVA 235 zugegeben, dass das Verhältnis Siliciumdioxid zu PVA (trocken) 4:1 beträgt (bzw. 5:1 für S2 und S3) . Zur Viskositätseinstellung wird soviel Wasser zugegeben, daß sich der in der Tabelle angegebene Feststoffgehalt einstellt. Nachfolgend wird eine 7 gewichtsprozentige Lösung von Borsäure in Wasser zugegeben. Die Menge der Borsäure beträgt 12,5 Gew.-% der Menge des Polyvinylalkoholes.
Abschließend wird die Glyoxal-enthaltende Zusammensetzung„Cartabond TSI" der Fa. Clariant zugegeben. Die Menge entspricht 4,8 Gew.-% der Menge des Polyvinylalkoholes.
Die Viskosität der Ink-Jet Streichfarbe, wird nach 24 h mittels eines Brookfield- Viskosimeters gemessen.
S2 und S3 werden analog S1 hergestellt, jedoch unter Verwendung der jeweiligen Dispersion D2 und D3. Die Feststoffgehalte und Viskositäten der Streichfarben sind in der Tabelle 5 wiedergegeben.
Beispiele: Herstellung von Ink-Jet-Beschichtungen
Die Streichfarben S1 bis S3 werden jeweils mit Hilfe eines profilierten
Rakelstabes auf ein Photobasispapier (Dicke 300 μιτι) aufgetragen. Die
Nassfilmdicke der jeweiligen Streichfarbe wird so gewählt, dass ein
vergleichbares Auftragsgewicht erzielt wird.
Die Beschichtung wird bei 105 °C über einen Zeitraum von 8 Minuten
getrocknet. Es wird ein gleichmäßiges Auftragsgewicht von 22 g/m2 erzielt. Die beschichteten Papiere werden auf einem Tintenstrahldrucker vom Typ Canon PIXMA iP6600D mit höchster Auflösung bedruckt. Die Bewertung der
Druckergebnisse ist in Tabelle 6 wiedergegeben. Die Vorteile der erfindungsgemäßen Streichfarbe liegen in einer gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Prozessierbarkeit, einer durch fehlende VOC enthaltende Bestandteile verminderten Umweltbelastung und einer durch den geringeren Wassergehalt bedingte schnellere Streichbarkeit. Dabei müssen keine Nachteile hinsichtlich der Bildintensität und der Bildqualität in Kauf genommen werden.
Tabelle 1 : Physikalisch-chennische Daten des Kationisierungsmittels aus Beispiel 1
Tabelle 2 : Physikalisch-chemische Daten der Dispersionen D1 -D3
Tabelle 3: Physikalisch-chemische Daten der Dispersionen D4-D6
Vergleich gemäß Erfindung
D4 D5 D6
Feststoffgehalt a) Gew.-% 23,0 30 39 mittl. Teilchen-0b) nm 132 125 1 14
Viskosität c) mPas 5600 2800 5380 Tabelle 4: Einsatzstoffe, physikalisch-chennische Daten der Dispersionen D7- D10
a) nach Trocknen bis zur Gewichtskonstanz bei 125°C; b) mittlerer
Teilchendurchmesser nach dynamischer Lichtstreuung (Horiba LB-500);
c) bei 1000 s"1; 23°C;
Tabelle 5: Feststoffgehalte, Viskositäten der Streichfarben S1 -S3
d) Viskosität (Brookfie d) bei 100 U/min und 20°C; gemessen nach 24 h
Tabelle 6: Bewertung8' der Druckergebnisse
e) Beste Note 1 , schlechteste Note 6; f) Bleeding;
g) bei 60° Betrachtungswinkel

Claims

Patentansprüche:
1 . Verfahren zur Herstellung einer Siliciunndioxidpartikel und
Kationisierungsmittel aufweisenden Dispersion,
dadurch gekennzeichnet, dass man
50 bis 75 Gewichtsteile Wasser, 25 bis 50 Gewichtsteile
Siliciumdioxidpartikel mit einer BET-Oberfläche von 30 bis 500 m2/g und 100 bis 300 g Kationisierungsmittel pro Quadratmeter BET-Oberfläche der Siliciumdioxidpartikel dispergiert, wobei
das Kationisierungsmittel erhältlich ist, indem man mindestens ein
halogenalkylfunktionelles Alkoxysilan, dessen Hydrolyseprodukte oder
Kondensationsprodukte und/oder ein Gemisch der vorgenannten Stoffe mit mindestens einem Aminoalkohol und einer definierten Menge Wasser umsetzt und den gebildeten Hydrolysealkohol optional zumindest teilweise aus dem Reaktionsgemisch entfernt, wobei
das halogenalkylfunktionelle Alkoxysilan die allgemeine Formel I
(R1O)3-x-y(R2)xSi[(R3)nCH2Hal] i +y (I), besitzt, worin
Gruppen R1 gleich oder verschieden sind und R1 für ein Wasserstoff, eine lineare, verzweigte oder cyclische Alkyl-Gruppe mit 1 bis 8 C-Atomen, eine
Aryl-, Arylalkyl- oder Acyl-Gruppe steht,
Gruppen R2 gleich oder verschieden sind und R2für eine lineare, verzweigte oder cyclische Alkyl-Gruppe mit 1 bis 8 C-Atomen oder für eine Aryl-,
Arylalkyl- oder Acyl-Gruppe steht,
Gruppen R3 gleich oder verschieden sind und R3 eine lineare, verzweigte oder cyclische Alkylengruppe mit 1 bis 18 C-Atomen darstellt,
n gleich 0 oder 1 ist und Hai für Chlor oder Brom steht, und
x gleich 0, 1 oder 2, y gleich 0, 1 oder 2 und (x + y) gleich 0, 1 oder 2 sind, der Aminoalkohol die allgemeine Formel II
[HO-(CH2)m-]zN(R4)3-z (II), besitzt, worin
Gruppen R4 gleich oder verschieden sind und R4für eine Gruppe umfassend C1 - bis C16-Atome steht, m für eine ganze Zahl zwischen 1 und 16 und z für 1 oder 2 oder 3 stehen.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
halogenalkylfunktionelles Alkoxysilan Chlorpropyltriethoxysilan und der Aminoalkohol aus der Gruppe bestehend aus N,N-Dimethylethanolamin, Ν,Ν-Diethylethanolamin, N-Methyldiethanolamin, N-Ethyldiethanolamin und Triethanolamin ausgewählt ist.
3. Verfahren zur Herstellung einer Siliciumdioxidpartikel und
Kationisierungsmittel aufweisenden Dispersion,
dadurch gekennzeichnet, dass man
a) 50 bis 75 Gewichtsteile Wasser
b) 25 bis 50 Gewichtsteile Siliciumdioxidpartikel mit einer BET- Oberfläche von 30 bis 500 m2/g und
c) 100 bis 300 g eines Kationisierungsmittels pro Quadratmeter BET- Oberfläche der Siliciumdioxidpartikel
dispergiert,
wobei das Kationisierungsmittel eine oder mehrere quartäre,
aminoalkoholfunktionelle, siliciumorganische Verbindungen der allgemeinen Formel III und/oder deren Kondensationsprodukte umfasst, wobei
Ru und Rv , jeweils unabhängig voneinander, eine Alkylgruppe mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen ist, m = 2 bis 5 und n = 2 bis 5 ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die quartären, aminoalkoholfunktionellen, siliciumorganischen
Verbindungen ein zahlenmittleres Molekulargewicht Mn von 500 bis 5000 aufweist.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine wässerige Lösung mit einer Konzentration der quartären,
aminoalkoholfunktionellen, siliciumorganischen Verbindungen von 20 bis 60 Gew.-% eingesetzt wird.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
pyrogen hergestellte Siliciumdioxidpartikel eingesetzt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
die pyrogen hergestellte Siliciumdioxidpartikel eine BET-Oberfläche von 200 m2/g oder mehr aufweisen.
8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Dispergierung in Gegenwart eine oder mehrere basisch oder sauer wirkende Substanzen oder deren Salzen durchgeführt wird.
9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Dispergierung mittels eines Rotor-Stator-Aggregates erfolgt.
10. Dispersion erhältlich nach den Ansprüchen 1 bis 9.
1 1 . Dispersion nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
der mittels dynamischer Lichtstreuung ermittelte mittlere
Teilchendurchmesser 120 bis 250 nm ist.
12. Dispersion nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
sie 35 bis 40 Gew.-% pyrogen hergestellte Siliciumdioxidpartikel mit einer BET-Oberfläche von 250 m2/g bis 350 m2/g enthält und der mittels dynamischer Lichtstreuung ermittelte mittlere Teilchendurchmesser 130 bis 180 nm ist.
13. Streichfarbe enthaltend die Dispersion gemäß der Ansprüche 9 bis 12 und wenigstens ein Bindemittel.
14. Verwendung der Dispersion gemäß der Ansprüche 9 bis 12 und der
Streichfarbe gemäß Anspruch 13 zur Beschichtung von
tintenaufnehmenden Inkjet-Medien.
15. Tintenaufnehmendes Medium umfassend eine Tintenaufnahmeschicht, wobei die Tintenaufnahmeschicht die Streichfarbe gemäß Anspruch 13 und einen Träger umfasst.
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