ES2214209T3 - Dispersiones acuosas de negro de carbono. - Google Patents
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Abstract
Dispersiones acuosas de negro de carbono, caracterizadas porque la dispersión de negro de carbono está libre de humectante, al menos contiene un negro de carbono ozonizado, el contenido en negro de carbono en la dispersión preparada se eleva a 5-15% y el negro de carbono ozonizado contiene más de 25% de componente volátiles.
Description
Dispersiones acuosas de negro de carbono.
La invención se refiere a dispersiones acuosas de
negro de carbono, a un procedimiento para su preparación y a su
uso.
Las dispersiones acuosas de negro de carbono se
emplean para la preparación de tintas de imprenta o también
directamente como tintas para, por ejemplo, impresoras de chorro de
tinta.
El procedimiento de impresión de chorro de tinta
es una técnica multiplicadora conocida, en el cual la tinta de
imprenta se transfiere sin presión, es decir sin contacto del
cabezal de impresión con el medio de impresión. En este caso se
inyectan las gotas de tinta desde una tobera a un material
receptor, en donde su desviación es controlada de forma electrónica.
Esta técnica, también designada como impresión sin presión, es
adecuada en particular para la impresión de productos con
superficies irregulares y envases, ya que existe una cierta
distancia entre el cabezal de impresión y el material de impresión.
El procedimiento de impresión es muy flexible y relativamente
económico y, por ello, se utiliza también en la impresión con
ordenador, por ejemplo como impresora de trabajo. Progresivamente,
el procedimiento de chorro de tinta se aplica también en el ámbito
industrial, por ejemplo en publicidad exterior. En publicidad
exterior la tinta debe cumplir exigencias especiales de estabilidad
frente a la luz y al agua. Además, los componentes de la tinta deben
ser muy finos, para que no se taponen las toberas de impresión.
Como sustancias donantes de tinta se emplean tanto colorantes como,
recientemente, también pigmentos. Estos últimos presentan la
ventaja frente a los colorantes de que su resistencia frente a la
luz es muy elevada y son muy resistentes al agua. Los pigmentos
presentan una desventaja frente a los colorantes y es que solamente
forman dispersiones estables y con elevada estabilidad al
almacenamiento mediante un tratamiento con sustancias de superficie
activas (tensioactivos). Las partículas de pigmento no se
encuentran en forma de partículas primarias, sino en forma de
agregados. Los agregados de pigmento son más grandes que los
colorantes solubles. Si los agregados de pigmento no se dispersan de
forma suficientemente fina, se taponan las toberas del cabezal de
impresión. Además, los agregados grandes modifican las
características de absorción de la luz del negro de carbono de los
pigmentos. Esto conlleva un engrisamiento de la impresión y una
pérdida de la fuerza de
cobertura.
cobertura.
Las primeras patentes, las cuales se refieren a
la utilización del negro de carbono de pigmentos en tintas para
chorro de tinta, son los documentos US-A 5.085.698
y US-A 5.320.668. En ellas se describe la
utilización de acrilatos hidrosolubles para la estabilización de
los pigmentos.
Es conocida la preparación de dispersiones
acuosas de negro de carbono con negros de carbono que poseen un
tamaño medio de partícula primaria no superior a 30 nm y con un
valor DBP de al menos 75 ml/100 g (US-A
5,538,548).
Es además conocida la preparación de dispersiones
acuosas de negro de carbono con empleo de disolventes orgánicos
solubles en agua y resinas acrílicas solubles en agua (documento
US-A 5.609.671).
Las dispersiones acuosas de negro de carbono
conocidas presentan el inconveniente de que para su preparación o
bien para la estabilización de la dispersión es necesario al menos
un humectante.
Por consiguiente, la misión consiste en la
preparación de dispersiones de negro de carbono que no presenten
este inconveniente.
Objeto de la invención son dispersiones acuosas
de negro de carbono caracterizadas porque la dispersión de negro de
carbono esté libre de humectantes y al menos contenga un negro de
carbono ozonizado.
Como negro de carbono de partida para la
ozonización se puede emplear negros de carbono de horno, de gas, de
llama, de acetileno, negros de carbono que contienen Si, conocidos
por los documentos WO 98/45361 o DE 19613796, negros de carbono de
inversión, conocidos por el documento DE 19521565 y negros de
carbono que contienen metales, conocidos por la memoria WO 98/42778.
Como negro de carbono de partida para la ozonización se puede
emplear de forma preferente negros de carbono de gas, de modo
especialmente preferido negros de carbono de gas finos como, por
ejemplo, FW 285, FW 1 o FW 18 de la firma
Degussa-Hüls Aktiengesellschaft. La ozonización de
los negros de carbono de partida puede producirse según el
procedimiento conocido por el documento DE 198 240 47.
El negro de carbono ozonizado puede contener
componentes volátiles (DIN 53552) en cantidad de más del 25%,
preferentemente de más del 30%. La dispersión acuosa de negro de
carbono puede contener habitualmente, para la preparación de una
tinta lista para su uso, aditivos necesarios como, por ejemplo,
glicol, polivinilpirrolidona, isopropanol,
1,2-propanodiol o reguladores de pH. El contenido
en negro de carbono en la dispersión preparada puede ascender a un
máximo de 30%, de preferencia a un máximo de 15%, de modo
especialmente preferido
a 5-15%.
a 5-15%.
El valor del pH de la dispersión preparada puede
presentar un pH 4-12, preferiblemente pH
6-11, de modo especialmente preferido un pH
8-10.
El negro de carbono ozonizado posee un número
elevado de grupos de superficie. Por lo tanto, no es necesario un
humectante para la estabilización de la dispersión acuosa de negro
de carbono. La dispersión de negro de carbono de acuerdo con la
invención tiene la ventaja de una viscosidad más reducida y una
elevada tensión superficial. Por la mayor tensión superficial se
pueden originar gotas más pequeñas durante el procedimiento de
chorro de tinta y, con ello, mayores densidades ópticas sobre el
papel. Además, se puede conseguir una menor suciedad del cabezal de
impresión.
Otro objeto de la invención es un procedimiento
para la preparación de la dispersión acuosa de negro de carbono, el
cual se caracteriza porque el negro de carbono ozonizado se
dispersa en agua, eventualmente con la adición de aditivos y
eventualmente con el empleo de molinos de perlas, aparatos de
ultrasonidos o un Ultra-Turrax. Al final de la
formación de la dispersión se puede centrifugar o filtrar la
dispersión de negro de carbono.
Las dispersiones acuosas de negro de carbono
pueden ser utilizadas en la preparación de tintas, barnices y
tintas de imprenta, especialmente tintas para chorro de tinta,
tintas de imprenta y sistemas de barniz de base acuosa.
Las dispersiones de negro de carbono de acuerdo
con la invención pueden prepararse de la siguiente manera:
A la cantidad total de agua destilada se añade el
50% de la cantidad de aditivos para regular el valor del pH y se
homogeneiza manualmente o mediante un agitador.
Se incorpora el negro de carbono ozonizado en la
disolución preparada manualmente o mediante un agitador.
La dispersión preparada en el punto 2 se dispersa
con un aparato de ultrasonidos.
24 h después de la formación de la dispersión se
añaden con agitación el resto de los aditivos para regular el valor
del pH, así como la cantidad total de
1,2-propanodiol. Las partículas toscas se pueden
separar de la dispersión obtenida por centrifugación o
filtración
En la tabla 1 se presentan los datos analíticos
del negro de carbono ozonizado, el cual se prepara de acuerdo con
el documento DE 19824047, Ejemplo 1.
La composición de la dispersión acuosa de negro
de carbono, así como sus características se presentan en la tabla
2.
| Negro de carbono gas ozonizado FW 18 | ||
| Componentes volátiles | % | 31,5 |
| DIN 53552 |
| Componentes | Unidad | Ejemplo comparativo | Ejemplo |
| Negro de carbono de tinta FW 18 | % | 15 | - |
| Negro de carbono de tinta FW 18 ozonizado | % | - | 10 |
| Humectante: | |||
| Lutensol AO 30 | % | 6 | - |
| Hypermer CG6 | % | 2 | - |
| 1,2-propanodiol | % | - | 6,7 |
| Agua destilada | % | 76,8 | 80,8 |
| Regulador de pH: | |||
| Dimetiletanolamina | % | 0,2 | 2,5 |
| Propiedades | |||
| Diámetro medio de partícula | nm | 90 | 85 |
| Valor de pH | 8,0 | 9,0 | |
| Viscosidad, TA | MPas | 10 | 2,6 |
| Tensión superficial | MN/m | 43 | 67 |
| Densidad óptica (papel de copia) | 1,03 | 1,35 |
La tensión superficial se determina con el método
de disco según DIN 53 914 (3/80) a temperatura ambiente.
El tamaño de partícula medio se determina con la
espectroscopia de correlación fotónica.
La densidad óptica se determina con el
densitómetro McBeth RD 918 a presiones de prueba, sobre una
impresora Hewlett Packard 660C.
El valor de pH se determina directamente en la
dispersión de negro de carbono con un electrodo de medida usual en
el comercio.
La dispersión acuosa de negro de carbono de
acuerdo con la invención muestra una viscosidad más baja, una mayor
tensión superficial y una mayor densidad óptica que el Ejemplo de
comparativo.
Los componentes utilizados durante la preparación
de la dispersión de negro de carbono se caracterizan de la
siguiente forma:
El negro de carbono de tinta FW 18 es un negro de
carbono de gas con un tamaño de partícula primaria de 15 nm.
Lutensol AO 30 es un humectante no iónico
(fabricante: BASF).
Hypermer CG 6 es un humectante no iónico,
compuesto por un ácido polioxietilenacrílico humedecido
(fabricante: ICI).
Claims (6)
1. Dispersiones acuosas de negro de carbono,
caracterizadas porque la dispersión de negro de carbono está
libre de humectante, al menos contiene un negro de carbono
ozonizado, el contenido en negro de carbono en la dispersión
preparada se eleva a 5-15% y el negro de carbono
ozonizado contiene más de 25% de componente volátiles.
2. Dispersión acuosa de negro de carbono según la
reivindicación 1, caracterizada porque la dispersión
contiene un negro de gas ozonizado.
3. Dispersión acuosa de negro de carbono según la
reivindicación 1, caracterizada porque el valor de pH se
encuentra entre 4 y 12.
4. Procedimiento para la preparación de las
dispersiones acuosas de negro de carbono según la reivindicación 1,
caracterizado porque el negro de carbono ozonizado se
dispersa en agua, eventualmente con la adición de aditivos, y
eventualmente se utilizan para la formación de la dispersión molinos
de perlas, aparatos de ultrasonidos o un
Ultra-Turrax.
5. Procedimiento para la preparación de
dispersiones acuosas de negro de carbono según la reivindicación 4,
caracterizado porque la dispersión acuosa de negro de
carbono se centrifuga o filtra al finalizar la formación de la
dispersión.
6. Uso de las dispersiones acuosas de negro de
carbono de acuerdo según las reivindicaciones 1 a 3 para la
preparación de tintas para chorro de tinta, tintas de imprenta y
sistemas de barniz de base acuosa.
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