ES2225582T3

ES2225582T3 - Dispersion acuosa de un aglomerado ceramico de nanoparticulas para formar capas absorventes de tinta de medios de registro de inyeccion de tinta.

Info

Publication number: ES2225582T3
Application number: ES01956491T
Authority: ES
Inventors: Masamichi Murota; Hirokuni Shirono; Masahide Arai
Original assignee: Degussa GmbH
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 2000-07-03
Filing date: 2001-06-21
Publication date: 2005-03-16
Anticipated expiration: 2021-06-21
Also published as: WO2002002347A1; IL153759A0; NO20030011D0; US20020041952A1; NO20030011L; TW567145B; DE60106258D1; KR20030047983A; EP1299244B1; AU2001278461A1; JP2002019268A; DE60106258T2; EP1299244A1; US20040105964A1; ATE278560T1; CA2413739A1

Abstract

Una dispersión de un aglomerado cerámico de nanopartículas, para formar una capa absorbente de tinta de un medio de registro de inyección de tinta, que comprende: un aglomerado cerámico de nanopartículas, obtenible por hidrólisis en fase gaseosa en un quemador que contiene hidrógeno y oxígeno usando SiCl4, AlCl3 ó TiCl4 como materias primas, disperso en agua desionizada; en la que el aglomerado cerámico de nanopartículas tiene un diámetro medio de 0, 05 a 0, 3 ìm, en una viscosidad adecuada para el revestimiento de 10 a 200 mPaus, medida por un aparato de medición de distribuciones de tamaños de partículas por difracción láser, y la relación de la anchura del pico a una altura que es la mitad de la altura máxima en una curva de distribución de tamaños del aglomerado cerámico de nanopartículas, determinada según los resultados de la medición, a la altura máxima es de 0, 7 o menos.

Description

Dispersión acuosa de un aglomerado cerámico de nanopartículas para formar capas absorbentes de tinta de medios de registro de inyección de tinta.

Antecedentes de la invención Campo de la invención

1. La presente invención se refiere a una dispersión acuosa de un aglomerado cerámico de nanopartículas que es adecuada para capas absorbentes de tinta en medios de registro de inyección de tinta, y que facilita la impresión de imágenes nítidas y claras en los medios de registro de inyección de tinta.

Se conoce el uso de sílice producida pirogénicamente como pigmento suplementario con el fin de producir una capa de revestimiento para medios de registro de inyección de tinta (documento DE 195 34 327 A1).

Además, se conoce la preparación de un material de registro de inyección de tinta revistiendo el sustrato con un líquido de revestimiento preparado dispersando por pulverización partículas de pigmento aglomeradas en un líquido que contiene una resina catiónica (documento EP 0 850 777 A2).

Además, se conoce el uso de partículas de SiO_{2} como material de sorción en cromatografía. Las partículas de SiO_{2} se preparan por policondensación hidrolítica de tetraalcoxisilanos (documento US 4.775.520).

Además, se sabe producir unos medios de registro receptivos a la inyección de tinta usando un óxido de aluminio en partículas (documento EP 0 972 650 A1).

Además, se sabe producir un medio de registro de inyección de tinta que comprende un sustrato y una capa de pigmento. La capa de pigmento comprende una capa superior y una capa inferior. La capa superior contiene como pigmento principal un óxido de aluminio (documento EP 0 450 541 A1).

Se sabe además producir un medio de impresión, que comprende un material base adsorbente de líquidos, una capa receptora de la inyección de tinta dispuesta en el material base, que comprende un pigmento, una sustancia aglutinante y catiónica y una capa superficial dispuesta sobre la capa receptora de tinta, compuesta de partículas catiónicas ultrafinas como partículas inorgánicas (documento EP 0 732 219 A2).

Se sabe producir un material reactor de inyección de tinta con una capa receptora de tinta que incluye una partícula secundaria que tiene un tamaño medio de 10 a 300 nm y que incluye una pluralidad de partículas principales de sílice y/o silicato de alúmina (documento EP 0 803 374 A3).

Además, se sabe producir partículas de TiO_{2} haciendo reaccionar ilmenita y H_{2}SO_{4}. Estas partículas de TiO_{2} se pueden usar como carga (Derwent WPI; AN; 1988-094943 (documento JP(A) 63045123).

El caso de la invención es una dispersión acuosa de un aglomerado cerámico de nanopartículas, para formar una capa absorbente de tinta de un medio de registro de inyección de tinta, que comprende:

-: un aglomerado cerámico de nanopartículas, obtenible por hidrólisis en fase gaseosa en un quemador que contiene hidrógeno y oxígeno, usando SiCl_{4}, AlCl_{3} ó TiCl_{4} como materias primas, disperso en agua desionizada;

-: en el que el aglomerado cerámico de nanopartículas tiene un diámetro medio de 0,05 a 0,3 \mum, en una viscosidad adecuada para el revestimiento de 10 a 200 mPa\cdots, medida por un aparato de medición de distribuciones de tamaños de partículas por difracción láser, y

-: la relación de la anchura del pico a una altura que es la mitad de la altura máxima en una curva de distribución de tamaños del aglomerado cerámico de nanopartículas, a la altura máxima, es de 0,7 o menos.

2. Descripción de la técnica relacionada

Un medio típico de registro de inyección de tinta convencional incluye un sustrato que tiene un grosor de 100 a 300 \mum, tal como papel o una película de polietileno, una capa absorbente de tinta que tiene un grosor de 30 a 200 \mum formada sobre él por revestimiento, y una capa protectora que tiene un grosor de 1 a 10 \mum compuesta de una resina soluble en agua o similar, que se forma sobre la capa absorbente de tinta por pulverización.

En general, la capa absorbente de tinta del medio de registro de inyección de tinta se forma como sigue. Se añaden aglomerados cerámicos de nanopartículas, tales como un aglomerado de dióxido de silicio (de aquí en adelante referido como SiO_{2}) en polvo y un aglomerado de óxido de aluminio (de aquí en adelante referido como Al_{2}O_{3}) en polvo, a agua desionizada, para formar una dispersión acuosa de un aglomerado cerámico de nanopartículas, de tal modo que la dispersión tenga una viscosidad adecuada para el revestimiento de 10 a 200 mPa\cdots. A la dispersión se le añade, por ejemplo, un polímero catiónico, etanol, propanol, acetato de etilo, poli(alcohol vinílico), y ácido bórico, para preparar un revestimiento. El revestimiento se aplica sobre la superficie del sustrato y se seca.

Las materias primas anteriores, usadas para la dispersión acuosa del aglomerado cerámico de nanopartículas, se preparan de manera general por un método sintético en fase de vapor, usando SiCl_{4} y Al_{2}Cl_{3} en presencia de hidrógeno y oxígeno, por ejemplo, de un quemador. El polvo cerámico de nanopartículas resultante tiene un diámetro medio extremadamente pequeño, de 7 a 40 nm. Por ello, las partículas cerámicas interactúan inevitablemente unas con otras y se aglomeran con facilidad. Incluso cuando este polvo cerámico de nanopartículas se añade a agua desionizada después de su desintegración en un triturador de bolas, el polvo cerámico de nanopartículas está presente como un aglomerado de polvo cerámico que tiene un diámetro medio de 1 a 30 \mum.

En la impresión de imágenes sobre el medio de registro de inyección de tinta, pequeñas gotitas de tinta descargadas a través de los inyectores de puntos de una impresora de inyección de tinta son absorbidas en la capa absorbente de tinta. En la impresión en color, tal proceso se repite varias veces usando tintas de diferentes colores.

Con unas tendencias hacia un rendimiento más alto en las impresoras de inyección de tinta, el tamaño de las gotitas de tinta descargadas desde las impresoras de inyección de tinta ha sido reducido a 20 \mum o menos. Cuando esta tinta es descargada sobre el medio convencional de registro de inyección de tinta anterior, las gotitas de tinta fluyen localmente en la capa absorbente de tinta y dan como resultado el corrimiento de la tinta ("sangrado"). Como resultado, las imágenes impresas no son claras, sin importar lo ultrafinas que sean las gotitas de tinta.

Resumen de la invención

Es un objeto de la presente invención proporcionar una dispersión acuosa de un aglomerado cerámico de nanopartículas que sea adecuada para capas absorbentes de tinta en medios de registro de inyección de tinta y que facilite la impresión de imágenes nítidas y claras sobre los medios de registro de inyección de tinta.

Los presentes inventores han investigado dispersiones acuosas de aglomerados cerámicos de nanopartículas para capas absorbentes de tinta, para que la capa absorbente de tinta pueda retener las gotitas de tinta ultrafinas descargadas desde una impresora de inyección de tinta en las posiciones descargadas, y han llegado a las siguientes conclusiones.

a) En una dispersión acuosa de un aglomerado cerámico de nanopartículas convencional, el aglomerado cerámico de partículas tiene un diámetro medio de 1 a 30 \mum, según las medidas de un aparato de medición de distribuciones de tamaños de partícula por difracción láser. La curva de distribución de tamaños acorde con los resultados de la medición se muestra en la Fig. 2. La relación de la anchura del pico en una posición que tiene una altura que es la mitad de la altura máxima de la curva (de aquí en adelante denominada semianchura) a la altura máxima es de 1 a 1,5. Tal relación indica que el aglomerado cerámico de partículas es relativamente desigual y sus tamaños no son uniformes. Esto es, la uniformidad de tamaños de los aglomerados es inadecuada. En una capa aislante auxiliar que contiene tales aglomerados cerámicos de nanopartículas, que tienen una distribución de tamaños amplia, los aglomerados más grandes en la capa absorbente de tinta absorben muchas gotitas de tinta ultrafinas. Esto es, las gotitas de tinta ultrafinas no pueden ser retenidas en las posiciones descargadas, y sangran de las posiciones descargadas.

b) La anterior dispersión acuosa convencional del aglomerado cerámico de nanopartículas se prepara, de manera general, dispersando de 1 a 50% de un aglomerado cerámico de nanopartículas en agua desionizada, usando un mezclador convencional. Cuando esta dispersión se trata usando un homogeneizador ultrasónico convencional durante un tiempo predeterminado, o usando un aparato triturador de chorro durante un tiempo predeterminado, en el que corrientes a presión ultra-alta de la dispersión chocan a contracorriente unas con otras, los aglomerados cerámicos de nanopartículas son rápidamente desintegrados en el medio acuoso. Cuando el aglomerado cerámico de nanopartículas satisface las siguientes condiciones, controlando el tiempo de tratamiento, los aglomerados cerámicos de nanopartículas resultantes en la dispersión tienen un tamaño relativamente pequeño y uniforme, una capa absorbente de tinta que contenga este aglomerado cerámico de nanopartículas puede retener las pequeñas gotitas de tinta en las posiciones descargadas, sin sangrar, y una imagen impresa en un medio de registro de inyección de tinta es significativamente nítida y clara. Esto es, las condiciones son:

El diámetro medio del aglomerado cerámico de nanopartículas disperso en agua desionizada es de 0,05 a 3 \mum, según las mediciones, en una viscosidad adecuada para su revestimiento de 10 a 200 mPa\cdots, usando un aparato de medición de distribuciones de tamaños de partículas por difracción láser, y la relación de la anchura del pico (semianchura) en una posición que tiene una altura que es la mitad de la altura máxima de una curva, mostrada en la Fig. 2, de la distribución de tamaños de partículas, determinada según los resultados de la medición, a la altura máxima es 0,7 o menos.

Por consiguiente, una dispersión acuosa de un aglomerado cerámico de nanopartículas acorde con la presente invención, para formar una capa absorbente de tinta de un medio de registro de inyección de tinta, comprende un aglomerado cerámico de nanopartículas disperso en agua desionizada, en la que el aglomerado cerámico de nanopartículas tiene un diámetro medio de 0,05 a 0,3 \mum a una viscosidad adecuada para el revestimiento de 10 a 200 mPa\cdots, medida por un aparato de medición de distribuciones de tamaños de partículas por difracción láser, y la relación de la anchura del pico a una altura que es la mitad de la altura máxima en una curva de distribución de tamaños del aglomerado cerámico de nanopartículas, determinada según los resultados de las medidas, a la altura máxima es de 0,7 o menos.

Breve descripción de los dibujos

La Fig. 1 es una curva de distribución de tamaños de aglomerados cerámicos en una dispersión acuosa de un aglomerado cerámico de nanopartículas acorde con la presente invención; y

La Fig. 2 es una curva de distribución de tamaños de aglomerados cerámicos en una dispersión acuosa de un aglomerado cerámico de nanopartículas convencional.

Descripción de las realizaciones preferidas

En la presente invención, el diámetro medio del aglomerado cerámico de nanopartículas está en un intervalo de 0,05 a 0,3 \mum. A un diámetro medio menor que 0,05 \mum, ya no hay diferencias distintivas en la calidad de las imágenes impresas. A un diámetro que exceda de 0,3 \mum, algunas gotitas finas de tinta son absorbidas en el mismo aglomerado cerámico de nanopartículas, dando como resultado el sangrado de la tinta. Por ello, las imágenes resultantes no son claras.

La relación de la semianchura en la curva de distribución de tamaños del aglomerado cerámico de nanopartículas a la altura máxima está en un intervalo de 0,7 o menos. A una semianchura que exceda de 0,7, están presentes muchos aglomerados cerámicos que tienen diámetros que se desvían significativamente del diámetro medio. Cuando una capa absorbente de tinta contiene estos aglomerados cerámicos, cada uno de los aglomerados relativamente grandes absorberá tipos diferentes de tintas de color, dando como resultado el sangrado de la tinta. Como resultado, la imagen impresa exhibe irregularidades de color.

La viscosidad adecuada para el revestimiento de la dispersión acuosa de un aglomerado cerámico de nanopartículas está en un intervalo de 10 a 200 mPa\cdots. A una viscosidad menor que 10 mPa\cdots, la dispersión no se mantiene en el sustrato. A una viscosidad que excede de 200 mPa\cdots, la dispersión no puede ser aplicada uniformemente en el sustrato.

La dispersión acuosa de un aglomerado cerámico de nanopartículas acorde con la presente invención será descrita ahora con referencia a los siguientes Ejemplos.

Usando SiCl_{4}, AlCl_{3}, ó TiCl_{4} como materias primas, se preparó polvo de nanopartículas de SiO_{2}, polvo de nanopartículas de Al_{2}O_{3}, y polvo de nanopartículas de TiO_{2}, teniendo cada uno un diámetro de partículas medio numérico principal (de aquí en adelante llamado diámetro de partículas medio) mostrado en la Tabla 1, por hidrólisis en fase gaseosa, en un quemador que contenía hidrógeno y oxígeno. Dado que estos polvos cerámicos de nanopartículas estuvieron presentes como aglomerados, fueron desintegrados en un desintegrador en seco convencional durante un tiempo predeterminado, y fueron añadidos a agua desionizada en un triturador de bolas a la vez que se agitaba, para preparar las dispersiones acuosas de aglomerados cerámicos de nanopartículas convencionales (de aquí en adelante llamadas dispersiones cerámicas acuosas) 1 a 15, teniendo cada una viscosidad mostrada en la Tabla 1.

Cada una de estas dispersiones acuosas de aglomerados cerámicos de nanopartículas 1 a 15 fue tratada en un aparato triturador de chorro, en el que corrientes en chorro de la dispersión chocaron a contracorriente unas con otras, a un radio de corriente en chorro de 0,1 mm en la posición de colisión, una velocidad de corriente en chorro de 600 m/s y un caudal de las corrientes en chorro en los inyectores de 15 litros/min, durante un tiempo predeterminado, para desintegrar los aglomerados cerámicos de nanopartículas. De esta manera, se prepararon las dispersiones acuosas 1 a 15 de aglomerados cerámicos de nanopartículas acordes con la presente invención (de aquí en adelante llamadas dispersiones cerámicas acuosas de la presente invención).

Después de que las dispersiones cerámicas acuosas 1 a 15 convencionales y las dispersiones cerámicas acuosas 1 a 15 de la presente invención fueron mantenidas a 22ºC durante 2 horas, se midió la viscosidad de cada dispersión a 2,5 rpm usando un viscómetro de tipo E (fabricado por Toki Sangyo K.K.). La distribución de tamaños de partícula del aglomerado cerámico de nanopartículas en la dispersión fue medida usando un aparato de medición de distribuciones de tamaños de partículas por difracción láser, y el diámetro medio de los aglomerados fue calculado de acuerdo con los resultados. Además, se preparó una curva de distribución de tamaños para determinar la relación de la anchura media (la anchura en una posición que tuvo una altura que fue la mitad de la altura máxima de la curva) a la altura máxima. Estos resultados se muestran en la Tabla 1.

A 1000 ml de cada dispersión se le añadieron de 10 a 40 g de un polímero catiónico, de 50 a 100 ml de etanol, de 15 a 30 ml de propanol, de 10 a 20 ml de acetato de etilo, de 20 a 50 g de poli(alcohol vinílico), y de 1 a 10 g de ácido bórico, para preparar un revestimiento para formar una capa absorbente de tinta. El revestimiento fue aplicado sobre una superficie de registro de papel absorbente de agua que tenía un grosor de 200 \mum, fue enfriado rápidamente, y fue secado por aire caliente a 50ºC durante 3 minutos. Se preparó de este modo un medio de registro de inyección de tinta que tenía una capa absorbente de tinta de 80 \mum de grosor.

Se imprimieron imágenes de colores sólidos amarillo, magenta y cian sobre el medio de registro de inyección de tinta, usando una impresora de inyección de tinta en color PM-3300C, fabricada por Seiko Epson Corporation, y se midieron las densidades de reflexión para las luces monocromáticas del rojo, verde, y azul. Los resultados se muestran en la Tabla 2.

Se imprimió una imagen en color de una persona que tenía un tamaño de 250x180 mm en el medio de registro de inyección de tinta y se observó la calidad de la imagen a una ampliación de 3000 usando un microscopio digital de alta precisión.

TABLA 1

1

TABLA 2

2

Los resultados de la Tabla 1 demuestran que los diámetros de los aglomerados de las dispersiones cerámicas acuosas 1 a 15 acordes con la presente invención son más pequeños y más uniformes que los de las dispersiones cerámicas acuosas convencionales 1 a 15. Dado que la capa absorbente de tinta formada por una de las dispersiones cerámicas acuosas 1 a 15 acordes con la presente invención contiene aglomerados relativamente pequeños y uniformes, las gotitas de tinta descargadas desde la impresora de inyección de tinta son retenidas con precisión en las posiciones descargadas. Por ello, las imágenes impresas en el medio de registro de inyección de tinta tienen una alta densidad y son significativamente más claras.

Por consiguiente, la dispersión acuosa de un aglomerado cerámico de nanopartículas acorde con la presente invención puede proporcionar un medio de registro de inyección de tinta que contribuye a las mejoras en el rendimiento de las impresoras de inyección de tinta.

Claims

1. Una dispersión de un aglomerado cerámico de nanopartículas, para formar una capa absorbente de tinta de un medio de registro de inyección de tinta, que comprende:

-: un aglomerado cerámico de nanopartículas, obtenible por hidrólisis en fase gaseosa en un quemador que contiene hidrógeno y oxígeno usando SiCl_{4}, AlCl_{3} ó TiCl_{4} como materias primas, disperso en agua desionizada;

-: en la que el aglomerado cerámico de nanopartículas tiene un diámetro medio de 0,05 a 0,3 \mum, en una viscosidad adecuada para el revestimiento de 10 a 200 mPa\cdots, medida por un aparato de medición de distribuciones de tamaños de partículas por difracción láser, y

-: la relación de la anchura del pico a una altura que es la mitad de la altura máxima en una curva de distribución de tamaños del aglomerado cerámico de nanopartículas, determinada según los resultados de la medición, a la altura máxima es de 0,7 o menos.