ES2227775T3

ES2227775T3 - Composicion para tratar papel.

Info

Publication number: ES2227775T3
Application number: ES98303925T
Authority: ES
Inventors: David William Owen; Richard David Saunders; Derek Sutton
Original assignee: Arjo Wiggins Fine Papers Ltd
Current assignee: Arjo Wiggins Fine Papers Ltd
Priority date: 1997-05-20
Filing date: 1998-05-19
Publication date: 2005-04-01
Anticipated expiration: 2018-05-19
Also published as: ATE275219T1; EP0879917A2; DE69825938D1; EP0879917B1; GB9710282D0; PT879917E; EP0879917A3; DK0879917T3; DE69825938T2

Abstract

LA ADECUIDAD DE UN PAPEL PARA IMPRIMIR CON LAS DENOMINADAS "PRENSAS DIGITALES DE COLOR" DEL TIPO QUE HACE USO DE UN TONER O UNA TINTA LIQUIDOS AUMENTA UTILIZANDO UNA COMPOSICION DE TRATAMIENTO QUE COMPRENDE UNA SAL DE ALUMINATO O UNA SAL DE UN ACIDO DEBIL Y UNA BASE FUERTE EN UNA CANTIDAD TAL QUE IMPARTA LA PANEL UN VALOR DE PH DE SUPERFICIE ALCALINA. LA COMPOSICION DE TRATAMIENTO TAMBIEN CONTIENE PREFERENTEMENTE ALMIDON O CUALQUIER OTRO AGENTE TENSIOACTIVO, CON LO QUE LA COMPOSICION DE TRATAMIENTO TAMBIEN ACTUA COMO COMPOSICION DE APRESTO DE SUPERFICIES.

Description

Composición para tratar papel.

Esta invención se refiere al uso de una composición de tratamiento para mejorar la aptitud del papel a la impresión por las denominadas "prensas digitales de color" del tipo que usan una tinta o tóner líquido.

Las prensas digitales de color fueron comercializadas por primera vez a escala significativa a principios de los 90. Son particularmente adecuadas para tiradas cortas de impresión en las que la impresión offset tradicional en color puede ser costosa y lenta debido al elevado coste y pérdidas de tiempo implicadas en la producción de planchas de impresión y en el montaje de la prensa al inicio de la tirada. Por el contrario, una prensa digital de color no tiene planchas de impresión ni costes de montaje comparables. Por lo tanto permite una respuesta rápida a órdenes de impresión ("respuesta rápida") y en el coste por impresión no influye significativamente el número total de impresiones que se hacen. Estos factores hacen que una prensa digital sea ideal para impresión en color de tiradas cortas, es decir, de hasta aproximadamente 3.000 impresiones. Como la información que se ha imprimir está almacenada en forma electrónica ("digitalizada") en lugar de estar almacenada físicamente en una plancha de impresión, se pueden hacer tiradas impresas iniciales y repetidas "bajo demanda" sin necesidad de cambios físicos en la prensa. Un beneficio adicional es que se puede combinar información variable y no variable entre cada una de las copias impresas consecutivamente por lo que, en una tirada de impresión, se pueden personalizar o adaptar impresiones individuales para que sean específicas a un receptor o lector particular.

La tecnología de prensas digitales de color se basa en tecnología de impresión o formación de imágenes sin impacto, del mismo tipo general que el usado en fotocopiadoras o impresoras láser de papel normal, esto es, en el uso de un rodillo cargado electrostáticamente y partículas de tóner cargadas para la formación de imágenes. Un rodillo fotosensible cargado electrostáticamente (el "fotorreceptor") se expone a una luz en una configuración formadora de imágenes de modo que se disipa la carga electrostática de la superficie de las zonas expuestas del fotorreceptor. El tóner se pone entonces en contacto con el fotorreceptor y se adhiere fuertemente a éste en las zonas no expuestas (y, por lo tanto, todavía cargadas electrostáticamente) de su superficie desde las que es transferido al papel directamente o indirectamente mediante un rodillo offset.

Una única pasada por la unidad de impresión proporciona una imagen monocromática pero se puede conseguir una impresión en color, de calidad comparable a la que se puede obtener por impresión offset tradicional en color, por varias pasadas por la unidad de impresión usando tóneres de colores diferentes o por una única pasada por un conjunto de unidades de impresión, cada una de las cuales aplica un tóner de color diferente. Típicamente se usan cuatro pasadas o unidades de impresión, tres de las cuales aplican tóneres de colores y la otra de las cuales aplica un tóner negro. Los tóneres de colores son tales que, cuando se usan individualmente y en combinaciones adecuadas, pueden proporcionar un intervalo espectral completo en la impresión final, de la misma manera que se consigue en impresión convencional en color usando una tinta negra y tres tintas de colores diferentes.

Las prensas digitales de color actualmente comercializadas se pueden dividir en dos grupos de acuerdo con el tipo de tóner usado, esto es, si es un "tóner seco" o un "tóner líquido". Los tóneres secos son partículas finas, comprendiendo cada una partículas de un pigmento unidas entre sí en una matriz constituida por un aglutinante polimérico fusible térmicamente. Una vez aplicado el tóner al papel, se usa calor para fundir el componente aglutinante polimérico del tóner y "fusionar" así las partículas del tóner entre sí y al papel. Por el contrario, los tóneres líquidos comprenden partículas de tóner dispersas en un vehículo líquido orgánico de punto de ebullición bastante alto, junto con partículas dispersas de un aglutinante. Durante la operación de impresión, se cree que se separa la mayor parte del vehículo y se calienta el tóner a una temperatura elevada (típicamente 70-90ºC) suficiente para convertir las partículas del aglutinante a estado líquido. La separación del vehículo origina un incremento de la viscosidad del tóner, lo cual facilita la transferencia de éste al rodillo offset (si se usa) y al papel, absorbiendo la superficie del papel el vehículo líquido residual. El aglutinante vuelve al estado sólido después de haber sido aplicado el tóner al papel y fija así la imagen (no hay "fusión" posterior del tóner después de su transferencia al papel, como ocurre en los procesos con tóner seco).

Se debe elegir cuidadosamente el papel usado con prensas digitales de color si se quiere conseguir una buena calidad de impresión y una buena aptitud de procesamiento con la prensa digital. Cuando la prensa es del tipo que usa tóner seco, los requisitos del papel son similares a los del papel ordinario para fotocopiadoras e impresoras láser, principalmente una superficie lisa, buena rigidez, un contenido relativamente bajo de humedad, buena estabilidad dimensional bajo condiciones de humedad variable, compatibilidad con el tóner de modo que permita buena adherencia del tóner y aptitud de soportar el calor de la etapa de fusión del tóner sin un abarquillamiento excesivo, producción de bordes sinuosos ni ampollado. Tales papeles se pueden conseguir fácilmente a un coste aceptable y, por lo tanto, la disponibilidad del papel no ha sido una limitación significativa para la penetración comercial de tecnología de prensas digitales de color de tóner seco.

La posición es algo diferente en el caso de prensas digitales de color que usan tóneres líquidos para la formación de imágenes. Se pueden obtener resultados muy buenos con papeles de impresión estucados con un pigmento pero los papeles ordinarios de impresión y para oficinas no estucados, disponibles comercialmente, no dan tales resultados buenos. Los problemas principales son conseguir una buena transferencia del tóner al papel y la posterior adherencia del tóner al papel. Estas limitaciones son graves puesto que, para muchas aplicaciones o usos finales, por estética u otras razones se prefiere usar papeles no estucados.

Por lo tanto, hay necesidad de un papel no estucado convencionalmente con un pigmento pero que, no obstante, ofrezca buen comportamiento a la impresión con prensas digitales de color de tóner líquido.

La patente WO-A-96/06384 describe el uso de polietilenimina o derivados de ésta para impartir funcionalidad básica al papel usado como sustrato para la formación de imágenes en un proceso de impresión con tóner líquido, con el resultado de obtener una mejor adherencia de las imágenes formadas.

La patente US-A-5.522.868 describe el uso de un recubrimiento con una sal de metal alcalino para impartir un pH alcalino a la superficie del papel usado en impresoras de chorro de tinta.

Se ha desarrollado ahora una composición de tratamiento del papel que, cuando se aplica a un sustrato de papel soporte, origina una aptitud significativamente mejorada a la impresión mediante prensas digitales de color de tóner líquido.

Por lo tanto, en un primer aspecto, la invención se refiere al uso, con el fin de mejorar la aptitud de un papel a ser impreso por medio de una prensa digital de color de tóner líquido, de una composición de tratamiento que comprende una sal aluminato o una sal de un ácido débil y una base fuerte en una cantidad tal que imparte a la superficie del papel un pH alcalino.

En un segundo aspecto, la invención proporciona un método de imprimir papel por medio de una prensa digital de color de tóner líquido, caracterizado porque la superficie del papel a imprimir ha sido tratada con una sal aluminato o con una sal de un ácido débil y una base fuerte en una cantidad tal que da a la superficie un pH alcalino.

La composición de tratamiento, que comprende la sal aluminato o la sal de un ácido débil y una base fuerte, contiene preferiblemente almidón u otro agente de encolado en superficie por lo que la composición de tratamiento también actúa como composición de encolado en superficie. Esto reduce el coste del tratamiento (porque no se requiere un procesamiento adicional del papel fuera del tratamiento con la prensa encoladora normal). También facilita la aplicación uniforme del ingrediente activo de tratamiento (la sal) por toda la superficie del papel porque el agente de encolado actúa como extensor. El agente de encolado en superficie es típicamente un almidón pero, en principio, puede ser un látex, poli(alcohol vinílico), gelatina, un derivado de celulosa, como carboximetilcelulosa, u otro material conocido de encolado en superficie. Se pueden usar combinaciones de estos materiales.

Aunque la aplicación con prensas encoladoras es un método particularmente conveniente y, por lo tanto, preferido de aplicar la composición de tratamiento, se pueden usar recubrimiento, rociado u otras técnicas de aplicación. Las prensas encoladoras mencionadas en esta solicitud incluyen no sólo prensas encoladoras tradicionales sino también las denominadas prensas encoladoras "dosificadoras" del tipo comercializado con los nombres "Speedsizer" por Voith, "Sym-Sizer" por Valmet, "Twin-HSM" por BTG y "Filmpress" por Jagenberg.

La sal aluminato es preferiblemente aluminato sódico y la sal de un ácido débil y una base fuerte es preferiblemente hidrogenocarbonato sódico (bicarbonato sódico). Sales alternativas menos preferidas incluyen tetraborato disódico, fosfato trisódico y acetato sódico. Se han citado las sales sódicas porque son las disponibles más fácilmente pero se debe entender que también se pueden usar las sales potásicas correspondientes, así como las sales cálcicas, siempre que sean adecuadamente solubles. El aluminato sódico es, con mucho, el que da los mejores resultados, posiblemente porque la presencia de aluminio polivalente mejora la afinidad hacia materiales de tóner.

Sorprendentemente, se consiguieron los mejores resultados usando, como agente de encolado en superficie, un nivel reducido de almidón en comparación con el usado convencionalmente en los tipos de papel en cuestión. Así, aunque una composición de almidón usada para encolado en superficie tiene una concentración de almidón del orden de aproximadamente 8%, se consiguieron los mejores resultados con una concentración de almidón de aproximadamente 2%. Aunque la absorción de composiciones de encolado en superficie de concentraciones menores es normalmente mayor que la de composiciones más concentradas, el resultado neto es un nivel reducido de encolado en superficie del papel.

La cantidad a usar de sal aluminato o de sal de un ácido débil y una base fuerte varía de acuerdo con el tipo de papel a tratar, por ejemplo, con su absorbencia y características intrínsecas de retención, y con el nivel y tipo de encolado interno usado. Una orientación de los niveles de tratamiento adecuados se puede obtener por los ejemplos dados a continuación. Generalmente la cantidad de aluminato o de sal de un ácido débil y una base fuerte debe ser tal que produzca en la superficie del papel un pH alcalino, por ejemplo, 8-8,5 o mayor.

Aunque la presente invención pretende evitar la necesidad de usar papeles estucados convencionalmente con una prensa digital de color de tóner líquido, en la composición de tratamiento puede estar presente una cantidad pequeña de pigmento (por ejemplo, carbonato cálcico precipitado coloidal) si el efecto no cambia el carácter fundamental del papel tratado final, es decir, convertirlo de lo que se percibe como tipo "no estucado" a un producto estucado convencional.

A continuación se ilustra la invención por los siguientes ejemplos, en los que todas las partes y porcentajes son en peso salvo que se especifique lo contrario.

Ejemplo 1

Se preparó una solución de 10% de un almidón oxidado de maíz del tipo usado convencionalmente para encolado en superficie del papel. Esta solución se dividió en cinco lotes. Uno de ellos se usó como control y cada uno de los otros se usó en composiciones de tratamiento de acuerdo con la invención por adición de las sales respectivas enumeradas en la tabla siguiente:

Sal	Designación de la mezcla
Tetraborato disódico (Na_{2}B_{4}O_{7}\cdot10H_{2}O)	A
Acetato sódico trihidrato (NaC_{2}H_{3}O_{2}\cdot3H_{2}O)	B
Ortofosfato trisódico (Na_{3}P_{4}O_{4}\cdot12H_{2}O)	C
Aluminato sódico (Na_{2}Al_{2}O_{4})	D
-	Control

En cada caso el nivel de adición de las sales fue 1%, sobre base seca, calculado como peso de sal seca presente (como hidrato cuando se indique) con respecto al peso de almidón seco presente. Por lo tanto, el almidón constituyó el 99% de la composición de tratamiento.

Cada composición de tratamiento fue aplicada sobre un papel soporte membretado para documentos no verjurado de 100 g/m^{2} por medio de una estucadora piloto de cuchilla de aire de escala intermedia. Este papel soporte había sido encolado internamente con dímero de alquilceteno (esto es, había sido sometido a encolado neutro/alcalino) y también había sido encolado en superficie convencionalmente. Se aplicaron dos gramajes diferentes de recubrimiento con la composición de tratamiento, a saber, aproximadamente 3 y 2 g/m^{2} (referido a materia seca en ambos casos). De las bobinas resultantes se cortaron hojas de tamaño SRA3 y se imprimieron con una prensa digital de color de tóner líquido (una prensa INDIGO E-PRINT 1000, suministrada por Indigo N.V., Países Bajos). Se evaluó visualmente la extensión en que aceptaron la tinta las diversas muestras de una manera satisfactoria y el nivel de adherencia del tóner mediante ensayos de "separación de cinta" y de "adherencia del tóner al frotar".

En el ensayo de separación de cinta, se aplicó una longitud de cinta de protección de pegajosidad media a la zona impresa de cada muestra y después se separó. Después se examinó visualmente la superficie adhesiva de las cintas y las zonas del papel de las que se habían separado para ver cuánto tóner se había separado o retenido respectivamente y se compararon los resultados entre las diferentes muestras.

En el ensayo de adherencia del tóner al frotar, se frotaron las zonas impresas de cada muestra con una varilla ordinaria de raspado (con la misma fuerza y durante el mismo tiempo para cada muestra). Se evaluó visualmente la extensión en que la impresión había sido borrada y se compararon los resultados de cada muestra.

Se encontró que todas las muestras de ensayo tenían mejor aceptación de tinta y mejor adherencia del tóner que la muestra de control. De las muestras de ensayo, la mezcla D (con aluminato sódico) dio resultados significativamente mejores que las mezclas A a C. En todos los casos, las muestras con menor gramaje de recubrimiento (2 g/m^{2}) dieron mejores resultados que las muestras con mayor gramaje de recubrimiento (3 g/m^{2}).

Ejemplo 2

Este ejemplo ilustra la aplicación de la composición de tratamiento por medio de una prensa encoladora de una máquina de papel de encolado total como parte de una operación de fabricación de papel, en lugar de una operación independiente de recubrimiento como en el ejemplo 1. La sal usada fue hidrogenocarbonato sódico (NaHCO_{3}).

Se preparó un baño de 220 litros de una solución de 8% de almidón catiónico de patata. En esta solución se disolvieron, agitando, 3 kg de hidrogenocarbonato sódico para producir una composición de tratamiento que contenía aproximadamente 85% de almidón. La composición resultante se alimentó a la prensa encoladora de una máquina de papel produciendo un papel de impresión no verjurado, encolado internamente, de 90 g/m^{2}. El papel resultante se cortó en hojas, se imprimió y se ensayó de la misma manera que en el ejemplo 1.

Se encontró que los resultados obtenidos fueron comparables a los obtenidos con aluminato sódico en el ejemplo 1.

Ejemplo 3

Este ejemplo compara los resultados obtenidos con una composición de tratamiento de aluminato sódico aplicada por medio de una estucadora de escala intermedia de dos maneras diferentes, a saber, por medio de una estucadora de cuchilla de aire y por medio de la cabeza estucadora de una prensa encoladora. La composición de tratamiento se preparó como se ha descrito con referencia a la mezcla D del ejemplo 1 y se aplicó con un gramaje de recubrimiento de aproximadamente 2 g/m^{2} en cada caso (por cada cara en el caso del papel tratado con la prensa encoladora). El papel al que se aplicó las composiciones no había sido encolado en superficie sino como en el ejemplo 2. Después del tratamiento, el papel se cortó en hojas, se imprimió y se ensayó como se ha descrito en el ejemplo 1.

Se observó que los dos papeles tratados tenían mejor aceptación de tinta y mejores propiedades de adherencia del tóner que el papel de control del ejemplo 1. De los dos papeles, el papel tratado con prensa encoladora fue el mejor y se consideró que era superior a cualquiera de los papeles evaluados en los ejemplos 1 y 2.

Ejemplo 4

Este ejemplo ilustra el uso de hidrogenocarbonato sódico con una proporción de almidón en la composición de tratamiento menor que en el ejemplo 2.

Se prepararon 1.300 litros de una solución de 2% de almidón catiónico de patata. En esta solución se disolvieron, agitando, 6 kg de hidrogenocarbonato sódico para producir una composición de tratamiento que contenía aproximadamente 81% de almidón. Se aplicó esta composición en la prensa encoladora de una máquina de papel produciendo un papel soporte membretado para documentos no verjurado de 120 g/m^{2}, encolado con una mezcla patentada de dímero de alquilceteno y colofonia neutra. El papel resultante se cortó en hojas y se ensayó como en los ejemplos anteriores. Se consideró que la aceptación de tinta y la adherencia del tóner fueron comparables a los del papel del ejemplo 1 tratado con aluminato sódico.

Ejemplo 5

Se prepararon 1.300 litros de una solución de 2% de almidón catiónico de patata. En esta solución se disolvieron, agitando, 3 kg de aluminato sódico para producir una composición de tratamiento que contenía aproximadamente 90% de almidón. Esta composición se aplicó en la prensa encoladora de una máquina de papel produciendo papeles soporte membretados para documentos, no verjurados, de 100, 120 y 170 g/m^{2}, encolados internamente como se ha descrito en el ejemplo 4 pero con un nivel de encolado menor que el convencional. El papel resultante se cortó en hojas, se imprimió y se ensayó como en los ejemplos anteriores. Se consideró que la aceptación de tinta y la adherencia del tóner fueron muy buenas y mejores que las de los ejemplos anteriores.

Claims

1. El uso, con el fin de mejorar la aptitud de un papel a la impresión por medio de una prensa digital de color de tóner líquido, de una composición de tratamiento que comprende una sal aluminato o una sal de un ácido débil y una base fuerte en una cantidad tal que imparte a la superficie del papel un pH alcalino.

2. El uso de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el pH impartido a la superficie del papel es por lo menos 8.

3. El uso de acuerdo con la reivindicación 2, en el que el pH impartido a la superficie del papel es por lo menos 8,5.

4. El uso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la composición de tratamiento es una composición de encolado en superficie que comprende también una sal aluminato o una sal de un ácido débil y una base fuerte.

5. El uso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la composición de encolado en superficie comprende un almidón.

6. El uso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la composición de encolado en superficie comprende un látex, poli(alcohol vinílico) o un derivado de celulosa, como carboximetilcelulosa.

7. El uso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la sal aluminato es aluminato sódico.

8. El uso de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la composición de tratamiento comprende aluminato sódico y un almidón catiónico.

9. El uso de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la composición de tratamiento comprende bicarbonato sódico y un almidón catiónico.

10. Un método de imprimir papel por medio de una prensa digital de color de tóner líquido, caracterizado porque el papel que se ha de imprimir ha sido tratado en su superficie con una sal aluminato o con una sal de un ácido débil y una base fuerte en una cantidad tal que da a la superficie un pH alcalino.