ES2252492T3 - Sustrato resistente al agua imprimible mediante chorro de tinta. - Google Patents

Sustrato resistente al agua imprimible mediante chorro de tinta.

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ES2252492T3
ES2252492T3 ES02752641T ES02752641T ES2252492T3 ES 2252492 T3 ES2252492 T3 ES 2252492T3 ES 02752641 T ES02752641 T ES 02752641T ES 02752641 T ES02752641 T ES 02752641T ES 2252492 T3 ES2252492 T3 ES 2252492T3
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Charles T. Hill
Charles F. Kahle
Joseph P. Kovacs
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Abstract

Una composición de revestimiento de sustrato grabable por tinta que tiene un pH menor que 7, que comprende: (a) una dispersión acuosa de poliuretano aniónico; y (b) una disolución acuosa de un compuesto polímero catiónico que contiene nitrógeno, fijador del colorante. que se obtiene añadiendo el compuesto polímero que contiene nitrógeno, fijador del colorante, (b) en la dispersión acuosa de poliuretano aniónico (a).

Description

Sustrato resistente al agua imprimible mediante chorro de tinta.
Antecedentes de la invención
La presente invención se dirige a un sustrato grabable por inyección de tinta. En particular, la presente invención se refiere a un sustrato, resistente al agua, revestido, grabable por inyección de tinta. Esta aplicación es una conversión de la solicitud de patente provisional de Estado Unidos que tiene número de serie 60/309.348, presentada el 1 de agosto de 2001.
Es conocido en la técnica encolar el papel con componentes de encolado con el propósito de retardar o evitar la penetración de líquidos en el interior de la estructura. El "encolado interno" consiste en introducir materiales de encolado en la pulpa durante la operación de fabricación del papel. Los materiales de encolado se precipitan en las fibras primordialmente con el propósito de controlar la penetración de los líquidos en el papel seco final. El "encolado superficial" supone la aplicación al papel previamente formado de dispersiones de sustancias formadoras de películas, tales como almidones transformados, gomas y polímeros modificados. El encolado superficial otorga resistencia al papel.
El uso de papel encolado para imprimir con una impresora de inyección de tinta que contiene predominantemente tintas con base de agua puede producir papeles impresos que tengan tendencia a arrollarse en tubos. El uso de papeles sin encolar puede dar lugar a la migración de la imagen a través de la hoja y la interferencia con la imagen en el otro lado, si un lado de la hoja impresa se pone en contacto con agua.
Se han hecho diversos intentos en la técnica para superar los problemas anteriores. Por ejemplo, la patente de Estados Unidos 5.709.976 describe un sustrato de papel revestido con una capa barrera hidrófoba y una capa receptora de la imagen. La capa barrera hidrófoba reviste ambas caras del papel e incluye un componente insoluble en agua y un agente anti-arrollamiento soluble en agua o alcohol. La patente de Estados Unidos 6.140.412 muestra un procedimiento para revestir papel con una disolución acuosa de resina catiónica de poliuretano. La patente japonesa (JP) 11.216.945 describe un procedimiento para revestir papel con una composición que incluye polivinilpirrolidona, una emulsión de resina de poliuretano, alcohol polivinílico y una resina catiónica.
Las patentes de Estados Unidos 4.861.644 y 5.196.262 describen una hoja de material microporoso que incluye una matriz de poliolefina lineal de peso molecular ultra-alto, una gran proporción de agente de carga silíceo finamente dividido insoluble en agua, y poros interconectados. La patente de EE.UU. número 6.025.068 muestra un método para revestir un sustrato microporoso de poliolefina con una composición de revestimiento que incluye un agente aglutinante disuelto o disperso en un medio líquido acuoso volátil. El agente aglutinante incluye un polímero orgánico formador de película de un poli(óxido de etileno) soluble en agua y un polímero híbrido de uretano-acrilato capaz de reticularse soluble en agua o dispersable en agua.
Otra composición de revestimiento para materiales grabables por inyección de tinta se describe en la patente japonesa (JP) 2001-184.881. Esta referencia describe una composición de revestimiento que incluye un poliuretano no iónico o aniónico y el producto de reacción de una amina monómera secundaria y epiclorohidrina. Las patentes japonesas (JP) 11.268.406 y (JP) 2.000.153.667 describen poliuretanos catiónicos que son útiles en revestimientos impermeables para sustratos de impresión por inyección de tinta.
Continua existiendo una necesidad para un medio grabable por inyección de tinta que sea duradero, resistente al agua y capaz de grabar imágenes definidas cuando se le aplica una tinta de impresión de inyección de tinta.
Compendio de la invención
La presente invención se dirige a una composición de revestimiento resistente al agua para un sustrato grabable por inyección de tinta. La composición de revestimiento tiene un pH menor que 7 e incluye:
(a)
una dispersión acuosa de poliuretano aniónico; y
(b)
una disolución acuosa de un compuesto polímero catiónico que contiene nitrógeno, fijador del colorante.
La presente invención también se dirige a un método de revestir un sustrato grabable por inyección de tinta en el que la composición de revestimiento definida anteriormente se aplica al sustrato.
La presente invención se dirige adicionalmente a un sustrato grabable por inyección de tinta en el que al menos un lado del sustrato tiene una capa de revestimiento de la composición de revestimiento anteriormente descrita.
Descripción detallada de la invención
A no ser que se indique lo contrario, en todas las referencias a los monómeros de (met)acrílico, (met)acrilato y (met)acrilamida se quiere decir que incluyen tanto las especies metacrílicas como acrílicas.
En esta solicitud de patente se describen diversos intervalos numéricos. Debido a que estos intervalos son continuos, incluyen cada valor entre los valores mínimo y máximo.
La composición de revestimiento de la presente invención incluye una dispersión acuosa de poliuretano aniónico y una disolución acuosa de un compuesto polímero catiónico que contiene nitrógeno, fijador del colorante.
Típicamente, la mezcla de un polímero aniónico y un polímero catiónico da lugar a una polisal que a menudo es insoluble en agua y en otros disolventes. En la presente invención, sorprendentemente se ha encontrado que la adición de una disolución acuosa de un polímero catiónico que contienen nitrógeno a una dispersión acuosa de poliuretano aniónico da lugar a una dispersión estable que es útil como una composición de revestimiento para un sustrato grabable por inyección de tinta. Sin embargo, una inversión en el orden de adición, tal que la dispersión de poliuretano aniónico se añada a la disolución acuosa de un polímero catiónico que contiene nitrógeno, da lugar a la formación y precipitación de una polisal de la disolución acuosa.
Una dispersión acuosa de una resina aniónica de poliuretano para usar en la invención comprende partículas de un polímero aniónico de poliuretano disperso en un medio acuoso. El polímero de poliuretano tiene al menos un grupo ácido lateral que se puede neutralizar en presencia de una base para formar grupo(s) aniónico(s), los cuales estabilizan la dispersión.
El poliuretano aniónico para usar en la invención se puede preparar por un método conocido en la técnica. Por ejemplo, la reacción de (i) un poliisocianato, (ii) un poliol, (iii) un compuesto que tenga un grupo ácido, y opcionalmente (iv) un compuesto de extensión de cadena tal como una poliamina o hidracina, produce un poliuretano aniónico adecuado. Como se usa en la presente memoria y en las reivindicaciones, "poliisocianato" se refiere a un compuesto que tiene más de un grupo isocianato. Ejemplos de poliisocianatos adecuados para usar en la presente invención incluyen diisocianatos tales como diisocianato de tolueno, diisocianato de hexametileno, diisocianato de isoforona y diisocianato de diciclohexilmetano; tres o más isocianatos funcionales que pueden ser los productos de reacción de diisocianatos con polioles tales como trimetilol propano, glicerol y pentaeritriol. Los poliisocianatos adecuados para usar en la invención están comercialmente disponibles en Bayer Corporation con el nombre comercial de
Desmodur.
Como se usa en la presente memoria y en las reivindicaciones, "poliol" se refiere a un compuesto con más de un grupo hidroxilo. Ejemplos de polioles adecuados son polioles simples tales como los usados para preparar poliisocianato, polioles de poliésteres y polioles de poliéteres.
El poliuretano aniónico para usar en la presente invención puede incluir un grupo ácido tal como un grupo ácido carboxílico o ácido sulfónico y dos grupos, que pueden reaccionar con un poliisocianato o un poliol. Un ejemplo de un grupo que puede reaccionar con un poliol es un grupo isocianato. Ejemplos de grupos que pueden reaccionar con un poliisocianato incluyen grupos hidroxilos y grupos amino. Un ejemplo de un compuesto que tiene dos grupos hidroxilos y un grupo ácido es el ácido dimetilol-propiónico. Un ejemplo de una poliamina incluye etilén-diamina, isoforona-diamina o dietilén-triamina.
La dispersión de poliuretano aniónico para usar en la invención se dispersa usando una base que ioniza el (los) grupo(s) ácido(s) en el polímero y estabiliza la dispersión. La base puede incluir cualquier base inorgánica conocida, amoniaco o una amina.
Se pueden hacer reaccionar el (i) poliisocianato, (ii) el compuesto que tiene un grupo ácido, y (iii) el poliol en presencia de un disolvente orgánico para formar un prepolímero terminado en isocianato. Disolventes orgánicos adecuados incluyen n-metil pirrolidona, tetrahidrofurano o un éter de glicol. El prepolímero terminado en isocianato se puede dispersar en agua en presencia de una base, y después extender la cadena añadiendo la poliamina. En una realización, se extiende la cadena del prepolímero en una disolución de disolvente orgánico y después el polímero de poliuretano se dispersa en agua en presencia de la base.
Poliuretanos aniónicos adecuados para usar en la presente invención incluyen poliuretanos aniónicos sobre la base de poliuretanos de poliéteres aromáticos, poliuretanos de poliéteres alifáticos, poliuretanos de poliésteres aromáticos, poliuretanos de poliésteres alifáticos, poliuretanos de policaprolactamas aromáticas, y/o poliuretanos de policaprolactamas alifáticas. Una dispersión de poliuretano aniónico para usar en la presente invención esta comercialmente disponible en Crompton Corporation con el nombre comercial de WitcoBond®.
La dispersión acuosa de poliuretano aniónico de la composición de revestimiento contiene hasta 70% en peso, o hasta 65% en peso, o hasta 60% en peso, o hasta 50% en peso del poliuretano aniónico. La dispersión acuosa de poliuretano aniónico incluye al menos 1% en peso, o al menos 5% en peso, o al menos 10% en peso, o al menos 20% en peso del poliuretano aniónico. La cantidad de poliuretano aniónico en la dispersión acuosa de poliuretano aniónico no es crítica. En general, la cantidad no debería ser tal alta como para hacer inestable a la propia dispersión o a la mezcla con el polímero que contiene nitrógeno, o tan baja que la composición de revestimiento no proporcione suficiente resistencia al agua y al roce o que la propia dispersión se vuelva inestable. El poliuretano aniónico puede estar presente en la dispersión acuosa de poliuretano aniónico en cualquier intervalo de valores, inclusive aquellos expuestos anteriormente.
Una dispersión de poliuretano catiónico puede incluir un poliuretano catiónico conocido dispersable en agua. Poliuretanos catiónicos adecuados están disponibles comercialmente en Crompton Corporation con el nombre comercial de Witcobond, por ejemplo, las formulaciones Witcobond W-213 y W-215.
El poliuretano catiónico se puede preparar por un método conocido en la técnica. La patente de Estado Unidos 3.470.310 describe la preparación de una dispersión acuosa de un poliuretano que contiene grupos tipo sal enlazados en el interior del poliuretano. La patente de Estados Unidos 3.873.484 describe una dispersión acuosa de un poliuretano preparado a partir de prepolímero de poliuretano cuaternario preparado haciendo reaccionar un diol alcoxilado, una N-alquil dialcanolamina, un diisocianato orgánico y haciéndolo cuaternario con un agente de cuaternización de sulfato de dialquilo. La patente de Estados Unidos 6.221.954 muestra un método para preparar un prepolímero de poliuretano en el que una amina terciaria de N-monoalcanol se hace reaccionar con un óxido de alquileno en presencia de un ácido fuerte para formar una sal de poliol, que adicionalmente se hace reaccionar con una cantidad en exceso de un poliisocianato orgánico y se extiende la cadena con un compuesto activo que contiene hidrógeno.
La dispersión acuosa de poliuretano catiónico contiene hasta 70% en peso, o hasta 65% en peso, o hasta 60% en peso, o hasta 50% en peso del poliuretano catiónico. La dispersión acuosa de poliuretano catiónico incluye al menos 1% en peso, o al menos 5% en peso, o al menos 10% en peso, o al menos 20% en peso del poliuretano catiónico. La cantidad de poliuretano catiónico en la dispersión acuosa de poliuretano catiónico no es crítica. En general, la cantidad no debería ser tal alta como para hacer inestable a la propia dispersión o a la mezcla con el polímero que contiene nitrógeno, o tan baja que la composición de revestimiento no proporcione suficiente resistencia al agua y al roce o que la propia dispersión se vuelva inestable. El poliuretano catiónico puede estar presente en la dispersión acuosa de poliuretano catiónico en cualquier intervalo de valores, inclusive aquellos expuestos anteriormente.
Una dispersión de poliuretano no iónico puede incluir un poliuretano no iónico conocido dispersable en agua. Poliuretanos catiónicos adecuados están disponibles comercialmente en Crompton Corporation con el nombre comercial de Witcobond, por ejemplo, la formulación Witcobond W-230.
El poliuretano no iónico se puede preparar por un método conocido en la técnica. Por ejemplo, Szycher (es decir, "Szycher’s Book of Polyurethanes" por Michael Szycher, CRC Press, New York, NY, 1999, páginas 14-10 a 14-15) describe la preparación de dispersiones acuosas de poliuretanos, los cuales contienen grupos hidrófilos del tipo poliéter ramificando o terminando en las cadenas principales del poliuretano. Las unidades de óxido de polietileno (que tienen un peso molecular (MW) de 200 a 4.000) se usan típicamente como sitios de dispersión. Los poliuretanos no iónicos se pueden preparar usando dioles o comonómeros de diisocianato que soportan cadenas laterales de óxido de
polietileno.
La dispersión acuosa de poliuretano no iónico contiene hasta 70% en peso, o hasta 65% en peso, o hasta 60% en peso, o hasta 50% en peso del poliuretano no iónico. La dispersión acuosa de poliuretano no iónico incluye al menos 1% en peso, o al menos 5% en peso, o al menos 10% en peso, o al menos 20% en peso del poliuretano no iónico. La cantidad de poliuretano no iónico en la dispersión acuosa de poliuretano no iónico no es crítica. En general, la cantidad no debería ser tal alta como para hacer inestable a la propia dispersión o a la mezcla con el polímero que contiene nitrógeno, o tan baja que la composición de revestimiento no proporcione suficiente resistencia al agua y al roce o que la propia dispersión se vuelva inestable. El poliuretano no iónico puede estar presente en la dispersión acuosa de poliuretano no iónico en cualquier intervalo de valores, inclusive aquellos expuestos anteriormente.
La disolución acuosa de un polímero catiónico que contiene nitrógeno para usar como un fijador del colorante en la composición de revestimiento de la presente invención, tiene un pH menor que 7, o menor que 6, o menor que 5. Un valor de pH en este intervalo permite al menos a una parte de los átomos de nitrógeno transportar al menos una parte de la carga catiónica. La composición de revestimiento resultante tiene un pH menor que 7, o menor que 6, o menor que 5.
Como se usa en la presente memoria y en las reivindicaciones, "disolución acuosa" significa que el polímero catiónico que contiene nitrógeno es soluble en un medio líquido tal como agua.
Un fijador del colorante se usa generalmente para fijar los colorantes a un sustrato y evitar que los colorantes exuden o migren fuera del sustrato cuando el sustrato se pone en contacto con agua.
Un polímero catiónico conocido que contenga nitrógeno, en el que al menos una parte de los átomos de nitrógeno transporten al menos una parte de una carga catiónica en el intervalo de pH mencionado anteriormente para la composición de revestimiento, se puede usar en la presente composición de revestimiento como un fijador del colorante. Polímeros catiónicos adecuados que contienen nitrógeno incluyen polímeros catiónicos que tienen uno o más restos de monómeros derivados de uno o más de los siguientes monómeros que contienen nitrógeno:
1
2
en los que R^{1} representa independientemente para cada caso en cada estructura, H o C_{1} a C_{3} alifático; R^{2} representa independientemente para cada estructura un grupo de unión divalente seleccionado entre hidrocarburo alifático C_{2} a C_{20}, polietilén glicol y polipropilén glicol; R^{3} representa independientemente para cada caso en cada estructura H, hidrocarburo alifático C_{1} a C_{22} o un resto procedente de la reacción del nitrógeno con epiclorohidrina; Z se selecciona entre -O- o -NR^{4}-, en el que R^{4} es H o CH_{3}; y X es un haluro o metilsulfato.
Ejemplos de monómeros que contienen nitrógeno o que dan lugar a restos de monómeros para usar en la presente invención incluyen dimetil aminoetil (met)acrilato, haluros de (met)acriloiloxietil trimetil amonio, metilsulfato de (met)acriloiloxietil trimetil amonio, dimetil aminopropil (met)acrilamida, haluros de (met)acrilamidopropil trimetil amonio, aminoalquil (met)acrilamidas en las que la amina se hace reaccionar con epiclorohidrina, metilsulfato de (met)acrilamidopropil trimetil amonio, dialil amina, metil dialil amina, y haluros de dialil dimetil amonio.
Los polímeros catiónicos que contienen nitrógeno pueden contener restos de monómeros adicionales. Los restos de monómeros adicionales se pueden obtener a partir de cualquier monómero polimerizable etilénicamente insaturado que, cuando se copolimeriza con los monómeros que contienen nitrógeno permite al polímero resultante ser al menos parcialmente soluble en agua. Como se usa en la presente memoria y en las reivindicaciones, "parcialmente soluble" se refiere a que al menos 0,1 gramos del polímero se disuelve en agua cuando se añaden diez (10) gramos del polímero a un (1) litro de agua y se mezcla durante 24 horas.
Ejemplos de monómeros que se pueden copolimerizar con los monómeros que contienen nitrógeno incluyen (met)acrilamida, n-alquil (met)acrilamidas, ácido (met)acrílico, ésteres alquílicos de (met)acrilato, ésteres glicólicos de ácido (met)acrílico, ésteres polietilenglicólicos del ácido (met)acrílico, hidroxialquil (met)acrilatos, ácido itacónico, éteres alquílicos del ácido itacónico, ácido maleico, ésteres mono- y di-alquílicos del ácido maleico, anhídrido maleico, maleimida, ácido aconítico, ésteres alquílicos del ácido aconítico, alcohol alílico y éteres alquílicos del alcohol
alílico.
En una realización, el polímero catiónico que contiene nitrógeno es un homopolímero de un monómero que contiene nitrógeno, o un copolímero de uno o más monómeros que contienen nitrógeno. En otra realización, el polímero que contiene nitrógeno es un copolímero de uno o más monómeros polimerizables etilénicamente insaturados y uno o más monómeros que contienen nitrógeno. Cuando el polímero que contiene nitrógeno incluye cualquiera de los comonómeros polimerizables etilénicamente insaturados mencionados anteriormente, el polímero que contiene nitrógeno incluye no más de 70% en moles, o no más de 50% en moles, o no más de 25% en moles, o no más de 10% en moles del monómero que contiene nitrógeno. La cantidad de monómero que contiene nitrógeno puede depender del poliuretano específico usado en la presente composición de revestimiento. Cuando la cantidad de monómero que contiene nitrógeno usado en el polímero que contiene nitrógeno es demasiado alta, puede dar lugar a una mezcla inestable del polímero que contiene nitrógeno y la dispersión de poliuretano. Típicamente, es difícil aplicar apropiadamente una mezcla inestable a un sustrato grabable por tinta.
Cuando el polímero que contiene nitrógeno incluye cualquiera de los comonómeros polimerizables etilénicamente insaturados adicionales mencionados anteriormente, el polímero que contiene nitrógeno incluye al menos 0,1% en moles, o al menos 1,0% en moles, o al menos 2,5% en moles, o al menos 5,0% en moles del monómero que contienen nitrógeno. Cuando la cantidad de monómero que contiene nitrógeno en el polímero que contiene nitrógeno es demasiado baja, el polímero que contiene nitrógeno puede que no proporcione propiedades adecuadas de fijación del colorante y una imagen grabada en tinta sobre el sustrato revestido puede carecer de propiedades de resistencia al agua y al roce.
Los monómeros que contienen nitrógeno pueden estar presentes en el polímero que contiene nitrógeno en cualquier intervalo de valores inclusive aquellos expuestos anteriormente. Los monómeros polimerizables etilénicamente insaturados adicionales estarán presentes en una cantidad tal que el porcentaje total sea 100% en moles.
En la presente invención, la disolución acuosa del polímero catiónico que contiene nitrógeno, fijador del colorante, incluye al menos 5% en peso, o al menos 10% en peso, o al menos 15% en peso del polímero que contiene nitrógeno; y no más del 50% en peso, o no más del 45% en peso, o no más del 40% en peso del polímero que contiene nitrógeno. Cuando la concentración del polímero que contiene nitrógeno es demasiado baja, no es económico para aplicaciones comerciales y puede estar demasiado diluido para proporcionar relaciones óptimas con el poliuretano. Cuando la concentración es demasiado alta, la disolución puede ser demasiado viscosa para manejarla fácilmente en un entorno comercial. Ejemplos de polímeros catiónicos que contienen nitrógeno útiles en la presente invención son disoluciones de aminas de poliamidas que se han hecho reaccionar con epiclorohidrina, disponible con el nombre comercial de CinFix de Stockhausen GmbH & Co. KG, Krefeld, Alemania.
La composición de revestimiento del sustrato grabable por inyección de tinta de la presente invención incluye una mezcla de una disolución acuosa de un polímero catiónico que contiene nitrógeno y una dispersión acuosa de poliuretano aniónico. La mezcla incluye del 10% en peso al 70% en peso, o del 20% en peso al 60% en peso, o del 30% en peso al 50% en peso de una dispersión acuosa de poliuretano aniónico. La mezcla también incluirá del 30% en peso al 90% en peso, o del 40% en peso al 80% en peso, o del 50% en peso al 70% en peso de una disolución acuosa del polímero catiónico que contiene nitrógeno. Los porcentajes en peso están basados en el peso total de la composición de revestimiento del sustrato grabable por inyección de tinta.
En una realización de la presente invención, se añade agua a la mezcla del polímero catiónico que contiene nitrógeno y el poliuretano aniónico. Cuando se añade agua a la mezcla, la composición de revestimiento del sustrato grabable por inyección de tinta resultante tiene unos sólidos de resina totales del 1% en peso al 35% en peso, o del 1% en peso al 20% en peso, o del 1% en peso al 10% en peso sobre la base del peso total de la composición de revestimiento del sustrato grabable por inyección de tinta. Cuando el contenido total de sólidos de resina es demasiado alto, la viscosidad de la composición de revestimiento puede ser tal que dé lugar a penetración pobre de la composición de revestimiento. Cuando el contenido total de sólidos de resina es demasiado bajo, la viscosidad de la composición de revestimiento puede ser tal que dé lugar a recubrimiento pobre del sustrato. En una realización, la viscosidad de la composición de revestimiento de la presente invención es menor que 500 cP, o menor que 400 cP; y al menos 10 cP, o al menos 25 cP cuando se mide usando un viscosímetro Brookfield (RVT, husillo número 1, 50 rpm a 25ºC). Una viscosidad en los intervalos mencionados anteriormente da lugar a que la composición de revestimiento moje el sustrato mientras mantiene un grado de porosidad en el sustrato revestido
final.
En una realización, la composición de revestimiento de la presente invención incluye un co-disolvente. Se puede usar un co-disolvente conocido en la técnica. Co-disolventes adecuados incluyen alcoholes de alquilo inferior, n-metilpirrolidona, Dowadol PM, tolueno y éteres glicólicos.
La composición de revestimiento de la presente invención también puede incluir otros aditivos típicamente conocidos en la técnica. Tales aditivos incluyen agentes tensioactivos, tales como agentes tensioactivos no iónicos, catiónicos, aniónicos, anfóteros y bipolares; agentes modificantes de la reología, tales como alcoholes polivinílicos, poli(vinil pirrolidonas), poli(óxidos de etileno), poliacrilamidas, gomas naturales y sintéticas; biocidas, tales como una mezcla de 5-cloro-2-metil-4-isotiazolin-3-ona y 2-metil-4-isotiazolin-3-ona disponible comercialmente con el nombre comercial de Kathon, de Rohm y Hass Co., tiosulfato de 2-hidroxipropilmetano, y ditiocarbamatos; y agentes de copulación, tales como titanio, compuestos tipo silano, pirofosfato trisódico.
El pH de la composición de revestimiento de la presente invención es menor que 7, o menor que 6, o menor que 5. Cuando el pH está fuera de estos intervalos, el compuesto polímero catiónico fijador del colorante puede no trasportar una carga catiónica suficiente para llevar a cabo su función deseada. Adicionalmente, en ciertos sustratos se puede mejorar la acción humectante de la composición de revestimiento cuando el pH está en los intervalos anteriormente mencionados. En una realización, para aplicaciones comerciales, la composición de revestimiento tiene un pH mayor que 2.
La presente invención también se dirige a un método para preparar la composición de revestimiento de sustrato grabable por inyección de tinta. El presente método incluye la etapa de añadir la disolución acuosa de un polímero catiónico que contienen nitrógeno en una dispersión acuosa de un poliuretano aniónico. Se mantiene suficiente mezclado durante la adición para asegurarse que da lugar a una mezcla homogénea. Se ha observado que cuando se añade la dispersión acuosa de poliuretano aniónico a la disolución acuosa de un polímero catiónico que contiene nitrógeno, se produce coagulación y no se obtiene una mezcla homogénea.
La presente invención se dirige adicionalmente a un método de revestir un sustrato grabable por inyección de tinta. El método incluye las etapas de:
(a)
proporcionar un sustrato grabable por inyección de tinta que tiene una superficie superior y una superficie inferior;
(b)
proporcionar la composición de revestimiento descrita anteriormente; y
(c)
aplicar la composición de revestimiento en al menos una superficie del sustrato grabable por inyección de tinta.
Se puede usar en la presente invención cualquier sustrato grabable por inyección de tinta. El sustrato grabable por inyección de tinta tiene una porosidad de al menos 35%, o de 35% a 80%, por volumen de sustrato. El sustrato grabable por inyección de tinta para usar en la presente invención puede ser cualquier papel con base de celulosa. Los documentos de Estados Unidos 4.861.644 y 5.196.262, los cuales se incorporan en la presente memoria como referencias, describen sustratos microporosos adecuados para usar en la presente invención.
En una realización, el sustrato grabable por inyección de tinta es un sustrato microporoso. Un ejemplo de un sustrato microporoso adecuado incluye un sustrato grabable por inyección de tinta que tiene una superficie superior y una inferior y que incluye:
(a)
una matriz que comprende una poliolefina;
(b)
un agente de carga silíceo en partículas distribuido por toda la matriz; y
(c)
una red de poros interconectados que comunican todo el sustrato microporoso, en el que los poros constituyen al menos el 35% en volumen del sustrato microporoso.
Se puede usar en el sustrato microporoso cualquier poliolefina conocida en la técnica tal como polietileno o polipropileno. En una realización, el polietileno es un polietileno lineal de alto peso molecular que tiene una viscosidad intrínseca de al menos 10 decilitros/gramo y el polipropileno es un polipropileno lineal de alto peso molecular que tiene una viscosidad intrínseca de al menos 5 decilitros/gramo.
Como se expone en la presente memoria y en las reivindicaciones, la viscosidad intrínseca se determina extrapolando a concentración cero las viscosidades reducidas o las viscosidades inherentes de varias disoluciones diluidas de la poliolefina, en las que el disolvente es decahidronaftaleno destilado al que se le ha añadido 0,2 por ciento en peso del éster neopentatetraílico del ácido 3,5-di-tert-butil-4-hidroxihidrocinámico [número de registro CAS 6683-19-8]. Las viscosidades reducidas o las viscosidades inherentes de la poliolefina se obtienen de las viscosidades relativas obtenidas a 135ºC usando un viscosímetro Ubbelohde número 1.
En una base preunida, exenta de revestimiento, exenta de tinta de impresión, exenta de impregnación, los poros constituyen al menos 35% en volumen del sustrato microporoso. En algunos casos, los poros constituyen al menos aproximadamente 60 por ciento en volumen del sustrato microporoso, o de 35 por ciento a aproximadamente 80 por ciento, o de 60 por ciento a 75 por ciento en volumen del sustrato microporoso.
Las partículas silíceas pueden estar en forma de partículas finales, agregados de partículas finales o una combinación de ambos. Como se usa en la presente memoria y en las reivindicaciones, la expresión "partículas finales" se refiere a pequeñas partículas discretas de unidades coloidales de ácido silícico polimerizado que forman sílice amorfa. El término "agregado" como se usa en la presente memoria y en las reivindicaciones, se refiere a una estructura en la que las partículas finales se condensan para producir una estructura de cadenas abierta pero continua o una estructura sólida de poros interconectados.
En una realización, las partículas silíceas están finamente divididas. Como se usa en la presente memoria y en las reivindicaciones "finamente divididas" se refiere a una retención máxima de 0,01% en peso en un tamiz de 40 mallas.
En una realización adicional, las partículas silíceas son sustancialmente insolubles. Como se usa en la presente memoria y en las reivindicaciones, la expresión "sustancialmente insoluble" se refiere a sílice amorfa que exhibe una solubilidad de equilibrio reproducible en agua que puede extenderse de 70 ppm a más de 150 ppm en agua a una temperatura de 25ºC. Se cree que las variaciones en la solubilidad son debidas a diferencias en el tamaño de partículas, estado de hidratación interna y a la presencia de trazas de impurezas en la sílice o absorbidas en su superficie. La solubilidad de la sílice también puede depender del pH del agua. Conforme el pH aumenta desde la neutralidad (es decir, pH de 7) a la alcalinidad (es decir, pH mayor que 9), la solubilidad de la sílice puede aumentar. (Véase "The Chemistry of Silica", R.K. Iler, Wiley-Interscience, NY (1979), páginas 40-58).
En la presente invención, al menos 90% en peso de las partículas silíceas usadas en preparar el sustrato microporoso tienen tamaños de partículas en el intervalo de 5 a 40 micrómetros. El tamaño de partículas se determina mediante el uso de un analizador de tamaño de partículas modelo TaII Coulter Multisizer (Coulter Electronics, Inc.) en el que, antes del análisis con el Coulter Analyzer, el agente de carga se agita durante diez minutos en disolución de electrolito Isoton II (Curtin Matheson Scientific, Inc.) usando un agitador de hélice de 4,445 centímetros de diámetro de cuatro aspas. En una realización, al menos 90% en peso de las partículas silíceas tienen tamaños de partículas en el intervalo de 10 a 30 micrómetros. Se espera que los tamaños de los aglomerados del agente de carga se puedan reducir durante el procesado de los ingredientes para preparar el sustrato microporoso.
Partículas silíceas adecuadas incluyen, pero sin limitarse a, partículas de sílice, mica, montmorillonita, caolinita, asbestos, talco, tierra de diatomeas, vermiculita, zeolitas naturales y sintéticas, cemento, silicato cálcico, silicato de aluminio, silicato de aluminio y sodio, polisilicato de aluminio, geles de sílice alúmina, y partículas de vidrio. La sílice y las arcillas se usan habitualmente como partículas silíceas. En una realización se usa sílice precipitada, gel de sílice, o sílice de humo.
En una realización, se revisten las partículas silíceas antes de la incorporación en el sustrato microporoso. Se puede usar un método conocido en la técnica para revestir las partículas. La selección del método para revestir las partículas silíceas no es crítica. Por ejemplo, los ingredientes de revestimiento pueden añadirse a una suspensión acuosa de la torta prelavada del filtro de sílice con suficiente agitación para permitir el mezclado completo de los ingredientes, seguido de secado, usando técnicas convencionales conocidas en la técnica.
El revestimiento puede incluir las dispersiones acuosas de poliuretano mencionadas anteriormente, y/o los compuestos polímero catiónicos que contienen nitrógeno mencionados anteriormente.
Las solicitudes de patente de Estados Unidos que tienen números de serie 09/636.711; 09/636.312; 09/636.310; 09/636.308; 09/636.311 y 10/041.114; describen composiciones y métodos de revestimiento adecuadas para revestir partículas de sílice que se pueden usar en la presente invención.
El agente de carga silíceo en partículas constituye de 50 a 90 por ciento en peso del sustrato microporoso. En una realización, el agente de carga constituye de 50 a 85 por ciento, o de 60 a 80 por ciento en peso del sustrato microporoso.
Además de las partículas silíceas, también se pueden usar en el sustrato microporoso partículas de agente de carga no silíceo sustancialmente insolubles en agua. Ejemplos de tales partículas de agente de carga no silíceo opcionales incluyen partículas de óxido de titanio, óxido de hierro, óxido de cobre, óxido de cinc, óxido de antimonio, circonia, magnesia, alúmina, disulfuro de molibdeno, sulfuro de cinc, sulfato de bario, sulfato de estroncio, carbonato cálcico, carbonato de magnesio, hidróxido de magnesio, y partículas finamente divididas de agente de carga retardador de fuego sustancialmente insoluble en agua tales como partículas de etilen-bis(tetra-bromoftalimida), óxido de octabromodifenilo, óxido de decabromodifenilo, y etilen-bisdibromonorbornano dicarboximida.
En una realización de la invención, el sustrato es sumamente poroso. La expresión "sumamente poroso" se refiere a un sustrato que tiene una porosidad de no más de 20.000, o no más de 10.000 y en muchos casos no más de 7.500 segundos/100 cm^{3} de aire. Típicamente la porosidad es al menos 50 segundos/100 cm^{3} de aire. Estos valores de porosidad se determinan de acuerdo con el método descrito en la norma ASTM D726, con las siguientes excepciones relativas a la Sección 8 de la norma ASTM. En la presente invención, las muestras en forma de láminas se ensayaron sin acondicionar de acuerdo con la norma ASTM D685, y se ensayaron sólo tres (3) especimenes para un tipo de muestra dada con un total de seis (6) medidas (tres medidas por dos superficies) para un tipo de espécimen dado en lugar de un mínimo de diez especimenes para unas muestras dadas como se expone en la norma ASTM D726. Cuando menor es el valor en segundos/cm^{3} de aire, más poroso es el sustrato. Se pueden producir sustratos sumamente porosos por diversos métodos conocidos en la técnica, tales como tratando térmicamente un sustrato, orientándolo, componiéndolo aumentando el contenido de agente de carga, creando microcavidades en películas, o por ataque con ácido. Ejemplos de sustratos sumamente porosos incluyen materiales microporosos tratados térmicamente tales como Teslin TS-1000 que está comercialmente disponible en PPG Industries, Inc., Pittsburgh, PA.
El sustrato microporoso revestido tiene un grosor de al menos 2,54 \mum (0,1 milésimas de pulgada), o de 12,7 a 2.540 \mum (0,5 a 100 milésimas de pulgada), o de 24,5 a 1.270 \mum (1 a 50 milésimas de pulgada), y en algunos casos de 101,6 a 355,6 \mum (4 a 14 milésimas de pulgada). Cuando el sustrato microporoso revestido tiene un grosor que excede los intervalos mencionados anteriormente, no puede alimentar apropiadamente una impresora de inyección de tinta. Cuando el sustrato microporoso revestido está por debajo de los intervalos expuestos, puede no tener la resistencia suficiente para su uso deseado.
Se puede usar cualquier método conocido en la técnica para aplicar la composición de revestimiento de la presente invención al sustrato grabable por inyección de tinta, tal como flexografía, pulverización, revestimiento por cuchilla de aire, revestimiento por cortina de aire, inmersión, revestimiento por varilla, revestimiento por cuchilla, grabado, cilindro de movimiento alternativo, aplicación por rodillo, imbibición, prensa encoladora, impresión, cepillado, revenido, revestimiento de ranura-matriz, y extrusión.
Después de la aplicación de la composición de revestimiento a dicho sustrato, se elimina el disolvente del revestimiento aplicado mediante cualquier técnica de secado convencional. En una realización, el revestimiento se seca exponiendo el sustrato revestido a una temperatura en el intervalo de ambiente a 177ºC (350ºF).
La composición de revestimiento se aplica al menos una vez a al menos una superficie del sustrato. Cuando la composición de revestimiento se aplica más de una vez, el revestimiento aplicado normalmente, pero no necesariamente, se seca, parcialmente o totalmente, entre las aplicaciones del revestimiento.
Cuando la composición de revestimiento se aplica a un sustrato microporoso, la composición de revestimiento a menudo penetrará en el interior del sustrato. La penetración de la capa de revestimiento en el interior del sustrato microporoso mejora la calidad de la impresión por inyección de tinta en el sustrato revestido. Típicamente, la capa de revestimiento penetra en al menos el primer (1) micrómetro de la superficie del sustrato microporoso. En algunos casos, la capa de revestimiento penetra en al menos los primeros diez (10) micrómetros, o al menos los primeros veinte (20) micrómetros, o al menos los primeros treinta (30) micrómetros del sustrato microporoso.
En una realización de la presente invención, la composición de revestimiento se aplica al sustrato usando una técnica de revestimiento por cuchilla de aire en la que el exceso de revestimiento se elimina por soplado mediante un potente chorro procedente del labio soplador. En otra realización, se usa un método de revestimiento por cilindro de movimiento alternativo. En este procedimiento, la composición de revestimiento se mide en un rodillo aplicador mediante el ajuste preciso del hueco entre el rodillo superior de regulación y el rodillo de aplicación por debajo de él. El revestimiento es retirado del rodillo de aplicación por el sustrato conforme pasa alrededor del rodillo soporte por la parte inferior.
En otra realización de la presente invención, se usa revestimiento por grabado para aplicar la composición de revestimiento. En el método de revestimiento por grabado, un rodillo de grabado rueda en un baño de revestimiento, el cual cubre los puntos o las líneas de grabado del rodillo con la composición de revestimiento. Cualquier exceso de revestimiento en el rodillo se limpia con una cuchilla dosificadora y el revestimiento se deposita en el sustrato conforme pasa entre el rodillo de grabado y el rodillo de presión. También se pueden usar métodos de revestimiento por grabado de movimiento alternativo. En este método, la composición de revestimiento se regula mediante el grabado en un rodillo antes de limpiarlo como en un procedimiento de revestimiento por cilindro de movimiento alternativo convencional.
En una realización adicional, se puede usar un cilindro regulador para aplicar la composición de revestimiento. Cuando se usa un cilindro regulador, se deposita un exceso de revestimiento en el sustrato conforme pasa sobre un rodillo del baño. El cilindro regulador devanado con alambre, conocido a veces como un Meyer Bar, permite que permanezca en el sustrato la cantidad deseada de revestimiento. La cantidad se determina por el diámetro del alambre usado en el cilindro.
La cantidad de revestimiento sustancialmente seco aplicado al sustrato, o "peso de revestido" se mide como peso de revestimiento por área revestida. El peso de revestido puede variar ampliamente, pero en la mayoría de los casos será al menos 0,001 g/m^{2}, o al menos 0,01 g/m^{2}, y en algunos casos al menos 0,1 g/m^{2}. El peso de revestido no es mas de 50 g/m^{2}, o no más de 40 g/m^{2}, y en algunos casos no más de 35 g/m^{2}. El peso de revestido puede variar entre cualquiera de las cantidades expuestas.
La presente invención también se dirige a un sustrato microporoso revestido. El sustrato microporoso revestido incluye el sustrato microporoso que tiene al menos una superficie revestida como se describió anteriormente. La superficie se reviste con la composición de revestimiento mencionada anteriormente que incluye un compuesto polímero catiónico que contiene nitrógeno, fijador del colorante, y uno o más poliuretanos como se describió anteriormente. La capa de revestimiento sustancialmente seca incluye al poliuretano del 10 al 70 por ciento, o del 20 al 60 por ciento, y en algunos casos del 30 al 55 por ciento en peso de la capa de revestimiento, y el polímero que contiene nitrógeno del 30 al 90 por ciento, o del 40 al 80 por ciento, y en algunos casos del 45 al 70 por ciento en peso de la capa de revestimiento. La cantidad de cada componente en la capa de revestimiento sustancialmente seca se determina por la cantidad usada de cada uno para preparar la composición de revestimiento.
Como se usa en la presente memoria y en las reivindicaciones, "sustancialmente seca" se usa para referirse a la capa de revestimiento que se aprecia seco al tacto.
La presente invención se describe más particularmente en los siguientes ejemplos, que se tiene intención de que sean sólo ilustrativos, ya que a los expertos en la técnica les resultarán evidentes numerosas modificaciones y variaciones de ella. A no ser que se especifique lo contrario, todas las partes y porcentajes son en peso y todas las referencias al agua quieren decir agua desionizada.
Ejemplos Ejemplo 1
Se preparó una composición de revestimiento de la presente invención diluyendo en un depósito de mezcla de acero inoxidable a alta velocidad de mezclado con un mezclador suspendido, una dispersión de poliuretano aniónico de 61,5% de sólidos en peso vendida con el nombre comercial de WitcoBond® 234 disponible en Crompton Corporation, Greenwich, Connecticut, hasta 9,22% de sólidos en peso. En un depósito de alimentación separado, una disolución de 55% de sólidos en peso de una amina de poliamida que se había hecho reaccionar con epiclorohidrina, vendida con el nombre comercial de CinFix NF por Stockhausen GmbH & Co. KG, Krefeld, Alemania, se diluyó hasta 5,78% de sólidos en peso, y posteriormente se añadió a la dispersión diluida de poliuretano aniónico, y la mezcla se agitó durante 15 minutos. Se ajustó el pH con ácido acético glacial a 5,0\pm0,5. El contenido total de sólidos de resina de la mezcla fue 7,5% y la viscosidad de la mezcla fue 46 cP medida usando un viscosímetro Brookfield, RVT, husillo número 1, a 50 rpm y 25ºC.
Ejemplos 2-4
Se prepararon las composiciones de revestimiento como se describió en el Ejemplo 1 y se aplicaron a sustratos microporosos vendidos con el nombre comercial de Teslin por PPG Industries, Pittsburgh, PA. Se colocó una hoja Teslin® de 215,9 mm x 279,4 mm (8,5'' x 11''), 254 \mum (10 milésimas de pulgada) de espesor en una hoja de apoyo de 381 mm x 508 mm x 508 \mum (15'' x 20'' x 20 milésimas de pulgada). Se colocó una barra de regulación de 25,4 - 50,8 mm (1-2 pulgadas) por encima de la hoja Teslin, paralela al extremo superior. Se aspiró una cantidad de 10 - 20 ml de composición de revestimiento en una jeringa de plástico desechable. La composición de revestimiento se depositó como una banda-cordón [aproximadamente 3,175 mm (1/8 de pulgada) de ancho] directamente al lado y tocando la barra de regulación. Se hizo pasar la barra completamente de un lado a otro de la hoja Teslin, tratando de llevar una velocidad continua/constante. Se colocó la hoja húmeda resultante en una estufa de aire forzado, se aseguró y se secó a 95ºC durante 2 minutos. Se retiró la hoja seca de la estufa y se repitió el mismo procedimiento de revestimiento en la cara opuesta de la hoja. La hoja después se imprimió y se examinó. La Tabla 1 muestra las características de las hojas impresas. Las composiciones de revestimiento se aplicaron con un peso aproximado de revestimiento de 0,73 g/m^{2} (total parte delantera y trasera). Como se usa en la presente memoria y en las reivindicaciones, "peso de revestimiento" se refiere a la tasa de consumo de revestimiento (como sólidos secos) por unidad de área. Por ejemplo, el peso de revestimiento de "X" gramos de revestimiento (como sólidos secos) consumido en revestir "Y" metros cuadrados de Teslin, es "X dividido por Y" gramos por metro cuadrado.
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TABLA 1
Sustrato Poliuretano Meyer Bar
Ejemplo 2 Teslin SP1000 WitcoBond UCK 051 Varilla #6
Ejemplo 3 Teslin TS1000 WitcoBond UCK 051 Varilla #9
Ejemplo 4 Teslin TS1000 WitcoBond 234 Varilla #9
Se imprimieron los Ejemplos 2-4 con una impresora de chorro de tinta, modelo HP960 de Hewlett Packard Company, Palo Alto, California, y se empaparon en agua durante toda la noche a temperatura ambiente. Basándose en la inspección visual, parecía que las imágenes grabadas permanecían intactas, es decir, la tinta no se emborronó y la densidad óptica de la imagen no disminuyó significativamente.
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Ejemplos 5-8
Se preparó una composición de revestimiento como se describió en el Ejemplo 1 y se aplicó a sustratos microporosos de Teslin. Se revistieron dos sustratos (Ejemplos 5 y 7) usando una barra de regulación como se describió en el Ejemplo 2. Para las composiciones de revestimiento que tenían un contenido total de sólidos de resina de 7,5%, la viscosidad fue 46 cP; y para 10% de sólidos, la viscosidad fue 63 cP. Los valores de viscosidad se midieron usando un viscosímetro Brookfield, RVT, husillo número 1, a 50 rpm y 25ºC.
Se revistieron dos sustratos (Ejemplos 6 y 8) usando un método de revestimiento flexográfico o de grabado para aplicar el revestimiento. En este método de revestimiento, se usó una línea que consistía en dos estaciones de revestimiento, cada una con una estufa de secado por aire forzado. Cada estación de revestimiento consistía en una cámara de alimentación de la composición de revestimiento, rodillo anilox y rodillo de aplicación de caucho. La cámara de alimentación de la composición de revestimiento se suplió de un depósito con bomba que contenía la composición de revestimiento. Se revistieron ambas caras de la hoja Teslin. El aparato se fijó con un rodillo anilox de 7 BCM (millardos de micrómetros cúbicos), la velocidad del rodillo fue 180 rpm, la temperatura de la estufa fue 105ºC (220ºF) y se hicieron 8 pasadas por el rodillo, lo que se traduce en cuatro pasadas por superficie. La composición de revestimiento se aplicó con un peso aproximado de revestimiento de 0,73 g/m^{2} (total parte delantera y trasera).
La Tabla 2 muestra las características de las hojas producidas.
TABLA 2
Sustrato Poliuretano Método de revestimiento Sólidos totales de resina %
Ejemplo 5 Teslin TS1000 WitcoBond 234 Varilla Meyer #9 7,5
Ejemplo 6 Teslin TS1000 WitcoBond 234 Anilox 7 BCM (5 BPS*) 7,5
Ejemplo 7 Teslin TS1000 WitcoBond 234 Varilla Meyer #9 10,0
Ejemplo 8 Teslin TS1000 WitcoBond 234 Anilox 7 BCM (4 BPS*) 10,0
*BPS= pasadas por superficie
Las hojas revestidas resultantes se imprimieron con un modelo de impresión de ensayo en una impresora de inyección de tinta modelo HP970 (Hewlett Packard Company). La densidad óptica de las barras de colores del modelo de impresión de ensayo se midió sumergiéndolas en agua desionizada a temperatura ambiente durante un periodo de 15 minutos, retirándolas del agua y dejándolas secar al aire durante una hora y midiendo la densidad óptica para cada color. La densidad óptica del ciano (C), magenta (M), amarillo, negro (K) y negro compuesto (CMY) se midió usando un densitómetro MacBeth ANSWER II, modelo RD922, fabricado por Kolimorgen Instrument Corporation, antes y después del empapado con agua. Los resultados se muestran en la Tabla 3.
TABLA 3
Densidad óptica inicial^{1} Densidad óptica a los 15 minutos de empapado en agua
CMY C M Y K CMY C M Y K
Ejemplo 5 1,34 1,04 1,08 0.76 1,37 1,33 1,07 1,04 0,81 1,42
Ejemplo 6 1,33 0,99 1,03 0,73 1,33 1,34 1,07 1,06 0,78 1,37
Ejemplo 7 1,36 1,04 1.09 0,77 1,38 1,33 1,05 1,02 0,79 1,37
Ejemplo 8 1,21 1,11 1,19 0,87 1,20 1,23 1,18 1,19 0,92 1,22
Ejemplo 9
(Comparativo)
Una disolución con 9,22% de sólidos en peso de WitcoBond 234 se aplicó a un sustrato de Teslin TS1000 usando una barra de regulación como se describió en los Ejemplos 2-4. Inmediatamente después de ello, se aplicó al sustrato de manera parecida una disolución de CinFix NF de 5,78% de sólidos en peso. Después el Teslin TS1000 revestido se secó a 95ºC durante 2 minutos. La hoja seca se retiró de la estufa y se repitió el mismo procedimiento de revestimiento en la cara opuesta de la hoja. Se imprimió un modelo de impresión de ensayo en el Teslin revestido usando una impresora de inyección de tinta HP970 como se describió en los Ejemplos 5-8. Basándose en la inspección visual, la imagen impresa demostró excesivo emborronamiento de la tinta y pobres propiedades de secado.
Ejemplo 10
(Comparativo)
Una disolución con 5,78% de sólidos en peso de CinFix NF se aplicó a un sustrato de Teslin TS1000 como se describió en los Ejemplos 2-4. Inmediatamente después de ello, se aplicó al sustrato de manera parecida una disolución de WitcoBond 234 de 9,22% de sólidos en peso. Después el Teslin TS1000 revestido se secó a 95ºC durante 2 minutos. La hoja seca se retiró de la estufa y se repitió el mismo procedimiento de revestimiento en la cara opuesta de la hoja. Se imprimió un modelo de impresión de ensayo en el Teslin revestido usando una impresora de inyección de tinta HP970 como se describió en los Ejemplos 5-8. Basándose en la inspección visual, la imagen impresa demostró excesivo emborronamiento de la tinta y pobres propiedades de secado.
Ejemplo 11
(Comparativo)
Una disolución con 5,78% de sólidos en peso de CinFix NF se aplicó a un sustrato de Teslin TS1000 como se describió en los Ejemplos 2-4. Después el Teslin TS1000 revestido se secó a 95ºC durante 2 minutos. La hoja seca se retiró de la estufa y se repitió el mismo procedimiento de revestimiento en la cara opuesta de la hoja. Se imprimió un modelo de impresión de ensayo en el Teslin revestido usando una impresora de inyección de tinta HP970 como se describió en los Ejemplos 5-8. Basándose en la inspección visual, la imagen impresa fue aceptable, sin embargo, el sustrato impreso mostró pobre resistencia al agua.
Ejemplo 12
(Comparativo)
Una disolución con 9,22% de sólidos en peso de WitcoBond 234 se aplicó a un sustrato de Teslin TS1000 como se describió en los Ejemplos 2-4. Después el Teslin TS1000 revestido se secó a 95ºC durante 2 minutos. La hoja seca se retiró de la estufa y se repitió el mismo procedimiento de revestimiento en la cara opuesta de la hoja. Se imprimió un modelo de impresión de ensayo en el Teslin revestido usando una impresora de inyección de tinta HP970 como se describió en los Ejemplos 5-8. Basándose en la inspección visual, la imagen impresa mostró calidad de impresión inaceptable.
Ejemplo 13
(Comparativo)
Se preparó una composición de revestimiento diluyendo en un depósito de mezcla de acero inoxidable a alta velocidad de mezclado con un mezclador suspendido, una dispersión de poliuretano aniónico de 61,5% de sólidos en peso vendido con el nombre comercial de WitcoBond® 234 disponible en Crompton Corporation, Greenwich, Connecticut, hasta 9,22% de sólidos en peso. En un depósito de alimentación separado, una disolución de 55% de sólidos en peso de una amina de poliamida que se había hecho reaccionar con epiclorohidrina, vendida con el nombre comercial de CinFix NF por Stockhausen GmbH & Co. KG, Krefeld, Alemania, se diluyó hasta 5,78% de sólidos en peso. Se añadió la dispersión de WitcoBond 234 a la disolución diluida de CinFix NF La suspensión resultante mostró un copioso precipitado inaceptable que era una polisal del CinFix NF y WitcoBond 234.
Ejemplos 14-16
Se prepararon las composiciones de revestimiento como en el Ejemplo 1 y se aplicaron a tejido de seda [45,36 g/0,836 m^{2} (0,101 libras/yarda cuadrada), calibre 127 \mum (5 milésimas de pulgada)], tejido de algodón [154,2 g/0,836 m^{2} (0,34 libras/yarda cuadrada), calibre 345,4 \mum (13,6 milésimas de pulgada)] y un sustrato sin tejer de polipropileno/celulosa [63,5 g/0,836 m^{2} (0,14 libras/yarda cuadrada) calibre 241,3 \mum (9,5 milésimas de pulgada)]. Para cada material revestido, se fijo una hoja de 215,9 mm x 275,4 mm (8,5'' x 11'') a una hoja de apoyo de 381 mm x 508 mm x 508 \mum (15'' x 20'' x 20 milésimas de pulgada). Se colocó una barra de regulación de 25,4 - 50,8 mm (1 - 2 pulgadas) por encima de la parte superior de la hoja, paralela al borde superior. Se aspiró una cantidad de 10 - 20 ml de composición de revestimiento en una jeringa de plástico desechable. La composición de revestimiento se depositó como una banda-cordón [aproximadamente 3,175 mm (1/8 de pulgada) de ancho] directamente al lado y tocando la barra de regulación. Se hizo pasar la barra completamente de un lado al otro de la hoja a una velocidad continua/constante. Se colocó la hoja húmeda resultante en una estufa de aire forzado, se aseguró y se secó a 95ºC durante 2 minutos. Se retiró la hoja seca de la estufa y se repitió el mismo procedimiento de revestimiento en la cara opuesta de la hoja. La hoja después se pegó en una hoja de transparencia para proporcionarle rigidez y estuvo entonces lista para imprimirla y ensayarla. Las composiciones de revestimiento se aplicaron con un peso aproximado de revestimiento de 0,73 g/m^{2} (total
parte delantera y trasera). El peso de revestimiento se determinó como se describió previamente en los Ejemplos 2-4.
Los Ejemplos 14 - 16 se imprimieron con una impresora de inyección de tinta modelo HP970 de Hewlett Packard Company, Palo Alto, California y se compararon con los mismos sustratos sin revestimiento. Después de imprimirlas, cada hoja se retiró de la hoja de transparencia rígida. Los tipos de hojas impresas revestidas y sin revestir se empaparon en agua a temperatura ambiente durante 5 días. Se midió la densidad óptica después de 5 días de empapado. La densidad óptica de ciano (C), magenta (M), amarillo (Y), negro (K) y negro compuesto (CMY) se midió usando un densitómetro MacBeth ANSWER II, modelo RD922, fabricado por Kolimorgen Instrument Corporation, antes y después del empapado con agua.
Las imágenes grabadas en los sustratos revestidos permanecieron intactas después de 15 minutos, es decir, para cada muestra la tinta no se emborronó o la densidad óptica de la imagen no disminuyó significativamente. Las hojas sin revestir se emborronaron inmediatamente, borrándose completamente la imagen impresa en el tiempo de empapado de 15 minutos. La imagen impresa en cada sustrato revestido experimentó emborronado después de 5 días de exposición al empapado con agua, como se ve por los valores de densidad óptica. Las imágenes impresas resultantes se apagaron pero tenían buena nitidez de líneas y texto legible.
Densidad óptica inicial Densidad óptica a los 5 días de empapado
en agua
CMY C M Y K CMY C M Y K
Ejemplo 14 1,23 1,04 1,24 1,08 1,24 0,87 0,71 0,62 0,55 0,80
Seda (sin revestir) 0.97 0,84 0,88 0,72 0,95 La barras de colores se borraron/no medible
Ejemplo 15 1,26 1,13 1,31 1,11 1,27 0,81 0,69 0,76 0,54 0,92
Algodón (sin revestir) 0,94 0,81 0,91 0,81 0,95 La barras de colores se borraron/no medible
Ejemplo 16 1,42 1,19 1,46 1,11 1,46 1,14 0,89 0,67 0,58 1,21
Polipropileno/celulosa
(sin revestir) 1,26 1,15 1,43 1,06 1,29 La barras de colores se borraron/no medible
Ejemplo 17
Se preparó una composición de revestimiento, designada en la presente memoria como "01", como sigue. En un recipiente de mezclado a alta velocidad de mezclado con un mezclador suspendido, se diluyó con agua desionizada una dispersión de poliuretano aniónico de 61,5% de sólidos en peso, vendida con el nombre comercial de Witcobond W-234 disponible de Crompton Corporation, Greewich, Connecticut, hasta un 10% de sólidos en peso de la dispersión. En un recipiente diferente, una disolución de 55% de sólidos en peso de una amina de poliamida que se había hecho reaccionar con epiclorohidrina, vendida con el nombre comercial de CinFix NF disponible de Stockhausen GmbH & Co. KG, Krefeld, Alemania, se diluyó con agua desionizada hasta una disolución de 10,0% de sólidos en peso, y se añadió posteriormente a la dispersión diluida de poliuretano aniónico. La mezcla se mezcló durante quince minutos después de completarse la adición. La mezcla resultante contenía 40 partes en peso de sólidos de CinFix NF y 60 partes en peso de sólidos de Witcobond W-234.
Se preparó una segunda composición de revestimiento como se describió anteriormente con la excepción de que se sustituyó CinFix NF por una base equivalente de sólidos secos de CinFIX RDF. Esta segunda composición de revestimiento se denomina en la presente memoria 01/RDF. CinFix RDF es una disolución acuosa de poli(cloruro de dialil dimetil amonio) con 31% de sólidos disponible comercialmente de Stockhausen GmbH & Co. KG, Krefeld, Alemania. El CinFix RDF se diluyó hasta el 10,0% de sólidos en peso antes de la adición al Witcobond W-234.
Se preparó una tercera composición de revestimiento como se describió anteriormente para la composición "01" con la excepción de que se sustituyó CinFix NF por una base equivalente de sólidos secos de cloruro de dialildimetilamonio. Esta tercera composición de revestimiento se denomina en la presente memoria "01/DADMAC". El cloruro de dialildimetilamonio está disponible comercialmente en Aldrich Chemical Company de Milwaukee, WI, como una disolución al 65% en agua. Se diluyó hasta el 10,0% de sólidos en peso antes de la adición al Witcobond W-234.
Se preparó una cuarta composición de revestimiento como se describió anteriormente para la composición "01" con la excepción de que se sustituyó CinFix NF por una base equivalente de sólidos secos del producto de reacción de cantidades equimoleculares de dietil amina y epiclorohidrina al 30% de sólidos en agua. Esta cuarta composición de revestimiento se denomina en la presente memoria "01/DEA-EPI". El producto de la reacción no era completamente miscible con agua en la mezcla de 30/70 partes en peso necesaria para 30% de sólidos y, por lo tanto, se acidificó a un pH de 5 con ácido acético para hacerlo soluble en agua para usarlo en la composición de revestimiento. Se diluyó hasta el 10,0% de sólidos antes de la adición al Witcobond W-234.
Las hojas de Teslin® TS1000 y SP1000 se revistieron en ambas caras con cada una de las composiciones de revestimiento mencionadas anteriormente usando un rodillo #9. La composición de revestimiento se aplicó a la superficie anterior, se secó durante un periodo de dos minutos a una temperatura de 95ºC, y después se aplicó a la superficie inferior y se secó durante dos minutos a 95ºC. Las hojas acabadas se imprimieron después con un modelo en una impresora Hewlett-Packard 960C en modo "HP Premium Photo Paper - Glossy". La densidad del color de la sección impresa con las barras de colores del modelo se midió usando un densitómetro X-Rite modelo 418, calibrado con un azulejo blanco estándar. Se cortó de cada hoja la sección impresa con las barras de colores y se sumergió en un vaso de precipitados con agua desionizada durante toda la noche (es decir, 14 horas). Se retiraron las secciones de los baños de agua y se dejaron secar al aire durante un periodo de cuatro horas. Después del empapado se midió la densidad del color.
Los resultados se muestran en la siguiente tabla:
Revestimiento Sustrato Empapado CMY C-100 M-100 Y-100 K-100
"01" TS1000 No 1,31 1,23 1,24 0,93 1,31
"01" Si 1,33 1,16 1,20 0,92 1,33
"01" SP1000 No 1,32 1,23 1,25 0,93 1,32
"01" Si 1,32 1,16 1,19 0,90 1,33
"01/RDF" TS1000 No 1,52 1,10 1,20 0,88 1,55
"01/RDF" Si 1,54 1,04 1,10 0,84 1,55
"01/RDF" SP1000 No 1,16 0,97 1,28 0,99 1,20
"01/RDF" Si 1,13 0,91 1,21 1,00 1,15
"01/DADMAC" TS1000 No 1,73 1,13 1,01 0,82 1,80
"01/DADMAC" Si 1,53 0,11 0,17 0,13 1,55
"01/DADMAC" SP1000 No 1,37 0,91 1,44 1,06 1,58
"01/DADMAC" Si 0,26 0,14 0,20 0,15 0,16
"01/DEA-EPI" TS1000 No 0,81 0,98 0,85 0,57 0,81
"01/DEA-EPI" Si 0,60 0,66 0,36 0,24 0,59
"01/DEA-EPI" SP1000 No 0,75 0,92 0,82 0,55 0,76
"01/DEA-EPI" Si 0,54 0,62 0,35 0,23 0,55
La composición de revestimiento "01" exhibió en cada sustrato densidad de color y resistencia al agua aceptables y no hubo evidencia visual de emborronado del color. Basándose en la inspección visual, las imágenes impresas eran vivas y claras. La composición de revestimiento "01/RDF" también mostró densidad de color y resistencia al agua aceptables, no mostrando emborronado visual. Sin embargo, basándose en la inspección visual había un ligero "emplumado" o aspecto borroso en la imagen del sustrato SP1000. La composición de revestimiento "01/DADMAC" tenía densidad de color alta antes del empapado, pero basándose en la inspección visual, las tintas no se secaron completamente en la superficie y fueron casi completamente eliminadas de ambos sustratos durante el empapado. Adicionalmente, basándose en la inspección visual, las imágenes no eran definidas, hubo emborronamiento significativo del color y las imágenes no eran claras. La composición de revestimiento "01/DEA-EPI" tenía densidad de color baja en ambos sustratos y la resistencia al agua fue pobre. Basándose en la inspección visual, no hubo emborronamiento del color y las imágenes eran claras pero aparecían apagadas.
La presente invención se ha descrito con referencia a las realizaciones preferidas. Pueden ocurrírseles a otros modificaciones y alteraciones obvias después de leer y entender la descripción detallada.

Claims (24)

1. Una composición de revestimiento de sustrato grabable por tinta que tiene un pH menor que 7, que comprende:
(a)
una dispersión acuosa de poliuretano aniónico; y
(b)
una disolución acuosa de un compuesto polímero catiónico que contiene nitrógeno, fijador del colorante.
que se obtiene añadiendo el compuesto polímero que contiene nitrógeno, fijador del colorante, (b) en la dispersión acuosa de poliuretano aniónico (a).
2. La composición de revestimiento de sustrato grabable por tinta de la reivindicación 1, en la que la dispersión acuosa de poliuretano aniónico comprende uno o más poliuretanos aniónicos seleccionados entre el grupo que consiste en poliuretanos de poliéteres aromáticos, poliuretanos de poliéteres alifáticos, poliuretanos de poliésteres aromáticos, poliuretanos de poliésteres alifáticos, poliuretanos de policaprolactamas aromáticas y poliuretanos de policaprolactamas alifáticas.
3. La composición de revestimiento de sustrato grabable por tinta de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, en la que el poliuretano acuoso aniónico tiene uno o más grupos ácidos seleccionados entre el grupo que consiste en ácido carboxílico, ácido sulfónico y sus mezclas.
4. La composición de revestimiento de sustrato grabable por tinta de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en la que la disolución acuosa de un compuesto polímero que contiene nitrógeno, fijador del colorante, comprende un polímero que comprende restos de monómeros derivados de uno o más monómeros que contienen nitrógeno seleccionados entre el grupo que consiste en:
\vskip1.000000\baselineskip
3
4
\vskip1.000000\baselineskip
en los que R^{1} se selecciona independientemente para cada caso en cada estructura entre el grupo que consiste en H y C_{1} a C_{3} alifático; R^{2} es independientemente para cada estructura un grupo de unión divalente seleccionado entre el grupo que consiste en hidrocarburo alifático C_{2} a C_{20}, polietilén glicol y polipropilén glicol; R^{3} se selecciona independientemente para cada caso en cada estructura entre el grupo que consiste en H, hidrocarburo alifático C_{1} a C_{22} y un resto procedente de la reacción del nitrógeno con epiclorohidrina; Z se selecciona entre el grupo que consiste en -O- y -NR^{4}-, en el que R^{4} se selecciona entre el grupo que consiste en H y CH_{3}; y X se selecciona entre el grupo que consiste en haluros y metilsulfato.
5. La composición de revestimiento de sustrato grabable por tinta de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en la que la dispersión acuosa de poliuretano aniónico está presente de 10 a 70 por ciento en peso de la composición de revestimiento de sustrato grabable por tinta y la disolución acuosa de un compuesto polímero que contiene nitrógeno, fijador del colorante, está presente de 30 a 90 por ciento en peso de la composición de revestimiento de sustrato grabable por tinta.
6. La composición de revestimiento de sustrato grabable por tinta de las reivindicaciones 4 ó 5, en la que el monómero que contiene nitrógeno es uno o más seleccionados entre el grupo que consiste en dimetil aminoetil (met)acrilato, haluros de (met)acriloiloxietil trimetil amonio, metilsulfato de (met)acriloiloxietil trimetil amonio, dimetil aminopropil (met)acrilamida, haluros de (met)acrilamidopropil trimetil amonio, metilsulfato de (met)acrilamidopropil trimetil amonio, aminoalquil (met)acrilamidas en las que la amina se hizo reaccionar con epiclorohidrina, dialil amina, metil dialil amina, y haluros de dialil dimetil amonio.
7. La composición de revestimiento de sustrato grabable por tinta de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en la que el poliuretano aniónico es uno o más seleccionados entre el grupo que consiste en poliuretanos de poliéteres aromáticos, poliuretanos de poliéteres alifáticos, poliuretanos de poliésteres aromáticos y poliuretanos de poliésteres alifáticos.
8. La composición de revestimiento de sustrato grabable por tinta de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en la que compuesto polímero que contiene nitrógeno, fijador del colorante, es una amina de poliamida que se ha hecho reaccionar con epiclorohidrina.
9. La composición de revestimiento de sustrato grabable por tinta de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en la que los sólidos de resina totales es de 1 a 35% en peso sobre la base del peso total de la composición de revestimiento de sustrato grabable por tinta.
10. La composición de revestimiento de sustrato grabable por tinta de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en la que la viscosidad de la composición de revestimiento de sustrato grabable por tinta es menor que 500 cP.
11. Un método para preparar una composición de revestimiento de sustrato grabable por tinta según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, añadiendo una disolución acuosa de un compuesto polímero catiónico que contiene nitrógeno, fijador del colorante, (b) a una dispersión acuosa de poliuretano aniónico (a).
\newpage
12. Un método para revestir un sustrato grabable por tinta que comprende:
(a)
proporcionar un sustrato grabable por tinta que tiene una superficie superior y una superficie inferior.
(b)
proporcionar una composición de revestimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10.
(c)
aplicar dicha composición de revestimiento al menos a un lado del sustrato grabable por tinta.
13. El método de la reivindicación 12, en la que el sustrato grabable por tinta comprende un sustrato microporoso que tiene una superficie superior y una superficie inferior y que comprende:
(a)
una matriz que comprende una poliolefina;
(b)
un agente de carga silíceo en partículas finamente divididas distribuido por toda la matriz; y
(c)
una red de poros interconectados que comunican todo el sustrato microporoso, dichos poros constituyen al menos aproximadamente 35 por ciento en volumen de dicho sustrato microporoso.
14. El método de la reivindicación 12 ó 13, en el que la poliolefina comprende uno o ambos seleccionados entre el grupo que consiste en un polietileno lineal de alto peso molecular que tiene una viscosidad intrínseca de al menos 10 decilitros/gramo y un polipropileno lineal de alto peso molecular que tiene una viscosidad intrínseca de al menos 5 decilitros/gramo.
15. El método de cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14 en el que el agente de carga silíceo constituye de 50 por ciento a 90 por ciento en peso del sustrato microporoso.
16. El método de cualquiera de las reivindicaciones 12 a 15 en el que el sustrato grabable por tinta tiene una porosidad de no más de 20.000 segundos/100 cm^{3} de aire.
17. El método de cualquiera de las reivindicaciones 12 a 16, en el que la composición de revestimiento se aplica en ambas caras del sustrato grabable por tinta.
18. El método de cualquiera de las reivindicaciones 13 a 17, en el que la aplicación de la composición de revestimiento comprende:
(a)
aplicar la composición de revestimiento al sustrato grabable por tinta usando un método seleccionado entre el grupo que consiste en flexografía, pulverización, revestimiento por cuchilla de aire, revestimiento por cortina de aire, inmersión, revestimiento por varilla, revestimiento por cuchilla, grabado, cilindro de movimiento alternativo, aplicación por rodillo, imbibición, prensa encoladora, impresión, cepillado, revenido, revestimiento de ranura-matriz, y extrusión; y
(b)
secar el sustrato grabable por tinta revestido aplicándole una temperatura de ambiente a 177ºC (350ºF).
19. Un sustrato microporoso revestido que se obtiene por el método de cualquiera de las reivindicaciones 13 a 18.
20. Un sustrato microporoso revestido que comprende:
(a)
un sustrato microporoso como se definió en cualquiera de las reivindicaciones 13 a 16; y
(b)
una capa de revestimiento en al menos una superficie del sustrato microporoso, dicha capa de revestimiento comprende una composición de revestimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10.
21. El sustrato microporoso revestido de cualquiera de las reivindicaciones 19 ó 20, en el que la capa de revestimiento penetra en al menos el primer 1 \mum de la superficie del sustrato microporoso.
22. El sustrato microporoso revestido de cualquiera de las reivindicaciones 19 a 21, en el que el sustrato microporoso tiene un espesor de 12,7 a 2.540 \mum (0,5 a 100 milésimas de pulgada).
23. El sustrato microporoso revestido de cualquiera de las reivindicaciones 19 a 22, en el que el peso de revestimiento es de 0,001 g/m^{2} a 50 g/m^{2}.
24. El sustrato microporoso revestido de cualquiera de las reivindicaciones 19 a 23, en el que el sustrato microporoso (a) tiene una porosidad de no más de 20.000 segundos/100 cm^{3} de aire.
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