ES2290446T3 - Composicion para recubrimiento que contiene colodial, y hojas satinadas para registro por chorro de tinta preparadas a partir de esta composicion. - Google Patents
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Abstract
Una hoja de registro por chorro de tinta, que comprende un soporte y por lo menos una capa de recubrimiento sobre el mismo, la cual comprende por lo menos una capa de recubrimiento (a) que tiene un brillo de superficie especular de por lo menos 30 a 60º, (b) contiene sílice coloidal catiónica con un ratio, sólidos de sílice a metal alcalino, de por lo menos la suma de AW (-0, 013SSA+9), y (c) un aglomerante, en donde los sólidos de sílice coloidal y los sólidos del aglomerante están presentes en un ratio de por lo menos 1:1 en peso, AW es el peso atómico del metal alcalino y el SSA es el área de la superficie específica de la sílice coloidal.
Description
Composición para recubrimiento que contiene
sílice coloidal, y hojas satinadas para registro por chorro de tinta
preparadas a partir de esta composición.
La presente invención se refiere a hojas
recubiertas para registro por chorro de tinta, y composiciones para
recubrimiento empleadas para la preparación de las mismas. En
particular, la invención se refiere a composiciones para
recubrimiento adecuadas para la preparación de hojas satinadas para
registro por chorro de tinta, las cuales poseen buenas
características para la impresión.
Los procedimientos para el registro por chorro
de tinta ya son bien conocidos. Estos sistemas proyectan gotitas de
tinta sobre una hoja de registro, p. ej., de papel, con densidades y
velocidades variables. Cuando se emplean sistemas de chorro de
tinta multicolor, el proceso proyecta en una muy inmediata
proximidad, un cierto número de tintas de diferente color que
tienen propiedades y velocidades de absorción diferentes. Estos
sistemas multicolores están diseñados para proporcionar imágenes
que simulan una imagen fotográfica, y dichas imágenes requieren una
alta resolución y gama de colores. De acuerdo con ello las hojas
para registro por chorro de tinta deben ser capaces de absorber
tinta de altas densidades, con una capacidad tal que los colores
depositados sean brillantes y claros, a velocidades adecuadas para
efectuar un secado rápido, absorber tinta de modo que ésta no corra
o sangre, de manera que den como resultado unas imágenes lisas.
Para satisfacer estos objetivos, se han
incorporado pigmentos altamente porosos, p. ej., sílices porosos en
recubrimientos para papel. Los sistemas de recubrimiento con una
base de sílice han tenido éxito en el cumplimiento de los objetivos
de una buena capacidad de impresión. Sin embargo, ha sido difícil
obtener dichas propiedades y producir un acabado que no fuera mate,
es decir satinado, como el típicamente visto en sistemas
fotográficos tradicionales. Los pigmentos porosos antes mencionados
tienen típicamente porosidades por encima de 1 cc/g y tienen unos
tamaños medios de partícula mayores de 1 micra. Estos tamaños de
partícula y porosidades aumentan la asperosidad de la superficie
del recubrimiento acabado, con lo cual se refleja la luz incidente
de manera que ésta se dispersa, con lo cual el recubrimiento
resulta mate.
Para potenciar el brillo de dichos
recubrimientos se colocan unas segundas capas de brillo en la parte
superior de las capas receptoras preparadas a partir de los
pigmentos porosos antes mencionados. Estas capas superiores se
preparan a partir de sistema aglomerantes que son inherentemente
brillantes, o bien a partir de capas que comprenden un aglomerante
y partículas de óxidos inorgánicos de tamaño mucho más pequeño, p.
ej., sílice coloidal convencional. La sílice coloidal en el último
método tiende a potenciar la naturaleza receptiva de la tinta del
recubrimiento superior, pero no es lo suficientemente grande para
ocasionar deformaciones de la superficie. Sin embargo, existe una
tendencia de las partículas coloidales a aglomerarse a altas
concentraciones, causando con ello imperfecciones y una asperosidad
de la superficie en la capa superior, y por lo tanto, reduciendo el
brillo. De acuerdo con ello, se han empleado concentraciones más
bajas (es decir, ratios más bajos de sólidos coloidales a sólidos
de aglomeración) cuando se ha empleado este método.
Sería por lo tanto muy deseable aumentar las
cantidades de óxidos inorgánicos sólidos en estas capas superiores
para mejorar más la capacidad de impresión. En efecto, sería
deseable emplear capas de recubrimiento que tengan por lo menos un
ratio 1:1 de sólidos coloidales a sólidos de aglomerante, e incluso
con mayor preferencia, emplear recubrimientos que tengan ratios de
sólidos coloidales a sólidos de aglomerante, tan altos como 4:1,
consiguiendo al mismo tiempo un brillo aceptable.
Además, los sistemas de recubrimiento para papel
para impresión por chorro de tinta, están con frecuencia diseñados
para tener una carga total catiónica. Muchas de las tintas empleadas
en procesos por chorro de tinta poseen una carga negativa; y es
deseable por lo tanto, que los componentes del recubrimiento tengan
una carga opuesta para fijar la tinta. La alúmina coloidal posee
una carga positiva y ha sido ampliamente empleada como pigmento
recubridor para este propósito. Se emplean también componentes
catiónicos de fijación del color y aglomerantes catiónicos. En
efecto, la presencia de estos últimos materiales cargados
catiónicamente requieren normalmente que los componentes del
pigmento en el recubrimiento sean catiónicos o por lo menos no
iónicos. De otra manera, los materiales en el recubrimiento tienden
a agregarse, creando con ello imperfecciones en la superficie y
reduciendo el brillo. Por consiguiente, sería deseable y constituye
un objetivo de esta invención, el proporcionar una capa de
recubrimiento que contenga un contenido relativamente grande de
sólidos de sílice que sean catiónicos.
La figura 1 ilustra la distribución de
partículas de una sílice coloidal polidispersada, empleada en una
versión preferida de la invención.
La figura 2 ilustra los sólidos de sílice de una
sílice coloidal para un ratio de metal alcalino, frente al brillo
logrado a partir de recubrimientos que contienen los mismos.
\newpage
La presente invención proporciona hojas para
registro por chorro de tinta, las cuales comprenden un soporte y
por lo menos una capa recubridora sobre el mismo, teniendo por lo
menos dicha capa recubridora (a) un brillo superficial especular de
por lo menos 30 a 60º, (b) comprendiendo sílice coloidal catiónica
que tiene un ratio de, sólidos de sílice a metal alcalino, de por
lo menos la suma de AW(-0,013SSA+9), y c) aglomerante, en donde los
sólidos de sílice coloidal y los sólidos del aglomerante están
presentes en un ratio de por lo menos 1:1 en peso, AW es el peso
atómico del metal alcalino y SSA es el área de la superficie
específica de la sílice coloidal.
De preferencia, el ratio de sólidos de sílice
coloidal a sólidos de aglomerante, está en el margen de
aproximadamente 6:4 a aproximadamente 4:1.
De preferencia, la sílice coloidal tiene un
ratio de sólidos de sílice a metal alcalino, de por lo menos
150.
De preferencia, la sílice coloidal tiene un
tamaño medio de partícula en el margen de aproximadamente 1 a
aproximadamente 300 nanometros.
Todavía con más preferencia, el ratio de sólidos
de sílice a metal alcalino es por lo menos la suma de -0,30SSA +207,
y el metal alcalino es sodio.
Un objetivo de esta invención es también una
composición para recubrimiento que contiene (a) sílice coloidal
catiónica que tiene un ratio, sólidos a metal alcalino, de por lo
menos la suma de AW(-0,013SSA +9), y (b) aglutinante, en donde los
sólidos de sílice de (a) y los sólidos del aglutinante de (b) están
presentes en un ratio de por lo menos 1:1 en peso, AW es el peso
atómico del metal alcalino y SSA es el área de la superficie
específica de la sílice coloidal.
De preferencia, el ratio de, sólidos de sílice
de (a) a sólidos de aglomerante de (b) del recubrimiento, está en
el margen de aproximadamente 6:4 a aproximadamente 4:1.
De preferencia, la sílice coloidal tiene un
ratio de, sólidos de sílice a metal alcalino, de por lo menos
150.
De preferencia, la sílice coloidal tiene un
tamaño medio de partícula de aproximadamente 1 a aproximadamente 300
nanometros.
Con más preferencia, el ratio de, sólidos de
silica a metal alcalino, es por lo menos la suma de -0,30SSA +207, y
el metal alcalino es sodio.
Todavía con mayor preferencia, la sílice
coloidal tiene un tamaño medio de partícula en el margen de 15 a
100 nm y tiene una distribución del tamaño de partícula tal, que por
lo menos el 80% de las partículas separaron un tamaño de partículas
de por lo menos 30 nanometros y hasta aproximadamente 70
nanometros.
Se ha descubierto que la sílice coloidal
catiónica con relativamente pocas cantidades de metales alcalinos,
p. ej., sodio, proporciona sílice coloidal la cual no se agrega a un
relativamente alto contenido de sólidos, y por ello disminuye la
deformación y mateado de la superficie del recubrimiento.
Mediante el término "sílice coloidal" o
"sol de sílice coloidal" se comprenden las partículas que se
originan en dispersiones o soles en las cuales las partículas no
sedimentan a partir de la dispersión durante períodos de tiempo
relativamente largos. Dichas partículas tienen un tamaño típicamente
por debajo de una micra. La sílice coloidal tiene un tamaño medio
de partícula en el margen de 1 a 300 nanometros y los procesos para
obtenerla son ya bien conocidos en la técnica. Ver las patentes U.S.
2.244.325; 2.574.902; 2.577.484; 2.577.485; 2.631.134; 2.750.345;
2.892.797; 3.012.072; y 3.440.174. Las sílices coloidales que tienen
tamaños medios de partícula en el margen de 5 a 100 nanometros, son
las más preferidas para la presente invención. Las sílices
coloidales pueden tener un área de superficie (medida mediante el
método BET) en el margen de 9 a 2700 m^{2}/g.
Una sílice coloidal particularmente adecuada
para esta invención es la que se conoce como sílice coloidal
polidispersada. "Polidispersada" se define en la presente como
una dispersión de partículas que tienen una distribución por
tamaños de partículas en la cual el tamaño medio de partícula está
en el margen de 15-100 nm, la cual tiene un vano de
distribución relativamente grande. Las distribuciones preferidas son
aquellas en las que el 80% de las partículas se distribuyen en un
margen de tamaño de por lo menos 30 nanometros y pueden tener hasta
70 nanometros. El margen del 80% se mide restando el tamaño de
partícula d_{10} del tamaño de partícula d_{90} generado
empleando metodologías de medición de tamaño de partículas basadas
en el TEM descritas más adelante. Este margen se llama también
"vano de distribución del 80%". Una versión de partículas
polidispersadas tiene unas distribuciones de tamaños de partículas
que se desvían hacia tamaños más pequeños que la media del tamaño
de partícula. Como resultado, la distribución tiene un pico en esta
área de la distribución y una "cola" de tamaños de partículas
que son mayores que la mediana. Véase la figura 1. El tamaño de
partícula más bajo y el más alto del vano de distribución que abarca
el 80% de las partículas puede ser de -11% a -70% y de 110 a 160%
de la mediana, respectivamente. Una sílice polidispersada
particularmente adecuada, tiene una media de tamaño de partícula en
el margen de 20 a 30 nanometros y el 80% de las partículas tienen
entre 10 y 50 nanometros de tamaño, es decir, el 80% de la
distribución tiene un vano de 40 nanometros.
La mayor parte de soles de sílice coloidal
contienen un álcali. El álcali es normalmente un hidróxido de metal
alcalino del grupo IA de la Tabla Periódica (hidróxidos de litio,
sodio, potasio, etc). Los soles de sílice coloidal más
comercialmente adquiribles contienen hidróxido de sodio, el cual se
origina, por lo menos parcialmente, a partir del silicato de sodio
empleado para obtener la sílice coloidal, aunque el hidróxido de
sodio puede también añadirse para estabilizar el sol contra la
gelación.
Hablando en general, la sílice coloidal posee
una carga negativa y por lo tanto es aniónica como resultado de la
pérdida de protones de los grupos silanol presentes en la superficie
de la sílice. Para la finalidad de esta invención, la sílice
coloidal se considera catiónica si una sílice coloidal aniónica ha
sido recubierta físicamente o tratada químicamente, de manera que
la sílice coloidal posea una carga neta positiva. Una sílice
catiónica incluiría de esta forma aquellas sílices coloidales en las
cuales la superficie de la sílice contiene un suficiente número de
grupos funcionales catiónicos, p. ej., un ión metálico como el
aluminio o un catión amonio de forma que la carga neta es
positiva.
Se conocen varios tipos de sílice coloidal
catiónica. Dichas sílices coloidales catiónicas están descritas en
la patente U.S. 3.007.878. En breves palabras, se estabiliza un sol
de sílice coloidal denso, y a continuación se recubre poniendo en
contacto el sol con la sal básica de un metal trivalente o
tetravalente. El metal trivalente puede ser aluminio, cromo, galio,
indio o talio, y el metal tetravalente puede ser titanio, germanio,
zirconio, estaño estánnico, cerio, hafnio y torio. Se prefiere el
aluminio.
Los aniones en la sal de metal polivalente,
distintos de los iones hidroxilo, son así seleccionados para hacer
que la sal sea soluble en agua. Debe comprenderse que cuando se hace
referencia en la presente al hecho de que la sal tiene un anión
monovalente distinto del hidroxilo, la intención no es excluir el
hidroxilo de la sal sino indicar que otro anión está presente
además del hidroxilo que contiene la sal. Así, todas las sales
básicas están incluídas con la condición de que sean solubles en
agua y puedan producir la relación iónica necesaria como se
describe más adelante.
De preferencia, los soles coloidales de sílice
cargada positivamente, se preparan por deposición de alúmina sobre
la superficie de partículas de sílice coloidal. Esto puede lograrse
tratando un acuasol de sílice cargada negativamente con sales
básicas de aluminio tales como acetato de aluminio básico o aluminio
básico. Los procedimientos para preparar estos soles de sílice
positivamente cargados están descritos por Moore, patente U.S. nº 3
620 978; Moore, patente U.S. nº 3.956.171; Moore patente U.S. nº
3.719.607; Moore, patente U.S. nº 3,745.126; y Bergna, patente U.S.
nº 4.217.240. El tratamiento con aluminio da como resultado unos
ratios aluminio:sílice en la superficie de las partículas
coloidales que oscila desde aproximadamente 1:19 hasta
aproximadamente 4:1. Preferidos para emplear en la presente son los
ratios aluminio:sílice superficial desde aproximadamente 1:2 hasta
aproximadamente 2:1. El sol se estabiliza mediante un pH ligeramente
ácido el cual puede lograrse añadiendo pequeñas cantidades de un
ácido, p. ej., ácido acético, o pasando el sol a través de un lecho
de una resina de intercambio iónico fuertemente ácida.
Papeles convencionales para chorro de tinta que
emplean sílice catiónica son ya conocidos en las patentes
EP-A-0586846 y
WO-A-0020221.
Como se ha indicado más arriba, los soles de
sílice coloidal catiónica de esta invención tienen niveles
significativamente menores de iones de metal alcalino que los
soles de sílice coloidal comercialmente adquiribles. Niveles de
álcali menores pueden mostrarse calculando el ratio en peso de los
sólidos de sílice a sodio del sol de sílice coloidal, como se
muestra en la ecuación 1. La figura 2 muestra que puede obtenerse
un brillo aceptable de soles de sílice coloidal empleando la
ecuación siguiente
Ecuación
1.SiO_{2}/metal alcalino \geq AW(-0,013*SSA
+9)
El ratio SiO_{2}/metal alcalino es el ratio en
peso entre los sólidos de sílice y el metal alcalino en el sol de
sílice coloidal. AW es el peso atómico del metal alcalino p. ej.,
6,9 para el litio, 23 para el sodio, y 39 para el potasio, y la SSA
es el área de la superficie específica de las partículas de sílice
coloidal en unidades de metros cuadrados por gramo (m^{2}/g).
Cuando el metal alcalino es sodio, el ratio SiO_{2}/metal
alcalino, es por lo menos la suma de -0,30SSA +207.
Puede prepararse sílice coloidal catiónica con
bajo nivel de álcali mediante desionización de la misma en un grado
tal que la sílice coloidal tiene un ratio de, sólidos de sílice a
metal alcalino, referido a la ecuación 1. Por "desionizado" se
entiende que cualesquiera iones metálicos, p. ej., iones de metal
alcalino tales como el sodio, han sido eliminados de la solución de
sílice coloidal. Los métodos para eliminar los iones de metal
alcalino son ya bien conocidos e incluyen el intercambio iónico con
una resina de intercambio iónico adecuada (patentes U.S. 2.577.484
y 2.577.485), diálisis (patente U.S. 2.773.028) y electrodiálisis
(patente U.S. 3.969.266).
Como se indica más adelante, las sílices
coloidales pueden ser incorporadas en los aglomerantes de
recubrimiento convencionales. El aglomerante no solamente actúa
para aglomerar la sílice coloidal y formar un film, sino que
proporciona también adhesividad a la interfaz entre la capa que
proporciona el brillo y el substrato o cualquier capa intermedia
receptora de la tinta entre la capa brillante y el substrato.
Los aglomerantes catiónicos y no iónicos son
particularmente adecuados en la presente invención. Aglomerantes
adecuados incluyen, aunque no están limitados a, copolímeros
estireno-butadieno o
estireno-acrilato con grupos funcionales catiónicos
y/o acetatos catiónicos de polivinilo, alcoholes catiónicos de
polivinilo o sus copolímeros.
Además, el aglomerante puede seleccionarse del
grupo de gomas guar modificadas y nativas, almidones, metil
celulosas, hidroximetilcelulosas, carboximetilcelulosas, alginatos,
proteínas y polivinil alcoholes que están presentes en forma
catiónica. Las proteínas son también adecuadas debido a su carácter
anfótero.
Ejemplos específicos de aglomerantes catiónicos
solubles en agua, incluyen, por ejemplo, el almidón
dietilamino-etilado, almidón modificado con cloruro
de trimetiletil-amonio, y almidón modificado con sal
de dietilaminoetil- amonio-cloruro de metilo; y
copolímeros de ésteres acrílicos con catión modificado.
Los aglomerantes solubles en agua, no iónicos,
adecuados, incluyen pero no están limitados a, alcohol polivinílico,
hidroxietil celulosa, metil celulosa, dextrina, plurano, almidón,
goma arábiga, dextrano, polietilenglicol, polivinilpirrolidona,
poliacrilamida, y polipropilenglicol.
Aglomerantes insolubles en agua o muy poco
solubles en agua, catiónicos o no iónicos, en forma de una emulsión
acuosa, incluyen pero no están limitados a, resinas de copolímero
acrílico y metacrílico, por ejemplo, resinas de copolímeros metil
metacrilato-butil acrilato, resinas de copolímero de
metil metacrilato-etil acrilato, resinas de
copolímero de metil
metacrilato-2-etilhexil acrilato,
resinas de copolímero de metilmetacrilato-metil
acrilato, resinas de copolímero de estireno-butil
acrilato, resinas de copolímero de
estireno-2-etilhexil acrilato,
resinas de copolímero de estireno-etil acrilato,
resinas de copolímero de estireno-metilacrilato,
resinas de copolímero de metil
metacrilato-estireno-butil acrilato,
resinas de copolímero de metil
metacrilato-estireno-2-etilhexil
acrilato, resinas de copolímero de metil
metacrilato-estireno-etil acrilato,
resinas de copolímero de metil
metacrilato-estireno-etil acrilato,
resinas de copolímero de metil
metacrilato-estireno-metil acrilato,
resinas de copolímero de estireno-butil
acrilato-acrilonitrilo, y resinas de copolímero de
estireno-etil
acrilato-acrilonitrilo.
Otros aglomerantes adecuados incluyen la
caseína, gelatina, una resina de anhídrido maleico, un látex
conjugado copolímero de tipo dieno, tal como un látex polímero de
tipo vinilo tal como un copolímero etileno-vinil
acetato; un aglomerante del tipo resina sintética, tal como una
resina de poliuretano, una resina de poliéster no saturado, un
copolímero cloruro de vinilo - acetato de vinilo, polivinil butiral
o una resina alquídica.
El aglomerante puede combinarse con la sílice
coloidal empleando máquinas mezcladoras y mezcladores
convencionales. Los componentes pueden combinarse y mezclarse a las
condiciones del ambiente.
Es deseable para los sólidos de la sílice
coloidal y los sólidos del aglomerante, estar presentes en el
recubrimiento con ratios relativamente altos. Se ha descubierto que
en ciertas versiones, ratios más altos de sílice a aglomerante,
proporcionan una buena capacidad de impresión, así como también
proporcionan ventajosas propiedades mecánicas a la hoja de
recubrimiento acabada que recibe la tinta. Es particularmente
deseable para la sílice coloidal y los sólidos del aglomerante
estar presentes con un ratio de por lo menos 1:1 y con más
preferencia 6:4 a 4:1 en peso. El ratio puede ser hasta de 9,9:1.
El ratio sílice coloidal a sólidos del aglomerante recibe también
en la presente el nombre de, ratio pigmento a aglomerante.
Puede ser también deseable incluir componentes
adicionales en la composición de recubrimiento de esta invención.
El recubrimiento de esta invención puede contener uno o más de los
siguientes componentes: dispersante, espesante, agente para mejorar
la fluidez, agente antiespumante, agente supresor de espuma, agente
de liberación, agente de soplado, agente de penetración, tinte
colorante, pigmento colorante, abrillantador fluorescente,
absorbedor ultravioleta, antioxidante, conservante, agente de
prevención de cenizas, agente impermeabilizante y agente resistente
a la humedad.
Un aditivo preferido es un mordiente catiónico
para el color. Ejemplos de mordientes adecuados incluyen aunque no
están limitados a, un compuesto polimérico de amonio cuaternario o
un polímero básico, tal como el
poli(dimetilaminoetil)-metacrilato,
polialquilenpoliaminas y productos de la condensación de los mismos
con dicianodiamidas, policondensados de
amina-epiclorhidrina; compuestos de lecitina y
fosfolípidos. Ejemplos específicos de dichos mordientes incluyen
los siguientes compuestos: cloruro de vinilbencil trimetil
amonio/etilenglicol dimetacrilato; poli(cloruro de dialil
dimetil amonio); metasulfato de
poli(2-N,N,N-trimetilamonio)etil
metacrilato; cloruro de
poli(3-N,N,N-trimetilamonio)propil
metacrilato; un copolímero de vinilpirrolidinona y
vinil(N-metilimidazolio cloruro; y
hidroxietilcelulosa modificada con cloruro de
3-N,N,N-trimetilamonio)propilo.
En una versión preferida, el mordiente catiónico es un compuesto de
amonio cuaternario.
El mordiente que puede emplearse en la invención
puede ser empleado en una cantidad cualquiera efectiva para la
finalidad que se pretende. En general, se obtienen buenos resultados
cuando el mordiente está presente en una cantidad de
0,1-10% en peso de la formulación total de
recubrimiento. Estos mordientes son especialmente preferidos cuando
el aglomerante es no-iónico.
Una parte de la sílice coloidal catiónica
relativamente libre de metal alcalino puede también reeemplazarse
mediante uno o más distintos materiales coloidales, p. ej., aquellos
materiales que contienen metales alcalinos en grandes cantidades,
con la condición de que la cantidad total de álcali presente en la
combinación de sílice coloidal y el otro material es tal que el
ratio, sólidos de sílice a metal alcalino, es el dado por la
ecuación 1, y la cantidad de dicho material coloidal no resta valor
de la naturaleza catiónica global o brillo deseado para el
recubrimiento acabado. Estos distintos materiales coloidales pueden
ser la sílice así como también óxidos inorgánicos distintos de la
sílice, p. ej., alúmina, titania, zirconia y similares.
Dichas partículas coloidales de óxidos inorgánicos adicionales
pueden añadirse como una carga y/o como pigmento adicional.
Los recubrimientos de esta invención tienen un
brillo de por lo menos treinta (30) a 60º, de acuerdo con el
aparato de medición BYK Gardner. Los recubrimientos preferidos de
acuerdo con esta invención, tienen un brillo de por lo menos 80 con
un ratio 6:4 de sílice coloidal a aglomerante, y por lo menos 50 y
de preferencia por lo menos 70, con un ratio 4:1 de sílice coloidal
a aglomerante. Incluso con más preferencia, el recubrimiento tiene
un brillo de por lo menos 90 con un ratio 4:1 de sílice coloidal a
aglomerante.
Soportes adecuados para la preparación de la
hoja para registro con tinta de esta invención, pueden ser aquellos
que típicamente se emplean en dicha técnica. Soportes adecuados
incluyen aquellos que tienen un peso en el margen de 40 a 300
g/m^{2}. El soporte puede ser un papel base producido a partir de
una variedad de procedimientos y máquinas tales como una máquina
Fourdrinier de fabricar papel, una máquina cilíndrica de papel o una
máquina doble de papel de tela metálica. Los soportes se preparan
mezclando sus principales componentes, es decir, un pigmento
convencional y una pulpa de madera incluyendo por ejemplo una pulpa
química, una pulpa mecánica y una pulpa de desperdicio de papel,
con por lo menos uno de los varios aditivos, los cuales incluyen un
aglomerante, un agente aprestante, un agente fijador, un agente
para aumentar el rendimiento, un agente catiónico y un agente para
mejorar la resistencia del papel. Otros soportes incluyen substratos
transparentes, tejidos y similares.
Además, el soporte puede ser también hojas de
papel con apresto prensado preparado empleando almidón o polivinil
alcohol. El soporte puede también ser uno que tiene una capa de
recubrimiento anclada sobre el mismo, p. ej., un papel que tiene ya
una capa recubridora preliminar dispuesta sobre un papel base. El
papel base puede también tener una capa para recibir la tinta
aplicada antes de aplicar el recubrimiento de esta invención.
Los recubrimientos que contienen sílice
coloidal, aglomerante y opcionalmente aditivos, pueden aplicarse en
línea cuando el soporte está siendo preparado o fuera de línea
después de que el soporte ha sido acabado. El recubrimiento puede
aplicarse empleando técnicas convencionales de recubrimiento tales
como el recubrimiento con cuchilla de aire, recubrimiento con
rodillo, recubrimiento con paleta, recubrimiento de barra,
recubrimiento de cortina, recubrimiento por inyector y
procedimientos empleando prensas de apresto medido. Los
recubrimientos resultantes pueden secarse a temperatura ambiente,
métodos de aire caliente, secado por contacto con una superficie
caliente o secado por radiación. Típicamente, la composición de
recubrimiento de la invención, y cualesquiera capas intermedias
opcionales, se aplican en un margen de 1 a 50 g/m^{2}, aunque más
típicamente en el margen de 2 a 20 g/m^{2}.
Los ejemplos que siguen a continuación, muestran
que una hoja de registro por chorro de tinta, satinada, que tiene
una buena capacidad de impresión puede prepararse esencialmente a
partir de un soporte y una capa de la invención. Sin embargo, puede
ser deseable en ciertos casos colocar otra capa, que es la receptora
de la tinta, entre la capa de la invención que proporciona el
satinado y el soporte, para potenciar la capacidad de impresión de
la hoja final. Por ejemplo, hojas recubiertas con una cierta sílice
coloidal desionizada contendrían de preferencia un recubrimiento
para la recepción de tinta por separado entre la capa satinada y el
substrato con el fin de mejorar la capacidad de impresión de la
hoja de registro por chorro de tinta, acabada.
Capas adecuadas para la recepción de la tinta
son aquellas identificadas como tales en la patente U.S.
5.576.088.
En breves palabras, las capas adecuadas para
recepción de la tinta, contienen un aglomerante tal como los
aglomerantes solubles en agua relacionados en la lista de más
arriba, y un pigmento receptor de la tinta. Dichos pigmentos
incluyen un pigmento inorgánico blanco tal como el carbonato de
calcio ligero, carbonato de calcio pesado, carbonato de magnesio,
caolin, talco, sulfato de calcio, sulfato de bario, dióxido de
titanio, óxido de zinc, sulfuro de zinc, carbonato de zinc, blanco
satinado, silicato de aluminio, tierra de diatomeas, silicato de
calcio, silicato de magnesio, sílice sintética amorfa, sílice
coloidal, alúmina, alúmina coloidal, pseudo bohemita; hidróxido de
aluminio, litopón, zeolita, halosita hidrolizada o hidróxido de
magnesio, o un pigmento orgánico tal como un pigmento plástico tipo
estireno, un pigmento plástico acrílico, polietileno,
microcápsulas, una resina de urea o una resina de melamina. Los
pigmentos adecuados para la capa receptora de tinta tienen tamaños
medios de partículas en el margen de 0,5 a 3,0 micras (medidos por
difusión de la luz) y volúmenes de poro oscilando de 0,5 a 3,0 cc/g
y de preferencia volúmenes de poro de 1,0 a 2,0 cc/g, medidos
mediante porosimetría de nitrógeno. Con el fin de obtener una hoja
para registro por chorro de tinta que tenga un alto poder
absorbente de la tinta, se prefiere que el pigmento de la capa
receptora de la tinta
contenga por lo menos un 30% en volumen de partículas que tengan un tamaño de partícula de por lo menos 1,0 \mum.
contenga por lo menos un 30% en volumen de partículas que tengan un tamaño de partícula de por lo menos 1,0 \mum.
Las versiones preferidas y modos operativos de
la presente invención han sido descritos en la especificación
precedente. La invención que se pretende proteger en la presente sin
embargo, no está construida limitándola a las particulares
versiones descritas, dado que están consideradas como ilustrativas
más bien que restrictivas.
Además, cualquier margen de números citado en la
especificación o en las reivindicaciones, el cual represente un
conjunto particular de propiedades, condiciones, estados o
porcentajes físicos, se pretende que literalmente incorpore
expresamente en la presente, cualquier número incluido dentro de
dicho margen, el cual incluye cualesquiera márgenes de subconjuntos
de números dentro de un margen cualquiera citado.
Los parámetros relacionados más adelante y/o
indicados anteriormente, se midieron como sigue:
Tamaño medio de partícula: A no ser que
se indique otra cosa, es un número promedio del tamaño de
partículas, determinado por la ecuación SSA = 3100/d_{n} en donde
d_{n} es el tamaño medio de partícula, y SSA es el área de la
superficie específica definida anteriormente.
Mediana del tamaño de partícula: es un
número de medianas ponderadas medidas mediante el microscopio
electrónico (TEM).
Brillo: Medido mediante un aparato BYK
Gardner micro-brillo TRI, el cual ha sido calibrado
empleando un film transparente. Los valores del brillo se midieron
empleando una geometría de 60º.
Contenido en metal alcalino (p. ej., Na)
- Porcentaje en peso basado sobre el contenido de ión de metal
alcalino medido empleando la técnica espectroscópica de la emisión
de plasma atómico acoplado inductivamente
(ICP-AES). La muestra se disuelve en primer lugar en
las condiciones ambientes p. ej., 25ºC y 75% de humedad relativa,
en ácido fluorhídrico y ácido nítrico (al ratio 30/70 en peso) antes
de aplicar esta técnica, La muestra se dejó disolver durante
dieciséis horas antes de efectuar las mediciones.
Contenido en sólidos de la sílice: medido
en un horno Ohaus a 205ºC, siendo el punto final para la medición
de los sólidos cuando el peso de la muestra cambia en menos de 0,01
g durante sesenta (60) segundos.
Area de superficie específica: método de
titulación correlacionado con el área de la superficie mediante
adsorción de nitrógeno como describe G.W. Sears, Jr., Analytical
Chemistry ("Química Analítica"), vol. 28 p. 1981 (1956).
Ejemplo
1
(Comparación)
Se peptizó alúmina Martoxin® GL3 (SSA = 332
m^{2}/g), de acuerdo con las instrucciones del fabricante.
El polvo de Martoxin® GL3 se añadió al agua desionizada (DI) a
un nivel del 15% de sólidos y se agitó durante 5 minutos. A
continuación se ajustó el pH a 4,5 con ácido acético y la
suspensión se agitó durante 10 minutos más. Al final, el pH se
ajustó de nuevo a 4,5 con ácido acético. 21,015 g (15% en
peso) de la suspensión de alúmina coloidal preparada más arriba se
colocó en un vaso de precipitados. Al mismo se añadieron 4,85 g de
polivinil alcohol Airvol® 523 (solución al 15,5% en peso). A
continuación se añadieron 0,19 g de mordiente para tintura
Agefloc® B50 (50% en peso), diluido con 0,768 g de agua desionizada,
a la mezcla. La formulación resultante se recubrió como un
film húmedo de 100 micras sobre poliéster Melinex^{TM} 534, un
film blanco opaco de E. I. DuPont de Nemours & Co., empleando un
recubridor TMI (recubridor de control K) empleando la varilla
número 8. El recubrimiento obtenido tiene un brillo de 93% a 60
grados.
(Comparación)
10,01 g de Ludox® CL-P (40% de
sólidos; 140 SSA; 22 nm de tamaño medio de partícula; % (en peso)
de
Na = 0,250; SiO_{2}Na = 160) sílice coloidal de W.R. Grace & Co.-Conn., se colocaron en un vaso de precipitados y se diluyeron con 10,31 g de agua desionizada. A la misma se añadieron 5,81 g de alcohol polivinílico Airvol® 523 (solución al 15,5% en peso), seguido de 0,22 g de Agefloc® B50 (50% en peso). La formulación resultante se recubrió sobre un film de poliéster como se describe en el ejemplo 1. El recubrimiento resultante tiene un brillo del 4% a 60 grados. Este brillo relativamente bajo está de acuerdo con la ecuación 1 lo cual indica que el SiO_{2}/Na debe ser de 165 ó mayor para obtener un brillo aceptable.
Na = 0,250; SiO_{2}Na = 160) sílice coloidal de W.R. Grace & Co.-Conn., se colocaron en un vaso de precipitados y se diluyeron con 10,31 g de agua desionizada. A la misma se añadieron 5,81 g de alcohol polivinílico Airvol® 523 (solución al 15,5% en peso), seguido de 0,22 g de Agefloc® B50 (50% en peso). La formulación resultante se recubrió sobre un film de poliéster como se describe en el ejemplo 1. El recubrimiento resultante tiene un brillo del 4% a 60 grados. Este brillo relativamente bajo está de acuerdo con la ecuación 1 lo cual indica que el SiO_{2}/Na debe ser de 165 ó mayor para obtener un brillo aceptable.
(Comparación)
12,06 g de Ludox® CL (30% de sólidos; 230 SSA;
12 nm de tamaño medio de partícula: % de Na = 0,260;
SiO_{2}/
Na = 115) sílice coloidal de W.R. Grace & Co.-Conn. se colocaron en un vaso de precipitados y se diluyeron con 6,31 g de agua desionizada. A esto se añadieron 5,26 g de polivinil alcohol Airvol® 523 (solución al 15,5% en peso), seguido de 0,20 g de Agefloc® B50 (50% en peso). La formulación resultante se recubrió sobre film de poliéster en las condiciones descritas en el ejemplo 1. El recubrimiento obtenido se agrietó. Este resultado podía esperarse en vista de la ecuación 1 indicando que el SiO_{2}/Na sería por lo menos de 138 para obtener un recubrimiento de satinado aceptable.
Na = 115) sílice coloidal de W.R. Grace & Co.-Conn. se colocaron en un vaso de precipitados y se diluyeron con 6,31 g de agua desionizada. A esto se añadieron 5,26 g de polivinil alcohol Airvol® 523 (solución al 15,5% en peso), seguido de 0,20 g de Agefloc® B50 (50% en peso). La formulación resultante se recubrió sobre film de poliéster en las condiciones descritas en el ejemplo 1. El recubrimiento obtenido se agrietó. Este resultado podía esperarse en vista de la ecuación 1 indicando que el SiO_{2}/Na sería por lo menos de 138 para obtener un recubrimiento de satinado aceptable.
Se añadieron 84 g de agua desionizada a 329 g de
sílice coloidal Ludox® HS-40 (W.R. Grace)
conteniendo 40,0% de SiO_{2} con un tamaño medio de partícula = 22
nm con un área de superficie específica = 220 m^{2}/g. la mezcla
se calentó a 40-50ºC y se añadió resina de
intercambio catiónico Amberlite® IR-120 Plus en
forma de hidrógeno con agitación en pequeñas cantidades hasta que
el pH bajó a 2,5. La agitación y la temperatura se mantuvieron
durante 1 hora, durante la cual se añadieron pequeñas cantidades de
resina para mantener el pH en el margen de 2,5-3,0.
La mezcla se separó por filtración a través de un papel de filtro
basto para separar el sol de sílice coloidal desionizado de la
resina. Se añadió gota a gota 1% de solución de hidróxido de amonio
al sol de sílice coloidal desionizado, con agitación, hasta que el
sol alcanzó el margen de pH 7,2-7,5.
El sol de sílice coloidal resultante se añadió
gota a gota a un vaso de precipitados conteniendo 87,2 g de
clorohidrol de alumino (20,7% de Al_{2}O_{3} y ratio atómico de
Al:Cl de 2:1) con rápida agitación. Una vez la adición fue
completa, la mezcla se dejó equilibrar durante aproximadamente 12
horas, a continuación se filtró a través de un papel de filtro
fino. El sol resultante contenía el 30% de sólidos, y tenía un pH
de 3,5, un contenido de sodio del 0,06% en peso y un ratio
SiO_{2}/Na de 500.
14,51 g del producto anterior (30% en peso) se
colocó en un vaso de precipitados y se diluyó con 7,52 g de agua
desionizada. A esto se añadieron 6,27 g de polivinil alcohol Airvol®
523 (solución al 15,5% en peso), seguido de 0,22 g de Agefloc® B50
(50% en peso). La formulación resultante se recubrió sobre un film
de poliéster en las condiciones descritas en el ejemplo 1. El
recubrimiento obtenido resultó de un brillo de 93% a 60 grados. El
brillo estaba de acuerdo con la ecuación 1, lo cual indica que el
ratio SiO_{2}/Na debería ser por lo menos de 141 para obtener un
brillo aceptable.
Se añadieron 62 g de agua desionizada a 367 g de
Ludox® TM-50 (W.R. Grace) calidad sílice coloidal
con un 50,6% de SiO_{2} con un tamaño medio de partícula = 22 nm
y un área de superficie específica = 140 m^{2}/g. La mezcla se
calentó a 40-50ºC y se añadió Amberlite®
IR-120 Plus, resina de intercambio catiónico en
forma de hidrógeno, con agitación en pequeñas cantidades hasta que
el pH cayó a 2,5. La agitación y la temperatura se mantuvieron
durante 1 hora, durante la cual, se añadieron pequeñas cantidades de
resina para mantener el pH en el margen de 2,5-3,0.
La mezcla se filtró a través de un filtro basto de papel para
separar el sol de sílice coloidal desionizado, de la resina. Se
añadió 1% de solución de hidróxido de amonio gota a gota al sol de
sílice coloidal desionizado, con agitación, hasta que el sol alcanzó
el margen de pH 7,2-7,5.
El sol de sílice coloidal resultante se añadió
gota a gota a un vaso de precipitados que contenía 70,8 g de
una solución de clorohidrol de aluminio al 45% (20,7% de
Al_{2}O_{3} y ratio atómico Al:Cl de 2:1) con rápida agitación.
Una vez la adición fue completa, la mezcla se dejó equilibrar
durante aproximadamente 12 horas, a continuación se filtró a través
de un papel de filtro fino. El sol resultante contenía el 39% de
sólidos, y tenía un pH de 3,5. El contenido de sodio del sol fue del
0,099% en peso y tenía un ratio SiO_{2}/Na de 394.
10,77 g del producto anterior (39% en peso) se
colocó en un vaso de precipitados y se diluyó con 10,56 g de agua
desionizada. A esto se añadieron 6,23 g de Airvol® 523 (solución al
15,5% en peso), seguido de 0,24 g de Agefloc® B50 (50% en peso). La
formulación resultante se recubrió sobre un film de poliéster. El
recubrimiento obtenido resultó de un brillo de 86% a 60 grados. El
brillo está de acuerdo con la ecuación 1, lo cual indica que el
ratio SiO_{2}/Na debería ser por lo menos de 165 para obtener un
brillo aceptable.
Se añadieron 35 g de agua desionizada a 422 g de
una sílice coloidal polidispersada (50% de sólidos, tamaño medio de
partículas de 22 nanometros y un 80% del vano de distribución de
partículas de aproximadamente 40 nanometros) con un área de
superficie específica de 70 m^{2}/g y un ratio, sólidos de sílice
a sodio, de 179. La mezcla se calentó a 40-50ºC y
se añadió Amberlite® IR-120 Plus, resina de
intercambio catiónico en forma de hidrógeno, con agitación en
pequeñas cantidades hasta que el pH bajó a 2,5. La agitación y la
temperatura se mantuvieron durante 1 hora durante la cual se
añadieron pequeñas cantidades de resina para mantener el pH en el
margen de 2,5-3,0. La mezcla se filtró a través de
un filtro basto de papel para separar el sol de sílice coloidal
desionizado de la resina. Se añadió 1% de solución de hidróxido de
sodio gota a gota al sol de sílice coloidal desionizado con
agitación hasta que el sol alcanzó el margen de pH
7,2-7,5.
El sol de sílice coloidal resultante se añadió
gota a gota a un vaso de precipitados que contenía 43,6 g de
una solución al 45% de clorohidrol de aluminio (20,7% de
Al_{2}O_{3} y ratio atómico Al:Cl de 2:1) con rápida agitación.
Una vez la adición fue completa, la mezcla se dejó equilibrar
durante aproximadamente 12 horas, a continuación se filtró a través
de un papel de filtro fino. El sol resultante contenía el 42% de
sólidos, y tenía un pH de 3,5. El contenido de sodio del sol fue del
0,110% en peso y el ratio SiO_{2}/Na de 382.
10,22 g del producto anterior (41,9% en peso) se
colocó en un vaso de precipitados y se diluyó con 11,53 g de agua
desionizada. A esto se añadieron 6,22 g de Airvol® 523 (solución al
15,5% en peso), seguido de 0,20 g de Agefloc® B50 (50% en peso). La
formulación resultante se recubrió sobre un film de poliéster. El
recubrimiento obtenido resultó de un brillo de 81% a 60 grados. El
brillo está de acuerdo con la ecuación 1, lo cual indica que el
ratio SiO_{2}/Na debería ser por lo menos de 186 para obtener un
brillo aceptable.
Claims (13)
1. Una hoja de registro por chorro de tinta, que
comprende un soporte y por lo menos una capa de recubrimiento sobre
el mismo, la cual comprende por lo menos una capa de recubrimiento
(a) que tiene un brillo de superficie especular de por lo menos 30
a 60º, (b) contiene sílice coloidal catiónica con un ratio, sólidos
de sílice a metal alcalino, de por lo menos la suma de AW
(-0,013SSA+9), y (c) un aglomerante, en donde los sólidos de sílice
coloidal y los sólidos del aglomerante están presentes en un ratio
de por lo menos 1:1 en peso, AW es el peso atómico del metal
alcalino y el SSA es el área de la superficie específica de la
sílice coloidal.
2. Una hoja de registro por chorro de tinta de
acuerdo con la reivindicación 1, en donde el ratio, sólidos de
sílice coloidal a sólidos de aglomerante, está en el margen de
aproximadamente 6:4 a aproximadamente 4:1.
3. Una hoja de registro por chorro de tinta de
acuerdo con la reivindicación 1, en donde la sílice coloidal tiene
un ratio, sólidos de sílice a metal alcalino, de por lo menos
150.
4. Una hoja de registro por chorro de tinta de
acuerdo con la reivindicación 1, en donde la sílice coloidal tiene
un tamaño medio de partícula en el margen de aproximadamente 1 a
aproximadamente 300 nanometros.
5. Una hoja de registro por chorro de tinta de
acuerdo con la reivindicación 1, en donde el ratio, sólidos de
sílice a metal alcalino, es por lo menos la suma de -0,30SSA
+207.
6. Una hoja de registro por chorro de tinta de
acuerdo con la reivindicación 1, en donde el metal alcalino es
sodio.
7. Una composición para recubrimiento, que
contiene
- (a)
- sílice coloidal catiónica con un ratio, sólidos de sílice a metal alcalino, de por lo menos la suma de AW(-0,013SSA + 9), y
- (b)
- aglomerante
en donde los sólidos de sílice de (a) y los
sólidos de aglomerante (b) están presentes en un ratio de por lo
menos 1:1 en peso, AW es el peso atómico del metal alcalino y SSA es
el área de la superficie específica de la sílice coloidal.
8. Una composición para recubrimiento de acuerdo
con la reivindicación 7, en donde el ratio, sólidos de sílice (a) a
sólidos de aglomerante (b), está en el margen de aproximadamente 6:4
a aproximadamente 4:1.
9. Una composición para recubrimiento de
acuerdo con la reivindicación 7, en donde la sílice coloidal tiene
un ratio, sólidos de sílice a metal alcalino, de por lo menos
150.
10. Una composición para recubrimiento de
acuerdo con la reivindicación 7, en donde la sílice coloidal tiene
un tamaño medio de partículas desde aproximadamente 1 hasta
aproximadamente 300 nanometros.
11. Una composición para recubrimiento de
acuerdo con la revindicación 7, en donde el ratio, sólidos de
sílice a metal alcalino, es por lo menos la suma de -0,30SSA
+207.
12. Una composición para recubrimiento de
acuerdo con la revindicación 11, en donde el metal alcalino es el
sodio.
13. Una composición para recubrimiento de
acuerdo con la revindicación 7, en donde la sílice coloidal tiene un
tamaño medio de partícula en el margen de 15 a 100 nm y tiene una
distribución de tamaños de partícula de forma que por lo menos el
80% de partículas se extiende en un margen de tamaño de por lo menos
30 nanometros hasta aproximadamente 70 nanometros.
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