ES2291171T3 - Papel para impresion por chorro de tinta que incorpora un pigmento molido de carbonato calcico precipitado. - Google Patents
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Abstract
Un procedimiento para fabricar papel para impresión por chorro de tinta que comprende: a. un pigmento de carbonato cálcico precipitado molido para producir partículas que tienen una morfología de superficie y una composición química que aumenta la capacidad de las partículas para unirse a la tinta; b. recubrimiento de, al menos, una de las caras de un papel de base con un recubrimiento, que comprende dichas partículas de pigmento de carbonato cálcico precipitado molido y un aglutinante, para formar el papel para impresión por chorro de tinta.
Description
Papel para impresión por chorro de tinta que
incorpora un pigmento molido de carbonato cálcico precipitado.
La presente invención se refiere a pigmentos de
carbonato cálcico precipitados molidos para su uso en papeles para
impresión por chorro de tinta. Más particularmente, la presente
invención se refiere a un papel para impresión por chorro de tinta
que incorpora tales pigmentos y, al menos, un aglutinante soluble en
agua, para aumentar la calidad de impresión. La invención se
refiere también a procedimientos para la aplicación de estos
componentes al papel, y a los procedimientos de producción de los
pigmentos.
El procedimiento de impresión térmica por chorro
de tinta aplica una tinta acuosa diluida sobre la superficie de un
papel mediante el calentamiento de un pequeño volumen de tinta en
una pequeña cámara con un orificio, que está dirigido hacia el
papel de impresión. El pequeño volumen de tinta que se calienta,
alcanza rápidamente su punto de ebullición, y las burbujas de vapor
formadas lanzan un gota muy pequeña de tinta líquida al papel, en
el que la gota produce una única mancha puntual en una matriz de
manchas puntuales que forman un carácter o imagen sobre la hoja.
Este proceso requiere una tinta que tenga un contenido bajo de
componentes sólidos y de alto punto de ebullición, de forma que sea
capaz de entrar en ebullición rápidamente sin dejar un residuo que
pueda contaminar el elemento productor de calor, y obstruir el
orificio. Por tanto, hasta el 96% de las tintas para impresora por
chorro de tinta consisten en una mezcla de agua y glicoles de bajo
peso molecular. Aunque tales tintas hierven rápidamente cuando se
calientan para asegurar una impresión rápida, y no tienen tendencia
a obstruir, resultan en una tinta aplicada que es muy móvil y lenta
de secado. Por tanto, se puede obtener una buena calidad de
impresión únicamente si el colorante o pigmento de la tinta
permanece sobre o cerca de la superficie exterior del papel y no se
extiende o se mueve a partir del punto en el que se ha aplicado.
Es también importante que el secado tenga lugar
rápidamente para evitar que el colorante se extienda. En las
impresoras que no están equipadas con elementos calentadores, los
componentes de agua y glicol de la tinta deben penetrar en el
cuerpo del papel para el secado apropiado del colorante sobre la
superficie. Si la fase coloreada se transporta al interior del
papel con la fase líquida, cuando ésta penetra en el interior del
papel, o si el colorante migra a través de la superficie del papel,
la calidad de la impresión o imagen resultante será pobre. También,
el colorante seco de la tinta, que no se fije permanentemente sobre
el papel, manchará o se extenderá si la superficie impresa se
humedece o se marca con un rotulador fluorescente. Por tanto, para
un funcionamiento óptimo, la tinta seca deberá tener unas
propiedades excelentes de resistencia al agua y los rotuladores
fluorescentes.
En la mayoría de las aplicaciones, los papeles
multiuso de oficina proporcionan una calidad de impresión térmica
por chorro de tinta pobre o inadecuada. Esto es particularmente
cierto cuando se realiza impresión multicolor con aplicaciones
simultáneas de tinta superpuesta. La calidad de impresión pobre se
produce en impresoras que aplican los colores en un orden cuando el
cabezal de la impresora se mueve hacia la derecha y en el orden
opuesto cuando el cabezal de la impresora se mueve hacia la
izquierda. Los papeles multiuso de oficina permiten, a menudo, que
el colorante penetre en el papel, lo que resulta en una densidad
óptica reducida de la imagen impresa, e incrementa que la tinta se
transparente en la cara reversa del papel. Los papeles multiuso de
oficina que están altamente encolados evitan la penetración del
líquido, permitiendo una densidad óptica de la tinta más alta, pero
también, se difuminan y se extienden excesivamente.
Un procedimiento para mejorar la calidad de la
impresión termal por chorro de tinta es aplicar un material en la
superficie del papel que una el colorante de la tinta a la
superficie, pero permitiendo que la fase líquida agua/glicol
penetre en el cuerpo del papel, lo que acelera el secado. Sin
embargo, el colorante de la tinta, a menudo, es un compuesto
orgánico insaturado o aromático, y si el material de la superficie
interacciona con demasiada fuerza con el colorante, el color de la
tinta puede cambiar. Por tanto, se debe obtener un material de
superficie que evite que el colorante de la tinta penetre en el
papel, pero que no interaccione tan fuertemente como para afectar
al colorante, y provocar un cambio de color.
Oshima et al., Patente de EE.UU. No.
4.478.910, revelan un papel de base que está recubierto con un
pigmento de sílice coloidal con un área de superficie específica
alta y con un alcohol polivinilo como aglutinante, en el que el
área de superficie especifica del sílice coloidal es superior a 200
m^{2}/g.
Migamoto, Patente de EE.UU. No. 4.576.867, y
Kojima et al., Patente de EE.UU. No. 4.830.911, muestran que
la aplicación de un polímero de amonio cuaternario catiónico a la
pasta de papel mejorará la resistencia al agua del papel
resultante. Malhotra, Patente de EE.UU. No. 5.22.3.338 revelan
también la aplicación de este polímero de amonio cuaternario en una
prensa de encolado. Sin embargo, el papel para impresión térmica
por chorro de tinta comercial, de alta calidad, se produce aplicando
los recubrimientos fuera de la maquina, esto es, el papel no se
trata en la prensa de encolado de la maquina que fabrica el papel,
sino que debe retirarse y recubrirse en una etapa adicional
utilizando un procedimiento de recubrimiento distinto.
\newpage
Se ha revelado que el carbonato cálcico
precipitado ("PCC") es un pigmento o agente de carga útil en el
papel para impresión por chorro de tinta, pero se incluye
típicamente en un larga lista de compuestos que incluye también
carbonato cálcico de tierra natural, una forma del compuesto que
difiere en gran medida de PCC en sus propiedades físicas y
químicas; por ejemplo las partículas del carbonato cálcico de tierra
natural son mayores que las encontradas en PCC, y son aniónicas
normalmente, mientras que PCC es de naturaleza catiónica.
Kondo et al., Patente de EE.UU. No.
5.320.897, describen un recubrimiento para papel de impresión para
impresión por chorro de tinta, con pigmentos ya disponibles, y un
aglutinante soluble en agua. Los pigmentos que se revelan como
útiles, tienen una gravedad específica aparente en el intervalo de
0,10 a 0,50 g/cm^{3}, y producen un papel con un ángulo de
contacto al agua de 45º a 100º.
Tsukisaka et al., Patente de EE.UU. No.
5.007.964, revelan un procedimiento genérico de precipitación, que
incorpora un agente quelante, para obtener una aglomeración porosa
de partículas de PCC, similar a una cadena, con un área de
superficie específica BET en el intervalo de 25 a 55 m^{2}/g, para
su uso en un papel de impresión. Se ha revelado que las partículas
con un área de superficie específica BET superior a 55 m^{2}/g,
no son deseables debido a que tienen una alta densidad, no son
porosas y presentan una baja capacidad para absorber aceite y agua.
Adicionalmente, se ha revelado que PCC se pueden usar como una
pasta, o como un polvo obtenido por pulverización de la pasta seca,
lo que, según se ha revelado, no afecta a la aglomeración de las
partículas.
Kunesh et al., Patente de EE.UU. No.
5.215.734, revelan un proceso de envejecimiento acelerado por el
calor de PCC que produce cristales con área de superficie específica
de aproximadamente 3 a aproximadamente 15 m^{2}/g y un tamaño de
partícula discreta de aproximadamente 0,2 a aproximadamente 0,9
\mum. El PCC se usa par mejorar las propiedades ópticas del
papel.
A la vista de lo expuesto anteriormente, no
existe ninguna evidencia en la técnica anterior que sugiera como
mejorar la calidad de impresión del papel para impresión por chorro
de tinta. La presente invención proporciona una de tales soluciones
a este problema.
La presente invención se refiere a un papel para
impresión por chorro de tinta con propiedades mejoradas que
incorpora pigmentos de carbonado cálcico precipitado molido y un
aglutinante.
El papel para impresión por chorro de tinta de
la presente invención se produce por recubrimiento de, al menos,
una de las caras de un papel de base con un recubrimiento, que
comprende PCC molido y un aglutinante, para formar el papel para
impresión por chorro de tinta. El carbonato cálcico precipitado
molido se fabrica por carbonatación de una suspensión de carbonato
cálcico. Opcionalmente, el PCC se puede envejecer por calor en
presencia de un compuesto organofosfonato, y molerse para producir
partículas discretas de PCC con una morfología y química de
superficie que aumentan la capacidad del PCC para unirse al
colorante de la tinta de la impresora por chorro de tinta.
Se ha obtenido un papel para impresión por
chorro de tinta que proporciona una calidad de impresión por chorro
de tinta en color que se aproxima o sobrepasa a la del mejor papel
especializado para impresión por chorro de tinta, a un precio
reducido en gran medida. La selección del tamaño de partícula, del
área de superficie, de la química de superficie y del grado de
agregación del PCC, y su combinación con un aglutinante de
formulación apropiada, permite que cada característica de la
impresión térmica por chorro de tinta, se ajunten y optimicen
individualmente.
El PCC catiónico de la presente invención, une
colorantes de tinta sin el uso de resinas catiónicas caras, y se
puede fabricar en el lugar en el que se fabrica el papel, de forma
que, a diferencia del sílice, no son necesarias las etapas de
secado, envío y posterior rehidratación antes de su uso. Las
formulaciones presentes están diseñadas para su aplicación en una
prensa dosificadora de encolado, tal como las instaladas en maquinas
de papel grandes, de bajo coste por unidad. Por tanto, las
composiciones PCC de la presente invención se pueden aplicar como
parte de la operación de fabricación del papel, en lugar de realizar
una etapa adicional, separada, después de completadas las operación
normales de fabricación de papel, lo que incrementa el coste del
procedimiento y del producto acabado. Como una aplicación de prensa
dosificadora de encolado, se realiza típicamente por las dos caras,
de forma que las dos caras de un papel recubierto en esta prensa
está disponible para su impresión, en lugar del recubrimiento en
una única cara encontrado en papeles comerciales caros de alta
calidad. Aunque el alcohol polivinílico es un aglutinante preferido
en la presente invención, el tratamiento de un papel para impresión
a chorro de tinta con PCC molido proporciona una mejora
significativa en la calidad de impresión con aglutinantes de bajo
coste. Finalmente, las formulaciones presentes proporcionan un papel
que también es adecuado para fotocopiado, lo que permite múltiples
usos del papel.
El PCC se produce normalmente burbujeando un gas
que contiene dióxido de carbono a través de una suspensión de
hidróxido cálcico. Otros materiales inorgánicos, en particular, los
materiales inorgánicos que contienen aluminio, tales como alúmina,
se pueden coprecipitar con el PCC, o se pueden precipitar sobre la
superficie del PCC precipitado. Sin embargo, se ha descubierto,
inesperadamente, que cuando este PCC se muele, se trata con un
aglutinante apropiado, y posteriormente se usa en una composición
para el tratamiento de papel para impresión térmica por chorro de
tinta, se obtienen un papel para impresión térmica por chorro de
tinta de alta calidad, que proporciona una calidad de impresión que
se compara favorablemente con la de papeles para impresión térmica
por chorro de tinta recubiertos con sílice comerciales, de alto
coste, pero a un coste reducido en gran medida.
Los procedimientos de molido generan partículas
discretas de PCC con una morfología y una química de superficie que
aumentan la calidad del PCC para unirse al colorante de la tinta de
impresión por chorro de tinta, sin unirse tan fuertemente como para
cambiar el color de la tinta. Se han generado papeles para impresión
por chorro de tinta que incorporan el PCC y los aglutinantes de la
presente invención, que son superiores a los papeles multiuso de
oficina, en cuanto a que la tinta se difumina, se esparce y penetra
o se transparenta en la cara reversa del papel de forma reducida,
así como tiene una densidad óptica, un tiempo de secado y una
resistencia al agua aumentadas.
Los PCC de la presente invención se producen
mediante el procedimiento de precipitación convencional de
introducir un gas que contiene dióxido de carbono en una suspensión
de hidróxido cálcico. Posteriormente, el precipitado de carbonato
cálcico, opcionalmente se envejece por calor y se muele antes de su
uso. La calidad de impresión de un papel para impresión por chorro
de tinta que incorpora dicho PCC, se controla mediante el estado de
agregación de las partículas y la química de superficie del pigmento
y del aglutinante. La naturaleza química de la superficie del
pigmento se controla mediante la ruta sintética específica y el
tratamiento posterior a la síntesis del pigmento.
Un PCC particularmente útil en la presente
invención se prepara por un procedimiento que comprende la
introducción de dióxido de carbono en una suspensión acuosa de
hidróxido cálcico a una temperatura de aproximadamente 7ºC a
aproximadamente 18ºC. La suspensión contiene de aproximadamente el
0,02 al 1 por ciento en peso, en base al equivalente de carbonato
cálcico del hidróxido cálcico en la suspensión de reacción, de un
polielectrolito organopolifosfonato aniónico (típicamente, Briquest
221-50A, etanolamina bis-(ácido metilenofosfónico),
Albright & Wilson Americas, Inc., Richmond, VA) y del 0 al 10%
de sulfato de aluminio octadecahidrato (Al_{2}SO_{4}.16
H_{2}O). La introducción de dióxido de carbono se continúa hasta
que se completa sustancialmente la precipitación del carbonato
cálcico. Esto ocurre, típicamente, cuando la conductividad de la
suspensión de carbonato alcanza un mínimo a pH de aproximadamente 10
a 11.
El proceso hasta este punto es esencialmente
como el descrito en la Patente de EE.UU.. No. 4.367.207, excepto
por la adición de sulfato de aluminio octadecahidrato. La adición de
sulfato de aluminio octadecahidrato se revela en la Patente de
EE.UU.. No. 4.892.590.
Una vez que se ha obtenido un PCC con el tamaño
de partícula y área de superficie deseadas, el PCC se muele para
obtener las características del PCC requeridas para una alta calidad
y un bajo coste del papel para impresión por chorro de tinta.
El molido rompe los agregados de pigmento en
partículas individuales, que exponen las superficies del PCC que
estaban unidas y que son químicamente diferentes de la superficie
del agregado. El molido se realiza típicamente sobre un PCC con una
morfología escalenoédrica, acicular, prismática o romboédrica. El
envejecimiento por calor se realiza normalmente sobre un PCC
romboédrico o prismático, y no sólo separa los agregados, sino que
también implica una precipitación adicional sobre la superficie de
la partícula. Se piensa que el material nuevo precipitado podría
ser químicamente diferente del material de la superficie original;
por ejemplo, la superficie de un PCC molido podría tener una
relación calcio-magnesio más alta.
El envejecimiento por calor convencional,
también conocido como maduración de Ostwald, es un procedimiento en
el que los cristales, tales como los de carbonato cálcico,
inicialmente a un estado de energía interna más alto, y que tienen
unas solubilidades de, relativamente, alta fase, sufren una
transformación de fase por disolución y
re-deposición sobre los cristales a un estado de
energía interna más bajo. El procedimiento resulta en un producto
final de cristal caracterizado por una perfección mayor de la
estructura del reticulado cristalino, una distribución de tamaño de
partícula más estrecha, un grado de separación de partícula mayor y
una energía de superficie menor.
En la presente invención, el envejecimiento por
calor del PCC comienza por terminación de la reacción del dióxido
de carbono y el hidróxido cálcico cuando la conductividad de la
suspensión alcanza un mínimo, que es típicamente a un pH de
aproximadamente 10-11. El PCC se analiza
posteriormente para eliminar impurezas, y se añade hasta
aproximadamente el 1 por ciento en peso de un organofosfonato, en
base al peso del PCC, para controlar la extensión o el grado de
envejecimiento por calor. Otros agentes químicos que son activos en
superficie, con respecto al carbonato cálcico, servirán también, al
igual que los organofosfonatos, para controlar la extensión o el
grado de envejecimiento por calor. Tales agentes incluyen, pero no
se limitan a los siguientes, polifosfatos de sodio, silicatos de
sodio, poliacrilatos de sodio, varios ácidos carboxílicos, tales
como los ácidos mono, di, tri y policarboxílicos, y sus sales,
varios polisacáridos, y varias gomas con funcionalidades ácido
carboxílico repetidas. La suspensión se calienta posteriormente a
una temperatura de, al menos, aproximadamente 75ºC, y
preferentemente aproximadamente 80ºC, o más alta para envejecer por
calor las partículas de PCC. La etapa de envejecimiento por calor
se realiza en un periodo de hasta aproximadamente 10 horas o más,
dependiendo de la temperatura. A temperaturas de aproximadamente 80
a 85ºC, el calentamiento se lleva a cabo durante aproximadamente 2
a 5 horas. El pH de la suspensión aumenta a aproximadamente10,5
debido a la presencia de hidróxido cálcico que no ha reaccionado.
La reacción de envejecimiento se registra posteriormente midiendo el
área de superficie del PCC a intervalos de una hora. El PCC
envejecido por el calor que se recupera como producto final del
proceso tiene una morfología romboédrica o prismática y un área de
superficie específica de aproximadamente 60 a aproximadamente 100
m^{2}/g, preferentemente de aproximadamente 65 a aproximadamente
95 m^{2}/g, y más preferentemente de aproximadamente 80 a 90
m^{2}/g.
Los organofosfonatos empleados en la presente
invención son organopolifosfonatos de pesos moleculares variables
utilizados comúnmente como inhibidores de incrustación,
secuestradores, defloculantes, y promotores de detergente. Tales
organofosfonatos incluyen, pero no se limitan a, nitrilo tris (ácido
metileno fosfónico), etilendiaminotetra (ácido metileno fosfónico),
dietilentriaminopenta (ácido metileno fosfónico), hidroxi
etano-1, ácido 1-difosfónico,
etanolamina, etanolamina bis-(ácido metileno fosfónico), ácido
N,N-dimetilnofosfónico y hexametilendiaminotetra
(ácido metileno fosfónico). El organofosfonato preferido es
etanolamina bis- (ácido metilenofosfónico).
El molido del carbonato cálcico se puede llevar
a cabo bien en un procedimiento de molido húmedo o bien en uno
seco, por ejemplo, un molino convencional de bola, un molino de
chorro, un micro molino o un molino de medios. El molido preferido
se lleva a cabo introduciendo una suspensión acuosa de PCC en un
molino de medios que contiene un medio de vidrio de un tamaño de
aproximadamente 0,7 a 0,9 mm. El molino de medios está equipado con
agitación mecánica, y el porcentaje en peso de sólidos de la
suspensión de PCC preferido es aproximadamente del 10 al 30 por
ciento, en base al peso total del PCC y el agua. Típicamente, cuando
se realiza un molido de PCC con morfología escalenoédrica por un
molino de medios, se produce un PCC con un área de superficie
específica de aproximadamente 10 a aproximadamente 40 m^{2}/g,
preferentemente de aproximadamente 15 a aproximadamente 30
m^{2}/g, y un forma de cristal menos elongada.
Los ejemplos de aglutinantes útiles para las
composiciones de recubrimiento de papel para impresión por chorro
de tinta son aquellos utilizados convencionalmente en la técnica
hasta el momento, e incluyen alcohol polivinílico ("PVOH") y
derivados del mismo, féculas oxidadas, fécula eterificada, fécula
esterificada, dextrina y féculas similares, carboximetilcelulosa,
hidroxietilcelulosa y derivados similares de celulosa, caseína,
gelatina, proteína de soja, resina de anhídrido maleico, retículos
del copolímero de estirenobutadieno habitual, copolímero de metil
metacrilato-butadieno y polímeros o copolímeros de
dieno conjugado similares, y retículos de polímeros o copolímeros
de acrilato y metacrilato y polímeros acrílicos similares, y látex.
Cuando se requiera, se pueden incorporar adicionalmente a las
composiciones de recubrimiento, en la cantidad utilizada
convencionalmente en la técnica, otros compuestos convencionales
como dispersantes de pigmentos, agentes de pegajosidad,
modificadores de la fluidez, agentes antiespumantes, inhibidores de
la formación de espuma, agentes liberadores, agentes colorantes, y
similares.
Se han preparado y analizado los papeles para
impresión por chorro de tinta que incorporan las formulaciones PCC
de la presente invención. A continuación se expone un resumen de los
procedimientos y métodos de análisis utilizados. Una vez que se ha
producido un PCC, el procedimiento de análisis completo se puede
clasificar en cuatro áreas: preparación del pigmento, formulación
con un aglutinante, recubrimiento del papel y procesamiento, y
análisis. Los detalles específicos para cada uno de estos
procedimientos se exponen a continuación.
Los pigmentos que se van a analizar están
típicamente en la forma de una suspensión o de una torta de
filtración. Las muestras en la forma de una suspensión se
concentran hasta obtener el contenido en sólidos deseado, mediante
filtración por vacío. En algunos ejemplos, tales como con un PCC
molido en un molino de medios, con un área de superficie específica
de aproximadamente 10 a 35 m^{2}/g, la suspensión de sólidos no se
altera adicionalmente con el fin de duplicar las condiciones de
ensayo. Una vez que se ha establecido la formulación de sólidos
diana, se diluye el pigmento, si es necesario, con agua y se mezcla
exhaustivamente. El pigmento se caracteriza por la distribución del
tamaño de partícula (Sedigraph 5100), el área de superficie
específica (Flowsorb), la viscosidad (Brookfield) y la morfología
por microscopia electrónica de barrido ("SEM").
El área de superficie del producto se obtuvo
utilizando un Micromeritics Flowsorb II 2300, que emplea la teoría
BET con nitrógeno como gas de absorción. El tamaño de partícula se
determinó por una técnica de sedimentación utilizando un
Micromeritics Sedigraph Model 5100 sobre una dispersión acuosa del
producto de aproximadamente el 3 por ciento y utilizando
aproximadamente el 0,1 por ciento de un polielectrolito carboxilado
(Daxad 30) como dispersante.
Los aglutinantes típicos son féculas catiónicas
(Filmcote-54®, National Starch), alcohol
polivinílico o PVOH (Airvol 107®, Air Products Inc.), y látex (Dow
experimetal size press latex). Cuando se utiliza una fécula como
aglutinante, la fécula seca se dispersa en agua a aproximadamente
10-25 por ciento de sólidos, y posteriormente se
cuece en un cocedor automático de laboratorio a aproximadamente
195ºC durante 50-190 minutos. La suspensión de
fécula viscosa resultante se combina con el pigmento, que se ha
preparado apropiadamente para alcanzar la formulación diana de
sólidos, y se mezcla exhaustivamente en un molino Premier con una
pala propulsora abierta tipo Cowles. La formulación se mezcla
durante aproximadamente 5 minutos hasta que se obtiene una
suspensión completamente homogénea, y la formulación resultante se
caracteriza mediante la viscosidad de Brookfield (10, 20, 50 y 100
rpm) y el contenido de sólidos.
El alcohol polivinílico se prepara de una manera
similar a la utilizada para la fécula. El PVOH se hidrata a
aproximadamente 200ºC en un cocedor de laboratorio durante
50-190 minutos hasta un contenido del 10 por ciento
de sólidos. Para el aglutinante de látex (50 por ciento de sólidos)
no se necesita ninguna preparación antes del análisis. La
formulación de estos aglutinantes con el pigmento es la misma que en
el caso de la fécula.
La formulación de sólidos para los análisis
están en el intervalo de aproximadamente 20-28 por
ciento, con una formulación de recubrimiento típica que tiene
aproximadamente el por 20 ciento de sólidos.
Generalmente, en estos análisis se utiliza una
base de pasta de papel sin encolar con un gramaje de
81,3-83,0 g/m^{2}. El papel se corta en hojas de
30,48 x 43,18 cm (12 x 17'') y se sujeta en un CSD Drawdown
Apparatus, que consiste en una placa de vidrio (30,48 x 43,18 cm)
(12 x 17'') montada en una base de metal con un muelle de ajuste.
Se aplicó una formulación de recubrimiento con una barra descendente
CSD mediante la colocación de la barra elegida, que depende del
peso de recubrimiento diana, en la parte superior del papel,
añadiendo una muestra de 10-15 ml de formulación
mezclada exhaustivamente, con un jeringa de 30 ml, en un línea
uniforme a través de la parte superior del papel, bajo la barra, y
recubriendo el papel al tirar de la barra descendente, desde la
parte superior a la inferior, utilizando un presión ligera y una
tasa constante y estable, durante 2 segundos aproximadamente.
El peso del recubrimiento se determina mediante
las barras descendentes de acero inoxidable, que están acanaladas
específicamente para liberar un volumen de recubrimiento
predeterminado sobre la superficie del papel. Las barras con menos
canales liberan una capa con un peso mayor, debido a que los
espacios entre los canales más anchos. Por el contrario, las barras
con un número mayor de canales espaciados más estrechamente,
producen unos recubrimientos con pesos más ligeros. Típicamente los
pesos de los recubrimientos son aproximadamente de 2 a 10
g/m^{2}.
Una vez que se ha aplicado una formulación, el
papel se seca inmediatamente con una pistola de calor manual,
durante aproximadamente 30-60 segundos, y
posteriormente se seca completamente a temperatura ambiente durante
un periodo de aproximadamente 2-24 horas. Los
papeles secados se cortan, posteriormente, en hojas de 21,59 x
27,94 cm (8 ½ x 11''), para su análisis.
Hewlett Packard Corporation ("HP") ha
establecido las especificaciones de calidad mínima para la impresión
por chorro de tinta. Por tanto, la mayoría de los análisis utilizan
procedimientos de HP para determinar las siguientes características
de impresión.
La densidad óptica es una medida de la densidad
de reflexión de una imagen. Un patrón de análisis específico se
imprime sobre el papel, y se miden las densidades ópticas del negro
puro, negro compuesto, ciano, magenta y amarillo, utilizando un
densitómetro de reflexión (Macbeth RD918). Las densidades ópticas
resultantes se comparan con las especificaciones HP mínimas.
La extensión y la difuminación de la tinta
pueden decrecer la calidad de la impresión por chorro de tinta. La
extensión de la tinta se define como el crecimiento o ensanchamiento
de las áreas impresas. La difuminación es la absorción de la tinta
por un efecto de mecha, que resulta en imágenes difusas. Esto se
mide mediante el análisis de una porción específica del mismo
patrón impreso utilizado para las medidas de densidad óptica. La
porción específica se evalúa por área de tinta para la extensión y
por perímetro de tinta para la difuminación. El patrón digitalizado
resultante se cuantifica y se compara con un papel para impresión
por chorro de tinta comercial de alta calidad. No se utiliza el
procedimiento de análisis de HP para determinar la extensión y la
difuminación de la tinta en estos análisis, debido a que el análisis
de HP es subjetivo en lugar de cuantitativo.
El tiempo de secado de la tinta es una medida de
la tasa de absorción de tinta en el interior de una hoja de papel.
Se imprime un patrón específico, la imagen se absorbe con un
material absorbente, y se mide la densidad óptica resultante de la
tinta negra transferida. Los resultados se ajustan a un modelo de
decaimiento exponencial de HP, y se calcula el tiempo de secado de
la tinta. Los tiempos de secado finales se comparan con un criterio
mínimo establecido por HP.
La resistencia al agua es una medida de la
cantidad de colorante transferido desde un área impresa a un área
no impresa después de aplicar agua. El patrón del análisis de
resistencia al agua se imprime sobre el papel, se aplican
250 \mul de agua a través de la impresión, y se permite que se extiendan sobre el área impresa y sobre el área no impresa adyacente. Se mide la densidad óptica de la tinta negra transferida sobre las áreas no impresas. Las densidades ópticas resultantes se comparan con los patrones HP.
250 \mul de agua a través de la impresión, y se permite que se extiendan sobre el área impresa y sobre el área no impresa adyacente. Se mide la densidad óptica de la tinta negra transferida sobre las áreas no impresas. Las densidades ópticas resultantes se comparan con los patrones HP.
La resistencia a la extensión de los rotuladores
fluorescentes es una medida de la transferencia de colorante de un
área impresa a un área no impresa, cuando éstas entran en contacto
con dos tipos de rotuladores fluorescentes. El patrón de análisis
específico se imprime sobre el papel y, utilizando un rotulador
fluorescente alcalino y un rotulador fluorescente ácido, se traza
una línea perpendicular a través del área de análisis. La densidad
óptica de la tinta negra transferida sobre las áreas no impresas, se
mide y se compara con el criterio mínimo de HP.
La evaluación de color se realiza con un sistema
CIELAB, que utiliza un colorímetro Elrephro Datacolor 2000 para
determinar los valores L*, a* y b* para puntuar la apariencia de
color: cian, amarillo verdoso, azul, magenta y rojo, de las áreas
impresas. Los resultados se comparan con los diagramas para la
calidad de color de HP.
La adhesión del toner es un análisis xerográfico
que no es de impresión por chorro de tinta, que mide el grado de
adhesión del toner al recubrimiento. La adhesión del toner es
esencial para el uso como un papel comercial común, que a menudo se
utilizará como papel de copiadora. Aquí, se copia un patrón de
análisis en un papel utilizando una copiadora Xerox, las áreas de
análisis se pliegan con un rodillo de 5 libras, y los patrones de
perdida de toner resultantes se comparan con unos patrones
establecidos. El grado de pérdida de toner se califica de 1, para
el mejor o que no tiene pérdida de toner, a 10, para el peor o que
tiene una pérdida importante de toner.
En el análisis de brillantez, el papel
recubierto se analiza para determinar la brillantez TAPPI utilizando
un medidor de brillantez Technidyne S-4. Los
resultados se comparan con la base de pasta de papel no
recubierta.
Los siguientes ejemplos, no limitantes son
meramente ilustrativos de las formas de realización preferidas de
la presente invención, y no se deben interpretar como limitantes de
la invención, el ámbito de la cual se define en las
reivindicaciones acompañantes.
Una suspensión de carbonato cálcico, con un
volumen de 0,6 l y una concentración de sólidos del 20,2 por ciento
en peso, en base al peso total del carbonato cálcico y el agua, en
la que el carbonato cálcico era un PCC escalenoédrico con un área
de superficie de 11,57 m^{2}/g y un tamaño medio de partícula de
1,35 \mum, se colocó en un molino de medios de acero inoxidable
de 1,5 l que contenía 1,7 kg de bolas de vidrio de 0,7 a 0,9 mm. El
molino de medios estaba equipado con agitación mecánica de velocidad
variable. La suspensión se molió durante 10 minutos con una
velocidad de agitación de 2450 rpm. El producto molido tenía un área
de superficie específica de 15,59 m^{2}/g y un tamaño medio de
partícula de 0,35 micrómetros.
Una suspensión de carbonato cálcico, que tenía
un volumen de 0,6 l y una concentración de sólidos del 18,7 por
ciento en peso, en base al peso total de carbonato cálcico y agua,
en la que el carbonato cálcico era un PCC escalenoédrico con un
área de superficie de 26,07 m^{2}/g y un tamaño medio de partícula
de 0,88 \mum, se colocó en un molino de medios de acero inoxidable
de 1,5 l, equipado con agitación de velocidad variable y 1,7 kg de
bolas de vidrio de 0,7 a 0,9 mm. La suspensión se molió durante 10
minutos utilizando una velocidad de agitación de 2450 rpm. El
producto PCC molido tenía un área de superficie específica de 30,11
m^{2}/g y un tamaño medio de partícula de 0,26 \mum.
Los PCC, molidos mediante molinos de medios, de
los Ejemplos 1 y 2, se formularon con un aglutinante apropiado, y
se recubrieron hojas de papel para análisis con 6 g/m^{2} de la
formulación, de la forma descrita anteriormente. Después del
secado, las hojas manuales de papel se analizaron para la densidad
óptica del negro real, la densidad óptica compuesta, la extensión,
la penetración, el tiempo de secado y la solubilidad en agua. Los
resultados de estos análisis se muestran en la Tabla 1
Estos resultados demuestran una mejora
significativa cuando se compara con un papel comercial no recubierto
típico, que generalmente comprende una densidad óptica del negro
compuesto de aproximadamente 0,9, una densidad óptica del negro
real de aproximadamente 1,28, una extensión de aproximadamente 108,
un porcentaje de penetración de aproximadamente 38, un tiempo de
secado de aproximadamente 38, y una solubilidad al agua de
aproximadamente 0,17. Por comparación, el mejor papel recubierto
comercial de alto coste tiene una densidad óptica del negro
compuesto de aproximadamente 1,2, una densidad óptica del negro real
de aproximadamente de 1,56, una extensión de aproximadamente 98, un
porcentaje de penetración de aproximadamente 28, un tiempo de secado
de aproximadamente 12, y una solubilidad al agua de cercana a 0.
Por tanto, el papel para impresión por chorro de tinta, producido
según la presente invención, es comparable, en calidad de impresión
por chorro de tinta, al mejor papel comercial de alto coste
disponible ahora.
Mientras es aparente que la invención revelada
en esta descripción está bien calculada para satisfacer los
objetivos establecidos anteriormente, se apreciará que los expertos
en el tema podrían diseñar numerosas modificaciones y formas de
realización. Se pretende que las reivindicaciones acompañantes
cubran todas las modificaciones y formas de realización que puedan
incluirse en el alcance de la presente invención.
Claims (7)
1. Un procedimiento para fabricar papel para
impresión por chorro de tinta que comprende:
- a.
- un pigmento de carbonato cálcico precipitado molido para producir partículas que tienen una morfología de superficie y una composición química que aumenta la capacidad de las partículas para unirse a la tinta;
- b.
- recubrimiento de, al menos, una de las caras de un papel de base con un recubrimiento, que comprende dichas partículas de pigmento de carbonato cálcico precipitado molido y un aglutinante, para formar el papel para impresión por chorro de tinta.
2. El procedimiento de la Reivindicación 1, en
el que las partículas se muelen para tener un área de superficie
específica BET de 10 a 40 m^{2}/g.
3. El procedimiento de la Reivindicación 2, en
el que las partículas se muelen para tener un área de superficie
específica BET de 15 a 30 m^{2}/g.
4. El procedimiento de cualquiera de las
Reivindicaciones precedentes, en el que el carbonato cálcico
precipitado tiene un morfología escalenoédrica, acicular,
prismática o romboédrica.
5. Un papel para impresión por chorro de tinta
que comprende un papel de base, que tiene sobre el mismo un
recubrimiento que comprende un pigmento de carbonato cálcico
precipitado molido y un aglutinante.
6. El papel para impresión por chorro de tinta
de la Reivindicación 5, en el que el pigmento de carbonato cálcico
precipitado molido tiene un área de superficie específica BET de, al
menos, 15 m^{2}/g.
7. El papel para impresión por chorro de tinta
de la Reivindicación 5 o de la Reivindicación 6, en el que el
aglutinante es un alcohol polivinílico o un almidón.
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