ES2300575T3 - Composicion de recubrimiento, que comprende silice coloidal. - Google Patents

Composicion de recubrimiento, que comprende silice coloidal. Download PDF

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Abstract

Una composición de recubrimiento que comprende (a) sílice coloidal que comprende amoníaco y un factor de relación de sólidos de sílice con respecto a metal alcalino, de por lo menos la suma de AW (-0,013SSA + 9), en donde, SSA, es el área de superficie de la sílice coloidal, medida en m2/g y, AW, es el peso atómico del metal alcalino, y (b) ligante, en donde, (a) y (b), se encuentran presentes a un valor de relación de sólidos, de por lo menos 1 : 1, en peso.

Description

Composición de recubrimiento, que comprende sílice coloidal.
Antecedentes y trasfondo de la invención
La presente invención, se refiere a composiciones de recubrimiento, usadas para hojas de registro por chorro de tinta. De una forma particular, la invención, se refiere a composiciones de recubrimiento, apropiadas para la preparación de hojas brillantes de registro mediante chorro de tinta, que poseen unas buenas características de impresión.
Los procedimientos de impresión por chorro de tinta, se conocen bien. Tales tipos de sistemas, proyectan gotitas de tinta sobre una hoja de de registro, por ejemplo, de papel, a densidades y velocidades variables. Cuando se utilizan sistemas de chorro de tinta multicolor, el proceso, proyecta, en una proximidad muy íntima, un gran número de tintas diferentemente coloreadas, que tienen unas propiedades y unas tasas de absorción variables. De hecho, estos sistemas multicolor, están diseñados para proporcionar imágenes que simulan una creación fotográfica de imágenes y, tales imágenes, requieren una alta resolución y gama de colores. Correspondientemente en concordancia, las hojas de registro por chorro de tinta, deben ser capaces de absorber tinta, a altas densidades, en una capacidad tal que, los colores depositados, sean brillantes (luminosos) y claros, a unas tasas para efectuar un secado rápido, absorber tinta de tal forma que ésta no se deslice o se emborrone, y de una forma que tenga como resultado imágenes uni-
formes.
Con objeto de alcanzar estos objetivos, se han incorporado pigmentos altamente porosos, por ejemplo, sílices porosos, en los recubrimientos del papel. Tales tipos de sistemas de recubrimiento a base de sílice, han sido exitosos en el alcance de los objetivos de capacidad de impresión. No obstante, ha sido difícil la obtención de tales perfiles y producir un acabado no mate, o brillante, típicamente visto en los sistemas fotográficos. Los pigmentos porosos anteriormente mencionados, arriba, tienen típicamente unas porosidades que se encuentran por encima de 1 cm^{3}/g, y tienen unos tamaños medios de partícula mayores de 1 micrómetro. Tales tipos de tamaños de partícula y de porosidades, incrementan la desigualdad o aspereza de la superficie del recubrimiento acabado, deflectando, con ello, la luz incidente, de tal forma que ésta se disperse, dotando al recubrimiento de un matiz mate.
Con objeto de mejorar el brillo de tales tipos de recubrimientos, se proporcionan unas segundas capas de brillo, sobre la parte superior de las capas de recepción de la tinta, preparadas a partir de los anteriormente citados pigmentos porosos. Estas capas superiores, se preparan a partir de sistemas de ligantes, los cuales son inherentemente brillantes, o a partir de capas que comprenden ligante y partículas de óxidos inorgánicos, de tamaño mucho más pequeño, como por ejemplo, sílice coloidal convencional. En este último procedimiento, la sílice coloidal, tiende a mejorar la naturaleza receptiva de la tinta, de la capa superior, pero no tiene un tamaño de partícula que sea lo suficientemente grande, como para provocar una deformación significativa de la superficie. Esto representa, no obstante, una tendencia para que estas partículas coloidales, se aglomeren a altas concentraciones, provocando, con ello, imperfecciones y desigualdades de la superficie, en la capa superior, reduciendo con ello el brillo. Correspondientemente en concordancia, se han venido utilizando reducidas concentraciones de sílice (es decir, reducidos factores de relación de sólidos coloidales con respecto ligantes), cuando la sílice coloidal, se emplea en una capa superior brillante.
Se ha descubierto, recientemente, el hecho de que, la sílice coloidal que tiene relativamente reducidas cantidades de iones de metales alcalinos, como por ejemplo, sodio, no se aglomera, en formulaciones de un contenido en sólidos relativamente alto. Mediante "desionizado", se quiere dar a entender, de una forma típica, el hecho de que, cualesquiera iones, por ejemplo iones de metales alcalinos, tales como el sodio, se han eliminado de la solución de sílice coloidal, en una extensión tal que, en la sílice coloidal, se encuentra presente una cantidad correspondiente a un valor de menos de 1000 ppm de iones de álcali, según medición realizada mediante técnicas de plasma inductivamente acoplado (ICP-[del inglés, inductively coupled plasma]-). Tales tipos de sílices coloidales, son comercialmente obtenibles en el mercado, de procedencia de la firma W. R. Grace & Co. - Conn. con el nombre comercial de Ludox® TMA, el cual tiene un valor pH de 5,0, a una temperatura de 25ºC. Los recubrimientos preparados a partir de tales tipos de sílices coloidales, son brillantes, y tienen unas propiedades de impresión, las cuales son aceptables en aplicaciones particulares. No obstante, éstas no tienen unas excelentes propiedades de capacidad de impresión, buscadas en otros segmentos del mercado de correspondientes al chorro de tinta.
La solicitud de patente estadounidense US - A1 - 2001/0 011 105, da a conocer una dispersión de aglomerados de partículas de sílice, la cual tiene una aguda distribución del tamaño de partículas, y que es capaz de formar una película de recubrimiento porosa, que tenga una alta transparencia mediante el secado. El documento, da también a conocer un procedimiento para producir tales tipos de dispersión coloidal de aglomerados de partículas de sílice que tienen un área de superficie específica, según se determina mediante el procedimiento de adsorción de nitrógeno, correspondiente a un valor comprendido dentro de unos márgenes que van de 100 m^{2}/g a 400 m^{2}/g, un diámetro de partícula secundario, correspondiente a un valor que de 20 nm a 300 nm y, un volumen de poros, correspondiente a un valor que va de 0,5 ml/g a 2,0 ml/g, procedimiento éste, el cual comprende la utilización de una dispersión coloidal de aglomerados de partículas de sílice, que tienen un área de superficie específica, según se determina mediante el procedimiento de adsorción de nitrógeno, correspondiente a un valor comprendido dentro de unos márgenes que van de 300 m^{2}/g a 1000 m^{2}/g, y un volumen de poros, correspondiente a un valor que va de 0,4 ml/g a 2,0 ml/g, como dispersión de partículas, y la adición de una mezcla de solución de alimentación, la cual comprende, por lo menos, una solución activa de ácido silícico y alcoxisilanos y un álcali, a la dispersión de las partículas, en reducidas porciones, o añadir la solución de alimentación y el álcali, en reducidas porciones, al mismo tiempo, para hacer crecer aglomerados de partículas de sílice.
La solicitud de patente estadounidense US - A - 00/15 552, da a conocer un sol de sílice, estable, que tiene una concentración de SiO_{2}, correspondiente a unos porcentajes que van de un 1 a un 50%, en peso, y que contiene partículas de sílice coloidal, moniliformes, dispersadas en un medio líquido, teniendo, cada una de ellas, un factor de relación de relación D1/D2, correspondiente a un valor de 3, de un tamaño de partícula (D1 nm), según se mide mediante procedimiento de dispersión dinámica de la luz, a un diámetro medio de partícula (un diámetro de partícula medido mediante un procedimiento de adsorción de nitrógeno: D2 nm), en donde, D1, es de un valor de 50 a 500 nm, y que se encuentran comprendidas por partículas esféricas de sílice coloidal, que tiene un tamaño medio de partícula de 10 a 80 nm, y sílice que contiene óxido de metal, que une a dichas partículas esféricas de sílice coloidal. Este documento, enseña, también, el hecho de que, las partículas que contienen partículas esféricas de sílice coloidal, exhiben una pobre porosidad o dan como resultado un agrietamiento de la película y, su finalidad, es la preparación de partículas no esféricas de sílice coloidal.
La patente europea EP 0 586 846 A1, da a conocer una hoja de registro mediante chorro de tinta, que comprende un soporte, y una capa receptora de la tinta, provista en por lo menos un lado del soporte. La capa receptora de la tinta, contiene un sílice coloidal, no esférico, modificado con cationes.
La patente europea EP 0 685 344 A2, da a conocer una hoja de registro mediante chorro de tinta, que comprende un soporte, por lo menos una capa receptora de la tinta, formado sobre el soporte, y un capa que proporciona brillo, formada sobre la capa receptora de tinta. La citada capa receptora de tinta, consiste esencialmente en un pigmento y un ligante y, la citada capa que proporciona brillo, consiste esencialmente en un pigmento, y un látex de polímero sintético, como ligante.
La patente europea EP 0 759 365 A1, da a conocer un material de registro por chorro de tinta, el cual se encuentra constituido por un soporte y una capa de registro sobre el soporte, en el cual, puede aportarse una pluralidad de capas de registro. Por lo menos una capa de registro, contiene partículas de coloidales y resina soluble en agua.
La patente europea EP 1 016 546 A2, da a conocer un papel de registro por chorro de tinta, el cual es excelente en cuanto o lo referente a las propiedades de absorbencia de la tinta y de desarrollo o revelado de color, y tiene una brillantes correspondiente a un tono apagado. Éste comprende una capa de recepción de color, y por lo menos dos capas de sílice coloidal, aplicadas sucesivamente sobre un soporte.
La patente europea EP 1 008 457 A1, da a conocer un material de registro, el cual puede registrarse mediante tinta con colorante soluble en agua, para proporcionar una hoja de registro por chorro de tinta. Éste tiene, sobre un soporte de recepción de la tinta, un capa de conservación de la imagen, que comprende sílice coloidal y un material en forma de partículas de óxido de zinc.
Sería por lo tanto muy deseable, el incrementar las cantidades de óxidos inorgánicos sólidos, en estas capas superiores, para mejorar adicionalmente la capacidad de impresión. De hecho, sería deseable el usar capas de recubrimiento que tengan unos factores de relación, de pigmento con respecto a ligante, de por lo menos un valor de 1 : 1 y, de una forma todavía más preferible, utilizar recubrimientos que tengan unos factores de relación, de pigmento con respecto a ligante, tan alto como el de 4 : 1, con objeto de lograr una excelente capacidad de impresión, y, no obstante, al mismo tiempo, alcanzar un brillo aceptable.
Breve descripción de la invención
La figura 1, ilustra la distribución del tamaño de partícula de una sílice coloidal polidispersada, empleada en una forma preferida de presentación de la presente invención.
La figura 2, ilustra la relación de los sólidos de sílice, de sílice coloidal, con respecto al brillo alcanzado a partir de recubrimientos que contienen el mismo.
Resumen de la invención
La presente invención, proporciona una composición de recubrimiento, la cual comprende (a) sílice coloidal que comprende amoníaco y una relación de sólidos de sílice con respecto a metal alcalino, correspondiente a un valor de por lo menos la suma de AW (-0,013 SSA + 9), en donde, SSA, es el área de superficie de la sílice coloidal y AW, es el peso atómico del metal alcalino, y ligante, en donde, (a) y (b), se encuentran presentes a un valor de relación de sólidos, de por lo menos 1 : 1, en peso.
De una forma preferible, la sílice coloidal, comprende por lo menos un porcentaje del 0,16%, en peso, de amoníaco (MH_{3}).
De una forma más preferible, el valor de relación de sólidos de sílice con respecto a metal alcalino, es por lo menos el correspondiente a la suma de -0,30 SSA + 207, y el metal alcalino, es sodio.
De una forma preferible, la sílice coloidal, tiene un factor de relación de sólidos con respecto a ión alcalino, correspondiente a un valor de por lo menos 150.
De una forma preferible, la sílice coloidal, tiene un tamaño medio de partícula, correspondiente a un valor comprendido dentro de unos márgenes que van desde aproximadamente 1 hasta aproximadamente 300 nanometros.
Se ha descubierto el hecho de que, sílices coloidales reducidamente alcalinas, no únicamente proporcionan unos recubrimientos brillantes, sino que, además, éstos proporcionan unos recubrimientos con una buena y excelente capacidad de impresión.
Descripción detallada de la invención
Mediante el término "sílice coloidal", se quiere dar a entender partículas de sílice relativamente pequeñas, que se originan a partir de dispersiones o soles, en los cuales, las partículas, no se precipitan de la dispersión, en períodos de tiempo relativamente largos. La sílice coloidal que tiene un tamaño medio de partícula correspondiente a un valor comprendido dentro de unos márgenes que van desde aproximadamente 1 hasta aproximadamente 300 nanometros, y los procedimientos para la fabricar las mismas, son conocidos en el arte especializado de la técnica. Véanse las patentes estadounidenses U.S. 2.44.325, U.S. 2.574.092, U.S. 2.577.484, U.S. 2.577.485, U.S. 2.631.134, U.S. 2.750.345, U.S. 2.892.797, y U.S.3.012.972. Las sílices coloidales que tienen tamaños de partícula correspondientes a unos márgenes comprendidos dentro de unos márgenes que van de 5 a 100 nanometros, son mayormente preferidas y, de una forma general, son las que se prefieren para la presente invención. El área de superficie de las sílices coloidales (según se mide mediante BET) puede ser la correspondiente a un valor comprendido dentro de unos márgenes que van de 9 a aproximadamente 2700 m^{2}/g. Las sílices coloidales comercialmente obtenibles en el mercado, varían en el contenido de sílice, en un porcentaje que va desde aproximadamente un 20% hasta aproximadamente un 50%, en peso.
La mayoría de soles de sílice coloidal contienen un álcali. Este álcali, es usualmente un hidróxido de metal alcalino del Grupo IA de la Tabla Periódica de los Elementos (hidróxidos de litio, de sodio, de potasio, etc.). La mayor parte de los soles de sílice coloidal comercialmente obtenibles en el mercado, contienen hidróxido de sodio, el cual se origina, por lo menos parcialmente, a partir del silicato de sodio utilizado para fabricar sílice coloidal, si bien, puede también añadirse hidróxido de sodio, para estabilizar el sol, contra la gelificación.
Los soles de sílice coloidal utilizados en la presente invención, tienen unos niveles significativamente inferiores de iones de metal alcalino que la mayoría de los soles de sílice coloidal comercialmente obtenibles en el comercio. Esto puede ilustrarse procediendo a calcular los factores de relación, referidos a peso, de los sólidos de sílice con respecto al sodio, tal y como se muestra en la ecuación 1. la figura 2, muestra el hecho de que, puede obtenerse un brillo aceptable, a partir de soles de sílice coloidal, utilizando la siguiente ecuación:
Ecuación 1.SiO_{2}/metal \ alcalino \geq AW(-0.013\text{*}SSA + 9)
La relación SiO_{2}/metal alcalino, es el valor de relación, en peso, de los sólidos de sílice y el metal alcalino, en el sol de sílice coloidal. AW, es el peso atómico del metal alcalino, por ejemplo, 6,9 para el litio, 23 para el sodio, y 39 para el potasio y, SSA, es el área de 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 valor de relación SiO_{2}/metal alcalino, es por lo menos de -0,30SSA + 207.
Los valores de relación de sólidos de sílice con respecto a metal alcalino, de los soles de sílice coloidal desionizados, caen dentro del ámbito correspondiente a estos márgenes, y son apropiados para la presente invención. Mediante "desionizado", se quiere dar entender que, cualesquiera iones metálicos, como por ejemplo, iones de metales alcalinos, tal como el sodio, se han eliminado de la solución de sílice coloidal, en una extensión tal que, la sílice coloidal, tiene un factor de relación de sólidos de sílice con respecto a metal alcalino, al que se hace referencia en la ecuación 1. Los procedimientos para la eliminación de los iones de metales alcalinos, son bien conocidos, e incluyen el intercambio de iones con una resina intercambiadora de iones apropiada (patentes estadounidenses U.S 2.577.484 y 2.577.485), diálisis (patente estadounidense U.S. 2.772.028) y electrodiálisis (patente estadounidense U.S. 3.969.266).
Tal y como se indica anteriormente, arriba, la sílice coloidal utilizada en la presente invención, comprende amoníaco. La sílice coloidal que contiene amoníaco, y los procedimientos para fabricarla, son conocidos en el arte especializado de la técnica. Véase la obra de Ralph K. Iler The Chemistry of sílice, - La química de la sílice, John Wiley & Sons, New Cork (1979), páginas 337 - 338. Como resumen, se utiliza una sílice coloidal que contiene sodio, utilizando unas condiciones convencionales. Los iones residuales de sodio, se intercambian, a continuación, con una base, como por ejemplo, iones de amonio. Las formas típicas de presentación que contienen amoníaco, contienen, por lo menos, un 0,01%, en peso y, de una forma preferible, un porcentaje comprendido dentro de unos márgenes que van de un 0,05 a un 0,20%, en peso, de amoníaco, en donde, el contenido de amoníaco, se mide mediante la técnica descrita posteriormente, más abajo. El sílice coloidal que contiene amoníaco, es comercialmente obtenible en el mercado, bajo el nombre comercial de Ludox® AS-40, procedente de la firma Grace & Co.-Conn. Ciertas sílices coloidales que contienen amoníaco, comercialmente obtenibles en el mercado, tienen unos apropiados factores de relación de sólidos con respecto álcali, y serían apropiados tal como son. Otras formas de presentación, pueden prepararse procediendo a desionizar sílice coloidal que tiene un alto contenido de álcali y, subsiguientemente, añadiendo amoníaco.
Otra sílice coloidal desionizada apropiada para la presente invención, es la que se conoce como sílice coloidal polidispersada. "Polidispersada", se define aquí, en este documento, como queriendo significar una dispersión de partículas que tiene una distribución del tamaño de partículas, en el cual, el tamaño medio de partícula, es el correspondiente a un valor comprendido dentro de unos márgenes de 15 - 100 nm, y la cual tiene una envergadura de la distribución relativamente amplia. Las distribuciones preferidas, son aquéllas en las que, un 80% de las partículas, tienen un rango de envergadura de tamaño, de por lo menos 30 nanometros, y pueden tener un rango de envergadura de tamaño, de hasta 70 nanometros. El rango del 80%, se mide procediendo a sustraer el tamaño de partícula d_{10}, del tamaño de partícula d_{90}, generado utilizando las metodologías de medición del tamaño de partícula basadas en TEM, las cuales se describen posteriormente, más abajo. A este rango, se le hace también referencia como la "envergadura del 80%". Una forma de presentación de partículas polidispersadas, tiene unas distribuciones del tamaño de partícula, las cuales están sesgadas a unos tamaños más pequeños que el del tamaño medio de partícula. Como resultado de ello, la distribución, tiene un pico en este área de la distribución, y una "cola" de tamaños de partícula, que son más grandes que la media. Véase, a dicho efecto, la figura 1. El tamaño inferior y superior de partícula de la envergadura que abarca un 80% de la partículas, puede ser de un -11 a un -70%, y de un 110 a un 160% de la media, respectivamente. Una sílice polidispersada particularmente apropiada, tiene un tamaño medio de partícula correspondiente a unos márgenes que van de 20 a 30 nanometros y un 80% de las partículas, son de un tamaño situado entre 10 y 50 nanometros, es decir, un 80% de la distribución, tiene un alcance de 40 nanometros. Esta forma de presentación, puede prepararse procediendo a desionizar sílices polidispersadas comercialmente obtenibles en el mercado, en concordancia con técnicas descritas anteriormente.
Las sílices polidispersadas, desionizadas, que contienen amoníaco, son las apropiadas. Puede añadirse amoníaco, a una sílice polidispersada, desionizada, en concordancia con técnicas descritas anteriormente.
Los ligantes de recubrimiento mencionados anteriormente, arriba, pueden ser aquéllos típicamente utilizados para fabricar recubrimientos de papel. El ligante, no únicamente liga a la sílice coloidal, para formar una película, sino que, éste, además, proporciona capacidad de adherencia a la interfase entre la capa que proporciona brillo y el substrato, o cualquier capa intermediaria receptora de tinta, entre la capa brillante y el substrato.
Los ligantes solubles en agua, son apropiados en la presente invención, y pueden ser, por ejemplo, derivados de almidón, tal como almidón oxidado, un almidón eterificado, o almidón de fosfato; un derivado de celulosa, tal como la carboximetilcelulosa o la hidroximetilcelulosa; caseína, gelatina, proteína de judía de soja, alcohol polivinílico o un derivado de éste; polivinilpirrolidona, una resina de ácido maleico, o un látex copolímero del tipo dieno conjugado, tal como un copolímero de estireno - butadieno, o un copolímero de metacrilato de metilo - butadieno; látex de polímero acrílico tal como un polímero o copolímero de éster del ácido acrílico o un éster del ácido metacrílico; un látex de polímero del tipo vinilo, tal como un copolímero de acetato de etileno - vinilo; un látex de polímero modificado con un grupo funcional, de tales tipos de varios polímeros con un monómero que contenga un grupo funcional, tal como un grupo carboxilo. Un adhesivo acuoso, tal como una resina sintética temoendurecida (termoestable), tal como una resina de melamina o una resina de urea; una resina de polímero o copolímero de un éster del ácido acrílico o un éster del ácido metacrílico, tal como un poli(metacrilato de metilo); o un ligante del tipo de resina sintética, tal como una resina de poliuretano, y una resina de poliéster insaturada, tal como una resina de poliuretano, una resina se poliéster insaturada, un copolímero de cloruro de vinilo - acetato de etilo, polivinilbutiral, o una resina alquídica, los cuales pueden ser también utilizados. Son también apropiados, los ligantes insolubles en agua, en forma de látex.
El ligante, puede combinarse con la sílice coloidal, utilizando batidoras y mezcladores convencionales. Los componentes, pueden combinarse y mezclarse en condiciones ambiente.
Tal y como se ha mencionado anteriormente, es deseable, para la sílice coloidal, y el ligante, el que éstos se encuentren presentes en el recubrimiento, a unos factores de relación relativamente altos. Es particularmente deseable, para la sílice coloidal, y los sólidos de ligante, el que éstos se encuentren presenten en un valor de relación de 1 : 1 y, de una forma más preferible, en un valor de relación de 6 : 4 a 4 : 1, en peso. El valor de relación, puede ser tan alto como el correspondiente a 9,9 : 1. Se ha encontrado el hecho de que, unos altos valores de relación de sílice con respecto a ligante, mejoran la capacidad de impresión de los recubrimientos, así como también proporcionan unas propiedades mecánicas ventajosas al papel de recubrimiento receptor de la tinta, acabado.
Podría ser también deseable, el incluir componentes adicionales en la composición de recubrimiento de la presente invención. El recubrimiento de la presente invención, puede contener uno o más de entre los siguientes agentes: dispersantes, espesantes, agentes mejoradores de la fluidez, agentes desespumantes, agentes supresores de la espuma (antiespumantes), agentes de liberación (desmoldeantes), agentes formadores de burbujas de aire (de soplado), agentes penetrantes, tintes colorantes, pigmentos colorantes, abrillantadores fluorescentes (ópticos), absorbentes ultravioleta, antioxidantes, conservantes, agentes de prevención de cenizas, agentes a dotación de características a prueba de agua, y agentes de dotación de resistencia al mojado.
Una porción de sílice coloidal que contiene amoníaco o de sílice coloidal que contiene amoníaco, polidispersado, puede también reemplazarse por uno o más materiales coloidales, siempre y cuando se cumpla que, la cantidad total de ión de álcali presente en la combinación de materiales coloidales, no crezca a un nivel tal que, el valor de relación de los sólidos de sílice con respecto al metal alcalino, se inferior a la suma de AW(-0,13*SSA + 9), y la cantidad del material coloidal adicional, no desvirtúe el brillo total y/o capacidad de impresión deseados para el recubrimiento final. Estos otros materiales coloidales, no incluyen únicamente al sílice coloidal, sino también, a la titania, zirconia, y por el estilo. Tales tipos adicionales de partículas coloidales de óxidos inorgánicos, podrían añadirse, de cuando en cuando, como cargas.
Los recubrimientos de la presente invención, han mostrado tener un brillo correspondiente a un valor de por lo menos treinta (30) a 60º, en concordancia con las mediciones realizadas con un instrumento del tipo BIK Gardner. De una forma preferible, los recubrimientos en concordancia con la presente invención, tienen un brillo de por lo menos un valor de 40 y, de una forma más preferible, de por lo menos un valor de 80, a un valor de relación del pigmento con respecto al ligante, de 6 : 4; y de por lo menos un valor de 50 y, de una forma preferible, de por lo menos 70, a un valor de relación del pigmento con respecto al ligante, de 4 : 1. Los recubrimientos de la presente invención, han mostrado tener un brillo de por lo menos 90, a un valor de relación del pigmento con respecto al ligante, de 4 : 1.
Los soportes apropiados, para preparar la hoja de registro de tinta de la presente invención, pueden ser los correspondientes a los utilizados típicamente en el arte especializado de la técnica. Los soportes, incluyen a aquéllos que tienen un peso correspondiente a unos márgenes que van de aproximadamente 40 a aproximadamente 300 g/m^{2}. El soporte, puede ser papel de base, producido a partir de una variedad de procedimientos y máquinas tales como las correspondientes a una máquina de papel del tipo Fourdinier, una máquina de papel del tipo de cilindro o una máquina de papel del tipo de alambre doble. Los soportes, se preparan procediendo a mezclar sus componentes principales, es decir, un pigmento convencional y un pulpa de madera, incluyendo, por ejemplo, una pulpa química, una pulpa mecánica y/o un pulpa de residuos de papel, con varios aditivos, incluyendo a un ligante, un agente de apresto o encolado, un agente de fijación, un agente mejorador del rendimiento productivo, un agente catiónico y un agente incrementante de la resistencia. Otros soportes, incluyen a los substratos transparentes, tejidos y semejantes.
Adicionalmente, además, el soporte, puede ser también el correspondiente a hojas de papel encolado mediante prensado, preparado mediante la utilización de almidón o de alcohol de polivinilo. El soporte, puede ser también un soporte el cual tenga una capa de anclaje tratada sobre éste, por ejemplo, papel que tenga ya una capa de recubrimiento preliminar, sobre un papel de base. El papel de base, puede también tener una capa receptora de tinta, aplicada previamente a la aplicación del recubrimiento en concordancia con la presente invención.
Los recubrimientos que comprenden sílice coloidal, ligante y, opcionalmente aditivos, pueden aplicarse en línea, cuando se procede a preparar el soporte, o éstos puede aplicarse fuera de línea, después de que se haya realizado el acabado del soporte. Los recubrimientos, pueden aplicarse utilizando técnicas convencionales de recubrimiento, tales como las correspondientes a técnicas de recubrimiento a cuchilla, recubrimiento a rodillo, recubrimiento a paleta, recubrimiento mediante barra, recubrimiento del tipo cortina, recubrimiento mediante matriz, y mediante procedimientos en los que se utilizan procesos dosificadores del apresto o encolado. Los recubrimientos resultantes, pueden secarse a la temperatura correspondiente a la temperatura ambiente, mediante procedimientos de secado mediante aire caliente, secado, mediante secado por contacto de superficie calentada, o mediante secado por radiación. De una forma típica, la composición en concordancia con la presente invención, y cualesquiera capas intermediarias, se aplican a unas tasas correspondientes a unos márgenes que van de 1 a 50 g/m^{2}, pero, de una forma más preferible, a unas tasas correspondientes a unos márgenes que van de 2 a 50 g/m^{2}.
Los ejemplos que se facilitan posteriormente, más abajo, muestran el hecho de que, una hoja de registro de chorro de tinta, que tiene una buena capacidad de impresión, se prepara esencialmente a partir de un soporte y una capa de la presente invención. No obstante, puede ser deseable, en ciertos casos, el proceder a emplazar otra capa, la cual es receptora de tinta, entre la capa de aporte de brillo de la invención y el soporte, con objeto de mejorar la capacidad de impresión de la hoja final.
Las capas receptoras de tinta apropiadas, son aquéllas que se identifican como tales, en la patente estadounidense U.S. 5.576.088. En resumen, las capas receptoras de tinta, comprenden un ligante, tal como el correspondiente a la lista de los ligantes solubles en agua, que se han relacionado anteriormente, arriba. Tales tipos de pigmentos, incluyen una pigmento inorgánico, blanco, tal como el correspondiente en carbonato cálcico suave ligero, carbonato cálcico pesado, carbonato magnésico, caolín, talco, sulfato cálcico, sulfato de bario, dióxido de titanio, óxido de zinc, sulfuro de zinc, carbonato de zinc, blanco satín, silicato alumínico, tierra de diatomeas, silicato cálcico, silicato magnésico, sílice amorfa sintética, sílice coloidal, alúmina, alúmina coloidal, pseudobohemita, hidróxido de aluminio, litopona, zeolita, halloysita hidrolizada ó hidróxido magnésico, o un pigmento orgánico, tal como el correspondiente a un pigmento plástico del tipo estireno, un pigmento plástico acrílico, polietileno, microcápsulas, una resina de urea, o una resina de melamina. Los pigmentos apropiados para la capa receptora de tinta, tienen una tamaños medios de partícula (mediante medición efectuada por técnicas de dispersión de la luz), correspondientes a un valor comprendido dentro de unos márgenes que van 0,5 a 3,0 \mum (micrómetros), y unos volúmenes de poro correspondientes a un valor comprendido dentro de unos márgenes que van de 1,0 a 2,0 cm^{3}/g (cc/g), según mediciones efectuadas mediante porosimetría de nitrógeno. Con objeto de obtener una hoja de registro por chorro de tinta que tenga una alta capacidad de absorción, es preferible que, el pigmento, en la capa receptora de tinta, contenga por lo menos un 30%, en volumen, de partículas, que tengan un tamaño de partícula de por lo menos 1,0 \mum.
Las formas de presentación y modos de operación preferidos de la presente invención, se han descrito en la especificación anteriormente facilitada, arriba. La invención la cual se pretende aquí proteger, en este documento, no obstante, no debe interpretarse como estando limitada a las formas de presentación particulares dados a conocer, puesto que éstas deben interpretarse como ilustrativas, más bien que restrictivas.
Adicionalmente, además, cualesquiera márgenes o rango de números enumerados en la especificación o en las reivindicaciones, tales como aquéllos que representan un juego particular de propiedades, condiciones, estados físicos o porcentajes, pretende incorporar de una forma literal, expresamente, aquí, en este documento, cualquier número que caiga dentro de tales márgenes o rango, incluyendo cualesquier márgenes o rango de subjuegos de números que se encuentren comprendidos dentro de cualesquiera márgenes o rango de esta forma enumerados.
Ejemplos ilustrativos
Los parámetros listados abajo, a continuación y/o que se han enumerado anteriormente, arriba, se midieron del siguiente modo:
Tamaño medio de partícula
A menos que se indique de otro modo, el tamaño medio de partícula, es un tamaño medio de partícula, numérico, determinado mediante la ecuación d_{n} = 3100/SAA, en donde, d_{n}, es el tamaño medio de partícula, numérico, en nanometros y, SSA, es el área de superficie específica, descrita posteriormente, más abajo.
Tamaño mediano de partícula
Es un es una media referida a peso, numérica, medida mediante microscopia electrónica (TEM).
Brillo
El brillo, se mide utilizando un instrumento de medición del brillo, del tipo "BYC Gardner micro-TRI®-gloss Instrument", el cual se calibra sobre una película transparente de poliéster. Tal y como se indica posteriormente, más abajo, los valores de brillo, se midieron a partir de un ángulo de reflexión de 60º.
Contenido de metal alcalino
El contenido de metal alcalino (por ejemplo, de Na), se base en el contenido de iones de metales alcalinos, medido utilizando la técnica de espectroscopia de emisión atómica de plasma inductivamente acoplado (ICP - AESS - [del inglés, inductively coupled plasma - atomic emission]-). En primer lugar, las muestras, se disuelven en unas condiciones correspondientes a la temperatura ambiente, por ejemplo, a una temperatura de 25ºC y una humedad relativa del 75%, en ácido fluorhídrico y ácido nítrico (valor de relación, 30/70), antes de aplicar esta técnica. Se dejó que la muestra se disolviera, durante un transcurso de tiempo de diez y seis horas, antes de proceder a realizar las mediciones.
Contenido de sólidos de sílice
El contenido de sólidos de sílice, se mide en un horno de Ohaus, a una temperatura de 205ºC, correspondiendo, la medición del punto final para los sólidos, cuando el cambio de peso de la muestra, es menor de 0,01 g, durante un transcurso de tiempo de sesenta (60) segundos.
Área de superficie específica
El área superficie específica, se mide mediante procedimiento de titrimetría, correlacionado con el área de superficie, mediante adsorción de nitrógeno, tal y como se proporciona por parte de G. W. Sears, Jr. Analitycal Chemistry, volumen 28, página 1981 (1956).
Capacidad de impresión (o calidad de impresión)
La capacidad de impresión (o calidad de impresión), se evalúa procediendo a observar la apariencia de los bloques coloreados en verde, azul y rojo, en una imagen impresa, preparada en una impresora de color, de la marca Epson, del tipo "Epson Stylus®900 color printer", después de haber procedido a secar el recubrimiento, utilizando una corriente de aire caliente, a una temperatura de 37ºC. La metodología para realizar estas observaciones, es de la forma que sigue:
Se procedió a evaluar la uniformidad de color y la exudación para cada uno de los colores. Las evaluaciones combinadas para las dos evaluaciones, se realiza de la forma que sigue:
Excelente = La totalidad de los colores, aparecen como uniformes, y no existe una exudación fuera del área de impresión.
Buena = Los colores, no son completamente uniformes, y se produce exudación, en por lo menos uno de los bloques de color.
Pobre = Los colores, aparecen como no uniformes y se produce una pudelación de la tinta, en por lo menos uno de los colores; acontece, también, una exudación grave.
Contenido de tinta
El contenido de tinta, se determina mediante técnicas convencionales de titrimetría, utilizando ácido clorhídrico.
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Ejemplos
Ejemplo 1
(Comparativo)
Se procedió a emplazar, en un vaso de precipitación, sílice coloidal (6,40 g; 50%, en peso de sólidos, tamaño medio de partícula de 22 nanometros y una extensión del 80% de la partículas, de aproximadamente 40 nanometros), que tenía un área de superficie específica de 70 m^{2}/g, y un factor de relación, de sólidos de sílice con respecto a sodio, de 179, y se diluyó con 9,49 g de agua DI (agua desionizada). A esta preparación, se le añadieron 5,16 g de alcohol polivinílico Airvol®523 (solución al 15,5%, en peso), procedente de la firma Air Products. La mezcla, se mezcló a las condiciones ambientales. La formulación resultante, se aplicó como una película húmeda de recubrimiento de 100 \mum (micrómetros) de espesor, sobre una película de poliéster*, utilizando un dispositivo de recubrimiento TMI (recubridor de control K), utilizando una barra del número 8. Los recubrimientos, se secaron y se midieron para la valoración del brillo. El recubrimiento obtenido, tenía un brillo del 3%, a 60º. Se procedió a combinar los mismos componentes, de una forma similar, para fabricar recubrimientos en una variedad de otros factores de relación del pigmento con respecto al ligante y, a continuación, se secaron y se midieron para valorar el brillo. Tales mediciones, aparecen, también, en la tabla 1. Este resultado, se esperaría, basándose en la ecuación 1, indicando el hecho de que, el factor correspondiente al valor de relación SiO_{2}/Na, debería ser el correspondiente a un factor de por lo menos 186, con objeto de obtener un brillo aceptable.
* Formulación recubierta sobre una película blanca, opaca, de poliéster Melinex®-534, procedente de la firma E. I. DuPont de Nemours & Co.
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Ejemplo 2
Se procedió a desionizar la sílice polidispersada del ejemplo 1, con una resina intercambiadora de iones, a un valor pH de 3,0 - 3,5. Al sol de sílice coloidal, se le añadió hidróxido amónico, hasta que se hubo alcanzado un valor pH de 9,1 y, el sol, se ajustó con agua desionizada, para realizar un sol con un contenido de sílice del 40%. La sílice resultante, tenía un factor de relación de sólidos con respecto al ión de sodio, correspondiente a un valor de 308. Se procedió a emplazar 10,0 g de este sol, en un vaso de precipitación, y se diluyeron con 9,86 g de agua DI. A esta preparación, se le añadieron 6,45 g de Airvol®523 (solución al 15,5%, en peso), procedente de la firma Air Products. La formulación resultante, se aplicó como recubrimiento, y se secó, sobre una película de poliéster. El recubrimiento obtenido, tenía un brillo del 76%, a 60º. Se procedió a combinar los mismos componentes, de una forma similar, para fabricar recubrimientos en una variedad de otros factores de relación del pigmento con respecto al ligante y, a continuación, los recubrimientos, se secaron y se midieron para valorar el brillo. Tales mediciones, aparecen, también, en la tabla 1.
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Ejemplo 3
Se procedió a estabilizar la sílice coloidal polidispersada del ejemplo 1, con aluminio, utilizando un procedimiento similar al descrito en la patente estadounidense US 2.892.797. A continuación, se procedió a desionizar la sílice coloidal resultante, a un valor pH de 3,0 - 3,5, y se ajustó con agua desionizada, para realizar un sol que contenía un 40% de sílice. La sílice resultante, tenía una SSA (área de superficie específica) = 70 m^{2}/g, y un factor de relación de SiO_{2}/álcali, correspondiente a un valor de 308. Se procedió a emplazar 10,0 g de este sol, en un vaso de precipitación, y se diluyeron con 9,86 g de agua DI. A esta preparación, se le añadieron 6,45 g de Airvol®523 (solución al 15,5%, en peso), procedente de la firma Air Products. La formulación resultante, se aplicó como recubrimiento, y se secó, sobre una película de poliéster. El recubrimiento obtenido, tenía un brillo del 51%, a 60 grados. Se procedió a combinar los mismos componentes, de una forma similar, para fabricar recubrimientos en una variedad de otros factores de relación del pigmento con respecto al ligante y, a continuación, los recubrimientos resultantes, se midieron para valorar el brillo. Tales mediciones, aparecen, también, en la tabla 1.
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Ejemplo 4
(Comparativo)
Se procedió a emplazar Ludox® HS-40 (7,77 g; 40%, en peso, de sólidos), que tenía un factor de relación de sólidos de sílice con respecto a iones de sodio, correspondiente a un valor de 131, y un área de superficie específica de 220 m^{2}/g, en un vaso de precipitación, y se diluyó con 11,4 g de agua DI. A esta preparación, se le añadieron 6,67 g de Airvol®523 (solución al 15,5%, en peso), procedente de la firma Air Products. La formulación resultante, se aplicó como recubrimiento, sobre una película de poliéster. El recubrimiento obtenido, tenía un brillo del 3%, a 60 grados. Se procedió a combinar los mismos componentes, de una forma similar, para fabricar recubrimientos en una variedad de otros factores de relación del pigmento con respecto al ligante y, a continuación, los recubrimientos resultantes, se midieron, a dicho efecto, otra vez, para valorar el brillo. Tales mediciones, aparecen, también, en la tabla 1. Este resultado, se esperaría, basándose en la ecuación 1, indicando el hecho de que, el factor correspondiente al valor de relación SiO_{2}/Na, debería ser el correspondiente a un factor de por lo menos 141, con objeto de obtener un brillo aceptable.
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Ejemplo 5
Se procedió a emplazar 7,777 g de Ludox® AS-40 (contenido de amoníaco del 0,16%, en peso), que tenía un área de superficie específica SSA = 135, y un factor de relación de sólidos de sílice con respecto a iones de sodio, correspondiente a un valor de 674, en un vaso de precipitación, y se diluyeron con 7,668 g de agua DI. A esta preparación, se le añadieron 4,960 g de Airvol®523 (solución al 15,5%, en peso), procedente de la firma Air Products. La formulación resultante, se aplicó como recubrimiento, sobre una película de poliéster. El recubrimiento obtenido, tenía un brillo del 80%, a 60 grados.
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Ejemplo 6
(Comparativo)
Se procedió a diluir Ludox® TMA (contenido en sólidos del 34%, en peso), que tenía un área de superficie específica SSA = 140 m^{2}/g, y un factor de relación de sólidos de sílice con respecto a iones de sodio, correspondiente a un valor de 572, a un contenido de sólidos del 15%, en peso. Se procedió a mezclar 13,33 g de esta solución, con 4,3 g de Airvol®523 (solución al 15,5%, en peso). La formulación resultante, se aplicó como recubrimiento, sobre una película de poliéster. El recubrimiento obtenido, tenía un brillo del 85%, a 60 grados. Este resultado, se esperaría, basándose en la ecuación 1, indicando el hecho de que, el factor correspondiente al valor de relación SiO_{2}/Na, debería ser el correspondiente a un factor de por lo menos 165, con objeto de obtener un brillo aceptable.
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Ejemplo 7
(Comparativo)
Se procedió a emplazar Ludox® SM (13,7 g; 30%, en peso, de contenido de sólidos), que tenía un área de superficie específica SSA = 345 m^{2}/g, y un factor de relación de sólidos de sílice con respecto a iones de sodio, correspondiente a un valor de 72, en un vaso de precipitación, y se diluyó con 6,71 g de agua desionizada. A esta preparación, se le añadieron 6,63 g de Airvol®523 (solución al 15,5%, en peso). La formulación resultante, se aplicó como recubrimiento, sobre una película de poliéster. El recubrimiento obtenido, tenía un brillo del 3%, a 60 grados. Este resultado correspondiente a un brillo relativamente bajo, es consistente con la ecuación 1, la cual indica el hecho de que, el factor correspondiente al valor de relación SiO_{2}/Na, debe ser el correspondiente a un factor \geq 104, con objeto de obtener un brillo aceptable.
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Ejemplo 8
Se procedió a emplazar la sílice coloidal polidispersada del ejemplo 1 (30 g; 50%, en peso, de sólidos), en un vaso de precipitación. Se añadió lentamente una resina intercambiadora de iones de la marca Amberlite® 120 (plus), un producto de la firma Rohm & Haas (forma de hidrógeno), con agitación, hasta que el pH de la sílice coloidal, se hubo reducido hasta un valor de 2,6. Este valor pH, se mantuvo durante un transcurso de tiempo de 1 hora, mediante la adición de pequeñas cantidades de resina intercambiadora de iones. A continuación, se procedió a separar la resina de la sílice coloidal, vía filtración. Se procedió a emplazar 6,01 g del material preparado de arriba (50%, en peso, de contenido de sólidos), que tenía un factor de relación de sólidos de sílice con respecto a iones de sodio, correspondiente a un valor de 333, en un vaso de precipitación, y se diluyeron con 11,21 g de agua desionizada. A esta preparación, se le añadieron 4,84 g de Airvol®523 (solución al 15,5%, en peso). La formulación resultante, se aplicó como recubrimiento, sobre una película de poliéster. El recubrimiento obtenido, tenía un brillo del 76%, a 60 grados. Este resultado correspondiente a un alto brillo, es consistente con la ecuación 1, la cual indica el hecho de que, el factor correspondiente al valor de relación SiO_{2}/Na, debe ser el correspondiente a un factor \geq 186, con objeto de obtener un brillo aceptable. Este ejemplo, indica también el hecho de que, el amoníaco, afecta de una forma favorable a la capacidad de impresión obtenida, utilizando la invención, cuando los resultados se comparan con los del ejemplo 2, en los cuales, se han obtenido unos excelentes resultados de capacidad de impresión, a partir de la sílice coloidal que contiene amoníaco.
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Ejemplo 9
Se procedió a emplazar sílice coloidal polidispersada de la marca Ludox® HS-40 (30 g, 40%, en peso, de sólidos), que tenía un área de superficie específica de 200 m^{2}/g y un factor de relación de sólidos de sílice con respecto a iones de sodio, correspondiente a un valor de 131, en un vaso de precipitación. Se añadió lentamente una resina intercambiadora de iones de la marca Amberlite® 120 (plus), un producto de la firma Rohm & Haas (forma de hidrógeno), con agitación, hasta que el pH de la sílice coloidal, se hubo reducido hasta un valor de 2,6. Este valor pH, se mantuvo durante un transcurso de tiempo de 1 hora, mediante la adición de pequeñas cantidades de resina intercambiadora de iones. A continuación, se procedió a separar la resina de la sílice coloidal, vía filtración. Se procedió a emplazar 7,51 g del material preparado de arriba (40%, en peso, de contenido de sólidos), que tenía un factor de relación de sólidos de sílice con respecto a iones de sodio, correspondiente a un valor de 388, en un vaso de precipitación, y se diluyeron con 9,76 g de agua desionizada. A esta preparación, se le añadieron 4,90 g de Airvol®523 (solución al 15,5%, en peso). La formulación resultante, se aplicó como recubrimiento, sobre una película de poliéster. El recubrimiento obtenido, tenía un brillo del 72%, a 60 grados. Este brillo, es consistente con la ecuación 1, la cual indica el hecho de que, el factor correspondiente al valor de relación SiO_{2}/Na, debe ser el correspondiente a un factor \geq 141, con objeto de obtener un brillo aceptable.
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Ejemplo 10
(Comparativo)
Se procedió a elevar el valor pH de la sílice polidispersada del ejemplo 1, a un valor pH = 10,5, utilizando una solución de amoníaco al 1%, en peso. Se procedió a emplazar 7,96 g del material preparado de arriba, en un vaso de precipitación y se diluyeron con 9,26 g de agua desionizada. A esta preparación, se le añadieron 4,84 g de Airvol®523 (solución al 15,5%, en peso). La formulación resultante, se aplicó como recubrimiento, y se secó, sobre una película de poliéster. El recubrimiento obtenido, tenía un brillo del 6%, a 60 grados. Esto indica el hecho de que, la desionización, más bien que el amoníaco, afecta a las prestaciones técnicas de la invención, con respecto al brillo.
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(Tabla pasa a página siguiente)
1
2
Ejemplo 11
Se procedió a desionizar Ludox® HS-40, a un valor pH = 3,05 - 2,5, utilizando la forma de hidrógeno procedente de la resina intercambiadora de iones de la marca Amberlite® 120, un producto de la marca Rohm Hass. A continuación, se procedió a añadir NaOH, en las cantidades que se indican en la tabla 2. Se añadió NH_{4}OH, a un valor pH final de 9,1. A continuación, se prepararon los recubrimientos, de una forma similar a la que se ha descrito en los ejemplos anteriores, facilitados arriba, en donde, cada uno de los factores de relación de los sólidos, eran los correspondientes a unos valores de relación de 80/20 = pigmento/Airvol®-523 (P/B = 4,0). Se procedió, asimismo, a medir el contenido de iones de sodio, de SiO_{2} y de NaO_{2}, para cada una de las muestras de sílice coloidal desionizada y/o modificada con NaOH. Los resultados obtenidos y los factores de relación de los contenidos de sólido con respecto a los iones de metal alcalino resultantes, se reportan en la tabla 2 que se facilita abajo, a continuación. Los valores de brillo reportados en la tabla 2 y en la figura, se midieron a 60º.
TABLA 2
3

Claims (8)

1. Una composición de recubrimiento que comprende
(a) sílice coloidal que comprende amoníaco y un factor de relación de sólidos de sílice con respecto a metal alcalino, de por lo menos la suma de AW (-0,013SSA + 9), en donde, SSA, es el área de superficie de la sílice coloidal, medida en m^{2}/g y, AW, es el peso atómico del metal alcalino, y
(b) ligante,
en donde, (a) y (b), se encuentran presentes a un valor de relación de sólidos, de por lo menos 1 : 1, en peso.
2. Una composición de recubrimiento, según la reivindicación 1, en donde, la sílice coloidal, comprende por lo menos un 0,16%, en peso, de amoníaco (NH_{3}).
3. Una composición de recubrimiento, según la reivindicación 1 ó 2, en donde, el factor de relación de sólidos de sílice con respecto a metal alcalino, es por lo menos la suma de -0,30SSA + 207.
4. Una composición de recubrimiento, según la reivindicación 1, 2 ó 3, en donde, el metal alcalino, es sodio.
5. Una composición de recubrimiento, según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde, la sílice coloidal, tiene un factor de relación de sólidos con respecto a iones alcalinos, de por lo menos 150.
6. Una composición de recubrimiento, según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde, la sílice coloidal, tiene un tamaño medio de partícula correspondiente a un valor que va de 1 a 300 nm.
7. Una composición de recubrimiento, según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde, dicha composición, es parte de una capa de recubrimiento sobre una hoja de registro de chorro de tinta, que comprende un soporte y por lo menos una capa de recubrimiento sobre éste.
8. Una composición de recubrimiento, según la reivindicación 7, en donde, la citada por lo menos una capa de recubrimiento, tiene un brillo de superficie especular, de por lo menos un valor de 30, a 60º.
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