SUBSTRATO DE RECUBRIMIENTO BASE PARA UNA HOJA DE REGISTRO CON CHORRO DE TINTA
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere, en general, a un substrato de papel para una hoja de registro con chorro de tinta, y más particularmente a un substrato de papel con recubrimiento base, diseñado para alojar un recubrimiento receptor de tinta.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Las hojas convencionales de registro con chorro de tinta, se preparan recubriendo una superficie con una composición de recubrimiento que contenga un pigmento fino, poroso, en un aglutinante capaz de aceptar y retener la tinta sobre la superficie del papel, a la vez que el papel absorbe el vehículo de la tinta. Sin embargo, en algunos casos el papel no es capaz de absorber instantáneamente toda la cantidad del vehículo de la tinta. Esta desventaja a menudo da por resultado el esparcimiento de las gotas de tinta, lo cual crea defectos en la resolución y en la nitidez, y genera tiempos de secado indebidamente largos. Se sabe que el papel de registro con chorro de tinta puede ser mejorado aplicando primero al papel, un recubrimiento base que tenga buenas características de absorción, antes de aplicar el recubrimiento superior, receptor de tinta. Esos recubrimientos base deben de poseer un equilibrio entre buena duración del recubrimiento y una absorbencia adecuada del agua. También se ha descubierto que los recubrimientos base deben de ser compatibles con los recubrimientos superiores, receptores de tinta, aplicados subsecuentemente, para obtener buenas características de funcionamiento y desempeño durante la fabricación. Los substratos para hojas usadas en un registro con chorro de tinta, deben de absorber rápidamente el vehículo de las tintas, para reducir el tiempo de secado, con poca o ninguna facilidad de observación de la impresión desde la cara posterior del papel. Además, el substrato juega un importante papel en prevenir la difusión de tinta lateralmente, sobre la superficie de la hoja de registro, para lograr una alta resolución sin formar una imagen borrosa. De esta manera, para obtener imágenes a color, que tengan buena densidad y resolución del color, con buena absorcividad y solidez al agua, así como buena brillantez óptica, el substrato juega un papel importante. Los substratos de papel, para recubrimientos receptores de tinta, se fabrican generalmente a partir de pulpa papelera química, a la cual se adicionan materiales de relleno, colorantes, y si se requiere, agentes de apresto e intensificadores de la resistencia. Un ejemplo de un substrato típico para papel, para el uso en la fabricación de una hoja de registro con chorro de tinta, se describe en la solicitud de patente pendiente,, de los Estados Unidos, No. de Serie 09/020,826 presentada el 9 de febrero de 1998, propiedad del cesionario de la presente. También se sabe que los substratos para papel, para el registro con chorro de tinta, pueden mejorarse aplicando al papel, un recubrimiento base, antes de aplicar el recubrimiento superior receptor de tinta. Esos recubrimientos base comprenden generalmente un pigmento y un aglutinante, para proporcionar una superficie que tenga una estructura porosa que a la vez tenga una buena absorcividad para el vehículo de la tinta. Ejemplos de recubrimiento base, para hojas de registro con chorro de tinta, se describen, por ejemplo, en las patentes previas, de los Estados Unidos, Números 4,474,847; 5,171,626; 5,670,242; 5,747,148; y 5,759,673. En particular, la patente 5,670,242 describe ejemplos típicos de materiales útiles para los recubrimientos base, de las hojas de registro con chorro de tinta, e incluyen varios pigmentos conocidos, usados en los papeles recubiertos, ordinarios, tales como la arcilla caolín, arcilla calcinada, sílice amorfa, óxido de zinc, óxido de aluminio, hidróxido de aluminio, carbonato de calcio, blanco satén, silicato de aluminio, esmectita, silicato de magnesio, carbonato de magnesio, óxido de magnesio, y otros. Sin embargo, en la práctica, la mayoría de los pigmentos comúnmente usados para esos recubrimientos base, comprenden arcilla, carbonato de calcio, sílice amorfa y óxido de aluminio. Otro requerimiento del recubrimiento base, es que los componentes del recubrimiento no interfieran en forma alguna con los recubrimientos superiores que proporcionan la superficie receptora de la tinta para esos productos. En donde ocurren reacciones adversas, los componentes del recubrimiento base deben de cambiarse o alterarse.
SUMARIO DE LA INVENCIÓN
En la solicitud de patente pendiente, de los Estados
Unidos, mencionada anteriormente, Número de Serie 09/020,826, se describe un recubrimiento base que comprende como el pigmento de recubrimiento, carbonato de calcio precipitado, arcilla calcinada, y, si se desea, dióxido de titanio. Se describe el acetato de polivinilo como el aglutinante preferido. Se ha encontrado que este recubrimiento base es compatible con la mayoría de los recubrimientos superiores, y cuando se combina con un recubrimiento superior que contiene sílice recuperada de vapores, logra resultados de impresión,, satisfactorios, con respecto al sangrado de la tinta, el tiempo de secado y las características de la gama. Sin embctrgo, el mismo recubrimiento base produjo interacciones indeseables cuando se usó con otros recubrimientos superiores. Se observó que el carbonato de calcio precipitado, en el recubrimiento base descrito anteriormente, tuvo cierta tendencia a desestabilizar los recubrimientos superiores que eran de naturaleza acida. De esta manera, para superar esta interacción, y proporcionar un recubrimiento base universalmente aceptable, se adoptó la combinación de pigmentos descrita en la presente. Al substituir el pigmento basado en la arcilla caolín en lugar del pigmento basado en carbonato de calcio precipitado, utilizado en el recubrimiento base descrito anteriormente, e incrementando el contenido de arcilla calcinada, se impidió la desestabilización mencionada anteriormente con el uso de recubrimientos superiores, ácidos, y a la vez se lograron las características deseadas para la impresión con chorro de tinta. De esta manera, aunque hasta ahora se sabía que la selección de un recubrimiento base, adecuado, es necesaria para obtener un sangrado entre colores, gama y tiempo de secado, de la hoja final, apropiados, ahora se ha descubierto mediante la presente invención, que la selección apropiada de los componentes del recubrimiento base, es también necesaria para prevenir cualesquiera interacciones indeseables entre el recubrimiento base y el recubrimiento superior, durante el proceso de fabricación. Por lo tanto, un objeto general de la presente invención, es proporcionar un substrato con recubrimiento base, para una hoja de registro con chorro de tinta, que tenga un desempeño superior durante la impresión con chorro de tinta. Un objeto adicional de la invención es proporcionar un material base de papel recubierto, para una hoja de registro con chorro de tinta, que tenga una excelente estabilidad dimensional cuando se use con tintas en base a agua. Un objeto adicional de la presente invención es proporcionar un recubrimiento base, para un substrato, útil en la fabricación de papel para impresión con chorro de tinta, que tenga poca o ninguna interacción adversa con los recubrimientos superiores cuando se aplique a los mismos.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
El substrato con recubrimiento base, de la presente invención, consigue propiedades mejoradas, comparadas con el desempeño en la impresión con chorro de tinta, como resultado de una combinación de las propiedades de la materia prima y del recubrimiento base. El substrato es preferentemente papel alcalino, que tiene un peso básico que se encuentra en el intervalo de aproximadamente 100 a 150 g/m2 y un calibre de aproximadamente 0.127 cm (5.0 milésimas de pulgada). El substrato se prepara a partir de una materia prima de pulpa de madera química, a la cual se le ha adicionado un agente de apresto tal como dímero de alquilceteno, y materiales de relleno tales como carbonato de calcio precipitado y arcilla caolín. El substrato se apresta además, preferentemente bajo presión, con una mezcla de almidón y anhídrido maleico del estireno, en una manera convencional. El substrato aprestado bajo presión tiene una brillantez Tappi de aproximadamente 85%, usando el método Tappi T-452, una opacidad Tappi de aproximadamente 93%, usando el método Tappi T-425, una suavidad Sheffield de aproximadamente 150 segundos, y un apresto Hercules de aproximadamente 300-500 segundos (ácido fórmico al 10%) . El recubrimiento base de la presente invención comprende esencialmente pigmento y aglutinante. El componente del pigmento es esencialmente 100% arcilla y puede consistir de aproximadamente 40 a 60% de arcilla caolín y de 60 a 40% de arcilla calcinada. En una modalidad preferida, el componte del pigmento comprende una mezcla 50/50 de arcilla caolín y arcilla calcinada. Un ejemplo de la arcilla caolín útil en la invención es comercializada bajo el nombre comercial de COVERGLOSS por J.M. Huber Corporation. Un ejemplo de la arcilla calcinada, útil en la invención, es comercializada bajo el nombre comercial de ANSILEX por Engelhard Corporation. Tanto la arcilla caolín como la arcilla calcinada, tienen un tamaño promedio de partícula que se encuentra en el intervalo de 0.00495 a 0.00594 mm (de 0.5 a 0.6 micrones) . El . aglutinante del recubrimiento es preferentemente acetato de polivinilo, pero podría substituirse por otros aglutinantes del tipo que se usan en esos recubrimientos. El contenido de sólidos del recubrimiento, es preferentemente menor que aproximadamente 60% a una viscosidad de aproximadamente 1500 a 2000 mPas (de 1500 a 2000 cps, Brookfield, con la aguja No. 2) , para la aplicación usando un aparato convencional para recubrimientos, en una máquina para fabricación de papel, de alta velocidad. La porosidad Gurley de una muestra del material básico, de la presente invención, se encuentra entre 200 y 800 segundos/50 ce. Un producto preferido podría recubrirse por cada uno de los lados, a una razón de aproximadamente 2.74-4.54 kg/278.7 kg/cm2 (de 6 a 10 libras/resma, tamaño de la resma de 3300 pies cuadrados) . Como se indicó anteriormente, la mezcla de pigmentos preferida, para la presente invención, comprende aproximadamente 50 partes de arcilla caolín y 50 partes de arcilla calcinada, en donde el tamaño promedio de partícula, de cada componente del pigmento, se encuentra dentro del mismo intervalo. Esta combinación de pigmentos proporciona un recubrimiento base, en general aceptable, útil con una variedad de recubrimientos superiores, receptores de tinta. Una característica única de la presente invención, es el uso de arcilla calcinada. Las arcillas calcinadas son, en general, difíciles de manejar en los recubrimientos del papel, y en el pasado fueron mejor conocidas por su uso como pigmento de extensión, para el dióxido de titanio, en donde el componente de dióxido de titanio, del recubrimiento, se encontraba presente en poca cantidad. Sin embargo, la arcilla calcinada proporciona un incremento substancial en la porosidad del recubrimiento base, particularmente dentro del intervalo preferido de tamaños de partícula, que va de aproximadamente 0.00495 a 0.00594 mm (de 0.5 a 0.6 micrones), y es un digno substituto del carbonato de calcio precipitado, normalmente usado en esos recubrimientos base. Las arcillas calcinadas son bien conocidas como componentes de recubrimiento, convencionales, para papeles de » impresión livianos, y materiales similares, particularmente como se describe en las patentes de los Estados Unidos Números 5,152,834 y 5,755,871. La patente 5,152,834 describe un pigmento compuesto que comprende relaciones peso, de 30:70 a 70:30 de dióxido de titanio y arcilla calcinada, y la patente 5,755,871 describe una composición de recubrimiento de alta brillantez, con una porción principal de arcilla caolín hidratada, y una menor porción de una arcilla calcinada, en donde el componente de arcilla calcinada comprende únicamente aproximadamente de 15 a 30 partes secas. Sin embargo, según el mejor entender del solicitante, no se conoce uso alguno de las arcillas calcinadas, en los papeles para impresión con chorro de tinta comerciales, particularmente en las elevadas cantidades que se usan en la presente. Por consiguiente, se cree que la combinación de la arcilla caolín y arcilla calcinada, para un papel de registro con chorro de tinta, tal como se describe en la presente, es novedosa. A los experimentados en la técnica se pondrá de manifiesto que se pueden realizar varias modificaciones y variaciones en la presente invención, sin apartarse del alcance o espíritu de la misma, tal como se encuentran definidos en las reivindicaciones anexas. A los experimentados en la técnica se pondrán de manifiesto otras modalidades a partir de una consideración de la especificación y práctica de la invención descrita en la presente. Se pretende que la especificación y los ejemplos, sean considerados únicamente como ejemplares, y que el verdadero alcance y espíritu de la invención se encuentre indicado por las siguientes reivindicaciones.