PT815174E

PT815174E - Papel de registo por jacto de tinta incorporando um novo pigmento de carbonato de calcio precipitado

Info

Publication number: PT815174E
Application number: PT96909710T
Authority: PT
Inventors: Douglas Ward Donigian; Robert Kenneth Resnik; Michael Gregory Mcfadden
Original assignee: Minerals Tech Inc
Priority date: 1995-03-17
Filing date: 1996-03-14
Publication date: 2001-10-30
Also published as: AR001258A1; BR9607777A; DE69637213D1; NO974248L; ES2291171T3; ES2156274T3; JP3216811B2; PL322273A1; AU5311996A; CA2215500C; US5783038A; KR19980703089A; DE69612845T2; IL117500A; EP0815174B1; PT1081197E; SK123797A3; CN1181774A; NO974248D0; JPH11501879A

Description

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DESCRIÇÃO

"PAPEL DE REGISTO POR JACTO DE TINTA INCORPORANDO UM NOVO PIGMENTO DE CARBONATO DE CÁLCIO PRECIPITADO" Âmbito da Invenção A presente invenção refere-se a novos pigmentos de carbonato de cálcio precipitado, amadurecidos por calor e moídos, para uso em papéis para registo de jacto de tinta. Mais particularmente, a presente invenção refere-se a um papel para registo de jacto de tinta que incorpora esses pigmentos e pelo menos um ligante solúvel em água para conferir uma melhor qualidade de impressão. A invenção também se refere a métodos para aplicar estes componentes sobre papel, e a métodos para produzir os novos pigmentos.

Antecedentes da Invenção O processo térmico de jacto de tinta aplica uma tinta aquosa diluída sobre a superfície de um papel, aquecendo um pequeno volume da tinta numa pequena câmara com um orifício que está dirigido para o papel de registo. O pequeno volume de tinta que é aquecido atinge rapidamente o seu ponto de ebulição e a bolha de vapor que se forma projecta uma minúscula gota de tinta líquida sobre o papel, onde a gota produz um único ponto numa matriz de pontos que forma um caracter ou imagem sobre a folha. Este processo exige uma tinta que tenha um reduzido teor em sólidos e componentes de elevado ponto de ebulição de maneira a poder atingir esse ponto de ebulição rapidamente sem deixar um resíduo

que possa danificar o elemento de aquecimento e obstruir o orifício. Portanto, até 96 por cento da tinta usada nas impressoras por jacto de tinta é uma mistura de água e glicóis de baixo peso molecular. Embora essa tinta atinja rapidamente o seu ponto de ebulição quando é aquecida, para assegurar uma impressão rápida, e não tenha tendência a provocar obstrução, resulta numa tinta aplicada que é muito móvel e lenta a secar. Portanto, uma boa qualidade de impressão só pode ser obtida se o corante da tinta se mantiver sobre ou próximo da superfície exterior do papel, e não se espalhar ou mover do ponto em que foi aplicado.

Também é importante que a secagem se faça rapidamente para evitar que o corante esborrate. Nas impressoras que não estão equipadas com elementos de aquecimento, os componentes de água e glicol da tinta devem penetrar no corpo do papel para uma secagem limpa do corante sobre a superfície. Se a fase colorida for efectuada no papel com a fase líquida à medida que esta penetra no papel, ou se a cor migrar através da superfície do papel, a qualidade da impressão ou imagem resultantes será fraca. Também, o corante de tinta seca que não é permanentemente fixo sobre o papel esborratará ou escorrerá se a superfície impressa se molhar ou for marcada com um marcadpr. Portanto, a tinta seca deveria ter excelentes propriedades de resistência à água e ao marcador para um desempenho óptimo.

Na maioria das aplicações, os papéis de escritório para fins múltiplos proporcionam uma fraca ou inadequada qualidade de impressão numa impressora térmica por jacto de tinta. Isto é particularmente verdade quando se utilizam impressões multicoloridas com concomitantes aplicações de tinta, sobrepostas. A fraca qualidade de impressão é reforçada em impressoras que aplicam as cores numa ordem quando a cabeça da impressora se desloca para a direita e na ordem inversa quando a cabeça da impressora se desloca para a esquerda. Os papéis de escritório para fins múltiplos permitem muitas vezes que o corante

3. Η penetre no papel, o que resulta numa densidade óptica reduzida da imagem impressa, e numa maior aparência no reverso do papel. Os papéis de escritório para fins múltiplos contendo muito aglutinante impedem a penetração do líquido o que leva a uma maior densidade óptica da tinta, mas, também, a plumosidade excessiva e alastramento.

Um método de melhorar a qualidade da impressão térmica por jacto de tinta é aplicar à superfície do papel um material que ligue o corante da tinta à superfície mas que permita à fase líquida de água/glicol passar para o corpo do papel, o que apressa a secagem. Contudo, o corante da tinta é muitas vezes um composto orgânico insaturado ou aromático e, se o material de superfície interagir demasiado com o corante, a cor da tinta pode mudar. Portanto, deve obter-se um material de superfície que impeça a penetração do corante de tinta mas que não interaja demasiado de maneira a afectar o corante e provocar uma alteração de cor.

Oshima et al., Patente U.S. No. 4.478.910, divulga uma matéria-prima à base de papel que é revestida com um pigmento de sílica coloidal de área superficial altamente específica e um ligante de álcool polivinílico, onde a área superficial específica da sílica coloidal é superior a 200 m /g.

Migamoto, Patente U.S. No. 4.576.867, e Kojima et al., Patente U.S. No. 4.830.911, ensinam que a aplicação de um polímero de amónio quaternário catiónico sobre uma matéria-prima de papel melhora a resistência à água do papel resultante. A aplicação desse polímero de amónio quaternário numa prensa de goma também é divulgado por Malhotra, Patente U.S. No. 5.223.338. Contudo, o papel comercial de registo térmico por jacto de tinta de elevada qualidade é produzido com revestimentos aplicados fora da máquina, ou seja, o papel não é tratado na prensa de goma da máquina de fabricar papel, mas tem de ser

-4- retirado e revestido num passo adicional usando um processo de revestimento separado. O carbonato de cálcio precipitado (“CCP”) foi divulgado como sendo um pigmento ou enchimento útil em papel para jacto de tinta, mas é tipicamente incluído numa longa lista de compostos que também incluem carbonato de cálcio natural moído, uma forma de composto que difere grandemente do CCP nas suas propriedades físicas e químicas; por exemplo, as partículas de carbonato de cálcio natural moído são muito maiores do que as que são encontradas no CCP e, normalmente, são aniónicas enquanto que o CCP é naturalmente catiónico.

Xondo et al., Patente U.S. No. 5.320.897, descreve o revestimento de papel de registo por jacto de tinta com pigmentos disponíveis no comércio e um ligante solúvel em água. Os pigmentos que são divulgados como sendo úteis têm uma gravidade específica aparente na gama dos 0,10 a 0,50 g/cm3, e produzem um papel com um ângulo de contacto de 45° a 100°.

Taukisaka et al., Patente U.S. No. 5.007.964, divulga um método de precipitação genérico incorporando um agente de quelação para obter uma aglomeração porosa da cadeia como partículas de CCP com uma área superficial específica BET na gama dos 25 a 55 m /g para uso em papel de registo. Partículas com uma área superficial específica superior a 55 m2/g, são divulgadas como sendo indesejáveis porque têm uma densidade superior, não são porosas, e exibem uma fraca capacidade para absorver óleo e água. É ainda divulgado que o CCP pode ser usado como pasta, ou como pó obtido pela pulverização da pasta seca, que é divulgado como não afectando a aglomeração das partículas.

Kunesh et al., Patente U.S. No. 5.215.734, divulgam um processo de envelhecimento acelerado por meio de calor para o CCP que produz cristais -5 - Í/Uíj uma média o CCP é com uma área superficial específica de cerca de 3 a cerca de 15 m2/g e discreta de tamanho de partícula de cerca de 0,2 a cerca de 0 9 pm usado para melhorar as propriedades ópticas do papel. anterior que por jacto de

Em presença do que antecede, não há nada na técnica sugira como melhorar a qualidade de impressão do papel de registo tinta. A presente invenção proporciona a solução para esse problema A “Chemical Abstracts” 116: 62845 b descreve a adição de ácido nitrilotrimetileno-fosfórico para aumentar a brancura do carbonato de cálcio precipitado, sendo a referida adição efectuada depois do aquecimento e antes da filtração final.

Sumário da Invenção A presente invenção refere-se a um papel de registo por jacto de tinta, com propriedades melhoradas, que incorpora novos pigmentos de carbonato de cálcio precipitado submetido a envelhecimento térmico e/ou moído e um li-gante, que constituem a matéria da presente reivindicação independente 11 e das reivindicações dependentes 12 e 13. O CCP submetido a envelhecimento térmico é preparado pela carbonatação de uma lama de hidróxido de cálcio para formar uma lama de carbonato de cálcio precipitado adicionando à lama um composto de organofosfonato, tal como bis-(ácido metilenofosfónico) de etanolamina, e amadurecendo a lama de CCP por calor na presença do organofosfonato durante tempo suficiente para lhe conferir uma área superficial BET superior a 60 m /g para produzir um pigmento melhorado para papel de registo por jacto de tinta. O papel de registo por jacto de tinta da presente invenção é produzido pelo revestimento de pelo menos um lado de uma matéria-prima à base de -6- l/Λη 0 papel com um revestimento compreendendo CCP submetido a envelhecimento térmico e/ou moído e um ligante para formar o papel de registo por jacto de tinta. O carbonato de cálcio submetido a envelhecimento térmico e/ou moído é feito pela carbonatação de uma lama de carbonato de cálcio, amadurecendo o CCP na presença de um composto de organofosfonato e/ou moendo o CCP para produzir partículas discretas de CCP com uma morfologia e química superficiais que po-tenciem a capacidade do CCP para se ligar ao corante da tinta da impressora por jacto de tinta.

Descrição Pormenorizada da Invenção

Obteve-se um papel de registo por jacto de tinta que proporciona uma absoluta qualidade de impressão por jacto de tinta que se aproxima ou ultrapassa a do melhor papel especial para jacto de tinta a um preço muito reduzido. A selecção do tamanho de partículas de CCP, área superficial, química superficial e grau de agregação, e a sua combinação com um ligante de formulação apropriada permite que cada característica da impressão térmica por jacto de tinta seja individualmente ajustada e optimizada.

Os CCPs catiónicos da presente invenção ligam os corantes de tinta sem o uso de resinas catiónicas dispendiosas e podem ser fabricados localmente na fábrica de jpapel de maneira que, contrariamente à sílica, não necessitam de serem secos, expedidos e, então, re-humedecidos para utilização. As presentes formulações estão concebidas para aplicação numa prensa doseadora de goma, como as que são instaladas em máquinas de papel de grandes dimensões e baixo custo de fabrico. Portanto, as composições de CCP da presente invenção podem ser aplicadas mais como parte da operação de fabrico de papel do que como um passo adicional, separado, depois de se completarem as operações normais do fabrico de papel, o que aumenta o custo do processo e do produto acabado. -7- U*t

Como uma aplicação da prensa doseadora de goma é tipicamente bilateral, ambos os lados de um papel revestido numa prensa desse tipo podem ser impressos, em vez do revestimento de um só lado que se encontra nos dispendiosos papéis comerciais de elevada qualidade. Embora o álcool polivinílico seja um ligante preferido na presente invenção, o tratamento de um papel de registo por jacto de tinta com CCP submetido a envelhecimento térmico e/ou moído proporciona uma melhoria significativa na qualidade de impressão com ligantes de custo inferior. Finalmente, as presentes formulações proporcionam um papel que também é adequado para fotocopiar, o que permite utilizações múltiplas do papel. O CCP é normalmente produzido fazendo borbulhar um gás contendo dióxido de carbono através de uma suspensão aquosa de hidróxido de cálcio. Outros materiais inorgânicos, em particular materiais inorgânicos contendo alumínio, como alúmen, podem ser co-precipitados com CCP ou podem ser precipitados sobre a superfície do precipitado de CCP. Contudo, descobriu-se, inesperadamente, que quando esse CCP é submetido a envelhecimento térmico e/ou moído, tratado com um ligante apropriado e, então, usado numa composição para tratar o papel de registo térmico por jacto de tinta, obtém-se um papel de registo por jacto de tinta de elevada qualidade, que proporciona uma qualidade de impressão que é favoravelmente comparável à dos papéis comerciais de custo elevado, revestidos a sílica para impressão térmica por jacto de tinta, mas a um custo muito mais reduzido.

Os processos de envelhecimento térmico e moagem produzem partículas discretas de CCP com uma morfologia e química superficiais que po-tenciam a capacidade do CCP se ligar ao corante da tinta para impressão por jacto de tinta sem ficar ligado de maneira tão forte que altere a cor da tinta. Os papéis de registo por jacto de tinta que incorporam o CCP e os ligantes da presente invenção têm provado ser superiores a papéis de escritório para fins múltiplos pro- -8- porcionando pouca plumosidade, alastramento e penetração ou aparência no verso, bem como melhores densidade óptica, tempo de secagem e resistência à água.

Os CCPs da presente invenção são produzidos pelo método convencional de precipitação introduzindo um gás contendo dióxido de carbono numa suspensão de hidróxido de cálcio. O precipitado de carbonato de cálcio é então submetido a envelhecimento térmico e/ou moído antes de ser usado. A qualidade de impressão de um papel de registo por jacto de tinta, incorporando esse tipo de CCP, é controlado pelo estado de agregação das partículas e pela química superficial do pigmento e do ligante. A natureza química da superfície do pigmento é controlada por via sintética específica e pelo tratamento do pigmento após síntese.

Um CCP particularmente útil na presente invenção é preparado por um processo que compreende a introdução de dióxido de carbono numa lama aquosa de hidróxido de cálcio, a uma temperatura entre cerca de 7o e cerca de 18°C. A lama contém entre cerca de 0,02 e 1 por cento em peso, com base no equivalente de carbonato de cálcio do hidróxido de cálcio na lama de reacção, de um polielectrólito de organopolifosfonato aniónico (tipicamente, Briquest 221-50A, bis-(ácido metileno-fosfónico) de etanolamina, Albright & Wilson Américas, Inc., Richmond, VA) e entre 0 e 10 por cento em peso de octadeca-hidrato de sulfato de alumínio (A12S0416H20). A introdução de dióxido de carbono prossegue até a precipitação do carbonato de cálcio estar substancialmente completa. Tipicamente, isto ocorre quando a condutividade da lama carbonatada atinge um mínimo a um pH de cerca de 10 a 11.

Exceptuando a adição de octadeca-hidrato de sulfato de alumínio, o processo neste ponto é essencialmente o da Patente U.S. No. 4.367.207, cujos -9-

ensinamentos estão aqui incorporados como referência. A adição de octadeca-hidrato de sulfato de alumínio está divulgada na Patente U.S. No. 4.892.590, cujos ensinamentos estão também aqui incorporados como referência.

Uma vez obtido um CCP de tamanho de partícula desejado e área superficial específica, o CCP é submetido a envelhecimento térmico ou moído para se obterem as características de CCP necessárias a um papel de registo por jacto de tinta de elevada qualidade e baixo custo. A moagem divide os agregados de pigmento em partículas individuais, o que expõe as superfícies de CCP que foram ligadas, e são quimicamente diferentes da superfície de agregado. A moagem é tipicamente efectuada num CCP com uma morfologia escalenoédrica, acicular, prismática ou rom-boédrica. O envelhecimento térmico é normalmente efectuado sobre um CCP romboédrico ou prismático, e não só separa agregados como também envolve mais precipitação sobre a superfície das partículas. Crê-se que o material recentemente precipitado pode ser quimicamente diferente do material de superfície original; por exemplo, a superfície de um CCP submetido a envelhecimento térmico ou moído pode ter uma proporção de cálcio-magnésio mais elevada. O envelhecimento térmico convencional, também conhecido como amadurecimento de Ostwald, é um processo pelo qual cristais como os de carbonato de cálcio, inicialmente a um estado energético interno mais elevado e tendo solubilidades de fase relativamente elevada, sofrem uma transformação de fase pela dissolução e redeposição sobre cristais a um estado energético interno inferior. O processo resulta num produto final cristalino caracterizado por maior perfeição da estrutura reticular dos cristais, uma distribuição de tamanho de partícula mais estreita, um maior grau de discreção de partícula e uma energia superficial inferior. -10-Η

Na presente invenção, o envelhecimento térmico do CCP inicia-se ao terminar a reacção de dióxido de carbono e hidróxido de cálcio quando a con-dutividade da lama atinge um mínimo que é tipicamente a um pH de cerca de ΙΟΙ 1. O CCP é então passado por um crivo para remover impurezas, e até cerca de 1 por cento em peso de um organofosfonato, baseado no peso de CCP, é adicionado para controlar a extensão ou grau de envelhecimento térmico. Outros agentes químicos que são superficialmente activos relativamente ao carbonato de cálcio também servirão, bem como os organofosfonatos, para controlar a extensão ou grau de envelhecimento térmico. Esses agentes incluem, mas não se limitam aos seguintes: fosfatos de sódio, silicatos de sódio, poliacrilatos de sódio, vários ácidos carboxílicos como ácidos mono, di, tri e policarboxílicos, e seus sais, vários polissacaridos, e várias gomas com repetidas funcionalidades de ácido carboxílico. A lama é então aquecida até uma temperatura de pelo menos cerca de 75°C e, preferivelmente, cerca de 80°C ou mais, para produzir o envelhecimento térmico das partículas de CCP. O passo de envelhecimento térmico é conduzido durante cerca de 10 horas ou mais, dependendo da temperatura. A temperaturas de cerca de 80 a 85°C, o aquecimento é conduzido durante cerca de 2 a 5 horas. O pH da lama sobe até aproximadamente 10,5 devido à presença de hidróxido de cálcio não reagido. A reacção de amadurecimento é então monitorizada pela medição da área superficial do CCP a intervalos de uma hora. O CCP submetido a envelhecimento térmico que é recuperado como produto final do processo tem uma morfologia romboédrica ou prismática e uma área superficial * específica de cerca de 60 a cerca de 100 m /g, preferivelmente cerca de 65 até cerca de 95 m /g e, mais preferivelmente, entre cerca de 80 e 90 m /g.

Os organofosfonatos utilizados na presente invenção são or-ganopolifosfonatos de vários pesos moleculares comummente usados como inibi-dores de inscrustações, agentes de sequestrantes, desfloculantes e promotores de detergente. Esses organofosfonatos incluem, mas não se limitam a tris-(ácido metileno-fosfónico) de nitrilo, etilenodiamino-tetra-(ácido metileno-fosfónico), dietileno-triamino-penta-(ácido metileno-fosfónico), hidroxi-etano-1, 1-ácido di-fosfónico, etanolamina, bis-(ácido metilenofofónico) de etanolamina, ácido N,N-dimetileno-fosfónico e hexametileno-diamino-tetra-(ácido metileno-fosfónico). O organofosfonato preferido é bis-(ácido metileno-fosfónico) de etanolamina. A moagem de um carbonato de cálcio pode ser efectuada quer num processo de moagem com humidade ou a seco em, por exemplo, um moinho de esferas convencional, moinho de jacto, micro-moinho, ou moinho de suporte. A moagem preferida é efectuada pela introdução de uma lama aquosa de CCP num moinho de suporte contendo um suporte de vidro de um tamanho de cerca de 0,7 a 0,9 mm. O moinho de suporte está equipado com agitação mecânica e a percentagem preferida, em peso de sólidos da lama de CCP, é de cerca de 10 a 30 por cento, baseada no peso total do CCP e da água. Quando a moagem por suporte é tipicamente efectuada sobre CCP com uma morfologia escalènoédrica, é produzido um CCP com uma área superficial específica entre cerca de 10 e cerca de 40 m /g, preferivelmente entre cerca de 15 e cerca de 30 m /g, e uma forma cristalina menos alongada.

Exemplos de ligantes úteis para revestir composições para papel de registo por jacto de tinta são aqueles que até aqui foram convencionalmente usados na técnica e incluem álcool polivinílico (“PVOH”) e seus derivados, amido oxidado, amido esterificado, amido esterificado, dextrina e amidos afins, car-boximetilcelulose, hidroxietilcelulose e derivados de celulose afins, caseína, gelatina, proteína de soja, resina de anidrido maleico, retícuias de copolímero de estireno-butadieno usual, copolímero de metacrilato-butadieno de metilo e conjugados afins de polímeros ou copolímeros de dieno, e retículas de polímeros ou copolímeros de acrilato e metacrilato e polímeros acrílicos afins e látex. Quando necessário, a composição de revestimento pode ainda ter aí incorporada, numa -12-quantidade convencionalmente usada na técnica dos dispersores de pigmento convencionais, promotores de pegajosidade, modificadores de fluidez, agentes para retirar a espuma, inibidores de espuma, agentes de libertação, agentes de coloração e afins.

Os papéis de registo por jacto de tinta incorporando as formulações de CCP da presente invenção foram preparados e testados. O que se segue é um sumário dos processos e métodos de ensaio utilizados. Depois de se produzir um CCP, todo o processo de teste pode ser categorizado em quatro áreas: preparação do pigmento, formulação com ligante, revestimento do papel e processamento, e teste. Indicam-se a seguir pormenores específicos para cada um destes processos.

Preparação do Pigmento

Os pigmentos a serem testados são tipicamente na forma de uma lama ou de um bolo de filtração. Amostras na forma de uma lama são concentradas até ao desejado teor em sólidos por filtração a vácuo. Em certos casos, tal como com o CCP moído por suporte com uma área superficial específica de cerca de 10 a 35 m /g, os sólidos da lama não são mais alterados para duplicar as condições de ensaio. Uma vez determinada a formulação alvo dos sólidos, o pigmento é diluído, se necessário com água, e é muito bem misturado. O pigmento é caracterizado pela distribuição do tamanho de partícula (Sedigraph 5100), pela área superficial específica (Flowsorb), pela viscosidade (Brookfield) e pela morfologia por meio de varrimento por microscopia de electrões (“VME”). A área superficial do produto foi obtida usando um “Micromeritics Flowsorb II 2300” que utiliza a teoria BET com azoto como o gás de absorção. O tamanho de partícula for determinado por uma técnica de sedimentação usando um “Micrometrics Sedigraph” Modelo 5100 numa dispersão aquosa do produto a -13- {/im cerca de 3 por cento e usando cerca de 0,1 por cento de poli-electrólito carbox-ilado (Daxad 30) como dispersante.

Formulação

Ligantes típicos são amido catiónico (Filmcote-54®, National Starch), álcool polivinílico ou PVOH (Airvol 107®, Air Products Inc.), e látex (látex experimental para prensa de goma da Dow). Quando se usa um amido como ligante, o amido seco é disperso em água a cerca de 10-25 por cento de sólidos e, então, é cozido numa placa de cozedura automática de laboratório a cerca de 195°C durante 50-190 minutos. A resultante lama de amido viscoso é combinada com o pigmento, que foi preparado apropriadamente para atingir o número alvo dos sólidos da formulação, e é muito bem misturada num moinho Premier com uma palheta de roda imóvel do tipo Cowles. A formulação é misturada durante cerca de 5 minutos até se obter uma lama completamente homogénea e a formulação resultante é caracterizada pela viscosidade de Brookfield (10, 20, 50 e 100 r.p.m.) e pelo teor em sólidos. O álcool polivinílico é preparado de maneira similar à que foi usada para o amido. O PVOH é hidratado a cerca de 200°C numa panela de laboratório durante 50-190 minutos a 10 por cento de sólidos. Para o ligante de látex (50 por cento de sólidos), não é necessária qualquer preparação antes de testar. A formulação destes ligantes com o pigmento é a mesma que para o amido.

Os sólidos de formulação para os testes estavam na gama dos cerca de 20-28 por cento, com uma formulação de revestimento típica tendo cerca de 20 por cento de sólidos. - 14- - 14-

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Revestimento de Papel

Geralmente, uma matéria-prima de base sem goma, com um peso de base de 81,3-83,0 g/m2 é usada nos testes. O papel é cortado em folhas de 12x17” e preso ao CSD Drawdown Apparatus, que consiste numa placa de vidro (12x17”) montada numa base de metal com uma pinça de mola no topo. É aplicada uma formulação de revestimento com uma vareta de descida de nível CSD colocando a vareta que se desejar, o que depende do peso do revestimento alvo por cima do papel, adicionando uma amostra de 10-15 ml da formulação, muito bem misturada, com uma seringa de 30 ml numa linha uniforme através da parte superior em relação ao papel, por baixo da vareta, e revestindo o papel puxando a vareta de descida de nível de cima para baixo usando pouca pressão e uma velocidade constante e regular durante cerca de 2 segundos. O peso do revestimento é determinado pelas varetas de descida de nível, em aço inoxidável, que são especifícamente sulcadas para aplicar um volume de revestimento pré-determinado à superfície do papel. Varetas com menos sulcos aplicam um peso de revestimento superior, visto os espaços entre os sulcos serem mais largos. Por sua vez, as varetas com maior número de sulcos ou com um espaço entre sulcos mais apertado produzem pesos de revestimento mais leves. Pesos de revestimento típicos são de cerca de 2 a 10 g/m .

Depois de aplicada uma formulação, o papel é imediatamente seco com uma pistola térmica manual durante cerca de 30-60 segundos e, então, seca completamente a temperatura ambiente durante um período de cerca de 2-24 horas. Os papéis secos são então cortados em folhas de 8 1/2x11” para ensaio.

Teste do papel

As especificações da qualidade mínima de impressão por jacto de tinta foram determinadas pela Hewlett Packard Corporation (“HP”). Portanto, na maioria dos testes usam-se métodos HP para determinar as características de impressão que se seguem. A densidade óptica é uma medida da densidade de reflexão de uma imagem. Um padrão de teste específico é impresso sobre o papel, e as densidades ópticas do negro puro, negro compósito, ciano, magenta e amarelo são medidas usando um densitómetro de reflexão (Macbeth RD918). As resultantes densidades ópticas são comparadas com as especificações mínimas HP. O espalhamento da tinta e a plumosidade podem, ambos, diminuir a qualidade da impressão por jacto de tinta. O espalhamento da tinta é definido como o crescimento ou alastramento das áreas impressas. A plumosidade é a absorção entrançada da tinta, que resulta em imagens indistintas. Isto é medido pela análise de uma porção específica do mesmo padrão impresso usado para medições de densidade óptica. A porção específica é avaliada em função da área impressa, do espalhamento e do perímetro da tinta, da plumosidade. O resultante padrão digitalizado é quantificado e comparado a um papel comercial de primeira qualidade para jacto de tinta. O método de teste HP para o alastramento de tinta e plumosidade não foi usado nestes testes, porque o teste HP é mais subjectivo do que quantitativo. O “Ink Dry Time” (Tempo de Secagem da Tinta) é uma medida da velocidade da absorção da tinta na folha de papel. É impresso um padrão de teste específico, a imagem é seca com mata-borrão, e a densidade óptica resultante da tinta preta transferida é medida. Os resultados são inseridos num modelo expo-

-16- nencial de deterioração da HP e o tempo de secagem é calculado. Os tempos finais de secagem são comparados aos critérios mínimos estabelecidos pela HP. A resistência à água é uma medida da quantidade de corante transferida a partir de uma área impressa para uma área não impressa quando se aplica água. O padrão do teste de resistência à água é impresso no papel, aplica-se 250 μΐ de água através da impressão, e deixa-se que escorra sobre a área impressa e área adjacente não impressa. A densidade óptica da tinta preta transferida sobre as áreas não impressas é medida. As densidades ópticas resultantes são comparadas aos padrões HP. A resistência à mancha de marcador é a medida de corante transferido da área impressa para uma área não impressa quando contactada por dois tipos de marcador. O padrão de teste especificado é impresso sobre o papel e, usando um marcador alcalino e um marcador ácido, é desenhada uma linha perpendicular através da área de teste. A densidade óptica da tinta preta transferida sobre as áreas não impressas é medida e comparada com os critérios mínimos da HP.

Uma avaliação de cor é efectuada com um sistema CIELAB que usa um colorímetro Elrephro Datacolor 2000 para determinar valores L*, a* e b* para marcar o aparecimento de cor nas áreas impressas a ciano, amarelo esverdeado, azul, magenta e vermelho. Os resultados são comparados com os diagramas da HP para a qualidade de cor. A adesão de “toner” é um teste xerográfico sem jacto de tinta, que mede o grau de adesão do toner ao revestimento. A adesão de toner é essencial para uso como um papel comercial para fins múltiplos, que será ffequentemente usado como papel de cópia. Aqui, é copiado um padrão de teste para o papel -17-

usando uma copiadora Xerox, as áreas de teste são enrugadas com um rolo de 5 libras, e os resultantes padrões de perda de “toner” são comparados a um conjunto de padrões. O grau de perda de “toner” é avaliado a partir de 1, melhor ou nenhuma perda de “toner”, até 10, pior ou grave perda de “toner”.

No teste de luminosidade, o papel revestido é testado para determinar a luminosidade TAPPI usando o medidor de luminosidade Technidyne S-4. Os resultados são comparados à matéria-prima de base não revestida.

EXEMPLOS

Os exemplos não limitadores que se seguem são meramente ilustrativos dos modelos de realização preferidos da presente invenção, e não devem ser considerados como limitando a invenção, cujo âmbito é definido pelas reivindicações em anexo.

Exemplo 1 A preparação de uma lama de hidróxido de cálcio foi efectuada pela combinação de 1 parte de cal com 5 partes de água com agitação mecânica a uma temperatura inicial de 50°C. A lama foi misturada durante cerca de 10 minutos, diluída com água até 1 parte de cal para 15 partes de água, e foi passada por um crivo de malha 60 para remover a areia.

O carbonato de cálcio foi precipitado a partir da lama num reactor em aço inoxidável de 30 litros, equipado com agitação a velocidade variável tendo dois rotores de turbina com lâminas de passo, camisas de aquecimento e de arrefecimento, um tubo de carbonatação em aço inoxidável, para dirigir um dióxido de carbono contendo gás para o rotor, e uma sonda para monitorizar o pH 18- Η da suspensão.

Vinte e seis (26) litros de lama de hidróxido de cálcio, preparada como atrás se descreveu, foram adicionadas ao reactor enquanto se agitava a 420 r.p.m. Adicionou-se, então, à lama, 6 gramas de organofosfonato (Briquest 221-50A, bi-(ácido metileno-fosfónico) de etanolamina, (Albright & Williams Américas, Inc., Richmond VA), correspondendo a 0,1 por cento em peso de Briquest baseado no equivalente de carbonato de cálcio da lama de hidróxido de cálcio. Adicionou-se, então, 1 litro de solução contendo 95,0 g de AI2SO4I6H2O. A temperatura da lama foi ajustada até 9,5°C e um dióxido de carbono contendo gás (28 por cento por volume de CO2 em ar) foi introduzido a uma velocidade de 2,3 S.C.F.M. enquanto se agitava a 615 r.p.m. A carbonatação da lama de hidróxido de cálcio prosseguiu durante 36 minutos com arrefecimento até se conseguir uma condutividade mínima da lama, indicando que a precipitação de carbonato de cálcio se completara. A temperatura final da lama foi de 15,8°C. A área superficial específica do resultante carbonato de cálcio foi determinado como sendo 115 m2/g.

Exemplo 2

Da mesma forma como se descreveu no Exemplo 1, a precipitação de carbonato de cálcio por carbonatação de uma lama de hidróxido de cálcio com um dióxido de carbono contendo gás na presença de 0,1 por cento em peso de Briquest e 3,15 por cento em peso de A12S04-16H20 foi efectuada com o mesmo equipamento. A carbonatação completou-se em 35 minutos quando se atingiu uma condutividade mínima. A temperatura final da lama foi de 16,7°C e o pH foi de 11,65. A área superficial específica do CCP era de 102,3 m2/g. A lama de CCP foi passada por um crivo de malha 325 e voltou a ser colocada no reactor. Enquanto se agitava, adicionou-se 45 g de Briquest 221-50A, correspondendo a - 19-

0,7 por cento em peso de Briquest, baseado no peso de CCP presente. O pH foi ajustado até 9,5, a lama foi aquecida até 80°C, e o CCP foi submetido a envelhecimento térmico a 80°C durante 5 horas. A área superficial específica do produto final era de 82,4 m2/g.

Exemplo 3

Da mesma forma como se descreveu no Exemplo 2, uma lama de hidróxido de cálcio foi carbonatada em presença de 0,1 por cento em peso de Briquest e 3,15 por cento em peso de AI2SO4 I6H2O onde ambas as percentagens são baseadas no equivalente de carbonato de cálcio do hidróxido de cálcio. O tempo de carbonatação era de 39 minutos, o pH final era de 10,9, e obteve-se um CCP com uma área superficial específica de 115,1 m2/g. Enquanto se agitava a mistura, adicionou-se 0,7 por cento em peso de Briquest 221-50A, baseado no peso de CCP. A lama foi passada por um crivo de malha 325, devolvida ao re-actor e aquecida até 80°C durante 2 horas. A área superficial específica do pro- Λ duto final era de 81,6 m /g.

Exemplo 4

Da mesma maneira como se descreveu no Exemplo 2, uma lama de hidróxido de cálcio foi carbonatada na presença de 0,7 por cento em peso de Briquest 221-50A e 3,15 por cento em peso de A12S04-16H20, baseando-se ambas as percentagens no carbonato de cálcio equivalente ao hidróxido de cálcio. O tempo de processamento para uma condutividade mínima foi de 36 minutos, e o pH final era de 11,4. A área superficial específica do CCP era de 99,1 m2/g. A lama foi passada através de um crivo de malha 325, devolvida ao reactor, agitada, e adicionou-se 0,15 por cento em peso de Briquest 221-50A, baseado no peso de CCP. O pH da lama foi ajustado até 9,5, e a lama foi aquecida até 80°C. O CCP -20- foi submetido a envelhecimento térmico a 80°C durante 2 horas, e obteve-se um CCP com uma área superficial específica de 63,8 m2/g.

Exemplo 5

Uma lama de carbonato de cálcio com um volume de 0,6 1 e uma concentração em sólidos de 20,2 por cento em peso, com base no peso total de carbonato de cálcio em água, onde o carbonato de cálcio era um CCP escale-noédrico com uma área superficial específica de 11,57 m2/g e um tamanho médio de partícula de 1,35 pm foi colocado num moinho de suporte de 1,5 1, em aço inoxidável, contendo 1,7 kg de contas de vidro de 0,7 a 0,9 mm. O moinho de suporte foi equipado com agitação mecânica de velocidade variável. A lama foi moída durante 10 minutos com uma velocidade de agitação de 2450 rpm. O pro- Λ duto moído tinha uma área superficial específica de 15,59 m/ge um tamanho médio de partícula de 0,35 microns.

Exemplo 6

Uma lama de carbonato de cálcio tendo um volume de 0,6 1 e uma concentração de sólidos de 18,7 por cento em peso, baseada no peso total do carbonato de cálcio e da água, onde o carbonato de cálcio era um CCP escale-noédrico com uma área superficial específica de 26,07 m2/g e um tamanho médio de partícula de 0,88 pm, foi colocada num moinho de suporte de 1,5 1, em aço inoxidável, equipado com agitação de velocidade variável e 1,7 kg de contas de vidro de 0,7 a 0,9 mm. A lama foi moída durante 10 minutos usando uma velocidade de agitação de 2450 rpm. O produto CCP moído tinha uma área superficial específica de 30,11 m2/g e um tamanho médio de partícula de 0,26 pm.

Os CCPs amadurecidos por calor e moídos por suporte dos Exem- -21

pios 1 a 6 foram formulados com um ligante apropriado e as folhas de papel de yeste foram revestidas com 6 g/m2 da formulação da maneira que atrás se descreveu. Depois de secar, as folhas de papel foram testadas para se avaliar a densidade óptica do negro puro, a densidade óptica do compósito, o alastramento, a penetração, o tempo de secagem e a solubilidade em água. Os resultados destes testes estão indicados no Quadro 1. Λ QUADRO 'Ο Amido 30 m <0 r-H 103,5 1 23,3 50 m θ' m Amido 30 CN <D 1,53 »—H O r\ ON 104 0,45 Amido 30 tJ- t-H 1,25 106,6 r CN CN CN θ' cn Amido 30 T“H 1,22 107,7 20,9 0,08 (N PVOH 30 CN CN^ ir) oo θ' o 21,8 1—H 0,07 (N PVOH l/~> T-H H 1,36 101,6 25,7 o 0,02 CN Amido 30 CN CN r> 1-Ή c\ r·-* 108,4 oo' 22 0,15 F«H PVOH 30 σ\ θ' cn^ 100,2 32,7 o 0,02 - PVOH σ\ θ' 1,34 101,3 34,5 o 0,02 Amido 30 0,98 r- v—H c\ 106,2 30,3 o o Exemplo No. Ligante % em peso de ligante Densidade óptica do negro compósito Densidade óptica do negro puro Alastramento Penetração Tempo de secagem Solubilidade em água

-23-

A

Estes resultados demonstram uma melhoria significativa quando comparados com um papel comercial típico não revestido, o qual, tipicamente, tem uma densidade óptica de negro compósito de cerca de 0,9, uma densidade óptica pura de cerca de 1,28, alastramento de cerca de 108, uma percentagem de penetração de cerca de 38, um tempo de secagem de cerca de 38, e uma solubilidade em água de cerca de 0,17. Por comparação, o melhor papel comercial revestido, de preço elevado, tem uma densidade óptica de negro compósito de cerca de 1,2, uma densidade óptica de negro puro de cerca de 1,56, alastramento de cerca de 98, uma percentagem de penetração de cerca de 28, um tempo de secagem de cerca de 12, e uma solubilidade em água de quase 0. Portanto, um papel de registo por jacto de tinta produzido de acordo com a presente invenção e, em particular, um papel que é revestido com uma formulação baseada no CCP produzido no Exemplo 2, é comparável em qualidade de impressão por jacto de tinta ao melhor papel comercial de preço elevado áctualmente disponível.

Na medida em que a invenção aqui divulgada demonstra estar bem calculada para preencher os objectos atrás indicados, deverá ter-se em consideração que os formuladores especializados na técnica podem conceber numerosas modificações e modelos de realização.

Lisboa, 17 de Julho de 2001

luís silva uakvauiu Agente Oficial da Propriedade Industrial RUA VICTOR CORDON, 14 1200 LISBOA

Claims

-1 - REIVINDICAÇÕES 1. Um processo de preparar um pigmento de carbonato de cálcio precipitado para uso como um papel de registo por jacto de tinta que compreende formar uma lama de partículas de carbonato de cálcio precipitado, adicionando um composto de organofosfonato à lama, e aquecendo a lama na presença do referido composto de organofosfonato para produzir o envelhecimento térmico das partículas de carbonato de cálcio precipitado durante tempo sufi- Λ ciente para lhes conferir uma área superficial BET superior a 60 m /g.
2. O processo de reivindicação 1, onde o composto de organofosfonato é um derivado de ácido fosfórico contendo amina e é adicionado numa quantidade situada entre 0,1 e 1 por cento em peso.
3. O processo de reivindicação 1, onde o composto de organofosfonato é bis-(ácido metilenofosfónico) de etanolamina e é adicionado numa quantidade entre 0,4 e 0,85 por cento em peso.
4. O processo de qualquer das reivindicações 1, 2 ou 3 onde as partículas de carbonato de cálcio precipitado são envelhecidas durante 1 a 10 horas a uma temperatura de pelo menos 75°C.
5. O processo de qualquer das reivindicações 1, 2, 3 ou 4 onde as partículas de carbonato de cálcio precipitado são envelhecidas durante 2 a 5 horas a uma temperatura entre cerca de 80-85°C.
6. As partículas de carbonato de cálcio submetidas a envelhecimento térmico sempre que forem obtidas pelo processo de qualquer uma das -2- reivindicações anteriores.
7. Um processo de fabricar um papel de registo por jacto de tinta compreendendo: revestir pelo menos um lado de uma matéria-prima à base de papel com um revestimento compreendendo partículas de carbonato de cálcio submetidas a envelhecimento térmico de acordo com a reivindicação 6 e um li-gante para formar o papel de registo por jacto de tinta.
8. O processo de reivindicação 7, onde o revestimento é aplicado a cada lado da matéria-prima à base de papel.
9. O processo de reivindicação 7 ou 8, onde o revestimento é aplicado ao papel numa máquina de fazer papel durante o processo de fabrico de papel.
10. O processo de reivindicação 7, 8 ou 9, onde o ligante é álcool polivinílico ou um amido.
11. Um papel de registo por jacto de tinta compreendendo uma matéria-prima à base de papel, coberta por um revestimento compreendendo um pigmento de carbonato de cálcio precipitado submetido a envelhecimento térmico tendo uma área superficial específica BET de pelo menos cerca de 60 m /g ou uma mistura da mesma com um carbonato de cálcio precipitado moído e um ligante
12. O papel para jacto de tinta da reivindicação 11, onde o pigmento de carbonato de cálcio precipitado moído por suporte tem uma área super-ficial específica BET de pelo menos cerca de 15 m /g. -3 - 13. 0 papel de registo por jacto de tinta de reivindicação 11 ou 12, onde o ligante é álcool polivinílico ou um amido. Lisboa, 17 de Julho de 2001 LUIS SILVA CARVALHO » Agente Oficial da Proprfedade Industrial RUA VICTOR CORDON, 14 1200 LISBOA