PT104748A - COMPOSITION OF PIGMENTS AND COATING COATING THAT CONTAINS IT, FOR PRINTING PAPER TO INK JET - Google Patents
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Abstract
A PRESENTE INVENÇÃO DIZ RESPEITO A UMA COMPOSIÇÃO DE PIGMENTOS PARA USO EM CALDAS DE REVESTIMENTO DE PAPEL, PARA IMPRESSÃO A JACTO DE TINTA, CONSTITUÍDA POR (A) UM CAULINO ULTRAFINO COM PARTÍCULAS DE CAULINITE ACENTUADAMENTE LAMELARES QUE POSSUEM UMA DIMENSÃO MÉDIA INFERIOR A 0,600 ΜM; E (B) UM CARBONATO DE CÁLCIO PRECIPITADO DE ESTRUTURA CALCÍTICA E COM PARTÍCULAS DE HÁBITO ESCALENOÉDRICO QUE POSSUEM UM DIÂMETRO MÉDIO INFERIOR A 1,100 ΜM; EM QUE A RELAÇÃO EM PESO DO CARBONATO DE CÁLCIO PRECIPITADO PARA O CAULINO É SUPERIOR A 2,0. O INVENTO DIZ TAMBÉM RESPEITO A UMA CALDA DE REVESTIMENTO, QUE COMPREENDE UMA SUSPENSÃO AQUOSA DA COMPOSIÇÃO PIGMENTOS DA INVENÇÃO, UM MODIFICADOR REOLÓGICO E UM AGENTE LIGANTE.The present invention relates to a composition of pigments for use in paper-coating spreads for ink-jet printing, consisting of (a) an ultra-fine cauline with substantially uniformly-shaped caulinite particles having an average density less than 0.600 μm; AND (B) A CALCIUM CALCIUM CARBONATE OF CALCIUM STRUCTURE AND WITH SCALENOID RUBBER PARTICLES HAVING AN AVERAGE DIAMETER LESS THAN 1.100 ΜM; Wherein the weight ratio of the precipitated calcium to the cauline is greater than 2.0. The invention also relates to a coating coating comprising an aqueous suspension of the composition of the invention, a reactive modifier and a binder.
Description
9 carboximetilcelulose designado aqui por CMC e que funciona também como co-ligante, isto é, para além de intervir nas caracteristicas reológicas, devido às suas longas cadeias poliméricas, acaba por actuar como um ligante das partículas dos pigmentos. 0 CMC utilizado na presente invenção possui normalmente um peso molecular que varia entre 150 000 g/mol e 300 000 g/mol, mais habitualmente entre 200 000 g/mol e 275 000 g/mol.9 carboxymethylcellulose designated herein by CMC and also functions as a co-binder, i.e. in addition to intervening in the rheological characteristics, due to its long polymer chains, it acts as a binder of the pigment particles. The CMC used in the present invention usually has a molecular weight ranging from 150,000 g / mol to 300,000 g / mol, more usually between 200,000 g / mol and 275,000 g / mol.
Este modificador reológico foi adicionado separadamente nas caídas de revestimento e misturado numa quantidade que varia preferencialmente entre 0,05% e 0,20% em massa, mais habitualmente entre 0,08% e 0,15% em relação à massa seca da totalidade dos pigmentos.This rheological modifier was added separately to the coating dips and mixed in an amount preferably ranging from 0.05% to 0.20 mass%, more usually 0.08% to 0.15% relative to the dry mass of all of the pigments.
Normalmente o teor em sólidos para a calda de revestimento varia entre 20% e 40%, mais habitualmente entre 25% e 35%, em volume do total de pigmentos.Usually the solids content for the coating liquor ranges from 20% to 40%, more usually from 25% to 35% by volume of the total pigments.
As suspensões são preparadas, primeiro, pela adição de um agente dispersante, um policarbonato de amónio numa concentração que varia geralmente entre 0,4% e 1,2% em massa à suspensão com água destilada, mais habitualmente entre 0,6% e 1%. O ligante normalmente utilizado nas caídas de revestimento da invenção é à base de látex estireno- 10 butadieno numa concentração que varia entre 5% e 15% (em massa), mais habitualmente entre 8% e 12%.The suspensions are first prepared by the addition of a dispersing agent, an ammonium polycarbonate in a concentration generally ranging from 0.4% to 1.2% by weight to the suspension with distilled water, more usually from 0.6% to 1% %. The binder normally used in the coating falls of the invention is styrene-10 butadiene latex based at a concentration ranging from 5% to 15% (by mass), more usually from 8% to 12%.
PARTE EXPERIMENTAL A calda de revestimento é depositada sobre um papel base cuja gramagem varia entre 60 g/m2 e 150 g/m2, mais habitualmente entre 80 g/m2 e 120 g/m2, de modo a obter-se uma gramagem de revestimento que varia entre 2,5 g/m2 e 6 g/m2, mais habitualmente entre 3 g/m2 e 5 g/m2. Com esta formulação e gramagem de revestimento, obtêm-se assinaláveis vantagens não apenas operacionais como técnico-económicas e tecnológicas. A camada de revestimento formada é muito fina, a sua espessura varia entre 6 μιη e 12 μιη, mais habitualmente entre 7 pm e 10 μπι. Apesar desta pequena espessura, consegue-se mascarar as irregularidades do papel base e obter-se um papel com um nivel de rugosidade muito baixo. A técnica que avalia esta propriedade é designada por rugosidade Bendtsen. Os seus valores variam entre 10 ml/min e 25 ml/min, mais habitualmente entre 15 ml/min e 20 ml/min. Com esta formulação registou-se uma diminuição da espessura do papel em relação ao papel apenas com carbonato de cálcio precipitado de cerca de 35% sem ter havido uma diminuição do grau de brancura e a lisura do papel melhorou significativamente em virtude da natureza fortemente lamelar das partículas de caulinite. A rugosidade Bendtsen diminuiu em cerca de 43%. Quanto ao coeficiente especifico de dispersão da luz teve apenas uma redução de 3%, o que é 11 insignificante. 0 coeficiente especifico de dispersão da luz varia entre 60 m2/kg e 75 m2/kg, mais habitualmente entre 65 m2/kg e 73 m2/kg. A opacidade permaneceu elevada, variando entre 85% e 100%, mais habitualmente entre 90% e 98%, enquanto o grau de brancura varia entre 85% e 95%, mais habitualmente entre 88% e 93%. A finalidade da presente invenção é a obtenção de um papel com caracteristicas semi-mate, com um valor de brilho de papel que varia entre 30% e 60%, mais habitualmente entre 45% e 55%. O objectivo aqui tem a ver com o interesse na obtenção de um valor elevado de brilho de contraste com manifesta vantagem ao nível da qualidade de impressão. O brilho de contraste é a diferença entre o brilho de impressão e o brilho de papel e quanto maior for este valor, com mais nitidez se apresentarão as imagens impressas em impressão a jacto de tinta. A dificuldade aqui reside em se conseguir o compromisso ao nível da lisura, uma vez que esta afecta o brilho e a qualidade de impressão, bem como a qualidade das imagens impressas. Com a presente invenção conseguiu-se obter um papel semi-mate com lisura elevada através da mistura em diferentes proporções de partículas escalenoédricas de carbonato de cálcio precipitado (calcite) com as partículas fortemente lamelares de caulinite, aproveitando as melhores caracteristicas intrínsecas de cada uma.EXPERIMENTAL PART The coating solution is deposited on a base paper whose weight ranges from 60 g / m 2 to 150 g / m 2, more usually 80 g / m 2 to 120 g / m 2, in order to obtain a coating weight which varies from 2.5 g / m2 to 6 g / m2, more usually from 3 g / m2 to 5 g / m2. With this coating formulation and grammage, remarkable advantages are not only operational but also techno-economic and technological. The formed coating layer is very thin, its thickness ranging from 6 μιη to 12 μιη, more usually between 7 μm and 10 μπι. Despite this small thickness, it is possible to mask the irregularities of the base paper and obtain a paper with a very low level of roughness. The technique that evaluates this property is called Bendtsen roughness. Their values range from 10 ml / min to 25 ml / min, more usually from 15 ml / min to 20 ml / min. With this formulation a decrease in the thickness of the paper relative to the paper was observed only with precipitated calcium carbonate of about 35% without a decrease in the whiteness degree and the paper smoothness was significantly improved by virtue of the strongly lamellar nature of the papers. particles of kaolinite. The Bendtsen roughness decreased by about 43%. As for the specific coefficient of light scattering had only a 3% reduction, which is 11 insignificant. The specific light scattering coefficient ranges from 60 m2 / kg to 75 m2 / kg, more usually between 65 m2 / kg and 73 m2 / kg. The opacity remained high, ranging from 85% to 100%, more usually from 90% to 98%, while the degree of whiteness ranges from 85% to 95%, more usually from 88% to 93%. The purpose of the present invention is to provide a semi-matte paper having a paper brightness value ranging from 30% to 60%, more usually from 45% to 55%. The purpose here has to do with the interest in obtaining a high value of contrast brightness with obvious advantage in the quality of the print. Contrast brightness is the difference between the print brightness and the paper brightness, and the higher this value, the sharper the images printed in inkjet printing. The difficulty here is to achieve the compromise on smoothness, as it affects the brightness and print quality as well as the quality of the printed images. With the present invention, a smooth matte semi-matte paper was obtained by mixing in different proportions of scalenohedral particles of precipitated calcium carbonate (calcite) with the strongly lamellar kaolinite particles, taking advantage of the best intrinsic characteristics of each.
Na presente invenção, para além do cuidado na obtenção de uma superfície semi-mate, houve a necessidade 12 de controlar a estrutura do revestimento de papel ao nível da porosidade.In the present invention, in addition to the care in obtaining a semi-matt surface, it has been necessary to control the paper coating structure at the porosity level.
Devido à estrutura porosa das partículas do pigmento carbonato de cálcio precipitado, o índice de penetração de tinta de papéis com este pigmento mostra valores elevados, o que prejudica a qualidade de impressão. A tinta penetra em profundidade, aproveitando os poros da camada de revestimento, ficando assim menos tinta retida à superfície do papel e diminuindo a qualidade de impressão. Este facto é contrariado pela adição das partículas lamelares de caulinite que se orientam de preferência paralelamente no plano xy do papel (plano horizontal) e constituem fortes obstáculos à penetração da tinta. O índice de penetração de tinta varia entre 5 e 9, mais habitualmente entre 6 e 8. Quanto ao brilho de impressão, este varia entre 85% e 110%, mais habitualmente entre 90% e 100%. Isto significa que se conseguiu obter um papel com um valor elevado de brilho de impressão, associado a um valor baixo de índice de penetração de tinta, ao mesmo tempo que a superfície do papel apresenta características semi-mate. Daqui resulta um papel com um valor elevado de brilho de contraste que varia entre 38 e 50, mais habitualmente entre 40 e 48.Due to the porous structure of the precipitated calcium carbonate pigment particles, the ink penetration rate of papers with this pigment shows high values, which impairs the print quality. The ink penetrates deeply, taking advantage of the pores in the coating layer, thereby less ink being trapped on the paper surface and decreasing the print quality. This is counteracted by the addition of kaolinite lamellar particles which are preferably parallel in the xy-plane of the paper (horizontal plane) and constitute strong obstacles to ink penetration. The ink penetration index ranges from 5 to 9, more usually from 6 to 8. As for printing brightness, it ranges from 85% to 110%, more usually from 90% to 100%. This means that a paper with a high print brightness value associated with a low ink penetration index value has been achieved, while the paper surface has semi-matte characteristics. This results in a paper having a high contrast brightness value ranging from 38 to 50, more usually 40 to 48.
As características texturais do papel obtido na presente invenção mostram aspectos muito particulares uma vez que o papel possui um baixo volume equivalente de poros, que varia entre 200 pm3 e 500 pm3, mais 13 habitualmente entre 250 μιη3 e 400 μιη3, o que significa que a estrutura da camada de revestimento é relativamente fechada.The textural features of the paper obtained in the present invention show very particular aspects since the paper has a low equivalent volume of pores, ranging from 200 pm3 to 500 pm3, more usually between 250 μ3 and 400 μ3, which means that the paper The structure of the coating layer is relatively closed.
Com a presente invenção obteve-se um papel com caracteristicas químicas de superfície muito especiais uma vez que apresenta um forte carácter polar que varia entre 0,10 mN/m e 0,80 mN/m, mais habitualmente entre 0,20 mN/m e 0,70 mN/m. A densidade óptica avaliada em equipamento adequado para tal e para impressão a jacto de tinta a cor preta revelou que varia entre 1,600 e 2,000, mais habitualmente entre 1,750 e 1,900, valor muito elevado.With the present invention a paper having very special surface chemical characteristics has been obtained as it has a strong polar character ranging from 0.10 mN / m to 0.80 mN / m, more usually 0.20 mN / m0 , 70 mN / m. Optical density evaluated on suitable equipment for such and black ink jet printing has shown that it ranges from 1,600 to 2,000, more usually between 1,750 and 1,900, a very high value.
As tintas de impressão a jacto de tinta de cor preta são, em geral, hidrofílicas, à base de água e corante, o que significa que o papel conseguido na presente invenção apresenta uma elevada afinidade química com aquele tipo de tinta.Black inkjet inks are generally hydrophilic, water based and colorless, which means that the paper achieved in the present invention exhibits a high chemical affinity with that type of ink.
Quanto às tintas de cores de impressão a jacto de tinta, estas costumam ser pigmentadas e apresentam caracteristicas hidrofóbicas.As for ink-color inks, these are often pigmented and have hydrophobic characteristics.
Quanto às cores magenta e amarelo, a densidade óptica varia entre 0,800 e 1,000, mais habitualmente entre 0,850 e 0,950. Na avaliação do comportamento do papel à 14 impressão a cores avaliou-se a Área Gamut que varia entre 6000 e 7000, mais habitualmente entre 6200 e 6800.As for magenta and yellow colors, the optical density varies between 0,800 and 1,000, more usually between 0,850 and 0,950. In the evaluation of the behavior of the paper to 14 color printing the Gamut Area was evaluated, varying between 6000 and 7000, more usually between 6200 and 6800.
Os dados de caracterização da superfície do papel obtidos com base em perfilometria a 3D mostraram que o papel semi-mate apresenta uma combinação muito particular entre Sa (rugosidade média), Sp (altura máxima dos picos), Sv (profundidade máxima dos vales na superfície), Sds (densidade de picos) e Sdr (percentagem de área adicional relativamente a um plano). O papel semi-mate obtido nesta invenção apresenta muito baixa rugosidade e altura máxima de picos, uma elevada densidade de picos, baixa profundidade máxima dos vales na superfície e igualmente baixa percentagem de área adicional em relação a um plano. Estas características muito especiais são conseguidas, mais uma vez, pela presença das partículas fortemente lamelares de caulinite, orientadas, que, em percentagens adequadas, em combinação com as partículas escalenoédricas de calcite precipitada, em maioria, dão origem a um papel com uma baixa espessura de revestimento, e com características óptimas para a impressão a jacto de tinta, tanto a preto como a cores.The paper surface characterization data obtained on the basis of 3D profilometry showed that the semi-matt paper presents a very particular combination between Sa (mean roughness), Sp (maximum height of the peaks), Sv (maximum depth of the surface valleys ), Sds (peak density) and Sdr (percentage of additional area relative to a plane). The semi-matt paper obtained in this invention exhibits very low roughness and peak height, high peak density, low maximum depth of the valleys on the surface and equally low percentage of additional area in relation to a plane. These very special characteristics are achieved, again, by the presence of the strongly oriented lamellar kaolinite particles which, in suitable percentages, in combination with the precipenoid calcite particles precipitate, in the majority, give rise to a paper with a low thickness coating and with optimum characteristics for both black and color inkjet printing.
EXEMPLOSEXAMPLES
Os exemplos que se seguem destinam-se a ilustrar a invenção e não a limitar, de modo algum, o seu âmbito. 15The following examples are intended to illustrate the invention and not to limit in any way its scope. 15
Exemplo 1Example 1
Uma composição que expressa a invenção foi preparada usando um caulino fino, designado por "caulino A" e um carbonato de cálcio precipitado designado por "CCP B", numa relação 20:80, quantidade de caulino em peso em relação à quantidade de carbonato de cálcio na composição. O caulino A tem as seguintes propriedades: 1- Grau de brancura ISO: 81,4; 2- Superfície especifica: 21 metros quadrados por grama; 3- Factor de forma: 17; 4- Média das partículas: 0,474 micras; 5- Propriedades granulométricas (P é a percentagem em peso X (micra) P % 1 93 0,5 70 0,2 15 de partículas que possuem um diâmetro esférico equivalente inferior a X μιη, onde X é, respectivamente, 1 μιη, 0,5 μιη e 0,2 μιη) : _ O carbonato de cálcio possui as seguintes propriedades: 1- Grau de brancura ISO: 93 2- Média das partículas: 0,896 micrómetros; 3- Propriedades granulométricas: 16 X (micra) P % 1 90 0, 5 79 0,2 11 A composição da calda de revestimento baseia-se nos pigmentos misturados com água e um sistema ligante. 0 teor em sólidos para a calda de revestimento foi de 30% em peso de pigmento. As suspensões foram preparadas, primeiro, pela adição de 0,7% em peso de um agente dispersante, o policarbonato de amónio, à suspensão com água destilada. Às formulações das caídas de revestimento foram-lhes adicionadas 10 partes (em peso) de látex estireno-butadieno e de uma parte de um co-ligante. Foi igualmente adicionado como modificador reológico, carboxilo metilo celulose, designado por CMC, com um peso molecular de 250 000 g/mol que foi adicionado numa quantidade de 0.1-% em peso relativamente ao peso seco do pigmento. A calda de revestimento foi aplicada num papel base de origem portuguesa usando para tal uma máquina de revestir laboratorial. A calda de revestimento foi aplicada de modo a obter-se um revestimento com uma gramagem de 3 g.m“2. A folha revestida foi calandrada e testada para a avaliação das propriedades fisicas e ópticas usando os procedimentos padrão. O brilho de papel obtido foi de 45%, caracteristica englobada nos papéis semi-mate e o brilho de impressão foi de 93% o que dá um valor de brilho de 17 contraste de 48%. 0 papel obtido possui uma lisura muito baixa, 18 ml/min segundo a rugosidade Bendtsen e os valores de opacidade e de grau de brancura são muito elevados, 98% e 92%, respectivamente. 0 coeficiente de dispersão da luz é bastante elevado, 70 m2/kg o que justifica os elevados valores das duas propriedades referidas atrás.A composition expressing the invention was prepared using a fine kaolin, designated " kaolin A " and a precipitated calcium carbonate designated " CCP B ", in a ratio of 20:80, amount of kaolin by weight relative to the amount of calcium carbonate in the composition. Kaolin A has the following properties: 1- Whiteness degree ISO: 81.4; 2- Specific surface: 21 square meters per gram; 3- Form Factor: 17; 4. Mean of the particles: 0.474 microns; 5. Granulometric properties (P is the percentage by weight X (micron) P% 1 93 0.5 70 0.2 15 of particles having an equivalent spherical diameter of less than X μιη, where X is, respectively, 1 μιη 0 , 5 μιη and 0.2 μιη): Calcium carbonate has the following properties: 1- Whiteness degree ISO: 93 2- Particle mean: 0.896 microns; 3. Granulometric properties: 16 X (micron) P% 1 90 0, 5 79 0.2 11 The coating composition is based on pigments mixed with water and a binder system. The solids content of the coating solution was 30% by weight pigment. The suspensions were first prepared by the addition of 0.7% by weight of a dispersing agent, the ammonium polycarbonate, to the suspension with distilled water. 10 parts (by weight) of styrene-butadiene latex and a part of a co-binder were added to the coating drop formulations. Carboxyl methyl cellulose, designated CMC, having a molecular weight of 250,000 g / mol was also added as the rheological modifier which was added in an amount of 0.1-% by weight relative to the dry weight of the pigment. The coating solution was applied to a base paper of Portuguese origin using a laboratory coating machine. The coating syringe was applied so as to obtain a coating having a grammage of 3 gm.sup.2. The coated sheet was calendered and tested for evaluation of physical and optical properties using standard procedures. The obtained paper brightness was 45%, a feature included in the semi-matt papers and the print brightness was 93%, which gives a contrast brightness value of 48%. The obtained paper has a very low smoothness, 18 ml / min according to the Bendtsen roughness and the opacity and whiteness values are very high, 98% and 92%, respectively. The light scattering coefficient is quite high, 70 m2 / kg which justifies the high values of the two properties referred to above.
Exemplo 2 A composição da calda de revestimento é semelhante ao exemplo anterior mas o modificador reológico é o carboxilo metilo celulose (CMC) com um peso molecular de 35.000 g/mol, com um teor de 0,2% em peso relativamente ao peso seco do pigmento e o teor em sólidos na mistura é de 32,5% em peso de pigmento. O valor de densidade óptica referente à cor preta foi de 1,897 enquanto o valor de área Gamut alcançou o valor de 6446. Estes valores são apoiados pela baixa componente polar da superfície do papel, 0,42 mN/m num valor total de energia de superfície de 32,3 mN/m. Este carácter químico traduz um equilíbrio entre as características hidrofílica e hidrofóbica do papel e as características mais polares da tinta de impressão preta e as características mais hidrofóbicas das tintas de impressão a cores.Example 2 The coating composition is similar to the previous example but the rheological modifier is carboxyl methyl cellulose (CMC) having a molecular weight of 35,000 g / mol, with a content of 0.2% by weight relative to the dry weight of the pigment and the solids content in the blend is 32.5% by weight pigment. The optical density value for the black color was 1.897 while the Gamut area value reached 6446. These values are supported by the low polar component of the paper surface, 0.42 mN / m at a total surface energy value of 32.3 mN / m. This chemical characterizes a balance between the hydrophilic and hydrophobic characteristics of the paper and the more polar characteristics of the black printing ink and the more hydrophobic characteristics of the color printing inks.
Exemplo 3 A composição da calda de revestimento é semelhante ao exemplo anterior mas o modificador reológico 18 é o carboxilo metilo celulose (CMC) com um peso molecular de 250.000 g/mol, com um teor de 0,2% em peso relativamente ao peso seco do pigmento e o teor em sólidos na mistura é de 32,5% em peso de pigmento. A superfície do papel foi avaliada em termos de topografia através de um rugosímetro que utiliza a tecnologia a laser, AltiSurf Profilometer. A superfície do papel possui um número muito elevado de picos por milímetro quadrado, 5819 a que correspondem valores muito baixos de rugosidade média (Sa), 0,52 μιη e de altura máxima de picos (Sp), 1,79 μιη. Este papel possui um volume de poros da superfície muito baixo, 387 μιη3, que se traduz por uma superfície onde existe um controle muito apertado dos poros que exercem um papel activo na absorção das gotas de tinta durante a impressão de jacto de tinta. Estas caracteristicas, muito particulares da superfície do papel, são responsáveis pela neutralização das forças de Marangoni com o consequente empolamento da qualidade de impressão.Example 3 The coating composition is similar to the previous example but the rheological modifier 18 is carboxyl methyl cellulose (CMC) having a molecular weight of 250,000 g / mol, with a content of 0.2% by weight relative to the dry weight of the pigment and the solids content in the blend is 32.5% by weight pigment. The surface of the paper was evaluated in terms of topography through a rugosimeter that uses the laser technology, AltiSurf Profilometer. The surface of the paper has a very high number of peaks per square millimeter, 5819 corresponding to very low values of average roughness (Sa), 0.52 μιη and maximum peak height (Sp), 1.79 μιη. This paper has a very low surface pore volume, 387 μιη 3, which translates to a surface where there is a very tight control of the pores which play an active role in the absorption of ink droplets during ink jet printing. These characteristics, very particular of the paper surface, are responsible for the neutralization of Marangoni's forces with the consequent blistering of the print quality.
Lisboa, 1 de Setembro de 2010Lisbon, September 1, 2010
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