Пигмент для применения в покрытиях регистрирующей среды струйных систем и способы его получения

Пигмент для применения в покрытиях регистрирующей среды струйных систем и способы его получения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Настоящее изобретение относится к пигментам для композиций покрытий регистрирующей среды для краски, в частности предназначенных для струйной печати, и к способам приготовления и применения пигментов композиций для покрытия.

Уровень техники

Способы струйной регистрации представляют собой одну из наиболее важных и широко используемых технологий для высокоскоростной электронной печати. Струйные принтеры имеют, как правило, множество сопел, соединенных с подачей краски на жидкой основе. Сопла по требованию могут быть задействованы с целью распыления сверхтонких жидких капелек краски. Обычно ряд сопел регулируется таким образом, чтобы сопла выпрыскивали капельки краски в конфигурацию знаков или изображений на поверхности бумаги. Преобладающими технологиями струйной печати, которые в настоящее время используют производители принтеров, являются термопузырьковые и пьезоэлектрические принтеры. В струйных принтерах традиционно используется краска на водной основе. Обычные краски содержат небольшое количество красочного пигмента при преобладающем количестве воды в качестве носителя.

Используемая на струйном принтере бумага в значительной степени определяет качество напечатанного изображения. Бумага, которая пригодна для струйной печати, обычно состоит из бумаги-основы, покрытой составом, улучшающим впитываемость краски бумагой. Бумагу-основу для впитывающих краску покрытий обычно изготовляют из отбеленной химической целлюлозной массы, к которой добавляют наполнители, красители и при необходимости проклеивающие агенты и добавки, повышающие прочность. Традиционная композиция впитывающего краску покрытия, наносимая на бумагу-основу, обычно включает связующее и пористый тонкодисперсный порошок, способный поглощать наносимую на поверхность бумаги краску. В настоящее время матовые и высокоглянцевые сорта бумаги для струйной печати продаются со значительной наценкой по сравнению с бумагой без покрытия.

Белизна и поглотительная способность бумаги сильно влияют на качество изображения. Стандартные бумаги без покрытия обычно не подходят для струйной печати с высоким разрешением. Шероховатая или грубая бумага рассеивает свет в большем количестве направлений по сравнению с бумагой, имеющей более гладкую поверхность. Более гладкая бумага делает напечатанные на ней изображения более яркими, в то время как остальные факторы остаются теми же самыми. Что касается поглощения, идеально, когда нанесенная распылением на бумагу краска остается в виде плотной симметричной точки. Краска не должна поглощаться бумагой слишком глубоко, так как нанесенная распылением точка потеряет оптическую плотность на бумажной поверхности и будет стремиться «расплываться». «Расплывание» означает то, что нанесенная распылением точка краски поглощается бумагой таким образом, что она неравномерно распространяется в боковом направлении, покрывая несколько большую площадь, чем было рассчитано. В результате этого напечатанное изображение выглядит несколько размыто, особенно по краям. Высококачественная бумага для струйной печати в идеальном случае должна быть предварительно покрыта пленкой, которая удерживала бы краску близко к поверхности бумаги, придавая напечатанному изображению повышенную оптическую плотность, давая при этом водной среде или носителю поглощаться глубже в материал бумаги и ускоряя застывание и высыхание краски. Это благоприятствует более высоким скоростям печати и снижает проблемы стирания или перемещения краски, возникающие при слабом поглощении носителя. Таким образом, желательны улучшенное качество печати и ускоренное высыхание краски. Достижение должного баланса этих свойств является трудной задачей, особенно при повышенных разрешающих способностях принтера и уменьшенных диаметрах точек.

В настоящее время наиболее широко применяемым пигментом для покрытия при изготовлении бумаги для струйной печати с покрытием являются кремнеземы. Структурированные кремнеземы являются синтетическими продуктами. Кремнеземы обычно создают приемлемый баланс пригодности для печати струйным способом и атрибутов высыхания краски. Однако практикуемое до настоящего времени применение кремнеземов для этой цели имеет недостатки. Кремнеземы относительно дороги в производстве. В дополнение к относительно высокой себестоимости кремнеземов приходится иметь дело с пылеобразованием в результате дроблении кремнеземов в процессе нанесения покрытия. Кроме того, кремнеземы обладают большой удельной поверхностью, из-за чего содержащие их покрытия имеют тенденцию очень быстро загущаться при небольших повышениях содержания кремнезема. По этой причине в применяемых на бумаге для струйной печати покрытиях с использованием кремнеземов содержание твердого кремнеземного материала обычно подбирается относительно низким, в то время как для достижения достаточно высокой силы связывания требуются относительно большие количества связующего. Повышенная вязкость покрытий, возникающая при низких уровнях пигмента, обусловленная применением в качестве поглотительного пигмента в покрытиях бумаги кремнеземов, затрудняет регулирование массы покрытия при таких низких уровнях твердого материала. Высокая удельная поверхность кремнезема является полезной, поскольку это создает открытую структуру в непрерывной фазе связующего. Эта открытая структура обеспечивает быстрое поглощение краски, что приводит к высокой способности краски к высыханию на струйном принтере.

В патенте США №4478910 описывается бумага для регистрации струйным методом, включающая базовый лист с определенной степенью проклейки, имеющий слой покрытия, включающий мелкие частицы кремнезема и водорастворимое полимерное связующее.

В патентах США №№6140406 и 6129785 описывается композиция покрытия для регистрирующей среды для струйной печати, включающая водную суспензию поглотительного кремнеземного пигмента, связующего на основе поливинилового спирта и катионного фиксирующего агента. Пигментом преимущественно является смесь 75% или более силикагеля, имеющего объем пор 0,5-2,0 см³/г, и 10% или более окиси алюминия или трехводной окиси алюминия.

В патенте США №5985424 описывается бумага с покрытием для струйной печати, в которой имеется базовый слой покрытия с хорошей поглотительной способностью в отношении носителя краски, а верхний слой является впитывающим покрытием. В одном из предпочтительных воплощений базовый слой содержит смесь осажденного карбоната кальция и обожженной глины, диспергированную в стандартном связующем для покрытия, в то время как верхний слой содержит пылеобразный или пирогенный оксид кремния, диспергированный в эмульсии, приготовленной из стирола, полимеризованного в присутствии поливинилпирролидона (нестандартное связующее).

Наряду с оксидом кремния для композиций покрытий для бумаги предлагались и другие типы пигментов. Например, традиционные порошки карбоната кальция, используемые в качестве пигмента покрытия для бумаги, не дают функционального улучшения печатных характеристик бумаг с покрытием для струйной печати. Вследствие этого традиционный карбонат кальция можно с успехом добавлять к покрытиям для бумаги для придания им оптических эффектов, например для усиления белизны и гладкости, но он отрицательно влияет на печатные свойства и способность краски к высыханию.

В патенте США №6441076 описывается получение композиции для покрытия пригодной для бумаги для струйной печати, где композиция содержит большое количество карбоната кальция со сверхтонким размером частиц (в расчете сухой вес) и растворенный частично гидролизованный низкомолекулярный поливиниловый спирт с малым размером частиц. В этом случае удельная поверхность карбоната кальция очень высока в целях имитации рабочих характеристик обладающего высокой удельной поверхностью кремнезема. И все же воспроизведение цвета и высыхание краски не достигают того уровня, которым обладает лист с покрытием на основе кремнезема.

В патенте США №5397619 описывается бумага для струйной регистрации, состоящая из бумаги-основы и регистрирующего слоя на по крайней мере одной поверхности, содержащего, по меньшей мере, 40 мас.% пигмента и не более 60 мас.% связующего, у которой (бумаги) шероховатость поверхности десятиточечной высоты на регистрирующем поверхностном слое составляет не более 5 мк и воздухопроницаемость составляет не более 1000 секунд. Пигментом может быть кремнезем, сажа или получаемый влажным способом силикагель, получаемый сухим способом сверхтонкий кремнезем или комплекс карбоната кальция с оксидом кремния, имеющий структуру частиц, состоящих по существу из оксида кремния, выкристаллизовавшегося в кристаллах карбоната кальция.

В патенте США №6274226 описываются мезопористые алюмосиликатные пигменты, приготовленные с использованием в качестве связующего поливинилового спирта и предназначенные для применения в покрытиях для бумаги для струйной печати и в безуглеродных покрытиях для бумаги.

В патенте США №5997625 описывается пигмент для покрытия для струйной печати, содержащий водную глину, подвергнутую выщелачиванию щелочью прокаленную глину и пористый минерал.

В патенте США №5882396 описывается композиция покрытия для бумаги, предназначенная для изготовления бумаги с покрытием для струйной печати, которая включает композиционный пигмент, выбираемый из одного или более: каолина, прокаленного каолина, доломита, молотого природного карбоната кальция, осажденного карбоната кальция, сульфата кальция и талька, преимущественно содержащего от 1 до 50 мас.% крупного пимента и от 99 до 50 мас.% тонкодисперсного пигмента с определенными рекомендованными распределениями размера частиц, и гидрофильный полимерный клей.

В патенте США №4554181 описывается лист для регистрации струи краски, имеющий двухкомпонентную катионную регистрирующую поверхность, состоящую из подложки, имеющей регистрирующую поверхность, содержащую катионный полимер, который используется в комбинации с водорастворимой солью поливалентного металла, в которой полимер обеспечивает поверхность с катионными группами для ионного взаимодействия с анионным красителем и придания ему нерастворимости. В том случае, когда композиции покрытия содержат пигменты, в патенте '181 не придается какого-либо значения порядку смешения компонента этого типа с другими ингредиентами и указывается, что используемый для получения композиций покрытия процесс смешения производится в одной емкости. Кроме того, в патенте '181 описывается применение в композициях покрытия связующих только неанионного типа.

Бóльшая часть катионных полимеров в их жидкой форме являются слегка окрашенными в цвета от бледно-оранжевого до глубокого оранжево-красного. Окраски, приобретаемые от катионно-полимерных ингредиентов, используемых в композициях покрытий бумаги, могут повлиять на белизну и оттенок конечного листа с покрытием. Кроме того, применение специфических катионных пигментов приводит к различной химической активности по отношению к цветным компонентам струи краски, что обеспечивает хорошую кроющую способность, но может изменить цветовую гамму печатаемого рисунка. Было бы желательно создать композиции покрытий с пониженными уровнями катионных полимеров и которые бы при этом отвечали техническим требованиям.

Существует потребность в альтернативных, более дешевых по сравнению с синтетическими кремнеземами пигментах, предназначенных для покрытий бумаги, в частности бумаги для струйной печати, которые обеспечивали бы покрытию желаемую реологию при высоком содержании твердого материала и равномерных печатных характеристиках, включая сюда (но не ограничиваясь этим) воспроизведение цвета, плотность печати и высыхание краски. Было бы также желательно, если бы пигменты покрытия сохраняли свою функцию со стандартными связующими покрытия бумаги и могли применяться на современной сверхскоростной бумагоделательной машине.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение относится к пигменту, пригодному для применения в композициях покрытий регистрирующей среды для краски, включающих неорганический сыпучий материал с обработанной поверхностью, получаемый при контактировании поверхностей неорганического сыпучего материала с водорастворимой солью поливалентного металла в водной среде, где обработанные поверхности обладают катионным поверхностным зарядом, а соль представляет собой соль металла группы II или группы III Периодической таблицы.

Бумаги, покрытые содержащими пигменты материалами, обеспечивают быстрое поглощение носителя краски, фиксацию красителя на поверхности и хорошие поверхностные свойства, обусловленные малым расходом связующего для покрытия. Регистрирующие среды для струйной печати, обработанные композициями покрытий, содержащими упомянутый выше пигмент, обеспечивают высокоплотные, быстросохнущие и нерасплывающиеся изображения с повышенной водостойкостью. Пигменты настоящего изобретения являются эффективными функциональными заменителями относительно более дорогих кремнеземных пигментов и могут применяться при высоком содержании твердого материала на стандартной бумагоделательной машине.

В одном из воплощений композиции покрытия настоящего изобретения могут содержать от примерно 45 до примерно 70 мас.% более конкретно от примерно 50 до примерно 65 мас.% поверхностно обработанного пигмента и оставаться при этом пригодными для обработки и иметь хорошие рабочие характеристики.

В одном из воплощений настоящего изобретения композиции покрытия получают способом, в котором до того, как пигмент будет введен в контакт с катионным полимером, неорганические пигменты предварительно отдельно обрабатывают солью поливалентного металла группы II или группы III Периодической таблицы, в результате чего водорастворимая соль поливалентного металла контактирует с поверхностями неорганического сыпучего материала, образуя поверхностно обработанный сыпучий материал, имеющий на поверхностях катионный поверхностный заряд, после чего при последующей обработке поверхностно обработанный пигмент соединяется с катионным полимером в композиции для покрытия. Этот способ был разработан с той целью, чтобы сделать возможным создание в композициях покрытия содержания твердого материала до 60 мас.% или выше, не испытывая при этом проблем с гелеобразованием. Катионный полимер преимущественно содержит четвертичное аминовое соединение, более предпочтительно эпихлоргидрин-полиаминовое соединение.

Выражение «гелеобразование» для целей настоящей заявки означает высокую степень коагуляции, которую претерпевает пигмент, в результате которой становится невозможным продолжать операцию перемешивания из-за быстрого нарастания высокой вязкости.

В другом воплощении пигменты отдельно смешивают с катионным полимером, содержащим четвертичное аминовое соединение, с последующим введением в контакт с минералом и обработкой поверхности солью металла группы II или группы III Периодической таблицы, которое (воплощение) было разработано для того, чтобы сделать возможным создание в композициях покрытия содержания уровней твердого материала до 45 мас.% или выше, не испытывая при этом проблем с гелеобразованием.

Если не соблюдать эти последовательности смешивания с минералом согласно воплощениям настоящего изобретения, то, было замечено, что композиции покрытия с по меньшей мере 45 мас.% твердого материала, получаемые с использованием катионных полимеров и пигментов, не могут быть получены. Наряду с этим настоящее изобретение позволяет понизить количество катионного полимера, которое бы потребовалось для композиций покрытий в других случаях.

При использовании составов покрытий согласно изобретению достигается также большая однородность внешнего вида покрытия. Кроме того, настоящее изобретение позволяет использовать меньшие содержания связующего и использовать в покрытиях для струйной печати стандартные типы связующих.

Уменьшение удельной поверхности используемого в настоящем изобретении пигмента приводит к упрощению приготовления и снижению себестоимости состава. Малая удельная поверхность пигмента настоящего изобретения улучшает способность краски к высыханию по всей структуре покрытия. В одном из воплощений необходимое взаимодействие краски регистрирующей среды для струйной печати достигается при использовании пигмента для покрытия в соответствии с одним из воплощений настоящего изобретения, в котором пигмент получают из неорганического сыпучего материала с относительно малой удельной поверхностью, такого, например, как осажденный карбонат кальция (РСС) или молотый карбонат кальция (GCC), имеющих удельную поверхность менее примерно 15 м²/г. Эта способность является неожиданной, если учесть существующую в области покрытий для бумаги для струйной печати тенденцию к использованию в покрытиях для бумаги карбонатов кальция с высокой удельной поверхностью (а именно более 30 м²/г). Для целей настоящей заявки «удельная поверхность» измеряется методом BET.

При этом, когда поверхность РСС или GCC, который является щелочным материалом, обрабатывается сильнокислыми реагентами типа солей поливалентных металлов согласно изобретению, такими как хлоргидрат алюминия (АСН) (рН 4-5), неожиданным образом оказалось, что в процессе операции обработки поверхности АСН не растворяет частицы карбоната кальция. Кроме того, высокий катионный заряд, создаваемый на поверхностях частиц при обработке с помощью АСН, сохраняется даже при высоких щелочных значениях рН после поверхностной обработки, не вызывая чрезмерного повышения содержания Са²⁺, что указывает на растворение частиц. Бумага, покрытая таким пигментом, ведет себя так, как если бы ее поверхность была катионной по своей природе. Благодаря этому на бумаге с таким покрытием могут печататься высокоплотные изображения, особенно при использовании краски для струйной печати, имеющей анионную природу. При этом использование АСН обеспечивает равномерное поглощение всех красителей краски, делая возможным более естественное воспроизведение цвета.

Таким образом, катионно-заряженные пигменты настоящего изобретения неожиданным образом могут быть использованы с анионным связующим в композициях покрытий для бумаги, не создавая высокой вязкости. Вследствие этого пигменты могут применяться со стандартными анионными латексами, такими как латексы на основе стирол-бутадиенового каучукового связующего, поливинилацетатного связующего и т.д. Поливинилацетатные и другие латексы привлекательны также благодаря их себестоимости и с точки зрения удобства использования. Результатом этого является возможность повышения содержания твердого материала в композициях покрытий для бумаги до 45 мас.% или выше при одновременном снижении содержания связующего, что облегчает применение композиций для покрытия на современных бумагоделательных машинах.

Пигмент с низкой удельной поверхностью и низкое содержание связующего в композициях покрытий для бумаги обеспечивают повышенную укрывистость, которая проявляется в виде высокой белизны покрытия, что рассматривается как следствие полупрозрачности покрытия, создающейся поверх печатной подложки. При этом пигменты не придают покрытию нежелательных цветовых оттенков, имеют слабый запах и малую вязкость течения в форме водной суспензии.

Пигменты настоящего изобретения могут быть использованы для усиления печатных характеристик широкого ряда печатных подложек, таких как листы и рулоны бумаги с покрытием и без покрытия, бумага из пластмассового волокна, пластиковые пленки, металлическая фольга, мелованный картон, немелованный картон и т.п. Покрытия бумаги для струйной печати, в частности для матовой бумаги, могут быть с успехом приготовлены с использованием некремнеземных пигментов согласно настоящему изобретению. Пигменты настоящего изобретения могут быть также пригодными для композиций для покрытия для высокоглянцевых бумаг. Названные выше выгоды и преимущества в равной степени действительны и для композиции для покрытия менее дорогой бумаги для струйной печати.

Настоящее изобретение относится также к составу покрытий, так как состав покрытий совершенно уникален в отношении применения связующих на основе анионных латексов, а также низких уровней этих связующих в покрытии для струйной печати.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 представляет блок-схему технологической схемы производства и применения пигмента и покрытия для бумаги согласно одному из воплощений изобретения.

Фиг.2 представляет блок-схему технологической схемы производства покрытия для бумаги согласно одному из конкретных воплощений изобретения.

Фиг.3 представляет блок-схему технологической схемы производства покрытия для бумаги согласно одному из альтернативных воплощений изобретения.

Фиг.4 является графиком, иллюстрирующим различные смеси из тонкодисперсной и структурированной глины и их влияние на плотности печатных красок и скорости высыхания краски, как это описывается в приведенном здесь примере.

Фиг.5 является графиком, представляющим распределение размера частиц сверхтонкого молотого карбоната кальция (UFGCC), как это описывается в приведенном здесь примере.

Осуществление изобретения

Согласно предшествующему раскрытию предметом настоящего изобретения является уникальный поверхностно обработанный пигмент, который может быть использован в композициях покрытий для бумаги. Поверхностно обработанный пигмент имеет катионный поверхностный заряд, эффективно притягивающий анионные красители краски и т.п. Наряду с прочими вещами бумаги, имеющие покрытия, содержащие описанные в настоящей заявке поверхностно обработанные пигменты, соответствуют коммерческим требованиям к высокому качеству, водостойкости и пригодности для высокоскоростной печати на бумаге или других подложках для печати, покрытых композициями на основе описанных в заявке поверхностно обработанных пигментов. Описанные в заявке поверхностно обработанные пигменты являются также обладающей низкой себестоимостью альтернативой кремнеземным пигментам, а содержащие их покрытия для бумаги нуждаются в меньшем количестве связующего и обладают улучшенной реологией. Наряду с этим настоящее изобретение включает способы приготовления композиций покрытий, включающих поверхностно обработанные пигменты и катионные полимеры, что позволяет повысить содержание твердого материала. Изобретение как таковое обеспечивает более низкую себестоимость, высокое содержание твердого материала, а также высокоэффективную бумагу с покрытием для струйной печати и другие пригодные для цифровой печати подложки.

На фиг.1 представлена в качестве иллюстрации не ограничивающая изобретения схема процесса 100 для получения поверхностно обработанного пигмента, имеющего значительный катионный поверхностный заряд, и применения этого пигмента в других промежуточных и конечных продуктах.

Неорганический сыпучий исходный материал является отбеливающим агентом в твердой порошковой форме. В одном из предпочтительных воплощений неорганический сыпучий материал состоит из частиц карбоната кальция (СаСО₃). Сыпучий карбонат кальция поставляется либо в виде механически обработанного природного кальцийкарбонатного материала, либо в виде химически синтезированного продукта реакции.

Частицы карбоната кальция могут быть молотым природным карбонатом кальция (GCC), как указано для стадии 101. Исходными природными материалами для карбоната кальция являются мрамор, известняк, мел и коралл. Эти природные источники карбоната кальция подвергаются механическим обработкам, включающим размельчение до образования сыпучей формы материала, такой как сверхтонкий молотый карбонат кальция (UFGCC). Обычно производится недиспергирующий размол или же, альтернативным образом, при размоле может быть применен летучий диспергент.

Альтернативным образом, частицы карбоната кальция могут поставляться в виде синтетического продукта реакции в форме осажденного карбоната кальция (РСС), как указано для стадии 102. С использованием процессов осаждения может быть химически получено большое разнообразие размеров и форм частиц карбоната кальция. Осажденные кальцийкарбонатные продукты имеют более равномерное распределение частиц по размерам и более высокую степень химической чистоты по сравнению с имеющимися в продаже GCC. Однако GCC могут быть менее дорогостоящими.

Карбонат кальция обычно осаждается либо в виде кальцита, кристаллы которого, как правило, имеют ромбическую, кубическую или скаленоэдрическую форму, либо в виде арагонита, имеющего игольчатую форму. Еще одной осажденной формой карбоната кальция является ватерит, который, как известно в технике, является метастабильным.

Осажденный карбонат кальция обычно производят в реакторе путем карбонизации суспензии гашеной извести, или «известкового молока», которую получают гашением негашеной извести (СаО) с последующим обезвоживанием/отфильтровыванием продукта реакции до желаемых размера частиц и распределения. Пригодные для осаждения карбоната кальция методы общеизвестны и применимы для данного случая. Хотя обычно этого не требуется для настоящей заявки, неочищенные частицы синтезированного карбоната кальция могут быть также рассеяны или размолоты до желаемых пределов распределения частиц по размерам с использованием для этого способов, описанных, например, в патентах США №№6143065 и 6402824 (Freeman et al.), причем эти описания включены в настоящую заявку в качестве ссылочного материала.

Необработанные частицы карбоната кальция могут быть затем поданы на блок поверхностной обработки стадии 103 в виде первичной водной суспензии. Альтернативным образом, необработанный карбонат кальция может быть подан на поверхностную обработку в форме сухого порошка, который диспергируют в водной среде с образованием суспензии на начальной операции обработки поверхности.

Необработанные частицы карбоната кальция, подаваемые на обработку поверхности, обычно имеют размер частиц от примерно 0,1 мк до примерно 5,0 мк, в более конкретном случае от примерно 0,5 мк до примерно 2,0 мк. Распределение частиц по размерам, которое определяется наклоном (фактором крутизны), преимущественно меньше приблизительно 1,8. Выражение «наклон» подразумевает частное от деления значения диаметра, по отношению к которому меньший диаметр имеют 75% частиц (числитель), на значение диаметра, по отношению к которому меньший диаметр имеют 25% частиц (знаменатель), где размеры частиц измеряют с помощью анализатора размера частиц (Sedigraph). Осажденный карбонат кальция (РСС) или молотый карбонат кальция (GCC) обычно имеет удельную поверхность менее чем приблизительно 15 м²/г. Белизна в соответствии с TAPPI (Technical Association of Pulp and Paper Industry, США) частиц карбоната кальция обычно имеет значение не менее чем приблизительно 96 как до, так и после описываемой здесь поверхностной обработки.

Неорганический белый пигментный материал, который может быть поверхностно обработан согласно настоящему изобретению, не ограничивается карбонатом кальция. Этим материалом могут, например, также быть порошки тригидрата алюминия (АТН) и/или гидроксида магния (Mg(OH)₂) и т.п. Однако карбонат кальция особенно предпочтителен, поскольку он не только пригоден для описываемой в заявке поверхностной обработки, применяемой для придания частицам катионного поверхностного заряда, но карбонат кальция усиливает также непрозрачность, белизну, а также стойкость к пожелтению и старению содержащей его бумаги с покрытием.

Частицы карбоната кальция, прошедшие стадию 101 или 102, поступают затем на стадию поверхностной обработки, которая придает или увеличивает катионный заряд на поверхностях частиц карбоната кальция до эффективного для применения в печати уровня, как это указано для стадии 103.

Кальцийкарбонатный пигмент подвергается поверхностной обработке водорастворимой солью поливалентного металла группы II или группы III Периодической таблицы, диспергированной в обычной водной среде.

В одном из предпочтительных воплощений солью поливалентного металла является хлоргидрат алюминия. В настоящей заявке для хлоргидрата алюминия иногда используется аббревиатура «АСН».

АСН имеет химическую структуру Al₂(ОН)_nCl_6-n. АСН может быть получен реакцией гидратированного оксида алюминия с хлористоводородной кислотой согласно следующему общему уравнению: 2Аl(ОН)₃+nHCl→Al₂(OH)_nCl_6-n+nH₂O, где 1≤n<6. Относительная активность АСН-продукта обозначается в виде (%) = n/6×100. Предпочтительно используемый в целях изобретения продукт реакции является продуктом реакции, проводимой таким образом, чтобы получить продукт с активностью выше чем приблизительно 50% или даже 75%. Например, если n равно 5, химическая структура соответствует Al₂(OH)₅Cl (CAS Number 12042-91-0). АСН имеется также в продаже в форме порошка или раствора, например, от фирм Reheis, Berkeley, NJ 07922, США.

АСН добавляется на поверхность частиц карбоната кальция в количестве, достаточном для обеспечения усиления катионного поверхностного заряда, который коррелируется с наблюдаемым и измеряемым повышениями плотности печати или красковысыхающей способностью бумаг для струйной печати с композицией покрытия, содержащей поверхностно обработанный пигмент. Количество добавляемого АСН, необходимое для достижения таких улучшений, может быть определено эмпирически с применением предлагаемых в заявке указаний. Это количество, как правило, но не всегда, лежит в пределах от примерно 0,1 до примерно 5% в расчете на сухую массу карбоната кальция. Карбонат кальция перед его введением в композицию покрытия для бумаги преимущественно подвергается обработке, причем АСН может добавляться во влажной или сухой форме.

Увеличение катионного заряда, сообщаемого поверхностно обработанным пигментам путем АСН-обработки, может быть непосредственно измерено качественно и количественно с помощью титрующего анализатора типа детектора заряда частиц Mμtek PCD02. Оно может быть также продемонстрировано путем сопоставления качества печати: плотности печати, высыхания краски и т.п. бумаг, покрытых композициями покрытий, содержащих поверхностно обработанные пигменты, с качеством печати бумаги, для которой используется необработанный пигмент.

Наряду с этим, когда поверхность РСС или GCC, представляющего собой щелочной материал, обрабатывают сильнокислыми реагентами типа солей поливалентных металлов согласно изобретению, такими как хлоргидрат алюминия (АСН) (рН 4-5), АСН в процессе операции обработки поверхности совершенно неожиданным образом не растворяет частицы карбоната кальция. Кроме того, высокий катионный заряд, создающийся на поверхностях частиц при обработке с помощью АСН, сохраняется даже при высоких щелочных значениях рН после поверхностной обработки, не вызывая чрезмерного повышения содержания Ca²⁺, что указывает на растворение частиц. Бумага, покрытая таким пигментом, ведет себя так, как если бы ее поверхность была катионной по своей природе. Вследствие этого на бумаге с таким покрытием могут печататься высокоплотные водостойкие изображения, особенно при использовании краски для струйной печати, имеющей анионную природу, благодаря чему поверхности пигмента и краска имеют противоположный и, таким образом, взаимно притягивающийся ионный заряд. Полезное и не приводящее к нарушениям взаимодействие, создаваемое и наблюдаемое между поверхностью частиц карбоната кальция и сильно кислым АСН, используемым для обработки этих частиц согласно настоящему изобретению, оказалось неожиданным.

Полученный на стадии 103 поверхностно обработанный кальцийкарбонатный продукт находится в форме суспензии. Он представляет собой водную дисперсию поверхностно обработанных частиц карбоната кальция, получаемых при приблизительно 30% твердого.

Суспензионный продукт стадии 103, содержащий поверхностно обработанный сыпучий материал, может быть обезвожен с помощью способа сушки, подходящего для получения высушенной порошковой формы поверхностно обработанного неорганического сыпучего материала без уменьшения его эффективности. Высушенный порошок может быть использован при приготовлении композиций покрытий для бумаги, как это указано для стадии 104, в качестве ингредиента, являющегося источником пигмента. Пигменты могут быть высушены до порошковой формы с помощью способа распылительной сушки или сушки с мгновенным испарением. Оборудованием и условиями, подходящими для этой цели, могут быть оборудование и условия, широко известные и применяемые для суспензий минеральных сыпучих материалов.

Альтернативным образом, как указано для стадии 109, суспензия, образующаяся при обработке поверхности пигмента солью поливалентного металла в процессе его диспергирования в водной среде на стадии 103, может быть использована непосредственно как ингредиент - источник пигмента при приготовлении композиций покрытий для бумаги. Эта суспензия может содержать до примерно 60 или даже 70 мас.% твердого материала, состоящего из поверхностно обработанных пигментов, без возникновения проблем, связанных с высокой вязкостью.

Еще одной альтернативой является возможность смешения имеющегося в продаже сухого АСН с сухим порошком пигмента с использованием способа сухого смешения. Полученная сухая смесь может быть превращена в суспензию с образованием того же самого поверхностно-активного кальцийкарбонатного материала.

На стадии 105 полученная на стадии 104 высушенная порошковая форма пигмента упаковывается с помощью любого подходящего и удобного способа. Альтернативным образом, суспензия, содержащая поверхностно обработанный пигмент, которая поступает со стадии 103 (стадии 109) может быть запакована в непротекающий контейнер и отправлена в торговлю. В другом альтернативном воплощении стадия упаковки 105 может быть полностью устранена в тех случаях, когда поверхностно обработанный пигмент производится и применяется в композиции покрытия для бумаги на одном и том же или на расположенном поблизости производственном предприятии. В этой ситуации продукт может транспортироваться бестарным способом с использованием конвейера, грузовиков или железнодорожных вагонов (порошок) и т.п. или же с помощью трубопровода (суспензия) между разными производственными установками или участками.

На стадии 106 из поверхностно обработанного пигмента в сочетании со связующим и другими возможными добавками составляется композиция покрытия для бумаги.

В одном из предпочтительных воплощений настоящего изобретения, как показано на технологической схеме 200 фиг.2, композиции покрытия приготовляют способом, в котором неорганические пигменты предварительно отдельно обрабатывают солью поливалентного металла группы II или группы III Периодической таблицы с последующим введением пигмента в контакт с катионным полимером, в процессе чего водорастворимая соль поливалентного металла контактирует с поверхностями неорганического сыпучего материала с образованием поверхностно обработанного неорганического сыпучего материала, имеющего на поверхностях катионный поверхностный заряд аналогично тому процессу, который имеет место на стадии 103 фиг.1. После этого поверхностно обработанные пигменты смешивают с водой на стадии 201 с образованием суспензии и затем, на последующей стадии обработки 202, которая в основном может соответствовать стадии 103 фиг.1, суспензию поверхностно обработанных пигментов соединяют с катионным полимером, получая композицию покрытия или промежуточную композицию, которая может быть добавлена к композиции покрытия. Приготовленная таким образом композиция покрытия может быть использована в операции нанесения покрытия на бумагу, такой как стадия 107 на фиг.1. Этот способ был разработан для того, чтобы обеспечить возможность иметь содержание твердого материала в поверхностно обработанном пигменте в композициях покрытий до 60 мас.% или выше. Ка