DE60311975T2

DE60311975T2 - Beschichtungszusammensetzung enthaltendes kolloidales siliziumdioxid und damit hergestellte glänzende tintenstrahlaufzeichnungsblätter

Info

Publication number: DE60311975T2
Application number: DE60311975T
Authority: DE
Inventors: Ray Daniel Ray Wilmington FRUGE; Ray Demetrius Clarksville MICHOS
Original assignee: WR Grace and Co Conn; WR Grace and Co
Current assignee: WR Grace and Co Conn; WR Grace and Co
Priority date: 2002-04-17
Filing date: 2003-03-19
Publication date: 2007-10-25
Anticipated expiration: 2023-03-20
Also published as: IL164140A0; ES2282610T3; PL372416A1; JP2005523183A; KR101039565B1; PL205931B1; ZA200408094B; DE60311975D1; RU2004133559A; TW200306337A; AU2003218245A1; ATE354477T1; DK1497137T3; AR039022A1; WO2003089248A1; PT1497137E; CN1655946A; US20030198759A1; BR0308561A; EP1497137B1

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft beschichtete Tintenstrahlaufzeichnungsblätter und Beschichtungszusammensetzungen, die zur Herstellung derselben verwendet werden. Die Erfindung betrifft insbesondere Beschichtungszusammensetzungen, die zur Herstellung glänzender Tintenstrahlaufzeichnungsblätter geeignet sind, die gute Bedruckbarkeitscharakteristika besitzen.
Tintenstrahldruckverfahren sind gut bekannt. Derartige Systeme schießen mit unterschiedlichen Dichten und unterschiedlicher Geschwindigkeit Tintentröpfchen auf ein Aufzeichnungsblatt, z. B. Papier. Bei der Verwendung von Mehrfarben-Tintenstrahlsystemen schießt das Verfahren eine Reihe unterschiedlich gefärbter Tinten mit unterschiedlichen Eigenschaften und Absorptionsraten in sehr großer Nähe zueinander ab. Diese Mehrfarben-Systeme sind in der Tat so entworfen, dass sie Bilder liefern, die eine photographische Bildgebung simulieren, und diese Bilder erfordern eine hohe Auflösung und eine große Farbskala. Tintenstrahlaufzeichnungsblätter müssen daher in der Lage sein, Tinte bei hohen Dichten mit einer Kapazität so zu absorbieren, dass die aufgebrachten Farben leuchtend und klar sind, mit Raten, die ein rasches Trocknen bewirken, die Tinte absorbieren lassen, so dass sie nicht verläuft oder kleckst, und in einer Weise, die zu einem glatten Bild führt.
Die EP-A-0 586 846 offenbart ein Tintenstrahlaufzeichnungsblatt, das einen Träger und eine auf mindestens einer Seite des Trägers bereitgestellte Tintenaufnahmeschicht umfasst, wobei die Tintenaufnahmeschicht ein kationmodifiziertes, nicht-sphärisches kolloidales Siliciumdioxid enthält.
Die EP-A-0 685 344 offenbart ein Tintenstrahlaufzeichnungsblatt, das in einer Glanz bereitstellenden Schicht monodisperse, kolloidale Silieiumdioxidteilchen umfasst. Die Siliciumdioxidteilchen haben eine Größe von höchstens 300 nm.
Die EP-A1-0 759 365 offenbart ein Tintenstrahlaufzeichnungsmaterial, das einen Träger und mindestens eine Aufzeichnungsschicht auf dem Träger umfasst, wobei mindestens eine der mindestens einen Aufzeichnungsschicht kolloidale Siliciumdioxidteilchen und ein wasserlösliches Harz enthält.
Die EP-A-1 016 546 offenbart ein Tintenstrahlaufzeichnungspapier, das nacheinander als Beschichtung auf einen Träger aufgebracht eine Tintenaufnahmeschicht und mindestens zwei kolloidale Siliciumdioxidschichten umfasst, die Kettenkolloidales Siliciumdioxid als Hauptbestandteil umfassen, wobei mindestens die kolloidale Siliciumdioxidschicht, die mit der Tintenaufnahmeschicht in Kontakt steht, kein Bindemittel enthält und eine Bedeckung von etwa 1 bis 3 g/m² hat und die Bedeckung der anderen kolloidalen Siliciumdioxidschicht etwa 1 bis 6 g/m² beträgt.
Die EP-A-1 008 457 offenbart ein Tintenstrahlaufzeichnungsblatt, das auf einem Tintenaufnahmeträger eine Bildkonservierungsschicht aufweist, die anionische, kolloidale Siliciumdioxid- und Zinkoxidteilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von etwa 15 bis 380 nm umfasst, wobei das Blatt einen 75° Spiegelglanz von mindestens 25 % an der Oberfläche aufweist.
Um diese Anforderungen zu erfüllen, sind hochporöse Pigmente, z. B. poröse Siliciumdioxide, in Papierbeschichtungen eingearbeitet worden. Diese Beschichtungssysteme auf Siliciumdioxidbasis konnten die Bedruckbarkeitsanforderungen erfolgreich erfüllen. Es war jedoch schwierig, diese Eigenschaften zu erhalten und ein unmattiertes oder glänzendes Finish zu er zeugen, das sich typischerweise in traditionellen Photographiesystemen zeigt. Die genannten porösen Pigmente haben typischerweise Porositäten oberhalb von 1 cm³/g und durchschnittliche Teilchengrößen größer als 1 μm (1 Mikrometer). Diese Teilchengrößen und Porositäten erhöhen die Oberflächenrauheit der fertigen Beschichtung, wodurch einfallendes Licht abgelenkt wird, so dass es gestreut wird, wodurch die Beschichtung mattiert wird.
Um den Glanz dieser Beschichtungen zu verstärken, werden oben auf den Tintenaufnahmeschichten, die aus den genannten porösen Pigmenten hergestellt sind, zweite Glanzschichten bereitgestellt. Diese Deckschichten werden aus Bindemittelsystemen hergestellt, die inhärent glänzend sind, oder aus Schichten, die Bindemittel und viel kleiner bemessene anorganische Oxidteilchen umfassen, z. B. konventionelles kolloidales Siliciumdioxid. Das kolloidale Siliciumdioxid in dem letzteren Ansatz neigt dazu, die tintenaufnehmende Beschaffenheit der Deckbeschichtung zu erhöhen, ist jedoch nicht groß genug, um Oberflächenverformungen zu verursachen. Es besteht jedoch eine Neigung der kolloidalen Teilchen, bei hohen Konzentrationen zu agglomerieren, wodurch Mängel und Oberflächenrauheit in der Deckschicht hervorgerufen werden und daher der Glanz reduziert wird. Bei der Verwendung dieses Ansatzes sind daher niedrigere Konzentrationen (d. h. niedrigere Verhältnisse von kolloidalen Feststoffen zu Bindemittelfeststoffen) verwendet worden.
Es wäre daher recht erwünscht, die Mengen fester anorganischer Oxide in diesen Deckschichten zu erhöhen, um die Bedruckbarkeit weiter zu verbessern. Es wäre in der Tat erwünscht, Beschichtungsschichten mit einem Verhältnis von mindestens 1:1 von kolloidalen Feststoffen zu Bindemittelfeststoffen zu verwenden und insbesondere Beschichtungen mit Verhältnissen von kolloidalen Siliciumdioxidfeststoffen zu Binde mittel bis zu 4:1 zu verwenden und gleichzeitig einen annehmbaren Glanz zu erhalten.
Beschichtungssysteme für Tintenstrahlpapier sind oft so entworfen worden, dass sie insgesamt eine kationische Ladung aufweisen. Viele der in Tintenstrahlverfahren verwendeten Tinten besitzen eine negative Ladung, und daher ist es erwünscht, dass die Beschichtungskomponenten eine entgegengesetzte Ladung haben, um die Tinte zu fixieren. Kolloidales Aluminiumoxid besitzt eine positive Ladung und ist weitverbreitet als Beschichtungspigment für diesen Zweck verwendet worden. Es werden auch kationische Farbstofffixierkomponenten und kationische Bindemittel verwendet. Die Anwesenheit dieser letzteren, kationisch geladenen Materialien erfordert üblicherweise wirklich, dass die Pigmentkomponenten in der Beschichtung kationisch oder mindestens nichtionisch sind. Die Materialien in der Beschichtung neigen sonst zum Aggregieren, wodurch Oberflächenmängel erzeugt werden und der Glanz verringert wird.
Es ist in neuerer Zeit gefunden worden, dass bestimmte kationische, kolloidale Siliciumdioxide, die entionisiert sind, in hohen Gehalten in glänzende Beschichtungen eingearbeitet werden können. Während diese Beschichtungen jedoch einen guten bis hervorragenden Glanz liefern, haben sie in Bezug auf die Bedruckbarkeit Leistungseinschränkungen. Einige der in neuerer Zeit entwickelten kationischen, kolloidalen Siliciumdioxide haben auch eine relativ kurze Lagerungszeit. Sie werden entweder nach mehreren Tagen zu viskos, um in ein Beschichtungsharz eingebaut zu werden, oder sie sind in relativ kurzen Zeitspannen, z. B. einigen Wochen, nicht mehr verwendbar, weil das kolloidale Siliciumdioxid, obwohl es nicht geliert ist, nach seinem Einbau in die Beschichtungsmischung zu einer matten Beschichtung führt. Daher sind diese in neuerer Zeit entwickelten kolloidalen Siliciumdioxide entweder eher geeignet zur Verwendung als glänzende Überschicht, die über einer separaten Tinte aufnehmenden Beschichtung angeordnet wird, oder sie müssen kurz nach der Herstellung der Sole verwendet werden. Es wäre daher erwünscht und ist ein Ziel dieser Erfindung, eine Beschichtungsschicht zu liefern, die einen relativ hohen Gehalt an Siliciumdioxidfeststoffen umfasst, die kationisch sind, aber dennoch eine Beschichtung mit guter bis hervorragender Bedruckbarkeit liefern, sowie ein kationisches, kolloidales Siliciumdioxid mit besserer Langzeitlagerbarkeit zu liefern.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine Teilchengrößenverteilung eines polydispersen, kolloidalen Siliciumdioxids, das zur Herstellung dieser Erfindung verwendet wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung liefert ein Tintenstrahlaufzeichnungsblatt, das einen Träger und mindestens eine Beschichtungsschicht darauf umfasst, wobei die mindestens eine Beschichtungsschicht (a) einen Oberflächenspiegelglanz von mindestens 30 bei 60° aufweist, (b) polydisperses, kationisches, kolloidales Siliciumdioxid, das eine positive Nettoladung- besitzt, wobei die Dispersion der Siliciumdioxidteilchen eine Teilchengrößenverteilung aufweist, bei der der Medianwert der Teilchengröße im Bereich von 1 bis 300 nm liegt und eine relativ große Verteilungsspanne hat, und (c) Bindemittel umfasst, wobei die kolloidalen Siliciumdioxidfeststoffe und Bindemittelfeststoffe in einem Verhältnis von mindestens 1:1, bezogen auf das Gewicht, vorliegen.
Das genannte kationische Siliciumdioxid hat eine polydisperse Teilchengrößenverteilung und vorzugsweise eine durchschnittliche Teilchengröße im Bereich von 1 bis 300 Nanometern. Das kationische Siliciumdioxid kann hergestellt werden, indem das polydisperse, kolloidale Siliciumdioxid mit einer organischen Verbindung umgesetzt wird, die eine funktionale Gruppe, welche mit Silanolgruppen reaktiv ist, und eine funktionale Gruppe mit einer positiven Ladung, z. B. Aminosilane, enthält. Die Beschichtung umfasst auch Bindemittel, die typischerweise zur Herstellung von Tintenstrahlaufzeichnungsblättern verwendet werden.
Es wurde gefunden, dass auf diese Weise hergestelltes kationisches, kolloidales Siliciumdioxid nicht nur kolloidales Siliciumdioxid liefert, das bei relativ hohen Feststoffgehalten nicht aggregiert, wodurch die Verformung reduziert und Mattierung der Beschichtungsoberfläche herbeigeführt wird, sondern auch Beschichtungen mit guter bis hervorragender Bedruckbarkeit liefert.
Die vorliegende Erfindung liefert somit ein Tintenstrahlaufzeichnungsblatt, das einen Träger und mindestens eine Beschichtungsschicht darauf umfasst, wobei die mindestens eine Beschichtungsschicht (a) einen Oberflächenspiegelglanz von mindestens 30 bei 60° hat, (b) polydisperses, kationisches, kolloidales Siliciumdioxid umfasst, das eine positive Nettoladung besitzt, und (c) Bindemittel umfasst, wobei die kolloidalen Siliciumdioxidfeststoffe und Bindemittelfeststoffe in einem Verhältnis von mindestens 1:1, bezogen auf das Gewicht, vorliegen.
Geeignete Tintenstrahlaufzeichnungsblätter schließen die obigen ein, bei denen das Verhältnis von kolloidalen Siliciumdioxidfeststoffen zu Bindemittälfeststoffen im Bereich von 6:4 bis 4:1 liegt.
Ein weiteres geeignetes Tintenstrahlaufzeichnungsblatt schließt jene ein, bei denen das genannte kolloidale Siliciumdioxid eine durchschnittliche Teilchengröße im Bereich von 1 bis 300 Nanometern hat.
Ein weiteres geeignetes Tintenstrahlaufzeichnungsblatt schließt jene ein, bei denen das kolloidale Siliciumdioxid einen Medianwert der Teilchengröße im Bereich von 15 bis 100 nm und eine Teilchengrößenverteilung hat, so dass mindestens 80 der Teilchen einen Größenbereich von mindestens 30 Nanometern und bis zu 70 Nanometern abdecken.
Eine weitere geeignete Ausführungsform des genannten Tintenstrahlaufzeichnungsblatts schließt jene ein, bei denen an die Oberfläche des kolloidalen Siliciumdioxids mindestens eine funktionale Gruppe gebunden ist.
Ein weiteres geeignetes Tintenstrahlaufzeichnungsblatt schließt jene ein; bei denen die mindestens eine funktionale Gruppe ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus primären Aminen, sekundären Aminen, tertiären Aminen und quaternären Aminen. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist ein Tintenstrahlaufzeichnungsblatt, bei dem die funktionale Gruppe Amino ist und das Amino über eine Alkylbindung an das Siliciumdioxid gebunden ist.
Die Erfindung liefert auch eine Beschichtungszusammensetzung, die

(a) polydisperses, kationisches, kolloidales Siliciumdioxid, das eine positive Nettoladung besitzt, und
(b) Bindemittel umfasst, wobei die Siliciumdioxidfeststoffe von (a) und die Bindemittelfeststoffe von (b) in einem Verhältnis von mindestens 1:1, bezogen auf das Gewicht, vorhanden sind.

Eine geeignete Ausführungsform der Beschichtungszusammensetzung schließt solche Beschichtungen ein, bei denen die Siliciumdioxidfeststoffe von (a) zu Bindemittelfeststoffen von (b) im Bereich von 6:4 bis 4:1 liegen.
Eine weitere geeignete Beschichtungszusammensetzung schließt jene ein, bei denen das kolloidale Siliciumdioxid eine durchschnittliche Teilchengröße von 1 bis 300 Nanometern hat.
Eine weitere geeignete Beschichtungszusammensetzung schließt jene ein, bei denen das kolloidale Siliciumdioxid einen Medianwert der Teilchengröße im Bereich von 15 bis 100 nm und eine Teilchengrößenverteilung hat, so dass mindestens 80 % der Teilchen einen Größenbereich von mindestens 30 Nanometern und bis zu 70 Nanometern abdecken.
Eine weitere geeignete Ausführungsform schließt jene ein, bei denen an die Oberfläche des kolloidalen Siliciumdioxids mindestens eine funktionale Gruppe gebunden ist.
Eine weitere geeignete Beschichtungszusammensetzung schließt jene ein, bei denen die mindestens eine funktionale Gruppe ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus primären Aminen, sekundären Aminen, tertiären Aminen und quaternären Aminen.
Eine weitere geeignete Beschichtungszusammensetzung schließt jene ein, bei denen die mindestens eine funktionale Gruppe ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus primären Aminen, sekundären Aminen, tertiären Aminen und quaternären Aminen.
Eine weitere geeignete Beschichtungszusammensetzung schließt jene ein, bei der die funktionale Gruppe Amino ist und das Amino über eine Alkylbindung an das Siliciumdioxid gebunden ist.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Mit dem Begriff "kolloidales Siliciumdioxid" oder "kolloidales Siliciumdioxidsol" sind Teilchen gemeint, die aus Dispersionen oder Solen stammen, bei denen sich die Teilchen über relativ lange Zeiträume nicht aus der Dispersion absetzen. Derartige Teilchen haben in der Regel eine Größe von unter einem Mikrometer (μm). Kolloidales Siliciumdioxid mit einer durchschnittlichen Teilchengröße im Bereich von 1 bis 300 Nanometern und Verfahren zur Herstellung derselben sind in der Technik gut bekannt. Siehe die US-A-2 244 325; US-A-2 574 902; US-A-2 577 484; US-A-2 577 485; US-A-2 631 134; US-A-2 750 345; US-A-2 892 797; US-A-3 012 972 und US-A-3 440 174. Kolloidale Siliciumdioxide mit durchschnittlichen Teilchengrößen im Bereich von 15 bis 100 Nanometern sind für diese Erfindung besonders bevorzugt. Kolloidale Siliciumdioxide können eine Oberfläche (gemessen nach BET) im Bereich von 9 bis 2700 m²/g haben.
Allgemein gesagt besitzt kolloidales Siliciumdioxid eine negative Ladung und ist daher infolge des Protonenverlusts von Silanolgruppen, die auf der Oberfläche des Siliciumdioxids vorhanden sind, anionisch. Für die Zwecke dieser Erfindung wird kolloidales Siliciumdioxid als kationisch angesehen, wenn ein anionisches kolloidales Siliciumdioxid modifiziert worden ist, z. B. physikalisch beschichtet oder chemisch behandelt worden ist, so dass das kolloidale Siliciumdioxid eine positive Nettoladung besitzt. Ein kationisches Siliciumdioxid schließt somit jene kolloidalen Siliciumdioxide ein, bei denen die Oberfläche des Siliciumdioxids eine ausreichende Zahl von kationischen funktionalen Gruppen enthält, z. B. eine im Folgenden erörterte Aminogruppe, so dass die Nettoladung an der Siliciumdioxidoberfläche positiv ist.
Die positive Nettoladung kommt vorzugsweise durch eine auf funktionalen Gruppen vorhandene Nettoladung, welche an die Oberfläche des kolloidalen Siliciumdioxids gebunden sind. Die funktionale Gruppe ist bevorzugter über eine Wasserstoff- oder eine kovalente Bindung an und/oder seitenständig der Siliciumdioxidoberfläche gebunden. Die funktionale Gruppe kann direkt an das Siliciumdioxid gebunden sein oder kann über eine Bindung mit einer dazwischen befindlichen chemischen Einheit, die direkt an die funktionale Gruppe gebunden ist, an das Siliciumdioxid gebunden sein. Ohne sich auf eine spezielle Theorie festlegen zu wollen, wird angenommen, dass das Binden das Auslaugen der funktionalen Gruppe oder Auslaugen und Dissoziieren von jeglicher Einheit von der funktionalen Gruppe oder dem Siliciumdioxid minimiert, wodurch der Glanz und die Bedruckbarkeitsleistung der resultierenden Beschichtung beeinträchtigt werden würden.
Mit "funktionaler Gruppe" ist eine Kombination von zwei oder mehr Elementen gemeint, die dazu neigen, in Reaktionen zusammen zu bleiben, wobei sie sich in der Regel chemisch so verhalten, als wären sie einzelne Teile, z. B, in Bezug auf Wertigkeit, Ionisierung und verwandte Eigenschaften.
Mit "positiver Nettoladung" ist gemeint, dass der Ausgleich der Ladungen an Siliciumdioxid positiv ist, und daher kann ein Siliciumdioxid eine positive Nettoladung haben, wenn das Siliciumdioxid sowohl negative Ladungen als auch positive Ladungen besitzt, vorausgesetzt, dass das Siliciumdioxid behandelt oder anderweitig modifiziert worden ist, so dass die Summe der Ladungen positiv ist, z. B. unter Verwendung eines Zetasizer^TM 3000HS von Malvern ein positives zeta-Potential von +0,01 mV oder mehr besitzt. Bevorzugte Ausführungsformen von kationischem, kolloidalem Siliciumdioxid haben ein zeta-Potential von +20 mV oder größer.
Das erfindungsgemäße kolloidale Siliciumdioxid ist auch eines, das als polydisperses, kolloidales Siliciumdioxid bekannt ist. "Polydisperses" ist hier so definiert, dass eine Dispersion von Teilchen mit einer Teilchengrößenverteilung gemeint ist, bei der der Medianwert der Teilchengröße im Bereich von 1 bis 300 Nanometern, vorzugsweise 15 bis 100 nm liegt und die eine relativ große Verteilungsspanne hat. Bevorzugte Verteilungen sind so, dass 80 % der Teilchen einen Größenbereich von mindestens 30 Nanometern abdecken und bis zu 70 Nanometer abdecken können. Der 80 % Bereich wird gemessen, indem die d₁₀-Teilchengröße von der d₉₀-Teilchengröße subtrahiert wird, die unter Verwendung der nachfolgend beschriebenen Teilchengrößenmessmethoden auf TEM-Basis erzeugt wurden. Dieser Bereich wird auch als die "80 % Spanne" bezeichnet. Eine Ausführung von polydispersen Teilchen hat Teilchengrößenverteilungen, die auf Größen unter dem Medianwert der Teilchengröße gebracht worden sind. Infolgedessen hat die Verteilung einen Peak in jenem Bereich der Verteilung und einen "Schwanz" von Teilchengrößen, die größer als der Medianwert sind. Siehe Figur. Die unteren und oberen Teilchengrößen der Spanne, die 80 % der Teilchen einschließt, können –11 % bis –70 % beziehungsweise 110 % bis 160 % des Medianwerts sein. Ein besonders geeignetes polydisperses Siliciumdioxid hat einen Medianwert der Teilchengröße im Bereich von 20 bis 30 Nanometern, und 80 % der Teilchen haben eine Größe zwischen 10 und 50 Nanometern, d. h. 80 % der Verteilung haben eine Spanne von 40 Nanometern.
Das erfindungsgemäße kanonische, polydisperse, kolloidale Siliciumdioxid wird vorzugsweise hergestellt, indem die Oberfläche von anionischem, polydispersem, kolloidalem Siliciumdioxid mit einer organischen Verbindung mit einer funktionalen Gruppe mit einer positiven Ladung und auch mit mindestens einer Gruppe behandelt wird, die mit Silanolgruppen auf der Oberfläche des kolloidalen Siliciumdioxids reaktiv ist. Zu bevorzugten positiven, funktionalen Gruppen gehören Aminogruppen oder quaternäre Gruppen, sind aber nicht auf diese beschränkt.
Besonders geeignete organische Verbindungen sind Aminosilane. Geeignete erfindungsgemäße Aminosilanverbindungen haben die Formel
in der R¹, R² und R³ unabhängig ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Alkoxyresten mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen, Alkylresten mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen und Arylresten mit 6 Kohlenstoffatomen mit der Maßgabe, dass mindestens eines von R¹, R² und R³ ein Alkoxyrest ist, R⁹ ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Alkylengruppen mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen und Arylen und alkylsubstituierten Arylengruppen mit 6 bis 10 Kohlenstoffatomen; R⁵, R⁶ und R⁷ ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff und Alkylgruppen mit 1 bis 15 Kohlenstoffatomen und n einen Wert von 0 oder 1 hat. Vorzugsweise ist n = 0, jedes R¹, R² und R³ sind Alkoxyreste mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen und R⁵ und R⁶ sind Wasserstoff. Die Aminosilanverbindungen können ein hochreines Produkt oder eine Mischung von Aminosilanverbindungen umfassen, die der obigen Formel I entsprechen.
Beispielhaft für die Amiosilanverbindungen sind Trimethoxysilylethylamin, Triethoxysilylethylamin, Tripropoxysilylethylamin, Tributoxysilylethylamin, Trimethoxysilylpropylamin, Triethoxysilylpropylamin, Tripropoxysilylpropylamin, Triisopropoxysilylpropylamin, Tributoxysilylpropylamin, Trimethoxysilylbutylamin, Triethoxysilylbutylamin, Tripropoxysilylbutylamin, Tributoxysilylbutylamin, Trimethoxysilylpentylamin, Tri ethoxysilylpentylamin, Tripropoxysilylpentylamin, Tributoxysilylpentylamin, Trimethoxysilylhexylamin, Tributoxysilylhexylamin, Trimethoxysilylheptylamin, Triethoxysilylheptylamin, Tripropoxysilylamin, Tributoxysilylheptylamin, Trimethoxysilyloctylamin, Triethoxysilyloctylamin, Tripropoxysilyloctylamin, Tributoxysilyloctylamin und dergleichen. Die Aminosilanverbindung ist vorzugsweise Triethoxysilylpropylamin. Triethoxysilylpropylamin ist im Handel von Witco Corporation, OSI Specialties Group, unter der Bezeichnung A-1100 erhältlich.
Die Behandlung des kolloidalen Siliciumdioxids mit der organischen Komponente, z. B. Aminosilan, kann üblicherweise durchgeführt werden, indem das Siliciumdioxid und die organische Komponente in einem geeigneten flüssigen Medium miteinander in Kontakt gebracht werden. Zu Beispielen für das flüssige Medium gehören Wasser, Alkohole, wie Methanol, Ethanol oder Propanol, und Mischungen von Wasser mit diesen Alkoholen. Die Behandlungstemperatur beträgt allgemein von Raumtemperatur bis zu der Rückflusstemperatur des Mediums. Die Menge der verwendeten organischen Verbindung ist nicht streng begrenzt. Sie wird allgemein vorteilhafterweise in einer Menge von mindestens 0,5 Gewichtsteilen, vorzugsweise 5 bis 20 Gewichtsteilen auf 100 Gewichtsteile des Siliciumdioxids verwendet.
Durch Behandlung des kolloidalen Siliciumdioxids mit Aminosilanen findet eine Kondensationsreaktion (Kopplungsreaktion) zwischen den Oberflächensilanolgruppen des Siliciumdioxids und mindestens einer Alkoxygruppe des Aminasilans statt, um ein mit dem Aminosilan beschichtetes Siliciumdioxid zu ergeben. Wenn das Aminosilan zwei oder mehr Alkoxygruppen enthält, reagieren die Moleküle von Aminosilanen in der obigen Kondensationsreaktion gleichzeitig miteinander, wodurch eine Siloxanbindung gebildet wird und eine dreidimensionale ver netzte Beschichtung des Aminosilans auf dem Siliciumdioxid gebildet wird.
Das mit dem Aminosilan behandelte Siliciumdioxid hat eine allgemeine Struktur, die durch die folgende Formel wiedergegeben wird, wobei die funktionale Aminogruppe seitenständig zu und über eine dazwischen befindliche R⁴-Bindung kovalent an das Siliciumdioxid gebunden ist.
R⁴, R⁵, R⁸, R⁷ und n sind wie für Formel I definiert.
Die meisten kolloidalen Siliciumdioxidsole enthalten auch ein Alkali. Das Alkali ist üblicherweise ein Alkalimetallhydroxid aus Gruppe IA des Periodensystems (Hydroxide von Lithium, Natrium, Kalium, usw.). Die meisten im Handel erhältlichen Siliciumdioxidsole enthalten Natriumhydroxid, das mindestens teilweise aus dem Natriumsilikat stammt, das zur Herstellung des kolloidalen Siliciumdioxids verwendet worden ist, obwohl auch Natriumhydroxid zugegeben werden kann, um das Sol gegen Gallertbildung zu stabilisieren.
Es mag in bestimmten Fällen brauchbar sein, das genannte Alkali auf Niveaus zu reduzieren, die unter denen von im Handel erhältlichen kolloidalen Siliciumdioxidsolen liegen. Geeignete alkaliarme Siliciumdioxide haben ein Gewichtsverhältnis von Siliciumdioxidfeststoffen zu Natrium gemäß der folgenden Gleichung: SiO2/Alkalimetall ≥ AW(–0,013·SSA + 9) Gleichung 1.
Das SiO₂/Alkalimetall ist das Gewichtsverhältnis von Siliciumdioxidfeststoffen und Alkalimetallgehalt in dem kolloidalen Siliciumdioxidsol. AW ist das Atomgewicht des Alkalimetalls, z. B. 6,9 für Lithium, 23 für Natrium und 39 für Kalium, und SSA ist die spezifische Oberfläche der kolloidalen Siliciumdioxidteilchen in der Einheit Quadratmeter pro Gramm (m²/g). Wenn das Alkalimetall, Natrium ist, ist das SiO₂/Alkalimetallverhältnis mindestens die Summe von –0,30SSA+207.
Ein alkaliarmes, kationisches, kolloidales Siliciumdioxid kann hergestellt werde, indem es in einem solchen Maß entionisiert wird, dass das kolloidale Siliciumdioxid ein Verhältnis von Siliciumdioxidfeststoffen zu Alkalimetall hat, auf das in Gleichung 1 verwiesen wird. Mit "entionisiert" ist gemeint, dass jegliche Metallionen, z. B. Alkalimetallionen wie Natrium, aus der kolloidalen Siliciumdioxidlösung entfernt worden sind. Verfahren zur Entfernung von Alkalimetallionen sind wohl bekannt und schließen Ionenaustausch mit einem geeigneten Ionenaustauschharz (US-A-2 577 484 und US-A-2 577 485), Dialyse (US-A-2 773 028) und Elektrodialyse (US-A-3 969 266) ein.
Das entionisierte, kationische Siliciumdioxid würde danach weiter so behandelt oder modifiziert, dass es eine positive Nettoladung besitzt.
Die kolloidalen Siliciumdioxide können, wie im Folgenden gezeigt wird, in konventionelle Beschichtungsbindemittel eingearbeitet werden. Das Bindemittel wirkt nicht nur zur Bindung des kolloidalen Siliciumdioxids und zur Bildung eines Films, sondern es liefert auch Adhäsionsvermögen für die Grenzfläche zwischen der Glanz bereitstellenden Schicht und dem Substrat oder irgendeiner zwischen der glänzenden Schicht und dem Substrat befindlichen Tinteaufnahmeschicht.
Kationische und nichtionische Bindemittel sind erfindungsgemäß besonders geeignet. Zu geeigneten Bindemitteln gehören Styrol-Butadien- oder Styrol-Acrylat-Copolymere mit funktionalen kationischen Gruppen und/oder kationische Polyvinylacetate, kationische Polyvinylalkohole oder ihre Copolymere.
Das Bindemittel kann ferner ausgewählt sein aus der Gruppe von zersetzten und nativen Guars, Stärken, Methylcellulosen, Hydroxymethylcellulosen, Carboxymethylcellulosen, Alginaten, Proteinen und Polyvinylalkoholen, die in kationischer Form vorliegen. Proteine sind auch geeignet, weil sie amphoter sind.
Zu speziellen Beispiele für kationische, wasserlösliche Bindemittel gehören beispielsweise diethylaminoethylierte Stärke, Trimethylethylammoniumchlorid-modifizierte Stärke und Diethylaminoethylammonium-Methylchloridsalz-modifizierte Stärke und kationmodifizierte Acrylestercopolymere.
Geeignete nichtionische, wasserlösliche Bindemittel umfassen Polyvinylalkohol, Hydroxyethylcellulose, Methylcellulose, Dextrin, Pluran, Stärke, Gummi arabicum, Dextran, Polyethylenglykol, Polyvinylpyrrolidon, Polyacrylamid und Polypropylenglykol, sind jedoch nicht auf diese beschränkt.
Wasserunlösliche oder schlecht wasserlösliche, kationische oder nichtionische Bindemittel in Form einer wässrigen Emulsion umfassen Acryl- und Methacryl-Copolymerharze, beispielsweise Methylmethacrylat-Butylacrylat-Copolymerharze, Methylmethacrylat-Ethylacrylat-Copolymerharze, Methylmethacrylat-2-Ethylhexylacrylat-Copolymerharze, Methylmethacrylat-Methylacrylat-Copolymerharze, Styrol-Butylacrylat-Copolymerharze, Styrol-2-Ethylhexylacrylat-Copolymerharze, Styrol-Ethylacrylat-Copolymerharze, Styrol-Methylacrylat-Copolymerharze, Methylmethacrylat-Styrol-Butylacrylat-Copolymerharze, Methylmethacrylat-Styrol-2-Ethylhexylacrylat-Copolymerharze, Methylmethacrylat-Styrol-Ethylacrylat-Copolymerharze, Methylmethacrylat-Styrol-Ethylacrylat-Copolymerharze, Methylmethacrylat-Styrol-Methylacrylat-Copolymerharze, Styrol-Butylacrylat-Acrylnitril-Copolymerharze und Styrol-Ethylacrylat-Acrylnitril-Copolymerharze, sind jedoch nicht auf diese beschränkt.
Zu anderen geeigneten Bindemitteln gehören Casein, Gelatine, ein Maleinsäureanhydridharz, ein Latex von Copolymer vom Typ konjugiertes Dien, wie Latex von Polymer vom Vinyltyp, wie Ethylen-Vinylacetat-Copolymer, Bindemittel vom Typ synthetisches Harz, wie Polyurethanharz, ungesättigtes Polyesterharz, Vinylchlorid-Vinylacetat-Copolymer, Polyvinylbutyral oder ein Alkydharz.
Das Bindemittel kann unter Verwendung konventioneller Rührer und Mischer mit dem kolloidalen Siliciumdioxid kombiniert werden. Die Komponenten können bei Umgebungsbedingungen kombiniert und gemischt werden.
Es ist erwünscht, dass die kolloidalen Siliciumdioxidfeststoffe und Bindemittelfeststoffe in relativ hohen Verhältnissen in der Beschichtung vorhanden sind. Es ist gefunden worden, dass bei bestimmten Ausführungsformen höhere Verhältnisse von Siliciumdioxid zu Bindemittel gute Bedruckbarkeit liefern sowie dem fertigen Tinte aufnehmenden Beschichtungsblatt vorteilhafte mechanische Eigenschaften verleihen. Es ist besonders erwünscht, dass die kolloidalen Siliciumdioxid- und Bindemittelfeststoffe in einem Verhältnis von mindestens 1:1 und insbesondere 6:4 bis 4:1 vorhanden sind, bezogen auf das Gewicht. Das Verhältnis kann so hoch wie 9,9:1 sein. Das Verhältnis von kolloidalem Siliciumdioxid zu Bindemittel wird hier auch als Verhältnis von Pigment zu Bindemittel bezeich net.
Es kann auch wünschenswert sein, weitere Komponenten in die erfindungsgemäße Beschichtungszusammensetzung einzuschließen. Die erfindungsgemäße Beschichtung kann ein oder mehrere der Folgenden enthalten: Dispergiermittel, Verdickungsmittel, Fließverbesserer, Entschäumungsmittel, Schaumunterdrückungsmittel, Trennmittel, Treibmittel, Eindringmittel, Färbungsfarbstoff, Färbungspigment, Fluoreszenzaufheller, Ultraviolettabsorber, Antioxidans, Konservierungsmittel, Ascheverhinderer, wasserfest machendes Mittel und Nassfestigkeitsmittel.
Kationische Farbstoffbeize ist ein bevorzugtes Additiv. Zu Beispielen für geeignete Beizen gehören polymere quaternäre Ammoniumverbindung oder basisches Polymer, wie Poly(dimethylaminoethyl)methacrylat, Polyalkylenpolyamine und Produkte der Kondensation derselben mit Dicyanodiamid, Amin-Epichlorhydrin-Polykondensate, Lecithin und Phospholipidverbindungen, sind jedoch nicht auf diese beschränkt. Zu speziellen Beispielen für solche Beizen gehören die Folgenden: Vinylbenzyltrimethylammoniumchlorid/Ethylenglykoldimethacrylat; Poly(diallyldimethylammoniumchlorid); Poly(2-N,N,N-trimethylammonium)ethylmethacrylatmethosulfat; Poly(3-N,N,N-trimethylammonium)propylmethacrylatchlorid; ein Copolymer von Vinylpyrrolidinon und Vinyl(N-methylimidazoliumchlorid und Hydroxyethylcellulose, die mit 3-N,N,N-Trimethylammonium)propylchlorid derivatisiert ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die kanonische Beize eine quaternäre Ammoniumverbindung.
Die Beize, die erfindungsgemäß verwendet werden kann, kann in irgendeiner Menge verwendet werden, die für den vorgesehenen Zweck wirksam ist. Allgemein werden gute Ergebnisse erhalten, wenn die Beize in einer Menge von 0,1 bis 10 Gew.% der gesamten Beschichtungsformulierung vorhanden ist. Diese Beizen sind besonders bevorzugt, wenn das Bindemittel nichtionisch ist.
Ein Teil des erfindungsgemäßen kationischen, kolloidalen Siliciumdioxids kann durch ein oder mehrere andere kolloidale Materialien ersetzt werden, z. B. monodisperses, kationisches, kolloidales Siliciumdioxid, vorausgesetzt, dass die Menge dieses kolloidalen Materials die gesamte kationische Beschaffenheit, den Glanz oder die Bedruckbarkeit nicht verschlechtert, die für die fertige Beschichtung erwünscht sind. Diese anderen kolloidalen Materialien können Siliciumdioxid sowie von Siliciumdioxid verschiedene anorganische Oxide sein, z. B. Aluminiumoxid, Titandioxid und Zirconiumdioxid. Solche zusätzlichen kolloidalen, anorganischen Oxidteilchen können als Füllstoff und/oder als zusätzliches Pigment zugefügt werden.
Die erfindungsgemäßen Beschichtungen haben einen Glanz von mindestens dreißig (30) bei 60° gemäß einem BYK Gardner Messinstrument. Bevorzugte erfindungsgemäße Beschichtungen haben einen Glanz von mindestens 80 bei einem Verhältnis von kolloidalem Siliciumdioxid zu Bindemittel von 6:4 und mindestens 50 und vorzugsweise mindestens 70 bei einem Verhältnis von kolloidalem Siliciumdioxid zu Bindemittel von 4:1. Besonders bevorzugt hat die Beschichtung einen Glanz von mindestens 90 bei einem Verhältnis von kolloidalem Siliciumdioxid zu Bindemittel von 4:1.
Geeignete Träger zur Herstellung des erfindungsgemäßen Tintenaufzeichnungsblatts können jene sein, die typischerweise in der Technik verwendet werden. Zu geeigneten Trägern gehören jene mit einem Gewicht im Bereich von 40 bis 300 g/m². Der Träger kann Basispapier sein, das nach vielen verschiedenen Verfahren und mit vielen verschiedenen Maschinen hergestellt worden ist, wie einer Fourdrinier-Papiermaschine, einer Zylinderpapiermaschine oder einer Doppeldraht-Papiermaschine. Die Trä ger werden hergestellt, indem ihre Hauptkomponenten gemischt werden, d. h. ein konventionelles Pigment und ein Holzzellstoff, einschließlich beispielsweise chemischem Zellstoff, mechanischem Zellstoff und Altpapierzellstoff, mit mindestens einem von verschiedenen Additiven einschließlich Bindemittel, Schlichte, Fixiermittel, Ausbeute verbesserndem Mittel, kationischem Mittel und die Papierfestigkeit erhöhendem Mittel. Zu anderen Trägern gehören transparente Substrate und Textilien.
Der Träger kann ferner auch schlichtegepresste Papierblätter sein, die unter Verwendung von Stärke oder Polyvinylalkohol hergestellt worden sind, Der Träger kann auch eine Verankerungsbeschichtungsschicht darauf aufweisen, z. B. Papier, das bereits eins vorhergehende Beschichtungsschicht aufweist, die auf Basispapier bereitgestellt worden ist. Das Basispapier kann auch eine Tintenaufnahmeschicht aufweisen, die vor der Aufbringung der erfindungsgemäßen Beschichtung aufgebracht wird.
Beschichtungen, die kolloidales Siliciumdioxid, Bindemittel und optionale Additive umfassen, können online (auf der Straße), wenn der Träger hergestellt wird, oder offline (außerhalb der Straße) aufgebracht werden, nachdem der Träger fertiggestellt worden ist. Die Beschichtung kann mit konventionellen Beschichtungstechniken aufgebracht werden, wie Luftmesserbeschichten, Walzbeschichten, Rakelbeschichten, Stabbeschichten, Vorhangsbeschichten, Düsenbeschichten und Verfahren unter Verwendung von Schlichtedosierpressen. Die resultierenden Beschichtungen können durch Umgebungsraumtemperatur, Heißlufttrocknungsverfahren, Trocknen durch Kontakt mit geheizten Oberflächen oder Strahlungstrocknen getrocknet werden. Die erfindungsgemäße Beschichtungszusammensetzung und irgendwelche optionalen Zwischenschichten werden in einem Bereich von 1 bis 50 g/m², typischer jedoch im Bereich von 2 bis 20 g/m² aufgebracht.
Die folgenden Beispiele zeigen, dass ein glänzendes Tintenstrahlaufzeichnungsblatt mit guter Bedruckbarkeit aus im Wesentlichen einem Träger und einer erfindungsgemäßen Schicht hergestellt werden kann. Es kann unter bestimmten Bedingungen jedoch wünschenswert sein, eine weitere Schicht, die tintenaufnehmend ist, zwischen der erfindungsgemäßen Glanz bereitstellenden Schicht und dem Träger bereitzustellen, um die Bedruckbarkeit des fertigen Blatts zu verbessern.
Geeignete Tinte aufnehmende Schichten sind jene, die in der US-A-5 576 088 angegeben sind. Geeignete Tinte aufnehmende Schichten umfassen kurz gesagt ein Bindemittel, wie die oben aufgeführten wasserlöslichen Bindemittel, und ein Tinte aufnehmendes Pigment. Solche Pigmente umfassen weißes, anorganisches Pigment, wie leichtes Calciumcarbonat, schweres Calciumcarbonat, Magnesiumcarbonat, Kaolin, Talkum, Calciumsulfat, Bariumsulfat, Titandioxid, Zinkoxid, Zinksulfid, Zinkcarbonat, Satinweiß, Aluminiumsilikat, Kieselerde, Calciumsilikat, Magnesiumsilikat, synthetisches amorphes Siliciumdioxid, kolloidales Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, kolloidales Aluminiumoxid, Pseudoböhmit, Aluminiumhydroxid, Lithopon, Zeolith, hydrolysiertes Halloysit oder Magnesiumhydroxid oder organisches Pigment, wie Kunststoffpigment vom Styroltyp, Acrylkunststoffpigment, Polyethylen, Mikrokapseln, Harnstoffharz oder Melaminharz. Geeignete Pigmente für die Tinte aufnehmende Schicht haben durchschnittliche Größen im Bereich von 0,5 bis 3,0 μm (gemessen durch Lichtstreuung) und Porenvolumina im Bereich von 0,5 bis 3,0 cm³/g und vorzugsweise Porenvolumina von 1,0 bis 2,0 cm³/g, gemessen durch Stickstoffporosimetrie. Um ein Tintenstrahlaufzeichnungsblatt mit einem hohen Tintenabsorptionsvermögen zu erhalten, ist bevorzugt, dass das Pigment in der Tinte aufnehmenden Schicht mindestens 30 Vol.% Teilchen mit einer Teilchengröße von mindestens 1,0 μm enthält.
Feder in der Beschreibung oder den Ansprüchen genannte Bereich von Zahlen, wie für eine spezielle Gruppe von Eigenschaften, Bedingungen, physikalischen Zuständen oder Prozentsätzen, soll ferner buchstäblich ausdrücklich jegliche Zahl einschließen, die in diesen Bereich fällt, einschließlich jeglicher Untergruppenbereiche von Zahlen, die in jeglichen so genannten Bereich fallen.
Veranschaulichende Beispiele
Die im Folgenden aufgeführten und/oder zuvor angegebenen Parameter wurden wie folgt gemessen:
Durchschnittliche Teilchengröße – ist, wenn nicht anders angegeben, eine zahlengemittelte Teilchengröße, die durch die Gleichung SSA = 3100/d_n bestimmt wird, wobei d_n die zahlengemittelte Teilchengröße in Nanometern ist und SSA die nachfolgend beschriebene spezifische Oberfläche ist.
Medianwert der Teilchengröße – ist ein zahlengewichteter Medianwert, gemessen mittels Elektronenmikroskopie (TEM).
Glanz – gemessen mit einem BYK Gardner Mikro-TRI-Glanzinstrument, das mit transparenter Folie geeicht worden ist. Die Glanzwerte wurden mit einer Geometrie von 60° gemessen.
Siliciumdioxidfeststoffgehalt – gemessen in einem Ohaus-Ofen bei 205°C, wobei der Endpunkt der Feststoffmessung war, wenn die Änderung des Probengewichts weniger als 0,01 g für sechzig (60) Sekunden betrug.
Spezifische Oberfläche – titrimetrisches Verfahren, das durch Stickstoffadsorption mit der Oberfläche korreliert wird, wie von G. W. Sears, Jr., Analytical Chemistry, Band 28, Seite 1981, (1956) angegeben wurde.
Beruckbarkeit (oder Druckqualität) – und bewertet, indem das Aussehen der grün, blau und rot gefärbten Blöcke in einem gedruckten Bild untersucht wird, das mit einem Epson Stylus 870 Farbdrucker hergestellt wurde, nachdem die Beschichtung mit einem Warmluftstrom bei 37°C getrocknet worden war, Die Methodik zur Durchführung dieser Untersuchungen war wie folgt:
Für jede der Farben wurden Farbeinheitlichkeit und Ausbluten bewertet. Die kombinierte Bewertung für die beiden Untersuchungen ist wie folgt:
Hervorragend = alle Farben sahen einheitlich aus, und es gab kein Ausbluten außerhalb des Druckbereichs.
Gut – Farben waren nicht vollständig einheitlich, und Ausbluten kam in mindestens einem der Farbblöcke vor.
Schlecht = Farbe sah uneinheitlich aus, und bei mindestens einer Farbe gab es Farbpfützen, es gab auch deutliches Ausbluten.
Beispiel 1 (Vergleich)
Martoxin^® GL3 (SSA = 332 m²/g) Aluminiumoxid von Martinwerks wurde gemäß den Anweisungen des Herstellers peptisiert. Martoxin^® GL3 Pulver wurde in 15 % Feststoffgehalt zu entionisiertem (DI) Wasser gegeben und 5 Minuten lang gerührt. Der pH-Wert wurde dann mit Essigsäure auf 4,5 eingestellt, und die Aufschlämmung wurde weitere 10 Minuten lang gerührt. Am Ende wurde der pH-Wert mit Essigsäure erneut auf 4,5 eingestellt. 21,015 g (15 Gew.%) der oben hergestellten kolloidalen Alumi niumoxidaufschlämmung wurden in ein Becherglas gegeben. Hierzu wurden 4,85 g Airvol^® 523 (15,5 Gew.% Lösung) Polyvinylalkohol gegeben. Danach wurden 0,19 g Agefloc^® B50 Farbbeize (50 Gew.%), verdünnt mit 0,768 g entionisiertem Wasser, zu der Mischung gegeben. Die resultierende Formulierung wurde als 100 μm Nassfilm unter Verwendung eines K-Steuerungsbeschichters von Testing Machine Inc. (TMI) mit einem Stab Nummer 8, der eine Nassfilmdicke von 100 μm aufgebracht, auf Melinex^TM534 Polyester opake weiße Folie von E. I. DuPont de Nemours & Co. aufgebracht. Die erhaltene Beschichtung hatte einen Glanz von 93% bei 60°. Die Bedruckbarkeit war schlecht.
Beispiel 2 (Vergleich)
10,10 g Ludox^® CL-P (40 Gew.%; 140 SSA: 22 nm durchschnittliche Teilchengröße; Gew.%: Na = 0,250; SiO₂/Na = 160) kationisches, kolloidales Siliciumdioxid von W. R. Grace & Co.-Conn. wurden in ein Becherglas gegeben und mit 10,31 g entionisiertem Wasser verdünnt. Hierzu wurden 5,81 g Airvol^® 523 (15,5 Gew.% Lösung) Polyvinylalkohol gegeben, gefolgt von 0,22 g Agefloc^® B50 (50 Gew.%). Die resultierende Formulierung wurde wie in Beispiel 1 beschrieben als Beschichtung auf Polyesterfolie aufgebracht. Die erhaltene Beschichtung hatte einen Glanz von 4 % bei 60°.
Beispiel 3 (Vergleich)
84 g entionisiertes Wasser wurde zu 329 g Ludox^® HS-40 (W. R. Grace) kolloidalem Siliciumdioxid gegeben, das 40,0 % SiO₂ mit einer durchschnittlichen Teilchengröße = 12 nm war und eine spezifische Oberfläche von 220 m²/g hatte. Die Mischung wurde auf 40 bis 50°C erwärmt, und Amberlite^® IR-120 Plus Kationaustauscherharz in der Wasserstoffform wurde unter Rühren in kleinen Mengen zugegeben, bis der pH-Wert auf 2,5 sank. Rühren und Temperatur wurden eine Stunde lang gehalten, während der geringe Mengen an Harz zugegeben wurden, um den pH-Wert im Bereich von 2,5 bis 3,0 zu halten. Die Mischung wurde durch grobes Filterpapier filtriert, um das entionisierte, kolloidale Siliciumdioxidsol von dem Harz zu trennen. Dem entionisierten kolloidalen Siliciumdioxidsol wurde unter Rühren tropfenweise 1 % Ammoniumhydroxidlösung zugegeben, bis das Sol den Bereich von pH 7,2 bis 7,5 erreichte.
Das resultierende kolloidale Siliciumdioxidsol wurde unter raschem Rühren tropfenweise in ein Becherglas gegeben, das 87,2 g 45 % Aluminiumchlorhydrol enthielt (20,7 % Al₂O₃ und Al:Cl Atomverhältnis von 2:1). Nachdem die Zugabe abgeschlossen war, wurde die Mischung etwa 12 Stunden lang ins Gleichgewicht kommen gelassen, danach durch feines Filterpapier filtriert. Das resultierende Sol enthielt 30 % Feststoffe und hatte einen pH-Wert von 3,5.
14,51 g des obigen Produkts (30 Gew.%) wurden in ein Becherglas gegeben und mit 7,52 g entionisiertem Wasser verdünnt. Hierzu wurden 6,27 g Airvol^® 523 (15,5 Gew.% Lösung) Polyvinylalkohol gegeben, gefolgt von 0,22 g Agefloc^® B50 (50 Gew.%). Die resultierende Formulierung wurde unter den in Beispiel 1 beschriebenen Bedingungen als Beschichtung auf Polyesterfolie aufgebracht. Die erhaltene Beschichtung hatte einen Glanz von 93 % bei 60°. Die Bedruckbarkeit war gut.
Beispiel 4
In diesem Beispiel wurde ein polydisperses, kolloidales Siliciumdioxid verwendet. Das Sol hatte 50 Gew.% Feststoffe, einen Medianwert der Teilchengröße von 22 Nanometern, 80 % Teilchen lagen im Bereich von etwa 40 Nanometern, eine spezifische Oberfläche von 70 m²/g, ein zeta-Potential von +61 mV (bei einem pH-Wert von 4) und ein Verhältnis von Siliciumdioxidfeststoffen zu Natrium von 179. 5070 g des obigen polydispersen, kolloidalen Siliciumdioxids wurden mit 6 N Salzsäure auf pH = 4 angesäuert.
In einem separaten Behälter wurden 317 g DI-Wasser mit 250 g 1 N HCl gemischt. Hierzu wurden tropfenweise 63,5 g 3-Aminopropyltriethoxysilan gegeben. Nachdem das gesamte Silan zugegeben wurden war, wurde der pH-Wert mit 1 N HCl auf pH 4 eingestellt. Diese Lösung wurde dann zu dem angesäuerten, kolloidalen Siliciumdioxid gegeben, und die am Ende vorhandenen prozentualen Siliciumdioxidfeststoffe wurden durch Zugabe von DI-Wasser auf 40 % eingestellt. Das Material hatte einen Natriumgehalt von 0,239 und ein SiO₂/Na-Niveau von 167.
7,51 g des oben hergestellten Materials (40 Gew.%) wurden in ein Becherglas gegeben und mit 10,08 g entionisiertem Wasser verdünnt. Hierzu wurden 4,36 g Airvol^® 523 (15,5 Gew.% Lösung) Polyvinylalkohol gegeben, gefolgt von 0,18 g Agefloc^® B50 (50 Gew.%). Die resultierende Formulierung wurde als Beschichtung auf Polyesterfolie aufgebracht. Die erhaltene Beschichtung hatte einen Glanz von 85 % bei 60°. Die Druckqualität war hervorragend.
Beispiel 5 (Vergleich)
500 g Ludox^® TM (50 % Siliciumdioxid) kolloidales Siliciumdioxid von W. R. Grace & Co.-Conn. wurde mit 6 N Salzsäure auf pH 4 angesäuert. In einem separaten Behälter wurden 31,2 g DI-Wasser mit 30 g 1 N HCl gemischt. Hierzu wurden tropfenweise 6,25 g 3-Aminopropyltriethoxysilan gegeben. Nachdem das gesamte Silan zugegeben worden war, wurde der pH-Wert mit 1 N HCl auf pH 4 eingestellt. Diese Lösung wurde dann zu dem angesäuerten, kolloidalen Siliciumdioxid gegeben, und die am Ende vorhandenen prozentualen Siliciumdioxidfeststoffe wurden durch Zugabe von DI-Wasser auf 45 % eingestellt.
6,63 g des oben hergestellten Materials (45 Gew.%) wurden in ein Becherglas gegeben und mit 10,89 g entionisiertem Wasser verdünnt. Hierzu wurden 4,35 g Airvol^® 523 (15,5 Gew.% Lösung) Polyvinylalkohol gegeben, gefolgt von 0,15 g Agefloc^® B50 (50 Gew.%). Die resultierende Formulierung wurde als Beschichtung auf Polyesterfolie aufgebracht. Die erhaltene Beschichtung hatte einen Glanz von 81 % bei 60°. Die Druckqualität (Epson-870) war schlecht.
Beispiel 6 (Lagerstabilität)
Die kolloidalen Siliciumdioxidsole von jedem der obigen Beispiele wurden dann in einer geschlossenen Kunststoffflasche bei 25°C gelagert, um jeweils die Lagerstabilität zu bewerten.
Die Ergebnisse waren wie folgt:

• Beispiel 1 Martoxin^® GL3: Die am Ende erhaltene Aufschlämmung (15 % Feststoffe) blieb nach dem Peptisieren (Ausflocken) etwa 4 Tage lang fließfähig. Danach wurde die Dispersion viskos.
• Beispiel 2 Ludox^® CL-P (40 % Feststoffe): Nach Lagerung für ein Jahr wurden keine Veränderungen wahrgenommen.
• Beispiel 3 Fntionisiertes HS-40/ behandelt mit Aluminiumchlorhydrol (30 % Feststoffe): Das Material war in Bezug auf Teilchengrößenzunahme mindestens 7 Monate lang stabil. Die mit einer 80/18/2-Formulierung (Pigment/PVQH/kationisches Material) erhaltenen Glanzwerte hingen vom Alter des Materials ab. Frisches Material ergab einen Glanzwert von 93 %, während eine 14 Tage alte Probe einen Glanz von nur 28 % lieferte.
• Beispiel 4 Silanisiertes polydisperses erfindungsgemäßes Siliciumdioxid (2,5 % Silan, basierend auf Feststoffen) (40 % Feststoffe): Material war mindestens 6 Monate lang stabil. Die Glanzwerte der Beschichtungen blieben nach 6 Monaten größer als 80 %.
• Beispiel 5 Ludox^TM silanisiert (2,5 % Silan, basierend auf Feststoffen) (45 % Feststoffe): Material gelierte nach etwa 43 Tagen.

Claims

Tintenstrahlaufzeichnungsblatt, das einen Träger und mindestens eine Beschichtungsschicht darauf umfasst, wobei die mindestens eine Beschichtungsschicht (a) einen Oberflächenspiegelglanz von mindestens 30 bei 60° aufweist, (b) polydisperses, kationisches, kolloidales Siliciumdioxid, das eine positive Nettoladung besitzt, wobei die Dispersion der Siliciumdioxidteilchen eine Teilchengrößenverteilung aufweist, bei der der Medianwert der Teilchengröße im Bereich von 1 bis 300 nm liegt und eine relativ große Verteilungsspanne hat, und (c) Bindemittel umfasst, wobei die kolloidalen Siliciumdioxidfeststoffe und Bindemittelfeststoffe in einem Verhältnis von mindestens 1:1, bezogen auf das Gewicht, vorliegen.
Tintenstrahlaufzeichnungsblatt nach Anspruch 1, bei dem das Verhältnis von kolloidalen Siliciumdioxidfeststoffen zu Bindemittelfeststoffen im Bereich von 6:4 bis 4:1 liegt.
Tintenstrahlaufzeichnungsblatt nach Anspruch 1, bei dem das kolloidale Siliciumdioxid eine durchschnittliche Teilchengröße im Bereich von 1 bis 300 Nanometern hat.
Tintenstrahlaufzeichnungsblatt nach Anspruch 1, bei dem das kolloidale Siliciumdioxid einen Medianwert der Teilchengröße im Bereich von 15 bis 100 nm hat und eine solche Teilchengrößenverteilung hat, dass mindestens 80 der Teilchen einen Größenbereich von mindestens 30 Nanometern und bis zu 70 Nanometern überspannen.
Tintenstrahlaufzeichnungsblatt nach Anspruch 1, bei dem die mindestens eine funktionelle Gruppe ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus primären Aminen, sekundären Aminen, tertiären Aminen und quaternären Aminen.
Tintenstrahlaufzeichnungsblatt nach Anspruch 1, bei dem die funktionelle Gruppe Amino ist und das Amino über eine Alkylbindung an das Siliciumdioxid gebunden ist.
Beschichtungszusammensetzung, die (a) polydisperses, kationisches, kolloidales Siliciumdioxid, das eine positive Ladung besitzt, und (b) Bindemittel umfasst, wobei die Siliciumdioxidfeststoffe von (a) und Bindemittelfeststoffe von (b), bezogen auf das Gewicht, in einem Verhältnis von mindestens 1:1 vorliegen.
Beschichtungszusammensetzung nach Anspruch 7, bei der die Siliciumdioxidfeststoffe von (a) zu Bindemittelfeststoffen von (b) im Bereich von 6:4 bis 4:1 vorliegen.
Beschichtungszusammensetzung nach Anspruch 7, bei der das kolloidale Siliciumdioxid eine durchschnittliche Teilchengröße von 1 bis 300 Nanometern hat.
Beschichtungszusammensetzung nach Anspruch 7, bei der das kolloidale Siliciumdioxid einen Medianwert der Teilchengröße im Bereich von 15 bis 100 nm hat und eine solche Teilchengrößenverteilung hat, dass mindestens 80 % der Teilchen einen Größenbereich von mindestens 30 Nanometern und bis zu 70 Nanometern überspannen.
Beschichtungszusammensetzung nach Anspruch 7, bei der die mindestens eine funktionelle Gruppe ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus primären Aminen, sekundären Aminen, tertiären Aminen und quaternären Aminen.
Beschichtungszusammensetzung nach Anspruch 7, bei der die funktionelle Gruppe Amino ist und das Amino über eine Alkylbindung an das Siliciumdioxid gebunden ist.
Beschichtungszusammensetzung nach Anspruch 10, bei der die mindestens eine funktionelle Gruppe ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus primären Aminen, sekundären Aminen, tertiären Aminen und quaternären Aminen.
Beschichtungszusammensetzung nach Anspruch 7, bei der die funktionelle Gruppe Amino ist und das Amino über eine Alkylbindung an das Siliciumdioxid gebunden ist.