HEUSCHEN, Andrea (In der Lohr 1, Flörsbachtal, 63639, DE)
BATZ-SOHN, Christoph (Riedstr. 10a, Hanau-Mittelbuchen, 63454, DE)
STANDKE, Burkhard (Chrischonastr. 25, Lörrach, 79540, DE)
WASSMER, Christian (Hebelstrasse 12, Hausen, 79688, DE)
LACH, Heinz (Im Lochseif 63, Rodenbach, 63517, DE)
SCHARFE, Stefan (Eugen-Kaiser-Str. 2, Erlensee, 63526, DE)
HEUSCHEN, Andrea (In der Lohr 1, Flörsbachtal, 63639, DE)
BATZ-SOHN, Christoph (Riedstr. 10a, Hanau-Mittelbuchen, 63454, DE)
STANDKE, Burkhard (Chrischonastr. 25, Lörrach, 79540, DE)
WASSMER, Christian (Hebelstrasse 12, Hausen, 79688, DE)
LACH, Heinz (Im Lochseif 63, Rodenbach, 63517, DE)
| Patentansprüche: 1 . Verfahren zur Herstellung einer Siliciunndioxidpartikel und Kationisierungsmittel aufweisenden Dispersion, dadurch gekennzeichnet, dass man 50 bis 75 Gewichtsteile Wasser, 25 bis 50 Gewichtsteile Siliciumdioxidpartikel mit einer BET-Oberfläche von 30 bis 500 m2/g und 100 bis 300 g Kationisierungsmittel pro Quadratmeter BET-Oberfläche der Siliciumdioxidpartikel dispergiert, wobei das Kationisierungsmittel erhältlich ist, indem man mindestens ein halogenalkylfunktionelles Alkoxysilan, dessen Hydrolyseprodukte oder Kondensationsprodukte und/oder ein Gemisch der vorgenannten Stoffe mit mindestens einem Aminoalkohol und einer definierten Menge Wasser umsetzt und den gebildeten Hydrolysealkohol optional zumindest teilweise aus dem Reaktionsgemisch entfernt, wobei das halogenalkylfunktionelle Alkoxysilan die allgemeine Formel I (R1O)3-x-y(R2)xSi[(R3)nCH2Hal] i +y (I), besitzt, worin Gruppen R1 gleich oder verschieden sind und R1 für ein Wasserstoff, eine lineare, verzweigte oder cyclische Alkyl-Gruppe mit 1 bis 8 C-Atomen, eine Aryl-, Arylalkyl- oder Acyl-Gruppe steht, Gruppen R2 gleich oder verschieden sind und R2für eine lineare, verzweigte oder cyclische Alkyl-Gruppe mit 1 bis 8 C-Atomen oder für eine Aryl-, Arylalkyl- oder Acyl-Gruppe steht, Gruppen R3 gleich oder verschieden sind und R3 eine lineare, verzweigte oder cyclische Alkylengruppe mit 1 bis 18 C-Atomen darstellt, n gleich 0 oder 1 ist und Hai für Chlor oder Brom steht, und x gleich 0, 1 oder 2, y gleich 0, 1 oder 2 und (x + y) gleich 0, 1 oder 2 sind, der Aminoalkohol die allgemeine Formel II [HO-(CH2)m-]zN(R4)3-z (II), besitzt, worin Gruppen R4 gleich oder verschieden sind und R4für eine Gruppe umfassend C1 - bis C16-Atome steht, m für eine ganze Zahl zwischen 1 und 16 und z für 1 oder 2 oder 3 stehen. 2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass halogenalkylfunktionelles Alkoxysilan Chlorpropyltriethoxysilan und der Aminoalkohol aus der Gruppe bestehend aus N,N-Dimethylethanolamin, Ν,Ν-Diethylethanolamin, N-Methyldiethanolamin, N-Ethyldiethanolamin und Triethanolamin ausgewählt ist. 3. Verfahren zur Herstellung einer Siliciumdioxidpartikel und Kationisierungsmittel aufweisenden Dispersion, dadurch gekennzeichnet, dass man a) 50 bis 75 Gewichtsteile Wasser b) 25 bis 50 Gewichtsteile Siliciumdioxidpartikel mit einer BET- Oberfläche von 30 bis 500 m2/g und c) 100 bis 300 g eines Kationisierungsmittels pro Quadratmeter BET- Oberfläche der Siliciumdioxidpartikel dispergiert, wobei das Kationisierungsmittel eine oder mehrere quartäre, aminoalkoholfunktionelle, siliciumorganische Verbindungen der allgemeinen Formel III und/oder deren Kondensationsprodukte umfasst, wobei Ru und Rv , jeweils unabhängig voneinander, eine Alkylgruppe mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen ist, m = 2 bis 5 und n = 2 bis 5 ist. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die quartären, aminoalkoholfunktionellen, siliciumorganischen Verbindungen ein zahlenmittleres Molekulargewicht Mn von 500 bis 5000 aufweist. 5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine wässerige Lösung mit einer Konzentration der quartären, aminoalkoholfunktionellen, siliciumorganischen Verbindungen von 20 bis 60 Gew.-% eingesetzt wird. 6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass pyrogen hergestellte Siliciumdioxidpartikel eingesetzt werden. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die pyrogen hergestellte Siliciumdioxidpartikel eine BET-Oberfläche von 200 m2/g oder mehr aufweisen. 8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dispergierung in Gegenwart eine oder mehrere basisch oder sauer wirkende Substanzen oder deren Salzen durchgeführt wird. 9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dispergierung mittels eines Rotor-Stator-Aggregates erfolgt. 10. Dispersion erhältlich nach den Ansprüchen 1 bis 9. 1 1 . Dispersion nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der mittels dynamischer Lichtstreuung ermittelte mittlere Teilchendurchmesser 120 bis 250 nm ist. 12. Dispersion nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie 35 bis 40 Gew.-% pyrogen hergestellte Siliciumdioxidpartikel mit einer BET-Oberfläche von 250 m2/g bis 350 m2/g enthält und der mittels dynamischer Lichtstreuung ermittelte mittlere Teilchendurchmesser 130 bis 180 nm ist. 13. Streichfarbe enthaltend die Dispersion gemäß der Ansprüche 9 bis 12 und wenigstens ein Bindemittel. 14. Verwendung der Dispersion gemäß der Ansprüche 9 bis 12 und der Streichfarbe gemäß Anspruch 13 zur Beschichtung von tintenaufnehmenden Inkjet-Medien. 15. Tintenaufnehmendes Medium umfassend eine Tintenaufnahmeschicht, wobei die Tintenaufnahmeschicht die Streichfarbe gemäß Anspruch 13 und einen Träger umfasst. |
Kationisierungsmittel aufweisenden Dispersion
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Siliciunndioxidpartikel und Kationisierungsmittel aufweisenden Dispersion, die Dispersion selbst und eine hiermit herstellbare Streichfarbe.
Es ist bekannt Siliciumdioxid enthaltende wässerige Dispersionen zur
Herstellung von Streichfarben für tintenaufnehmende Schichten im Inkjet- Bereich einzusetzen. Zur Verbesserung der Qualität, insbesondere der
Wasserfestigkeit und Farbdichte der resultierenden Tintenaufnahmeschichten, werden diesen Dispersionen in EP-A-1013605, DE-A-10033054 oder
EP-A-1331254 kationische Polymere zugesetzt. Insbesondere bei hochgefüllten Dispersionen, die wegen besserer Rezeptierbarkeit der resultierenden
Streichfarben und ökonomischen sowie ökologischen Gründen (reduzierte Wasserverdampfung und Energieaufwand bei der Trocknung) besonders erwünscht sind, kann jedoch die Zugabe von bekannten kationischen
Polymeren zu einem extremen Anstieg der Viskosität führen und eine
Verarbeitung der Dispersionen bei hohem Füllgrad unmöglich machen.
In EP-A-1413451 wird ein Verfahren zur Herstellung eines Medienblattes für Tintenstrahldruckanwendungen offenbart, bei dem poröse, anorganische Makropartikel und ein Organosilanreagenz auf einem Substrat zur Reaktion gebracht werden. Bei den anorganischen Makropartikeln kann es sich um Siliciumdioxidpartikel handeln. Das Organosilanreagenz ist ein Oligomeres der Struktur
wobei x + y = 4, R 1 und R 2 Aminopropyl ist und die relative Molekülmasse 270 bis 550 ist. Mit diesem Verfahren soll die Dauerhaftigkeit der Druckfarben verbessert werden können.
Trotz der Fortschritte im Stand der Technik bleiben die Verarbeitbarkeit der eingesetzten Dispersionen bei hohem Feststoffgehalt und die Verbesserung der Druckqualität im Inkjet-Bereich zentrale noch zu verbessernde Parameter.
Es war daher die technische Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine
Dispersion bereitzustellen, welche die Mängel des Standes der Technik nicht aufweist. Eine weitere Aufgabe war die Bereitstellung einer verbesserten Streichfarbe mit hohem Feststoffgehalt ausgehend von dieser Dispersion.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer
Siliciumdioxidpartikel und Kationisierungsmittel aufweisenden Dispersion, dadurch gekennzeichnet, dass man
a) 50 bis 75 Gewichtsteile Wasser
b) 25 bis 50 Gewichtsteile Siliciumdioxidpartikel mit einer BET-Oberfläche von 30 bis 500 m 2 /g und
c) 100 bis 300 g Kationisierungsmittel pro Quadratmeter BET-Oberfläche der Siliciumdioxidpartikel
dispergiert, wobei
das Kationisierungsmittel erhältlich ist, indem man mindestens ein halogenalkylfunktionelles Alkoxysilan, dessen Hydrolyseprodukte oder Kondensationsprodukte und/oder ein Gemisch der vorgenannten Stoffe mit mindestens einem Aminoalkohol und einer definierten Menge Wasser umsetzt und den gebildeten Hydrolysealkohol optional zumindest teilweise aus dem Reaktionsgemisch entfernt, wobei das halogenalkylfunktionelle Alkoxysilan die allgemeine Formel I
(R 1 O) 3- x -y (R 2 )xSi[(R 3 )nCH2Hal] i +y (I), besitzt, worin
Gruppen R 1 gleich oder verschieden sind und R 1 für ein Wasserstoff, eine lineare, verzweigte oder cyclische Alkyl-Gruppe mit 1 bis 8 C-Atomen, eine Aryl-, Arylalkyl- oder Acyl-Gruppe steht, Gruppen R 2 gleich oder verschieden sind und R 2 für eine lineare, verzweigte oder cyclische Alkyl-Gruppe mit 1 bis 8 C-Atomen oder für eine Aryl-, Arylalkyl- oder Acyl-Gruppe steht,
Gruppen R 3 gleich oder verschieden sind und R 3 eine lineare, verzweigte oder cyclische Alkylengruppe mit 1 bis 18 C-Atomen darstellt,
n gleich 0 oder 1 ist und Hai für Chlor oder Brom steht,
und x gleich 0, 1 oder 2, y gleich 0, 1 oder 2 und (x + y) gleich 0, 1 oder 2 sind,
der Aminoalkohol die allgemeine Formel II
[HO-(CH 2 ) m -]zN(R 4 ) 3- z (II), besitzt, worin
Gruppen R 4 gleich oder verschieden sind und R 4 für eine Gruppe
umfassend C1 - bis C16-Atome steht, m für eine ganze Zahl zwischen 1 und 16 und z für 1 oder 2 oder 3 stehen.
In den weiteren Ausführungen zur Erfindung soll das halogenalkylfunktionelle Alkoxysilan, dessen Hydrolyseprodukte oder Kondensationsprodukte und/oder ein Gemisch der vorgenannten Stoffe als Komponente A und der Aminoalkohol als Komponente B bezeichnet werden.
Die Umsetzung der Komponente A und der Komponente B führt man in
Gegenwart einer definierten Menge Wasser durch oder setzt die Komponente A mit Komponente B um und hydrolysiert anschließend in Gegenwart einer definierten Menge Wasser, vorzugsweise weist die Komponente A,
insbesondere der Formel I R 1 gleich Alkyl mit 1 bis 4 C-Atomen, Acyl, und R 3 eine lineare Alkylengruppe mit 1 , 2, 3, 4, 5, 6, 7 C-Atomen, bevorzugt mit 2 C- Atomen auf. Bevorzugt einsetzbare halogenalkylfunktionelle Alkoxysilane sind
3-Chlor-propyltrimethoxysilan, 3-Chlorpropyltriethoxysilan,
3-Chlorpropyltripropoxysilan, Chlorpropyl-methyldimethoxysilan,
Chlorpropylmethyldiethoxysilan, Chlorpropyl-dimethylethoxysilan,
Chlorpropyldimethylmethoxysilan, Chlorethyltrimethoxysilan,
Chlorethyltriethoxysilan, Chlorethylmethyldimethoxysilan,
Chlorethylmethyldiethoxysilan, Chlorethyldimethylmethoxysilan, Chlorethyldimethylethoxysilan, Chlormethyltri-ethoxysilan,
Chlormethyltrimethoxysilan, Chlormethylnnethyldinnethoxysilan,
Chlormethylnnethyldiethoxysilan, Chlormethyldinnethylnnethoxysilan,
Chlormethyldinnethylethoxysilan, 2-Chlorisopropyltris(nnethoxyethoxy)silan, 3-Chlorpropylcyclohexyldiethoxyslan, 3-Chlorisobutyltrinnethoxysilan,
3-Chlorisobutyltriethoxysilan, 3-Chlorpropylcyclohexyldimethoxysilan,
3-Bromisropyldiethylcyclohexoxysilan, 3-Chlorpropylcyclopentyldienethoxysilan,
3- Bromisobutyltrinnethoxysilan, 3-Chlorisobutylbis(ethoxyethoxy)nnethylsilan,
4- Brom-n-butyltriethoxysilan, 4-Chlor-n-butyldiethoxycyclopentylsilan,
5- Chlor-n-pentyltri-n-butoxysilan, 5-Brom-n-pentyltriethoxysilan,
4- Brom-3-nnethylbutyldinnethoxyphenylsilan, 5-Brom-n-pentyltri-n-butoxysilan,
5- Chlor-n-pentyltriethoxysilan, 6-Chlor-n-hexylethoxydimethylsilan,
6- Brom-n-hexylpropyldipropoxysilan, 6-Chlor-n-hexyldiethoxyethylsilan,
7- Chlor-n-heptyltriethoxysilan, 7-Chlorheptyldimethoxycycloheptylsilan,
7- Brom-n-heptyl-diethoxycyclooctylsilan, 8-Chlor-n-oxtyltriethoxysilan,
8- Brom-n-octyldinnethylcyclohexoxysilan, 3-Chlorpropyldiethoxyphenylsilan, 3-Chlorpropylmethoxyethoxybenzylsilan, 3-Brompropyldinnethoxybenzylsilan und/oder deren Hydrolyse- und/oder Homo- und/oder Co- Kondensationsprodukte oder zweckmäßig 1 ,4-Chlorphenyltrimethoxysilan,
1 ,4-Chlorbenzyltriethoxysilan und Chlormethyl-p-methylphenyl-trimethoxysilan und/oder deren Hydrolyse- und/oder Homo- und/oder Co- Kondensationsprodukte.
Besonders bevorzugt können 3-Chlorpropyltrimethoxysilan,
3-Chlorpropyltriethoxysilan, 3-Chlorpropyl-methyldimethoxysilan,
3-Chlorpropyl-methyldiethoxysilan, 3-Chlorpropyl-dimethylethoxysilan oder 3-Chlorpropyl-dimethylmethoxysilan oder ein Hydrolyse- oder
Kondensationsprodukt der zuvor genannten Alkoxysilane eingesetzt werden.
Besonders vorteilhaft setzt man die Komponenten A und B in Bezug auf die Halogenalkyl-Gruppe der Komponente A und den tertiären Stickstoff der Komponente B in einem molaren Verhältnis von 2:1 bis 1 :100 ein, insbesondere von 2:1 bis 1 :10, bevorzugt von 2:1 bis 1 :5, besonders bevorzugt von etwa 1 :1 bis etwa 1 :1 ,5, wobei man gegebenenfalls zunächst ein Verhältnis von 1 : 1 einstellt und nachfolgend noch je Charge etwa 0,2 der Komponente B in Bezug auf die vorliegende Komponente A in 1 bis 4 Chargen zugibt.
Als besonders vorteilhaft hat sich eine Verfahrensführung erwiesen bei der man Wasser in einer Menge von 0,5 bis 500 mol Wasser je mol vorliegenden
Silicium-Atome der Komponente A einsetzt, bevorzugt in mindestens einem der Hydrolyse-Schritte 0,5 mol Wasser je mol hydrolysierbarer Alkoxy-Gruppe am Silan, wobei insgesamt bevorzugt insbesondere 0,5 bis 25 mol Wasser, bevorzugt 5 bis 25 mol Wasser je mol Silicium-Atome bezüglich der
eingesetzten Komponente A, besonders bevorzugt 10 bis 25 mol Wasser je mol der Silicium-Atome, insbesondere 12 bis 25 mol Wasser je mol Silicium-Atome eingesetzt werden.
Je nach Verfahrensführung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn man die Umsetzung in Gegenwart eines Lösemittels, insbesondere Alkohols, durchführt, bevorzugt in Gegenwart des bei der Hydrolyse des Alkoxysilanes entstehenden Alkohols, besonders bevorzugt in Gegenwart von Ethanol, Methanol,
n-Propanol oder iso-Propanol. Dabei entfernt man das zugesetzte Lösemittel geeigneterweise bei der Entfernung des bei der Umsetzung entstandenen Hydrolysealkohols aus dem System. Der bei der Umsetzung gebildete
Hydrolysealkohol wird im Wesentlichen vollständig entfernt, vorzugsweise durch Destillation, insbesondere bereits während der Umsetzung. Gemäß einer besonders bevorzugten Verfahrensführung kann etwa die durch Destillation entfernte Menge an Hydrolyselalkohol und Wasser im azeotropen Gemisch durch zusätzliche Zugabe von Wasser ausgeglichen werden. Flüchtige Lösemittel, wie ein zugesetztes Lösemittel und/oder der bei der Umsetzung durch Hydrolyse gebildete Alkohol, d.h. gegebenenfalls zu flüchtigem Lösemittel hydrolysierbare Gruppen, insbesondere Hydrolysealkohol, entfernt man bis auf ein Gehalt in der Gesamtzusammensetzung von unter 12 Gew.-% bis 0 Gew.-%, vorzugsweise durch Destillation nach dem Fachmann geläufigen Verfahren. Als frei von Lösemitteln gilt eine Zusammensetzung, wenn der Gehalt an Lösemitteln in der Gesamtzusammensetzung auf unter 10 Gew.-% bis 0 Gew.-%, besonders bevorzugt unter 5 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt unter 2 Gew.-% bis 0,0001 Gew.-%, insbesondere 1 bis < 0,5 Gew.- %, bevorzugt 0,5 bis < 0,1 Gew.-% eingestellt werden konnte, wobei das Entfernen von flüchtigem Lösemittel während der Umsetzung und/oder danach durch Destillation, insbesondere unter vermindertem Druck im Bereich von 1 bis 1000 mbar, bevorzugt von 80 bis 300 mbar, besonders bevorzugt im Bereich von 80 bis 180 mbar, erfolgen kann. Geeigneterweise kann man aber auch den Druck im Laufe der Umsetzung von Umgebungsdruck auf einen verminderten Druck absenken. Die Destillation kann diskontinuierlich oder auch kontinuierlich mittels Destillationskolonne, Dünnschichtverdampfer sowie weitere dem
Fachmann geläufigen Apparaten erfolgen. Bei der Destillation wird
vorzugsweise destilliert bis am Kopf der Trennkolonne nur noch Wasser nachweisbar ist. Abdestilliertes Wasser kann durch erneute Wasserzugabe ergänzt werden. Am Ende der Destillation kann die gewünschte
Endkonzentration der Lösung durch Zugabe von weiterem Wasser eingestellt werden.
Die Umsetzung führt man bevorzugt bei einem Druck von 1 mbar bis 100 bar, vorzugsweise um etwa 1 mbar bis 1 ,1 bar, bevorzugt bei Umgebungsdruck (Normaldruck), und einer Temperatur von 20 und 150 °C durch, bevorzugt zwischen 40 bis 120 °C, besonders bevorzugt zwischen 60 bis 100 °C, insbesondere von 80 bis 95 °C aus.
Es kann sich als zweckmäßig erweisen einen Hydrolyse- und/oder
Kondensationskatalysator zuzusetzen, beispielsweise eine organische oder anorganische Säure, wie Ameisensäure, Essigsäure, Propionsäure,
Citronensäure, Chlorwasserstoff, als Gas, konzentrierte oder wässrige
Salzsäure, Borsäure, Salpetersäure, Schwefelsäure oder Phosphorsäure.
Entsprechend kann auch zur Einstellung des pH-Wertes der Zusammensetzung oder Reaktionsmischung zu jederzeit eine anorganische oder organische Säure zugesetzt werden. Weiter kann es bevorzugt sein Metalloxide einzusetzen, vorzugsweise
Metalloxide mit zur Kondensation fähigen Hydroxygruppen. Dies sind
insbesondere Silica, pyrogene Kieselsäure, gefällte Kieselsäure, Silikate, Borsäure, Titandioxid, Aluminiumoxid, Aluminiumoxidhydrat, ATH
(Aluminiumtrihydroxid, AI(OH) 3 ), Magnesiumhydroxid (Mg(OH) 2 ), Ceroxid, Yttriumoxid, Calciumoxid, Eisenoxide, Zirkoniumoxid, Hafniumoxid, Boroxid, Galliumoxid, Indiumoxid, Zinnoxid, Germaniumoxid sowie entsprechende Hydroxide und Oxidhydrate sowie Mischungen von mindestens zwei der zuvor genannten Verbindungen untereinander. Als flüchtige Lösemittel oder zu flüchtigen Lösemitteln hydrolysierbare Gruppen werden Alkohole, wie Methanol, Ethanol, iso-Propanol, n-Propanol, und Alkoxy- gruppen, die zu Alkoholen hydrolysieren, Acyloxy-Gruppen enthaltende Reste sowie, die durch Hydrolyse abgeleitete Essigsäure oder Ameisensäure, oder auch Aryloxy-Gruppen, die Phenole bilden können und auch Glykole sowie teilveretherte Glykole, wie Ethylenglykol, Diethylenglykol oder Methoxyethanol, die entweder der Formulierung zugegeben werden oder durch Hydrolyse ihrer Silylester entstehen, aufgefasst.
Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer speziellen Siliciumdioxidpartikel und Kationisierungsmittel aufweisenden Dispersion, bei dem man
a) 50 bis 75 Gewichtsteile Wasser
b) 25 bis 50 Gewichtsteile Siliciumdioxidpartikel mit einer BET-Oberfläche von 30 bis 500 m 2 /g und
c) 100 bis 300 g einer oder mehrerer quartärer, aminofunktioneller,
siliciumorganischer Verbindungen pro Quadratmeter BET-Oberfläche der
Siliciumdioxidpartikel
dispergiert,
wobei das Kationisierungsmittel eine oder mehrere quartäre,
aminoalkoholfunktionelle, siliciumorganische Verbindungen der allgemeinen Formel III und/oder deren Kondensationsprodukte umfasst, wobei R u und R v , jeweils unabhängig voneinander, eine Alkylgruppe mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen ist, m = 2 bis 5 und n = 2 bis 5 ist.
Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform bei der u = v = Me, m = 3 und n = 2 ist.
Die Kondensationsprodukte der quartären, aminoalkoholfunktionellen, siliciumorganischen Verbindungen können lineare, verzweigte und/oder cyclische Strukturen bzw. Strukturbereiche mit M-, D-, T-Strukturen aufweisen. Laut 29 Si-NMR Spektroskopie sind dies, neben bevorzugt 0,5 bis 5 %, besonders bevorzugt 1 bis 3%, monomerer Strukturen, bevorzugt 3 bis 15%, besonders bevorzugt 5 bis 10%, M-Strukturen und bevorzugt jeweils 35 bis 60%, besonders bevorzugt 40 bis 55%, D-Strukturen auf. Eine Definition von M- D-, T- Strukturen findet sich in Walter Noll, Chemie und Technologie der Silicone, 1968, Verlag Chemie GmbH, Weinheim, Kapitel 1 . Weiterhin weisen die quartären, aminoalkoholfunktionellen, siliciumorganischen Verbindungen bevorzugt ein zahlenmittleres Molekulargewicht M n von 500 bis 5000, besonders bevorzugt 1000 bis 2500, auf.
Der Anteil an quartären, aminoalkoholfunktionellen, siliciumorganischen Verbindungen in der wässerigen Lösung beträgt bevorzugt 30 bis 60 Gew.-% und besonders bevorzugt 40 bis 50 Gew.-%.
Siliciumdioxidpartikel
Bei den eingesetzten Siliciumdioxidpartikeln handelt es sich um amorphe Siliciumdioxidpartikel. Die Siliciumdioxidpartikel tragen auf ihrer Oberfläche kondensierbare Gruppen, beispielsweise OH-Gruppen. Mit umfasst sollen auch Mischoxide mit Siliciumdioxid als Bestandteil oder mit Siliciumdioxid umhüllte Metalloxidpartikel sein. Die amorphen Siliciumdioxidpartikel können
beispielsweise mittels elektrischer Lichtbogenverfahren, Plasmaverfahren, nasschemischer Verfahren, wie Fällungs- und Gelierungsverfahren, sowie durch pyrogene Verfahren hergestellt werden. Bevorzugt handelt es sich bei den Siliciumdioxidpartikeln um pyrogen hergestellte Partikel. Unter pyrogen ist die Hydrolyse oder Oxidation von Siliciumverbindungen in der Gasphase in einer Flamme, erzeugt in der Regel durch die Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff, zu verstehen. Dabei werden zunächst hochdisperse, nicht poröse Primärpartikel gebildet, die im weiteren Reaktionsverlauf zu Aggregaten zusammenwachsen und diese weiter zu Agglomeraten zusammenlagern können.
Die BET-Oberfläche der eingesetzten Siliciumdioxidpartikel kann über einen weiten Bereich, von 30 bis 500 m 2 /g variieren. Es wurde jedoch gefunden, dass der Einsatz pyrogen hergestellter Siliciumdioxidpartikel mit einer BET- Oberfläche von 200 m 2 /g oder mehr, insbesondere solcher mit einer BET- Oberfläche von 240 bis 330 m 2 /g, zu Dispersionen führt, die besonders gute Eigenschaften im Inkjet-Bereich aufweisen.
Weitere Einsatzstoffe zur Herstellung der Dispersion
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können zusätzlich ein oder mehrere basisch wirkende Substanzen eingesetzt werden. In der Regel können dies Amine und/oder deren Salze sein. Um die Stabilität der erfindungsgemäßen Dispersion weiter zu verbessern können Säuren eingesetzt werden. Geeignete Säuren können Salzsäure, C1 -C4-Carbonsäuren, C1 -C4-Hydroxycarbonsäuren oder C1 -C4-Dicarbonsäuren sein.. Gewöhnlich wird die Säure in einer solchen Menge zugegeben, dass ein pH-Wert der Dispersion von 2 bis 6, bevorzugt 3 bis 5, besonders bevorzugt 3,5 bis 4,5, resultiert. Es sei jedoch erwähnt, dass auch ohne Zugabe von Säure stabile Dispersionen erhalten werden können. Weiterhin können bei der Herstellung der Dispersion organische Lösungsmittel, Bakterizide und/oder Fungizide eingesetzt werden. In der Regel wird bei der Herstellung der Dispersion so vorgegangen, dass zunächst unter geringem Energieeintrag, beispielsweise mittels eines
Dissolvers, eine Vordispersion herstellt, indem man Siliciumdioxidpartikel zu den flüssigen Komponenten der Dispersion gibt. In einem zweiten Schritt erfolgt dann die eigentliche Dispergierung, bei der der Energieeintrag höher ist als im ersten Schritt. Geeignete Disperegieraggregate sind dem Fachmann bekannt. Exemplarisch sei ein Rotor-Stator-Aggregat genannt.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine mittels der erfindungsgemäßen Verfahrens erhältliche Dispersion. Diese weist einen mittels dynamischer Lichtstreuung ermittelten mittlere Teilchendurchmesser von bevorzugt 120 bis 250 nm, besonders bevorzugt von 130 bis 180 nm, auf.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Dispersion enthält sie 35 bis 40 Gew.-% pyrogen hergestellte Siliciumdioxidpartikel mit einer BET-Oberfläche von 250 m 2 /g bis 350 m 2 /g und der mittels dynamischer Lichtstreuung ermittelte mittlere Teilchendurchmesser beträgt 130 bis 180 nm.
Streichfarbe
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Streichfarbe, welche die erfindungsgemäße Dispersion und wenigstens ein Bindemittel enthält.
Als Bindemittel können beispielsweise Verwendung finden: Polyvinylalkohol, teilweise oder vollständig verseift, sowie kationisierter Polyvinylalkohol mit einer primären, sekundären oder tertiären Aminogruppe oder einen tertiären
Ammoniumgruppe an der Hauptkette oder an der Seitenkette. Ferner
Kombinationen dieser Polyvinylalkohole untereinander und
Polyvinylpyrrolidone, Polyvinylacetate, silanisierte Polyvinylalkohole, Styrol- Acrylat-Latices, Styrol-Butadien-Latices, Melamin-Harze, Ethylen-Vinylacetat- Copolymere, Polyurethan-Harze, synthetische Harze wie Polymethyl- methacrylate, Polyesterharze (z.B. ungesättigte Polyester-Harze), Polyacrylate, modifizierte Stärke, Kasein, Gelatine und/oder Cellulose-Derivate (z.B.
Carboxymethylcellulose). Bevorzugt kann Polyvinylakohol oder kationisierter Polyvinylakohol eingesetzt werden. Weiterhin kann die Streichfarbe auch noch ein oder mehrere andere Pigmente wie Calciumcarbonate, Schichtsilikate, Aluminiumsilikate, Plastikpigmente (z.B. Polystryrol, Polyethylen, Polypropylen), Kieselgele, Aluminiumverbindungen (z.B. Aluminiumsole, kolloidale Aluminiumoxide und deren Hydroxy- Verbindungen, wie Pseudoboehmite, Boehmite, Aluminiumhydroxid),
Magnesiumoxid, Zinkoxid, Zirkonoxid, Magnesiumcarbonate, Kaolin, Clay, Talkum, Calciumsulfat, Zinkcarbonat, Satinweiß, Lithopone, Zeolithe enthalten.
Die Streichfarbe kann einen Gehalt an Mischoxidpartikeln zwischen 10 und 60 Gew.-% aufweisen. Bevorzugt kann er größer 15 Gew.-%, besonders bevorzugt kann er größer 25 Gew.-% sein.
Zur Erhöhung der Wasserfestigkeit des Bindersystems und somit der
Beschichtung können Vernetzer dienen wie Zirkonoxide, Borsäure,
Melaminharze, Glyoxal und Isocyanate und andere Moleküle, die die
Molekülketten des Bindersystems miteinander verbinden. Des Weiteren können Hilfsmittel wie optische Aufheller, Entschäumer,
Netzmittel, pH-Puffer, UV- Absorber und Viskositätshilfsmittel eingesetzt werden.
Die erfindungsgemäße Streichfarbe weist bevorzugt einen Feststoffanteil von 10 bis 30 Gew.-% und besonders bevorzugt einen von 15 bis 30 Gew.-% auf. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung der
erfindungsgemäßen Dispersion und Streichfarbe zur Beschichtung von tintenaufnehmenden Inkjet-Medien.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein tintenaufnehmendes Medium umfassend eine Tintenaufnahmeschicht, wobei die Tintenaufnahmeschicht, die erfindungsgemäßen Streichfarbe und einen Träger umfasst. Als Träger können zum Beispiel Papier, beschichtetes Papier, Harzfolien, wie ein Polyesterharz, einschliesslich Polyethylenterephthalat, Polyethylennaphthalat, ein
Diacetatharz, ein Triacetatharz, ein Acrylharz, ein Polycarbonatharz, ein Polyvinylchlorid, ein Polyimidharz, Celluphan, Celluloid und eine Glasplatte eingesetzt werden.
Bevorzugt sind sogenannte Fotobasispapiere, d.h. Papiere, auf denen eine/oder mehrere Lagen Polyethylenfolie auf Vorder- und oder Rückseite aufgebracht worden ist. Des Weiteren Polyesterfolie, PVC-Folie oder
vorbeschichtete Papiere.
Das erfindungsgemäße tintenauafnehmende Medium umfasst auch Medien, bei denen die tintenaufnehmende Schicht aus mehreren Beschichtungslagen des gleichen Typs oder anderen Lagen besteht. Die erfindungsgemäße Streichfarbe kann sich nur in einer oder mehreren Schichten befinden. So können zum Beispiel noch weitere tintenabsorptive Beschichtungen enthalten. Es können des Weiteren eine oder mehrere Polymerlagen (z.B Polyethylen) auf dem Substrat und/oder auf der erfindungsgemäßen Beschichtung aufgebracht werden, um die mechanische Stabilität und/oder den Glanz in der Beschichtung zu erhöhen (z.B. Fotobasispapier, Laminierung).
Die Träger können transparent oder opak sein. Die Dicke des Trägers ist nicht limitiert, bevorzugt werden Dicken zwischen 50 und 250 μιτι verwendet.
Zur Herstellung des tintenaufnehmenden Mediums kann die Streichfarbe auf den Träger aufgebracht und getrocknet werden. Das Aufbringen der
Streichfarbe kann mit allen üblichen Auftragsverfahren, wie Walzenauftrag, Schaberegalisierung (Blade-coating), Luftbürste, Rakel (profiliert, glatt, Spalt), Guss-Strich-Verfahren, Filmpresse, Leimpresse, Vorhanggieß-Verfahren (curtain-coating) und Schlitzdüsen-Auftrag (z.B. Gießrakel, slot-dye) und
Kombinationen hieraus aufgebracht werden. Bevorzugt werden Verfahren eingesetzt, die eine sehr homogene Beschichtung ermöglichen, wie z.B. Cast- coating, Vorhanggieß-Verfahren und Schlitzdüsen-Auftrag. Das beschichtete Substrat kann mit allen üblichen Verfahren wie Luft- oder Konvektionstrocknung (z.B. Heißluftkanal), Kontakt- oder
Konduktionstrocknung, Energiestrahlentrocknung (z.B. Infrarot und
Mikrowellen) getrocknet werden.
Beispiele:
Bestimmungsmethoden:
Hydrolysierbares Chlorid wurde potentiographisch mit Silbernitrat titriert (beispielsweise Metrohm, Typ 682 Silberstab als Indikatorelektrode und Ag/AgCI-Referenzelektrode oder andere geeignete Referenzelektrode).
Gesamtchloridgehalt nach dem Wurtzschmitt-Aufschluss. Dazu wird die Probe in einer Wurtzschmittbombe mit Natriumperoxid aufgeschlossen. Nach
Ansäuern mit Salpetersäure wird Chlorid potentiographisch mit Silbernitrat gemessen, wie vorstehend. Bei einer vollständigen Umsetzung der Chloralkylfunktion mit tertiären Aminen sind die Analysenwerte für hydrolysierbares Chlorid und Gesamtchlorid identisch und damit ein Maß für die Vollständigkeit der Reaktion, da mit Gesamtchlorid die Summe aus salzartigem Chlorid (Aminhydrochlorid) und kovalent gebundenem Chlor (Chloralkylfunktion) und mit hydrolysierbarem Chlorid ausschließlich salzartiges oder mit Wasser abspaltbares Chlorid
(vorliegend Aminhydrochlorid) bestimmt wird. Am Anfang der Reaktion beträgt der Wert für hydrolysierbares Chlorid null und steigt bei vollständigem Umsatz auf den Wert, der für Gesamtchlorid gemessen wird. Daher eignet sich diese Analysen hervorragend zusätzlich zur 1 H und 13 C NMR Spektroskopie als Reaktionskontrolle.
Der Alkoholgehalt nach Hydrolyse wird gaschromatographisch bestimmt. Dazu wird eine Probe einer definierten Menge mit Schwefelsäure (5 g Probe, 25 ml H 2 SO 4 , w = 20 %) hydrolysiert. Es werden 75 ml destilliertes Wasser zugegeben. Anschließend mit Natronlauge neutralisiert und eine
Wasserdampfdestillation durchgeführt. Interner Standard 2-Butanol. Die Stickstoffbestimmung, organisch gebunden, Ammonium etc. organisch gebundener Stickstoff kann mittels Kjeldahl-Aufschluss in Ammonium überführt werden und nach Zusatz von Natronlauge als Ammoniak acidimetrisch bestimmt werden. Verfahren: Bis zu 5 g Probe werden mit 10 ml Schwefelsäure (konz.) und einer Kjeldahl-Tablette (Merck 1 .15348) erhitzt, bis die
Aufschlusslösung hell und abgesehen von eventuell ausgefallener Kieselsäure klar ist. Das Aufschlussgefäß wird an die Destillationsapparatur angeschlossen und durch Natronlauge-Zugabe (27 %) freigesetztes Ammoniak in die Vorlage überdestilliert. Der Ammoniakgehalt wird unter Borsäurezusatz (2 %) mit Schwefelsäure (c(H 2 SO 4 )=0,05 mol/l bzw. 0,005 mol/l) titriert. V = Verbrauch an Schwefelsäure in ml, c = Konzentration der Schwefelsäure in mol/l, z =
Äquivalentzahl der Schwefelsäure = 2, E = Einwaage in mg
Auswertung: N [%] = (100 · V · c · z · 14,01 )/E
Die Bestimmung von S1O2 erfolgt nach Zersetzung mittels Schwefelsäure und Kjeldahl-Katalysator, indem das Gewicht des ausgeschiedenen S1O2 bestimmt wird. Verfahren: Die 1 g Probe wird in einem 250 ml Becherglas mit einer Kjeldahl-Tablette (z.B. Merck Nr. 15348) und 20 ml Schwefelsäure (konz.) versetzt. Die Lösung wird langsam erhitzt. Die organischen Bestandteile werden oxidiert, bis die Aufschlußlösung beim Rauchen der Schwefelsäure klar und hell bleibt. Nach Abkühlen und vorsichtigem Verdünnen auf ca. 200 ml wird die dabei ausgefällte Kieselsäure durch ein Weißbandfilter abfiltriert. Das Filter wird mit Wasser gewaschen, bis der pH-Wert des Waschwassers > 4 ist, dann im Platintiegel getrocknet und verascht. Der Rückstand wird bei 800 °C geglüht und ausgewogen. Nach Abrauchen mit Flußsäure (konz.) wird erneut bei 800 °C geglüht und ausgewogen, m = Gewichtsdifferenz vor und nach Abfluorieren in g; E = Einwaage in g
Auswertung: SiO 2 [%] =100 ■ m/E Nachfolgend die DIN-Normen, die zur Ermittlung der genannten Parameter, angewendet wurden, wiedergegeben: Feststoffgehalt nach DIN 38409-1 (1987- 01 -00), Brechzahl nach DIN 51423 (2010-02-00), Dichte nach DIN
51757 (1994-04-00), Viskosität nach DIN 53015 (2001 -02-00), Farbzahl nach DIN EN ISO 6271 (2005-03-00) und Trübung nach DIN EN ISO 7027 (2000-04- 00).
Beispiel 1 : Herstellung eines Kationisierungsmittels aus
Chlorpropyltriethoxysilan (CPTEO) und N,N- Dimethylethanolamin In einem 41 Vierhalskolben werden 1283,0g CPTEO (5,328mol) und 160,0g Ethanol vorgelegt. Bei RT werden 143,9g VE-Wasser (1 ,5mol H2O / mol Si) innerhalb von 16min. zugetropft. Die Sumpftemperatur steigt dabei auf ca. 40°C an.
Anschließend werden 570,5g (6,400mol) Dimethylethanolamin innerhalb von 6min. zugerührt. Die Sumpftemperatur steigt dabei von 40°C auf ca. 48°C an. Anschließend wird ca. 45min. auf Rückfluß gekocht (Sumpftemperatur ca. 85°C).
Bei Normaldruck wird innerhalb von ca. 6 h 1706,6 g Wasser / Ethanol / Dimethylethanoldiamin abdestilliert. Während dieser Zeit wird in sieben
Portionen 2038,3 g Wasser zugerührt. Nach ca. 3 h Destillation wurden in 3 Portionen insgesamt 432,4 g VE-Wasser eingebracht. Die Sumpfprobe zeigt nun eine gute Löslichkeit in VE-Wasser.
Innerhalb von 1 ,7 h wird bei einer Sumpftemperatur von 50°C bis 55°C und einem Absolutdruck von ca. 140 mbar 529,4 g Wasser / Ethanol /
Dimethylethanoldiamin Gemisch abdestilliert. Am Ende der Destillation werden 560,17 g VE-Wasser zugerührt. Erhalten wird eine leicht trübe / leicht gelbliche niedrigviskose Flüssigkeit. Ausbeute: 2521 ,7 g
Die physikalisch-chemische Daten des Kationisierungsmittels aus Beispiel 1 finden sich in Tabelle 1 . 1 H und 13 C-NMR: Reinheit der Zielverbindung ca. 95,8mol%. 4,2 mol% freies Dimethylethanolamin. Keine Hinweise auf eine Umesterung der
Aminoethanolgruppe zu SiOR.
29 Si-NMR: 1 % Si Silan, 7% Si M- Strukturen, 45%Si D- Strukturen, 47% Si T- Strukturen
Beispiele 2: Herstellung der Dispersionen D1 bis D3
Die nachfolgenden Dispersionsbeispiele D1 -D3 wurden unter der Maßgabe entwickelt, dass die Dispersionen dünnflüssig anwendbar und ähnliche
Performance in der Papierbeschichtung hinsichtlich Porenstruktur und
Porenvolumen aufweisen. Als Maß für die Porosität der Beschichtung hat sich die mittlere Aggregatgröße in der Dispersion, gemessen mit dynamischer Lichtstreuung, herausgestellt. Innerhalb eines Systems führen höhere Füllgrade während der Dispergierung zu einer Abnahme der mittleren Partikelgröße. Die Beispiele zeigen, dass durch die Verwendung des erfindungsgemäßen
Silansystems sehr hohe Füllgrade bei gleichzeitiger Beibehaltung der
gewünschten Aggregatgröße realisierbar sind.
D1 : Dispersion ausgehend von AEROSIL ® 300 Siliciumdioxid und Poly-Diallyl- Dimethyl-Ammoniumchlorid (p-DADMAC) (Vergleichsbeispiel)
Zu 1350 g VE Wasser werden 60g p-DADMAC gegeben. Dann werden 320 g AEROSIL ® 300 mittels eines Dissolvers bei 1500 bis 4000 U/min innerhalb von 40 min eingerührt und anschließend über einen Zeitraum von 5 min bei 2000 U/min weiter vordispergiert. Nachfolgend wird nun mit einem Rotor-Stator- Dispergiergerät bei 15000 U/min unter Kühlung (<30°C) 30 Minuten dispergiert. Abschließend wird die Dispersion über ein 500 μιτι Sieb filtriert.
D2: Dispersion ausgehend von AEROSIL ® 300 Siliciumdioxid und N- Butylaminopropyl-trimethoxysilan (Dynasylan ® 1 189) (Vergleichsbeispiel)
Zu 1200 g VE Wasser werden 425 g AEROSIL ® 300 mittels eines Dissolvers bei 1500 bis 4000 U/min innerhalb von 30 min eingerührt und anschließend über einen Zeitraum von fünf Minuten bei 2000 U/min weiter vordispergiert. Nachfolgend wird nun mit einem Rotor-Stator-Dispergiergerät bei 15000 U/min unter Kühlung (<30°C) 10 min dispergiert.
Nun wird erneut mit dem Dissolver mit 2000 U/min gerührt und es erfolgt innerhalb von 5 min die Zugabe einer Mischung aus 21 ,3 g Dynasylan ® 1 189, 67 g Methanol und 20 g Ameisensäure (50-prozentige Lösung in Wasser) , danach wird noch 60 Minuten im Rotor-Stator-System bei 5000 U/min bei 60°C enddispergiert und abreagieren lassen. Abschließend wird die Dispersion abgekühlt und über ein 500 μιτι Sieb filtriert.
D3: Dispersion ausgehend von AEROSIL ® 300 Siliciumdioxid und des
Kationisierungsmittels aus Beispiel 1 (gemäß Erfindung)
428 g AEROSIL ® 300 werden mit einem Dissolver bei 1500 bis 5000 U/min in eine Mischung aus 805 g VE Wasser und 47,4 g der Lösung aus Beispiel 1 innerhalb von 17 min eingerührt und 10 Minuten bei 2000 U/min
weiterdispergiert. Anschließend wird mit einem Rotor-Stator-Dispergiergerät (Kinematica Polytron PT6100) über einen Zeitraum von 30 min bei 10000 U/min dispergiert. Abschließend wird die Dispersion über ein 500 μιτι Sieb filtriert.
Die physikalisch-chemische Daten der Dispersionen D1 -D3 finden sich in Tabelle 2.
Beispiele 3: Herstellung der Dispersionen D4 - D6
Die Dispersionsbeispiele D4-D6 zeigen, unabhängig vom Parameter des Teilchendurchmessers, welcher Feststoffgehalt maximal mit dem jeweiligen Kationisierungsadditiv möglich ist. Die Dispersionen weisen erwartungsgemäß sehr hohe Viskositäten auf, sind aber noch flüssig und verarbeitbar.
D4: Dispersion ausgehend von AEROSIL ® 300 Siliciumdioxid und Poly-Diallyl- Dimethyl-Ammoniumchlorid (p-DADMAC) (Vergleichsbeispiel)
Zu 1 190 g VE Wasser werden 60g p-DADMAC gegeben. Dann werden 320 g AEROSIL ® 300 mittels eines Dissolvers bei 1500 bis 4000 U/min eingerührt und anschließend über einen Zeitraum von fünf Minuten bei 2000 U/min weiter vordispergiert. Nachfolgend wird nun mit einem Rotor-Stator-Dispergiergerät bei 15000 U/min unter Kühlung (<30°C) zehn Minuten dispergiert. Abschließend wird die Dispersion über ein 500 μηη Sieb filtriert.
D5: Dispersion ausgehend von AEROSIL ® 300 Siliciumdioxid und N- Butylaminopropyl-t methoxysilan (Dynasylan ® 1 189) (Vergleichsbeispiel) Es werden 1035 g Wasser vorgelegt und 21 ,2g Dynasilan ® 1 189 ins Wasser gerührt. Nach 30 min. Hydrolysezeit wird die vorgelegte Lösung mit 63,7g Essigsäure (25 gewichtsprozentige Lösung in Wasser) auf pH 4,2 eingestellt. Nun werden 423,9g AEROSIL ® 300 mittels eines Dissolvers bei 1500 bis 4000 U/min eingerührt und anschließend über einen Zeitraum von fünf Minuten bei 2000 U/min weiter vordispergiert. Nachfolgend wird nun mit einem Rotor-Stator- Dispergiergerät bei 10000 U/min unter Kühlung (<30°C) 30 Minuten
enddispergiert. Abschließend wird die Dispersion über ein 500 μιτι Sieb filtriert.
D6: Dispersion ausgehend von AEROSIL ® 300 Siliciumdioxid und Lösung aus Beispiel 1 (gemäß Erfindung)
557 g AEROSIL ® 300 werden mit einem Dissolver bei 1500 bis 5000 U/min in eine Mischung aus 885 g VE Wasser und 58 g der Lösung aus Beispiel 1 eingerührt und 10 Minuten bei 2000 U/min weiterdispergiert. Anschließend wird mit einem Rotor-Stator-Dispergiergerät (Kinematica Polytron PT6100) über einen Zeitraum von 30 Minuten bei 10000 U/min dispergiert. Abschließend wird die Dispersion über ein 500 μιτι Sieb filtriert.
Die physikalisch-chemische Daten der Dispersionen D4-D6 finden sich in Tabelle 3.
Beispiele 4: Herstellung der Dispersionen D7 - D10
Neben AEROSIL ® 300 (BET-Oberfläche ca. 300 m 2 /g) können
erfindungsgemäße Dispersionen auch auf Basis anderer AEROSIL®-Typen hergestellt werden. Hierzu wird das AEROSIL ® Pulver wird mit einem Dissolver bei 1500 bis 5000 U/min in eine Mischung aus 885 g VE Wasser und der entsprechenden Menge des Kationisierungsmittels aus Beispiel 1 eingerührt und 10 Minuten bei 2000 U/min weiterdispergiert. Anschließend wird mit einem Rotor-Stator-Dispergiergerät (Kinematica Polytron PT6100) über einen Zeitraum von 30 Minuten bei 10000 U/min dispergiert. Abschließend wird die Dispersion über ein 500 μηη Sieb filtriert. Einsatzstoffe und -mengen, sowie physikalisch-chemische Daten der Dispersionen D7-D10 zeigt Tabelle 4.
Beispiele: Herstellung der Streichfarben S1 -S3
S1_ Zu der Dispersion D1 wird jeweils mittels eines Dissolvers bei 500 U/min eine 12 gewichtsprozentige Lösung von Polyvinylalkohol PVA 235, Fa. Kuraray Europe, gegeben und 10 Minuten gerührt. Es wird soviel PVA 235 zugegeben, dass das Verhältnis Siliciumdioxid zu PVA (trocken) 4:1 beträgt (bzw. 5:1 für S2 und S3) . Zur Viskositätseinstellung wird soviel Wasser zugegeben, daß sich der in der Tabelle angegebene Feststoffgehalt einstellt. Nachfolgend wird eine 7 gewichtsprozentige Lösung von Borsäure in Wasser zugegeben. Die Menge der Borsäure beträgt 12,5 Gew.-% der Menge des Polyvinylalkoholes.
Abschließend wird die Glyoxal-enthaltende Zusammensetzung„Cartabond TSI" der Fa. Clariant zugegeben. Die Menge entspricht 4,8 Gew.-% der Menge des Polyvinylalkoholes.
Die Viskosität der Ink-Jet Streichfarbe, wird nach 24 h mittels eines Brookfield- Viskosimeters gemessen.
S2 und S3 werden analog S1 hergestellt, jedoch unter Verwendung der jeweiligen Dispersion D2 und D3. Die Feststoffgehalte und Viskositäten der Streichfarben sind in der Tabelle 5 wiedergegeben.
Beispiele: Herstellung von Ink-Jet-Beschichtungen
Die Streichfarben S1 bis S3 werden jeweils mit Hilfe eines profilierten
Rakelstabes auf ein Photobasispapier (Dicke 300 μιτι) aufgetragen. Die
Nassfilmdicke der jeweiligen Streichfarbe wird so gewählt, dass ein
vergleichbares Auftragsgewicht erzielt wird.
Die Beschichtung wird bei 105 °C über einen Zeitraum von 8 Minuten
getrocknet. Es wird ein gleichmäßiges Auftragsgewicht von 22 g/m 2 erzielt. Die beschichteten Papiere werden auf einem Tintenstrahldrucker vom Typ Canon PIXMA iP6600D mit höchster Auflösung bedruckt. Die Bewertung der
Druckergebnisse ist in Tabelle 6 wiedergegeben. Die Vorteile der erfindungsgemäßen Streichfarbe liegen in einer gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Prozessierbarkeit, einer durch fehlende VOC enthaltende Bestandteile verminderten Umweltbelastung und einer durch den geringeren Wassergehalt bedingte schnellere Streichbarkeit. Dabei müssen keine Nachteile hinsichtlich der Bildintensität und der Bildqualität in Kauf genommen werden.
Tabelle 1 : Physikalisch-chennische Daten des Kationisierungsmittels aus Beispiel 1
Tabelle 2 : Physikalisch-chemische Daten der Dispersionen D1 -D3
Tabelle 3: Physikalisch-chemische Daten der Dispersionen D4-D6
Vergleich gemäß Erfindung
D4 D5 D6
Feststoffgehalt a) Gew.-% 23,0 30 39 mittl. Teilchen-0 b) nm 132 125 1 14
Viskosität c) mPas 5600 2800 5380 Tabelle 4: Einsatzstoffe, physikalisch-chennische Daten der Dispersionen D7- D10
a) nach Trocknen bis zur Gewichtskonstanz bei 125°C; b) mittlerer
Teilchendurchmesser nach dynamischer Lichtstreuung (Horiba LB-500);
c) bei 1000 s "1 ; 23°C;
Tabelle 5: Feststoffgehalte, Viskositäten der Streichfarben S1 -S3
d) Viskosität (Brookfie d) bei 100 U/min und 20°C; gemessen nach 24 h
Tabelle 6: Bewertung 8 ' der Druckergebnisse
e) Beste Note 1 , schlechteste Note 6; f) Bleeding;
g) bei 60° Betrachtungswinkel