NO801506L - Fremgangsmaate til fremstilling av et farvefremkallingsmiddel - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for fremstilling av fargefremkallingsmiddel for bruk i trykk-følsomme eller andre kopierings- eller dublikeringssystemer og fargefremkallingsmiddel fremstilt på denne måten.

I en kjent type trykkfølsomme kopieringssystemer, som vanligvis benevnes overføringssystemer, er et øvre ark belagt på sin nedre overflate med mikrokapsler som inneholder en oppløsning av en eller flere fargeløse fargedannere og et nedre ark er belagt på sin øvre overflate med et fargefremkallende, samreagerende materiale, f.eks. en sur leire. Et antall mellomliggende ark kan også finnes, hvor hvert er belagt på sin nedre overflate med mikrokapsler og på sin øvre overflate med fargefremkallende materialer. Trykk som utøves på arkene ved håndskrift eller maskinskrift får mikrokapslene til å sprekke og utløser dermed den fargedannende oppløsning på det fargefremkallende materiale på det nest laveste ark, noe som fører til en kjemisk reaksjon som fremkaller fargen i fargedanneren. En variant av dette sytemet, erstattes mikrokapslene med et belegg hvor den fargedannende oppløsning er tilstede som kuler i en kontinuerlig matrise av fast materiale .

En annen kjent type trykkfølsomme kopieringsstemer, som vanligvis benevnes komplette eller autogene systemer, er mikrokapslene og fargefremkallerne samreagerende matrialer belagt på den samme overflate av et ark, og håndskrift eller maskinskrift på et ark plassert over arket som er belagt på denne måten forårsaker at mikrokapslene sprekker og utløser det fargedannende materiale, som deretter reagerer med det fargefremkallende materiale på arket for å frembringe en farge.

Materialet i arkene som benyttes i slike systemer

er vanligvis papir, selv om det i prinsippet ikke finnes noen begrensning på den type ark som kan benyttes.

Et problem man har møtt tidligere i flere år er

at reaktiviteten i det fargefremkallende materiale har en tendens til å avta etter hvert som tiden går. Således er intensiteten i det trykk man får, når man benytter et nylig fremstilt fargefremkallingsark, betydelig større enn det man får ved det samme ark noen få dager senere, og denne intensi-

teten er i sin tur betraktelig større enn det man får med det samme ark noen måneder senere. Dette er en alvorlig ulempe, siden fargefremkallingsarket ofte ikke benyttes inntil flere måneder etter at det er fremstilt. Dette skyldes at for-delingskjeden vanligvis er fra papirprodusent til grossist til trykker og deretter til forbruker. Dette betyr at for å garantere intensiteten i avtrykket vil være aksepterbar for forbrukeren mange måneder etter at papiret er blitt fremstilt, må produsenten benytte en større mengde reaktivt materiale i fremstillingen av fargefremkallingsarkene enn det som er nødvendig for å frembringe et avtrykk på de ark som benyttes umiddelbart etter fremstillingen. Siden det fargefremkallende materiale er kostbart, øker dette omkostningene ved trykkfølsomme kopieringssystemer betraktelig.

Fargefremkallingspreparater hvor den primære, reaktive komponent er en leire inneholder vanligvis også bindemidler, fyllstoffer, dispergerende midler og pH-juster-ende midler og ofte andre materialer også. Natriumhydroksyd (eller en annen alkalisk natriumforbindelse såsom natrium-■ silikat i. er benyttet i flere år både for å lette dispergeringen av leiren og for å justere pH i preparatet.

Det er nå overraskende påvist at bruk av en alkalisk, kallumforbindelse i stedet for den korresponderende natriumforbindelse i fargefremkallingsleirer betraktelig reduserer reduksjonen i reaktiviteten over tid.

Følgelig tilveiebringer den foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte for fremstilling av et fargefremkallende materiale hvor man dispergerer en syrevasket, diokta-hedris.k, montmorillonit-fargefremkallingsleire i et vandig medium,, justerer pH. i dispersjonen til alkalisk verdi ved å tilsette en alkalisk kaliumforbindelse til det vandige medium før. eller etter dispergeringen av leiren i det vandige medium, slik. at partikkelstørrelsen i leiren stort sett -blir uforandret, mens leiren foreligger i nærvær av den alkaliske kaliumforbindelse, hvoretter dispersjonen belegges på et nett av arkmateriale hvoretter det belagte nett tørkes. Oppfinnelsen vedrører også fargefremkallingsmate- rialer fremstilt ved den samme fremgangsmåte. Et slikt materiale kan benyttes i trykkfølsomme eller andre kopierings- eller duplikeringssystemer.

Dispersjon av leiren i det vandige medium kan føre til en oppbrytning av aggregater av "primære" leirepartikler, men ikke i en reduksjon i størrelsen av slike primære partikler (noe som kunne finne sted hvis f.eks. leiren ble malt eller pulverisert). Når man i den foreliggende spesifikasjon sier at partikkelstørrelsen i leiren stort sett er uforandret, betyr dette størrelsen av de primære leirepartikler, og muligheten for at aggregater brytes opp i nærvær av den alkaliske kaliumforbindelse under den foreliggende fremgangsmåte sees derfor ikke bort f ra.

Kaliumhydroksyd er den foretrukne alkaliske kaliumforbindelse. Andre slike forbindelser er imidlertid velkjente og omfatter f.eks. kaliumsilikat og kaliumkarbonat. Silikat har inntil nå vist seg å være mer effektiv enn karbonat, antagelig fordi karbonat er en svakere base.

Nettet av arkmaterialet er vanligvis papir, men det kan også være andre materialer. Fordelene man får ved bruk av kaliumhydroksyd eller en annen kaliumforbindelse er spesielt markert når papiret som benyttes er surt, f.eks. papir som består av opptil 1000 eller 2000 deler pr. million syre (målt ved Tappi-metode T428 SM-67).

Man får betraktelige fordeler også når papiret har en surhetsgrad, men også bærer alkalisk materiale såsom hvitemiddel slik at det har en målt alkalitet (Tappi-metode T428 SM-67) på 1500 eller mer deler pr. million eller en surhet på f.eks. opptil 1000 deler pr. million (Tappi-metode T428 SM-67) eller mer. Slike papirer omfatter typiske alum/harpiks-behandlede papirer. Man får også gunstige virkninger med såkalte alkalisk behandlede papirer, dvs. papirer belagt med et keten-dimer-materiale med en svakt sur eller svakt alkalisk pH, f.eks. i området fra ca. pH 6 til ca. pH 9.

Den alkaliske kaliumforbindelse benyttes fortrinnsvis i en mengde slik at pH i fargefremkallingspreparatet før anvendelsen er fra ca. 7 til ca. 11, og fortrinnsvis fra 8 til 10 og helst fra 8,5 til 9.

Om man ønsker dette, kan den alkaliske kaliumforbindelse benyttes som bare en delvis erstatning for en alkalisk natriumforbindelse. Når natriumhydroksyd og kaliumhydroksyd benyttes sammen, ligger pH i beleggingspreparatet fortrinnsvis i området fra ca. 8,8 til ca. 10,2.

Preparatet inneholder vanligvis også en eller flere bindemidler, og kan også inneholder fyllmaterialer såsom kaolin, ytterligere dispergerende midler eller andre vanlige tilsatsstoffer. Bindemidlene som benyttes kan være de som vanligvis benyttes i leirebaserte fargefremkallingspreparater, f.eks. styren—butadien-latekser og karboksy-metylcellulose (natriumsalt).

Oppfinnelsen illustreres av de etterfølgende eksempler hvor virkningen av å benytte en kaliumforbindelse sammen-lignes med virkningen av å benytte den korresponderende natriumforbindelse.

EKSEMPEL 1

To vanlige fargefremkallingspreparater A og B ble fremstilt med et tørrstoffinnhold på ca. 43%, og hvert preparat inneholdt syrevasket, dioktahedrisk montmorillonit-leire (Silton M, AB fra Mizusawa Chemical Industries, Japan), kaolin (i en mengde på 22% basert på totalvekten av mont-mor illonit og kaolin) og, som bindemidler, natriumkarboksy-metylcellulose og styren-butadien-lateks. Preparat A inneholdt natriumhydroksyd for pH-justering, mens i preparat B var natriumhydroksyd erstattet med kaliumhydroksyd. Preparatene var forøvrig identiske.

Mengdene kalium- og natriumhydroksyd som ble benyttet, ble valgt slik at man fikk omtrent den samme pH (9,5) og det var nødvendig med mer kaliumhydroksyd enn natriumhydroksyd for å oppnå dette.

Preparatene ble deretter lagt på respektive nett av samme type alum/harpiks-behandlet papir (med en vekt på

49 g/m 2) ved hjelp av et slepeblad.

Intensiteten i avtrykket man fikk ved å benytte

de resulterende papir A og B (som henholdsvis hadde belegg av preparatene A og B) som nedre ark i forøvrig vanlige trykk-følsomme kopieringssystemer, ble målt umiddelbart og ved intervaller i løpet av de neste få måneder. Avtrykksinten-sitetene ble registrert som kalanderintensitet (C.I.)-verdier. Disse fikk man ved å legge på hverandre strimler av mikrokapselbelagte og fargefremkallingspapirer, føre dem gjennom en laboratoriumkalander for å få kapslene til å revne og på denne måte frembringe et avtrykk på fargefremkallingsstrimme-len, hvoretter refleksjonskoeffisienten av den fargede strim-mel (etter to minutters henstand for fargefremkalling) ble målt og resultatet ble uttrykt som en prosent av refleksjonskoeffisienten av en kontroll som besto av en ubrukt farge-fremkallingsstrimmel.

Desto lavere C-.i.-verdier man får, desto større

er avtrykksintensiteten. Resultatene er gjengitt i tabell 1 nedenunder.

Selv om man får en viss spredning, viser resultatene at C.I.-verdiene stiger langsommere i løpet av prøvetiden for papir B enn for papir A, og at man får en lavere opprinnelig C.I.-verdi for papir B. For å illu-strere dette, ble resultatene tegnet opp grafisk og man fremstilte kurver for beste tilpasning. Disse linjene for beste tilpasning er vist i fig. 1, som er en kurve for CI.-verdi (vertikal akse) mot tidsforløp (i uker) etter papirets fremstilling (horisontalaksen). Man kan fastslå

at å erstatte natriumhydroksyd med kaliumhydroksyd fører til vesentlig bedre intensitetsverdier i avtrykket over tid og i utgangspunktet.

EKSEMPEL 2

Dette sammenligner aldringshastighetene av fargefremkallingsark fremstilt ved fargefremkallingspreparater som inneholder enten natriumhydroksyd eller kaliumhydroksyd på basispapir med forskjellig surhetsnivåer.

To beleggingspreparater A og B ble fremstilt som beskrevet for preparatene A og B i eksempel 1, bortsett fra at tørrstoffinnholdet var ca. 42%.

Mengden kaliumhydroksyd som ble benyttet, var valgt slik at man fikk ca. samme pH (9,5) og det var nødven-dig med mer kaliumhydroksyd enn natriumhydroksyd for å oppnå dette.

Preparatene ble deretter hver lagt på et bredt

utvalg av alum/harpiks-behandlede basispapir med forskjellig alkalitet (som man fikk fra en rekke kilder) ved hjelp av et slepeblad for å fremstille papirene A og B i hvert tilfelle.

CI.-verdier på forskjellige tidspunkt etter fremstillingen ble deretter målt for hvert papir som beskrevet i eksempel 1 ovenfor, og resultatene ble fremstilt grafisk for å få linjer med beste tilpasning. Stigningen i CI.-verdien over perioden fra en til ti uker etter fremstillingen, ble deretter bestemt, og denne stigningen ble benevnt .aldringshastigheten for hvert papir. Resultatene er gjengitt i tabell 2 nedenunder.

Surhetstallene som er gjengitt ovenfor som deler pr. million er basert på at syren er svovelsyre, og ble bestemt ifølge Tappi-metode T428 SM-67. Man kan se at aldringshastigheten er lavere i hvert tilfelle for papir B (kaliumhydroksyd) enn for papir A (natriumhydroksyd).

EKSEMPEL 3

Dette sammenligner også aldringshastighetene for fargefremkallingsark fremstilt ved fargefremkallingspreparater som inneholder enten natriumhydroksyd eller kaliumhydroksyd på to forskjellige alum/harpiks-behandlede basispapir. I dette tilfellet hadde imidlertid også alle basispapir hvitemiddel som tilsats og/eller som et forbelegg noe som påvirker den målte surhet eller alkalitet i papiret.

Dé samme beleggingspreparater ble benyttet som i eksempel 2, og fremgangsmåten var som i dette eksemplet. Surheten eller alkaliteten i papiret ble målt ifølge Tappi-metode T428 SM-67, Resultatene er gjengitt i tabell 3 nedenunder.

De positive, tilsynelatende surhetstall som er gjengitt ovenfor som deler pr. million, er basert på at syren er svovelsyre. En negativ verdi antyder en tilsynelatende alkalitet og tallene er i dette tilfellet basert at alkali er kalsiumkarbonat (dvs. hvitemiddel).

Man ser at aldringshastigheten er lavere i hvert tilfelle for papir B (kaliumhydroksyd) enn for papir A (natriumhydroksyd).

EKSEMPEL 4

Dette illustrerer virkningen av å benytte forskjellige mengder kaliumhydroksyd i fargefremkallingspreparater. Resultater for preparater som inneholder natriumhydroksyd er gjengitt for sammenligningens skyld.

Preparatene som ble benyttet var som beskrevet

i eksempel 1, bortsett fra at mengdene kaliumhydroksyd eller natriumhydroksyd som ble benyttet varierte slik at man fikk et område av pH-verdier. Preparatene ble i hvert tilfelle belagt på det samme alum/harpiks-behandlede basispapir slik at man fikk papir A (NaOH) og B (KOH) for hver pH-verdi.

CI.-verdier på forskjellige tidspunkt etter fremstillingen ble deretter målt på hvert papir som beskrevet i eksempel 1

ovenfor, og resultatene ble fremstilt grafisk for å få linjer med beste tilpasning. Verdier for aldringshastig-het ble deretter tilveiebragt som beskrevet i eksempel 2. Resultatene var som i tabell 4 nedenunder.

Man ser at selv om resultatene viser betraktelig spredning, var den optimale pH for å redusere aldrings-virkningene i fargefremkallingspreparatet som inneholdt kaliumhydroksyd ca. 8,5, mens det for preparatet som inneholdt natr iumhydroksyd var ca. 10,0-.

EKSEMPEL 5

Dette illustrerer bruken av kaliumhydroksyd og natriumhydroksyd sammen for pH-justering. Fremgangsmåten var som beskrevet i eksempel 4, bortsett fra at den ekvi-molære blanding av kaliumhydroksyd og natriumhydroksyd ble benyttet i stedet for kaliumhydroksyd eller natriumhydroksyd som i eksempel 4. Resultatene er som gjengitt i tabell 5 nedenunder.

Man ser at man får bedre aldringsegehskaper enn i eksempel 4 for natriumhydroksyd alene.

EKSEMPEL 6

Dette illustrerer virkningen av å benytte kaliumhydroksyd i fargefremkallingspreparater som benytter en forskjellig type fargefremkallingsleire enn den som ble benyttet i de forangående eksempler sammen med et harpiks/ alum-behandlet papir med relativt lav surhet (mindre enn 200 dpm målt ifølge Tappi Method T428 SM-67, basert på

at syren er svovelsyre).

Resultater for preparater som inneholdt natriumhydroksyd er gjengitt for sammenligningens skyld.

To vanlige fargefremkallingspreparater A og B ble fremstilt med et tørrstoffinnhold på ca. 43%, og hvert preparat inneholdt en syrevasket, dioktahedrisk montmorillonit-leire som på forhånd var behandlet for å fjerne større partikler, kaolin (i en mengde på 10% basert på totalvekten av montomorillonit og kaolin) og natriumkarboksymetyl-cellulose og styren-butadien-lateks som bindemidler. Preparat A inneholdt natriumhydroksyd for pH-justering, mens man i preparat B hadde erstattet natriumhydroksyd med kaliumhydroksyd .

De faktiske mengder natriumhydroksyd som ble benyttet var valgt slik at man fikk et pH-område for preparatene, nemlig 8,7, 9,3, 10,1 og 10,5.

De faktiske mengder kaliumhydroksyd som ble benyttet var valgt slik at man fikk et område av pH-verdier for preparat B på 8,9, 9,8 og 10,1.

Preparatene ble belagt på samme type alum/harpiks-behandlet papir med en vekt pa 49 g/m 2 og med den surhet som er nevnt ovenfor, ved hjelp av et slepeblad slik at man fikk papir A og B i hvert tilfelle. CI.-verdier på forskjellige tidspunkt etter fremstillingen ble deretter målt for hvert papir som beskrevet i eksempel 1. Resultatene er gjengitt i tabell 6 nedenunder.

Man ser at mens papir A faller i reaktivitet i løpet av 12 månedersperioden, opprettholder papir B sin reaktivitet eller faller av bare i liten utstrekning.

EKSEMPEL 7

Dette illustrerer virkningen av å benytte kaliumhydroksyd i et fargefremkallingspreparat som påføres basis-papiret som er behandlet med et alkalisk materiale ("Aquapel" fra Hercules Powder Company) snarere enn med alum/harpiks. Dette basispapir hadde en ekstrahert pH på 8,5 til 8,9 målt både etter ekstraksjonsmetoder med varmt og kaldt vann. Resultater for preparater som inneholdt natriumhydroksyd er gjengitt for sammenligningens skyld.

To beleggingspreparater A og B ble fremstilt med et tørrstoffinnhold på ca. 43% hver. Preparat A var et fargefremkallingspreparat som inneholdt natriumhydroksyd og stort sett som beskrevet i eksempel 6 bortsett fra at det eneste bindemiddel som ble benyttet var styren-butadien-lateks. I preparat B var natriumhydroksyd erstattet med kaliumhydroksyd. Preparat A hadde en pH på 9,5 og preparat B en pH på 9,0.

Preparatene ble hver påført et basispapir beskrevet ovenfor ved hjelp av et slepeblad slik at man fikk papir A (NaOH) og B (KOH) . CI.-verdier på forskjellige tidspunkt etter fremstillingen ble deretter målt for hvert papir som beskrevet i eksempel 1. Aldringshastigheten ble bestemt grafisk som i eksempel 2. Resultatene er vist i tabell 7 nedenunder.

Man ser at aldringshastigheten er lavere for papir B enn for papir A.

EKSEMPEL 8

Dette eksempel illustrerer virkningen av å benytte kaliumhydroksyd på reaktiviteten av fargefremkallingspreparatet med hensyn til krystallfiolett-lakton (CVL). Dette er kanskje den fargedanner som er mest anvendt i trykkføl-somme kopieringssystem. Resultater for preparater som inneholder natriumhydroksyd er gjengitt for sammenligningens skyld.

To beleggingspreparater ble fremstilt med samme sammensetning som i eksempel 7, bortsett fra at kaolin var tilstede i en mengde på 40% basert på totalvekten av monti-morillonit og kaolin. Preparatene ble påført to basispapir med gjennomsnittlige surhetsverdier på ca. 675 dpm og ca. 60 dpm som målt med Tappi-metode T428 SM-67, basert på svovelsyre. Beleggingsmetoden var igjen et slepeblad.

C.I.-verdiene ble bestemt som i eksempel 1, bortsett fra at bare en fargedanner var tilstede i mikrokapslene i de mikrokapselbelagte ark., nemlig CVL. Ref leks jonskoef f i-sienten på de fargelagte strimler ble målt både etter to minutters fremkalling og to dagers fremkalling. Resultatene umiddelbart etter beleggingen og etter 9 ukers aldring er gjengitt i tabell 8 nedenunder.

Man ser at kaliumhydroksyd i preparat B har en betraktelig virkning med hensyn til å redusere reduksjonen i reaktivitet av fargefremkallingsarket.

EKSEMPEL 9

Dette illustrerer virkningen av å benytte kaliumsilikat for å justere pH i beleggingspreparatets alkalitet. Resultater for natriumsilikat er gjengitt for sammenligningens skyld.

To beleggingspreparater ble fremstilt med ca.

40% tørrstoff. Preparat A inneholdt natriumsilikatoppløsning (Pyramid Brand Sodium Silicate No. 120 av Joseph Crosfield and Sons Ltd., Warrington, England) i en tilstrekkelig mengde til å justere pH til 9,5. Preparat B inneholdt kaliumsili-katoppløsning (Pyramid Brand Potassium Silicate No. 120 også fra Joseph Crosfield and Sons Ltd.) i en mengde tilstrekkelig til å justere pH til 9,0. Preparatene var forøvrig med samme sammensetning som beskrevet i eksempel 1.

C.I.-verdiene ble bestemt somni eksempel 1 og resultatene man fikk (2 minutters fremkallingstid) er gjengitt i tabell 9 nedenunder.

Man ser at kaliumsilikat i preparat B har en betraktelig virkning når det gjelder å redusere fall i reaktivitet i fargefremkallingsarket.

Claims (12)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av fargefremkallingsmateriale, karakterisert ved at man dispergerer en syrevasket, dioktahedrisk montmorillonit-fargefremkallingsleire i et vandig medium, justerer pH i dispersjonen til alkalisk verdi ved tilsats av en alkalisk kaliumforbindelse til det vandige medium før eller etter dispersjonen av leiren i det vandige medium slik at partik-kelstørrelsen i leiren stort sett er uforandret, mens leiren er i nærvær av den alkaliske kaliumforbindelse, påfører dispersjonen på et nett av arkmateriale og tørker det belagte nett.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den alkaliske kaliumforbindelse er kaliumhydroksyd.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved atpHi dispersjonen justeres til en verdi i området 7 til 11.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved atpHi dispersjonen justeres til en verdi i området 8 til 10.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at både natriumhydroksyd og kaliumhydroksyd benyttes for pH-justering og ved at pH i dispersjonen justeres til en verdi på fra 8,8 til 10,2.

6. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at nettet av arkmateriale er syrebehandlet papir.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert ved at papiret har en surhet på opptil 2000 deler pr. million målt ved Tappi-metode T428 SM-67.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 6 eller 7, karakterisert ved at det syrebehandlede papir også inneholder et alkalisk materiale.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at det syrebehandlede papir som inne holder alkalisk materiale har en alkalitet på opptil 1500 deler pr. million og en surhet på opptil 1000 deler pr. million i hvert tilfelle målt ved Tappi-metode T428 SMt67.

10. Fremgangsmåte ifølge .et hvilket som helst av kravene 1 til 5, karakterisert ved at nettet av arkmaterialet er et nøytralt eller alkalisk behandlet papir.

11. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at den fargefremkallende leire er en syrevasket montmorillonit-leire.

12. Fargefremkallingsmateriale, karakterisert ved at det er fremstilt ved en fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående krav.