DE102006039269A1

DE102006039269A1 - Dispersion von Aluminiumoxid, Beschichtungszusammensetzung und tintenaufnehmendes Medium

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Publication number: DE102006039269A1
Application number: DE102006039269A
Authority: DE
Inventors: Christoph Dr. Batz-Sohn; Wolfgang Dr. Lortz; Arnold Dr. Storeck
Original assignee: Evonik Degussa GmbH
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 2006-08-22
Filing date: 2006-08-22
Publication date: 2008-02-28
Also published as: WO2008022835A1; US20100233392A1; EP2081870A1; CN101130646A; JP2010501651A

Abstract

Dispersion von Aluminiumoxid, dadurch gekennzeichnet, daß sie 20 bis 60 Gew.-% pyrogen hergestelltes Aluminiumoxidpulver in Form von Aggregaten von Primärteilchen enthält, wobei das Pulver - eine spezifische BET-Oberfläche von 50 bis 150 m<SUP>2</SUP>/g und - ein Verhältnis von Sears-Zahl zu BET-Oberfläche von etwa 0,150 bis 0,160 aufweist, wobei der mittlere Aggregatdurchmesser in der Dispersion weniger als 200 nm beträgt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Dispersion von pyrogen hergestelltem Aluminiumoxid, ein Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung. Sie betrifft außerdem eine Beschichtungszusammensetzung und ein tintenaufnehmendes Medium.
In pigmentreichen Beschichtungen wird Tinte in ein poröses Pigmentnetzwerk absorbiert. Der gängigste Pigmenttyp in derartigen Systemen ist heutzutage amorphes Siliciumdioxid, das eine große Aufnahmekapazität aufweist und hydrophil ist. Das beträchtliche Aufnahmevermögen von Siliciumdioxidbeschichtungen beruht auf ihrer großen spezifischen Oberfläche, die sich aus dem Vorliegen von sowohl interpartikulären als auch intrapartikulären Poren ergibt. Erstere transportieren die Trägerphase schnell von der Oberfläche der Beschichtung weg, während letztere wegen des in engen Poren herrschenden starken Kapillardrucks die letztendliche Tintenaufnahme verursachen. Außerdem können Siliciumdioxidteilchen mit den Tinten Wechselwirken, da sie an ihrer Oberfläche reaktive Silanolgruppen und Hydratwasser aufweisen. In der Tat hat sich gezeigt, daß Siliciumdioxid Tintenlösungsmittel selektiv in bezug zu den Farbmitteln absorbieren kann, was zu einer Verteilung des Farbmittels in der Nähe der Beschichtungsoberfläche führt. Gegenwärtig sind einige Siliciumdioxid-Qualitäten erhältlich, nämlich pyrogene, kolloidale, gefällte und gelförmige Typen. Ihre Teilchengrößen liegen in der Regel im Bereich von weniger als 100 nm bis mehr als 1 μm. Kolloidales, gefälltes und pyrogenes Siliciumdioxid bestehen aus nichtporösen Primärteilchen, wohingegen Siliciumdioxidgel in Form von festen und porösen dreidimensionalen Netzwerken mit einer Teilchengröße bis hinab auf 300 nm vorliegt.
Neben dem Siliciumdioxidpigment wird in Tintenstrahlbeschichtungen, insbesondere in Hochleistungs-Glanzbeschichtungen, auch Aluminiumoxid verwendet. Ein spezieller Typ von handelsüblichem Aluminiumoxid ist Pseudoböhmit, das im allgemeinen in Form einer wäßrigen Dispersion verwendet wird. Außerdem können auf Tintenstrahlbeschichtungen auch Mischoxide von Silicium und Aluminium aufgebracht werden.
Das für pigmentreiche Beschichtungen gewählte Beschichtungspolymersystem ist im allgemeinen von großer Bedeutung für die letztendliche Druckqualität, da die Polymere die Pigmentteilchen immobilisieren und an das Basispapier binden und auch die Trägerphase der Tinte absorbieren. Bei wäßrigen Tinten für den Tintenstrahldruck hängt die Trocknung des Drucks auf beschichtetem Papier daher im allgemeinen in erheblichem Maße von der Wasseraufnahmekapazität des Bindemittels ab. Diese kann durch Wahl eines Polymers mit geeigneter chemischer Beschaffenheit und geeignetem Molekulargewicht beeinflußt werden.
Die gängigsten Bindemittel in pigmentreichen Tintenstrahlbeschichtungen sind wasserlösliche hydrophile Polymere, wie Polyvinylalkohol (PVA), Polyvinylpyrrolidon (PVP) und Polyvinylacetat (PVAc) 2002). Als effektive Bindemittel in Kombination mit Siliciumdioxidpigment haben sich hauptsächlich teilhydrolysierte, verhältnismäßig niedermolekulare PVA-Qualitäten erwiesen.
Außerdem kann PVA wegen seiner nichtionischen Beschaffenheit zusammen mit den meisten Additiven von Beschichtungsfarben einschließlich von kationischen Polymeren und Oberflächenleimungsmitteln verwendet werden.
Neben schneller Tintenaufnahme bieten kationische wasserlösliche Polymere wie PVP eine hohe Druckdichte, da sie sowohl mit Wasser als auch mit Lösungsmittel Wechselwirken können. Daher werden kationische Polymere üblicherweise in Tintenstrahlbeschichtungen als Beizmittel mitverwendet. So verbessern beispielsweise Polydiallyldimethylammoniumchlorid (poly-DADMAC) und kationisches PVA bekanntlich die Farbstoffanbindung neben PVP. Bei Verwendung in Kombination mit Siliciumdioxid ist die Zusatzmenge wegen des drastischen Einflusses von kationischen Polymeren auf die Beschichtungsfarbenrheologie in der Regel verhältnismäßig klein. Andere Bindemitteltypen, die auf Tintenstrahlbeschichtungen angewandt worden sind, sind wäßrige Emulsionen von Styrol-Acryl- und Styrol-Butadien-Latizes sowie Spezialbindemittel wie Gelatine und Gelatinederivate.
In Siliciumdioxidbeschichtungen liegt der Feststoffgehalt in der Regel unter 20%, was die Hochgeschwindigkeitsbeschichtung ziemlich kompliziert macht. Außerdem werden erhebliche Mengen von Bindemitteln, häufig mehr als 40 Gew.-%, benötigt. Siliciumdioxidpapiere weisen außerdem in der Regel eine schlechte Bedruckbarkeit bei anderen Druckverfahren auf, was ihre Anwendbarkeit auf Hybriddruckverfahren mit einer Kombination von herkömmlichen Drucktechniken und Tintenstrahldrucktechniken einschränken kann.
Neben dem Siliciumdioxidpigment wird in Tintenstrahlbeschichtungen, insbesondere in Hochleistungs-Glanzbeschichtungen, auch Aluminiumoxid verwendet. Eine spezielle Art von handelsüblichem Aluminiumoxid ist Pseudoböhmit, das im allgemeinen in Form einer wäßrigen Dispersion verwendet wird. Auch pyrogenes Aluminiumoxid kann für Tintenstrahlbeschichtungen verwendet werden.
Es besteht jedoch nach wie vor Bedarf an der Verbesserung der Qualität von Tintenstrahlsubstraten. Diese hängt insbesondere von der Beschaffenheit der zur Herstellung der Tintenstrahlbeschichtung verwendeten Dispersion ab.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine stabile Dispersion von Metalloxidteilchen bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ausgehend von dieser Dispersion eine Beschichtungszusammensetzung für ein tintenaufnehmendes Medium mit hohem Glanz und hoher Farbdichte bereitzustellen.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Dispersion, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie 20 bis 60 Gew.-% pyrogen hergestelltes Aluminiumoxidpulver in Form von Aggregaten von Primärteilchen enthält, wobei das Pulver

– eine spezifische BET-Oberfläche von 50 bis 150 m²/g und
– ein Verhältnis von Sears-Zahl zu BET-Oberfläche von etwa 0,150 bis 0,160,

– wobei der mittlere Aggregatdurchmesser in der Dispersion weniger als 200 nm und vorzugsweise 110 bis 160 nm beträgt.

Das erfindungsgemäß verwendbare pyrogen hergestellte Aluminiumoxid kann durch Flammenoxidation oder vorzugsweise Flammenhydrolyse einer verdampfbaren Aluminiumverbindung hergestellt werden, wobei vorzugsweise das Chlorid als Ausgangsstoff verwendet wird.
Das in der erfindungsgemäßen Dispersion verwendete Aluminiumoxid kann über einen weiten Bereich von BET-Oberflächen variiert werden. Typische Werte betragen 65±10 m²/g, 100±10 m²/g und 130±10 m²/g.
Die Teilchen liegen in Form von Aggregaten von Primärteilchen vor. Primärteilchen existieren nicht als diskrete Einheiten. Aufgrund ihrer lockeren Aggregation haben sie keine aus Poren resultierende innere Oberfläche, sondern nur eine äußere Oberfläche. Die spezifische Oberfläche ist eine Funktion der Primärteilchengröße.
Die erfindungsgemäßen Aluminiumoxidteilchen sind zwar an sich nicht porös, bilden aber Poren, da zwischen den einzelnen Primärteilchen Raum bleibt. Dieser Raum bildet Interaggregatporen (1; a = Primärteilchen; b = Aggregat; c = Pigment in Beschichtungsschicht; die Pfeile bezeichnen Poren).
Die Poren werden zur Schaffung von Aufnahmekapazität benötigt. Das Lösungsmittel der Tinte für den Tintenstrahldruck muß in der Beschichtungsschicht absorbiert werden. Bei diesem Lösungsmittel handelt es sich im allgemeinen um Wasser. Im Fall von RC-Papier und somit einer Polyolefinschicht oder eines Films gibt es überhaupt keine Aufnahmekapazität. Aber selbst für die Tintenstrahlbeschichtung auf Papier ist in der Beschichtungsschicht Aufnahmekapazität notwendig, um eine schnelle Drucktrocknung zu gewährleisten. Als gute Methode zur Bestimmung des Porenvolumens eines beschichteten Tintenstrahlblatts hat sich die Quecksilberporosimetrie erwiesen.
Figur zeigt die Interaggregatporen-Größenverteilung des Aluminiumpulvers 1(A), Aluminiumpulvers 2(B) und Aluminiumpulver 3(C).
Die erfindungsgemäße Dispersion kann neben Aluminiumoxid außerdem anorganische Säuren (wie Salzsäure, Salpetersäure, Schwefelsäure), organische Säuren (wie Ameisensäure, Essigsäure, Propionsäure), anorganische Basen (wie Kaliumhydroxid, Natriumhydroxid, Ammoniumhydroxid) oder organische Basen (wie Amine, Tetraalkylammoniumhydroxide), Salze (wie Natriumchlorid, Kaliumformiat, Calciumnitrat), Puffersysteme (wie Kaliumdihydrogenphosphat/Phosphorsäure-Puffer, Essigsäure/Natriumacetat-Puffer), ionische oder nichtionische Tenside, Polyelektrolyte, Polymere und/oder Biozide enthalten.
Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Dispersion, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man pyrogen hergestelltes Aluminiumoxid in Form von Aggregaten von Primärteilchen mit einer spezifischen BET-Oberfläche von 50 bis 150 m²/g mit Wasser vermischt, einen pH-Wert von 2 bis 11 und vorzugsweise 3 bis 5 einstellt und die Mischung durch Eintragen von Scherkräften dispergiert.
Zum Dispergieren des pyrogen hergestellten Aluminiumoxids können Schereinrichtungen wie Rotor-Stator-Maschinen (diskontinuierlich oder kontinuierlich arbeitende in-line-Maschinen), Kugelmühlen, Perlmühlen, Rührwerkskugelmühlen oder Hochdruckhomogenisatoren verwendet werden. Der Betriebsmodus eines Hochdruckhomogenisators ist dadurch gekennzeichnet, daß zwei unter hohem Druck stehende vordispergierte Suspensionsströme über eine Düse entspannt werden. Die beiden Dispersionsstrahlen treffen exakt aufeinander, und die Teilchen mahlen sich selbst. Bei einer anderen Ausführungsform wird die Vordispersion ebenfalls unter hohen Druck gesetzt, jedoch erfolgt die Kollision der Teilchen gegen gepanzerte Wandbereiche. Die Operation kann beliebig oft wiederholt werden, um kleinere Teilchengrößen zu erhalten.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Dispersion sind:

– Eine hohe kationische Ladung auf der Oberfläche der Teilchen.
– Die Teilchengrößenverteilung der Dispersion kann auf definierte Art und Weise eingestellt werden.
– Die Reinheit der Dispersion ist sehr hoch.
– Der Elektrolytgehalt in der Dispersion kann genau eingestellt werden.
– Es liegt eine sehr charakteristische "Struktur/Vernetzung" der Aluminiumoxid-Primärteilchen in der Dispersion vor.
– Die Aluminiumoxidteilchen in der Dispersion stellen eine hohe Härte und Abriebfestigkeit bereit.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Beschichtungszusammensetzung zur Bildung der Tintenaufnahmeschicht, welche die erfindungsgemäße Dispersion und mindestens ein Bindemittel enthält.
Als Bindemittel können Verwendung finden: Polyvinylalkohol, teilweise oder vollständig verseift, und kationisierter Polyvinylalkohol mit einer primären, sekundären oder tertiären Aminogruppe oder einer tertiären Ammoniumgruppe an der Hauptkette oder an der Seitenkette. Auch die Kombinationen dieser Polyvinylalkohole untereinander und Polyvinylpyrrolidone, Polyvinylacetate, silanisierte Polyvinylalkohole, Styrol-Acrylat-Latizes, Styrol-Butadien-Latizes, Melaminharze, Ethylen-Vinylacetat-Copolymere, Polyurethanharze, synthetische Harze wie Polymethylmethacrylate, Polyesterharze (z.B. ungesättigte Polyesterharze), Polyacrylate, modifizierte Stärke, Casein, Gelatine und/oder Cellulosederivate (z.B. Carboxymethylcellulose). Bevorzugt sind Polyvinylalkohol oder kationisierte Polyvinylalkohole.
Die Beschichtungszusammensetzung kann außerdem auch noch ein oder mehrere andere Pigmente wie Calciumcarbonat, Schichtsilicate, Aluminiumsilicate, Kunststoffpigmente (z.B. Polystyrol, Polyethylen, Polypropylen), Siliciumdioxide (z.B. kolloidale Siliciumdioxide, gefällte Siliciumdioxide, Siliciumdioxidgele), kationisierte Varianten der genannten Siliciumdioxidverbindungen, Aluminiumverbindungen (beispielsweise Aluminiumsole, kolloidale Aluminiumoxide und deren Hydroxyverbindungen, wie Pseudoböhmit, Böhmit, Aluminiumhydroxid), Magnesiumoxid, Zinkoxid, Zirconiumoxid, Magnesiumcarbonat, Kaolin, Ton, Talk, Calciumsulfat, Zinkcarbonat, Satinweiß, Lithopone und Zeolithe.
Die Beschichtungszusammensetzung kann einen Aluminiumoxidgehalt von 10 bis 50 Gew.-% aufweisen. Vorzugsweise ist er größer als 15 Gew.-%.
Die Beschichtungszusammensetzung kann ferner einen Anteil an Bindemitteln, bezogen auf die Aluminiumoxidteilchen, von 3 bis 150 Gew.-%, vorzugsweise 10 bis 40 Gew.-% und insbesondere 3 bis 15 Gew.-% aufweisen.
Zur Erhöhung der Wasserfestigkeit des Bindemittelsystems und somit der Beschichtung können Vernetzer verwendet werden, wie Borsäure, Melaminharze, Glyoxal und Isocyanate und andere Moleküle, die die Molekülketten des Bindemittelsystems miteinander verbinden.
Des weiteren können Hilfsmittel wie optische Aufheller, Entschäumer, Netzmittel, pH-Puffer, UV-Absorber und Viskositätsverbesserer verwendet werden.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Herstellung einer Beschichtungszusammensetzung, die dadurch gekennzeichnet ist, daß man die erfindungsgemäße Dispersion unter Rühren zu einer gegebenenfalls mit anderen Additiven versetzten wäßrigen Lösung des hydrophilen Bindemittels gibt und gegebenenfalls verdünnt, bis man das gewünschte Verhältnis von Aluminiumoxidteilchen zu Bindemittel und den gewünschten Gesamtfeststoffgehalt erhält. Die Zugabereihenfolge ist nicht wichtig. Gegebenenfalls wird die Mischung über einen bestimmten Zeitraum gerührt und erforderlichenfalls im Vakuum entlüftet. Unter Additiven sind beispielsweise Pigmente, Vernetzer, optische Aufheller, Entschäumer, Netzmittel, pH-Puffer, UV-Absorber und Viskositätsverbesserer zu verstehen.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Tintenaufnahmeschicht mit der erfindungsgemäßen Beschichtungszusammensetzung und einem Träger. Bei dem Träger kann es sich beispielsweise um Papier, beschichtetes Papier, Harzfolien, wie ein Polyesterharz einschließlich Polyethylenterephthalat, Polyethylennaphthalat, ein Diacetatharz, ein Triacetatharz, ein Acrylharz, ein Polycarbonatharz, ein Polyvinylchlorid, ein Polyimidharz, Cellophan, Celluloid oder eine Glasplatte handeln.
Bevorzugt sind Fotobasispapiere, d.h. Papiere, auf denen vorder- und rückseitig eine oder mehrere Schichten Polyethylenfolie aufgebracht worden sind. Außerdem Polyesterfolie, PVC-Folie oder vorbeschichtete Papiere.
Das erfindungsgemäße tintenaufnehmende Medium umfaßt auch Medien, bei denen die Tintenaufnahmeschicht aus mehreren Beschichtungsschichten des gleichen Typs oder anderen Schichten besteht. Die erfindungsgemäße Beschichtungszusammensetzung kann sich nur in einer Schicht oder in mehreren Schichten befinden. So können beispielsweise andere tintenaufnehmende Beschichtungen wie Beschichtungen, die gefälltes Siliciumdioxid enthalten, unter der erfindungsgemäßen Beschichtungszusammensetzung aufgebracht werden. Des weiteren können eine oder mehrere Polymerschichten (z.B. Polyethylen) auf das Substrat und/oder die erfindungsgemäße Beschichtung aufgebracht werden, um die mechanische Stabilität und/oder den Glanz der Beschichtung zu erhöhen (z.B. Fotobasispapier, Laminierung).
Der Träger kann transparent oder opaque sein. Die Dicke des Trägers unterliegt keinerlei Einschränkungen, jedoch sind Dicken von 50 bis 250 μm bevorzugt.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Herstellung eines tintenaufnehmenden Mediums, die dadurch gekennzeichnet ist, daß man die Beschichtungszusammensetzung auf den Träger aufbringt und trocknet. Das Aufbringen der Beschichtungszusammensetzung kann mit allen üblichen Auftragsverfahren, wie Walzenauftrag, Schaberegalisierung (blade-coating), Luftbürste, Rakel (profiliert, glatt, Spalt), Gießbeschichten (cast-coating), Filmpressen, Leimpressen, Vorhanggießverfahren (curtain-coating) und Schlitzdüsenauftrag (beispielsweise Gießrakel) und Kombinationen hieraus, erfolgen. Bevorzugt sind Verfahren, die eine sehr homogene Beschichtung ermöglichen, wie z.B. Gießbeschichtungs-, Vorhanggieß- und Schlitzdüsenauftrag. Das beschichtete Substrat kann nach allen üblichen Verfahren wie Luft- oder Konvektionstrocknung (z.B. Heißluftkanal), Kontakt- oder Konduktionstrocknung, Energiestrahlentrocknung (z.B. Infrarot und Mikrowellen) getrocknet werden.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Aluminiumoxid-Dispersion zum Polieren und Reinigen von Metallen, Halbleiterelementen in der Elektronikindustrie, Glas, Keramik und anderen harten Materialien.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Aluminiumoxid-Dispersion zum Beschichten von Leuchtstoffröhren, Glühbirnen oder anderen Lichtquellen.
Beispiel 1: Aluminiumoxidpulver
In einem Brenner bekannter Konstruktion werden 320 kg/h vorher verdampftes Aluminiumtrichlorid (AlCl₃) zusammen mit 100 Nm³/h Wasserstoff und 450 Nm³/h Luft verbrannt.
Nach der Flammenreaktion wird das feinteilige Aluminiumoxid mit großer Oberfläche in einem Filter oder Zyklon von den ebenfalls gebildeten Salzsäuregasen getrennt, wonach jegliche noch anhaftende HCl-Spuren durch Behandlung mit angefeuchteter Luft bei erhöhter Temperatur entfernt werden.
Man isoliert Aluminiumoxidpulver 2. Die physikalisch-chemischen Daten sind in Tabelle 1 aufgeführt.
Aluminiumoxidpulver 1 und 3 werden auf die gleiche Art und Weise durch Variation der Reaktionsbedingungen hergestellt. Tabelle 1: Physikalisch-chemische Daten von Aluminiumoxidpulver

Aluminiumoxidpulver 1 Aluminiumoxidpulver 2 Aluminiumoxidpulver 3

BET m²/g 100 129 65

Sears-Zahl * ml/2g 15,25 20,60 10,15

Sears-Zahl */BET ml/2m² 0,153 0,160 0,156

*pH 4 auf 9; die Bestimmung der Sears-Zahl wird in der EP-A-717008 beschrieben;

Beispiel 2: Die erfindungsgemäße Aluminiumoxid-Dispersion
Zunächst werden in einem Aufnahmebehälter 280 Liter entionisiertes Wasser mit Propionsäure auf pH 3,9 gebracht. Dann werden 80 kg Aluminiumoxidpulver 2 (entspricht 20 Gew.-% Aluminiumoxid) mit einer Rotor-Stator-Maschine in das Wasser eingetragen. Nach Einarbeitung der gesamten Menge des Pulvers wird die erhaltene Suspension etwa 60 Minuten intensiv geschert.
Beim Eintragen des Pulvers wird der pH-Wert durch Zugabe von 18 Liter halbkonzentrierter Säure bei pH = 4,0 bis 4,1 gehalten. Die nachfolgende Scherung wird mit der Rotor-Stator-Maschine bei maximaler Scherenergie durchgeführt und dauert insgesamt 60 Minuten.
Nach Beendigung des Scherens beträgt der pH-Wert 4,1. Nach Zugabe von 2 kg eines Biozids wurde der pH-Wert mit weiteren 6 Liter Propionsäure auf den End-pH-Wert von 3,9 eingestellt. Nach Abschluß der Herstellung der Dispersion wird das Flüssigkeitsvolumen durch Zugabe von 14 Liter destilliertem Wasser auf 400 Liter erhöht.
Die nach dem Scheren eingestellte Teilchengröße beträgt d₅₀ = 140 nm.
Für das Aluminiumoxidpulver 1 ist d₅₀ = 126 nm, für Aluminiumoxidpulver 3 ist d₅₀ = 110 nm.
Beispiel 3: Erfindungsgemäße Tintenstrahlbeschichtung
Eine wäßrige Polyvinylalkohollösung (Mowiol 40-88, Clariant) mit einem Feststoffgehalt von 12,14% wird in einem 400-ml-Becherglas vorgelegt und mit einer solchen Menge Wasser versetzt, daß zusammen mit den Aluminiumoxid-Dispersionen gemäß Beispiel 2 ein Feststoffgehalt von 18% erhalten wird.
Die Aluminiumoxid-Dispersion wird unter Rühren bei 500 U/min. innerhalb von 5 Minuten mit Hilfe einer Pipette in die Polyvinylalkohollösung getropft. Nach Beendigung der Zugabe wird noch 30 Minuten bei 500 U/min. nachgerührt, was eine homogene Beschichtungszusammensetzung ergibt. Dann werden die Beschichtungszusammensetzungen mit Hilfe eines Exzikators und einer Wasserstrahlpumpe entlüftet.
Nach dem Mischen der Beschichtungszusammensetzungen werden als Kontrolle der tatsächliche Feststoffgehalt, der pH-Wert und die Viskosität bestimmt. Die Teile in nachstehender Tabelle 2 verstehen sich als Gewichtsteile, bezogen auf den Feststoffgehalt.
Die Glanzwerte werden mit einem Glanzmeßgerät von Byk-Gardner unter Verwendung der Testkarte 2855 (Schwarzspektrum) als Basis gemessen.
Zur Beurteilung der Bedruckeigenschaften der Beschichtungszusammensetzung wird mit einem Drucker HP 550 C und einem Drucker Epson Stylus Colour 800 auf der Beschichtung ein Testbild ausgedruckt, wonach diese bedruckten Beschichtungen von 3 unabhängigen Personen beurteilt wurden.
Die Farbdichten werden unter Verwendung eines SpectroEye-Instruments von GretagMacbeth (Warenzeichen) bei einem Beobachtungswinkel von 2° und einer D₅₀-Lichtquelle auf der Basis des Testbilds gemessen, welches auch vollflächige Farben (Schwarz, Magenta, Cyan, Gelb) enthält.
Die erhaltenen Viskositätsdaten zeigen, daß die Dispersion gemäß Beispiel 2 und die längste Dispergierzeit die niedrigsten Viskositäten ergibt. Dies ist wünschenswert, da der Feststoffgehalt in der Beschichtungszusammensetzung noch erhöht werden kann, ohne daß man Viskositäten erhält, die für die Auftragung zu hoch sind.
Eine 100 Mikron dicke, unbehandelte Polyesterfolie wird mit einem Filmaufziehgerät von Erichsen mit einem 120-Mikron-Naßfilm-Spiralapplikator beschichtet. Die aufgebrachte Beschichtungszusammensetzung wird mit einem Heißlufttrockner getrocknet.
Diskussion der Glanzwerte:
Aus den in Tabelle 3 angegebenen Glanzwerten ist klar ersichtlich, daß die erfindungsgemäße Dispersion in der Beschichtungszusammensetzung nach 60 Minuten Dispergierzeit höhere Glanzwerte ergibt als die nach anderen Verfahren hergestellten Dispersionen.
Bei fotorealistischen Beschichtungen ist ein hoher Glanz wünschenswert, wie bereits in der EP732219 beschrieben. Die Glanzwerte sind kleiner als diejenigen in der EP732219 , was aber auf die unterschiedlichen Verfahren zur Herstellung des Tintenstrahlmediums und nicht auf die Beschichtungszusammensetzung zurückzuführen ist. Bei dieser Prüfung wird bewußt ein Spiralapplikator verwendet, um den Beitrag der Dispersion in der Tintenstrahlbeschichtung zum Glanz zu bestimmen. Bei dem in der EP732219 verwendeten Gießbeschichtungsverfahren wird der Glanz in erster Linie durch das Verfahren selbst bestimmt.
Bei Verwendung von zwei verschiedenen Druckertypen ergibt die Beschichtung mit der Dispersion mit der längsten Dispergierzeit gemäß Beispiel 2 die besten Ergebnisse.
Bei der Untersuchung der Farbdichten (Tabelle 4) ist ersichtlich, daß die Beschichtung mit der Dispersion gemäß Beispiel 2 der Erfindung mit der längsten Dispergierzeit die höchsten Farbdichten reproduziert. Dies ist wünschenswert, um eine möglichst fotorealistische Reproduktion zu erhalten.
Die Teile in der nachstehenden Tabelle verstehen sich als Gewichtsteile, bezogen auf den Feststoffgehalt.
Die erhaltenen Viskositätsdaten zeigen, daß mit der Dispersion gemäß Beispiel 2 und der längsten Dispergierzeit die niedrigsten Viskositäten erhalten werden. Dies ist wünschenswert, da der Feststoffgehalt in der Beschichtungszusammensetzung noch weiter erhöht werden kann, ohne daß man Viskositäten erhält, die für die Auftragung zu hoch sind.
Matt beschichtetes Tintenstrahlpapier (110 g/m², Zweckform Nr. 2576) wird mit einem Filmaufziehgerät von Erichsen mit einem 60-Mikron-Naßfilm-Spiralapplikator beschichtet. Die Beschichtungszusammensetzung wird mit einem Heißlufttrockner getrocknet.
Die Beschichtungen werden dann dreimal bei einem Druck von 10 bar und 50°C mit einem Laborkalander von Gradek Oy (Warenzeichen) kalandriert.
Die erfindungsgemäße Dispersion eignet sich ausgesprochen gut für die Herstellung von Tintenstrahlbeschichtungszusammensetzungen und deren Weiterverarbeitung zu Hochglanz-Druckmedien, wie aus den angegebenen Beispielen ersichtlich ist. Die auf diese Art und Weise hergestellten Tintenstrahlmedien haben eine besonders gute Druck- und Glanzqualität.
Weitere Tintenstrahlauftragungsprüfungsergebnisse
Auf der Basis der Kenntnis der Teilchen wurden die Effekte auf die Verdünnung der Tintenstrahlbeschichtungsformulierung, ihre Beschichtungsverarbeitung und schließlich die Druckergebnisse untersucht. Bei dem beschichteten Blatt handelt es sich um eine PET-Folie. Für die Verdünnung werden alle Pigmente als Dispersionen in Wasser zu der PVA-Bindemittellösung gegeben. Die für eine glänzende Tintenstrahlbeschichtung geprüften Merkmale sind Formulierung: Bindemittelgehalt, Fließeigenschaften, angegeben als Runnability; und Blatt und Druck: Glanz (60°), Farbqualität, Auflösung.
Der Bindemittelgehalt wird für jedes Pigment individuell optimiert. Er wird als minimiert erachtet, sobald Rißbildung nach dem Trocknen verschwunden ist. Zur Beurteilung der Runnability der Beschichtungsformulierung dient ihre Brookfield-Viskosität, wobei auch der jeweilige Feststoffgehalt berücksichtigt wird. Die Blätter werden auf einem Epson Stylus Color 980 bedruckt. Die Farbe wird mit einem Spektralfotometer gemessen. Die Linienschärfe der Bildanalyse ergibt die Auflösung und somit indirekt die Aufnahmefähigkeit der Beschichtungsschicht.
Ein normalisiertes Diagramm (3; A = Beschichtung mit Aluminiumoxidpulver 1 (A), Aluminiumoxidpulver 2 (B) und Aluminiumoxidpulver 3 (C) zeigt die Leistungsfähigkeit einer erfindungsgemäßen Beschichtungszusammensetzung mit einem pyrogenen Aluminiumoxidpulver mit einer BET-Oberfläche von 100 m²/g als Referenz. Werte größer eins zeigen Vorteile gegenüber der Referenz und Werte kleiner eins Nachteile.
Eine Aluminiumoxidpulver 1 enthaltende Dispersion verringert den Bindemittelbedarf drastisch und verbessert die Runnability der Formulierung beim Beschichten stark. Sie verbessert auch die Auflösung.

Eine das Aluminiumoxidpulver 2 enthaltende Dispersion verbessert dagegen sowohl den Glanz als auch die Farbqualität. Die Runnability ist immer noch viel besser als bei der Referenz.

Tabelle 4: Farbdichte

Dispergierzeit	15 Minuten	30 Minuten	60 Minuten
HP550 C
Papier, weiß	0	0	0
Mittelwert Schwarz	2,33	2,36	2,42
Mittelwert Gelb	1,67	1,69	1,73
Mittelwert Cyan	2,33	2,35	2,39
Mittelwert Magenta	1,39	1,42	1,46
Gesamt	7,72	7,82	8
Epson Stylus Color 800
Mittelwert Schwarz	2,89	2,96	2,98
Mittelwert Gelb	1,92	1,97	2,04
Mittelwert Cyan	2,96	3,03	3,09
Mittelwert Magenta	2,13	2,25	2,31
Gesamt	9,9	10,21	10,42

Claims

Dispersion von Aluminiumoxid, dadurch gekennzeichnet, daß sie 20 bis 60 Gew.-% pyrogen hergestelltes Aluminiumoxidpulver in Form von Aggregaten von Primärteilchen enthält, wobei das Pulver – eine spezifische BET-Oberfläche von 50 bis 150 m²/g und – ein Verhältnis von Sears-Zahl zu BET-Oberfläche von etwa 0,150 bis 0,160, aufweist, wobei der mittlere Aggregatdurchmesser in der Dispersion weniger als 200 nm beträgt.
Dispersion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie neben Aluminiumoxid außerdem anorganische Säuren, organische Säuren, anorganische Basen, organische Basen, Salze, Puffersysteme, ionische oder nichtionische Tenside, Polyelektrolyte, Polymere und/oder Biozide enthalten.
Verfahren zur Herstellung der Dispersion nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das pyrogen hergestellte Aluminiumoxid mit Wasser vermischt, einen pH-Wert von 2 bis 11 einstellt und die Mischung durch Eintragen von kontrollierten Scherkräften dispergiert.
Verfahren zur Herstellung der Dispersion nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Schereinrichtungen wie Rotor-Stator-Machinen, Kugelmühlen, Perlmühlen, Rührwerkskugelmühlen oder Hochenergiescherverfahren.
Beschichtungszusammensetzung mit der Dispersion nach Anspruch 1 oder 2 und mindestens einem Bindemittel.
Beschichtungszusammensetzung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Aluminiumoxidteilchen 10 bis 50 Gew.-% beträgt.
Beschichtungszusammensetzung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Bindemittelgehalt, bezogen auf die Aluminiumoxidteilchen, 3 bis 150 Gew.-%, vorzugsweise 10 bis 40 Gew.-% und insbesondere 3 bis 15 Gew.-% beträgt.
Verfahren zur Herstellung der Beschichtungszusammensetzung nach den Ansprüchen 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man die erfindungsgemäße Dispersion unter Rühren zu einer gegebenenfalls mit weiteren Additiven versetzten wäßrigen Lösung des Bindemittels gibt und gegebenenfalls verdünnt, bis man das gewünschte Verhältnis von Aluminiumoxid zu Bindemittel und den gewünschten Feststoffgehalt erhält.
Tintenaufnehmendes Medium mit der Beschichtungszusammensetzung nach den Ansprüchen 5 bis 7 und einem Träger.
Verfahren zur Herstellung des tintenaufnehmenden Mediums nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man die Beschichtungszusammensetzung auf den Träger aufbringt und trocknet.
Verwendung der Aluminiumoxid-Dispersion nach Anspruch 1 oder 2 zum Polieren und Reinigen von Metallen, Halbleiterelementen in der Elektronikindustrie, Glas, Keramik und anderen harten Materialien.
Verwendung der Aluminiumoxid-Dispersion nach Anspruch 1 oder 2 zum Beschichten von Leuchtstoffröhren, Glühbirnen oder anderen Lichtquellen.