Результат интеллектуальной деятельности: ВОДНЫЕ КОМПОЗИЦИИ ДЛЯ ОТБЕЛИВАНИЯ И ТОНИРОВКИ ПРИ НАНЕСЕНИИ ПОКРЫТИЙ

Настоящее изобретение относится к водным композициям покрытий, содержащим производные диаминостильбенового оптического осветлителя, оттеночных красителей, белых пигментов, первичных связывающих соединений и, необязательно, вторичных связывающих соединений, которые могут быть использованы для получения субстратов с покрытием, обладающих выраженной белизной и блеском.

Уровень техники

Хорошо известно, что белизна и, следовательно, привлекательность бумаги с покрытием может быть улучшена с помощью добавления к композиции покрытия оптических осветлителей и оттеночных красителей.

Однако WO 0218705 A1 показывает, что использование оттеночных красителей, хотя и улучшает белизну, в то же время оказывает отрицательное влияние на блеск. Для решения этой проблемы добавляют дополнительный оптический осветлитель, причем изобретение, заявленное в WO 0218705 A1, характеризуется использованием смеси, содержащей по меньшей мере один прямой краситель (в качестве примера берется C.I. Direct Violet 35) или пигмент (в качестве примера берется C.I. Pigment Violet 23) и по меньшей мере один оптический осветлитель.

Чтобы соответствовать требованиям, предъявляемым к бумаге с покрытием повышенной белизны и блеска, необходимы более эффективные оттеночные композиции.

Неожиданно авторы обнаружили определенные оттеночные красители, значительно улучшающие белизну и в то же время не оказывающие никакого или оказывающие слабое воздействие на блеск, которые могут использоваться для композиций покрытий, содержащих белые пигменты, первичные связывающие соединения и, необязательно, вторичные связывающие соединения, позволяя изготовителю бумаги достичь высоких значений белизны и блеска.

Таким образом, цель настоящего изобретения - получить водные композиции покрытий, содержащие производные диаминостильбенового оптического осветителя, определенные оттеночные красители, белые красители, первичные связывающие соединения и, необязательно, вторичные связывающие соединения, которые способствуют повышению уровня белизны, избегая в то же время недостатков, наблюдаемых при использовании оттеночных красителей (потери блеска) или пигментов (снижение белизны) и присущих современному уровню техники. Раскрытие изобретения

Таким образом, изобретение относится к водным композициям покрытий для оптического осветления и тонировки субстратов, предпочтительно бумаги, содержащим (a) по меньшей мере один оптический осветлитель формулы (I)

,

в котором анионный заряд осветлителя сбалансирован катионным зарядом, состоящим из одного или нескольких одинаковых или разных катионов, выбираемых из группы, состоящей из водорода, катиона щелочного металла, щелочноземельного металла, аммония, аммония, моно-, ди, три- или тетра замещенного C₁-C₄ линейным или разветвленным алкильным радикалом, аммония, моно-, ди, три- или тетра замещенного C₁-C₄ линейным или разветвленным гидроксиалкильным радикалом, аммония, ди, три- или тетра замещенного смесью C₁-C₄ линейного или разветвленного алкильного радикала и линейного или разветвленного гидроксиалкильного радикала, или смесей упомянутых соединений.

R₁ и могут быть одинаковыми или разными, и каждый представляет собой водород, C₁-C₄ линейный или разветвленный алкил, C₁-C₄ линейный или разветвленный гидроксиалкил , CH₂CH₂CONH₂ или CH₂CH₂CN,

R₂ и могут быть одинаковыми или разными, и каждый представляет собой C₁-C₄ линейный или разветвленный алкил, C₁-C₄ линейный или разветвленный гидроксиалкил, , , , , , , бензил или

R₁ и R₂ и/или и вместе с соседним атомом азота означают морфолиновое кольцо и

p означает 0, 1 или 2,

(b) по меньшей мере один оттеночный краситель формулы (II)

,

в которой R₃ означает H, метил или этил,

R₄ означает параметоксифенил, метил или этил,

М означает катион, выбранный из группы, состоящей из водорода, катиона щелочного металла, щелочноземельного металла, аммония, аммония, моно-, ди, три- или тетра замещенного C₁-C₄ линейным или разветвленным алкильным радикалом, аммония, моно-, ди, три- или тетра замещенного C₁-C₄ линейным или разветвленным гидроксиалкильным радикалом, аммония, ди, три- или тетра замещенного смесью C₁-C₄ линейного или разветвленного алкильного радикала и линейного или разветвленного гидроксиалкильного радикала, или смесей упомянутых соединений.

(c) по меньшей мере один белый пигмент,

(d) по меньшей мере одно первичное связывающее вещество

(e) по меньшей мере одно или несколько вторичных связывающих веществ и

(f) воду.

В соединениях формулы (I), в которой p=1, группа предпочтительно находится в 4-м положении фенильной группы.

В соединениях формулы (I), в которой p=2, группы SO₃ ^- предпочтительно находятся в положениях 2,5 фенильной группы.

Предпочтительными соединениями формулы (I) являются те, в которых анионный заряд осветлителя сбалансирован катионным зарядом, состоящим из одного или большего числа одинаковых или разных катионов, выбранных из группы, состоящей из водорода, катиона щелочного металла, щелочноземельного металла, аммония, моно-, ди, три- или тетра замещенного C₁-C₄ линейным или разветвленным гидроксиалкильным радикалом, аммония, ди, три- или тетра замещенного смесью C₁-C₄ линейного или разветвленного алкильного радикала и линейного или разветвленного гидроксиалкильного радикала, или смеси упомянутых соединений.

R₁ и являются одинаковыми или разными, и каждый представляет собой водород, C₁-C₄ линейный или разветвленный алкил, C₂-C₄ линейный или разветвленный гидроксиалкил, , CH₂CH₂CONH₂ или CH₂CH₂CN,

R₂ и являются одинаковыми или разными, и каждый представляет собой C₁-C₄ линейный или разветвленный алкил, C₁-C₄ линейный или разветвленный гидроксиалкил, , или и

p означает 0, 1 или 2.

Более предпочтительными соединениями формулы (I) являются те, в которых анионный заряд осветлителя сбалансирован катионным зарядом, состоящим из одного или нескольких одинаковых или разных катионов, выбранных из группы, состоящей из Li⁺, Na⁺, K⁺, Са²⁺, Mg²⁺, аммония, моно-, ди, три- или тетра замещенного C₁-C₄ линейным или разветвленным гидроксиалкильным радикалом, аммония, ди, три- или тетра замещенного смесью C₁-C₄ линейного или разветвленного алкильного радикала и линейного или разветвленного гидроксиалкильного радикала, или смеси упомянутых соединений

R₁ и могут быть одинаковыми или разными, и каждый представляет собой водород, метил, этил, пропил, α-метилпропил, β-метилпропил, β-гидроксиэтил, β-гидроксипропил, , CH₂CH₂CONH₂ или CH₂CH₂CN,

R₂ и могут быть одинаковыми или разными, и каждый представляет собой метил, этил, пропил, α-метилпропил, β-метилпропил, β-гидроксиэтил, β-гидроксипропил, , или

p означает 1 или 2.

Особенно предпочтительными соединениями формулы (I) являются те, в которых анионный заряд осветлителя сбалансирован катионным зарядом, состоящим из одного или нескольких одинаковых или разных катионов, выбранных из группы, состоящей из Na⁺, K⁺, триэтаноламмония, N-гидроксиэтил-N,N-диметиламмония, N-гидроксиэтил-N,N-диэтиламмония или смеси упомянутых соединений

R₁ и могут быть одинаковыми или разными, и каждый представляет собой водород, этил, пропил, β-гидроксиэтил, β-гидроксипропил, или CH₂CH₂CN,

R₂ и могут быть одинаковыми или разными, и каждый представляет собой этил, пропил, β-гидроксиэтил, β-гидроксипропил, , или

p означает 1 или 2.

Соединение формулы (I) обычно используют в количестве от 0,01 до 5 мас.%, предпочтительно в количестве от 0,05 до 3 мас.%, причем мас.% высчитывается на основе полного веса сухого белого пигмента.

Предпочтительными соединениями формулы (II) являются те, в которых

R₃ означает H, метил или этил,

R₄ означает параметоксифенил, метил или этил,

M означает катион, выбранный из группы, состоящей из водорода, катиона щелочного металла, щелочноземельного металла, аммония, моно-, ди, три- или тетра замещенного C₁-C₄ линейным или разветвленным гидроксиалкильным радикалом, аммония, ди, три- или тетра замещенного смесью C₁-С₄ линейного или разветвленного алкильного радикала и линейного или разветвленного гидроксиалкильного радикала, или смесей упомянутых соединений.

Более предпочтительными соединениями формулы (II) являются те, в которых

R₃ означает метил или этил,

R₄ означает метил или этил,

M означает катион, выбранный из группы, состоящей из Li⁺, Na⁺, K⁺, ½Са²⁺, ½Mg²⁺, аммония, моно-, ди, три- или тетра замещенного C₁-C₄ линейным или разветвленным гидроксиалкильным радикалом, аммония, ди, три- или тетра замещенного смесью C₁-C₄ линейного или разветвленного алкильного радикала и линейного или разветвленного гидроксиалкильного радикала, или смесей упомянутых соединений.

Особенно предпочтительными соединениями формулы (II) являются те, в которых

R₃ означает метил,

R₄ означает метил,

M означает катион, выбранный из группы, состоящей из Na⁺, K⁺, триэтаноламмония, N-гидроксиэтил-N,N-диметиламмония, N-гидроксиэтил-N,N-диметиламмония или смеси упомянутых соединений.

Соединения формулы (II) обычно используют в количестве от 0,00001 до 0,01 мас.%, предпочтительно в количестве от 0,00005 до 0,005 мас.%, причем мас.% высчитывают на основе полного веса сухого белого пигмента.

Хотя можно производить композиции покрытий, вообще не содержащие белых пигментов, наилучшие белые субстраты для печати изготавливаются с помощью непрозрачных композиций покрытий, содержащих от 10 до 70 мас.% белых пигментов, предпочтительно от 40 до 60 мас.% белых пигментов, причем мас.% высчитывается на основе полного веса композиции покрытия. Такие белые пигменты обычно представляют собой неорганические пигменты, например алюмосиликаты (каолин, известный также как китайская глина), карбонат кальция (мел), диоксид титана, гидроксид алюминия, карбонат бария, сульфат бария или сульфат кальция (гипс). Предпочтительно в качестве белых пигментов используют смесь 10-20 мас.% глины и 30-40 мас.% мела, причем мас.% высчитывается на основе полного веса композиции покрытия.

Связывающими соединениями могут быть любые соединения из тех, которые обычно используются в бумажной промышленности для производства композиций покрытий, и могут состоять из одного связывающего компонента или смеси первичного и вторичного связывающих компонентов.

Единственный или первичный связывающий компонент предпочтительно представляет собой синтетический латекс, обычно стирол-бутадиеновый, винил-ацетатный, стирол-акриловый, винил-акриловый или этилен-винил-ацетатный полимер. Предпочтительно первичный связывающий компонент представляет собой латексный связывающий компонент.

Единственный или первичный связывающий компонент используется обычно в количестве от 2 до 25 мас.%, предпочтительно от 4 до 20 мас.%, причем мас.% высчитывается на основе полного веса белого пигмента.

В качестве вторичного связывающего компонента может необязательно использоваться, например, крахмал, карбоксиметилцеллюлеза, казеин, соевые полимеры, поливиниловый спирт или смеси любых из вышеперечисленных соединений. Предпочтительный вторичный связывающий компонент, который может быть необязательно использован, представляет собой связывающий компонент на основе поливинилового спирта.

Поливиниловый спирт, который может необязательно использоваться в композиции покрытия в качестве вторичного связывающего компонента, предпочтительно имеет степень гидролиза равную 60% или больше, а вязкость по Брукфильду - от 2 до 80 мПа·с (4% водный раствор при 20°C). Более предпочтительно поливиниловый спирт имеет степень гидролиза равную 80% или больше, а вязкость по Брукфильду - от 2 до 40 мПа·с (4% водный раствор при 20°C). Вторичный связывающий компонент, когда он используется, обычно используется в количестве от 0,1 до 20 мас.%, предпочтительно от 0,2 до 8 мас.%, более предпочтительно от 0,3 до 6 мас.%), причем мас.% высчитывается на основе полного веса белого пигмента.

Значение pH композиции покрытия обычно находится в интервале от 5 до 13, предпочтительно от 6 до 11, более предпочтительно от 7 до 10. Если необходимо довести значение pH композиции покрытия до необходимого значения, можно использовать кислоты или основания. Примеры кислот, которые могут использоваться, включают соляную кислоту, серную кислоту, муравьиную кислоту и уксусную кислоту, но не ограничиваются только ими. Примеры оснований, которые могут использоваться, включают гидроксиды или карбонаты щелочных металлов и щелочноземельных металлов, аммиак или амины, но не ограничиваются только ими.

В дополнение к одному или нескольким соединениям формулы (I), одному или нескольким соединениям формулы (II), одному или нескольким белым пигментам, одному или нескольким связывающим компонентам, необязательно одному или нескольким вторичным связывающим компонентам и воде, композиция покрытия может содержать побочные продукты, образующиеся при получении соединений формулы (I) и соединений формулы (II), а также и другие общепринятые добавки к бумаге. Примерами таких добавок являются, например, антиобледенители, диспергирующие агенты, синтетические или природные загустители, переносчики, противопенные агенты, восковые эмульсии, красители, неорганические соли, вещества, способствующие растворению, консерванты, комплексообразователи, биоциды, кросс-линкеры, пигменты, специальные смолы и т.д.

Композиция покрытия может быть получена путем добавления одного или нескольких соединений формулы (I) и одного или нескольких соединений формулы (II) к предварительно полученной водной дисперсии одного или нескольких связывающих соединений, необязательно одного или нескольких вторичных связывающих соединений и одного или нескольких белых пигментов.

Одно или несколько соединений формулы (I) и одно или несколько соединений формулы (II) могут быть добавлены в любом порядке или одновременно к предварительно полученным водным дисперсиям одного или нескольких связывающих соединений, необязательно одного или нескольких вторичных связывающих соединений и одного или нескольких белых пигментов.

Одно или несколько соединений формулы (I), одно или несколько соединений формулы (II) и, необязательно, одно или несколько вторичных связывающих соединений могут быть добавлены в твердом состоянии или в виде предварительно полученного водного раствора к предварительно полученной водной дисперсии одного или нескольких белых пигментов.

Далее, настоящее изобретение относится к способу оптического осветления и тонировки бумажных субстратов, характеризующемуся тем, что используют водную композицию покрытия, содержащую по меньшей мере один оптический осветлитель, по меньшей мере один определенный оттеночный краситель, по меньшей мере один белый пигмент, по меньшей мере одно связывающее соединение и, необязательно, по меньшей мере одно вторичное связывающее соединение.

При использовании в виде предварительно полученного водного раствора концентрация соединений формулы (I) в воде предпочтительно составляет от 1 до 50 мас.%, более предпочтительно от 2 до 40 мас.%, еще более предпочтительно от 10 до 30 мас.%, причем мас.% высчитывается на основе полного веса предварительно полученного водного раствора, содержащего соединение формулы (I).

При использовании в виде предварительно полученного водного раствора концентрация соединения формулы (II) в воде предпочтительно составляет от 0,001 до 30 мас.%, более предпочтительно от 0,01 до 25 мас.%, еще более предпочтительно от 0,02 до 20 мас.%, причем мас.% высчитывается на основе полного веса предварительно полученного водного раствора, содержащего соединение формулы (II).

При использовании в виде предварительно полученного водного раствора концентрация вторичных связывающих соединений в воде предпочтительно составляет от 1 до 50 мас.%, более предпочтительно от 2 до 40 мас.%, еще более предпочтительно от 5 до 30 мас.%, причем мас.% высчитывается на основе полного веса предварительно полученного водного раствора, содержащего вторичные связывающие соединения.

Изложенные далее примеры иллюстрируют данное изобретение более детально. В настоящей заявке, если не указано обратное, "части" означают "части по весу" и "%" означает "мас.%".

Примеры

Пример получения 1

Водный оттеночный раствор (S1), содержащий соединение формулы (1), готовили путем медленного добавления 50 частей соединения формулы (1) к 450 частям воды при комнатной температуре в условиях интенсивного перемешивания. Полученный раствор размешивали в течение 1 ч и фильтровали для удаления всех нерастворимых частиц. Получившийся оттеночный раствор (S1) имеет pH в интервале от 6.0 до 7.0 и содержит 10 мас.% соединения формулы (1), причем мас.%) высчитывается на основе полного веса конечного водного оттеночного раствора (S1).

Пример нанесения 1

Готовили композицию покрытия, содержащую 70 частей мела (доступного на рынке под товарным знаком Hydrocarb 90 от OMYA), 30 частей глины (доступной на рынке под товарным знаком Kaolin SPS от IMERYS), 42,8 частей воды, 0,6 частей диспергирующего агента (натриевая соль полиакриловой кислоты, доступная на рынке под товарным знаком Polysalz S от BASF), 20 частей 50%>латекса (сополимер стирола и бутадиена, доступный на рынке под товарным знаком DL 921 из Dow), 0,8 частей поливинилового спирта, имеющего степень гидролиза 98-99% и вязкость по Брукфильду 4,0-5,0 мПа·с (4% водного раствора при 20°C) и 0,5 частей водного раствора соединения формулы (2) (приблизительно 18,0 мас.% соединения формулы (2), причем мас.% высчитывается на основе полного веса водного раствора (S1), содержащего соединение формулы (2)). Содержание твердых веществ в композиции покрытия доводили приблизительно до 65% путем добавления воды, а pH доводили до 8-9 с помощью гидроксида натрия.

Водный оттеночный раствор (S1), приготовленный в соответствии с примером получения 1, разбавляли водой в отношении 1 часть к 1000 частям.

Полученный таким образом водный раствор добавляли к перемешиваемой композиции покрытия с концентрацией в интервале от 0 до 20 мас.% (от 0 до 0,002 мас.% соединения формулы (1) от всего сухого твердого вещества), причем мас.% был основан на полном весе сухого пигмента.

Осветляющую и тонирующую композицию покрытия затем наносили на коммерческий 75 г/м² лист белой бумаги нейтрального размера, используя автоматический проволочный штанговый аппликатор со стандартной установкой скорости и стандартной загрузкой штанги. Бумагу с покрытием затем высушивали в течение 5 мин в потоке горячего воздуха. Затем бумагу подвергали кондиционированию, после чего измеряли белизну и блеск по CIE с помощью калиброванного спектрофотометра Minolta. Результаты представлены в таблице 1 и таблице 2, соответственно, и ясно показывают, что настоящее изобретение обеспечивает высокий уровень белизны, в то время как потеря блеска при наибольшем количестве добавленного оттеночного красителя составляет только 0,2%.

Сравнительный пример нанесения 1a

Сравнительный пример нанесения 1a выполняли как пример нанесения 1 с той лишь разницей, что использовали 10 мас.% водного раствора C.I. Direct Violet 35 вместо водного оттеночного раствора (S1), причем мас.% высчитывали на основе полного веса водного раствора C.I. Direct Violet 35. Белизну и блеск по CIE измеряли на калиброванном спектрофотометре Minolta. Результаты представлены в таблице 1 и таблице 2, соответственно, и ясно показывают, что использование оттеночного красителя из современного уровня техники обеспечивает более низкий уровень белизны, приводя, в то же время, к значительной потере блеска вплоть до 1,4%.

Сравнительный пример нанесения 1b

Сравнительный пример нанесения 1b выполняли как пример нанесения 1 с той лишь разницей, что вместо водного оттеночного раствора (S1) использовали 10 мас.% водного раствора C.I. Pigment Violet 23, причем мас.% высчитывали на основе полного веса водной дисперсии C.I. Pigment Violet 23. Белизну и блеск по CIE измеряли на калиброванном спектрофотометре Minolta. Результаты представлены в таблице 1 и таблице 2, соответственно, и ясно показывают, что использование оттеночного красителя из современного уровня техники, обеспечивает значительно более низкий уровень белизны.

Пример нанесения 2

Готовили композицию покрытия, содержащую 70 частей мела (доступного на рынке под товарным знаком Hydrocarb 90 от OMYA), 30 частей глины (доступной на рынке под товарным знаком Kaolin SPS от IMERYS), 42,8 частей воды, 0,6 частей диспергирующего агента (натриевая соль полиакриловой кислоты, доступная на рынке под товарным знаком Polysalz S от BASF), 20 частей 50% латекса (сополимер стирола и бутадиена, доступный на рынке под товарным знаком DL 921 от Dow), 0,8 частей поливинилового спирта, имеющего степень гидролиза 98-99% и вязкость по Брукфильду 4,0-5,0 мПа·с (4% водного раствора при 20°C), и 0,5 частей водного раствора соединения формулы (3) (приблизительно 25,2 мас.% соединения формулы (3), причем мас.% высчитывается на основе полного веса водного раствора, содержащего соединение формулы (3)). Содержание твердых веществ в композиции покрытия доводили приблизительно до 65% путем добавления воды, а pH доводили до 8-9 с помощью гидроксида натрия.

Водный оттеночный раствор (S1), полученный в соответствии с примером получения 1, разбавляли водой в отношении 1 часть к 1000 частям.

Полученный таким образом водный раствор добавляли к перемешиваемой композиции покрытия с концентрацией в интервале от 0 до 20 мас.% (от 0 до 0,002 мас.% соединения формулы (1), в расчете на сухое твердое веществе), причем мас.% высчитывали на основе полного веса сухого пигмента.

Осветленную и тонированную композицию покрытия затем наносили на коммерческий 75 г/м стандартный лист белой бумаги нейтрального размера, используя автоматический проволочный штанговый аппликатор со стандартной установкой скорости и стандартной загрузкой штанги. Бумагу с покрытием затем высушивали в течение 5 мин в потоке горячего воздуха. Затем бумагу подвергали кондиционированию, после чего измеряли белизну и блеск по CIE с помощью калиброванного спектрофотометра Minolta. Результаты представлены в таблице 3 и таблице 4, соответственно, и ясно показывают, что данное изобретение обеспечивает высокий уровень белизны, в то время как потеря блеска даже при наибольшем количестве добавленного оттеночного красителя составляет только 0,3%.

Сравнительный пример нанесения 2а

Сравнительный пример нанесения 2а выполняли как пример нанесения 2 с той лишь разницей, что использовали 10 мас.% водного раствора C.I. Direct Violet 35 вместо водного оттеночного раствора (S1), причем мас.% высчитывали на основе полного веса водного раствора C.I. Direct Violet 35. Белизну и блеск по CIE измеряли на калиброванном спектрофотометре Minolta. Результаты представлены в таблице 3 и таблице 4, соответственно, и они ясно показывают, что использование оттеночного красителя из современного уровня техники обеспечивает меньший уровень белизны, приводя, в то же время, к значительной потере блеска вплоть до 2,2%.

Сравнительный пример нанесения 2b

Сравнительный пример нанесения 2b выполняли как пример нанесения 2 с той лишь разницей, что вместо водного оттеночного раствора (S1) использовали 10 мас.% водного раствора C.I. Pigment Violet 23, причем мас.% высчитывали на основе полного веса водной дисперсии C.I. Pigment Violet 23. Белизну и блеск по CIE измеряли на калиброванном спектрофотометре Minolta. Результаты представлены в таблице 3 и таблице 4, соответственно, и они ясно показывают, что использование оттеночного красителя из современного уровня техники обеспечивает значительно меньший уровень белизны.